Главная Карта сайта Контакты Ссылки Авторам

Беспаечные макетные платы
Главная arrow Основы электротехники arrow Колебательный контур

Колебательный контур

(18 голосов)

Замкнутый колебательный контур

 Замкнутый колебательный контур есть электрическая цепь, состоящая из конденсатора и катушки индуктивности с малым активным сопротивлением.

 

  Поставим переключатель в левое положение, конденсатор зарядится. Теперь поставим в правое положение, конденсатор мгновенно разрядится.

 lc1.jpg lc2.jpg
 
А теперь включим в цепь катушку индуктивности.
 
lc3.jpg
 lc4.jpg
 
Если зарядить конденсатор от батареи, поставив переключатель SW в левое положение , затем перевести переключатель в правое положение, то конденсатор начнет разряжаться через катушку и по цепи колебательного контура потечет ток. Так как катушка обладает индуктивным сопротивлением, ток в цепи нарастает постепенно. Вокруг катушки образуется магнитное поле, которое усиливается по мере увеличения тока. Когда конденсатор полностью разрядится, магнитное поле и ток в катушке достигнут наибольшего значения (момент t1 на рисуке).
 
lc6.jpg 
 
За счет энергии, накопленной в магнитном поле катушки, ток будет продолжать течь в том же направлении, постепенно уменьшаясь по величине. При этом происходит перезарядка конденсатора, и нижняя пластина приобретает положительное напряжение.
В некоторый момент t2 вся энергия магнитного поля катушки переходит в энергию электрического поля конденсатора, причем ток в цепи уменьшается до нуля. Но в это же время конденсатор снова начнет разряжаться, и в контуре опять потечет ток, но уже в обратном направлении: от нижней пластины конденсатора через катушку к верхней пластине.
 
 lc5.jpg
 
В момент полной разрядки конденсатора t3 он возрастет до максимального значения, а энергия электрического поля конденсатора полностью превратится в энергию магнитного поля катушки. После этого начнется новая зарядка конденсатора, сопровождающаяся уменьшением тока в цепи до нуля.
   Описанный цикл составляет одно полное колебание.
 
  lc19.jpg
 
После этого колебательный процесс повторяется.
   Таким образом, в цепи, состоящей из катушки индуктивности L и конденсатора С, происходят повторяющиеся через определенные промежутки времени изменения токов и напряжений. Эти изменения вызваны процессами перехода энергии электрического поля заряженного конденсатора в энергию магнитного поля катушки и обратного перехода энергии магнитного поля катушки в энергию электрического поля конденсатора. Следовательно, конденсатор является накопителем энергии электрического поля, а катушка индуктивности — накопителем энергии магнитного поля, и колебательный процесс, то есть периодические изменения тока и напряжения в контуре, является результатом обмена энергией между катушкой и конденсатором.
   Чем больше емкость конденсатора, входящего в колебательный контур, тем больший заряд он может накопить и тем длительнее его перезарядка. С другой стороны, увеличение числа витков катушки и ее диаметра вызывает рост индуктивности колебательного контура и усиление накапливаемого в ней магнитного поля. Сильное магнитное поле способно долго поддерживать ток перезарядки конденсатора. Таким образом, увеличение емкости конденсатора или индуктивности катушки, входящих в параллельный колебательный контур, приводит к увеличению периода полного колебания электрического тока в этом контуре, или, иными словами, уменьшению частоты электрических колебаний в контуре. Следовательно, в колебательных контурах с различными емкостями конденсаторов и индуктивностями катушек будут создаваться электрические колебания с разной частотой. Такая частота называется собственной частотой колебательного контура и определяется по формуле:
 
 lc8.jpg

   Если значение емкости С подставлять в эту формулу в фарадах, а индуктивности L в генри, полученная резонансная частота будет выражаться в герцах.
   Электрические колебания в контуре, происходящие только за счет обмена энергиями между катушкой индуктивности и конденсатором, называются свободными. Если бы потери энергии при обмене не происходило, то свободные электрические колебания в контуре длились бы бесконечно долго. Однако катушка индуктивности кроме индуктивного сопротивления
lc9.jpg
 содержит и активное сопротивление R, которым обладает провод ее обмотки. Для преодоления этого сопротивления протекающий в контуре ток расходует часть энергии, выделяющейся в виде тепла. Конденсатор также не является идеальным, поскольку сопротивление диэлектрика, разделяющего его обкладки, не равно бесконечности. Поэтому ток между пластинами конденсатора протекает не только по проводникам внешней цепи, но и часть его «просачивается» через разделяющий обкладки диэлектрик (этот ток называют током утечки конденсатора), на что тоже тратится некоторая энергия. Происходит потеря энергии и в проводниках, соединяющих катушку индуктивности и конденсатор. Поэтому с каждым новым циклом колебаний, или периодом, энергия в контуре будет уменьшаться. Это приводит к уменьшению амплитуды колебаний или их «затуханию» с течением времени.
 
lc7.jpg

   Затухание колебаний будет происходить тем быстрее, чем больше активное сопротивление в цепи колебательного контура.
 

Последовательный контур. Параллельный контур.

Чтобы колебания в контуре происходили долго, нужно к контуру подключить генератор переменного тока, который восполнял бы потери энергии на активном сопротивлении.

 Существуют два способа подключения генератора к контуру.

 lc11.jpg

 

lc12.jpg

 

На левом рисунке генератор включен в контур и является его частью. Такой контур называется последовательным.

На правом рисунке генератор находится вне контура. Такой контур называется параллельным.

При наличии генератора в контуре будут одновременно два тока колебаний. Один ток колебаний имеет частоту генератора. Генератор заставляет конденсатор заряжатся и разряжатся на частоте генератора. Это ток вынужденных колебаний. Одновременно в контуре имеется ток колебаний частота которых зависит от величин емкости и индуктивности конденсатора и катушки. Она равна частоте свободных колебаний, которую при наличии генератора следует называть частотой собственных колебаний.

  Если частота вынужденных колебаний равна собственной частоте колебательного контура, то амплитуда колебаний в контуре будет максимальной и для их поддержания достаточно незначительной энергии внутреннего источника. Это явление называют резонансом, а частоту, на которой возникает резонанс,— резонансной частотой. Она близка к собственной частоте колебаний контура.
  Так как собственная частота колебательного контура, или период колебаний, зависит от индуктивности L катушки и емкости С контура, то настройка контура на частоту резонанса должна производиться подбором необходимых значений L и С. Этот принцип используется при настройке радиоприемника на нужную радиостанцию, при настройке контуров на нужную частоту и в других целях.

При резонансе реактивное сопротивление индуктивности становится равным реактивному сопротивлению емкости  т. е. XL=XC. Поскольку напряжения на катушке и конденсаторе всегда действуют в противоположных направлениях, реактивные сопротивления  оказывают противоположное влияние на электрический ток, протекающий в колебательном контуре. Вследствие этого при резонансе общее реактивное сопротивление контура X=XL-XC равно нулю и сопротивление контура носит чисто активный характер. На резонансной частоте это сопротивление параллельного колебательного контура имеет наибольшее значение и уменьшается как при увеличении, так и при уменьшении частоты колебаний ЭДС внешнего источника.

 
lc10.jpg
 
 

 

 

Комментарии 

 
-8 #1 Санёк 13.06.2011 14:56
добавляйтесь в аську 367054784:-)
 

Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи

< Пред.   След. >
Ссылки по теме