Колебательный контур

опубликовано: .

В случае параллельного соединения индуктивности и емкости, на общем участке цепи ток может быть невелик, в то время как токи в параллельных ветвях могут достигать большой величины. Если рассмотреть случай, когда активные сопротивления параллельных ветвей равны нулю, токи в них будут сдвинуты по фазе на 90° относительно приложенного напряжения. Если к тому же добиться равенства реактивных сопротивлений (xL = xC), то в ветвях будут протекать равные токи. Общий ток при этом будет равен нулю.

Упрощенная векторная диаграмма резонанса токов
Рисунок 1. Упрощенная векторная диаграмма резонанса токов

Векторная диаграмма для такого случая изображена на рисунке 1.

Так как общий ток равен нулю, то подводящие провода можно отключить от источника переменного напряжения. В замкнутом контуре, образованном катушкой и конденсатором, будет протекать переменный ток.

До сих пор мы рассматривали случай, когда в электрических цепях протекали токи, получаемые от генераторов. Теперь мы рассмотрим случай получения переменного тока посредством разряда конденсатора на катушку.

Заряженный конденсатор обладает запасом электрической энергии. При замыкании на катушку он начинает разряжаться и запас электрической энергии в нем будет уменьшаться. Ток разряда конденсатора, проходя по виткам катушки, создает магнитное поле. Следовательно, катушка начнет запасать магнитную энергию. Когда конденсатор полностью разрядится, его электрическая энергия станет равной нулю. В этот момент катушка будет обладать максимальным запасом магнитной энергии. Теперь сама катушка становится генератором электрического тока и начнет перезаряжать конденсатор. Электродвижущая сила (ЭДС) самоиндукции, возникающая в катушке в период нарастания магнитного поля, препятствовала протеканию тока. Теперь же, когда магнитное поле катушки будет уменьшаться, ЭДС самоиндукции стремится поддержать ток в прежнем направлении. В момент, когда магнитная энергия катушки станет равной нулю, обкладки конденсатора окажутся заряженными противоположно тому, как они были заряжены вначале, и если сопротивление цепи равно нулю, то конденсатор получит первоначальный запас электрической энергии. Затем конденсатор вновь начнет разряжаться, создавая в цепи ток обратного направления, и процесс будет повторяться.

Попеременные превращения энергии в колебательном контуре, электрической в магнитную и обратно, составляют основу процесса электромагнитных колебаний.

Цепь, состоящая из емкости и индуктивности, в которой происходит процесс электромагнитных колебаний, называется колебательным контуром.

Периодические колебания энергии, происходящие в колебательном контуре, могли бы продолжаться бесконечно долго в виде незатухающих колебаний, если бы отсутствовали потери в самом колебательном контуре. Однако наличие активного сопротивления приводит к тому, что запас энергии контура с каждым периодом уменьшается за счет потерь на тепло в активном сопротивлении, в результате чего колебания затухают. Колебательный контур, не содержащий в своей цепи активного сопротивления, является идеальным колебательным контуром.

Период колебаний колебательного контура, происходящих в нем без активного сопротивления, определяется формулой Томпсона:

Период колебательного контура

Величина T называется собственным периодом колебательного контура.

Собственная частота колебательного контура f определяется по формуле:

Собственная частота колебательного контура

Таким образом, изменить время периода колебаний контура можно двумя способами – изменением индуктивности катушки или емкости конденсатора. Тот и другой способы используются для этой цели в радиотехнике.

Электрический колебательный контур является необходимой принадлежностью каждого радиоприемника и радиопередатчика.

Принцип радиопередачи заключается в следующем. В антенне передающей радиостанции при помощи генераторов создаются электромагнитные колебания. Амплитуда колебаний зависит от ряда факторов и в том числе от величины тока, протекающего в цепи микрофона, принимающего звуковые колебания, обусловленные речью или музыкой.

Изменение колебаний высокой частоты с помощью звуковых колебаний называется модуляцией.

Антенна передающей радиостанции излучает в пространство модулированные электромагнитные волны. Достигая антенны радиоприемника, радиоволны индуктируют в ней слабую ЭДС, частота которой равна частоте приходящей волны. Теперь нужно дать возможность радиослушателю настроить свой радиоприемник на нужную волну среди других волн многих работающих радиостанций. Для этой цели антенна соединяется с колебательным контуром. Путем изменения емкости или индуктивности можно добиться в контуре резонансной частоты колебательного контура, вследствие чего переменная ЭДС индуктированная в приемной антенне, будет усилена во много раз. Дальнейшее усиление полученных колебаний достигается при помощи электронных ламп или полупроводниковых приборов. Частота электромагнитных колебаний, применяемых в радиотехнике, очень велика (порядка миллионов герц). Эти колебания не могут быть непосредственно преобразованы в колебания мембраны телефона и воздействовать на слух. Поэтому модулированные колебания высокой частоты, излучаемые антенной передающей станции, приходя в приемник, должны быть детектированы. Это производится при помощи кристаллического детектора, электронных ламп или полупроводниковых приборов. Полученные в результате детектирования колебания низкой частоты подвергаются усилению и подаются на репродуктор.

Источник: Кузнецов М. И., "Основы электротехники" - 9-е издание, исправленное - Москва: Высшая школа, 1964 - 560 с.

1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голоса -ов)