Circuits oscil·lants acoblats inductivament

Considereu dos circuits oscil·lants posicionats entre si de manera que es pugui transferir energia del primer circuit al segon i viceversa.

Els circuits oscil·ladors en aquestes condicions s'anomenen circuits acoblats, perquè les oscil·lacions electromagnètiques que es produeixen en un dels circuits provoquen oscil·lacions electromagnètiques a l'altre circuit, i l'energia es mou entre aquests circuits com si estiguessin connectats.

Com més forta sigui la connexió entre les cadenes, més energia es transfereix d'una cadena a una altra, més intensament les cadenes s'influeixen mútuament.

La magnitud de la interconnexió del bucle es pot quantificar mitjançant el coeficient d'acoblament del bucle Kwv, que es mesura com a percentatge (del 0 al 100%). La connexió del circuit és inductiva (transformador), autotransformador o capacitiva. En aquest article, considerarem l'acoblament inductiu, és a dir, un estat en què la interacció dels circuits es produeix només a causa del camp magnètic (electromagnètic).

L'acoblament inductiu també s'anomena acoblament de transformador perquè té lloc a causa de l'acció inductiva mútua dels bobinats del circuit entre si, com en al transformador, amb l'única diferència que els circuits oscil·lants no es poden acoblar, en principi, tan estretament com es pot observar en un transformador convencional.

En un sistema de circuits connectats, un d'ells està alimentat per un generador (a partir d'una font de corrent altern), aquest circuit s'anomena circuit primari. A la figura, el circuit primari és el que està format pels elements L1 i C1. El circuit que rep energia del circuit primari s'anomena circuit secundari, a la figura es representa amb els elements L2 i C2.

Configuració de l'enllaç i ressonància del bucle

Quan el corrent I1 canvia a la bobina L1 del bucle primari (augmenta o disminueix), la magnitud de la inducció del camp magnètic B1 al voltant d'aquesta bobina canvia en conseqüència i les línies de força d'aquest camp creuen les espires de la bobina secundària L2. i per tant, segons la llei de la inducció electromagnètica, indueix-hi un EMF, que provoca el corrent I2 a la bobina L2. Per tant, resulta que és a través del camp magnètic que l'energia del circuit primari es transfereix al secundari, com en un transformador.

Els llaços pràcticament connectats poden tenir una connexió constant o variable, que es realitza pel mètode de producció dels llaços, per exemple, les bobines dels llaços es poden enrotllar en un bastidor comú, quedant fixes estacionaris, o hi ha la possibilitat moviment de les bobines entre si, llavors la seva relació és variable. Les bobines d'enllaç variable es mostren esquemàticament amb una fletxa que les creua.

Així, com s'ha assenyalat anteriorment, el coeficient d'acoblament de les bobines Ksv reflecteix la interconnexió dels circuits com a percentatge, a la pràctica, si ens imaginem que els bobinats són els mateixos, mostrarà quant del flux magnètic F1 del la bobina L1 també cau a la bobina L2. Més precisament, el coeficient d'acoblament Ksv mostra quantes vegades l'EMF induït en el segon circuit és menor que l'EMF que es podria induir en ell si totes les línies de força magnètiques de la bobina L1 estiguessin implicades en la seva creació.

Per obtenir els màxims corrents i tensions disponibles en els circuits connectats, s'han de mantenir en ressonància entre si.

La ressonància al circuit de transmissió (primari) pot ser ressonància de corrents o ressonància de voltatges, depenent del dispositiu del circuit primari: si el generador està connectat al circuit en sèrie, la ressonància estarà en tensió, si està en paral·lel - la ressonància dels corrents. Normalment hi haurà ressonància de tensió al circuit secundari, ja que la pròpia bobina L2 actua efectivament com a font de tensió de CA connectada en sèrie al circuit secundari.

Tenint bucles associats amb un determinat CWS, la seva sintonització a la ressonància es fa en l'ordre següent. El circuit primari està sintonitzat per obtenir ressonància en el bucle primari, és a dir, fins que s'assoleixi el corrent màxim I1.

El següent pas és configurar el circuit secundari al corrent màxim (tensió màxima a C2). Aleshores s'ajusta el circuit primari perquè el flux magnètic F2 de la bobina L2 ara afecta el flux magnètic F1 i la freqüència de ressonància del bucle primari canvia lleugerament perquè els circuits ara treballen junts.

És convenient tenir condensadors ajustables C1 i C2 al mateix temps quan es configuren circuits connectats fets com a part d'un sol bloc (esquemàticament, els condensadors ajustables amb un rotor comú s'indiquen amb les fletxes de punts combinades que els creuen). Una altra possibilitat d'ajust és connectar condensadors addicionals de capacitat relativament petita en paral·lel amb el principal.

També és possible ajustar la ressonància ajustant la inductància de les bobines enrotllades, per exemple movent el nucli dins de la bobina. Aquests nuclis "sintonitzables" s'indiquen amb línies discontínues, que estan travessades per una fletxa.

Mecanisme d'acció de les cadenes entre si

Per què el circuit secundari afecta el circuit primari i com passa això? El corrent I2 del circuit secundari crea el seu propi flux magnètic F2, que travessa parcialment les espires de la bobina L1 i, per tant, hi indueix un EMF, que es dirigeix ​​(segons la regla de Lenz) contra el corrent I1 i per tant busquem reduir-lo, aquest busca el circuit primari com a resistència addicional, és a dir, la resistència introduïda.

Quan el circuit secundari està sintonitzat a la freqüència del generador, la resistència que introdueix al circuit primari és purament activa.

La resistència introduïda resulta més gran, com més forts són els circuits, és a dir, com més Kws, més gran és la resistència que introdueix el circuit secundari al primari. De fet, aquesta resistència d'inserció caracteritza la quantitat d'energia transferida al circuit secundari.

Si el circuit secundari està sintonitzat respecte a la freqüència del generador, aleshores la resistència introduïda per aquest tindrà, a més de l'activa, un component reactiu (capacitiu o inductiu, segons la direcció en què es ramifica el circuit). .

La mida de la connexió entre contorns

Considereu la dependència gràfica del corrent del circuit secundari de la freqüència del generador en relació amb el factor d'acoblament Kww dels circuits. Com més petit sigui l'acoblament dels contorns, més nítida serà la ressonància i, a mesura que augmenta Kww, el pic de la corba de ressonància s'aplana primer (acoblament crític) i després, si l'acoblament es fa encara més fort, adquireix un aspecte de doble respatller.

La connexió crítica es considera òptima des del punt de vista d'obtenir la màxima potència en el circuit secundari si els circuits són idèntics. El factor d'acoblament per a aquest mode òptim és numèricament igual al valor d'atenuació (el recíproc del factor Q del circuit Q).

La connexió forta (més crítica) forma una caiguda en la corba de ressonància, i com més forta aquesta connexió, més àmplia és la caiguda de freqüència. Amb una connexió forta dels circuits, l'energia del bucle primari es transfereix al secundari amb una eficiència de més del 50%; aquest enfocament s'utilitza en els casos en què cal transferir més potència d'un circuit a un altre.

L'acoblament feble (menys que crític) proporciona una corba de ressonància la forma de la qual és la mateixa que per a un únic circuit. L'acoblament feble s'utilitza en els casos en què no cal transferir una potència significativa del bucle primari al circuit secundari amb alta eficiència, i és desitjable que el circuit secundari afecti el circuit primari el menys possible.Com més gran sigui el factor Q del circuit secundari, més gran serà l'amplitud del corrent en ressonància. L'enllaç feble és adequat per a la mesura en equips de ràdio.