Индуктивная или трансформаторная связь контуров

Если энергия колебаний переходит из одного контура в другой, то такие контуры называются связанными.
Иначе говоря, контуры являются связанными в том случае когда колебания, происходящие в одном из них, воздействуют на другой контур и вызывают в нем колебательный процесс.

Чем больше энергии переходит из одного контура в другой, т.е. чем сильнее воздействует один контур на другой, тем сильнее связь между ними.

Величина связи характеризуется коэффициентом связи К_св, который может иметь значения от 0 до 1 (от 0 до 100%). Если связь отсутствует, то К_св = 0. В радиоцепях К_св имеет обычно величину от долей процента до нескольких процентов, изредка до нескольких десятков процентов.

Существует несколько различных видов связи.

Индуктивная или трансформаторная связь. Эта связь применяется наиболее часто и образуется с помощью взаимной индукции между катушками контуров (рис.1 ).

Выясним физический смысл коэффициента связи при индуктивной связи. Если L₁ и L₂ одинаковы и других катушек в контурах нет, то коэффициент связи показывает, какую долю полного магнитного потока Ф₁ катушки L₁ составляет магнитный поток Фсв, пронизывающий обе катушки, т.е. связывающий обе цепи. Например, если Ф_св составляет 20% от Ф₁, то K_св = 0,2.

Для получения максимального тока и напряжения в контурах их настраивают в резонанс. В первичном контуре может быть либо резонанс напряжений, либо резонанс токов в зависимости от способа соединения генератора с этим контуром.

Во вторичном контуре при индуктивной связи, как правило, получается резонанс напряжений.

Это объясняется тем, что в качестве генератора во вторичном контуре работает сама катушка L₂. Она включена в контур последовательно, значит, в цепи будет резонанс напряжений.

Практически связанные контуры настраивают в резонанс для получения наибольшего тока во вторичном контуре следующим порядком. Сначала настраивают первичный контур до получения максимума тока в нем, затем настраивают вторичный контур в резонанс с первичным контуром. После настройки вторичного контура надо еще раз подстроить первичный контур, так как вторичный контур при настройке несколько влияет на первичный и нарушает резонанс в нем. Вообще всякое изменение настройки одного из контуров оказывает влияние на другой контур (изменяет его настройку). Приходится дополнительно подстраивать каждый контур, чтобы восстановить резонанс.

Для настройки в резонанс двух контуров, имеющих постоянную связь, их конденсаторы переменной емкости объединяют в один агрегат, т.е. роторы насаживают на общую ось. На схемах такой агрегат показывают путем соединения стрелок конденсаторов штриховой линией (рис.1 б).

Емкости контуров выравнивают с помощью небольших надстроечных (полупеременных) конденсаторов, емкость которых можно регулировать в некоторых пределах. Они присоединяются параллельно основным конденсаторам (рис.1 б).

Индуктивности катушек выравнивают, регулируя положение находящегося внутри катушки сердечника из магнитодиэлектрика (карбонильное железо, альсифер, феррит и др). На схеме (рис.1 б) показано условное изображение сердечников.

Рассматривая работу связанных контуров, необходимо учитывать воздействие вторичного контура на первичный. Ток I₂, возникший во вторичном контуре, создает в катушке L₂ магнитный поток, пересекающий какой-то своей частью витки катушки L₁ и индуктирующий в ней некоторую эдс. Эта эдс противодействует первичному току I₁ и уменьшает его. Иначе можно сказать, что вторичный контур вносит в первичный дополнительное сопротивление, называемое вносимым сопротивлением. Когда вторичный контур настроен на частоту генератора, то он вносит в первичный контур только активное сопротивление, которое тем больше, чем сильнее связь. Величина этого сопротивления характеризует переход некоторого количества энергии из первичного контура во вторичный. А когда вторичный контур не настроен точно на частоту генератора, то он вносит в первичный контур не только активное, но и реактивное сопротивление, индуктивное или емкостное, в зависимости от того, в какую сторону расстроен вторичный контур. Таким образом, втаричный контур, будучи сам расстроенным, нарушает настройку первичного контура.

В случае одинаковых контуров коэффициент оптимальной связи равен величине затухания каждого контура. Если, например, связанные контуры имеют каждый в отдельности S = 0,02, то оптимальная связь получится при Kсв— 0,02 = 2%.

Когда связь меньше критической, то ее считают слабой. При слабой связи кривая резонанса имеет почти такую же форму, как и в случае одиночного контура. Связь больше критической считается сильной. Если усиливать связь свыше критического значения, то провал в резонансной кривой становится больше и разница по частоте между горбами увеличивается (рис.2).

Критическая или сильная связь (при небольшом провале между горбами) дает значительное расширение полосы пропускания и используется в радиоприемных устройствах. Для сильной связи характерна передача энергии из первичного контура во вторичный с высоким кпд (выше 50%), т.е. мощность во вторичном контуре больше, чем мощность, теряемая в первичном контуре. Вследствие этого сильная связь применяется при больших мощностях в радиопередатчиках. Слабая связь применяется тогда, когда не требуется передать во вторичный контур большую мощность с высоким кпд, но зато важно, чтобы вторичный контур мало влиял на первичный. Такая связь находит себе применение в радиоизмерениях.

Знаете ли Вы, что такое "усталость света"?
Усталость света, анг. tired light - это явление потери энергии квантом электромагнитного излучения при прохождении космических расстояний, то же самое, что эффект красного смещения спектра далеких галактик, обнаруженный Эдвином Хабблом в 1926 г.
На самом деле кванты света, проходя миллиарды световых лет, отдают свою энергию эфиру, "пустому пространству", так как он является реальной физической средой - носителем электромагнитных колебаний с ненулевой вязкостью или трением, и, следовательно, колебания в этой среде должны затухать с расходом энергии на трение. Трение это чрезвычайно мало, а потому эффект "старения света" или "красное смещение Хаббла" обнаруживается лишь на межгалактических расстояниях.
Таким образом, свет далеких звезд не суммируется со светом ближних. Далекие звезды становятся красными, а совсем далекие уходят в радиодиапазон и перестают быть видимыми вообще. Это реально наблюдаемое явление астрономии глубокого космоса. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.