Induktivt kopplade oscillerande kretsar

Betrakta två oscillerande kretsar placerade i förhållande till varandra så att energi kan överföras från den första kretsen till den andra och vice versa.

Oscillatorkretsar under sådana förhållanden kallas kopplade kretsar, eftersom elektromagnetiska svängningar som uppstår i en av kretsarna orsakar elektromagnetiska svängningar i den andra kretsen, och energi rör sig mellan dessa kretsar som om de vore anslutna.

Ju starkare kopplingen mellan kedjorna är, desto mer energi överförs från en kedja till en annan, desto mer intensivt påverkar kedjorna varandra.

Storleken på slingsammankopplingen kan kvantifieras med slingkopplingskoefficienten Kwv, som mäts i procent (från 0 till 100%). Kretsanslutningen är induktiv (transformator), autotransformator eller kapacitiv. I den här artikeln kommer vi att överväga induktiv koppling, det vill säga ett tillstånd när interaktionen mellan kretsarna endast sker på grund av det magnetiska (elektromagnetiska) fältet.

Induktiv koppling kallas också transformatorkoppling eftersom den sker på grund av den ömsesidiga induktiva verkan av kretslindningar på varandra, som i i transformatorn, med den enda skillnaden att de oscillerande kretsarna i princip inte kan kopplas så nära som kan observeras i en konventionell transformator.

I ett system med anslutna kretsar drivs en av dem av en generator (från en växelströmskälla), denna krets kallas en primärkrets. I figuren är den primära kretsen den som består av elementen L1 och C1. Kretsen som tar emot energi från primärkretsen kallas sekundärkretsen, i figuren representeras den av elementen L2 och C2.

Länkkonfiguration och loopresonans

När strömmen I1 ändras i spolen L1 i primärslingan (ökar eller minskar), ändras storleken på induktionen av magnetfältet B1 runt denna spole i enlighet med detta och kraftlinjerna för detta fält korsar varven på sekundärspolen L2 och därför, enligt lagen om elektromagnetisk induktion, inducera en EMF i den, vilket orsakar strömmen I2 i spolen L2. Därför visar det sig att det är genom magnetfältet som energin från primärkretsen överförs till sekundären, som i en transformator.

Praktiskt anslutna slingor kan ha en konstant eller variabel anslutning, vilket realiseras genom metoden för tillverkning av slingorna, till exempel kan slingornas spolar lindas på en gemensam ram, vara fixerade stationära, eller det finns möjlighet till fysisk spolarnas rörelse i förhållande till varandra, så är deras förhållande variabel. Variabla länkspolar visas schematiskt med en pil som korsar dem.

Således, som noterats ovan, återspeglar kopplingskoefficienten för spolarna Ksv sammankopplingen av kretsarna i procent, i praktiken, om vi föreställer oss att lindningarna är desamma, kommer det att visa hur mycket av det magnetiska flödet F1 av spole L1 faller också på spole L2. Mer exakt visar kopplingskoefficienten Ksv hur många gånger den EMF som induceras i den andra kretsen är mindre än den EMF som skulle kunna induceras i den om alla magnetiska kraftlinjer för spolen L1 var inblandade i dess skapelse.

För att få maximalt tillgängliga strömmar och spänningar i de anslutna kretsarna måste de finnas kvar i resonans med varandra.

Resonans i transmissions (primär) kretsen kan vara resonans av strömmar eller resonans av spänningar, beroende på enheten för den primära kretsen: om generatorn är ansluten till kretsen i serie, kommer resonansen att vara i spänning, om den är parallell - strömmars resonans. Det kommer normalt att finnas spänningsresonans i sekundärkretsen, eftersom spolen L2 i själva verket fungerar som en växelspänningskälla kopplad i serie till sekundärkretsen.

Efter att ha associerade loopar med en viss CWS, görs deras inställning till resonans i följande ordning. Primärkretsen är avstämd för att erhålla resonans i primärslingan, det vill säga tills den maximala strömmen I1 uppnås.

Nästa steg är att ställa in sekundärkretsen på maximal ström (maximal spänning vid C2). Primärkretsen justeras sedan eftersom magnetflödet F2 från spolen L2 nu påverkar magnetflödet F1, och primärslingans resonansfrekvens ändras något eftersom kretsarna nu arbetar tillsammans.

Det är bekvämt att ha justerbara kondensatorer C1 och C2 samtidigt när du ställer upp anslutna kretsar som är en del av ett enda block (schematiskt indikeras justerbara kondensatorer med en gemensam rötor av de kombinerade prickade pilarna som korsar dem). En annan möjlighet till justering är att ansluta ytterligare kondensatorer med relativt liten kapacitet parallellt med huvudet.

Det är också möjligt att justera resonansen genom att justera induktansen för de lindade spolarna, till exempel genom att flytta kärnan inuti spolen. Sådana "avstämbara" kärnor indikeras med streckade linjer, som korsas av en pil.

Verkningsmekanismen för kedjor på varandra

Varför påverkar sekundärkretsen primärkretsen och hur går det till? Den sekundära kretsens ström I2 skapar sitt eget magnetiska flöde F2, som delvis korsar spolens L1 varv och därför inducerar en EMF i den, som är riktad (enligt Lenz regel) mot strömmen I1 och därför försöker vi minska den, denna söker primärkretsen som ett extra motstånd, det vill säga det införda motståndet.

När den sekundära kretsen är avstämd till generatorns frekvens är det motstånd som den inför i primärkretsen rent aktivt.

Det införda motståndet visar sig vara större, ju starkare kretsarna är, det vill säga ju fler Kws, desto större resistans introduceras av sekundärkretsen till primärkretsen. Faktum är att denna insättningsresistans kännetecknar mängden energi som överförs till sekundärkretsen.

Om sekundärkretsen är avstämd med avseende på generatorns frekvens, kommer motståndet som introduceras av den att ha, förutom den aktiva, en reaktiv komponent (kapacitiv eller induktiv, beroende på i vilken riktning kretsen är förgrenad) .

Storleken på kopplingen mellan konturer

Tänk på det grafiska beroendet av sekundärkretsens ström på generatorns frekvens i förhållande till kopplingsfaktorn Kww för kretsarna. Ju mindre kopplingen av konturerna är, desto skarpare blir resonansen, och när Kww ökar, planar toppen av resonanskurvan först ut (kritisk koppling), och sedan, om kopplingen blir ännu starkare, får den ett dubbelbackigt utseende.

Den kritiska anslutningen anses vara optimal ur synvinkeln att erhålla den största effekten i sekundärkretsen om kretsarna är identiska. Kopplingsfaktorn för en sådan optimal mod är numeriskt lika med dämpningsvärdet (det reciproka av Q-faktorn för kretsen Q).

Den starka kopplingen (mer kritisk) bildar en dipp i resonanskurvan, och ju starkare denna koppling desto bredare blir frekvensfallet. Med en stark anslutning av kretsarna överförs energin från den primära slingan till den sekundära med en effektivitet på mer än 50%; detta tillvägagångssätt används i fall där mer effekt behöver överföras från krets till krets.

Svag koppling (mindre än kritisk) ger en resonanskurva vars form är densamma som för en enkel krets. Svag koppling används i de fall där det inte finns något behov av att överföra betydande effekt från primärslingan till sekundärkretsen med hög effektivitet, och det är önskvärt att sekundärkretsen påverkar primärkretsen så lite som möjligt.Ju högre Q-faktorn för sekundärkretsen är, desto större amplitud har strömmen i den vid resonans. Den svaga länken är lämplig för mätändamål i radioutrustning.