7. Электрические цепи с негальваническими связями. Основные определения. Эквивалентные схемы(Никонов)
В большинстве случаев электрические сигналы (энергия) передаются от одного радиоэлемента к другому путем их гальванического соединения. Однако в некоторых случаях радиоэлементы обмениваются электрической энергией, помимо гальванического соединение между ними или даже в отсутствии такого соединения: за счет возникновения между радиоэлементами или конструктивными элементами электрических и магнитных полей. Такие электрические связи называются ''негальваническими'' и могут быть специально предусмотрены при схематической разработке (полезные), либо могут появиться в изготовленном радиоустройстве как паразитные, т.е. специально непредусмотренные.
Полезных – трансформаторные (автотрансформаторные) связи, назначение которых – гальванические развязки между электрическими цепями, преобразование величин токов и напряжений, согласование, сложение напряжений и токов в различных фазовых соотношениях.
Паразитные негальванические связи проявляются как различные варианты магнитного или электрического взаимодействия между отдельными участками цепи. Рекомендации по минимизации паразитных негальванических связей: экранирование катушек индуктивности, уменьшение длины «выводов» радиоэлементов, уменьшение площадей пересечения проводников, разноc входных и выходных клемм и другое.
Энергия или информация может передаваться за счёт паразитных или специально предусмотренных электрических или магнитных полей, возникающих между элементами или печатными полупроводниками. На эквивалентных схемах негальванические связи изображаются следующим образом:
а) Трансформаторная:
M – взаимная индуктивность [Гн]
|
б) Внутренняя индуктивная
|
в) Внешняя индуктивная
|
г) Внутренняя ёмкостная
|
д) Внешняя ёмкостная
|
|
,
Рис. 5.1
Эквивалентные схемы (рис. 5.1) называются четырехполюсниками связи. Для более сложных вариантов негальванических связей можно применять комбинации схем рисунок 5.1
Величины
,
,
на (рис 5.1) называются элементами связи.
Их сопротивления на гармоническом токе
называются сопротивлением связи,
например, для схемы (рис. 5.1.а):
,
где знак плюс относится к согласному включению элементов (дополнительная энергия из соседнего контура поступает в фазе), а знак минус – относится к встречному включению. Термины «согласное», «встречное» включения обычно применяются для трансформаторной и автотрансформаторной связи.
Важным параметром цепей с негальваническими связями является коэффициент связи (kсв), который не может превышать единицы. Он вводится для четырехполюсников связи (рис. 5.1), как
=
,
где:
- коэффициенты передачи по напряжению
в режиме холостого хода в двух направлениях.
Для схемы (рис. 5.1, а) в начале следует сформулировать «определение» взаимной индуктивности (М): это коэффициент пропорциональности между током в одной катушке индуктивности и потокосцеплением (полным магнитным потоком) от этого тока, пронизывающим витки другой катушки, т.е. от первого тока
.
Учитывая, что «наведенное» дополнительное напряжение (взаимной индукции) определяется как
,
то для гармонического режима
;
аналогично «наводится» напряжение от второго тока на первую катушку индуктивности. С учетом выражений (5.4), (5.2) получим
.
Коэффициент связи, равный единице, соответствует идеальному случаю, при котором передается вся энергия без потерь из одной электрической цепи в другую.