Induktivt koblede oscillerende kredsløb

Overvej to oscillerende kredsløb placeret i forhold til hinanden, så energi kan overføres fra det første kredsløb til det andet og omvendt.

Oscillatorkredsløb under sådanne forhold kaldes koblede kredsløb, fordi elektromagnetiske svingninger, der forekommer i et af kredsløbene, forårsager elektromagnetiske svingninger i det andet kredsløb, og energi bevæger sig mellem disse kredsløb, som om de var forbundet.

Jo stærkere forbindelsen mellem kæderne er, jo mere energi overføres fra en kæde til en anden, jo mere intens påvirker kæderne hinanden.

Størrelsen af ​​sløjfesammenkobling kan kvantificeres ved sløjfekoblingskoefficienten Kwv, som måles som en procentdel (fra 0 til 100%). Kredsløbsforbindelsen er induktiv (transformer), autotransformer eller kapacitiv. I denne artikel vil vi overveje induktiv kobling, det vil sige en tilstand, hvor interaktionen af ​​kredsløbene kun finder sted på grund af det magnetiske (elektromagnetiske) felt.

Induktiv kobling kaldes også transformerkobling, fordi den finder sted på grund af den gensidige induktive virkning af kredsløbsviklinger på hinanden, som i i transformeren, med den eneste forskel, at oscillerende kredsløb i princippet ikke kan kobles så tæt, som det kan observeres i en konventionel transformer.

I et system af forbundne kredsløb drives en af ​​dem af en generator (fra en vekselstrømkilde), dette kredsløb kaldes et primært kredsløb. På figuren er det primære kredsløb det, der består af elementerne L1 og C1. Kredsløbet, der modtager energi fra det primære kredsløb, kaldes det sekundære kredsløb, på figuren er det repræsenteret af elementerne L2 og C2.

Linkkonfiguration og sløjferesonans

Når strømmen I1 ændres i spolen L1 i den primære sløjfe (stiger eller falder), ændres størrelsen af ​​induktionen af ​​magnetfeltet B1 omkring denne spole tilsvarende, og kraftlinjerne i dette felt krydser vindingerne af den sekundære spole L2 og derfor, ifølge loven om elektromagnetisk induktion, inducere en EMF i den, som forårsager strømmen I2 i spolen L2. Derfor viser det sig, at det er gennem magnetfeltet, at energien fra det primære kredsløb overføres til det sekundære, som i en transformer.

Praktisk forbundne sløjfer kan have en konstant eller variabel forbindelse, som realiseres ved fremstillingsmetoden af ​​sløjferne, f.eks. kan løkkernes spoler vikles på en fælles ramme, være fast stationære, eller der er mulighed for fysisk bevægelse af spolerne i forhold til hinanden, så er deres forhold variabel. Variable link-spoler er vist skematisk med en pil, der krydser dem.

Som nævnt ovenfor afspejler koblingskoefficienten for spolerne Ksv således sammenkoblingen af ​​kredsløbene i procent, i praksis, hvis vi forestiller os, at viklingerne er de samme, vil det vise, hvor meget af den magnetiske flux F1 af spole L1 falder også på spole L2. Mere præcist viser koblingskoefficienten Ksv, hvor mange gange EMF induceret i det andet kredsløb er mindre end EMF, der kunne induceres i det, hvis alle magnetiske kraftlinjer i spolen L1 var involveret i dens skabelse.

For at opnå de maksimalt tilgængelige strømme og spændinger i de tilsluttede kredsløb, skal de forblive i resonans med hinanden.

Resonans i transmissionen (primært) kredsløb kan være resonans af strømme eller resonans af spændinger, afhængigt af enheden i det primære kredsløb: hvis generatoren er forbundet til kredsløbet i serie, vil resonansen være i spænding, hvis den er parallel - resonansen af ​​strømme. Der vil normalt være spændingsresonans i det sekundære kredsløb, da spole L2 selv effektivt fungerer som en vekselspændingskilde forbundet i serie til det sekundære kredsløb.

Når der er knyttet sløjfer til en bestemt CWS, udføres deres tuning til resonans i følgende rækkefølge. Det primære kredsløb er indstillet til at opnå resonans i den primære sløjfe, det vil sige indtil den maksimale strøm I1 er nået.

Det næste trin er at indstille det sekundære kredsløb til maksimal strøm (maksimal spænding ved C2). Det primære kredsløb justeres så, fordi den magnetiske flux F2 fra spole L2 nu påvirker den magnetiske flux F1, og den primære sløjfers resonansfrekvens ændres en smule, fordi kredsløbene nu arbejder sammen.

Det er praktisk at have justerbare kondensatorer C1 og C2 på samme tid, når du opretter tilsluttede kredsløb lavet som en del af en enkelt blok (skematisk er justerbare kondensatorer med en fælles rotor angivet med de kombinerede stiplede pile, der krydser dem). En anden mulighed for justering er at tilslutte yderligere kondensatorer med relativt lille kapacitet parallelt med den primære.

Det er også muligt at justere resonansen ved at justere induktansen af ​​de viklede spoler, for eksempel ved at flytte kernen inde i spolen. Sådanne "afstembare" kerner er angivet med stiplede linjer, som krydses af en pil.

Virkningsmekanismen af ​​kæder på hinanden

Hvorfor påvirker det sekundære kredsløb det primære kredsløb, og hvordan sker det? Strømmen I2 i det sekundære kredsløb skaber sin egen magnetiske flux F2, som delvist krydser vindingerne af spolen L1 og derfor inducerer i den en EMF, som er rettet (efter Lenz' regel) mod strømmen I1 og derfor søger vi at reducere den, dette søger det primære kredsløb som en ekstra modstand, det vil sige den indførte modstand.

Når det sekundære kredsløb er indstillet til generatorens frekvens, er den modstand, det indfører i det primære kredsløb, rent aktiv.

Den indførte modstand viser sig at være større, jo stærkere kredsløbene er, det vil sige jo flere Kws, jo større modstand indføres af det sekundære kredsløb til det primære. Faktisk karakteriserer denne indføringsmodstand mængden af ​​energi, der overføres til det sekundære kredsløb.

Hvis det sekundære kredsløb er indstillet i forhold til generatorens frekvens, vil modstanden, der indføres af det, ud over den aktive have en reaktiv komponent (kapacitiv eller induktiv, afhængig af den retning, hvori kredsløbet er forgrenet) .

Størrelsen af ​​forbindelsen mellem konturer

Overvej den grafiske afhængighed af strømmen af ​​det sekundære kredsløb af generatorens frekvens i forhold til koblingsfaktoren Kww for kredsløbene. Jo mindre koblingen af ​​konturerne er, jo skarpere er resonansen, og efterhånden som Kww stiger, flader toppen af ​​resonanskurven først ud (kritisk kobling), og derefter, hvis koblingen bliver endnu stærkere, får den et dobbeltrygget udseende.

Den kritiske forbindelse anses for at være optimal ud fra det synspunkt at opnå den største effekt i det sekundære kredsløb, hvis kredsløbene er identiske. Koblingsfaktoren for en sådan optimal tilstand er numerisk lig med dæmpningsværdien (den reciproke af Q-faktoren for kredsløbet Q).

Den stærke forbindelse (mere kritisk) danner et dyk i resonanskurven, og jo stærkere denne forbindelse er, jo bredere er frekvensfaldet. Med en stærk forbindelse af kredsløbene overføres energien fra den primære sløjfe til den sekundære med en effektivitet på mere end 50%; denne tilgang bruges i tilfælde, hvor der skal overføres mere strøm fra kredsløb til kredsløb.

Svag kobling (mindre end kritisk) giver en resonanskurve, hvis form er den samme som for et enkelt kredsløb. Svag kobling anvendes i tilfælde, hvor der ikke er behov for at overføre væsentlig effekt fra primærsløjfen til sekundærkredsløbet med høj effektivitet, og det er ønskeligt, at det sekundære kredsløb påvirker primærkredsløbet mindst muligt.Jo højere Q-faktor for det sekundære kredsløb, jo større er amplituden af ​​strømmen i det ved resonans. Det svage led er velegnet til måleformål i radioudstyr.