Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Чтобы кратчайшим путем добраться до ответов на эти вопросы, проведем маленький эксперимент. Изменяя частоту, доведем контур до резонанса (Р-58;2) и для определенности предположим, что этот резонанс наблюдается на частоте 200 кГц. Теперь возьмем и уменьшим индуктивность катушки L_к. Из-за уменьшения L_к уменьшится индуктивное сопротивление x_L и тут же нарушится равенство x_L = х_с. А значит, нарушится равенство U_L = U_с я никакого резонанса в цепи уже не будет. Чтобы восстановить резонанс, нужно постепенно увеличивать частоту переменного напряжения, которое поступает с генератора. С увеличением частоты начнет расти x_L, уменьшаться х_с, и на какой-то частоте они вновь уравняются, в цепи вновь наступит резонанс.

Р-58

Такой же точно результат получится, если уменьшить не индуктивность L, а емкость С контура (Р-58;3). Или если одновременно уменьшать индуктивность L и емкость С. В этих случаях резонанс тоже будет наблюдаться на более высокой частоте.

Вывод из этих экспериментов такой: частота f_peз, на которой наблюдается резонанс, определяется параметрами самой LC-цепи. С уменьшением L и С резонансная частота повышается, с увеличением L и С резонансная частота понижается (Р-58, Р-59). На Р-58;1 показано, как, исходя из условия резонанса x_L = x_c, можно путем простейших преобразований получить точную формулу для f_рез, а на Р-58;4,5,6 приведены удобные расчетные формулы, с помощью которых можно найти f_рез при известных L и С или подобрать L и С, чтобы получить резонанс на нужной частоте.

То, что мы узнали о резонансном фильтре — колебательном контуре, — это лишь небольшая часть важных сведений о нем. Хорошо бы, например, еще узнать, от чего зависит высота резонансной кривой, почему некоторые контуры резко увеличивают ток на резонансной частоте, а другие повышают его лишь в небольшой степени. Или другой вопрос — отчего зависит ширина резонансной кривой, чем определяется полоса частот, близких к f_рез, на которых, хотя и не в полной мере, но все же заметны резонансные явления? И еще: одну и ту же резонансную частоту можно получить при разных соотношениях L и С, если, например, в два раза увеличить индуктивность контура и в два раза уменьшить его емкость, то резонансная частота не изменится. Что же выгодней — добиваясь нужной резонансной частоты, делать контур с большой индуктивностью и маленькой емкостью или наоборот?

Несколько позже мы постепенно по ходу дела обсудим эти вопросы (Т-167, Т-168, Т-169, Т-211, Т-212, Т-213, Т-214), открывая для себя многие интересные особенности колебательных контуров. Ну а пока, подводя предварительный итог знакомства с резонансным фильтром, с контуром, сформулируем главные его особенности. Во-первых, из многих переменных токов с разными частотами контур умеет выбирать ток определенной частоты; во-вторых, изменяя L или С контура, можно добиться, чтобы из сложного аккорда извлекался ток (напряжение) нужной нам частоты (Р-59).

Р-59

Т-87. Трансформатор увеличивает либо напряжение, либо ток, ни в коем случае, однако, не увеличивая мощность. Используя явление взаимоиндукции, можно передавать электрическую энергию из одной цепи в другую без непосредственного контакта между ними. Устройство, которое осуществляет такую передачу, это и есть трансформатор, в переводе — преобразователь.

В простейшем случае трансформатор — это две обмотки, связанные общим магнитным потоком Ф (Р-60). В некоторых трансформаторах магнитный поток замыкается по воздуху (Р-60;1), в других — через ферромагнитный сердечник стержневой (Р-60;2), замкнутый кольцевой (Р-60;3,4,5) и «ш-образный» (Р-60;6). В трансформаторах часто бывает несколько обмоток (Р-60;7).

Р-60

Коротко о сердечниках. Сердечники делают из стали, а иногда из пермаллоя, ферромагнитного материала, более дорогого, но зато со значительно большей магнитной проницаемостью (С-6). Сердечники, как правило, собраны из пластин или свиты из тонкой ленты. Это связано с тем, что в самом сердечнике тоже наводится ток, и, если не принять мер, он окажется весьма большим: сердечник — это, по сути дела, короткозамкнутый виток, обмотка с малым сопротивлением. В итоге сердечник будет греться, отбирать значительную мощность. А вот в пластинчатом сердечнике токи в соседних пластинах создают магнитные поля, которые действуют друг против друга (Р-60;8). И в итоге общая мощность, пожираемая сердечником, резко уменьшается.

Потери в сердечнике увеличиваются с частотой, и для высокочастотных трансформаторов и катушек уже недостаточно пластинчатых сердечников. Ферромагнитный материал измельчают, а затем крупинки спрессовывают с помощью изолирующих смол (Р-60;9), создают так называемые магнитодиэлектрики (С-10).

И опять токи в отдельных крупинках порождают враждующие магнитные поля, потери в сердечнике уменьшаются. При этом, правда, уменьшается результирующая магнитная проницаемость, но что поделаешь, иначе сердечник для высокочастотных катушек вообще не получишь.