Inductief gekoppelde oscillerende circuits

Beschouw twee oscillerende circuits die ten opzichte van elkaar zijn gepositioneerd zodat energie kan worden overgedragen van het eerste circuit naar het tweede en vice versa.

Oscillatorcircuits in dergelijke omstandigheden worden gekoppelde circuits genoemd, omdat elektromagnetische oscillaties die optreden in een van de circuits elektromagnetische oscillaties veroorzaken in het andere circuit, en energie beweegt tussen deze circuits alsof ze verbonden zijn.

Hoe sterker de verbinding tussen de ketens, hoe meer energie er van de ene keten naar de andere wordt overgedragen, hoe intenser de ketens elkaar beïnvloeden.

De grootte van lusinterconnectie kan worden gekwantificeerd door de luskoppelingscoëfficiënt Kwv, die wordt gemeten als een percentage (van 0 tot 100%). De circuitverbinding is inductief (transformator), autotransformator of capacitief. In dit artikel zullen we inductieve koppeling beschouwen, dat wil zeggen een toestand waarin de interactie van de circuits alleen plaatsvindt vanwege het magnetische (elektromagnetische) veld.

Inductieve koppeling wordt ook wel transformatorkoppeling genoemd omdat deze plaatsvindt door de wederzijdse inductieve werking van circuitwikkelingen op elkaar, zoals in in de transformator, met het enige verschil dat de oscillerende circuits in principe niet zo nauw kunnen worden gekoppeld als in een conventionele transformator kan worden waargenomen.

In een systeem van aangesloten circuits wordt er één aangedreven door een generator (van een wisselstroombron), dit circuit wordt een primair circuit genoemd. In de figuur is het primaire circuit datgene dat bestaat uit de elementen L1 en C1. Het circuit dat energie ontvangt van het primaire circuit wordt het secundaire circuit genoemd, in de figuur wordt het weergegeven door de elementen L2 en C2.

Verbindingsconfiguratie en lusresonantie

Wanneer de stroom I1 in de spoel L1 van de primaire lus verandert (toeneemt of afneemt), verandert de grootte van de inductie van het magnetische veld B1 rond deze spoel dienovereenkomstig en kruisen de krachtlijnen van dit veld de windingen van de secundaire spoel L2 en daarom, volgens de wet van elektromagnetische inductie, er een EMF in opwekken, die de stroom I2 in de spoel L2 veroorzaakt. Daarom blijkt dat het door het magnetische veld is dat de energie van het primaire circuit wordt overgedragen naar het secundaire circuit, zoals in een transformator.

Praktisch verbonden lussen kunnen een constante of variabele verbinding hebben, wat wordt gerealiseerd door de productiemethode van de lussen, de spoelen van de lussen kunnen bijvoorbeeld op een gemeenschappelijk frame worden gewikkeld, stationair vast zijn, of er is de mogelijkheid van fysieke beweging van de spoelen ten opzichte van elkaar, dan is hun relatie variabel. Variabele link-spoelen worden schematisch weergegeven met een pijl die ze kruist.

Dus, zoals hierboven opgemerkt, weerspiegelt de koppelingscoëfficiënt van de spoelen Ksv de onderlinge verbinding van de circuits als een percentage, in de praktijk, als we ons voorstellen dat de wikkelingen hetzelfde zijn, dan zal het laten zien hoeveel van de magnetische flux F1 van de spoel L1 valt ook op spoel L2. Nauwkeuriger gezegd, de koppelingscoëfficiënt Ksv laat zien hoe vaak de EMF die in het tweede circuit wordt geïnduceerd, kleiner is dan de EMF die erin zou kunnen worden geïnduceerd als alle magnetische krachtlijnen van de spoel L1 betrokken waren bij de creatie ervan.

Om de maximaal beschikbare stromen en spanningen in de aangesloten circuits te verkrijgen, moeten ze blijven in resonantie met elkaar.

Resonantie in het transmissie (primaire) circuit kan resonantie van stromen of resonantie van spanningen zijn, afhankelijk van het apparaat van het primaire circuit: als de generator in serie op het circuit is aangesloten, dan zal de resonantie in spanning zijn, indien parallel - de resonantie van stromingen. Normaal gesproken zal er spanningsresonantie zijn in het secundaire circuit, aangezien spoel L2 zelf effectief werkt als een AC-spanningsbron die in serie is geschakeld met het secundaire circuit.

Omdat loops zijn gekoppeld aan een bepaalde CWS, wordt hun afstemming op resonantie in de volgende volgorde uitgevoerd. Het primaire circuit is afgestemd om resonantie te verkrijgen in de primaire lus, dat wil zeggen totdat de maximale stroom I1 is bereikt.

De volgende stap is het instellen van het secundaire circuit op maximale stroom (maximale spanning op C2). Het primaire circuit wordt dan aangepast omdat de magnetische flux F2 van spoel L2 nu de magnetische flux F1 beïnvloedt, en de resonantiefrequentie van de primaire lus verandert enigszins omdat de circuits nu samenwerken.

Het is handig om tegelijkertijd instelbare condensatoren C1 en C2 te hebben bij het opzetten van aangesloten circuits die zijn gemaakt als onderdeel van een enkel blok (schematisch worden instelbare condensatoren met een gemeenschappelijke rotor aangegeven door de gecombineerde gestippelde pijlen die ze kruisen). Een andere aanpassingsmogelijkheid is om extra condensatoren met een relatief kleine capaciteit parallel aan de hoofdcondensator aan te sluiten.

Het is ook mogelijk om de resonantie aan te passen door de inductantie van de gewikkelde spoelen aan te passen, bijvoorbeeld door de kern in de spoel te verplaatsen. Dergelijke "afstembare" kernen worden aangegeven door stippellijnen, die worden doorkruist door een pijl.

Het werkingsmechanisme van kettingen op elkaar

Waarom beïnvloedt het secundaire circuit het primaire circuit en hoe gebeurt dit? De stroom I2 van het secundaire circuit creëert zijn eigen magnetische flux F2, die gedeeltelijk de windingen van de spoel L1 doorkruist en daarom een ​​​​EMF induceert, die wordt gericht (volgens de regel van Lenz) tegen de stroom I1 en daarom proberen we deze te verminderen, dit zoekt het primaire circuit als een extra weerstand, dat wil zeggen de geïntroduceerde weerstand.

Wanneer het secundaire circuit is afgestemd op de generatorfrequentie, is de weerstand die het in het primaire circuit introduceert, puur actief.

De geïntroduceerde weerstand blijkt groter te zijn, hoe sterker de circuits, dat wil zeggen hoe meer Kws, hoe groter de weerstand die door het secundaire circuit wordt geïntroduceerd in het primaire circuit. In feite kenmerkt deze insteekweerstand de hoeveelheid energie die wordt overgedragen naar het secundaire circuit.

Als het secundaire circuit is afgestemd op de frequentie van de generator, zal de weerstand die hierdoor wordt geïntroduceerd, naast de actieve, een reactieve component hebben (capacitief of inductief, afhankelijk van de richting waarin het circuit is vertakt) .

De grootte van de verbinding tussen contouren

Overweeg de grafische afhankelijkheid van de stroom van het secundaire circuit van de frequentie van de generator in relatie tot de koppelfactor Kww van de circuits. Hoe kleiner de koppeling van de contouren, hoe scherper de resonantie, en naarmate Kww toeneemt, vlakt de piek van de resonantiecurve eerst af (kritische koppeling), en als de koppeling nog sterker wordt, krijgt deze een dubbel ondersteund uiterlijk.

De kritische verbinding wordt als optimaal beschouwd vanuit het oogpunt van het verkrijgen van het grootste vermogen in het secundaire circuit als de circuits identiek zijn. De koppelfactor voor zo'n optimale modus is numeriek gelijk aan de verzwakkingswaarde (het omgekeerde van de Q-factor van de schakeling Q).

De sterke verbinding (kritischer) vormt een dip in de resonantiecurve, en hoe sterker deze verbinding, hoe groter de frequentiedaling. Bij een sterke verbinding van de circuits wordt de energie van de primaire lus overgebracht naar de secundaire lus met een rendement van meer dan 50%; deze aanpak wordt gebruikt in gevallen waarin meer vermogen moet worden overgedragen van circuit naar circuit.

Zwakke koppeling (minder dan kritisch) zorgt voor een resonantiecurve waarvan de vorm dezelfde is als voor een enkel circuit. Zwakke koppeling wordt gebruikt in gevallen waarin het niet nodig is om met een hoog rendement een aanzienlijk vermogen van de primaire lus naar het secundaire circuit over te dragen, en het is wenselijk dat het secundaire circuit het primaire circuit zo min mogelijk beïnvloedt.Hoe hoger de Q-factor van het secundaire circuit, hoe groter de amplitude van de stroom erin bij resonantie. De zwakke schakel is geschikt voor meetdoeleinden in radioapparatuur.