2.4. Связанные системы колебательных контуров

2.4.1. Общие сведения

Связанной системой называется система колебательных контуров, в которой один контур, возбуждаемый источником энергии, передает часть своей энергии другому контуру. В свою очередь, второй контур оказывает влияние на работу первого контура.

Два контура считаются взаимосвязанными, если между ними имеется элемент связи. В зависимости от характера элемента связи, существуют следующие виды связи:

• трансформаторная связь;

• автотрансформаторная связь;

• емкостная связь.

2.4.2. Трансформаторная связь

В этом случае связь между контурами осуществляется за счет взаимоиндукции М (общего магнитного поля) (рис.3.1.13):

Рис. 3.1.13. Система контуров с индуктивной связью

При трансформаторной связи между контурами э. д. с. Е, подводимая к первому контуру, вызывает в нем ток I₁, который создает магнитное поле вокруг катушки L₁. Силовые линии этого поля пересекают витки катушки L₂ и индуктируют в ней э. д. с. взаимоиндукции. Указанная э. д. с. вызывает во втором контуре ток I₂, который в свою очередь оказывает влияние на ток первого контура.

2.4.3. Автотрансформаторная связь

Связь между контурами осуществляется с помощью индуктивности L_св, входящей в оба контура (рис. 3.1.14):

Рис. 3.1.14. Система контуров с автотрансформаторной связью

2.4.4. Емкостная связь

При емкостной связи общим элементом связи между контурами является емкость. Связь осуществляется за счет общего электрического поля.

Существует два вида емкостной связи:

1. внутриемкостная связь;

2. внешнеемкостная связь.

В схеме с внутриемкостной связью (рис. 3.1.15) элементом связи между контурами является емкость С_св , входящая в состав обоих контуров.

Рис. 3.1.15. Система контуров с внутриемкостной связью

При внешнеемкостной связи (рис. 3.1.16) элементом связи служит емкость С_св, которая не входит ни в один из контуров.

Рис. 3.1.16. Система контуров с внешнеемкостной связью

2.4.5. Многоконтурные системы

Е сли ввести в состав связанной системы несколько контуров с разнесенными резонансными частотами, то можно построить многоконтурную систему с расширенной полосой пропускания. Такая система называется фильтром с сосредоточенной селекцией (ФСС) (рис. 3.1.17).

Рис. 3.1.17. Схема фильтра с сосредоточенной селекцией

Резонансные кривые системы контуров с разнесенными резонансными частотами приведена на рис. 3.1.18.

Рис 3.1.18. Резонансные кривые многоконтурной системы

2.4.6. Электромеханические фильтры

В некоторых случаях необходимо, наоборот, получить очень узкую полосу пропускания при заданной рабочей частоте. Ширина полосы пропускания колебательного контура обратно пропорциональна его добротности:

Поэтому возможности построения систем с узкой полосой пропускания ограничивается возможностями создания контуров с высокой добротностью.

В тех случаях, когда колебательные контуры, выполненные из конденсаторов и катушек индуктивности, не могут обеспечить создание систем с достаточно узкой полосой пропускания, применяются электромеханические фильтры. В качестве электромеханических фильтров могут использоваться либо пьезоэлектрические фильтры, либо магнитострикционные.

Для изготовления пьезоэлектрических фильтров используются материалы, обладающие пьезоэффектом. Пьезоэффектом называется способность материала преобразовывать электрические колебания в механические и наоборот. Чаще всего для изготовления фильтров используется кварц.

Если кристалл кварца поместить в переменное электрическое поле, то этот кристалл будет претерпевать деформацию, в результате которой возникнут механические колебания. Собственная частота механических колебаний кварцевого стержня зависит от его размеров. При изменении частоты напряжения, приложенного к выводам кристалла, ток в цепи будет изменяться аналогично изменению тока в колебательном контуре. Когда частота приложенного напряжения окажется равной собственной частоте механических колебаний, возникнет электромеханический резонанс. При этом ток, протекающий в цепи, достигнет максимального значения.

Кварцевые фильтры отличаются высокой стабильностью резонансной частоты, высокой добротностью (около 10⁴) и узкой полосой пропускания.

Для изготовления магнитострикционных фильтров используются материалы, обладающие прямым и обратным магнитострикционным эффектом. Прямой магнитострикционный эффект заключается в том, что под действием переменного магнитного поля эти материалы претерпевают деформацию, в результате чего возникают механические колебания. Переменное магнитное поле появляется при пропускании переменного тока через обмотку, расположенную на стержне из магнитострикционного материала. Обратный магнитострикционный эффект заключается в том, что если стержень из магнитострикционного материала подвергнуть механической деформации, то в обмотке, расположенной на этом стержне, наводится переменная э. д. с.

Магнитострикционный фильтр представляет собой стержень из магнитострикционного материала, на котором размещены две обмотки: входную и выходную. Через входную обмотку пропускается переменный ток, вызывающий механические колебания стержня.

Колебания стержня наводят э. д. с. в выходной обмотке фильтра. Такой фильтр представляет собой резонансную колебательную систему. Частота механического резонанса магнитострикционного фильтра зависит от размеров стержня.

Глава 2. ЛИНЕЙНЫЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ЦЕПИ

С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

(ДЛИННЫЕ ЛИНИИ)

§ 1. Общие сведения

Линейные цепи, геометрические размеры которых соизмеримы или превышают длину волны передаваемых электромагнитных колебаний, называют линейными цепями с распределенными параметрами. Такие цепи обычно называют длинными линиями.

§ 2. Первичные параметры длинных линий

Длинная линия представляет собой радиотехническую цепь, параметры которой равномерно распределены вдоль этой линии.

К параметрам длинной линии относятся:

• индуктивность проводов ( L );

• емкость между проводами ( С );

• активное сопротивление проводов ( R );

• активная проводимость между проводами ( G ), наличие которой обусловлено несовершенством изоляции.

Обычно длинные линии принято характеризовать параметрами на единицу длины. Эти параметры называют первичными (или погонными) параметрами линии.

К первичным параметрам длинных линий относятся:

L _l – погонная индуктивность линии;

C ₁ – погонная емкость линии;

R ₁ – погонное активное сопротивление линии;

G₁ – погонная активная проводимость между проводами.

Тогда параметры линии любой длины определяются из следующих соотношений:

L = L ₁ · l;

C = C ₁ · l;

R = R ₁ · l;

G = G ₁ · l,

где l – длина линии.