ПОНЯТИЕ О РЕЗОНАНСЕ ТОКОВ
В цепи переменного тока, в которой индуктивность и емкость соединены параллельно (рис. 60,а), может возникнуть резонанс токов при условии равенства токов в индуктивности IL„ и емкости IC.
В результате резонанса токов общий ток в цепи может быть относительно мал, а в контуре
индуктивности и емкости, где происходят электрические колебания, протекает переменный ток, значительно больший общего.
Для понимания сущности резонанса токов выясним, как получаются электрические колебания в цепи, состоящей из параллельно соединенных индуктивности и емкости.
Для этого рассмотрим схему (рис. 61). Если установить переключатель П в положение 2, то конденсатор заряжается до напряжения источника электрической энёргии. Перемещением переключателя в положение 1 конденсатор отключается от источника электрической энергии и оказывается присоединенным к катушке индуктивности. Конденсатор разряжается, и по катушке протекает ток разряда, в результате этого появляется магнитное поле, которое пересекаете «собственные» витки катушки, и в ней возникает э. д. с. самоиндукции, препятствующая увеличению тока.
Ток будет возрастать постепенно и достигнет наибольшей величины в тот момент, когда конденсатор разрядится. К этому времени энергия электрического поля конденсатора превращается в энергию магнитного поля катушки индуктивности.
Можно предположить, что в связи с разрядом конденсатора ток в контуре прекратится. Однако такое предположение ошибочно, так как
возникающая э. д. с. самоиндукции препятствует убыванию тока. В связи с этим ток в катушке продолжает протекать и уменьшается до нуля не сразу, а постепенно, он перезаряжает конденсатор под воздействием э. д. с. самоиндукции. Теперь правая пластина конденсатора заряжается положительным электричеством, а левая — отрицательным, после чего снова начинается разряд конденсатора, но ток разряда теперь будет уже иметь противоположное (отрицательное) направление. Энергия конденсатора вновь перейдет в энергию магнитного поля катушки, а затем конденсатор опять
перезарядится — на левой пластине будет положительный заряд, а на правой — отрицательный. Так этот процесс будет повторяться периодически.
Таким образом, в контуре LC, который называется колебательным, появляются свободные электрические колебания, происходящие только при наличии первоначального заряда конденсатора без повторного подключения к нему источника электрической энергии.
Наибольшая сила тока в контуре и его амплитуда зависят только от величины первоначального заряда конденсатора, а частота свободных электрических колебаний в контуре определяется, в свою очередь, индуктивностью катушки L и емкостью конденсатора С, включенных в контур.
Известно, что при резонансе токов (при r = 0) индуктивное сопротивление равно емкостному и реактивные проводимости равны между собой.
отсюда следует, что
Извлечем корень квадратный из этой величины. Тогда получим, что частота свободных электрических колебаний в контуре
где f—частота тока, гц
L — индуктивность, гн;
С — емкость, ф.
Из формулы (73) следует, что, изменяя величину емкости или индуктивности контура, можно изменять — регулировать частоту свободных колебаний, т, е. можно настраивать контур на определенную частоту.
Свободные электрические колебания, возникающие в колебательном контуре, всегда затухающие. Затухание колебаний в контуре объясняется тем, что при прохождении электрического тока в контуре энергия тратится на нагревание провода, из которого изготовлена катушка индуктивности, и соединительных проводов.
Потеря энергии в контуре вызывает постепенное уменьшение 1 амплитуды свободных колебаний и их полное прекращение. Скорость затухания колебаний в контуре, связанная с потерей энергии в нем, зависит от сопротивления контура.
В электронных устройствах необходимо иметь возможность получать незатухающие электрические колебания, амплитуда которых неизменна в течение длительного времени. Для этого к контуру подключают генератор переменного тока.
Когда колебательный контур соединен с генератором, частота вынужденных колебаний в отличие от частоты свободных колебаний в контуре не зависит от емкости и индуктивности самого контура, а зависит лишь от частоты переменного тока, который вырабатывает генератор.
Как известно, чтобы в рассматриваемой цепи наступил резонанс токов, необходимо создать такие условия, при которых ток в индуктивности IL ток в емкости Iс были бы равны друг другу.
Допустим, что подбором индуктивности и емкости или изменением частоты созданы условия для резонанса токов, т. е.
На параллельно соединенных сопротивлениях ХL и Хс напряжение одинаково. Ток в индуктивности , а ток в емкости .
Построим векторную диаграмму для рассматриваемой цепи (рис. 60, б) при резонансе токов. Отложим в выбранном нами масштабе вектор напряжения U. Ток в индуктивности отстает от напряжения на угол = 90°. Поэтому вектор тока IL отложим вниз под углом 90° к вектору напряжения U. Так как ток в емкости опережает напряжение на угол =90°, то вектор тока Iс, равный по условию резонанса токов вектору тока IL, отложим вверх под углом 90° вектору напряжения U.
На векторной диаграмме видно, что ток в индуктивности и том в емкости сдвинуты по фазе на угол =180о и равны друг другу. Отсюда следует, что общий ток при резонансе токов равен нулю, а полное сопротивление цепи бесконечно велико.
В действительности общий ток будет относительно мал, но не равен нулю. Этот ток, который вырабатывает генератор, является активным и покрывает потери энергии в контуре.
Дата добавления: 2021-04-21; просмотров: 283;