Circuits oscillants à couplage inductif

Considérons deux circuits oscillants positionnés l'un par rapport à l'autre de sorte que l'énergie puisse être transférée du premier circuit au second et vice versa.

Les circuits oscillateurs dans de telles conditions sont appelés circuits couplés, car les oscillations électromagnétiques se produisant dans l'un des circuits provoquent des oscillations électromagnétiques dans l'autre circuit, et l'énergie se déplace entre ces circuits comme s'ils étaient connectés.

Plus la connexion entre les chaînes est forte, plus l'énergie est transférée d'une chaîne à l'autre, plus les chaînes s'influencent intensément.

L'amplitude de l'interconnexion de boucle peut être quantifiée par le coefficient de couplage de boucle Kwv, qui est mesuré en pourcentage (de 0 à 100%). La connexion du circuit est inductive (transformateur), autotransformateur ou capacitive. Dans cet article, nous considérerons le couplage inductif, c'est-à-dire un état dans lequel l'interaction des circuits se produit uniquement en raison du champ magnétique (électromagnétique).

Le couplage inductif est également appelé couplage de transformateur car il se produit en raison de l'action inductive mutuelle des enroulements de circuit les uns sur les autres, comme dans dans le transformateur, à la seule différence que les circuits oscillants ne peuvent pas, en principe, être couplés aussi étroitement qu'on peut l'observer dans un transformateur conventionnel.

Dans un système de circuits connectés, l'un d'eux est alimenté par un générateur (à partir d'une source de courant alternatif), ce circuit est appelé circuit primaire. Sur la figure, le circuit primaire est celui qui est constitué des éléments L1 et C1. Le circuit qui reçoit l'énergie du circuit primaire est appelé circuit secondaire, sur la figure il est représenté par les éléments L2 et C2.

Configuration de liaison et résonance de boucle

Lorsque le courant I1 change dans la bobine L1 de la boucle primaire (augmente ou diminue), l'amplitude de l'induction du champ magnétique B1 autour de cette bobine change en conséquence et les lignes de force de ce champ traversent les spires de la bobine secondaire L2 et donc, selon la loi de l'induction électromagnétique , y induire une FEM, ce qui provoque le courant I2 dans la bobine L2. Il s'avère donc que c'est par le champ magnétique que l'énergie du circuit primaire est transférée au secondaire, comme dans un transformateur.

Les boucles pratiquement connectées peuvent avoir une connexion constante ou variable, qui est réalisée par le procédé de production des boucles, par exemple, les bobines des boucles peuvent être enroulées sur un cadre commun, étant fixes fixes, ou il y a la possibilité de physique mouvement des bobines les unes par rapport aux autres, alors leur relation est variable. Les bobines à liaison variable sont représentées schématiquement avec une flèche les traversant.

Ainsi, comme indiqué ci-dessus, le coefficient de couplage des bobines Ksv reflète l'interconnexion des circuits en pourcentage, en pratique, si nous imaginons que les enroulements sont les mêmes, alors il montrera quelle part du flux magnétique F1 du la bobine L1 tombe également sur la bobine L2. Plus précisément, le coefficient de couplage Ksv montre combien de fois la FEM induite dans le deuxième circuit est inférieure à la FEM qui pourrait y être induite si toutes les lignes de force magnétiques de la bobine L1 étaient impliquées dans sa création.

Afin d'obtenir les courants et tensions maximaux disponibles dans les circuits connectés, ils doivent rester en résonance les uns avec les autres.

La résonance dans le circuit de transmission (primaire) peut être une résonance de courants ou une résonance de tensions, selon le dispositif du circuit primaire: si le générateur est connecté au circuit en série, la résonance sera alors en tension, si en parallèle - la résonance des courants. Il y aura normalement une résonance de tension dans le circuit secondaire, car la bobine L2 elle-même agit effectivement comme une source de tension alternative connectée en série au circuit secondaire.

Ayant des boucles associées à un certain CWS, leur réglage à la résonance se fait dans l'ordre suivant. Le circuit primaire est accordé pour obtenir une résonance dans la boucle primaire, c'est-à-dire jusqu'à ce que le courant maximum I1 soit atteint.

L'étape suivante consiste à régler le circuit secondaire au courant maximal (tension maximale en C2). Le circuit primaire est alors ajusté car le flux magnétique F2 de la bobine L2 affecte maintenant le flux magnétique F1, et la fréquence de résonance de la boucle primaire change légèrement car les circuits fonctionnent maintenant ensemble.

Il est pratique d'avoir en même temps les condensateurs réglables C1 et C2 lors de la mise en place de circuits connectés réalisés dans le cadre d'un bloc unique (schématiquement, les condensateurs réglables à rotor commun sont signalés par les flèches en pointillés conjuguées les traversant). Une autre possibilité de réglage consiste à connecter des condensateurs supplémentaires de capacité relativement faible en parallèle avec le principal.

Il est également possible d'ajuster la résonance en ajustant l'inductance des bobines bobinées, par exemple en déplaçant le noyau à l'intérieur de la bobine. De tels noyaux "accordables" sont indiqués par des lignes pointillées, qui sont traversées par une flèche.

Le mécanisme d'action des chaînes les unes sur les autres

Pourquoi le circuit secondaire affecte-t-il le circuit primaire et comment cela se produit-il ? Le courant I2 du circuit secondaire crée son propre flux magnétique F2, qui traverse partiellement les spires de la bobine L1 et induit donc en elle une FEM, qui est dirigée (selon la règle de Lenz) contre le courant I1 et donc on cherche à le réduire, cela sollicite le circuit primaire comme résistance supplémentaire, c'est-à-dire la résistance introduite.

Lorsque le circuit secondaire est accordé à la fréquence du générateur, la résistance qu'il introduit dans le circuit primaire est purement active.

La résistance introduite s'avère plus grande, plus les circuits sont forts, c'est-à-dire que plus il y a de Kws, plus la résistance introduite par le circuit secondaire au primaire est grande. En fait, cette résistance d'insertion caractérise la quantité d'énergie transférée au circuit secondaire.

Si le circuit secondaire est accordé par rapport à la fréquence du générateur, la résistance introduite par celui-ci aura, en plus de la composante active, une composante réactive (capacitive ou inductive, selon le sens dans lequel le circuit est branché) .

La taille de la connexion entre les contours

Considérons la dépendance graphique du courant du circuit secondaire à la fréquence du générateur par rapport au facteur de couplage Kww des circuits. Plus le couplage des contours est petit, plus la résonance est nette, et à mesure que Kww augmente, le pic de la courbe de résonance s'aplatit d'abord (couplage critique), puis, si le couplage devient encore plus fort, il acquiert une apparence à double dos.

La connexion critique est considérée comme optimale du point de vue de l'obtention de la plus grande puissance dans le circuit secondaire si les circuits sont identiques. Le facteur de couplage pour un tel mode optimal est numériquement égal à la valeur d'atténuation (l'inverse du facteur Q du circuit Q).

La connexion forte (plus critique) forme un creux dans la courbe de résonance, et plus cette connexion est forte, plus la chute de fréquence est large. Avec une forte connexion des circuits, l'énergie de la boucle primaire est transférée au secondaire avec un rendement supérieur à 50 % ; cette approche est utilisée dans les cas où plus de puissance doit être transférée d'un circuit à l'autre.

Un couplage faible (moins que critique) fournit une courbe de résonance dont la forme est la même que pour un circuit unique. Le couplage faible est utilisé dans les cas où il n'est pas nécessaire de transférer une puissance importante de la boucle primaire au circuit secondaire avec un rendement élevé, et il est souhaitable que le circuit secondaire affecte le moins possible le circuit primaire.Plus le facteur Q du circuit secondaire est élevé, plus l'amplitude du courant dans celui-ci à la résonance est grande. Le maillon faible convient à des fins de mesure dans les équipements radio.