Επαγωγικά συζευγμένα ταλαντευόμενα κυκλώματα

Θεωρήστε δύο ταλαντευόμενα κυκλώματα τοποθετημένα μεταξύ τους έτσι ώστε να μπορεί να μεταφερθεί ενέργεια από το πρώτο κύκλωμα στο δεύτερο και αντίστροφα.

Τα κυκλώματα ταλαντωτή σε τέτοιες συνθήκες ονομάζονται συζευγμένα κυκλώματα, επειδή οι ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις που συμβαίνουν σε ένα από τα κυκλώματα προκαλούν ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις στο άλλο κύκλωμα και η ενέργεια κινείται μεταξύ αυτών των κυκλωμάτων σαν να ήταν συνδεδεμένα.

Όσο ισχυρότερη είναι η σύνδεση μεταξύ των αλυσίδων, όσο περισσότερη ενέργεια μεταφέρεται από τη μια αλυσίδα στην άλλη, τόσο πιο έντονα οι αλυσίδες επηρεάζουν η μία την άλλη.

Το μέγεθος της διασύνδεσης βρόχου μπορεί να ποσοτικοποιηθεί με τον συντελεστή σύζευξης βρόχου Kwv, ο οποίος μετράται ως ποσοστό (από 0 έως 100%). Η σύνδεση του κυκλώματος είναι επαγωγική (μετασχηματιστής), αυτομετασχηματιστής ή χωρητική. Σε αυτό το άρθρο, θα εξετάσουμε την επαγωγική σύζευξη, δηλαδή μια κατάσταση κατά την οποία η αλληλεπίδραση των κυκλωμάτων λαμβάνει χώρα μόνο λόγω του μαγνητικού (ηλεκτρομαγνητικού) πεδίου.

Η επαγωγική σύζευξη ονομάζεται επίσης σύζευξη μετασχηματιστή επειδή λαμβάνει χώρα λόγω της αμοιβαίας επαγωγικής δράσης των περιελίξεων κυκλώματος μεταξύ τους, όπως στο στον μετασχηματιστή, με τη μόνη διαφορά ότι τα ταλαντευόμενα κυκλώματα δεν μπορούν, καταρχήν, να συζευχθούν τόσο στενά όσο μπορεί να παρατηρηθεί σε έναν συμβατικό μετασχηματιστή.

Σε ένα σύστημα συνδεδεμένων κυκλωμάτων, ένα από αυτά τροφοδοτείται από μια γεννήτρια (από μια πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος), αυτό το κύκλωμα ονομάζεται πρωτεύον κύκλωμα. Στο σχήμα, το πρωτεύον κύκλωμα είναι αυτό που αποτελείται από τα στοιχεία L1 και C1. Το κύκλωμα που λαμβάνει ενέργεια από το πρωτεύον κύκλωμα ονομάζεται δευτερεύον κύκλωμα, στο σχήμα αντιπροσωπεύεται από τα στοιχεία L2 και C2.

Διαμόρφωση συνδέσμου και συντονισμός βρόχου

Όταν το ρεύμα I1 αλλάζει στο πηνίο L1 του πρωτεύοντος βρόχου (αυξάνεται ή μειώνεται), το μέγεθος της επαγωγής του μαγνητικού πεδίου Β1 γύρω από αυτό το πηνίο αλλάζει ανάλογα και οι γραμμές δύναμης αυτού του πεδίου διασχίζουν τις στροφές του δευτερεύοντος πηνίου L2 και επομένως, σύμφωνα με το νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, επάγετε ένα EMF σε αυτό, το οποίο προκαλεί το ρεύμα I2 στο πηνίο L2. Επομένως, αποδεικνύεται ότι μέσω του μαγνητικού πεδίου η ενέργεια από το πρωτεύον κύκλωμα μεταφέρεται στο δευτερεύον, όπως σε έναν μετασχηματιστή.

Οι πρακτικά συνδεδεμένοι βρόχοι μπορούν να έχουν μια σταθερή ή μεταβλητή σύνδεση, η οποία πραγματοποιείται με τη μέθοδο παραγωγής των βρόχων, για παράδειγμα, τα πηνία των βρόχων μπορούν να τυλιχτούν σε ένα κοινό πλαίσιο, να είναι σταθερά ή να υπάρχει η δυνατότητα φυσικής κίνηση των πηνίων μεταξύ τους, τότε η σχέση τους είναι μεταβλητή. Τα πηνία μεταβλητής σύνδεσης εμφανίζονται σχηματικά με ένα βέλος που τα διασχίζει.

Έτσι, όπως σημειώθηκε παραπάνω, ο συντελεστής σύζευξης των πηνίων Ksv αντανακλά τη διασύνδεση των κυκλωμάτων ως ποσοστό, στην πράξη, αν φανταστούμε ότι οι περιελίξεις είναι ίδιες, τότε θα δείξει πόσο από τη μαγνητική ροή F1 του Το πηνίο L1 πέφτει επίσης στο πηνίο L2. Πιο συγκεκριμένα, ο συντελεστής σύζευξης Ksv δείχνει πόσες φορές το EMF που επάγεται στο δεύτερο κύκλωμα είναι μικρότερο από το EMF που θα μπορούσε να προκληθεί σε αυτό εάν εμπλέκονταν όλες οι μαγνητικές γραμμές δύναμης του πηνίου L1 στη δημιουργία του.

Για να ληφθούν τα μέγιστα διαθέσιμα ρεύματα και τάσεις στα συνδεδεμένα κυκλώματα, πρέπει να παραμείνουν σε απήχηση μεταξύ τους.

Ο συντονισμός στο κύκλωμα μετάδοσης (πρωτεύον) μπορεί να είναι συντονισμός ρευμάτων ή συντονισμός τάσεων, ανάλογα με τη συσκευή του πρωτεύοντος κυκλώματος: εάν η γεννήτρια είναι συνδεδεμένη στο κύκλωμα σε σειρά, τότε ο συντονισμός θα είναι σε τάση, εάν είναι παράλληλα - ο συντονισμός των ρευμάτων. Κανονικά θα υπάρχει συντονισμός τάσης στο δευτερεύον κύκλωμα, καθώς το ίδιο το πηνίο L2 λειτουργεί αποτελεσματικά ως πηγή τάσης AC συνδεδεμένη σε σειρά με το δευτερεύον κύκλωμα.

Έχοντας συσχετιστούν βρόχους με ένα συγκεκριμένο CWS, ο συντονισμός τους στον συντονισμό γίνεται με την ακόλουθη σειρά. Το πρωτεύον κύκλωμα συντονίζεται ώστε να αποκτά συντονισμό στον πρωτεύοντα βρόχο, δηλαδή μέχρι να επιτευχθεί το μέγιστο ρεύμα I1.

Το επόμενο βήμα είναι να ρυθμίσετε το δευτερεύον κύκλωμα στο μέγιστο ρεύμα (μέγιστη τάση στο C2). Στη συνέχεια, το πρωτεύον κύκλωμα ρυθμίζεται επειδή η μαγνητική ροή F2 από το πηνίο L2 επηρεάζει τώρα τη μαγνητική ροή F1 και η συχνότητα συντονισμού του πρωτεύοντος βρόχου αλλάζει ελαφρώς επειδή τα κυκλώματα λειτουργούν τώρα μαζί.

Είναι βολικό να έχετε ρυθμιζόμενους πυκνωτές C1 και C2 ταυτόχρονα όταν ρυθμίζετε συνδεδεμένα κυκλώματα ως μέρος ενός μπλοκ (σχηματικά, οι ρυθμιζόμενοι πυκνωτές με κοινό ρότορα υποδεικνύονται από τα συνδυασμένα διακεκομμένα βέλη που τους διασχίζουν). Μια άλλη δυνατότητα ρύθμισης είναι η σύνδεση επιπλέον πυκνωτών σχετικά μικρής χωρητικότητας παράλληλα με τον κύριο.

Είναι επίσης δυνατό να ρυθμίσετε τον συντονισμό ρυθμίζοντας την αυτεπαγωγή των τυλιγμένων πηνίων, για παράδειγμα μετακινώντας τον πυρήνα μέσα στο πηνίο. Τέτοιοι «συντονίσιμοι» πυρήνες υποδεικνύονται με διακεκομμένες γραμμές, οι οποίες διασχίζονται από ένα βέλος.

Ο μηχανισμός δράσης των αλυσίδων μεταξύ τους

Γιατί το δευτερεύον κύκλωμα επηρεάζει το πρωτεύον κύκλωμα και πώς συμβαίνει αυτό; Το ρεύμα I2 του δευτερεύοντος κυκλώματος δημιουργεί τη δική του μαγνητική ροή F2, η οποία διασχίζει εν μέρει τις στροφές του πηνίου L1 και επομένως προκαλεί σε αυτό ένα EMF, το οποίο κατευθύνεται (σύμφωνα με τον κανόνα του Lenz) έναντι του ρεύματος I1 και επομένως επιδιώκουμε να το μειώσουμε, αυτό αναζητά το πρωτεύον κύκλωμα ως πρόσθετη αντίσταση, δηλαδή την εισαγόμενη αντίσταση.

Όταν το δευτερεύον κύκλωμα συντονίζεται στη συχνότητα της γεννήτριας, η αντίσταση που εισάγει στο πρωτεύον κύκλωμα είναι καθαρά ενεργή.

Η εισαγόμενη αντίσταση αποδεικνύεται μεγαλύτερη, όσο ισχυρότερα είναι τα κυκλώματα, δηλαδή όσο περισσότερα Kws, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση που εισάγει το δευτερεύον κύκλωμα στο πρωτεύον. Στην πραγματικότητα, αυτή η αντίσταση εισαγωγής χαρακτηρίζει την ποσότητα ενέργειας που μεταφέρεται στο δευτερεύον κύκλωμα.

Εάν το δευτερεύον κύκλωμα είναι συντονισμένο σε σχέση με τη συχνότητα της γεννήτριας, τότε η αντίσταση που εισάγεται από αυτήν θα έχει, εκτός από την ενεργό, ένα αντιδραστικό στοιχείο (χωρητικό ή επαγωγικό, ανάλογα με την κατεύθυνση στην οποία διακλαδίζεται το κύκλωμα). .

Το μέγεθος της σύνδεσης μεταξύ των περιγραμμάτων

Εξετάστε τη γραφική εξάρτηση του ρεύματος του δευτερεύοντος κυκλώματος από τη συχνότητα της γεννήτριας σε σχέση με τον συντελεστή σύζευξης Kww των κυκλωμάτων. Όσο μικρότερη είναι η σύζευξη των περιγραμμάτων, τόσο πιο οξύς είναι ο συντονισμός, και καθώς αυξάνεται το Kww, η κορυφή της καμπύλης συντονισμού πρώτα ισοπεδώνεται (κρίσιμη σύζευξη) και στη συνέχεια, εάν η σύζευξη γίνει ακόμη ισχυρότερη, αποκτά εμφάνιση διπλής πλάτης.

Η κρίσιμη σύνδεση θεωρείται βέλτιστη από την άποψη της απόκτησης της μεγαλύτερης ισχύος στο δευτερεύον κύκλωμα εάν τα κυκλώματα είναι πανομοιότυπα. Ο συντελεστής σύζευξης για μια τέτοια βέλτιστη λειτουργία είναι αριθμητικά ίσος με την τιμή εξασθένησης (το αντίστροφο του συντελεστή Q του κυκλώματος Q).

Η ισχυρή σύνδεση (πιο κρίσιμη) σχηματίζει μια βουτιά στην καμπύλη συντονισμού και όσο ισχυρότερη είναι αυτή η σύνδεση, τόσο μεγαλύτερη είναι η πτώση συχνότητας. Με ισχυρή σύνδεση των κυκλωμάτων, η ενέργεια από τον πρωτεύοντα βρόχο μεταφέρεται στον δευτερεύοντα με απόδοση μεγαλύτερη από 50%. Αυτή η προσέγγιση χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις όπου χρειάζεται να μεταφερθεί περισσότερη ισχύς από κύκλωμα σε κύκλωμα.

Η ασθενής σύζευξη (λιγότερο από κρίσιμη) παρέχει μια καμπύλη συντονισμού της οποίας το σχήμα είναι το ίδιο όπως για ένα μεμονωμένο κύκλωμα. Η ασθενής σύζευξη χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις όπου δεν υπάρχει ανάγκη μεταφοράς σημαντικής ισχύος από τον πρωτεύοντα βρόχο στο δευτερεύον κύκλωμα με υψηλή απόδοση και είναι επιθυμητό το δευτερεύον κύκλωμα να επηρεάζει το πρωτεύον κύκλωμα όσο το δυνατόν λιγότερο.Όσο υψηλότερος είναι ο παράγοντας Q του δευτερεύοντος κυκλώματος, τόσο μεγαλύτερο είναι το πλάτος του ρεύματος σε αυτό σε συντονισμό. Ο αδύναμος σύνδεσμος είναι κατάλληλος για σκοπούς μέτρησης σε ραδιοεξοπλισμό.