Oscillations électriques : types et caractéristiques, amplitude, fréquence et phase des oscillations
Les oscillations sont des processus qui se répètent à plusieurs reprises ou se répètent grossièrement à certains intervalles. Les processus fluctuants sont répandus dans la nature et la technologie.
En électrotechnique et en électronique, ils doivent faire face à une grande variété de types d'oscillations électriques, c'est-à-dire fluctuations des tensions et des courants. dans différents circuits électriquesainsi que des vibrations mécaniques telles que des vibrations membranes de microphone ou haut-parleurs.
Caractéristiques vibratoires
Les oscillations en tant que processus répétitifs sont caractérisées, tout d'abord, par les plus grands écarts atteints par la valeur fluctuante, ou amplitude des vibrations, deuxièmement, la fréquence avec laquelle les répétitions des mêmes états se produisent, ou fréquence de vibration, et troisièmement, à partir de quel état, de quoi phase de processus correspond à l'heure du début du compte à rebours. Cette dernière caractéristique du processus oscillant est appelée "phase initiale" ou simplement "phase" en abrégé.
Au sens strict, ces concepts ne s'appliquent qu'à certains types d'oscillations, à savoir périodiques et, en particulier, sinusoïdal… Les termes : amplitude, fréquence et phase sont cependant généralement appliqués dans le sens ci-dessus à toute vibration en général (voir — Paramètres de base du courant alternatif).
Caractéristiques d'oscillation (amplitude, période, fréquence et phase) :
Types de vibrations
Selon ce qu'il advient de l'amplitude, les oscillations diffèrent :
-
stationnaire ou non amorti, dont l'amplitude n'évolue pas dans le temps ;
-
amorti, dont l'amplitude diminue avec le temps ;
-
augmente, dont l'amplitude augmente avec le temps;
-
modulation d'amplitude dont l'amplitude augmente et diminue avec le temps.
Selon la façon dont les oscillations se répètent dans le temps, les oscillations diffèrent :
-
périodiques, c'est-à-dire ceux dans lesquels tous les états se répètent exactement à certains intervalles ;
-
approximativement périodique, dans lequel tous les états ne se répètent qu'approximativement, par exemple, amortissement ou modulation de fréquence (c'est-à-dire des oscillations dont la fréquence change constamment dans certaines limites autour d'une certaine valeur).
Regarder -Oscillations libres amorties et forcées
Selon la forme, on distingue les oscillations :
-
sinusoïdal (harmonique) ou proche de sinusoïdal ;
-
relaxation, dont la forme est sensiblement différente de sinusoïdale.
Enfin, selon l'origine du processus oscillant, on les distingue :
-
les oscillations naturelles ou libres qui se sont produites à la suite d'un choc dans le système (ou en général, d'une violation de l'équilibre du système) ;
-
forcé, résultant d'une action oscillatoire externe prolongée sur le système, et des auto-oscillations se produisant dans le système en l'absence d'influences externes, en raison de la capacité du système lui-même à maintenir le processus oscillatoire en son sein.
Vibrations électriques — les fluctuations de courant, de tension, de charge, se produisant dans les circuits électriques, les circuits, les lignes, etc. Les types de vibrations électriques les plus courants sont les habituels courant électrique alternatif, dans lequel la tension et le courant dans le circuit changent périodiquement. avec une fréquence de 50 Hz. De telles oscillations relativement lentes sont généralement obtenues en utilisant Machines électriques à courant alternatif.
Les vibrations rapides sont créées par des méthodes spéciales, parmi lesquelles dans les technologies modernes, elles jouent le plus grand rôle générateurs électroniques.
Selon la fréquence, il est courant de diviser les vibrations électriques en deux groupes : les basses fréquences, dont la fréquence est inférieure à 15 000 Hz, et les hautes fréquences, dont la fréquence est supérieure à 15 000 Hz. Cette limite a été choisie parce que les vibrations inférieures à 15 000 Hz produisent la sensation d'un son dans l'oreille humaine, tandis que les vibrations supérieures à 15 000 Hz ne peuvent pas être entendues par l'oreille humaine.
Systèmes d'oscillateur — les systèmes dans lesquels des oscillations naturelles peuvent se produire.
Circuit oscillateur - un circuit dans lequel des oscillations électriques naturelles peuvent se produire si "l'équilibre" électrique y est perturbé, c'est-à-dire si des tensions ou des courants initiaux y sont créés.
Chaîne — un circuit électrique normalement fermé. Cependant, ce terme s'applique également aux circuits ouverts, à savoir les antennes. Pour distinguer ces deux types de boucles, on les appelle respectivement fermées et ouvertes.Le terme "contour" a parfois une signification particulière. Un circuit oscillant est souvent appelé simplement un « circuit » par souci de brièveté.
Pour que des oscillations naturelles se produisent dans un circuit, celui-ci doit avoir une capacité et une inductance, pas trop de résistance. La fréquence des oscillations naturelles dans le circuit dépendra de la valeur de la capacité C et de l'inductance L. Plus la capacité et l'inductance impliquées dans le circuit oscillant sont importantes, plus la fréquence de ses oscillations naturelles est faible (pour plus de détails, voir ici - Circuit oscillateur).
La fréquence des vibrations naturelles dans le circuit est déterminée approximativement par ce que l'on appelle par la formule de Thomson :
Étant donné que chaque circuit a une résistance où se produisent des pertes d'énergie et où de la chaleur est libérée, les oscillations naturelles du circuit seront toujours amorties. En d'autres termes, le circuit oscillant revient à "l'équilibre" électrique à la suite d'un processus oscillatoire amorti.
Si la résistance du circuit est très élevée, il s'agit alors d'un circuit apériodique dans lequel aucune oscillation naturelle ne se produit. Les tensions et courants initiaux créés dans un tel circuit décroissent sans subir d'oscillations, mais de manière monotone. En d'autres termes, lorsque "l'équilibre" électrique est perturbé, une telle boucle revient apériodiquement (c'est-à-dire sans oscillations) en position "d'équilibre".
Voir aussi sur ce sujet :
Circuits oscillants à couplage inductif
Oscillations continues et résonance paramétrique