"Радио Всем", №2, январь 1929 год, стр. 38-39

ЭЛЕМЕНТЫ РАДИОТЕХНИКИ.

Инж. А. Н. Попов.

Передача энергии из одного контура, в другой¹).

Мы уже неоднократно касались вопроса о том, что различного рода путями можно передавать электромагнитную энергию от одной цепи к другой. Мы упоминали и о том, что такие связанные цепи составляют необходимые элементы почти всех радиосхем как передающих, так и приемных. Сейчас мы займемся этим явлением подробнее.

Обратимся к рис. 1. Это не что иное, как хорошо известная схема потенциометра. Контур 1-й состоит из батареи, замкнутой на сопротивление; к части этого сопротивления приключены (напр., при помощи скользящих контактов) зажимы 2-го контура. Очевидно, что на зажимах 2-го контура мы будем иметь напряжение, равное падению напряжения в сопротивлении между скользящими контактами.

Рис. 1. Гальваническая связь.

Если 2-й контур расходует энергию, он будет забирать ее у батареи, т. е. из 1-го контура, а связующим звеном, руслом, по которому перетекает энергия, будет служить сопротивление, связывающее эти два контура. Контуры эти будут связаны, причем связь осуществляется при помощи непосредственного электрического контакта. Это так называемая непосредственная или гальваническая связь.

Нужно сказать, что в радиотехнике она употребляется не слишком часто. Причина заключается в том, что это довольно дорогой способ передачи энергии. Дорогой потому, что здесь операция производится над ваттной энергией, а последнюю, как известно, вернуть невозможно, она пропадает, превращаясь в тепло. На нашей схеме бесполезно пропадает энергия по концам сопротивления (за скользящими контактами 2-го контура). Кроме того, включение большого сопротивления в колебательный контур очень сильно меняет все условия его работы; иногда контур может даже потерять способность к колебаниям. Это обстоятельство также ограничивает область применения гальванической связи.

Рис. 2. Индуктивная связь.

Гораздо более удобным и распространенным является способ передачи энергии посредством магнитного поля, схема которого показана на рис. 2. Это просто-напросто две катушки, поднесенные более или менее близко одна к другой. Здесь мы имеем явление так называемой взаимоиндукции. Оно состоит в том, что часть магнитных силовых линий катушки 1-го контура пронизывает катушку 2-го. Если магнитное поле переменно, то во второй катушке появится электродвижущая сила, которая будет действовать на 2-й контур.

Мы знаем, что с магнитным полем связана энергия. Эта энергия и будет передаваться во 2-й контур. Здесь, таким образом, энергия течет по магнитному руслу, почему этот вид связи называется магнитным или индуктивным.

Рис. 3. Емкостная связь.

Аналогична индуктивной связи электрическая или емкостная (рис. 3). Здесь связующим звеном между двумя контурами служит конденсатор, а энергия передается при помощи его электрического поля.

Наиболее простым и удобным способом связывания при высокой частоте является способ взаимоиндукции. Дело в том, что взаимоиндукцию, а следовательно и напряжение на зажимах 2-го контура, можно менять, сближая или удаляя катушки. Это сравнительно легко осуществить механически. Поэтому магнитная связь между цепями наиболее часто встречается на практике²).

Обратимся теперь к рис. 4 и осветим несколько подробнее явления, происходящие в этих двух связанных контурах. Прежде всего нужно заметить, что из двух таких контуров один является источником энергии для другого. Один является контуром активным, задающим, второй — пассивным, воспринимающим. Обычно задающий контур называется первичным и его элементы снабжаются значком 1; воспринимающий контур называется вторичным и его элементам присваиваются значки 2.

Рис. 4.

В схеме рис. 4 1-й контур — колебательный, второй — апериодический. Явления, происходящие во 2-м контуре, чрезвычайно просты. Катушка L₂ является источником электродвижущей силы. Последняя работает на цепь, которая состоит из L₂ и R₂, включенных последовательно. Мы получаем, таким образом, схему замещения, показанную на рис. 5. Можно сказать, что в разрыв вторичного контура включается машина высокой частоты, напряжение которой зависит от силы тока в первичном контуре: чем она больше, тем больше и напряжение.

Сложнее обстоит дело в первичном контуре, который в данном случае является колебательным. Как уже говорилось раньше, уход энергии из какой-нибудь цепи знаменуется появлением в ней добавочного ваттного сопротивления. И здесь мы имеем переход энергии во вторичный контур; поэтому в первичном неминуемо появится добавочное ваттное сопротивление и к его «нормальному» сопротивлению добавится некоторое приращение, величина которого зависит от коэфициента связи, R₂, и полного сопротивления вторичного контура. Это первый вид обратного действия 2-го контура на 1-й.

Рис. 5.

Далее, и первичная самоиндукция не остается без изменения. Дело в том, что ток, проходящий по катушке L₂, имеет свое магнитное поле, которое противоположно полю катушки L₁. Поэтому, самоиндукция первичного контура уменьшается на величину, которая зависит от коэфициента связи, L₂ и полного сопротивления вторичной цепи. Это — второй вид обратного действия.

Совершенно очевидно, что условия работы 1-го контура будут определяться его измененными сопротивлением и самоиндукцией, т. е. связью со вторичным контуром. Работа же 2-го контура зависит от силы тока в 1-м. Ни одно изменение К, L или С в одном контуре не проходит незаметно для другого; в этом и состоит физический смысл названия «связанных» контуров.

Степень связанности цепей, определяющая обратное действие 2-го контура на 1-й, характеризуется коэфициентом связи. При малых величинах его обратное действие бывает ничтожно мало, и практически можно считать, что его и не существует. Малую связь делают там, где хотят избежать зависимости 1-го контура от 2-го. Особое значение это имеет при измерениях.