Indukčne viazané oscilačné obvody

Zvážte dva oscilačné obvody umiestnené voči sebe tak, aby sa energia mohla prenášať z prvého obvodu do druhého a naopak.

Obvody oscilátorov sa v takýchto podmienkach nazývajú združené obvody, pretože elektromagnetické oscilácie vyskytujúce sa v jednom z obvodov spôsobujú elektromagnetické oscilácie v druhom obvode a energia sa medzi týmito obvodmi pohybuje, ako keby boli spojené.

Čím silnejšie je spojenie medzi reťazcami, tým viac energie sa prenáša z jedného reťazca do druhého, tým intenzívnejšie sa reťazce navzájom ovplyvňujú.

Veľkosť prepojenia slučky sa dá kvantifikovať pomocou koeficientu väzby slučky Kwv, ktorý sa meria v percentách (od 0 do 100 %). Zapojenie obvodu je indukčné (transformátorové), autotransformátorové alebo kapacitné. V tomto článku sa budeme zaoberať indukčnou väzbou, to znamená stavom, keď k interakcii obvodov dochádza iba vďaka magnetickému (elektromagnetickému) poľu.

Indukčná väzba sa tiež nazýva transformátorová väzba, pretože k nej dochádza v dôsledku vzájomného indukčného pôsobenia vinutí obvodu na seba, ako napr. v transformátore, len s tým rozdielom, že oscilačné obvody nemôžu byť v princípe tak tesne spojené, ako je to možné pozorovať u bežného transformátora.

V sústave spojených obvodov je jeden z nich napájaný generátorom (zo zdroja striedavého prúdu), tento obvod sa nazýva primárny obvod. Na obrázku je primárny okruh ten, ktorý pozostáva z prvkov L1 a C1. Okruh, ktorý prijíma energiu z primárneho okruhu, sa nazýva sekundárny okruh, na obrázku je znázornený prvkami L2 a C2.

Konfigurácia spojenia a rezonancia slučky

Keď sa prúd I1 v cievke L1 primárnej slučky zmení (zväčší alebo zníži), veľkosť indukcie magnetického poľa B1 okolo tejto cievky sa zodpovedajúcim spôsobom zmení a siločiary tohto poľa pretínajú závity sekundárnej cievky L2. a preto v ňom podľa zákona elektromagnetickej indukcie indukujte EMF, čo spôsobí prúd I2 v cievke L2. Preto sa ukazuje, že práve cez magnetické pole sa energia z primárneho okruhu prenáša do sekundárneho, ako v transformátore.

Prakticky spojené slučky môžu mať konštantné alebo variabilné spojenie, ktoré je realizované spôsobom výroby slučiek, napríklad cievky slučiek môžu byť navinuté na spoločnom ráme, pričom môžu byť pevné, alebo je tu možnosť fyzického pohyb cievok voči sebe navzájom, potom je ich vzťah premenlivý. Cievky premenných článkov sú schematicky znázornené so šípkou, ktorá ich pretína.

Takže, ako je uvedené vyššie, koeficient väzby cievok Ksv odráža prepojenie obvodov v percentách, v praxi, ak si predstavíme, že vinutia sú rovnaké, potom ukáže, koľko magnetického toku F1 cievka L1 tiež padá na cievku L2. Presnejšie, väzbový koeficient Ksv ukazuje, koľkokrát je EMF indukovaný v druhom okruhu menší ako EMF, ktorý by sa v ňom mohol indukovať, ak by sa na jeho tvorbe podieľali všetky magnetické siločiary cievky L1.

Aby sa získali maximálne dostupné prúdy a napätia v pripojených obvodoch, musia zostať vo vzájomnej rezonancii.

Rezonancia v prenosovom (primárnom) obvode môže byť rezonanciou prúdov alebo rezonanciou napätí, v závislosti od zariadenia primárneho obvodu: ak je generátor zapojený do obvodu v sérii, potom bude rezonancia pod napätím, ak paralelne - rezonancia prúdov. V sekundárnom obvode bude normálne napäťová rezonancia, pretože samotná cievka L2 účinne pôsobí ako zdroj striedavého napätia zapojený do série so sekundárnym obvodom.

Keď sú slučky spojené s určitým CWS, ich ladenie na rezonanciu sa vykonáva v nasledujúcom poradí. Primárny okruh je naladený tak, aby získal rezonanciu v primárnej slučke, to znamená, kým sa nedosiahne maximálny prúd I1.

Ďalším krokom je nastavenie sekundárneho okruhu na maximálny prúd (maximálne napätie na C2). Primárny obvod je potom nastavený, pretože magnetický tok F2 z cievky L2 teraz ovplyvňuje magnetický tok F1 a rezonančná frekvencia primárnej slučky sa mierne mení, pretože obvody teraz spolupracujú.

Pri zostavovaní pripojených obvodov je vhodné mať súčasne nastaviteľné kondenzátory C1 a C2 vytvorené ako súčasť jedného bloku (schematicky sú nastaviteľné kondenzátory so spoločným rotorom označené združenými bodkovanými šípkami, ktoré ich pretínajú). Ďalšou možnosťou úpravy je paralelné pripojenie prídavných kondenzátorov relatívne malej kapacity k hlavnému.

Je tiež možné upraviť rezonanciu nastavením indukčnosti vinutých cievok, napríklad pohybom jadra vo vnútri cievky. Takéto "laditeľné" jadrá sú označené prerušovanými čiarami, ktoré sú prekrížené šípkou.

Mechanizmus pôsobenia reťazcov na seba

Prečo sekundárny okruh ovplyvňuje primárny okruh a ako sa to deje? Prúd I2 sekundárneho obvodu vytvára vlastný magnetický tok F2, ktorý čiastočne pretína závity cievky L1 a tým v nej indukuje EMF, ktorý smeruje (podľa Lenzovho pravidla) proti prúdu I1 a preto sa ho snažíme zmenšiť, toto hľadá primárny okruh ako dodatočný odpor, teda zavedený odpor.

Keď je sekundárny okruh naladený na frekvenciu generátora, odpor, ktorý vnáša do primárneho okruhu, je čisto aktívny.

Zavedený odpor sa ukazuje byť väčší, čím silnejšie sú obvody, to znamená, čím viac Kws, tým väčší odpor vnáša sekundárny obvod do primárneho. V skutočnosti tento odpor pri vložení charakterizuje množstvo energie prenesenej do sekundárneho okruhu.

Ak je sekundárny obvod naladený vzhľadom na frekvenciu generátora, potom ním zavádzaný odpor bude mať okrem aktívneho aj reaktívnu zložku (kapacitnú alebo indukčnú, v závislosti od smeru, ktorým je obvod rozvetvený) .

Veľkosť spojenia medzi obrysmi

Uvažujme grafickú závislosť prúdu sekundárneho okruhu od frekvencie generátora vo vzťahu k väzbovému činiteľu Kww obvodov. Čím menšia je väzba kontúr, tým je rezonancia ostrejšia a ako sa Kww zvyšuje, vrchol rezonančnej krivky sa najskôr splošťuje (kritická väzba) a potom, ak sa väzba ešte viac zosilní, získa vzhľad s dvojitým chrbtom.

Kritické zapojenie sa považuje za optimálne z hľadiska dosiahnutia najväčšieho výkonu v sekundárnom okruhu, ak sú okruhy identické. Koeficient väzby pre takýto optimálny režim sa numericky rovná hodnote útlmu (recipročná hodnota Q-faktora obvodu Q).

Silné spojenie (kritickejšie) vytvára pokles v rezonančnej krivke a čím silnejšie je toto spojenie, tým väčší je pokles frekvencie. Pri silnom zapojení okruhov sa energia z primárnej slučky prenáša do sekundárnej s účinnosťou viac ako 50%; tento prístup sa používa v prípadoch, keď je potrebné preniesť väčší výkon z okruhu do okruhu.

Slabá väzba (menej ako kritická) poskytuje rezonančnú krivku, ktorej tvar je rovnaký ako v prípade jedného obvodu. Slabá väzba sa používa v prípadoch, keď nie je potrebné prenášať významný výkon z primárnej slučky do sekundárneho okruhu s vysokou účinnosťou a je žiaduce, aby sekundárny okruh čo najmenej ovplyvňoval primárny okruh.Čím vyšší je Q-faktor sekundárneho okruhu, tým väčšia je amplitúda prúdu v ňom pri rezonancii. Slabý článok je vhodný na meracie účely v rádiových zariadeniach.