“Чудеса” и парадоксы резонанса

Наука и техникаНаука

Необычный резонансный преобразователь напряжения

“Чудеса” резонанса

Владимир Уткин

В отличие от классических резонансных преобразователей напряжения, где используется один резонансный контур и понижающий или повышающий трансформатор (в зависимости от назначения преобразователя), в статье рассматривается резонансный преобразователь напряжения на основе пары связанных резонансных контуров (без дополнительного понижающего или повышающего трансформатора). Такой подход приводит к возникновению ряда парадоксов.

Основной парадокс данного резонансного преобразователя заключается в том, что для повышения напряжения в N раз соотношение витков в контурах должно образовывать понижающий напряжение в N раз трансформатор. А для понижения напряжения в N раз соотношение витков в контурах должно образовывать повышающий напряжение в N раз трансформатор. Вот такое «нарушение» здравого смысла.

Более того, данный преобразователь может быть построен для случая, когда число витков в контурах совпадает. В этом случае выходное напряжение определяется соотношением емкостей конденсаторов, подключенных к первичному и вторичному контуру. Для повышения напряжения в N раз емкость конденсатора вторичного контура должна быть в N раз меньше емкости конденсатора первичного контура. Для понижения напряжения – наоборот. Структурная схема такого варианта представлена ниже на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема резонансного преобразователя напряжения на основе пары связанных резонансных контуров при равном числе витков в контурах, где Ꞷ2 – резонансная частота связанных контуров

Следовательно, чтобы повысить или понизить напряжение, достаточно изменять соотношение емкостей конденсаторов в контурах без изменения числа витков в контурах. Никакой дополнительный повышающий или понижающий трансформатор не потребуется.

Идея такого парадоксального преобразователя напряжения основана на теории связанных резонансных контуров. Эту теорию можно подробно изучить по учебнику, указанному в конце статьи, либо в Интернете по запросу: «Связанные резонансные контуры».

Из теории известно, что при коэффициенте связи контуров К > 0,7 их резонансная кривая приобретает «двугорбый» вид с резонансами на частотах Ꞷ1 и Ꞷ2, показанный на рис. 2. Чем больше коэффициент связи контуров К, тем больше отличаются резонансные частоты Ꞷ1 и Ꞷ2, которые определяются по следующим формулам.

Происходит это за счет того, что фаза колебаний во вторичном контуре на частоте Ꞷ2 отличается на 180 градусов от фазы колебаний в первичном контуре. В результате электромагнитные поля катушек контуров направлены встречно и подавляют друг друга. Откуда следует, что чем ближе катушки друг к другу (больше коэффициент связи К), тем сильнее подавление и выше резонансная частота Ꞷ2 за счет уменьшения эффективной индуктивности катушек.

Рис. 2. Резонансные кривые связанных резонансных контуров в зависимости от коэффициента связи К

При этом в литературе рассматривается вариант связанных резонансных контуров, когда они идентичны. То есть совпадают индуктивности и емкости первого и второго контура.

В то же время резонансы будут наблюдаться даже тогда, когда параметры первого и второго контура не совпадают. Правда, на других частотах – Ꞷ1 и Ꞷ2, но все равно будут наблюдаться. И вот здесь происходит самое интересное с точки зрения преобразования напряжения. Напряжение на выходном контуре будет зависеть от соотношения резонансных частот контуров, на которые они первоначально настроены. Чем выше резонансная частота выходного контура по отношению к входному контуру, тем выше напряжение на выходе. И наоборот. Обобщенные графики этой зависимости представлены на рис. 3 для случаев (А) и (В).

Рис. 3. Зависимость резонансной частоты Ꞷ2 и напряжения U2 на выходном контуре от соотношения числа витков контуров (А), и соотношения емкостей конденсаторов С2/С1 при равном числе витков контуров (В)

Эти зависимости и лежат в основе резонансных преобразователей, обладающих необычными, парадоксальными свойствами.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

От редакции От редакции

Журнал «Наука и техника» приветствует своих читателей!

Наука и техника
Пушки или масло Пушки или масло

Как технологии двойного назначения помогли послевоенной конверсии

Эксперт
Кунсткамера Кунсткамера

Самый маленький парк, непокоренные горные вершины и «Мост в Никуда»

Наука и жизнь
Трудовая дисциплина Трудовая дисциплина

Об отношении Гвардиолы к тренировочному процессу и его системе мотивации игроков

Ведомости
Четыре всадника прогресса Четыре всадника прогресса

Футуролог — о неизбежности ИИ, крахе фармы, космической платине и энергетики

ТехИнсайдер
Братские портреты Братские портреты

Братские портреты навсегда остались бы неизвестными, если бы не парное сочетание

Дилетант
Крыло, похожее на тюльпан, – винт вертолета Крыло, похожее на тюльпан, – винт вертолета

Как всего два винта делают вертолёт летающей машиной?

Наука и техника
От «коробочек» — к нелинейной архитектуре От «коробочек» — к нелинейной архитектуре

Как может выглядеть архитектура XXI века?

Монокль
Крупным планом: что происходит с отечественным кинорынком Крупным планом: что происходит с отечественным кинорынком

Какое кино сейчас интересно зрителям в России?

Inc.
Академик Петр Чумаков: вирусы позволяют увидеть раковые клетки и сформировать иммунный ответ Академик Петр Чумаков: вирусы позволяют увидеть раковые клетки и сформировать иммунный ответ

Вирусы дают надежду в лечении самых злокачественных видов рака

Наука
Позитивные вибрации: плюсы и минусы дизельной модификации пикапа JAC T9 Позитивные вибрации: плюсы и минусы дизельной модификации пикапа JAC T9

JAC T9: настоящие внедорожники еще выпускают

ТехИнсайдер
Как запустить посудомоечную машину первый раз — инструкция и советы Как запустить посудомоечную машину первый раз — инструкция и советы

Как правильно запускать посудомоечную машину первый раз?

CHIP
Ничего личного Ничего личного

Как защититься от хейта в Интернете

Лиза
Скрытая углеводная нагрузка: так ли полезны «здоровые» сладости и что нам не договаривают маркетологи Скрытая углеводная нагрузка: так ли полезны «здоровые» сладости и что нам не договаривают маркетологи

На что обратить внимание в составе «здоровых перекусов»

ТехИнсайдер
Быстрее, выше, сильнее: как спорт становится одержимостью и действительно ли фитнес-культура мешает нам полноценно жить Быстрее, выше, сильнее: как спорт становится одержимостью и действительно ли фитнес-культура мешает нам полноценно жить

Как часто мы злоупотребляем спортом и злоупотребляем ли вообще

Правила жизни
От пустырей к благоустроенным кварталам От пустырей к благоустроенным кварталам

В Москве уничтожают пустыри и превращают их в новые зоны комфорта

Ведомости
Как закон регулирует ценообразование Как закон регулирует ценообразование

Ценообразование: что на самом деле ограничивает государство и кто за этим следит

Inc.
Где на Руси отдыхать хорошо Где на Руси отдыхать хорошо

Лучшие места в России по версии Men Today

Men Today
«Партизанская культура»: глава из книги Александра Кушнира «Кинооблучение» об истории группы «Кино» и Викторе Цое «Партизанская культура»: глава из книги Александра Кушнира «Кинооблучение» об истории группы «Кино» и Викторе Цое

Отрывок из книги «Кинооблучение» о самом начале карьеры Виктора Цоя

Правила жизни
Обратная сторона Азии Обратная сторона Азии

Истории о возможности коммуникации в самых необычных обстоятельствах

СНОБ
Где дружба — система, а помощь — профессия! Где дружба — система, а помощь — профессия!

Зачем успешным людям идти в благотворительность?

Men Today
Праздник урожая Праздник урожая

Консервируем овощи и фрукты с помощью кухонных помощников

Лиза
Слово о погибели земли русской Слово о погибели земли русской

План общемонгольского Западного похода был утверждён на курултае 1235 года

Дилетант
Самый умный Самый умный

Топ-10 приложений, которые помогут детям лучше учиться

Лиза
Ткань авангарда Ткань авангарда

История и современность Иваново — пестрая как ситец и эклектичная как пэчворк

Weekend
Александр Овечкин: «Работай, доверяй себе – и всё сложится» Александр Овечкин: «Работай, доверяй себе – и всё сложится»

Про детскую площадку в московском дворе, где начиналась история легенды

Psychologies
Няня для хвостатого: спрос на услуги по уходу за животными вырос на 162% Няня для хвостатого: спрос на услуги по уходу за животными вырос на 162%

Категория «Уход за животными» стала самой быстрорастущей на рынке услуг

Forbes
Затерянные миры: 8 самых неисследованных мест Земли Затерянные миры: 8 самых неисследованных мест Земли

Рассказываем о самых таинственных уголках нашей планеты

ТехИнсайдер
Cеребряное ожерелье Cеребряное ожерелье

3 проверенных маршрута по Серебряному ожерелью России

Лиза
Силиконовая трубка с лекарством помогла бороться с раком мочевого пузыря изнутри Силиконовая трубка с лекарством помогла бороться с раком мочевого пузыря изнутри

Ка работает система доставки препарата для лечения рака мочевого пузыря

N+1
Открыть в приложении