Индуктивно спрегнута осцилујућа кола

Размотримо два осцилујућа кола која су постављена једно у односу на друго тако да се енергија може пренети из првог кола у друго и обрнуто.

Осцилаторна кола у таквим условима називају се спрегнута кола, јер електромагнетне осцилације које се јављају у једном од кола изазивају електромагнетне осцилације у другом колу, а енергија се креће између ових кола као да су повезана.

Што је јача веза између ланаца, то се више енергије преноси са једног ланца на други, ланци интензивније утичу једни на друге.

Величина међусобног повезивања петље може се квантификовати коефицијентом спреге петље Квв, који се мери у процентима (од 0 до 100%). Веза кола је индуктивна (трансформаторска), аутотрансформаторска или капацитивна. У овом чланку ћемо размотрити индуктивну спрегу, односно стање када се интеракција кола одвија само због магнетног (електромагнетног) поља.

Индуктивна спрега се назива и трансформаторска спрега јер се одвија услед међусобног индуктивног дејства намотаја кола један на други, као у у трансформатору, са једином разликом што се осцилујућа кола, у принципу, не могу повезати тако блиско као што се може приметити у конвенционалном трансформатору.

У систему повезаних кола једно од њих напаја генератор (из извора наизменичне струје), ово коло се назива примарним колом. На слици, примарно коло је оно које се састоји од елемената Л1 и Ц1. Коло које прима енергију из примарног кола назива се секундарно коло, на слици је представљено елементима Л2 и Ц2.

Конфигурација везе и резонанција петље

Када се струја И1 промени у калему Л1 примарне петље (повећава или смањује), величина индукције магнетног поља Б1 око овог намотаја се сходно томе мења и линије силе овог поља укрштају завоје секундарне завојнице Л2. и стога, према закону електромагнетне индукције, индукују ЕМФ у њему, што изазива струју И2 у калему Л2. Стога се испоставља да се управо кроз магнетно поље енергија из примарног кола преноси у секундарно, као у трансформатору.

Практично повезане петље могу имати сталну или променљиву везу, што се остварује методом производње петљи, на пример, намотаји петљи се могу намотати на заједнички оквир, фиксирани непомично, или постоји могућност физичког кретање калемова у односу један на други, онда је њихов однос променљив. Завојнице променљиве везе су приказане шематски са стрелицом која их прелази.

Дакле, као што је горе наведено, коефицијент спреге калемова Ксв одражава међусобну повезаност кола у процентима, у пракси, ако замислимо да су намотаји исти, онда ће показати колики је магнетни флукс Ф1 од калем Л1 такође пада на калем Л2. Тачније, коефицијент спреге Ксв показује колико је пута ЕМФ индукована у другом колу мања од ЕМФ која би се у њему могла индуковати да су све магнетне линије силе завојнице Л1 биле укључене у његово стварање.

Да би се добиле максималне доступне струје и напони у повезаним колима, они морају остати у резонанцији једни са другима.

Резонанција у преносном (примарном) колу може бити резонанција струја или резонанција напона, у зависности од уређаја примарног кола: ако је генератор повезан на коло у серији, онда ће резонанција бити у напону, ако је паралелно - резонанцију струја. Обично ће доћи до напонске резонанције у секундарном колу, јер сам калем Л2 ефективно делује као извор наизменичног напона повезан серијски са секундарним колом.

Након повезивања петљи са одређеним ЦВС, њихово подешавање на резонанцију се врши следећим редоследом. Примарни круг је подешен тако да добије резонанцију у примарној петљи, односно док се не достигне максимална струја И1.

Следећи корак је подешавање секундарног кола на максималну струју (максимални напон на Ц2). Примарни круг се затим подешава јер магнетни флукс Ф2 из завојнице Л2 сада утиче на магнетни флукс Ф1, а резонантна фреквенција примарне петље се незнатно мења јер кола сада раде заједно.

Погодно је имати подесиве кондензаторе Ц1 и Ц2 у исто време када се постављају повезана кола направљена као део једног блока (шематски, подесиви кондензатори са заједничким ротором су означени комбинованим тачкастим стрелицама које их прелазе). Друга могућност подешавања је повезивање додатних кондензатора релативно малог капацитета паралелно са главним.

Такође је могуће подесити резонанцију подешавањем индуктивности намотаних намотаја, на пример померањем језгра унутар завојнице. Таква "подесива" језгра су означена испрекиданим линијама, које су укрштене стрелицом.

Механизам деловања ланаца једни на друге

Зашто секундарни круг утиче на примарни круг и како се то дешава? Струја И2 секундарног кола ствара сопствени магнетни флукс Ф2, који делимично прелази завоје завојнице Л1 и стога индукује у њему ЕМФ, који је усмерен (по Ленцовом правилу) према струји И1 и стога настојимо да је смањимо, ово тражи примарно коло као додатни отпор, односно уведени отпор.

Када је секундарно коло подешено на фреквенцију генератора, отпор који уводи у примарно коло је чисто активан.

Показало се да је уведени отпор већи, што су кола јача, односно што је више Квс, већи је отпор који секундарно коло уводи у примарни. У ствари, овај отпор уметања карактерише количину енергије која се преноси у секундарни круг.

Ако је секундарно коло подешено у односу на фреквенцију генератора, тада ће отпор који уводи, поред активне, имати и реактивну компоненту (капацитивну или индуктивну, у зависности од правца у којем се коло грана). .

Величина везе између контура

Размотримо графичку зависност струје секундарног кола од фреквенције генератора у односу на фактор спреге Квв кола. Што је мања спрега контура, то је оштрија резонанца, а како се Квв повећава, врх резонантне криве се прво изравнава (критична спрега), а затим, ако спрега постане још јача, добија двоструки изглед.

Критична веза се сматра оптималном са становишта добијања највеће снаге у секундарном колу ако су кола идентична. Фактор спреге за такав оптимални режим је нумерички једнак вредности слабљења (реципрочна вредност К-фактора кола К).

Јака веза (критичнија) формира пад у резонантној кривој, а што је ова веза јача, то је пад фреквенције већи. Са јаком везом кола, енергија из примарне петље се преноси у секундарну са ефикасношћу већом од 50%; овај приступ се користи у случајевима када је потребно више снаге пренети из кола у коло.

Слаба спрега (мање од критичне) обезбеђује резонантну криву чији је облик исти као за једно коло. Слаба спрега се користи у случајевима када нема потребе за преносом значајне снаге из примарне петље у секундарно коло са великом ефикасношћу, а пожељно је да секундарно коло што мање утиче на примарно коло.Што је већи К-фактор секундарног кола, већа је амплитуда струје у њему при резонанцији. Слаба карика је погодна за мерење у радио опреми.