Как заколебать ток. Конденсаторы и катушки

Автор:
Опубликовано 01.01.1970

Начинаем с первого и самого главного блока - ГВЧ (Генератор Высокой частоты).

Как вы помните, генератор обязан преобразовать постоянный ток батарейки в переменный ток ВЧ. Для этого обычно используют транзистор и еще две детали, с которыми мы пока что не знакомы: конденсатор и катушку индуктивности.

Конденсатор - это элемент, способный накапливать в себе электрическую энергию. Конденсатор состоит из двух металлических пластин, изолированных между собой непроводящим материалом (диэлектриком). Эти пластины называют обкладками конденсатора.

Обозначение конденсатора на схеме полностью объясняет его конструкцию:

Конденсатор можно сравнить с батарейкой. Вот только, в нем нет той силы, которая перекидывает заряд в обратную сторону.
Если вспомнить нашу научно-экспериментальную установку с бутылками, то сначала (пока мы не стали вычерпывать воду из в одной бутылки в другую) ее можно было сравнить именно с конденсатором. То есть: наливаем воду в одну бутылку, вторая пуста. Пускаем воду по шлангу. Вторая бутылка - заполняется, первая - опустошается. Это происходит до тех пор, пока уровни в двух бутылках не сравняются, и ток не прекратится.

Так же и в конденсаторе. Когда он заряжен - на одной обкладке электронов больше, чем на другой. То есть, у них разные заряды, а значит - есть разность потенциалов (напряжение). Если к заряженному конденсатору подключить нагрузку, скажем, резистор - потечет ток, и через определенное время заряды двух обкладок сравняются, ток прекратится. То есть - конденсатор разрядится. Чтобы ток пошел снова, нужно опять создать разность потенциалов - то есть, зарядить конденсатор.

Вот так, в общем, все несложно.

Катушка индуктивности - это такая обычная катушка из металлической проволоки.

Можно на что угодно намотать кусок проволоки - это уже будет катушка индуктивности.
На схеме она изображается так:

Катушка обладает некоторыми полезными электрическими свойствами. Какими? Сейчас разберемся.

Итак, коль уж вспомнилась нам лабораторная установка из бутылок - давайте ее апгрейдить.
На сей раз нам понадобится водяная турбина. Честно говоря, я не пробовал ее делать, поэтому - не скажу рецепт приготовления =). Однако, если кто-то решится, и у него получится - можете поделиться с народом своим счастьем… и технологией.
Водяная турбина состоит из лопастей, сидящих на оси. Все это находится внутри герметичного кожуха, но ось выводится наружу. При протекании воды, лопасти начинают вращаться. Такие турбины используют, например, на гидроэлектростанциях. На их оси сидят электрогенераторы.

У нас же все проще и меньше. И на ось мы посадим не мощный генератор, а просто какое-нибудь тяжелое круглое колесико, чтобы воде было трудно его вращать.

Кстати! Протекающая вода вращает турбину. Но возможно и обратное: вращающаяся турбина может вызывать ток воды. Помним об этом…

Ну, в общем, всобачим эту турбину между двумя бутылками, и нальем в левую бутылку воды. Смотрим, что происходит.
А вот что происходит. Поскольку есть разность потенциалов (то есть, давлений) - вода хочет течь из левой бутылки в правую. Но на пути - турбина! Ничего не остается, как ее крутить. Хочешь жить - умей вертеться. =)

Однако, турбина начинает крутиться не сразу, а постепенно, потому что на ее оси - тяжелое колесо, которое создает инерцию. Поэтому, сначала вода течет медленно, и постепенно, своим током разгоняет турбину. Чем быстрее крутится турбина - тем быстрее перетекает вода в правую бутылку. Перетекает, перетекает… И вот - уровни сравнялись! Казалось бы, пора остановиться. Куда там! Турбина раскрутилась до таких оборотов, что и не думает остановиться, и продолжает по инерции гнать воду из левой бутылки в правую. Однако, постепенно ее скорость снижается, и через некоторое время, она, все же, останавливается.

Но теперь уже в правой бутылке воды больше, чем в левой. И она хочет течь обратно. Турбина начинает крутиться в обратную сторону. Сначала - нехотя, потом - все быстрее и быстрее. В момент, когда уровни равны, турбина опять несется на полных оборотах, и продолжает гнать. Останавливается она, когда в левой бутылке уровень снова больше, чем в правой. Все повторяется заново.

То, что мы видим, называется простым и знакомым нам словом - "колебания".

В идеальных условиях (отсутствие трения и т.п.), этот колебательный процесс длится бесконечно. В реальности - через несколько циклов (периодов), он затухнет. То есть, уровни таки сравняются. Но не в этом суть. Главное, что мы только что познакомились с принципом работы самого распространенной в радиотехнике схемы - колебательного контура. На водяной его модели. =)

Так вот, турбина в нашей научно-экспериментальной мегаустановке - это и есть катушка индуктивности.

У катушки индуктивности, надо сказать, весьма скверный характер. Она, по русски выражаясь, "тормозит". То есть, когда ток, текущий через нее начинает увеличиваться - она всячески препятствует его увеличению. А когда ток уменьшается - она наоборот, "подгоняет" его, не давая уменьшаться. Ну чем не турбина?!

Однако, в счастливом союзе с конденсатором, катушка образует тот самый колебательный контур, без которого не смог бы работать ни один радиоприемник и передатчик.

Вот как выглядит колебательный контур:

Если зарядить конденсатор, а потом подключить к нему катушку - ток в катушке начнет мотаться туда-сюда точно так же, как вода - в турбине.

Как вы, может быть, уже догадались - именно колебательный контур мы будем использовать для преобразования постоянного тока в переменный в нашем генераторе. Однако, прежде чем преступить к преобразованию, познакомимся еще с одним элементом. Без него ничего не получится.

<<--Вспомним пройденное----Поехали дальше-->>