Что такое колебательный контур и зачем он нужен?
Когда вы настраиваете свой радиоприёмник на нужную волну, ключевым элементом, отвечающим за эту настройку, является колебательный контур. Это устройство лежит в основе селекции сигналов, и без него работа большинства радиоприёмных устройств была бы невозможна.
Устройство и принцип действия
Колебательный контур представляет собой простую замкнутую электрическую цепь, состоящую всего из двух основных компонентов: конденсатора (накопителя электрической энергии) и катушки индуктивности. Для запуска колебательного процесса необходимо сначала зарядить конденсатор от источника постоянного тока, а затем подключить его к катушке, замкнув цепь.
После замыкания цепи начинается ключевой процесс: конденсатор разряжается через катушку. При этом в цепи возникает нарастающий электрический ток, который создаёт вокруг катушки мощное магнитное поле. В этот момент энергия электрического поля конденсатора преобразуется в энергию магнитного поля катушки.
Когда конденсатор полностью разрядится, ток в цепи на мгновение прекратится, но магнитное поле катушки, стремясь исчезнуть, снова создаст ток в цепи. Этот ток, но уже в обратном направлении, снова начнёт заряжать конденсатор. Таким образом, энергия переходит из конденсатора в катушку и обратно, создавая непрерывные электромагнитные колебания, которые, однако, со временем затухают из-за потерь в цепи.
Явление резонанса и его применение
Частота возникающих колебаний не произвольна — она строго определяется значениями ёмкости конденсатора и индуктивности катушки. Эта частота называется собственной или резонансной частотой контура. Именно явление резонанса, при котором контур максимально откликается на сигнал определённой частоты, позволяет радиоприёмнику из множества сигналов, улавливаемых антенной, выделить именно нужную радиостанцию.
Как поддерживать незатухающие колебания?
Естественные колебания в контуре затухают. Чтобы сделать их постоянными (незатухающими), необходимо компенсировать потери энергии. Это можно сделать, периодически «подпитывая» контур небольшими порциями энергии точно в такт его собственным колебаниям. На практике это реализуется двумя основными способами: с помощью индуктивной связи (дополнительная катушка рядом с основной) или путём непосредственного подключения внешнего источника колебаний к обкладкам конденсатора. Такие принципы используются в специальных электронных схемах — генераторах, создающих колебания строго заданной частоты.
Область применения: Колебательные контуры широко используются в качестве резонансных систем в генераторах и усилителях сигналов, работающих в огромном диапазоне частот — от десятков килогерц до сотен мегагерц.