Elektrický oscilační obvod. Oscilační obvod a jeho funkce

– elektrický obvod, skládající se z kondenzátoru zapojeného do série s kapacitou, cívky s indukčností a elektrický odpor.

Ideální oscilační obvod- obvod sestávající pouze z induktoru (nemá vlastní odpor) a kondenzátoru (-obvod). Pak takový systém podporuje netlumený elektromagnetické oscilace proud v obvodu, napětí na kondenzátoru a náboj kondenzátoru. Pojďme analyzovat obvod a přemýšlet o tom, odkud pocházejí vibrace. Původně nabitý kondenzátor nechť je umístěn v obvodu, který popisujeme.

Rýže. 1. Oscilační obvod

V počátečním okamžiku se celý náboj soustředí na kondenzátor, na cívce neteče proud (obr. 1.1). Protože ani na deskách kondenzátoru není žádné vnější pole, pak začnou elektrony z desek „odcházet“ do obvodu (náboj na kondenzátoru začne klesat). V tomto případě (vlivem uvolněných elektronů) proud v obvodu roste. Směr proudu, v tento případ, od plus do mínus (ovšem jako vždy) a kondenzátor je zdroj střídavý proud pro tento systém. Avšak se zvýšením proudu na cívce v důsledku vzniká zpětný indukční proud (). Směr indukčního proudu by měl podle Lenzova pravidla vyrovnávat (snižovat) růst hlavního proudu. Když se náboj kondenzátoru rovná nule (celý náboj se vybije), síla indukčního proudu v cívce bude maximální (obr. 1.2).

Proudový náboj v obvodu však nemůže zmizet (zákon zachování náboje), pak tento náboj, který obvodem opustil jednu desku, skončil na desce druhé. Kondenzátor se tedy dobíjí opačná strana(obr. 1.3). Indukční proud na cívce se sníží na nulu, protože. změna magnetického toku má také tendenci k nule.

Na plně nabito kondenzátoru, začnou se elektrony pohybovat opačným směrem, tzn. kondenzátor se vybije v opačném směru a vznikne proud dosahující maxima při plné vybití kondenzátor (obr. 1.4).

Dalším zpětným nabíjením kondenzátoru se systém dostane do polohy na obrázku 1.1. Toto chování systému se opakuje po libovolně dlouhou dobu. Dostáváme tak kolísání různých parametrů systému: proud v cívce, náboj na kondenzátoru, napětí na kondenzátoru. V případě ideálního obvodu a vodičů (nedostatek vlastního odporu) jsou tyto oscilace .

Pro matematický popis těchto parametrů tohoto systému (především perioda elektromagnetických kmitů), vypočítané před námi Thomsonův vzorec:

Nedokonalý obrys je stále stejný ideální obvod, který jsme uvažovali, s jedním malým zahrnutím: s přítomností odporu (-obvod). Tento odpor může být buď odporem cívky (není ideální), nebo odporem vodivých drátů. Obecná logika výskytu kmitů v neideálním obvodu je podobná jako v ideálním. Rozdíl je pouze v samotných vibracích. Pokud je odpor, část energie se rozptýlí do okolí - odpor se zahřeje, pak se energie oscilačního obvodu sníží a samotné kmity se stanou blednutí.

Pro práci s obvody ve škole se používá pouze obecná energetická logika. V tomto případě uvažujeme, že celková energie systému je zpočátku soustředěna na a/nebo , a je popsána.

Pro generování vysokofrekvenčních vln se často používají obvody založené na oscilačním obvodu. Volbou parametrů prvků obvodu je možné vyrábět frekvence nad 500 MHz. Obvody se používají v RF generátorech, vysokofrekvenčním ohřevu, televizních a rozhlasových přijímačích.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/1-11.jpg 661w

Oscilační obvod

Oscilační obvod je sériový resp paralelní připojení indukční a kondenzátorové prvky generující elektromagnetické oscilace libovolné dané frekvence. Obě součásti obvodu jsou schopny akumulovat energii.

Když je mezi deskami kondenzátoru rozdíl potenciálů, ukládá energii elektrického pole. Podobně se energie ukládá v magnetickém poli indukční cívky.

Práce oscilačního obvodu

Když je kondenzátor zpočátku připojen ke zdroji stejnosměrného proudu, vzniká mezi ním rozdíl potenciálů. Jedna deska má přebytek elektronů a je záporně nabitá, druhá má nedostatek elektronů a je nabitá kladně.

Co se stane, když je v obvodu zahrnuta indukční cívka:

Když je kontakt spojující elektrický obvod uzavřen, kondenzátor se začne vybíjet přes induktor. Energie jím akumulovaného elektrického pole se snižuje;
Proud protékající cívkou L indukuje EMF proti proudu elektronů. Z tohoto důvodu je rychlost nárůstu proudu pomalá. V cívce se vytvoří magnetické pole, které začne akumulovat svou energii. Po úplném vybití kondenzátoru se tok elektronů cívkou sníží na nulu. Elektrostatická energie uložená v kondenzátoru se přemění na energii magnetické pole cívky;
Po vybití kondenzátoru se magnetické pole začne postupně rozpadat, ale podle Lenzova zákona indukční proud cívky přispívá k nabití kondenzátoru s opačnou polaritou. Energie spojená s magnetickým polem se přemění zpět na elektrostatickou energii;

Důležité! V ideálním případě, kdy nedochází k žádným ztrátám na L a C, by se kondenzátor nabil na původní hodnotu s opačným znaménkem.

Poté, co klesající magnetické pole dobije kondenzátor, začne se opět vybíjet zpětným tokem proudu a magnetické pole se opět zvětší.

Pokračuje sekvence nabíjení a vybíjení, to znamená, že proces přeměny elektrostatické energie na energii magnetickou a naopak se periodicky opakuje, jako kyvadlo, ve kterém se potenciální energie cyklicky přeměňuje na energii kinetickou a naopak.

Nepřetržitý proces nabíjení a vybíjení má za následek zpětný pohyb elektronů nebo oscilační proud.

Výměna energie mezi L a C bude pokračovat donekonečna, pokud nedojde ke ztrátám. Část energie se ztrácí, rozptyluje se jako teplo na drátech cívky, spojovacích vodičích, v důsledku unikajícího proudu kondenzátoru, elektromagnetická radiace. Proto budou oscilace tlumeny.

Png?.png 600w https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/2-3-768x463..png 900w

tlumené vibrace

Rezonance

Je-li obvod s kondenzátorem, cívkou a rezistorem buzen napětím, které se neustále mění v čase s určitou frekvencí, pak se mění i reaktance: indukční a kapacitní. Amplituda a frekvence výstupního signálu se změní ve srovnání se vstupním.

Indukční reaktance je přímo úměrná frekvenci:

X(L) = 2π x f x L,

A kapacitní nepřímo úměrné tomuto ukazateli:

X(C) = 1/(2π x f x C).

Důležité! Více nízké frekvence indukční reaktance zanedbatelné a kapacita bude vysoká a bude schopna vytvořit téměř otevřenou smyčku. Při vysokých frekvencích je obraz převrácený.

Se zvláštní kombinací kondenzátoru a cívky se obvod stane rezonančním, neboli naladěným, s frekvencí oscilací, při které je indukční reaktance identická s kapacitní. A navzájem se ruší.

Proto pouze aktivní odpor proti protékajícímu proudu. Vytvořené podmínky se nazývají rezonance oscilačního obvodu. Mezi proudem a napětím není žádný fázový posun.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/3-9-768x576..jpg 800w

Rezonance LC obvodu

Pro výpočet rezonanční frekvence oscilačního obvodu se bere v úvahu následující podmínka:

Proto 2πxfxL = 1/(2πxfxC).

To dává vzorec rezonanční frekvence:

f = 1/(2π x √(L x C)).

Výpočet rezonanční frekvence, indukčnosti a kapacity lze provést na online kalkulačka e, nahrazování konkrétních hodnot.

Rychlost, jakou je energie z LC obvodu disipována, musí být stejná jako energie dodávaná do obvodu. Produkují se stálé nebo netlumené oscilace elektronické obvody generátory.

LC obvody se používají buď ke generování signálů na určité frekvenci, nebo k izolaci frekvenčním signálem od toho složitějšího. Jsou klíčovými součástmi mnoha elektronická zařízení, zejména rádiová zařízení používaná v oscilátorech, filtrech, tunerech a směšovačích frekvencí.

Video

Sériový oscilační obvod je obvod skládající se z induktoru a kondenzátoru, které jsou zapojeny do série. Na diagramech ideál sériový oscilační obvod je označen takto:

Skutečný oscilační obvod má ztrátový odpor cívky a kondenzátoru. Tato celková celková ztrátová odolnost je označena písmenem R. Výsledkem je, nemovitý sériový oscilační obvod bude vypadat takto:

R je celkový ztrátový odpor cívky a kondenzátoru

L je samotná indukčnost cívky

C - skutečná kapacita kondenzátoru

Oscilační obvod a frekvenční generátor

Udělejme klasický experiment, který najdete v každé učebnici elektroniky. Za tímto účelem shromáždíme následující schéma:

Náš generátor vytvoří sinus.

Abychom mohli provést oscilogram sériovým oscilačním obvodem, připojíme k obvodu bočníkový rezistor s nízkým odporem 0,5 ohmu a již z něj odebereme napětí. To znamená, že v tomto případě použijeme bočník k pozorování síly proudu v obvodu.

A zde je skutečný diagram:

Zleva doprava: bočníkový rezistor, induktor a kondenzátor. Jak jste již pochopili, odpor R je celkový ztrátový odpor cívky a kondenzátoru, protože neexistují žádné ideální rádiové prvky. Ten se „skrývá“ uvnitř cívky a kondenzátoru, takže v reálném zapojení jej jako samostatný rádiový prvek neuvidíme.

Nyní nám zbývá připojit tento obvod ke frekvenčnímu generátoru a osciloskopu a procházet jej několika frekvencemi, přičemž sejme oscilogram z bočníku. U w, stejně jako odebrání oscilogramu ze samotného generátoru U GEN.

Z bočníku odebereme napětí, kterým zobrazujeme chování síly proudu v obvodu a z generátoru samotný signál generátoru. Projeďme náš okruh přes nějaké frekvence a uvidíme, co je co.

Vliv frekvence na odpor oscilačního obvodu

Tak pojďme. V obvodu jsem vzal 1uF kondenzátor a 1mH induktor. Na generátoru jsem nastavil sinusovku 4 volty. Připomínáme pravidlo: pokud v obvodu jde zapojení rádiových prvků do série jeden po druhém, pak jimi protéká stejný proud.

Červený průběh je napětí z frekvenčního generátoru a žlutý průběh je zobrazení proudu protékajícího napětím přes bočník.

Frekvence 200 Hertzů s centem:

Jak vidíme, při takové frekvenci je v tomto obvodu proud, ale je velmi slabý.

Přidání frekvence. 600 hertzů s haléři

Zde již jasně vidíme, že se síla proudu zvýšila, a také vidíme, že průběh síly proudu je před napětím. Voní jako kondenzátor.

Přidání frekvence. 2 kilohertz

Síla proudu se ještě zvýšila.

3 kilohertz

Proud se zvýšil. Všimněte si také, že fázový posun se začal snižovat.

4,25 kilohertzů

Oscilogramy již téměř splývají v jeden. Fázový posun mezi napětím a proudem je téměř neznatelný.

A nyní, při určité frekvenci, se síla proudu stala maximální a fázový posun se rovnal nule. Vzpomeňte si na tento okamžik. Pro nás to bude velmi důležité.

Nedávno byl proud před napětím, ale nyní se již začal zpožďovat poté, co se s ním ve fázi vyrovnal. Vzhledem k tomu, že proud již zaostává za napětím, už to zde zavání reaktancí tlumivky.

Ještě více zvýšit frekvenci

Síla proudu začíná klesat a fázový posun se zvyšuje.

22 kilohertzů

74 kilohertzů

Jak vidíte, jak se frekvence zvyšuje, posun se blíží 90 stupňům a proud je stále menší a menší.

Rezonance

Podívejme se blíže na okamžik, kdy byl fázový posun nulový a proud procházející sériovým oscilačním obvodem maximální:

Tento jev se nazývá rezonance.

Jak si pamatujete, pokud se náš odpor stane malým a v tomto případě je ztrátový odpor cívky a kondenzátoru velmi malý, pak v obvodu začne proudit velký proud podle Ohmova zákona: I=U/R. Pokud je generátor výkonný, napětí na něm se nemění a odpor se stává zanedbatelným a voila! Proud roste jako houby po dešti, což jsme viděli při pohledu na žlutou vlnu při rezonanci.

Thomsonův vzorec

Pokud je při rezonanci reaktance cívky rovna reaktanci kondenzátoru X L = X C, pak můžete vyrovnat jejich reaktance a již odtud vypočítat frekvenci, při které k rezonanci došlo. Takže reaktance cívky je vyjádřena vzorcem:

Reaktance kondenzátoru se vypočítá podle vzorce:

Srovnejte obě části a počítejte odtud F:

V tomto případě jsme dostali vzorec rezonanční frekvence. Tento vzorec se nazývá Thomsonův vzorec, jak chápete, na počest vědce, který to přinesl.

Použijme Thomsonův vzorec k výpočtu rezonanční frekvence našeho sériového oscilačního obvodu. K tomu použiji svůj RLC tranzistorový měřič.

Měříme indukčnost cívky:

A změříme naši kapacitu:

Naši rezonanční frekvenci vypočítáme pomocí vzorce:

Mám 5,09 kilohertzů.

Pomocí nastavení frekvence a osciloskopu jsem zachytil rezonanci na frekvenci 4,78 kilohertz (napsáno v levém dolním rohu)

Odepišme chybu 200 kopějek Hertzů za chybu měření přístrojů. Jak vidíte, Thompsonův vzorec funguje.

Stresová rezonance

Vezměme si další parametry cívky a kondenzátoru a podívejme se, co se děje na samotných radioprvcích. Ostatně je potřeba si vše důkladně zjistit ;-). Beru induktor s indukčností 22 mikrohenry:

a kondenzátor 1000 pF

Takže abych chytil rezonanci, nebudu přidávat do obvodu. budu chytřejší.

Vzhledem k tomu, že můj frekvenční generátor je čínský a nízkopříkonový, při rezonanci máme v obvodu pouze aktivní ztrátový odpor R. Celkově stále dostáváme malou hodnotu odporu, takže proud při rezonanci dosahuje maximální hodnoty. V důsledku toho klesá slušné napětí na vnitřním odporu frekvenčního generátoru a amplituda výstupní frekvence generátoru klesá. Zachytím minimální hodnotu této amplitudy. Proto to bude rezonance oscilačního obvodu. Přetěžování generátoru není dobré, ale co se dá dělat pro vědu!

No, začneme ;-). Vypočítejme nejprve rezonanční frekvenci pomocí Thomsonova vzorce. K tomu si otevřu online kalkulačku na internetu a rychle spočítám tuto frekvenci. Mám 1,073 megahertz.

Rezonanci na frekvenčním generátoru zachytím podle jeho minimálních hodnot amplitudy. Ukázalo se něco takového:

Peak-to-Peak 4 volty

Přestože má frekvenční generátor výkyv více než 17 voltů! Tady začalo napětí. A jak vidíte, rezonanční frekvence se ukázala být mírně odlišná než vypočítaná: 1,109 megahertz.

Teď trochu zábavy ;-)

Toto je signál, který aplikujeme na náš sériový oscilační obvod:

Jak vidíte, můj generátor není schopen dodávat velký proud do oscilačního obvodu na rezonanční frekvenci, takže signál se ukázal být ve špičkách dokonce mírně zkreslený.

No a teď to nejzajímavější. Změřme úbytek napětí na kondenzátoru a cívce při rezonanční frekvenci. To znamená, že to bude vypadat takto:

Podíváme se na napětí na kondenzátoru:

Rozkmit amplitudy 20 voltů (5x4)! Kde? Vždyť jsme do oscilačního obvodu přivedli sinus s frekvencí 2 Volty!

Dobře, možná se něco stalo s osciloskopem?. Změřme napětí na cívce:

Lidé! Zdarma!!! Použili 2 volty z generátoru a dostali 20 voltů jak na cívku, tak na kondenzátor! Energetický zisk 10x! Mějte čas pouze na odstranění energie buď z kondenzátoru nebo z cívky!

No dobře, od téhle věci... vezmu 12voltovou žárovku z mopedu a připojím ji ke kondenzátoru nebo cívce. Žárovka se totiž zdá být jako buben, s jakou frekvencí pracovat a jakým proudem jíst. Nastavil jsem amplitudu tak, aby cívka nebo kondenzátor měly někde 20 Voltů, protože střední kvadratická hodnota napětí bude někde Volt 14, a postupně k nim připojím žárovku:

Jak vidíte - úplná nula. Žárovka nebude hořet, takže fanoušci volné energie se holí). Pamatovali jste si, že výkon je určen součinem proudu a napětí? Napětí se zdá být dostatečné, ale síla proudu - bohužel! Proto se také nazývá sériový oscilační obvod úzkopásmový (rezonanční) napěťový zesilovač, ne moc!

Pojďme si shrnout, co jsme v těchto experimentech získali.

Při rezonanci se ukázalo napětí na cívce a na kondenzátoru mnohem větší, než jaké jsme přivedli na oscilační obvod. V tomto případě jsme dostali 10x více. Proč se napětí na cívce při rezonanci rovná napětí na kondenzátoru. To se dá snadno vysvětlit. Protože v sériovém oscilačním obvodu následují cívka a konder za sebou, teče obvodem stejný proud.

Při rezonanci je reaktance cívky rovna reaktanci kondenzátoru. Dostaneme podle pravidla bočníku, že na cívce klesne napětí U L = IX L a na kondenzátoru U C = IX C. A protože v rezonanci máme X L = X C, pak to dostaneme U L = U C, proud v obvodu je stejný ;-). Proto se také nazývá rezonance v sériovém oscilačním obvodu napěťová rezonance, protože napětí na cívce při rezonanční frekvenci se rovná napětí na kondenzátoru.

faktor kvality

No a jelikož jsme začali tlačit na téma oscilačních obvodů, tak nemůžeme ignorovat takový parametr jako faktor kvality oscilační obvod. Protože jsme již provedli nějaké experimenty, bude pro nás snazší určit činitel jakosti na základě amplitudy napětí. Faktor kvality je označen písmenem Q a vypočítá se podle prvního jednoduchého vzorce:

Vypočítejme faktor kvality v našem případě.

Protože cena vertikálního dělení jednoho čtverce je 2 volty, je tedy amplituda signálu frekvenčního generátoru 2 volty.

A to máme na vývodech kondenzátoru nebo cívky. Zde je cena vertikálního rozdělení jednoho čtverce 5 voltů. Spočítáme čtverce a násobíme. 5x4 \u003d 20 voltů.

Počítáme podle vzorce dobra:

Q=20/2=10. V podstatě málo a ne málo. Udělám. Tak se dá najít dobrota v praxi.

Existuje také druhý vzorec pro výpočet faktoru kvality.

Kde

R - ztrátový odpor v obvodu, Ohm

L - indukčnost, Henry

C - kapacita, Farad

Když znáte faktor kvality, můžete snadno najít odolnost proti ztrátě R sériový oscilační obvod.

Chci také přidat pár slov o faktoru kvality. Faktor kvality obvodu je kvalitativním ukazatelem oscilačního obvodu. V podstatě se to vždy snaží zvýšit různými všemi možnými způsoby. Pokud se podíváte na výše uvedený vzorec, můžete pochopit, že abychom zvýšili faktor kvality, musíme nějak snížit ztrátový odpor oscilačního obvodu. Lví podíl na ztrátách se týká induktoru, protože ten má již strukturálně vysoké ztráty. Je navinutý z drátu a ve většině případů má jádro. Při vysokých frekvencích se v drátu začíná objevovat skin efekt, který vnáší do obvodu ještě větší ztráty.

souhrn

Sériový oscilační obvod se skládá z induktoru a kondenzátoru zapojených do série.

Při určité frekvenci se reaktance cívky rovná reaktanci kondenzátoru a v obvodu sériového oscilačního obvodu dochází k takovému jevu, jako je rezonance.

Při rezonanci jsou reaktance cívky a kondenzátoru stejné velikosti, ale opačného znaménka, takže se odečítají a sčítají se k nule. V obvodu zůstává pouze aktivní ztrátový odpor R.

Při rezonanci se proud v obvodu stává maximálním, protože ztrátový odpor cívky a kondenzátoru R celkově dává malou hodnotu.

Při rezonanci se napětí na cívce rovná napětí na kondenzátoru a je větší než napětí na generátoru.

Koeficient, který ukazuje, kolikrát napětí na cívce nebo na kondenzátoru převyšuje napětí na generátoru, se nazývá jakostní faktor Q sériového oscilačního obvodu a ukazuje kvalitativní posouzení oscilačního obvodu. V zásadě se snažte udělat Q co největší.

Na nízkých frekvencích má oscilační obvod před rezonancí kapacitní proudovou složku a po rezonanci indukční proudovou složku.

Elektrický oscilační obvod je nepostradatelným prvkem každého rádiového přijímače bez ohledu na jeho složitost. Bez oscilačního obvodu je příjem signálů rádiových stanic obecně nemožný.

Nejjednodušší elektrický oscilační obvod (obr. 20) je uzavřený obvod skládající se z induktoru L a kondenzátor C. Za určitých podmínek v něm mohou vznikat a být udržovány elektrické oscilace.

Abychom pochopili podstatu tohoto jevu, proveďte nejprve několik experimentů se závitovým kyvadlem (obr. 21). Na nit o délce 100 cm zavěste kouli vylisovanou z plastelíny nebo jiné závaží o hmotnosti 20 ... 40 g. Kyvadlo vyveďte z rovnováhy a pomocí hodin se vteřinovou ručičkou spočítejte, kolik úplných kmitů provede v minuta. Přibližně 30. Vlastní frekvence kmitání tohoto kyvadla je tedy 0,5 Hz a perioda (doba jednoho úplného kmitu) je 2 s. Během periody přechází potenciální energie kyvadla dvakrát do kinetické a kinetická do potenciálu.

Kyvadlovou nit přestřihněte na polovinu. Vlastní frekvence kmitů kyvadla se zvýší jedenapůlkrát a o stejnou hodnotu se zkrátí perioda kmitů. Závěr: se zmenšováním délky kyvadla roste frekvence jeho vlastních kmitů a úměrně tomu klesá i perioda.

Změnou délky závěsu kyvadla se ujistěte, že jeho vlastní frekvence kmitání je 1 Hz (jeden úplný kmit za sekundu). To by mělo být s délkou závitu cca 25 cm.V tomto případě bude doba kmitu kyvadla 1s.

Kmity kyvadla závitu jsou tlumeny. Volné vibrace jakéhokoli tělesa jsou vždy tlumeny. Mohou se utlumit pouze tehdy, je-li kyvadlo mírně přitlačeno v čase svými oscilacemi, čímž se kompenzuje energie, kterou vynakládá na překonání odporu vyvíjeného vzduchem a třením.

Vlastní frekvence kyvadla závisí na jeho hmotnosti a délce zavěšení.

Nyní natáhněte tenký provaz nebo motouz vodorovně. Stejné kyvadlo přivažte k nosítkům (obr. 22). Přes lano přehoďte další podobné kyvadlo, ale s delší nití. Délku zavěšení tohoto kyvadla lze měnit ručním zatažením za volný konec nitě. Uveďte jej do oscilačního pohybu. V tomto případě první kyvadlo také začne kmitat, ale s menším měřítkem (amplitudou). Bez zastavení kmitů druhého kyvadla postupně zmenšujte délku jeho zavěšení - amplituda kmitů prvního kyvadla se zvýší.

V tomto experimentu, který ilustruje rezonanci kmitů, je první kyvadlo přijímačem mechanických kmitů buzených druhým kyvadlem - vysílačem těchto kmitů. Důvodem, který nutí první kyvadlo kmitat, jsou periodické kmity nástavce s frekvencí rovnou frekvenci kmitů druhého kyvadla. Vynucené kmity prvního kyvadla budou mít maximální amplitudu pouze tehdy, když se jeho vlastní frekvence shoduje s frekvencí kmitů druhého kyvadla.

Vlastní frekvence, vynucené kmity a rezonance, které jste v těchto experimentech pozorovali, jsou jevy, které jsou také charakteristické pro elektrický oscilační obvod.

Elektrické oscilace v obvodu. Pro vybuzení kmitů v obvodu je nutné nabíjet jeho kondenzátor ze zdroje konstantní napětí a poté vypněte zdroj a uzavřete obvod smyčky (obr. 23). Od tohoto okamžiku se kondenzátor začne vybíjet přes induktor a vytvoří proud, který v obvodu obvodu narůstá na síle; a kolem induktoru - magnetické pole proudu. Když je kondenzátor zcela vybitý a proud v obvodu se stane nulovým, magnetické pole kolem cívky bude nejsilnější - elektrický náboj kondenzátor se přemění na magnetické pole cívky. Proud v obvodu půjde nějakou dobu stejným směrem, ale již kvůli klesající energii magnetického pole akumulovaného cívkou a kondenzátor se začne nabíjet. Jakmile magnetické pole cívky zmizí, proud v obvodu se na okamžik zastaví. Ale v tomto okamžiku bude kondenzát-fop dobit, takže proud bude opět téci v obvodu obvodu, ale v opačném směru. V důsledku toho dochází v obvodu ke kolísání elektrického proudu, které pokračuje, dokud není energie uložená kondenzátorem vynaložena na překonání odporu vodičů obvodu.

Elektrické oscilace vybuzené v obvodu nábojem kondenzátoru jsou volné, a proto tlumené. Opětovným nabitím kondenzátoru lze v obvodu vybudit novou sérii tlumených kmitů.

Připojte elektromagnetická sluchátka k baterii 3336L. V momentě uzavření okruhu se v telefonech objeví zvuk připomínající cvaknutí. Stejné cvaknutí je slyšet, když jsou telefony odpojeny od baterie. Nabíjejte pomocí této baterie papírový kondenzátor co největší a poté k němu po odpojení baterie připojte stejné telefony. Na telefonech uslyšíte krátký, hluboký tón. Ale ve chvíli, kdy jsou telefony odpojeny od kondenzátoru, žádný takový zvuk nebude.

V prvním z těchto experimentů jsou kliknutí v telefonech výsledkem jednotlivých kmitů jejich membrán, kdy se síla magnetických polí cívek elektromagnetických systémů telefonů mění v okamžicích výskytu a zániku proudu v nich. Ve druhém experimentu jsou zvukem v telefonech vibrace jejich membrán pod vlivem střídavých magnetických polí telefonních cívek. Vznikají krátkým výbuchem tlumených kmitů velmi nízké frekvence, vybuzených v. tento obvod po připojení nabitého kondenzátoru.

Vlastní frekvence elektrických kmitů v obvodu závisí na indukčnosti jeho cívky a kapacitě kondenzátoru. Čím jsou větší, tím je kmitočet kmitů v obvodu nižší a naopak čím jsou menší, tím je kmitočet kmitů v obvodu vyšší. Změnou indukčnosti (počtu závitů) cívky a kapacity kondenzátoru je možné měnit frekvenci vlastních elektrických kmitů v obvodu v širokém rozsahu.

Aby vynucené kmity v obvodu nebyly tlumeny, musí být obvod doplněn dodatečnou energií včas s kmity v něm. Pro přijímací obvod mohou být zdrojem této energie vysokofrekvenční elektrické oscilace indukované rádiovými vlnami v anténě rádiového přijímače.

Obvod v rádiovém přijímači. Pokud k oscilačnímu obvodu připojíte anténu, uzemnění a obvod tvořený diodou fungující jako detektor a telefony, dostanete jednoduchý rádiový přijímač- detektor (obr. 24).

Pro oscilační obvod takového přijímače použijte indukční cívku, kterou jste navinuli při třetím workshopu. variabilní kondenzátor (G2) pro hladké a Chcete-li obvod doladit na frekvenci rádiové stanice, vyrobte jej ze dvou plechů připájením vodičů k nim. Mezi desky, aby se nezavíraly, vložte list suchého psaní nebo novinového papíru. Kapacita takového kondenzátoru bude tím větší, čím větší bude plocha vzájemného překrytí desek a čím menší bude vzdálenost mezi nimi. S rozměry desky 150X250 mm a vzdáleností mezi nimi rovnou tloušťce papíru, největší kapacitu-který kondenzátor může být 400 ... 450 pF, který vám bude dokonale vyhovovat a nejmenší je několik pikofaradů. Dočasná anténa (W1) kus drátu o délce 10 ... 15 m, zavěšený ve výšce 10 ... 12 m, může sloužit jako dobře izolovaný od země a od stěn budovy. dobrý kontakt se zemí.

Role detektoru (VI) může provádět bodovou diodu, například řady D9 nebo D2 s libovolným písmenným indexem. V 1- elektromagnetické náhlavní telefony, vysokoohmové (s cívkami elektromagnetů se stejnosměrným odporem 1500 ... 2200 Ohm), například typ TON-1. Připojte kondenzátor paralelně k telefonům (NW) s kapacitou 3300 ... 6200 pF.

Všechna připojení musí být elektricky spolehlivá. Lepší, když jsou pájené. Kvůli špatnému kontaktu v některém ze spojení přijímač nebude fungovat. Přijímač nebude fungovat, i když existují zkraty nebo nesprávným připojením.

Naladění obvodu přijímače na frekvenci rádiové stanice se provádí: hrubé - náhlou změnou počtu závitů cívky zařazené do obvodu (na obr. 24 znázorněno přerušovanou čarou se šipkou); hladké a přesné - změnou kapacity kondenzátoru posunutím jedné z jeho desek vůči druhé. Pokud je ve městě, regionu nebo regionu, kde žijete, rádiová stanice s dlouhými vlnami (735,3 ... 2000 m, což odpovídá frekvencím 408 ... (186,9 ... 571,4 m, což odpovídá frekvencím 1,608 MHz) „525 kHz), pak pouze část jeho závitů.

Při současné slyšitelnosti vysílání dvou rádiových stanic zapněte mezi anténou a obvodem kondenzátor s kapacitou 62 ... 82 pF (na obr. 24 - kondenzátor C1, znázorněný čárkovaně). Od toho se sice o něco sníží hlasitost zvuku telefonů, ale zlepší se selektivita (selektivita) přijímače, tedy jeho schopnost odladit se od rušivých stanic.

Jak takový přijímač obecně funguje? Modulované vysokofrekvenční oscilace, indukované v anténním drátu rádiovými vlnami z mnoha stanic, vybudí oscilace různých frekvencí a amplitud v obvodu přijímače, který zahrnuje samotnou anténu. V obvodu dojde k nejsilnějším oscilacím pouze na frekvenci, na kterou je naladěn do rezonance. Obvod zeslabuje oscilace všech ostatních frekvencí. Čím lepší (kvalitativnější) obrys, tím zřetelněji zvýrazní kmity odpovídající kmitům vlastní frekvence a tím větší je jejich amplituda.

detektor také důležitý prvek přijímač. Díky jednosměrnému vedení proudu usměrňuje vysokofrekvenční modulované kmity, které k němu přicházejí z oscilačního obvodu, a převádí je na nízkofrekvenční, tedy zvukové, frekvenční kmity, které telefony převádějí na zvukové kmity.

Kondenzátor SZ, připojen paralelně k telefonům - pomocný prvek přijímače: vyhlazováním vlnění proudu usměrňovaného detektorem zlepšuje pracovní podmínky telefonů.

Udělejte nějaké experimenty.

1. Po naladění přijímače na rozhlasovou stanici vložte do cívky silný hřebík a poté upravte obvod s proměnným kondenzátorem, abyste obnovili předchozí hlasitost telefonů.

2. Udělejte totéž, ale místo hřebíku vezměte měděnou nebo mosaznou tyč.

3. Připojte k cívce smyčky místo proměnného kondenzátoru takový kondenzátor stálá kapacita(vyberte empiricky), aby byl přijímač naladěn na frekvenci místní stanice.

Pamatujte na konečné výsledky těchto experimentů. Při zavádění kovového jádra do cívky jste si samozřejmě všimli, že se mění vlastní frekvence obvodu: ocelové jádro vlastní frekvenci kmitů v obvodu snižuje, měděné nebo mosazné ji naopak zvyšuje. . To lze usuzovat tak, že v prvním případě bylo nutné pro přizpůsobení smyčky signálům stejné stanice snížit kapacitu smyčkového kondenzátoru a ve druhém případě zvýšit.

Smyčková cívka s vysokofrekvenčním jádrem. Naprostá většina obrysových cívek moderních přijímačů má vysokofrekvenční, obvykle feritová, jádra ve formě tyčí, pohárků nebo kroužků. Feritové tyče jsou navíc základními prvky vstupních obvodů všech tranzistorových přenosných a takzvaných "kapesních" přijímačů.

Vysokofrekvenční jádro jakoby „zahušťuje“ magnetické siločáry cívky, zvyšuje její indukčnost a činitel jakosti. Pohyblivé jádro navíc umožňuje upravit indukčnost cívky, která slouží k ladění obvodů na daný kmitočet a někdy i naladění obvodů na kmitočty rozhlasových stanic. Jako pokus vyrobte přijímač s oscilačním obvodem, laditelnou feritovou tyč zn. 400NN nebo 600NN o délce 120 ... 150 mm (obr. 25). Takové tyče se používají pro magnetické antény tranzistorových přijímačů. Z proužku papíru, který 3 ... 4 krát omotejte kolem tyče, přilepte a dobře vysušte pouzdro o délce 80 ... 90 mm. Tyč musí volně vstupovat do pouzdra. Vystřihněte 9 ... 10 kroužků z lepenky a přilepte je k objímce ve vzdálenosti 6 ... 7 mm od sebe. Na výsledný dělený rám naviňte 300 ... 350 otáček drátu PEV, PEL nebo PELSHO 0,2 ... 0,25 a položte jej na 35 ... 40 otáček v každé sekci. Od 35. ... 40. - a od 75. ... 80. závitu proveďte dva odbočky ve formě smyček, abyste mohli změnit počet závitů cívky zahrnuté v obvodu.

Připojte anténu k cívce, uzemnění a obvodu detektor-telefon. Čím více závitů cívky se bude podílet na činnosti obvodu a čím hlouběji bude feritová tyč zasunuta do cívky, tím déle lze přijímač naladit na vlnovou délku.

Přijímač detektoru funguje výhradně díky elektromagnetické energii vyzařované anténou vysílače rádiové stanice. To je důvod, proč telefony nezní nahlas. Pro zvýšení provozní hlasitosti přijímač detektoru, je třeba k němu přidat zesilovač, například tranzistorový.

Literatura: Borisov V. G. Praktikum pro začínajícího radioamatéra. 2. vyd., přepracováno. a doplňkové — M.: DOSAAF, 1984. 144 s., ill. 55 tis.

V minulém článku jsme uvažovali o sériovém oscilačním obvodu, protože všechny rádiové prvky, které se na něm podílejí, byly zapojeny do série. Ve stejném článku budeme uvažovat o paralelním oscilačním obvodu, ve kterém jsou cívka a kondenzátor zapojeny paralelně.

Paralelní oscilační obvod ve schématu

Na diagramu ideální oscilační obvod vypadá takto:

Ve skutečnosti má naše cívka slušný ztrátový odpor, jelikož je navinutá z drátu a kondenzátor má také určitou ztrátovou odolnost. Ztráty kapacity jsou velmi malé a obvykle se zanedbávají. Proto ponecháme pouze jeden ztrátový odpor cívky R. Poté obvod skutečný oscilační obvod bude mít tuto podobu:

Kde

R je ztrátový odpor smyčky, Ohm

L je samotná indukčnost, Henry

C - samotná kapacita, Farad

Činnost paralelního oscilačního obvodu

Pojďme připojit skutečný paralelní oscilační obvod k frekvenčnímu generátoru

Co se stane, když do obvodu přivedeme proud s frekvencí nula Hertz, tzn DC.? Klidně proběhne cívkou a bude omezen pouze ztrátami R samotné cívky. Kondenzátorem neprotéká žádný proud, protože kondenzátor nepropouští stejnosměrný proud. Psal jsem o tom v článku kondenzátor ve stejnosměrných a střídavých obvodech.

Pak přidáme frekvenci. Takže se zvýšením frekvence máme kondenzátor a cívka začne poskytovat reaktanci elektrický proud.

Reaktance cívky je vyjádřena vzorcem

a kondenzátor podle vzorce

Pokud plynule zvýšíte frekvenci, můžete ze vzorců pochopit, že na samém začátku, s hladkým zvýšením frekvence, bude kondenzátor poskytovat větší odpor než induktor. Při určité frekvenci se reaktance cívky X L a kondenzátoru X C vyrovnají. Pokud dále zvýšíte frekvenci, pak už bude mít cívka větší odpor než kondenzátor.

Rezonance paralelního oscilačního obvodu

Velmi zajímavou vlastností paralelního oscilačního obvodu je, že když X L \u003d X C, náš oscilační obvod vstoupí rezonance. Při rezonanci začne oscilační obvod klást větší odpor střídavému elektrickému proudu. Tento odpor je často označován jako rezonanční odpor obrys a je vyjádřen vzorcem:

Kde

Rres je odpor obvodu při rezonanční frekvenci

L je samotná indukčnost cívky

C - skutečná kapacita kondenzátoru

R je ztrátový odpor cívky

Rezonanční vzorec

Pro paralelní oscilační obvod funguje Thomsonův vzorec pro rezonanční frekvenci také jako pro sériový oscilační obvod:

Kde

F je rezonanční frekvence obvodu, Hertz

L je indukčnost cívky, Henry

C je kapacita kondenzátoru, farads

Jak najít rezonanci v praxi

Dobře, více k věci. Vezmeme do rukou páječku a paralelně zapájíme cívku a kondenzátor. Cívka je 22uH a kondenzátor je 1000pF.

Takže skutečné schéma tohoto obvodu bude vypadat takto:

Aby bylo vše jasně a srozumitelně ukázáno, přidáme do obvodu sériový odpor 1 KΩ a sestavíme následující obvod:

Na generátoru změníme frekvenci a ze svorek X1 a X2 odebereme napětí a sledujeme to na osciloskopu.

Je snadné odhadnout, že náš odpor paralelního oscilačního obvodu bude záviset na frekvenci generátoru, protože v tomto oscilačním obvodu vidíme dva rádiové prvky, jejichž reaktance přímo závisí na frekvenci, takže nahradíme oscilační obvod ekvivalentní odpor obvodu R kon.

Zjednodušený diagram by vypadal takto:

Zajímalo by mě, jak tento okruh vypadá? Je to dělič napětí? Přesně tak! Připomínáme tedy pravidlo děliče napětí: méně úbytků napětí při nižším odporu, více úbytků napětí při vyšším odporu. Jaký závěr lze vyvodit ve vztahu k našemu oscilačnímu obvodu? Ano, vše je jednoduché: při rezonanční frekvenci bude odpor Rcon maximální, v důsledku čehož na tento odpor „padne“ větší napětí.

Začněme naše zkušenosti. Zvyšujeme frekvenci na generátoru, počínaje nejmenšími frekvencemi.

200 hertzů.

Jak vidíte, na oscilačním obvodu „klesne“ malé napětí, což znamená, že podle pravidla děliče napětí můžeme říci, že nyní má obvod malý odpor R con

Přidání frekvence. 11,4 kilohertz

Jak vidíte, napětí na obvodu vzrostlo. To znamená, že se zvýšil odpor oscilačního obvodu.

Přidejte další frekvenci. 50 kilohertzů

Všimněte si, že napětí na obvodu se ještě zvýšilo. Jeho odpor se tedy ještě zvýšil.

723 kilohertzů

Pozor na cenu vertikálního dělení jednoho čtverce oproti minulým zkušenostem. Bylo 20 mV na čtverec a nyní je to 500 mV na čtverec. Napětí se zvyšovalo, když se odpor oscilačního obvodu ještě zvětšoval.

A tak jsem chytil takovou frekvenci, na které to dopadlo maximální napětí na oscilačním obvodu. Věnujte pozornost hodnotě vertikálního dělení. To se rovná dvěma voltům.

Další zvýšení frekvence vede k tomu, že napětí začíná klesat:

Znovu přidáme frekvenci a uvidíme, že napětí se ještě snížilo:

Pochopení rezonanční frekvence

Podívejme se blíže na tento průběh, když jsme měli maximální napětí z obvodu.

Co se tu stalo?

Protože při této frekvenci došlo k napěťovému rázu, měl paralelní oscilační obvod při této frekvenci nejvyšší odpor R con. Při této frekvenci X L \u003d X C. Pak s rostoucí frekvencí odpor obvodu opět klesal. Toto je samotný rezonanční odpor obvodu, který je vyjádřen vzorcem:

Současná rezonance

Řekněme tedy, že jsme uvedli náš oscilační obvod do rezonance:

Jaký bude rezonanční proud řežu? Počítáme podle Ohmova zákona:

I res = U gen /R res, kde R res = L/CR.

Ale nejzábavnější je, že při rezonanci v obvodu máme svůj vlastní obvodový proud I con, který nejde mimo obrys a zůstává pouze v obrysu samotném! Jelikož mám těžké problémy s matematikou, nebudu zde uvádět různé matematické výpočty s derivacemi a komplexními čísly a vysvětlovat, odkud se bere smyčkový proud při rezonanci. Proto se rezonance paralelního oscilačního obvodu nazývá rezonance proudů.

faktor kvality

Mimochodem, tento proud smyčky bude mnohem větší než proud, který prochází přes obvod. A víte kolikrát? Přesně tak, Q krát. Otázka – toto je faktor kvality! V paralelním oscilačním obvodu ukazuje, kolikrát je síla proudu v obvodu I con větší než síla proudu ve společném obvodu I res

Nebo vzorec:

Pokud sem nalepíme také ztrátový odpor, vzorec bude mít následující podobu:

Kde

Q - faktor kvality

R je odpor ztrát na cívce, Ohm

C - kapacita, F

L - indukčnost, H

Závěr

No a na závěr chci dodat, že paralelní oscilační obvod se používá v rádiových přijímacích zařízeních, kde je nutné zvolit frekvenci stanice. Také je možné pomocí oscilačního obvodu sestavit různé, které by zvýraznily frekvenci, kterou potřebujeme, a jiné frekvence samy prošly, což jsme v zásadě podle našich zkušeností udělali.