“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

Российское небо в 2024-м Российское небо в 2024-м

Ушедший год запомнился не самым большим количеством авиационных новостей

Наука и техника
«Операция „Барбаросса“: Начало конца нацистской Германии» «Операция „Барбаросса“: Начало конца нацистской Германии»

Что мешало немцам продвигаться к Москве

N+1
Дизайн человека Дизайн человека

Что такое Нuman design — красивая теория или опасный самообман?

Лиза
Безопасно ли прыгать в сухие листья Безопасно ли прыгать в сухие листья

Прыжки в кучи сухих листьев могут представлять опасность для здоровья

ТехИнсайдер
Как подключить телефон к машине: 3 способа Как подключить телефон к машине: 3 способа

Зачем подключать телефон к машине и как это сделать?

РБК
Доходы сбавляют темп Доходы сбавляют темп

Почему гонка зарплат на российском рынке труда может закончиться

Ведомости
Дом северного света Дом северного света

Архитектуру и интерьер этого дома осмыслили как единую с ландшафтом композицию

SALON-Interior
Мир, где весело и нет времени Мир, где весело и нет времени

Все самое важное о Дживсе и Вустере

Weekend
Иллюзия объективности Иллюзия объективности

Почему опасно бездумно полагаться на нейросети в образовании?

Монокль
5 привычек, которые бесят всех врачей 5 привычек, которые бесят всех врачей

Почему врач не может поставить вам правильный диагноз?

Maxim
Исследование: что такое для российских компаний кадровый резерв, как (и зачем) его формировать Исследование: что такое для российских компаний кадровый резерв, как (и зачем) его формировать

Что такое кадровый резерв и кто его формирует?

Inc.
Это флирт: лови сигнал Это флирт: лови сигнал

Что заставит мужчину обратить на тебя внимание и подойти?

Лиза
Вот так кульбаба! Вот так кульбаба!

Пик жизни кульбабы наступает именно тогда, когда все уже готовятся к зиме

Наука и жизнь
Рузиль Минекаев Рузиль Минекаев

Пауэр-броманс Крыжовников-Минекаев возвращается с новым сериалом — и это мюзикл!

Собака.ru
Добро с кулаками Добро с кулаками

Актер Леон Кемстач о своем пути к киноолимпу

Men Today
Разговорились по деньгам: отчего растет российский финтех Разговорились по деньгам: отчего растет российский финтех

Встроенные финансы — новый стандарт клиентского пути

Forbes
«Первая леди джаза»: как Элла Фицджеральд боролась с расовыми стереотипами в музыке «Первая леди джаза»: как Элла Фицджеральд боролась с расовыми стереотипами в музыке

Как Элла Фицджеральд преодолевала предрассудки, чтобы стать легендой?

Forbes
В воспитательных целях В воспитательных целях

Интересный и колоритный интерьер, отсылающий к европейским традициям

Идеи Вашего Дома
Свидание с Россией Свидание с Россией

Губернатор Ярославской области — чем заняться и где остановиться в регионе

RR Люкс.Личности.Бизнес.
А вы и не знали: 8 вещей, которые категорически нельзя мыть губкой А вы и не знали: 8 вещей, которые категорически нельзя мыть губкой

Какие вещи можно испортить губкой для мытья посуды?

ТехИнсайдер
Внедрение ИИ в России: «Мы движемся к точке невозврата» Внедрение ИИ в России: «Мы движемся к точке невозврата»

ИТ-эксперт о необходимых законах об ИИ и угрозах бесконтрольной цифровизации

ФедералПресс
Прогулка в облаках Прогулка в облаках

Эта кухня — очень нежная, гармоничная и в то же время функциональная

Идеи Вашего Дома
Ренессанс спальных районов: почему стало модно жить не в центре Ренессанс спальных районов: почему стало модно жить не в центре

Жизнь в спальнике — не вынужденная экономия, а манифест нового образа жизни

Inc.
Герои нашего времени Герои нашего времени

Создавая живой диалог поколений, они определяют, каким будет искусство завтра

Moodboard
Семь способов активировать внутренний навигатор Семь способов активировать внутренний навигатор

Как научиться ориентироваться без навигатора в телефоне?

Здоровье
Алина и Лилиана Григалашвили Алина и Лилиана Григалашвили

Алина и Лилиана Григалашвили — главные фэшн-сестры русской моды

Собака.ru
Российский траст Российский траст

Что такое личный фонд и как он реализовывается

Деньги
Доставка суши Доставка суши

К чему может привести доставка суши в два часа ночи

Правила жизни
Тимофеев-Ресовский, зоология и век информации Тимофеев-Ресовский, зоология и век информации

Об отношениях Тимофеева-Ресовского с зоологией

Знание – сила
Гравитационное микролинзирование помогло выявить систему из звезды, коричневого карлика и экзопланеты Гравитационное микролинзирование помогло выявить систему из звезды, коричневого карлика и экзопланеты

Микролинзирование помогло обнаружить пару из красного и коричневого карликов

N+1
Открыть в приложении