А. КОЛДУНОВ,
г. Гродно
В м ире электроники сущ еств ую т д в а
вида элементов: активны е и реактивны е.
Отличаются они тем , что парам етры реак-
тивных элем ентов (конденсаторы , катуш -
ки индуктивности) зависят от частоты сиг-
нала, а парам етры активны х (резисторы ,
диоды) - неизменны на лю бой частоте.
Принцип действия реактивны х эл ем ен-
тов основывается на их способности зап а-
сать электрическую энергию (произведение
напряжения на ток, т.е. мощ ность). Но, так
как непосредственно “законсервировать”
мощность невозм ожно (подразум евается -
доступным для больш инства радиолю би-
телей способом), то приходится идти на не-
которые ухи щ р ени я - п р еобразов ы в ать
эл ектри ческую эн ер ги ю в ка ко е -н и б у д ь
электрическое поле, и тогда, есл и это пре-
образование идет с затратой энергии, то
при обр атн ом пр ео б р азо в ан и и (п о л е ->
энергия) энергия будет выделяться.
Конденсатор преобразует электричес-
кую энергию в электростатическое поле, а
катушка индуктивности - в электром агнит-
ное. Для лучш его поним ания этих процес-
сов работу всей схемы м ож но сравнить с
работой гидроэлектростанции (Г Э С ), тогда
водохранилище - анал о г конденсатора, а
вертолет, поднимаю щ ий воду на резиновом
тросе - аналог катуш ки индуктивности.
Так как конденсатор зап асает энергию
в виде электростатического поля, которое,
как видно из названия, статично (неподвиж-
но), то заряд на конденсаторе, после отклю -
чения заряж аю щ его тока, м ож ет сохранять-
ся практически бесконечно долго. Т а к ж е и
в водохранилище: после закрытия ш лю зов,
отделяю щих его от реки или моря, вода мо-
жет сохраняться очень долго. П равда, она
постепенно испаряется (ток утечки - у кон-
денсатора) и м ож ет просачиваться сквозь
неплотно закры ты е ш лю зы , и сквозь зем -
лю (соответственно - потребляемы й схе-
мой ток и сопротивление окруж аю щ ей сре-
ды). Кром е того, если при открытых ш лю -
зах вода в реке изм еняется плавно, через
шлюзы течет слабы й поток воды. При рез-
ком изм енении уровня воды в ре ке сила
потока увеличивается и, если река мгновен-
но обм елеет (по какой-либо причине), по-
ток воды м ож ет быть столь сильным, что
сможет разруш ить ш лю зы , и возникш ая в
результате волна разруш ит все, стоящ ее на
ее пути. У конденсатора, при плавном из-
менении напряж ения на его обкладках, за-
ряжаю щ ий/разряжаю щ ий ток невелик, и при
увеличении скорости возрастания напряж е-
ния (подразумевается, что выходное сопро-
тивление управляю щ ей конденсатором схе-
мы близко к нулю ) на конденсаторе ток так-
же возрастает. Если ж е напряж ени е на об-
кладках конденсатора и зм еняется очень
резко (короткое зам ы кание), то вся энер-
РАДИОЛЮБИТЕЛЬ
-
НАЧИНАЮЩИМ
РЛ
Р
е а к т и в н ы е
э л е м е н т ы
И ИХ ЭЛЕКТРОННЫЕ АНАЛОГИ
гия, зап асен н ая конденсато ром (разряд )
или необходимая для создания электроста-
тического поля некоторой напряж енности
(зар яд ), п р акти чески м гновенно пр ев р а-
титься в м ощ ность (т.е. и • I) - с искрами,
ды м ом и сгоревш им и р-п переходам и.
Таким образом , конденсатор зап асает
неко то рое количество (в зависим ости от
ем кости) энергии, которая сохраняется дол-
го, а отдается - по первому требованию , и
если ам плитуда перем енного синусоидаль-
ного (не пи л ообразного или, те м бол ее,
циф рового м еан дра!) сигнала неизм енна и
равна, наприм ер, 2 В, то ем костное сопро-
тивление конденсатора при увеличении ча-
стоты сигнала будет уменьш аться, - т о есть
при этом будет увеличиваться протекаю -
щ ий ч ер ез конденсатор пер ем енн ы й ток
(ведь при этом увеличивается крутизна им -
пульсов, т.е. увеличивается скорость изм е-
нения напряж ения).
К а туш ка и ндуктивности р а б о та е т по
иному принципу. Э л ектро м агн и тн ое поле
внутри ее сохраняется только в том случае,
пока через катуш ку течетток, как только этот
ток прекратиться (один или оба вывода ка-
туш ки отсоединят от схемы), электром аг-
нитное поле почти м гновенно “превратить-
ся" в м ощ ность (произведение и ■
I). Так как
ток нагрузки катуш ки (I) равен практически
нулю, напряж ени е на выводах катуш ки бу-
д е т очень больш им - нам ного больш е, чем
напряжение питания. Теоретически оно бес-
конечно бол ьш ое, но практически редко
бы вает больш е ты сяч вольт Э тот эф ф ект
назы вается “Э Д С (электродвиж ущ ая сила)
сам оиндукции”, и разнообразны е индукци-
онны е ум нож ители напряж ения, а та кж е
практически все импульсны е схемы рабо-
таю т только благодаря этому эф ф екту.
Э л е к т р о м а г н и т н о е п о л е д о в о л ь н о
инерционно: оно возникает (или пр о п ад а-
ет) не сразу ж е после подачи (п р ек р а щ е -
ния) м ощ ности (1) ■
I) на выводы катуш ки,
а весьм а плавно ув ел и чивается/ум еньш а-
ется в те че н и е некоторого в рем ени. О н о
зав и сит от количества витков катуш ки (т.е.
е е индуктивности) - ч ем оно бол ьш е, тем
д о л ь ш е н а р ас та ет поле внутри катуш ки.
М гновенно нам агнитить катуш ку индуктив-
ности невозм ож но - та кж е как невозм ож -
но м гновенно наполнить ведро водой из
крана, и ч ем больш е индуктивность катуш -
ки (ч ем бол ьш е объ ем ведра), те м доль-
ш е продолж ается пр оц есс нам агни чив а-
ния. Е сли ж е внутрь катуш ки ввести сер -
д еч ни к из ф ерром агнитного м атери ал а, то
эта катуш ка, при том ж е числе витков, бу-
д е т нам агничиваться (разм агничиваться)
гораздо д о л ь ш е - ведь с ер д ечн и к то ж е
нуж но учиты вать. То есть индуктивность
катуш ки с сердечником гораздо бол ьш е (в
сотн и .
..ты с я ч и раз), ч ем без него.
Выводы:
-
использовать катуш ку индуктивнос-
ти д л я хр анени я эн ер ги и нельзя;
- актив н ое сопротивл ение (резистор-
но е) катуш ки индуктивности на низких ч а -
стотах м и ним ал ьно и равно сопротивле-
нию провода, которы м о н а нам отана: при
увеличении частоты сигнала к активном у
со п роти вл ен и ю прибав ляется индуктив-
ное, и полное сопротивление катуш ки уве-
личивается. Н а бесконечно больш ой ч ас-
тоте сопротивл ение катуш ек увеличивает-
ся не б о л ее ч ем в ты сячи раз относитель-
но активного.
Ем кость конденсато ра зав и сит от пло-
щ а д и обкл ад ок и толщ ины ди электри ка.
Ч е м больш е пл ощ ад ь и м ень ш е толщ ина,
те м вы ш е ем кость. Н о тол щ ин у д и эл ект-
рика очень сильно у м ен ьш ать нельзя -
ведь при этом ум еньш ится м аксим ально
допустим ое ра б о ч е е напряж ение. П оэто-
му д л я увеличения ем кости лучш е всего
ув ел и чи вать р а зм е р ы о б кл ад о к. Кр ом е
того, у всех нако пи тел ей энергии (конден-
саторы , б атар ей ки , аккум уляторы и пр.)
есть такой п ар ам етр, как в нутреннее со-
пр о ти в л ен и е (в зар уб еж н о й л и те р а ту р е
оно не совсем точно зовется эф ф ектив-
ным последовательны м сопротивлением ,
сокращ ен но - Е Э К ). Лю бой источник энер-
гии м ож но представить как идеальны й ис-
точник, внутри которого установлен рези-
стор некоторого сопротивления. П ри ув е-
л и ч ен и и тока нагрузки п а д е н и е н а п р я ж е -
ни я н а этом р е з и с т о р е у в е л и ч и в а е тс я
( I) = I ■
И), т е . К П Д (качество) эл ем ента
ухудш ается. Д л я ум ен ьш ен и я внутренне-
го сопротивления конденсатора нужно уве-
личить разм еры пластин и их толщ ину.
И ндуктивность катуш ки зав и сит о т ко-
л и ч е с т в а в и тко в (ч е м их б о л ь ш е , те м
в ы ш е и нд укти в ность ) и м агн и тно й про-
н и ц а ем о сти сер д ечн и ка. А кти в н о е (внут-
р е н н е е ) со п роти вл ен и е катуш ки зав и сит
от толщ ины провода и м атер и ал а, из ко-
торо го он изготовлен (м ед ь или ал ю м и -
ний). Ч е м то л щ е провод, те м м ен ь ш е а к-
ти в н о е сопроти вл ен и е.
И з всего вы ш есказанного м ожно сде-
лать такой вывод: ч ем больш е емкость кон-
д е н сато р а или ч ем вы ш е индуктивность
катуш ки индуктивности, тем больш е их га-
баритны е разм еры . С оврем енны е конден-
саторы ем костью в доли ф арады , с внут-
ренним сопротивлением 1 О м и напряж е-
нием 16 В, по р азм ерам похожи на пивную
бутылку и стоят 50 у.е. Д россели (катуш ки
с очень больш ой индуктивностью, всегда с
м агнитны м сердечником ) индуктивностью
100 0 Гн и активны м сопротивлением 10 О м
им ею т м ассу не м енее 10 кг А теперь пред-
ставьте, как будет выглядеть ваш а схем а
на парочке м икросхем и с таким и радио-
*7
0 /2 0 0 3
Г О
43
1
'
-
предыдущая страница 42 Радиолюбитель 2003-10 читать онлайн следующая страница 44 Радиолюбитель 2003-10 читать онлайн Домой Выключить/включить текст