LC контур- как работает, описание, расчет
Электронные устройства
Привет, друзья мои 🙂
Сегодня мы будем рассматривать очень важное устройство, которое называется колебательный LC-контур. Важное оно без всяких преувеличений: на его основе собираются различные генераторы, фильтры, преобразователи и прочие полезные устройства, без которых было-бы просто невозможно создание многих радиоэлектронных изделий.
Конечно-же мы все эти устройства также рассмотрим в отдельных статьях, но без понимания как работает LC-контур, все эти статьи будут просто бессмысленны…
Итак, поехали…
Почему он называется LC? Да тут все просто: L- это дроссель, C- конденсатор. Ну да, в нем всего-лишь два радиоэлемента- дроссель и кондер. Соединить их, соответственно, можно всего лишь двумя способами: или параллельно (см. картинку)
Или последовательно (см. картинку)
Что такое конденсатор мы, в принципе, уже знаем- это элемент (радиоэлемент), который может накапливать энергию. Сильно углубляться в подробности мы не будем, так как есть отдельная статья, а вот насчет дросселя, тут уже требуются кое-какие подробности…
Что такое дроссель? Это всего-лишь катушка из проволоки. На вид ничего сверхъестественного, но мы-то с Вами знаем что в ней возникает магнитное поле и эффект самоиндукции.
Что у нас получиться если LC контур включить в цепь постоянного тока:
Да, собственно, все будет просто: в момент включения дроссель создаст небольшой эффект встречно-направленной самоиндукции, но он будет очень кратковременен, и быстренько закончится. Затем конденсатор зарядится до уровня входного напряжения, ну и на этом все и закончится.
А что будет если по окончании всего этого процесса отключить питание? Конечно конденсатор начнет разряжаться через дроссель. Но ведь в катушке создастся эффект самоиндукции, и он, однако будет встречным! Причем на момент полного разряда конденсатора, ЭДС самоиндукции будет максимальным и есть это приведет к тому, что конденсатор зарядится в обратной порядке!
А дальше весь процесс повториться уже по кругу: конденсатор будет разряжаться через дроссель, опять заряжаться в обратном порядке и вновь разряжаться. В общем возникнут колебания.
ВАУ, скажите Вы!!! Вечный двигатель что-ли?!! Да ладно…
Ой, хотелось-бы, но перпетум мобиле, к сожалению, никак не получится- и у катушки есть сопротивление, и конденсатор по параметрам может быть не идеален, так что во время всего этого процесса возникнут потери энергии и колебания будут затухающими
А что будет если подавать на контур не постоянный, а переменный ток? О, тут все будет все гораздо интереснее…
В статье под понятием «переменный ток» вовсе не подразумевается сигнал с промышленной частотой в 50Гц- частота сигнала быть и любой другой.
Ну, собственно, в работе LC-контура практически ничего не изменится- все будет по-прежнему: конденсатор будет заряжаться-разряжаться, с той лишь разницей что при переменном токе будет происходить его периодическая подзарядка и колебания перестанут быть затухающими.
Дальше еще интереснее… Думаю не надо быть гением в электронике чтобы догадаться что мы можем менять параметры контура- можно емкость конденсатора изменять или параметры катушки (число витков, диаметр намотки). Ну то есть таким образом мы можем менять частоту колебаний, возникающих в контуре.
Следовательно мы можем подобрать номиналы кондера и (или) параметры катушки таким образом, чтобы частота колебаний контура совпала с частотой входного сигнала.
Это приведет к тому, что на этой частоте возникнет резонанс и амплитуда сигнала возрастет сразу в несколько раз. Есть, кстати, и формула по которой можно рассчитать эту резонансную частоту, вот она:
Ну и что в итоге нам это дает? Да, все верно- у нас появилась возможность выделить сигнал определенной частоты. Какое это может иметь практическое применение? Ой, да огромнейшее!!!
В первую очередь это свойство используется в радиоприемных устройствах- при помощи LC-контура появляется возможность выделить сигнал определенной частоты из всего того, что имеется в эфире.
Вот простейший пример: древняя кассетная автомагнитола, в которой поиск радиостанций производился вручную при помощи подстроечного конденсатора:
Вариант второй. Существуют колебательные контуры со встроенным внутри конденсатором и в которых предусмотрена регулировка сердечника. Выглядят они вот так:
Данный вариант контуров применяется обычно когда требуется лишь единовременная настройка при наладке устройства- например выделение цветоразностного сигнала или промежуточной частоты сигнала. В общем в тех случаях, когда нет необходимости выводить на переднюю панель дополнительные ручки регулировок.
Пример третий. В древние времена, когда телевизоры были ламповые, переключение каналов производилось вручную вращением ручки. В ламповом исполнении назывались эти устройства ПТК (переключатель телевизионных каналов). Чуть позже, когда эти переключатели уже стали полупроводниковыми, они стали называться СК-М-15 (селектор каналов механический). А вот основная суть работы совершенно не изменилась: внутри имелся барабан из 12-ти катушек, настроенных на фиксированные частоты. А переключение производилось тем, что при повороте ручки к контактным парам подключалась определенная ячейка катушек
Ладно, скажите Вы, это все прошлый век… А как-же работают более современная конструкции, где настройка на радиочастоты производится уже в цифровом виде?
Вы сильно удивитесь, но и здесь принцип работы остался тот-же самый 🙂 Те-же самые LC-контуры!
Катушка, ясное дело, в них является фиксированной, а в качестве переменного конденсатора используется варикап.
Напомню: варикап это полупроводниковый прибор, который меняет емкость в зависимости от подаваемого на него напряжения. Обозначается на схемах он вот так:
То есть если включить его в цепь колебательного контура по вот такой схеме
То при помощи переменного резистора R можно изменять напряжение на варикапе (R1 в данном случае получается балластным). Изменяем напряжение- изменяем емкость. Следовательно меняется и резонансная частота контура- все просто…
Вот фото относительно современного селектора телевизионных каналов
А вот и варикапы:
А для регулировки на выводах селектора имеется специальный контакт, на который и подается напряжение регулировки. Ну а дальше, как говориться, уже «дело техники»- просто для каждого из каналов запоминается определенное напряжение.
Вот пример из 1990-х: селектор выбора программ СВП-4-10. На нем имелась «батарея» из 6-ти много-оборотистых переменных резисторов
Именно ими и регулировалось напряжение настройки для каждого из каналов.
Чуть позже, конечно, переменные резисторы уже не использовались, так как процессоры управления научились сами запоминать напряжения для каждого из каналов.
Ну вот, друзья, на этом разрешите и закончить
Надеюсь все было понятно и доходчиво- старался объяснить все максимально просто 🙂
