книги из ГПНТБ / Алексеев А.И. Колебательные цепи. Параллельный контур учеб. пособие для курсантов ХВВУ
.pdfСуммарная мгновенная мощность положительна в любой момент времени. Следовательно, при выполнении условия = UCc ма^с
между цепью и источником энергии не происходит обмен энергией. Сравнивая соотношения для мгновенной мощности в сопротивле
нии потерь контура p it') и суммарной мощности р t4f ) , нетруд-
но заметить, что они отличаются только величиной текущей фазы. Это указывает на то, что в процессе обмена энергиями между полями емкости и индуктивности участвует источник электрической энергии (процессы собственно потребления энергии в сопротивлении потерь контура и поступления энергии от источника к контуру не совпадают по времени).
Колебательный процесс обмена энергиями между полями емкости и индуктивности в простом параллельном контуре сопровождается не обратимыми потерями части энергии на сопротивлении потерь контура.
Вследствие этого суммарный запас энергии в контуре на резонаноной частоте изменяется во времени, но максимальные ветчины энер гии полей емкости и индуктивности, остаются одинаковыми за счет по стоянного притока энергии от источника. Энергия, поступающая от источника электрической энергии в контур, компенсирует потери час ти накопленной в контуре энергии на сопротивлении потерь контура.
При оценке величины добротности такой колебательной цепи удоб но пользоваться соотношением вида
|
|
Q. = 23t |
(27) |
|
|
|
|
||
где |
- |
средняя величина |
накопленной в контуре энергии на ре |
|
|
|
зонансной |
частоте; |
|
|
- |
энергия, |
расходуемая в сопротивлении потерь контура |
|
|
|
за период |
Т 0 = |
• |
|
|
|
Г |
GJÇ> |
Для анализируемой цепи (рис, II,а )
Wer |
UTj-dt Ши NaKC ^ мак!.= |
1 г ( г |
2 |
" W LP [*• * |
- 4 0 ] ; |
|
W |
- V |
, - K |
< |
T,- |
добронос» контура |
|
|
|
|
|
4 |
Й ^ Ѵ |
*<• |
? |
K |
(21) |
г ; ^ |
|
||||
|
Ec« пренебречь в (28) поправкой, выававноі отжеим реео- |
||||
яааоной частоты контуре ♦ |
от вемѵвы $0 |
, то добротвое» ям |
|||
туре (pee. II,a) |
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(29) |
|
4 |
Ч . |
5 u 4 e |
|
|
чеедаио равна добротности последовательного контуре |
|||||
го ю |
тех хе элементов. |
|
|
|
поковать, что для |
контуре (рее. П«в) о |
Ж1
- И Г .
Энергия, расходуемая в сопротивлениях потерь ^ и контура за период Тр
|
В |
|
предположении, |
что амплитуды токов i L , |
в ветвях'конту- |
|||
ра |
на |
резонансной частоте равны, |
а величина резонансной |
частоты |
||||
$р = |
^ |
(это имеет место |
при |
равных величинах ^ |
и |
^ ) , энер |
||
гия |
потерь за период |
Тр = |
Т 0 |
|
|
|
■'ѴѴ! |
|
£L |
> |
|
добротность контура |
|
|
|
|
Q = М |
о . |
_ ? ___ |
(30) |
|
4 |
> * г С Ѵ ) ~ Ѵ * г |
|
||
Соотношения (29), |
(30) |
обычно и используют в |
практике инже |
нерных расчетов, хотя в известной мере они являются приближенными. Анализируя соотношение (29), можно заключить,, что доброт
ность простого параллельного контура возрастает с увеличением ин дуктивности и уменьшением емкости контура.
Если сохранить неизменными амплитуду напряжения на контуре и индуктивность контура L , то при уменьшении емкости конту
ра средняя величина энергии, накопленной в контуре на резонансной частоте5уменьшается пропорционально величине емкости в первой сте пени:
оіл си1
Ск
Амплитуда тока в сопротивлении потерь на резонансной частоте
3up |
О |
|
X ц№р") |
||
|
||
вследствие чего энергия потерь за период Тр |
ЧТО" т Л = г ^ Ѵ . “ т Ч 2лсТг
уменьшается пропорционально величине емкости контура в степени 3/2.
Соответственно для неизменных величин амплитуды тока в ин дуктивной ветви контура и емкости контура увеличение индуктивнос ти контура приводит к пропорциональному увеличению средней величи ны энергии, накопленной в контуре на резонансной частоте, так как
Я |
- т |
и |
ч |
- |
по энергия потерь за период |
Тр |
|
|
|
w ,c r p) - j - j L\ |
pTf = |
т |
4 |
3t P |
увеличивается при этом пропорционально лишь величине индуктивнос ти контура в степени 1/2.
Таким образом, теоретически добротность простого параллель ного контура возрастает с увеличением индуктивности и уменьшением емкости контура. Этот вывод получен в предположении, что сопротив ление потерь контура не зависит от величин емкости и индуктивнос ти контура.
В действительности сопротивление потерь зависит как от индук тивности, так и от емкости контура. Сопротивление потерь - это прежде всего конструктивный параметр катушки индуктивности, кото рый ’зависит не только от конструкции катушки, но и от ее рабочей частоты.
Первое определяет зависимость сопротивления потерь контура от величины индуктивности, так как естественно предположить, что величина индуктивности существенно влияет на выбор конструктивных характеристик катушки.
Второе, т .ѳ . зависимость сопротивления потерь контура от ве личины рабочей (резонансной) частоты объясняет влияние емкости на потери в контуре.
При постоянной 'величине индуктивности уменьшение -емкости при водит к увеличению резонансной частоты контура. Минимальная ем кость контура ограничена собственной (паразитной) емкостью кэтуш ки индуктивности, которая определяет собственную резонансную час тоту катушки.
Увеличение резонансной частоты контура при уменьшении его ем-
■осе приводит в увеличению сопротивления потерь. Это замедляет скорость возростения добротности контуре с уыекьаеннем емкости.
Потери в контур* резко увеличиваются при приближения pesoважной частоты контура в частоте собственного резонанса катушки мдукавнооти, поэтому для величин еикоотя контура, близких к соб ственной емкости катушки индуктивности, добротность контура уиеиьшаотоя пря уиеяьиеняи еикоотя. ТНшчная аавиояиооть добротности простого оарилжльного контуре от величянн «пости контура при иоотойипой вешрне индуктивяоотя приведши иа рис. 12.
В тех олучаих, когда резонансная часто» иоитура задана, м а — во ооответотвувяри подборой иовструкфя иатуиш шцупшмоти и валичивв еикоотя обеспечить предельно высокую иа дмяой чаотона добротноотв иоитура.
Вине уша отмечанооь, что схема, изобрахеииаи иа р е . 15,б, ' изняется основной швиназентной схемой реальногошрижмааого иои тура. Она иоиэт бить поаучева либо птзіптитшп преобравсвашш исходной схемы простом параллельного коитур (рио. D ,a), жбо вквнвалентиым преобразованием более оаоквой наш (р о . Х3,в) б иувтирувцим сопротивлением .
Для основной эквивалентной схемы (р о . 13,6)
средняя величина энергия, накопленной в контура » рвдощжжй чро-.. тоте, равна
V J |
O |
■= ИГ |
— u r |
— U JC t> + MJ. Ct> |
|
|
UMÜKC |
CNÜKC |
1 |
C4'"' |
- ± Ч ^ « » Ч Ѵ * Ѵ T ) *
+ T tu« “ * I V ♦ V ) - y |
SU*, . |
|
амрпш ooxep» за оарвод |
Tp |
|
.1 |
|
|
В Д - f - f c v f ■^ |
гл^ - |
|
добропоста ос— —В іш ш и я о а схем |
||
2 * 4 , |
|
(Я) |
|
|
|
Ч " V ^ ) " |
“ * f î " ' |
|
Son oo— і ш ш |
а і ш окомв пожучена в роаудвсам |
|
обров— п схема простого паражхопаого конура, то |
||
c$K=L |
Ъ •" |
|
L |
|
|
|
|
f r - |
н раметрое аквавахяяюі схемы paoowt— a яа орв;рвмх ooo«— f!:
гг 1
CL 1
Подставляя (32) и (33) в (31), находим |
|
|
Q. - |
• |
<м> |
Формулы (28) и (34) абсолютно идентичны. Это лишний раз под черкивает эквивалентность обеих схем (рис. 13,а,б) на резонансной частоте.
При наличии шунтирующего сопротивления (рис. 14,а)
I |
' |
Ku |
К ш
|
|
|
(35) |
где Qy- - добротность |
собственно |
контура. |
|
Так как |
- это |
практически |
добротность простого параллель |
ного контура, являющегося частью анализируемой схемы (рис. 14,а ), то для нее справедливы все закономерности, которые иллюстрируют зависимость добротности такого контура от величин индуктивности
и емкости. |
„ |
|
Q |
|
|
Рис. |
15. |
|
Добротность аѳ |
всей |
цепи, как |
это следует из |
(35), достигает |
максимума (рис. 15) |
при величине добротности собственно контура |
|||
В том случае, |
когда |
|
. физичеокиѳ |
процессы, оп |
ределяющие добротность цепи, существенно отличаются от ранее рас смотренных для простого параллельного контура.
Подчеркивая специфичность физических процессов в такой цепи, авторы некоторых работ по исследованию характеристик параллельно
го контура называют ее вполне параллельным контуром,что,очевидно, имеет свой смысл.
Действительно, здесь (рас. І4,а) при выполненьи отмеченного
вше условия |
^ |
* ое - |
} |
|
«* |
R “ ^ |
- к . |
|
к ш+ Ru |
|
добротность вполне параллельного контура (рис. 14,б)
воарѳотает о увеличенном ѳмкостя в с уменьшением нндуктнзностя
контур«.
Этот вывод пряно протнвополояеп тоиу, который был получен прав авалязе схемы простого параллельного контура. Что это? Очерадвой парадокс влв онябка?
Нв то н нв другое. Полученное соотновенна (36) опревадлнво только для схемы вполва параллельного контуре, нэобраханвой на
рно. 14,б.
Юлж предполохвть, что в »той цепи отсутствуют другие пота« рн, хроме необретхмых потерь внерпш электронапятого поля в сопрогяжишв вупіа й ш , то пре постоянной амплитуде аапрвханяя на контуре аиергяя потерь sa парнод резопансвой чаототы
растет нропорцновально ваннчввам емкости в мидунтяиностн воохм варахлальиого кохтура в отапанв 1/2.
Среди* валячкяа ввергни электвшагамтвого поля, явкоплепвя > таксе яонтуре на реаонавоноі частота
Ч ~ Ч иохс" Ч маке"* 2
уводи м стоя проаордояыьао веягаш» еикостя вовтуре в ясумі •м м п, т.в. бывтрв«, чш воврастает вмаргкв потерь sa аармдТр .
Свадоаатальмо, вывод о шипит акшояв п пщ нттп ад нв •«лвпну шбротвост вполне парвлаахьвого г а тура (рве. 14,6) •*»
отш атнут еунвоетя &п*чаедх qonoe«, ц о м в н в * там!
т т .
О т а о воохва вараівсіьмй контур (ряс. 14,6) нови бить а»-
лучен только при выполнении весьма существенного условия для ис ходной цепи (рис. І4 ,а); а именно
B-шu i«' |
,чоеRoe~ Ruи4Jр;^0) > |
(3?) |
|
где |
л |
|
|
|
Lx |
^ое ^іЛ Ір^ |
2 |
Таким образОіЧ, возможность выполнения условия (37) (условия существования вполне параллельного контура) зависит в свою оче редь от величин емкости и индуктивности исходной цепи. Поэтому вывод о влиянии емкости и индуктивности контура (рис. К ,б ) на ве личину его добротности справедлив только для ограниченных облас тей величин L и С исходной цепи.
Если конкретизировать условие (37)
|
|
|
|
|
|
< 5 8 > |
то |
на |
основании (38) легко определить области |
возможных величин |
|||
L |
И с |
исходной |
цепи |
(рис.14,а) , для которых |
справедливо соотно |
|
шение |
(36): |
|
|
|
|
|
если |
с |
4 - А |
- |
|
||
|
|
(39) |
||||
|
|
|
|
I0 4 R „ |
|
|
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
ц » |
т г , № |
ш |
( « ) |
Для расчета добротности простого параллельного контура одина ково пригодны как приближенное соотношение (29)
так и (31)