Колебательный контур, настроечный или резонансный контур в беспроводных радиоприемниках

| 1 октября, 2021 | Физика

Колебательный контур — это электрическая цепь, в которой происходит обмен энергии, накопленной в индукционной катушке в виде магнитного поля и конденсатора в виде электрического поля . Колебательный контур состоит из индукционной катушки с очень малым сопротивлением , конденсатора , батареи и они соединены друг с другом через переключатели a и b.

Как работает колебательный контур

Когда переключатель (a) включен: мгновенный ток проходит от батареи, чтобы зарядить конденсатор , так что пластина, подключенная к положительному полюсу, становится положительно заряженной, а пластина, подключенная к отрицательному полюсу, становится отрицательно заряженной.

Ток перестает течь, когда разность потенциалов между двумя пластинами конденсатора равна разности потенциалов батареи. Между пластинами конденсатора создается электрическое поле, в котором энергия сохраняется в виде электрического поля.

Когда переключатель (a) выключен, а переключатель (b) включен: конденсатор разряжает свой заряд через индуктивную катушку, и поэтому мгновенный ток проходит от положительной пластины к отрицательной пластине, что снижает напряжение на конденсаторе до тех пор, пока он схлопывается, и электрическое поле между его пластинами исчезает.

Протекающий через катушку ток создает магнитное поле, которое накапливает энергию, которая была сохранена в конденсаторе до того, как электрическая энергия. Первоначально через катушку протекает сильный ток из-за высокого напряжения на пластинах конденсатора.

По мере того, как этот ток постепенно спадает, в катушке индуцируется прямой ток за счет самоиндукции, который тянет больше зарядов с положительной пластины конденсатора к отрицательной пластине.

Следовательно, пластина, которая была заряжена отрицательно, становится положительной за счет заряда, в то время как другая пластина становится отрицательно заряженной, меняя полярность конденсатора на противоположную и создавая между ними электрическое поле.

Ток через катушку прекращается, как и магнитное поле, пока они не исчезнут. Соответственно, энергия, запасенная в катушке в виде магнитного поля , преобразуется в электрическую энергию, запасенную в конденсаторе .

После этого конденсатор заряжается еще раз через катушку в направлении, противоположном первоначальному заряду. Таким образом, зарядка и разрядка конденсатора циклически повторяются, и в цепи возникают электрические колебания высокой частоты, попеременно меняя энергию между два поля.

Процесс зарядки и разрядки в колебательном контуре останавливается через некоторое время, из-за омического сопротивления катушки и других проводов цепи часть энергии рассеивается в виде тепловой энергии, что приводит к постепенному уменьшению переменного тока. в цепи, а также напряжение на пластинах конденсатора. Это препятствует процессу зарядки и разрядки, в результате чего ток в конечном итоге падает до нуля.

Однако, если эти потери компенсируются дополнительными зарядами, подаваемыми на конденсатор , колебательное действие передачи энергии назад и вперед между конденсатором и катушкой индуктивности будет продолжаться бесконечно.

Соотношение между частотой, X L , X C , R и Z

Омическое сопротивление не изменяется как текущие изменения частоты, индуктивным возрастают реактивную как частота переменного тока возрастает (X L & alpha ; F), емкостное сопротивление уменьшается по мере частоты переменного тока возрастает (Х С α 1 / ж), импеданс Z из цепь уменьшается до тех пор, пока не станет минимальным значением, когда X L = X C, что называется состоянием резонанса. После этого импеданс Z цепи увеличивается по мере увеличения частоты переменного тока.

Подстройка или резонансный контур

Подстройка или резонансный контур используется в Тюнинге радиоприемников для улавливания сигнала конкретной станции на определенной частоте. Подстройка или резонансный контур состоит из:

  1. Конденсатор переменной емкости.
  2. Индукционная катушка, индуктивность которой можно изменять.
  3. Электропитание переменного тока переменной частоты.
  4. Амперметр с горячей проволокой .

Как это работает

При изменении частоты источника переменного тока поток силы тока изменяется так, что значение тока уменьшается по мере увеличения разницы между частотой источника питания и резонансной частотой. Значение тока увеличивается с увеличением частоты источника питания. подача приближается к резонансной частоте.

Значение тока достигает своего максимума, когда частота источника питания равна резонансной частоте цепи (когда индуктивное реактивное сопротивление равно емкостному реактивному сопротивлению) и цепь называется резонансной.

Уменьшение резонансной частоты

В колебательном контуре, когда емкостное реактивное сопротивление и индуктивное реактивное сопротивление равны, они компенсируют друг друга, оставляя только сопротивление цепи, чтобы противостоять потоку тока, таким образом, ток достигает своего максимума в этой цепи.

Частоту цепи (f) можно вычислить следующим образом:

Х L = Х С

2πfL = 1 / 2πfC

f ² = 1/4 π² LC

Извлечение квадратного корня из двух сторон

f = 1/2 π (LC) ½

Где: (C) — емкость конденсатора, (L) — коэффициент самоиндукции катушки.

Факторы, влияющие на резонансную частоту

  1. Корень квадратный из коэффициента самоиндукции катушки (обратно пропорционален).
  2. Корень квадратный из емкости конденсатора (обратно пропорционален).

Резонанс частоты цепи с частотой источника может быть достигнут либо путем настройки (изменения) частоты источника, емкости или индуктивности катушки, резонанс в настроенной цепи и в звуках одинаковы, интенсивность звука усиливается, когда два камертона вибрируют на одинаковая частота и ослабевает, когда их частоты заметно различаются.

Вывод: Если несколько частот различных источников электрического тока воздействуют на колебательный контур одновременно, цепь не пропускает ток, за исключением частоты, равной или близкой к частоте цепи.

Настраивающий (резонансный) контур представляет собой колебательный контур, содержащий резистор , индукционную катушку, конденсатор и источник переменного тока, и не позволяет протекать току, за исключением того, который имеет ту же частоту, что и его, или очень близко к нему.

Когда контур резонансный:

  1. Частота питания равна частоте цепи.
  2. В цепи проходит максимальное значение действующего тока.
  3. Напряжение на катушке (V L) = напряжение на конденсаторе (V C ) и, следовательно, напряжение на резисторе = ЭДС источника переменного тока.
  4. Индуктивное реактивное сопротивление (X L) = емкостное реактивное сопротивление (X C ), и они компенсируют друг друга.
  5. Схема имеет минимальный импеданс, который равен омическому сопротивлению Z = R.
  6. Ток находится в фазе с полной разностью потенциалов , поэтому фазовый угол (θ) = ноль.

В случае сравнения частот двух колебательных контуров:

f 1 / f 2 = (L 2 C 2 / L 1 C 1 ) ½

Когда одна и та же катушка находится в двух цепях, что означает (L = L 1 = L 2 ), тогда:

f 1 / f 2 = (C 2 / C 1 ) ½

Когда один и тот же конденсатор находится в двух цепях, то есть (C = C 1 = C 2 ), тогда:

f 1 / f 2 = (L 2 / L 1 ) ½

Настройка резонансного контура в беспроводных радиоприемниках

В радиоприемнике схема настройки подключена к антенне, на которую воздействуют электромагнитные волны разной частоты, передаваемые разными станциями. Эти разные частоты генерируются в токах антенны, имеющих одинаковые частоты своих станций. Таким образом, схема настройки в Радиоприемник пропускает только ток, частота которого равна частоте цепи.

Когда вам нравится слушать определенную радиостанцию, вы настраиваете частоту цепи, либо изменяя емкость конденсатора, либо количество витков в катушке, чтобы пропускать только ток, частота которого резонирует с частотой цепи.

Затем этот ток подвергается процессам усиления, выпрямления и, наконец, ток, который выражает звук, отделяется и проходит через громкоговоритель.