LC цепь (мұнда LC фильтр немесе LC түйсіндіріктері) - бұл электр цепь, оның ішінде пасивті элементтер болып табылады: индуктор (L) және конденсатор (C). Бұл цепть сондай-ақ резонанс цепть, танк цепть немесе настроенный цепть деп аталады.
Идеалды формадағы цепте резистор жоқ болғандықтан, LC цепть энергия өткізбейді. Бұл идеалды формадағы RC цептері, RL цептері, же RLC цептері үшін емес, себебі оларда резистор бар.
Осылайша, практикалық цепте LC цепть компоненттер мен байланыс жолдарының нөлден айырмашылықтық сопротивлениясынан кейін әрқашан энергия өткізеді.
Заряд заряд конденсатордың тақталарының арасында және индуктор арқылы өтеді. Энергия конденсатор мен индуктор арасында осцилляция жасайды, дейін компоненттердің және байланыстыру проводтарының ішкі сопротивтілігі осцилляциясын оңтайландыратынға дейін.
Бұл цептин әрекеті настроенный әрекетке ұқсас, математикалық түрде гармоникалық осциллятор ретінде белгілі, бұл маятниктің жоғары-төмен салып өтуіне же суның резервуарда жоғары-төмен салып өтуіне ұқсас; сол себептен, цепть настроенный цепь немесе резервуар цепь деп атауы мүмкін.
Цепь электрлық резонатор ретінде әрекет ететіні мүмкін, және энергия резонансдық частота деп аталатын частотада осцилляция жасайды.
Сериялық LC цепте, индуктор мен конденсатор бірін-бірі артық сериялық түрде байланыстырылады, бұл суретте көрсетілген.
Сериялық цепте ағым барлық цепте бірдей болғандықтан, ағым индуктор арқылы және конденсатор арқылы өтуі тең.
Енді терминалдар аралығындағы жалпы напряжение конденсатордың және индуктордың напряжесінің қосындысына тең.
Түрдеуі көбейсек индуктивті реакцияның мәні де көбейеді
және капацитивті реакцияның мәні төмендейді.
Енді резонанс жағдайында индуктивті реактансы мен конденсаторлық реактанстың өлшемдері тең болады.
Енді сериялық LC контурының импедансы төмендегідей беріледі
Енді резонанс жағдайында индуктивті реактансы мен конденсаторлық реактанстың өлшемдері тең болады.
Мұнда,
резонанс жазықтықтың (радиан сегізде) частотасы.
Енді резонанс жазықтықтың частотасы
, онда импеданс болады
Сонымен, резонанс шартында, егер
электрдың жалпы импедансы Z нөлге тең болады, бұл XL және XC бір-бірін қуып тастайды. Сондықтан, сериялық LC контурға берілетін ағым максималды болады (
).
Сонымен, сериялық LC контур, жүкпен серияда қосылғанда, резонанс частотасында нөл импедансы болатын диапазонды фильтр ретінде әсер етеді.
Резонанс жиілігінен төмен жиілікте, яғни
,
. Сондықтан, схема конденсаторлық болады.
Резонанс жиілігінен жоғары жиілікте, яғни
,
. Сондықтан, схема индуктивті болады.
Резонанс жиілігінде, яғни
,
. Ағым максималды болады, ал импеданс минималды. Бұл жағдайда, схема кабылдайтын схема ретінде іске асуы мүмкін.
Параллельді LC схемасында, индуктор мен конденсатор параллельде байланыстырылады, бұл суретте көрсетілген.
Параллельді цепьдең арқылы өткен напруга бірдей. Сондықтан индуктор мен конденсатор арқылы өткен напруга тең болады.
Енді параллельді LC цепь арқылы өткен жалпы ағым индуктор арқылы өткен ағым мен конденсатор арқылы өткен ағымдың қосындысына тең болады.
Резонанс шартында, егер индуктивті реактивті толқын (
) конденсаторлық реактивті толқын (
) тең болса, реактивті толқындар тең және кері бағытта болады. Сондықтан, олар бір-бірін жоюп, цептегі минимальді ағымды береді. Бұл жағдайда жалпы импеданс максимум болады.
Резонанс сиректигі мына формуламен беріледі:
Енді параллель LC контурының импедансы мынаған тең
Енді бұрыштық резонанс түрдеуі
болса импеданс мынаған тең
Сонымен, резонанс жағдайында, егер
электрлық импеданс Z шексіздікке ұшыра және параллель LC схемасына берілетін ағым минималды болады (
).
Сонымен, параллель LC схемасы, қолдануға сериялық қосылатында, резонанс биіктігінде шексіз импеданс бар банд-стоп фильтр ретінде әсер етеді. Параллель LC схемасы, қолдануға параллель қосылатында, банд-пас фильтр ретінде әсер етеді.
Резонанс биіктігінен төмен биіктікте, мүмкін, f<f0, XL >> XC. Сондықтан, схема индуктивті болады.
Резонанс биіктігінен жоғары биіктікте, мүмкін, f>f0, XC >> XL. Сондықтан, схема капаситивті болады.
Резонанс биіктігінде, мүмкін, f = f0, XL = XC, ағым минималды болады және импеданс максималды болады. Бұл жағдайда, схема отбасыру схемасы ретінде әсер етеді.
Бастапқы жағдайда:
Осцилляцияда:
LC контур электр резонатор ретінде жұмыс істейді және энергия электр магниттік және магниттік өрістер арасында резонанс частотасында осциллияцияланады. Ешқандай осцилляциялық жүйе бір уақытта стабилизацияланады, бұл установка уақыты деп аталады.
Жауап кеміп, оның стабилдуу мәніне жетіп, содан кейін оның соңғы мәнінің ±2% қатарында қалған уақыт установка уақыты деп аталады.
Контур арқылы ағым тіреледі дегенімізді ескерсек
. Индуктордың жағындағы напряжение ағым арқылы өрнектеледі
, ал конденсатордың жағындағы напряжение
, мұнда Q - конденсатордың оң жақ таңбасына сакталған заряд.
Енді Кирхгофтың напряжение заңына сәйкес, жабық циклдегі арнайы компоненттердің потенциалдық төмендерінің қосындысы нөлге тең болады.
Бұл теңдеуді L-ға бөліп, t-ке қатысты дифференциалдау арқылы, біз мынау табамыз:
Енді таңбасыз гармоникалық титрелдерде ағымдың формуласы мынадай:
Мұнда
және
тұрақты сандар.
Теңдік (5) мәнін (4) теңдігіне енгізсек, біз мынаған ие боламыз,
Осы теңдеулерден LC контурының осцилляциялық контур екенін және ол резонансиялық тиісті дыбысқа осцилляцияланатындығын айта аламыз.
Енді (3) теңдеуіне сәйкес, индукторда пайда болған индуцирленген напряжение конденсатордағы напряжениеге теріс болады.
Текуңдің теңдеуін (5) теңдеуінен қойғанда, біз мынаны алады:
Басқа түрде айтқанда, тезде текуң нөлге жеткен кезде напряжение максимумға жетеді және керісінше. Напряжение осылайша қозғалуының амплитудасы текуң қозғалуының амплитудасына
есебімен көбейтілген.
Конденсатордың арасындағы напряжеге дейінгі енгізілген напряжеден передатын функция мынадай болады:
Соңында, кіріс напряжениеден индуктордың арқылы напряжениеге өткен трансфер функциясы
Капацитор бастапқыда толығымен шарждалмаған және тумба (K) үлкен уақыт ішінде ачық болса, t=0 уақытында ол жабылады деп есептеңіз.
t=0– тумба K ачық
Бұл бастапқы шарт, сондықтан біз мынадай жазуға боламыз,
Себебі индуктор арқылы өткен ағым мен конденсатордың арасындагы напряжение мезгілде өзгеріп түсуге болмайды.
Арнайы t>=0+ К көйлесі жабылады
Енді цепте напряжение басқаруы енгізіледі. Сондықтан KVL қолданылғанда, біз мынандай нәтижені аламыз,
Мұнда конденсатордың арасындагы напряжение ағым арқылы өрнектелген.
Жоғарыда берілген теңдеу интегро-дифференциалдық теңдеу деп аталады. Бұл теңдеудің екі жағын да t-ке бойынша дифференциалдағанда, біз мынандай нәтижені аламыз,
Формула (7) көрсетеді LC схемасының екінші ретті дифференциалдық теңдеуі.
Орындаңыз
s2мен, біз аламыз,
Енді жоғарыдағы теңдеудің түбірлері
Мұнда,
осцилляцияның табиғи жиілігі.
Импеданс әдісін пайдалану: Жиілік жауап системасы үшін жалпы теңдеу
Шығыс напругасы конденсатордың терминалдарында пайда болады деп есептейміз, осы контурға потенциалды бөлу ережесін қолданамыз
Мұнда,
конденсатордың импедансы ![]()
индуктордың импедансы ![]()
Бұл мәні (9) теңдеуіне енгізіп, аламыз
Өткізгіштен шығатын напрямдаманы индуктордың артында болғанын ескерсек, жоғарыда көрсетілген схемаға потенциалды бөлу ережесін қолданамыз
Жоғарыда көрсетілген теңдеудегі
және
мәндерін енгізсек, мынау алынатын:
Теңдеулер (10) және (12) L-C контурының түрлі формадағы частоталық жауапты көрсетеді.
Жоғарыдағы теңдеу интегралды-дифференциалдық теңдеу деп аталады. Бұл теңдеуде конденсатордың напряжениесы ағым арқылы өрнектелген.
Енді, осы теңдеуді t-ге қатысты екі жағынан дифференциалдау арқылы, біз аламыз,
Бұл теңдеу LC схемасының екінші ретті дифференциалдық теңдеуін көрсетеді.
Еңгізіңіз
s2 түрінде, онда мына теңдеуді алатын боламыз,
Енді,
сондықтан,
, осы теңдеуге қойып, мына теңдеуді алатын боламыз,
LC контурда индуктор мен конденсатор екеуі де энергия сақтау элементтері болып табылады, яғни индуктор оның магниттік поле (B), оның арқасындағы ағымға байланысты, ал конденсатор оның электртік поле (E), оның арқасындағы напряжениеға байланысты.
Ескерту: бастапқыда конденсаторда q заряды бар деп есептейміз, сондықтан контурдегі барлық энергия бастапқыда конденсатордың электртік полясында сақталады. Конденсаторда сақталған энергия
Эгер индуктор зарядталған конденсатордың артына қосылса, конденсатордағы напряжение индуктор арқылы ағымды жаратады, бұл индуктордың айналуына магниттік талау әсер етеді, конденсатор босатылады және конденсатордағы напряжение ағымдың өтуімен (
).
Азыр конденсатор толығымен босатылған және барлық энергия индуктордың магниттік талауында сақталған. Бұл уақытта ағым максималдық мәнде және индукторда сақталған энергия (
.
Тұрақты резистордың жоқтығынан, цепте энергия диссипациясы болмайды. Сондықтан, конденсаторда сақталған максималдық энергия индукторда сақталған максималдық энергияға тең.
Бұл уақытта индуктордың айналуындағы магниттік талау Фарадей заңына сәйкес катушкаға напряжение индуцирует (фарадей электромагниттік индукция заңы (
). Индуцированный напряжение конденсатор арқылы ағымды жаратады және конденсатор кері полярлық напряжением қайта жүктенеді.
Жүктөндіру және босатылу процесінің қайта басталуы, ал индукторда ағымдың алдынан кері бағытта өтуі.
Сонымен LC контурында зарядтау және тазарту циклдік түрде болуы мүмкін және энергия конденсатор мен индуктор арасында салыстырылған ретінде осцилляция жасайды, дейін ішкі терісі осцилляцияларды тоқтатады.
Суретте зарядтау және тазарту напрямдама және токтың графигі көрсетілген.
LC контурының қолданылуы төмендегілерге байланысты:
LC контурының қолданылуы еңбек құралдары, өзгерткіштер, радио алғыштары, ТВ алғыштары, осцилляторлар, фильтрлер, тюнерлер және частоталық мешітер сияқты бірнеше электрондық құралдарда кездеседі.
LC контуры белгілі бір частотада сигналдарды қалыптастыру немесе тымсық сигналдардан белгілі бір частотада сигналды қабылдау үшін да қолданылады.
LC контурының негізгі мақсаты, адамша демпфирование арқылы осцилляция жасау, сондықтан терісін қысқарту қажет.
Сериялық резонанс контуры напрямдама арттыруын қамтамасыз етеді.
Параллель резонанс контуры ток арттыруын қамтамасыз етеді.
Демпфирование - бұл уңдеу немесе толқындық халықтың амплитудасының уақытша азайтуы. Резонанс - демпфирование азайғанда амплитуданы арттыру.
Ескерту: Оригиналды сыйлаңыз, жақсы мақалалар бөлісу артықтыруға тұр, әдетте қолдану болса, өшіру үшін хабарласыңыз.