Induktivt koblede oscillerende kretser

Tenk på to oscillerende kretser plassert i forhold til hverandre slik at energi kan overføres fra den første kretsen til den andre og omvendt.

Oscillatorkretser under slike forhold kalles koblede kretser, fordi elektromagnetiske oscillasjoner som oppstår i en av kretsene forårsaker elektromagnetiske oscillasjoner i den andre kretsen, og energi beveger seg mellom disse kretsene som om de var tilkoblet.

Jo sterkere forbindelsen mellom kjedene er, jo mer energi overføres fra en kjede til en annen, jo mer intenst påvirker kjedene hverandre.

Størrelsen på sløyfesammenkobling kan kvantifiseres ved sløyfekoblingskoeffisienten Kwv, som måles i prosent (fra 0 til 100%). Kretsforbindelsen er induktiv (transformator), autotransformator eller kapasitiv. I denne artikkelen vil vi vurdere induktiv kobling, det vil si en tilstand når samspillet mellom kretsene bare skjer på grunn av det magnetiske (elektromagnetiske) feltet.

Induktiv kobling kalles også transformatorkobling fordi den finner sted på grunn av den gjensidige induktive virkningen av kretsviklinger på hverandre, som i i transformatoren, med den eneste forskjellen at oscillerende kretser i prinsippet ikke kan kobles så tett som det kan observeres i en konvensjonell transformator.

I et system med tilkoblede kretser drives en av dem av en generator (fra en vekselstrømkilde), denne kretsen kalles en primærkrets. På figuren er primærkretsen den som består av elementene L1 og C1. Kretsen som mottar energi fra primærkretsen kalles sekundærkretsen, i figuren er den representert av elementene L2 og C2.

Koblingskonfigurasjon og sløyferesonans

Når strømmen I1 endres i spolen L1 til primærsløyfen (øker eller minker), endres størrelsen på induksjonen av magnetfeltet B1 rundt denne spolen tilsvarende, og kraftlinjene til dette feltet krysser svingene til sekundærspolen L2 og derfor, i henhold til loven om elektromagnetisk induksjon, induser en EMF i den, som forårsaker strømmen I2 i spolen L2. Derfor viser det seg at det er gjennom magnetfeltet energien fra primærkretsen overføres til sekundæren, som i en transformator.

Praktisk tilkoblede sløyfer kan ha en konstant eller variabel forbindelse, som er realisert ved produksjonsmetoden for løkkene, for eksempel kan sløyfenes spoler vikles på en felles ramme, være fast stasjonære, eller det er mulighet for fysisk bevegelse av spolene i forhold til hverandre, så er forholdet deres variabelt. Variable koblingsspoler er vist skjematisk med en pil som krysser dem.

Som nevnt ovenfor, reflekterer koblingskoeffisienten til spolene Ksv sammenkoblingen av kretsene i prosent, i praksis, hvis vi forestiller oss at viklingene er de samme, vil det vise hvor mye av den magnetiske fluksen F1 til spole L1 faller også på spole L2. Mer presist viser koblingskoeffisienten Ksv hvor mange ganger EMF indusert i den andre kretsen er mindre enn EMF som kunne bli indusert i den hvis alle magnetiske kraftlinjer til spolen L1 var involvert i opprettelsen.

For å oppnå maksimalt tilgjengelig strøm og spenning i de tilkoblede kretsene, må de forbli i resonans med hverandre.

Resonans i overførings- (primær) kretsen kan være resonans av strømmer eller resonans av spenninger, avhengig av enheten til primærkretsen: hvis generatoren er koblet til kretsen i serie, vil resonansen være i spenning, hvis den er parallell - resonansen til strømmer. Det vil normalt være spenningsresonans i sekundærkretsen, da spole L2 i seg selv fungerer som en vekselspenningskilde koblet i serie til sekundærkretsen.

Etter å ha assosiert løkker med en viss CWS, blir deres innstilling til resonans gjort i følgende rekkefølge. Primærkretsen er innstilt for å oppnå resonans i primærsløyfen, det vil si inntil maksimal strøm I1 er nådd.

Neste trinn er å sette sekundærkretsen til maksimal strøm (maksimal spenning ved C2). Primærkretsen justeres da fordi den magnetiske fluksen F2 fra spolen L2 nå påvirker den magnetiske fluksen F1, og primærsløyfens resonansfrekvens endres litt fordi kretsene nå jobber sammen.

Det er praktisk å ha justerbare kondensatorer C1 og C2 samtidig når du setter opp tilkoblede kretser laget som en del av en enkelt blokk (skjematisk er justerbare kondensatorer med en felles rotor indikert med de kombinerte stiplede pilene som krysser dem). En annen mulighet for justering er å koble ekstra kondensatorer med relativt liten kapasitet parallelt med hoved.

Det er også mulig å justere resonansen ved å justere induktansen til de viklede spolene, for eksempel ved å flytte kjernen inne i spolen. Slike "avstembare" kjerner er indikert med stiplede linjer, som krysses av en pil.

Virkningsmekanismen til kjeder på hverandre

Hvorfor påvirker sekundærkretsen primærkretsen og hvordan skjer dette? Strømmen I2 til sekundærkretsen skaper sin egen magnetiske fluks F2, som delvis krysser svingene til spolen L1 og derfor induserer i den en EMF, som er rettet (etter Lenz sin regel) mot strømmen I1 og derfor søker vi å redusere den, denne søker primærkretsen som en ekstra motstand, det vil si den innførte motstanden.

Når sekundærkretsen er innstilt på generatorfrekvensen, er motstanden den introduserer i primærkretsen rent aktiv.

Den introduserte motstanden viser seg å være større, jo sterkere kretsene, det vil si jo flere Kws, jo større motstand introduseres av sekundærkretsen til primæren. Faktisk karakteriserer denne innføringsmotstanden mengden energi som overføres til sekundærkretsen.

Hvis sekundærkretsen er innstilt med hensyn til frekvensen til generatoren, vil motstanden som introduseres av den, i tillegg til den aktive, ha en reaktiv komponent (kapasitiv eller induktiv, avhengig av retningen kretsen er forgrenet i) .

Størrelsen på forbindelsen mellom konturer

Vurder den grafiske avhengigheten av strømmen til sekundærkretsen på frekvensen til generatoren i forhold til koblingsfaktoren Kww til kretsene. Jo mindre koblingen av konturene er, desto skarpere blir resonansen, og etter hvert som Kww øker, flater toppen av resonanskurven først ut (kritisk kobling), og deretter, hvis koblingen blir enda sterkere, får den et dobbeltrygget utseende.

Den kritiske koblingen anses som optimal med tanke på å oppnå størst effekt i sekundærkretsen dersom kretsene er identiske. Koblingsfaktoren for en slik optimal modus er numerisk lik dempningsverdien (den resiproke av Q-faktoren til kretsen Q).

Den sterke forbindelsen (mer kritisk) danner et fall i resonanskurven, og jo sterkere denne forbindelsen, desto bredere blir frekvensfallet. Med en sterk forbindelse av kretsene overføres energien fra primærsløyfen til sekundæren med en effektivitet på mer enn 50%; denne tilnærmingen brukes i tilfeller der mer kraft må overføres fra krets til krets.

Svak kobling (mindre enn kritisk) gir en resonanskurve hvis form er den samme som for en enkelt krets. Svak kobling brukes i tilfeller hvor det ikke er behov for å overføre betydelig effekt fra primærsløyfen til sekundærkretsen med høy effektivitet, og det er ønskelig at sekundærkretsen påvirker primærkretsen minst mulig.Jo høyere Q-faktoren til sekundærkretsen er, desto større er amplituden til strømmen i den ved resonans. Det svake leddet er egnet for måleformål i radioutstyr.