2017-08-30
Науково-дослідний сайт В'ячеслава Горчіліна
Всі статті
Енергетика параметричних RLC-кіл
Цей цикл заміток присвячений параметричним RLC-колах, малодослідженим і поки малоиспользуемым. Якщо теми параметричного резонансу та параметричних підсилювачів все ж захоплюються навчальною програмою радіотехнічних Вузів, то енергетику параметричних RLC-кіл незаслужено обходять стороною. Тим не менш, деякі окремі випадки таких ланцюгів, з причини свого не зовсім класичного поведінки, представляють інтерес для шукачів вільної енергії.
Введення
У вступі ми познайомимо читачів з цим насправді величезним пластом знань, розкриємо деякі особливості параметричного резонансу та параметричної залежності (ПЗ), познайомимо з термінологією, яка знадобиться нам далі. А почнемо ми з звичайних, знайомих всім з дитинства, гойдалок. Як ми знаємо, їх можна розгойдати двома способами. Обычные и параметрические качели
1. Сидячи на гойдалці (малюнок a). В цьому випадку людина, розгойдуючи свої ноги взад-вперед, створює силу \(\bar{F}\), спрямовану паралельно руху. Частота розгойдування ніг відповідає частоті розгойдування гойдалок: \(f_m = f_F\). Нічого незвичайного тут немає, все логічно і зрозуміло.
2. Стоячи на гойдалці (малюнок b). Тут людина присідає в такт з гойдалками і по суті — змінює висоту підвісу. Тобто ця висота тут параметрично залежить від часу. Якщо не знати про фізики та математики цього способу, то на перший погляд здається, що гойдалки взагалі не повинні розгойдуватися, адже сила, після прикладання білої тканини людиною спрямована вздовж підвісу і перпендикулярна до руху! Це і є параметричний резонанс, математику якого ми розглянемо пізніше, а поки знайомимо читачів лише з самим принципом. Частота розгойдування гойдалок у цьому випадку дорівнює подвоєній частоті розгойдування ніг, т. к. за один період коливань гойдалок, людина присідає двічі: \(f_m = 2f_F\). У цьому ще одна важлива відмінність параметричного резонансу від звичайного.
Параметрические цепи первого и второго рода Радіоелектронний аналог гойдалок — коливальний контур, що складається з конденсатора, котушки індуктивності та активного опору. Його ми і будемо розглядати далі. Правда сам контур може бути паралельним (рис. a) або послідовним (рис. b), а в найпростішому випадку ми можемо прибрати з ланцюга або ємність (рис. c), або індуктивність (рис. d), але суть від цього не зміниться. До речі, схему c або d називають RL або RC-ланцюгом першого порядку, тобто складається тільки з одного активного і одного реактивного елемента. Коли ж реактивних два елемента: ємність і індуктивність, то такий ланцюг буде вже другого порядку (a або b). Тут простежується повна аналогія з назвою диференціальних рівнянь у математиці [1], т. к. у випадку одного реактивного елемента електричну ланцюг можна повністю описати діфф. рівнянням першого порядку, а у разі двох реактивних елементів — рівнянням другого порядку.
Параметричні кола першого і другого роду
Ми введемо ще одну класифікацію параметричних кіл. Якщо параметр реактивного елемента залежить від первородного причини: індуктивність — від поточного через неї від струму, а ємність — від напруги на ній, то будемо називати такі ланцюги першого роду. Природний характер такої ПЗ обумовлений природними характеристиками матеріалів, з яких виготовлений досліджуваний радиокомпонент. Наприклад, індуктивність котушки залежить від проникності сердечника, яка залежить від напруженості магнітного поля, а значить і від струму, що проходить через неї. Варикап і вариконд змінюють свою ємність в залежності від прикладеної до них зворотної напруги. Математично такі залежності позначаються так: \(L = L(I_L)\), \(C = C(U_C)\).
Якщо ж реактивні елементи мають інший характер ПЗ, то будемо називати такі ланцюга другого роду. Наприклад, коли індуктивність залежить від будь-якої напруги, а ємність — від струму. Сюди отностится електро і магнітострикція, параметр, як функція від часу, залежно від других параметрів пристрою: сили тяги, швидкості обертання вала і т. п. В цей підклас включаються і зовнішні ПЗ, коли, наприклад, індуктивність залежить від проникності сердечника, яка змінюється зовнішнім генератором за допомогою перпендикулярного (до основного) магнітного поля.
Оскільки всі процеси протекаются в часі, і ми можемо підключитися до їх вимірюванням у будь-які часові проміжки, введемо ще й такий підрозділ: повний і частковий цикл вимірювань. При повному циклі (FCC) енергія в реактивних елементах на початку і в кінці вимірювань відсутня. У частином циклі (PCC) енергія в реактивних елементах може бути пристутніми або на початку, або в кінці вимірювань.
Така класифікація зручна для швидкого аналізу пристрою. Наприклад, якщо в ньому використовується ПЗ першого роду з повним циклом, то енергетичну надбавку отримати неможливо. Сюди відносяться, наприклад, обратноходовые перетворювачі, коливальні контури з варикапами і т. п. Доказ цьому приводяться тут і тут. Там же наводяться умови для отримання такої надбавки для часткового циклу. До речі, у ВУЗах вивчаються параметричні підсилювачі і ланцюга першого роду.
В генераторах другого роду отримання енергетичної надбавки цілком можливо, причому навіть у повному циклі. Іншими словами, в цьому випадку немає необхідності у створенні особливих зовнішніх умов для попередньої накачування енергією реактивних елементів, наприклад, механічних переривань або періодичному впливі на котушку полем постійного магніту. У самому простому випадку досить двох генераторів синусоїдального сигналу і матеріалу, що змінює свої властивості під впливом одного з них. Більш складні системи можуть використовувати електро та магнітострикційні ефекти, але там необхідні сильні електричні або магнітні поля відповідно.
Векторне представлення опору, ємності й індуктивності
Далі ми розповімо про відмінності RLC-кіл від механічних коливань. Найголовніше — у них немає реактивних елементів, які можуть випереджати основний процес або відставати від нього. Тому і аналогія реактивної енергії з потенційною може бути досить умовною.
Всі відомі активні і реактивні елементи можна представити на двох взаємоперпендикулярних координатах (див. малюнок). По осі, позначеної зеленим кольором, представлено позитивне і негативне опір \R\). Векторное представление источника питания, сопротивления, ёмкости и индуктивности Позитивне — чинить опір току перетворюючи реактивну енергію електрона в активну, утворюючи тому на опорі активну потужність. Це може бути звичайний резистор, нитка розжарювання, магнітне опір тобто, все, що в кінцевому рахунку нагрівається, охолоджується або світиться. Від'ємний опір, навпаки, — живить ланцюг і по суті є джерелом струму або напруги. Посередині осі, в точці \(R=0\), знаходяться всі надпровідники.
В індуктивності і ємності — електрон не перетворює свою енергію, у них вона так і залишається реактивної. Тому такі елементи, а також утворені в них струм, напруга і потужність, називають реактивними. Вони розташовуються на синій осі. Якщо розглянути ланцюг, що складається з активних та реактивних елементів, то струм в індуктивності буде відставати від струму на опорі на 90 градусів, а струм через ємність, навпаки — випереджати на таку ж величину. Фаза ж струму між індуктивністю і ємністю буде відрізнятися на 180 градусів. Все це добре видно на малюнку.
Всі можливі прояви можуть знаходиться або на одній з осей, або вектором, спрямованим з центру і розташованим під кутом до однієї з координат. Тобто будь-радіоелектронний компонент може бути джерелом живлення, опором, ємністю або індуктивністю, або їх різними комбінаціями. В радіоелектроніці добре вивчені процеси в елементах, які можна утворити в правій частині малюнка, наприклад, вектори \(a\) \(b\). У першому випадку ланцюг буде мати емкостно характер, у другому — індуктивний. Так само, абсолютно очевидно поведінка елементів, розташованих на осі ординат. Праворуч — опір, зліва — джерело живлення. А ось область лівій частині малюнка вивчена недостатньо добре (приклад, вектори \(c\) \(d\)), хоча для шукачів вільної енергії саме ця область представляє головний інтерес. Наприклад, при певних умовах реактивні елементи можуть ставати джерелом живлення, т. к. вектор такого елемента ланцюга зміщується в бік негативного опору. Таке подання, крім своєї наочності, дозволить простіше орієнтуватися в параметричних колах та їх окремих елементах, про які ми розповімо далі.
 
1 2 3 4 5

© Горчилин В'ячеслав, 2017 р.
* Передрук статті можлива за умови встановлення посилання на цей сайт та додержанням авторських прав

« Назад
2009-2018 © Vyacheslav Gorchilin