Шаг за шагом. Усилители и радиоузлы

К первой катушке (ее называют первичной обмоткой) подводится переменное напряжение, создающее переменный ток, под действием которого возникает переменное магнитное поле. Оно охватывает витки второй катушки (ее называют вторичной обмоткой) и наводит в ней переменное напряжение (если не учитывать потери, можно говорить о наведенной э.д.с.), под действием которого в цепи появляется переменный ток. Обратите внимание, как часто повторяется здесь слово «переменный», — напряжение во вторичной обмотке наводится только при изменении магнитного поля. Иногда об этом говорят так: «Постоянный ток не трансформируется».

Система из двух или нескольких связанных магнитным полем катушек— это и есть трансформатор. В дальнейшем мы будем говорить о трансформаторах, где все катушки связаны очень сильно — они находятся на общем стальном сердечнике. Соотношение токов и напряжений в обмотках определяется коэффициентом трансформации n. Трансформатор повышает напряжение, если n > 1, и понижает, если n < 1.

Все это, разумеется, условно: трансформатор — машина обратимая, он может быть и понижающим и повышающим в зависимости от того, к каким обмоткам вы подключите генератор и нагрузку. Очень распространены трансформаторы с несколькими обмотками, дающие несколько различных напряжений (12, з). Диаметр провода для обмоток выбирают с учетом проходящего по ним тока (табл. 11).

Мощность Р₁, потребляемая трансформатором, а значит, и ток I₁ в первичной обмотке зависят от той мощности Р₂, которую потребляет нагрузка R_н. Если, например, уменьшить R_н, то есть увеличить I₂ , то одновременно возрастет общая потребляемая мощность Р₁ и ток I₁. Эту последнюю зависимость удобно выражать с помощью условного сопротивления R'_н (12, а, е), которое как бы вносится в первичную цепь из вторичной. Если трансформатор повышающий, то R'_н < R_н, а если понижающий, то к R'_н > R_н. Любой короткозамкнутый виток или группа витков представляют собой недопустимо большую нагрузку и могут вывести из строя весь трансформатор. При разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход) трансформатор практически ничего не потребляет.

Пример. Дано: обмотка I — 1200 витков; обмотка II — 60 витков; U₁ = 120 в; R_н = 10 ом.

Находим: n = 0,05; U₂ = 6 в; I₁ = 0,005 а; I₂ = 0,1 а; P₁ ~= Р₂ = 0,6 вт. Число витков на 1 в — 10.

Трансформатор, в котором роль вторичной обмотки II выполняет часть первичной обмотки I, называется автотрансформатором (12, и). Часто в автотрансформаторе (а также в первичной обмотке трансформатора) делают несколько отводов, для того, чтобы на него можно было подавать несколько различных напряжений. Это, в частности, удобно, когда трансформатор должен работать от сети с изменяющимся напряжением. Секция с большим числом витков соответствует большему напряжению. Коэффициент n для автотрансформатора определяется так же, как и для трансформатора.

13. Во многих цепях электронных устройств протекает пульсирующий ток. Величина его меняется, как у переменного, а направление остается неизменным, как у постоянного. Чтобы получить пульсирующий ток, можно использовать два генератора — постоянного и переменного тока.

14. Независимо от того, каким способом был создан пульсирующий ток, можно довольно просто разделить его основные составляющие — постоянную I₀ и переменную I_~. Для этого применяют электрические фильтры — цепи, где эти составляющие встречают разное сопротивление. Так в фильтре RC конденсатор не пропустит постоянную составляющую и таким образом отделит ее от переменной. Фильтр RL рассчитывают так, чтобы для переменной составляющей x_L было намного больше R. Постоянная составляющая по катушке проходит почти беспрепятственно. Своеобразным фильтром является трансформатор — постоянная составляющая не наводит э.д.с. в его вторичной обмотке.

15. Фильтром является также колебательный контур — цепь, состоящая из конденсатора и катушки (15, а). Оба эти элемента являются накопителями энергии: в конденсаторе концентрируется электрическое поле, в катушке — магнитное. В процессе обмена энергией между накопителями (L и С) в контуре протекает переменный ток определенной частоты.

Чем больше L и С, тем медленнее происходит процесс обмена, тем ниже частота f₀. Все это напоминает уже знакомые нам механические колебания струны. Подобно струне, контур резонирует на колебания, частота f_рез которых равна его собственной f₀ (15, д). Благодаря этому с помощью колебательных контуров можно «вылавливать» отдельные синусоидальные составляющие (15, в, г) из электрического тока сложной формы (15, б).

16. Весьма распространенный процесс — выпрямление переменного тока начинается с превращения переменного тока в пульсирующий. Это можно сделать с помощью электрического вентиля — устройств, которое пропускает ток только в одну сторону (16, а, б).