Рис. 2.9.Эквивалентная схема реальной катушки индуктивности
Добротность катушки определяется как отношение индуктивного сопротивления к сопротивлению потерь (последовательному):
Q = XL/R = 2πfL/R.
Добротность изменяется в зависимости от частоты, габаритных размеров и формы катушки, материала корпуса, типа навиваемого провода, свойств сердечника. Добротность катушек составляет 50-200. Большой добротностью в диапазоне высоких частот обладают воздушные катушки, навитые на керамический корпус.
Индуктивными элементами являются также дроссели и трансформаторы. Дросселями называются катушки, задача которых создать в цепи большое сопротивление для переменного тока, чтобы подавить токи определенных частот. В частности, дроссели применяются в фильтрах источников питания.
Определение результирующего значения индуктивности при последовательном и параллельном соединении катушек пояснено на рис. 2.10.
Рис. 2.10. Определение результирующей индуктивности при последовательном (а) и параллельном (б) соединении катушек
Трансформатор как элемент цепи
Трансформатор является индуктивным элементом, состоящим по меньшей мере из двух обмоток, предназначенных для передачи энергии из первичной обмотки во вторичную. В электронных устройствах трансформатор чаще всего служит для повышения или понижения напряжения (в выпрямителях в устройствах питания), а также для согласования нагрузки, подключенной ко вторичной обмотке трансформатора, сопротивлением источника, подключенного к первичной обмотке. Часто трансформаторы используют в качестве элементов связи в усилителях. Мощности используемых в электронных устройствах трансформаторов редко превышают 100 Вт. Отношение числа витков вторичной обмотки n2 к числу витков первичной n1 называется передаточным отношениемр или коэффициентом трансформацииКтр трансформатора. Для идеального трансформатора, т. е. трансформатора без потерь, имеем следующие соотношения (рис. 2.11): передаточное отношение р = n2/n1 = U2/U1; передаваемая мощностьр = U2/R2 = pU1/R2.
Согласование сопротивления нагрузки R2 с сопротивлением источника R1бывает в том случае, когда сопротивление R1, "видимое" со стороны источника или пересчитанное на первичную обмотку трансформатора и зависящее от передаточного отношения трансформатора, равно сопротивлению источника
R = R2/p = R1
Рис. 2.11.Трансформатор, нагруженный на сопротивление
Какие преобразователи встречаются в электронных устройствах?
Существует много видов преобразователей. Их задача - преобразование энергии одного вида в другой. Электроакустические преобразователи (рис. 2.12) преобразуют акустическую энергию, например речи или музыки, в электрическую или наоборот. В первом случае это микрофоны, во втором - громкоговорители и телефоны. Существуют также преобразователи, обеспечивающие возможность записи звуковых сигналов и изображении, в том числе на магнитной ленте, на пластинке (записывающие головки), а также преобразователи для воспроизведении записанного звука и изображения, на пример в электропроигрывателях, магнитофонах, видеомагнитофонах.
В телевидении используют преобразователи, которые преобразуют в передающей камере (передающие электронно-лучевые трубки) оптическое (световое) изображение и электрический сигнал, а также в приемнике (кинескопы приемные трубки) электрическим сигнал в световое изображение.
Рис. 2.12.Графическое изображение электроакустических преобразователей микрофона (а), громкоговорителя (б) и наушников (в)
На каком принципе работает микрофон?
Это зависит от типа микрофона, но в общем случае можно сказать, что преобразование энергии звука, попадающего на микрофон, в электрическую энергию происходит на принципе использования пружинной мембраны, колеблющейся под влиянием энергии звуковых волн, которая вызывает изменение тока, протекающего в цепи микрофона в такт с воздействующими на эту мембрану волнами.
Динамический микрофон (рис. 2.13) действует на принципе возникновения электродвижущей силы в катушке, перемещающейся в магнитном поле. Катушка соединена с колеблющейся мембраной, а магнитное поле создается постоянным магнитом.
Рис. 2.13.Упрощенная конструкция динамического микрофона:
1 - колеблющаяся мембрана; 2 - витки катушки; 3 - постоянный магнит
Угольный микрофон (рис. 2.14) применяется, в частности, в телефонных трубках. Колеблющаяся в нем мембрана изменяет электрическое сопротивление угольного порошка, прижимаемого мембраной, что в свою очередь вызывает изменение тока, протекающего через порошок.
Рис. 2.14.Конструкция угольного микрофона:
1 - колеблющаяся мембрана; 2 - зерна угольного порошка; 3 - корпус
Емкостный микрофон работает на принципе использования колеблющейся мембраны в качестве одной из обкладок конденсатора. Колебания мембраны изменяют емкость, что в свою очередь вызывает изменение падения напряжения на резисторе, включенном в цепь микрофона.
Существуют и другие типы микрофонов. Они отличаются конструкцией и параметрами, такими как чувствительность (точнее эффективность), полоса акустических частот, выходное сопротивление источника сигнала, направленные свойства и др.
На каком принципе работает громкоговоритель?
Это зависит от типа громкоговорителя. В случае динамического громкоговорителя (рис. 2.15) электрический ток на акустических частотах, протекающий через обмотку катушки, размещенный в поле постоянного магнита или электромагнита, вызывает колебания этой катушки. Катушка соединена с конусообразной мембраной (чаще всего из бумажной массы). Колебания мембраны вызывают в свою очередь возникновение звуковых волн.
Рис. 2.15.Упрощенная конструкция динамического громкоговорителя:
1 - колеблющаяся мембрана; 2 - колеблющаяся катушка; 3 - постоянный магнит; 4 - подвеска мембраны
Существуют также другие типы громкоговорителей. Важными параметрами громкоговорителя являются: допустимая акустическая мощность, КПД, сопротивление громкоговорителя как нагрузки схемы, управляющей громкоговорителем.
Верное воспроизведение всего диапазона акустических частот одним громкоговорителем при современном уровне техники оказывается невозможным, и поэтому в устройствах высококачественного воспроизведения применяют комплекты громкоговорителей, содержащие подобранные соответствующим образом громкоговорители для низких и высоких частот. Обычно громкоговорители, хорошо воспроизводящие низкие частоты, значительно больше по размерам, чем громкоговорители для воспроизведения высоких частот.