книги из ГПНТБ / Учебник радиометриста флота учебник для школ и учебных отрядов ВМФ

Зависимость величины тока и полного сопротивления конту­ ра от частоты получила название резонансной характеристики контура. Изображается она с помощью резонансных кривых.

На рис. 11, а приведен график резонансных кривых тока и полного сопротивления для. последовательного колебательного контура. Из графика видно, что полное сопротивление этого контура при резонансе минимальное и увеличивается на часто­ тах, больших и меньших резонансной.

При уменьшении частоты источника индуктивное сопротивле­ ние уменьшается, ибо Xl = ioL, а емкостное сопротивление уве­

личивается, так как хп = —L -.

и>с

Рис. 11. График резонансных кривых тока и полного

сопротивления контура

В результате хь Ф Хс, xc> xL, они компенсируют друг друга только частично, и полное сопротивление контура имеет емкост­ ной характер, при этом величина его тем больше, чем больше частота колебаний источника отличается от резонансной часто­ ты, равной частоте собственных колебаний контура.

Аналогично увеличивается полное сопротивление контура и при увеличении частоты с той лишь разницей, что теперь полное сопротивление контура приобретает индуктивный характер.

Благодаря этому зависимость полного сопротивления после­

довательного контура от частоты выражается одногорбой кри­ вой (пунктирная кривая на рис. Ill, а).

Характер изменения тока в контуре противоположен харак­ теру изменения его сопротивления, так как при постоянном на­ пряжении ток обратно пропорционален сопротивлению. Поэтому зависимость тока от частоты в последовательном контуре выра­

жается тоже одногорбой кривой	(сплошная	кривая на
рис. 11, а).
Формы резонансных кривых полного сопротивления и тока
для параллельного контура аналогичны	(рис. 11, б),	но вследст­

вие большого сопротивления параллельного контура		при резо­
нансе кривая полного сопротивления располагается		выпуклой
частью вверх (пунктирная кривая),	а тока — выпуклой частью
вниз (сплошная кривая). Характер	полного сопротивления па­

20

раллельного контура также отличается от характера полного сопротивления последовательного контура. Так, на частотах ниже резонансной параллельный контур имеет индуктивный ха­ рактер, а на частотах выше резонансной — емкостной.

Наличие резонансных свойств у контуров позволяет сделать вывод, что если в одном и том же контуре одновременно дейст­ вует несколько э.д.с. с различными частотами, то наибольшая амплитуда колебаний создается в ней той э.д.с., частота которой совпадает с резонансной частотой. Остальные э.д.с. создают в контуре колебания с малой амплитудой, а при большой разнице в частотах вообще на него не воздействуют. Таким образом, из-

Рис. 12. Полоса пропускания контура

меняя параметры контура, можно настроить его в резонанс на любую из этих э.д.с., которая и будет образовывать в контуре

вынужденные колебания.

Практически контур резонирует не на одну строго определен­ ную частоту, а на ряд частот, средней из которых является ре­ зонансная. Это получается вследствие того, что резонансная кривая контура имеет некоторую ширину, и амплитуда колеба­ ний в контуре получается наибольшей для резонансной частоты и симметрично уменьшается для боковых частот.

Поэтому можно сказать, что контур хорошо выделяет (про­ пускает) колебания в пределах определенной полосы частот, располагающейся по обе стороны симметрично от резонансной. Эта полоса частот получила название полосы пропускания кон­ тура и измеряется в килогерцах или мегагерцах. Полосу пропу­ скания контуров условно ограничивают в пределах частот, ам­ плитуда которых изменяется не более чем на 0,707 резонансной

(рис. 12, а):

Д/ —Л —Л»

(43)

где ДР — полоса пропускания;

f, и f2 — крайние частоты.

Ширина Af зависит от резонансных свойств контура, опре­ деляемых его добротностью. Чем выше добротность контура, тем его резонансная кривая будет острее, а полоса пропускания уже (рис. 12, б).

21

Способность контура выделить из всего спектра определен­ ную полосу частот получила название избирательности конту­ ра; она тем лучше, чем уже полоса пропускания контура.

Расширение полосы пропускания контура достигается уве­ личением затухания в контуре путем включения в него активно­ го сопротивления, т. е. снижением его добротности.

§8. Связанные колебательные контуры

Всовременной радиоаппаратуре используют связанные це­ пи, чаще всего состоящие из двух контуров, в которых энергия

из первой цепи может передаваться во вторую, и наоборот. Цепь, в которой находится источник энергии, называется пер-

Рис. 13. Виды связи между контурами

винной; цепь, в которой находится потребитель, называется вто­ ричной. Взаимное влияние контуров друг на друга, проявляю­ щееся в передаче энергии из одного контура в другой, происхо­ дит через общий для них элемент, называемый элементом свя­ зи. Такие контуры получили название связанных.

В зависимости		от способа	взаимного	влияния	контуров
связь	может быть	индуктивная	(трансформаторная),		кондук-
тивная	(автотрансформаторная), емкостная			и комбинирован­

ная.

При индуктивной (или трансформаторной) связи (рис. 13, о)

переменный магнитный поток катушки Ly наводит э.д.с. в ка­ тушке L2.

22

Наведенная э.д.с. возбуждает колебания во вторичном кон­ туре. Степень связи регулируется изменением расстояния меж­ ду катушками; при сближении катушек индуктивная связь уве­ личивается.

Автотрансформаторная связь (рис. 13, б) осуществляется включением части индуктивности первичного контура во вто­ ричный, т. е. элементом связи является катушка индуктивности LCB. При таком включении ток во вторичном контуре создается частью э.д.с. самоиндукции, образующейся на первичной ка­ тушке L |. Степень связи регулируется изменением величины ин­ дуктивности катушки связи ,LCB— изменением количества вит­ ков в ней.

Емкостная связь имеет две разновидности: внутреннюю и внешнюю. При внутренней связи (рис. 13, в) напряжение, пи­ тающее вторичный контур, снимается с конденсатора связи Ссв. Увеличение связи достигается уменьшением емкости Ссв, так как тогда увеличивается ее сопротивление переменному току первичного контура, а значит, будет больше и падение на­ пряжения, действующее одновременно и во вторичном контуре. При внешней связи (рис. 13, г) часть тока первичного контура ответвляется во вторичный и создает в нем колебания. Степень связи увеличивается в этом случае в результате увеличения ем­ кости Ссв, так как при этом уменьшается ее сопротивление пере­ менному току.

Комбинированная связь (рис. 13, д) представляет собой ком­ бинацию двух видов связи и применяется в цепях с большой полосой пропускания при необходимости сохранения постоянной степени связи для широкого -диапазона частот. Наиболее рас­ пространенной является индуктивно-емкостная связь. Так как при увеличении частоты индуктивная связь уменьшается, а ем­ костная увеличивается, то суммарное воздействие обоих видов связи остается почти постоянным.

Степень взаимного влияния двух контуров количественно учитывается так называемым коэффициентом связи kCB■ Коэф­ фициент связи определяется по формуле

(44)

V XlX2*V

пде А'св — сопротивление элемента связи; х х и х 2— реактивные сопротивления контуров, имеющие тот

же характер, что и сопротивление элемента связи. Подставив значения хсв, Х\ и Х2, получим формулы для оп­

ределения kCB при различных видах связи.

	Для контуров с трансформаторной связью
	k СВ	м	(45)
		’

где М — взаимная индуктивность;

23

для контуров с автотрансформаторной связью

	k — ___		1с?..	.	’	(46)
	CD	V	<£1 + L CB) (Lt + LCB)
	для контуров с внутренней емкостной связью
	ь		УсТс-2			(47)
	св	V ( C i + Ссв)		(С2 + Ссв) ’
	для контуров с внешней емкостной связью
	и	________________ б -С В _______________				(48)
	св “	V	(с, + с св)	( с 2 + Ссв)'

Для выяснения влияния степени связи на полосу пропуска­ ния системы связанных контуров рассмотрим случай, когда оба контура настроены на одну и ту же резонансную частоту. Изме­ няя частоту источника, включенного в первый контур, будем на­ блюдать за изменением тока и соответственно за изменением падения напряжения на индуктивности и емкости во втором контуре. В этом случае также получится резонансная кривая, но ее форма будет сильно зависеть от степени связи (коэффици­ ента связи).

При приближении частоты источника к собственной частоте первого контура ток в нем увеличивается, как в обычном после­ довательном контуре. При этом э.д.с., наводимая во втором кон­ туре, также увеличивается и ток резко растет в результате как увеличения э. д. с., так и уменьшения сопротивления второго кон­ тура. Поэтому зависимость тока во вторичном контуре и напря­ жения на его элементах от частоты имеет характер очень острой резонансной кривой. Однако она получается такой лишь при малой величине коэффициента связи контуров. При увеличении коэффициента связи начинается влияние вторичного контура на первичный и первичного на вторичный, аналогичное влиянию со­ противления, включаемого в первичный и вторичный контуры. Поэтому это сопротивление получило название вносимого со­ противления. По мере увеличения коэффициента связи величи­ на вносимого сопротивления увеличивается, а добротность кон­ туров уменьшается. Вносимое сопротивление содержит не толь­ ко активную, но и реактивную составляющие, расстраивающие контуры. В результате их резонансные кривые изменяются и принимают характерный двугорбый вид. При дальнейшем уве­ личении коэффициента связи максимумы не увеличиваются, а все дальше разносятся по частоте. Коэффициент связи, при ко­ тором максимум резонансной кривой достигает наибольшего значения, а резонансная кривая еще одногорбая, называется

критическим /гкр.

На рис. 14 показан вид резонансных кривых двух связанных контуров при различном значении коэффициента связи.

При kCB< kKp имеет место	слабая	связь, кривая одногорбая.
При k0B>'kKp имеет место	сильная	связь, кривая двугорбая.

24

Рис. 14. Резонансные кривые связанных контуров при различных коэффициентах связи

Наибольшее применение в радиолокации получила критичес­ кая связь, при которой происходит максимальная передача энергии из первичного контура во вторичный. Сильная связь применяется там, где нужно получить широкую полосу пропу­ скания контуров.

Паразитные связи. В процессе монтажа радиоаппаратуры очень часто между различными ее деталями или цепями появ­ ляются паразитные связи, которые возникают в результате воз­ действия магнитного поля одной цепи на другую или в резуль­ тате образования емкости между проводниками и деталями раз­ ных цепей (емкость мон­ тажа). Паразитные связи вредны, так как ведут к нежелательному переходу энергии из одной цепи в другую и этим нарушают их работу.

Уменьшают паразит­ ные связи путем рацио­ нального монтажа, т. е. уменьшают длину провод­ ников и разносят их воз­ можно дальше один от другого. Однако полно­ стью устранить их таким образом невозможно.

Более эффективным способом уменьшения влияния паразит­ ных связей является экранирование, т. е. защита контуров, це­ пей и отдельных деталей от паразитных связей с помощью спе­ циальных металлических заземленных экранов.

Защитное действие экранов основано на том, что паразит­ ные магнитные поля наводят в них э.д.с. индукции, в результа­ те которых в металле экрана возникают токи, ослабляющие сво­ им магнитным полем паразитные поля.

При наличии паразитной емкости между, цепями образуется паразитная связь по току. Экран, защищая экранируемую цепь от воздействия другой цепи, уменьшает эту емкость и отводит паразитные токи на корпус (землю).

Экраны имеют различную форму. Чаще всего они выполня­ ются в виде коробок, надеваемых на экранируемые детали. Ма­ териал экранов — алюминий, а для низкочастотных цепей —■ сталь.

§ 9. Применение контуров

Резонансные волномеры. Резонансные свойства колебатель­ ного контура позволяют использовать его для измерения часто­ ты.

25

Приборы, основанные на явлении резонанса и предназначен­ ные для измерения частоты (длины волны), называются резо­ нансными волномерами. Резонансный волномер (рив. 15) пред­ ставляет собой настраиваемый колебательный контур, снабжен­ ный индикатором резонанса. Контур волномера градуируется по частоте или длине волны, градиуровка обычно наносится на шкалу конденсатора. При измерении частоты волномер распо­ лагают так, чтобы его катушка оказалась индуктивно связан­ ной с цепыо, в которой производятся измерения. За счет индуци­ рованной э. д. с. в контуре волномера возникает ток, вращением конденсатора добиваются резонанса в контуре.

По градуировке волномера определяют собственную частоту его контура, а следовательно, и измеряемую частоту.

Антенна

V

Л приемнику

Индикатор тот
Рис. 15. Резонанс­	Рис. 16. Схема включения кон­
ный волномер	тура для осуществления изби­
	рательности колебании

Осуществление избирательности колебаний заданной часто­ ты. Приемное устройство должно обладать избирательностью, т. е. обеспечивать выделение из многих сигналов, имеющих раз­ личные частоты, одного сигнала определенной частоты. Решить эту задачу можно, используя резонансные свойства колебатель­ ного контура. Схема включения контура представлена на рис. 16.

Электромагнитные волны, излучаемые передающими радио­ станциями, возбуждают в приемной антенне одновременно мно­ жество переменных э. д. с. различной частоты, т. е. приемная ан­ тенна принимает одновременно сигналы многих передатчиков. Ввиду большого числа принятых сигналов в катушке контура (контур связан с антенной индуктивной связью) возбуждается одновременно множество переменных э. д. с. различной частоты, каждая из которых создает в контуре ток.

Наибольшее значение будет иметь ток того сигнала, на ча­ стоту которого настроен контур. Таким образом, за счет резо­ нанса напряжений оказывается возможным из многих сигналов различной частоты выделить нужный сигнал.

Влияние внутреннего сопротивления источника питания на резонансные свойства контура, Всякий источник обладает не­

26

которым внутренним сопротивлением, поэтому при включении его в контур резонансные свойства последнего ухудшаются.

Полное активное сопротивление цепи в этом случае равно сумме активного сопротивления контура /?а и внутреннего со­ противления источника Ri. Отсюда ток в цепи при резонансе

____ и_	(49)
а добротность
	(50)

В радиотехнических устройствах контур питается от элект­ ронной лампы или приемной антенны. Как та, так и другая об­ ладают значительным внутренним сопротивлением; при включе­ нии их в контур добротность и резонансные свойства контура значительно ухудшаются.

Из электротехники известно, что источник отдает нагрузке максимальную мощность при равенстве внутреннего сопротивле­ ния источника и сопротивления нагрузки. При большой разнице сопротивлений между ними отдаваемая в нагрузку мощность ничтожна; по этой причине источник с большим внутренним со­ противлением нельзя включать непосредственно в контур. По­ этому в радиотехнических схемах обычно используют трансфор­ маторное питание последовательного контура посредством ин­ дуктивной связи (рис. 13, а), добиваясь подбором индуктивности катушки связи равенства внутреннего сопротивления источника и сопротивления нагрузки (контура), т. е. обеспечивая режим отдачи наибольшей мощности в нагрузку.

Последовательный контур как реактивное сопротивление. Выше было показано, что последовательный контур при частоте ниже резонансной ведет себя как емкостное сопротивление, а при частоте выше резонансной—как индуктивное. При частоте ниже резонансной (собственной) такой контур эквивалентен конденсатору. Емкость его при различных частотах различна; чем больше частота тока, протекающего через контур, отлича­ ется от резонансной частоты контура, тем больше емкостное сопротивление, которое оказывает контур этому току, а следова­ тельно, тем меньше емкость, которой эквивалентен контур.

При частоте выше резонансной последовательный контур эк­ вивалентен катушке индуктивности. Чем больше частота тока, протекающего через контур, отличается от собственной частоты контура, тем больше индуктивное сопротивление, оказываемое контуром этому току, и, следовательно, тем больше индуктив­ ность, которой эквивалентен контур.

Электрические фильтры. Электрическими фильтрами назы­ ваются схемы и устройства, предназначенные для пропускания одной или нескольких частот из спектра частот колебаний.

Фильтр должен минимально ослаблять колебания в определен­ ной области частот, называемой полосой прозрачности, и макси­ мально ослаблять их на других частотах, образующих область задерживания (непрозрачности). Частота, разделяющая эти области, называется частотой среза.

Итак, электрический фильтр позволяет пропускать определен­ ную полосу частот с небольшим затуханием и задерживать (точнее пропускать с большим затуханием) токи с частотами вне этой полосы.

Z,

Z,

Г,'

а

»/2Z,

Z/ZZ,

//22,

ш ,

h 1,

6-

в

Рис. 17. Виды фильтров:

а— Г-образные; б — Т-образные: в — П-образныв

Взависимости от пропускаемого спектра частот фильтр’ы

подраздёляют на фильтры низких частот, верхних частот, поло­

совые и заградительные (рёжёкторные).

Простейшим фильтром может служить колебательный кон­ тур, но его частотной избирательности явно недостаточно для пропускания или задерживания широкой полосы частот. Поэто­ му прибегают к фильтрам в виде цепочки, каждое звено кото-

28

фильт р низких частот

Полосовой фильтр

Рис. 18. Частотные характеристики фильтров

1/2L

l/2L

I

СI/2C

оо

1/21,

1/2L,

1/2L, 2С( 2С, 1/2L,

>Oi

о

о

о

Рис. 19. Схемы цепочечных фильтров

29