Главная Карта сайта Контакты Ссылки Авторам

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