Circuite oscilante cuplate inductiv

Luați în considerare două circuite oscilante poziționate unul față de celălalt, astfel încât energia să poată fi transferată de la primul circuit la al doilea și invers.

Circuitele oscilatoare în astfel de condiții se numesc circuite cuplate, deoarece oscilațiile electromagnetice care apar într-unul dintre circuite provoacă oscilații electromagnetice în celălalt circuit, iar energia se mișcă între aceste circuite ca și cum ar fi conectate.

Cu cât legătura dintre lanțuri este mai puternică, cu atât mai multă energie este transferată de la un lanț la altul, cu atât lanțurile se influențează mai intens reciproc.

Mărimea interconexiunii buclei poate fi cuantificată prin coeficientul de cuplare a buclei Kwv, care este măsurat ca procent (de la 0 la 100%). Conexiunea circuitului este inductivă (transformator), autotransformator sau capacitiv. În acest articol, vom lua în considerare cuplarea inductivă, adică o stare în care interacțiunea circuitelor are loc numai datorită câmpului magnetic (electromagnetic).

Cuplarea inductivă mai este numită și cuplarea transformatorului, deoarece are loc datorită acțiunii inductive reciproce a înfășurărilor circuitului una pe cealaltă, ca în în transformator, cu singura diferență că circuitele oscilante nu pot fi, în principiu, cuplate atât de strâns pe cât se poate observa la un transformator convențional.

Într-un sistem de circuite conectate, unul dintre ele este alimentat de un generator (de la o sursă de curent alternativ), acest circuit se numește circuit primar. În figură, circuitul primar este cel care constă din elementele L1 și C1. Circuitul care primește energie de la circuitul primar se numește circuit secundar, în figură este reprezentat de elementele L2 și C2.

Configurarea legăturii și rezonanța buclei

Când curentul I1 se modifică în bobina L1 a buclei primare (crește sau scade), mărimea inducției câmpului magnetic B1 în jurul acestei bobine se modifică în mod corespunzător și liniile de forță ale acestui câmp traversează spirele bobinei secundare L2. și prin urmare, conform legii inducției electromagnetice, induceți un EMF în ea, care provoacă curentul I2 în bobina L2. Prin urmare, se dovedește că prin câmpul magnetic energia din circuitul primar este transferată la secundar, ca într-un transformator.

Buclele practic conectate pot avea o conexiune constantă sau variabilă, care se realizează prin metoda de producere a buclelor, de exemplu, bobinele buclelor pot fi înfășurate pe un cadru comun, fiind fixe staționare, sau există posibilitatea de apariție fizică. mișcarea bobinelor una față de alta, atunci relația lor este variabilă. Bobinele de legătură variabilă sunt prezentate schematic cu o săgeată care le traversează.

Astfel, după cum sa menționat mai sus, coeficientul de cuplare al bobinelor Ksv reflectă interconectarea circuitelor ca procent, în practică, dacă ne imaginăm că înfășurările sunt aceleași, atunci va arăta cât de mult din fluxul magnetic F1 al bobina L1 cade și pe bobina L2. Mai precis, coeficientul de cuplare Ksv arată de câte ori EMF indus în al doilea circuit este mai mic decât EMF care ar putea fi indus în el dacă toate liniile magnetice de forță ale bobinei L1 ar fi implicate în crearea lui.

Pentru a obține curenții și tensiunile maxime disponibile în circuitele conectate, acestea trebuie să rămână în rezonanță unul cu celălalt.

Rezonanța în circuitul de transmisie (primar) poate fi rezonanța curenților sau rezonanța tensiunilor, în funcție de dispozitivul circuitului primar: dacă generatorul este conectat la circuit în serie, atunci rezonanța va fi în tensiune, dacă este în paralel - rezonanța curenților. În mod normal, va exista rezonanță de tensiune în circuitul secundar, deoarece bobina L2 însăși acționează efectiv ca o sursă de tensiune AC conectată în serie la circuitul secundar.

Având bucle asociate cu un anumit CWS, acordarea lor la rezonanță se face în următoarea ordine. Circuitul primar este reglat pentru a obține rezonanță în bucla primară, adică până la atingerea curentului maxim I1.

Următorul pas este să setați circuitul secundar la curentul maxim (tensiune maximă la C2). Circuitul primar este apoi ajustat deoarece fluxul magnetic F2 din bobina L2 afectează acum fluxul magnetic F1, iar frecvența de rezonanță a buclei primare se modifică ușor deoarece circuitele lucrează acum împreună.

Este convenabil să aveți condensatoare reglabile C1 și C2 în același timp atunci când configurați circuite conectate realizate ca parte a unui singur bloc (schematic, condensatoarele reglabile cu un rotor comun sunt indicate de săgețile punctate combinate care le traversează). O altă posibilitate de reglare este conectarea condensatoarelor suplimentare de capacitate relativ mică în paralel cu cel principal.

De asemenea, este posibil să se regleze rezonanța prin ajustarea inductanței bobinelor bobinate, de exemplu prin deplasarea miezului în interiorul bobinei. Astfel de nuclee „reglabile” sunt indicate prin linii întrerupte, care sunt traversate de o săgeată.

Mecanismul de acțiune al lanțurilor unul asupra celuilalt

De ce circuitul secundar afectează circuitul primar și cum se întâmplă acest lucru? Curentul I2 al circuitului secundar își creează propriul flux magnetic F2, care traversează parțial spirele bobinei L1 și, prin urmare, induce în ea un EMF, care este direcționat (după regula lui Lenz) împotriva curentului I1 și de aceea căutăm să-l reducem, acesta caută circuitul primar ca rezistență suplimentară, adică rezistența introdusă.

Când circuitul secundar este reglat la frecvența generatorului, rezistența pe care o introduce în circuitul primar este pur activă.

Rezistența introdusă se dovedește a fi mai mare, cu cât circuitele sunt mai puternice, adică cu cât mai mulți Kw, cu atât rezistența introdusă de circuitul secundar la primar este mai mare. De fapt, această rezistență de inserție caracterizează cantitatea de energie transferată circuitului secundar.

Daca circuitul secundar este reglat fata de frecventa generatorului, atunci rezistenta introdusa de acesta va avea, pe langa cea activa, si o componenta reactiva (capacitiva sau inductiva, in functie de directia in care este ramificat circuitul) .

Dimensiunea conexiunii dintre contururi

Luați în considerare dependența grafică a curentului circuitului secundar de frecvența generatorului în raport cu factorul de cuplare Kww al circuitelor. Cu cât cuplarea contururilor este mai mică, cu atât rezonanța este mai ascuțită și, pe măsură ce Kww crește, vârful curbei de rezonanță se aplatizează mai întâi (cuplaj critic), iar apoi, dacă cuplarea devine și mai puternică, capătă un aspect cu spate dublu.

Conexiunea critică este considerată optimă din punctul de vedere al obținerii celei mai mari puteri în circuitul secundar dacă circuitele sunt identice. Factorul de cuplare pentru un astfel de mod optim este numeric egal cu valoarea de atenuare (reciproca factorului Q al circuitului Q).

Conexiunea puternică (mai critică) formează o scădere în curba de rezonanță și, cu cât această conexiune este mai puternică, cu atât scăderea frecvenței este mai mare. Cu o conexiune puternică a circuitelor, energia din bucla primară este transferată la secundar cu o eficiență de peste 50%; această abordare este utilizată în cazurile în care trebuie transferată mai multă putere de la circuit la circuit.

Cuplajul slab (mai puțin decât critic) oferă o curbă de rezonanță a cărei formă este aceeași ca pentru un singur circuit. Cuplarea slabă este utilizată în cazurile în care nu este nevoie să transferați o putere semnificativă de la bucla primară la circuitul secundar cu eficiență ridicată și este de dorit ca circuitul secundar să afecteze cât mai puțin circuitul primar.Cu cât factorul Q al circuitului secundar este mai mare, cu atât este mai mare amplitudinea curentului din acesta la rezonanță. Veriga slabă este potrivită pentru scopuri de măsurare în echipamente radio.