Circuitos oscilantes acoplados indutivamente

Considere dois circuitos oscilantes posicionados um em relação ao outro de modo que a energia possa ser transferida do primeiro circuito para o segundo e vice-versa.

Os circuitos osciladores nessas condições são chamados de circuitos acoplados, porque as oscilações eletromagnéticas que ocorrem em um dos circuitos causam oscilações eletromagnéticas no outro circuito, e a energia se move entre esses circuitos como se estivessem conectados.

Quanto mais forte a conexão entre as cadeias, mais energia é transferida de uma cadeia para outra, mais intensamente as cadeias se influenciam.

A magnitude da interconexão do loop pode ser quantificada pelo coeficiente de acoplamento do loop Kwv, que é medido em porcentagem (de 0 a 100%). A conexão do circuito é indutiva (transformador), autotransformador ou capacitiva. Neste artigo, vamos considerar o acoplamento indutivo, ou seja, um estado em que a interação dos circuitos ocorre apenas devido ao campo magnético (eletromagnético).

O acoplamento indutivo também é chamado de acoplamento do transformador porque ocorre devido à ação indutiva mútua dos enrolamentos do circuito um sobre o outro, como em no transformador, com a única diferença de que os circuitos oscilantes não podem, em princípio, ser acoplados tão intimamente quanto pode ser observado em um transformador convencional.

Em um sistema de circuitos conectados, um deles é alimentado por um gerador (de uma fonte de corrente alternada), esse circuito é chamado de circuito primário. Na figura, o circuito primário é aquele que consiste nos elementos L1 e C1. O circuito que recebe energia do circuito primário é chamado de circuito secundário, na figura é representado pelos elementos L2 e C2.

Configuração de link e ressonância de loop

Quando a corrente I1 muda na bobina L1 do loop primário (aumenta ou diminui), a magnitude da indução do campo magnético B1 em torno desta bobina muda de acordo e as linhas de força deste campo cruzam as voltas da bobina secundária L2 e, portanto, de acordo com a lei da indução eletromagnética , induza um EMF nele, o que causa a corrente I2 na bobina L2. Portanto, verifica-se que é através do campo magnético que a energia do circuito primário é transferida para o secundário, como em um transformador.

Os loops praticamente conectados podem ter uma conexão constante ou variável, que é realizada pelo método de produção dos loops, por exemplo, as bobinas dos loops podem ser enroladas em um quadro comum, sendo fixo estacionário, ou existe a possibilidade de física movimento das bobinas uma em relação à outra, então sua relação é variável. As bobinas de link variável são mostradas esquematicamente com uma seta cruzando-as.

Assim, como observado acima, o coeficiente de acoplamento das bobinas Ksv reflete a interligação dos circuitos em porcentagem, na prática, se imaginarmos que os enrolamentos são iguais, então ele mostrará quanto do fluxo magnético F1 do a bobina L1 também cai na bobina L2. Mais precisamente, o coeficiente de acoplamento Ksv mostra quantas vezes a EMF induzida no segundo circuito é menor que a EMF que poderia ser induzida nele se todas as linhas de força magnética da bobina L1 estivessem envolvidas em sua criação.

Para obter as correntes e tensões máximas disponíveis nos circuitos conectados, elas devem permanecer em ressonância um com o outro.

A ressonância no circuito de transmissão (primário) pode ser ressonância de correntes ou ressonância de tensões, dependendo do dispositivo do circuito primário: se o gerador estiver conectado ao circuito em série, a ressonância será em tensão, se em paralelo - a ressonância das correntes. Normalmente haverá ressonância de tensão no circuito secundário, pois a própria bobina L2 atua efetivamente como uma fonte de tensão CA conectada em série ao circuito secundário.

Tendo loops associados a um determinado CWS, sua sintonia para ressonância é feita na seguinte ordem. O circuito primário é sintonizado para obter ressonância no loop primário, ou seja, até atingir a corrente máxima I1.

O próximo passo é configurar o circuito secundário para corrente máxima (tensão máxima em C2). O circuito primário é então ajustado porque o fluxo magnético F2 da bobina L2 agora afeta o fluxo magnético F1, e a frequência ressonante do loop primário muda ligeiramente porque os circuitos agora estão trabalhando juntos.

É conveniente ter capacitores ajustáveis ​​C1 e C2 ao mesmo tempo ao configurar circuitos conectados feitos como parte de um único bloco (esquematicamente, capacitores ajustáveis ​​com um rotor comum são indicados pelas setas pontilhadas combinadas que os cruzam). Outra possibilidade de ajuste é conectar capacitores adicionais de capacidade relativamente pequena em paralelo com o principal.

Também é possível ajustar a ressonância ajustando a indutância das bobinas enroladas, por exemplo, movendo o núcleo dentro da bobina. Esses núcleos "ajustáveis" são indicados por linhas tracejadas, que são cruzadas por uma seta.

O mecanismo de ação das cadeias entre si

Por que o circuito secundário afeta o circuito primário e como isso acontece? A corrente I2 do circuito secundário cria seu próprio fluxo magnético F2, que atravessa parcialmente as voltas da bobina L1 e, portanto, induz nela um EMF, que é direcionado (de acordo com a regra de Lenz) contra a corrente I1 e por isso buscamos reduzi-la, esta busca o circuito primário como uma resistência adicional, ou seja, a resistência introduzida.

Quando o circuito secundário é sintonizado na frequência do gerador, a resistência que ele introduz no circuito primário é puramente ativa.

A resistência introduzida acaba por ser maior, quanto mais fortes forem os circuitos, ou seja, quanto mais Kws, maior a resistência introduzida pelo circuito secundário ao primário. Na verdade, essa resistência de inserção caracteriza a quantidade de energia transferida para o circuito secundário.

Se o circuito secundário for sintonizado em relação à frequência do gerador, a resistência introduzida por ele terá, além da ativa, um componente reativo (capacitivo ou indutivo, dependendo da direção em que o circuito é ramificado) .

O tamanho da conexão entre contornos

Considere a dependência gráfica da corrente do circuito secundário da frequência do gerador em relação ao fator de acoplamento Kww dos circuitos. Quanto menor o acoplamento dos contornos, mais nítida a ressonância e, à medida que Kww aumenta, o pico da curva de ressonância primeiro se achata (acoplamento crítico) e, então, se o acoplamento se tornar ainda mais forte, ele adquire uma aparência dupla.

A conexão crítica é considerada ótima do ponto de vista de se obter a maior potência no circuito secundário se os circuitos forem idênticos. O fator de acoplamento para tal modo ótimo é numericamente igual ao valor de atenuação (o recíproco do fator Q do circuito Q).

A conexão forte (mais crítica) forma um mergulho na curva de ressonância, e quanto mais forte for essa conexão, maior será a queda de frequência. Com uma forte conexão dos circuitos, a energia do loop primário é transferida para o secundário com uma eficiência superior a 50%; essa abordagem é usada nos casos em que mais energia precisa ser transferida de um circuito para outro.

O acoplamento fraco (menos do que crítico) fornece uma curva de ressonância cuja forma é a mesma de um único circuito. O acoplamento fraco é usado nos casos em que não há necessidade de transferir energia significativa do loop primário para o circuito secundário com alta eficiência e é desejável que o circuito secundário afete o circuito primário o mínimo possível.Quanto maior o fator Q do circuito secundário, maior a amplitude da corrente nele na ressonância. O elo fraco é adequado para fins de medição em equipamentos de rádio.