Mạch LC lý tưởng
Hình 3.1: Mạch cộng hưởng L-C lý tưởng.
Mạch dao động LC là một mạch điện bao gồm 1 cuộn dây và 1 tụ điện mắc song song với nhau (như hình trên). Bản thân mạch dao động LC là một mạch không hề dao động trừ phi ta cấp 1 nguồn điện V hoặc cung cấp một từ thông biến thiên ban đầu vào cho mạch .
Ở đây để cho dễ hiểu ta hình dung cuộn dây đóng vai trò như một máy phát
điện và tụ điện đóng vai trò như một bình ắc quy lưu điện. Chuyện gì xảy ra khi ta cấp nguồn điện ban đầu vào cho mạch LC này ?
Chương 3: Truyền năng lượng sóng điện từ sử dụng cảm ứng cộng hưởng Nếu ta cấp 1 nguồn điện V vào mạch LC ngay lập tức tụ điện được nạp đầy
còn cuộn dây thì sinh ra từ trường như 1 thanh nam châm.
Khi ta ngắt nguồn điện cấp cho mạch LC, Tụ điện phóng vào cuộn dây 1 dòng điện giảm dần, lúc này từ trường trong cuộn dây từ cực đại và biến thiên trở thành cực tiểu. Theo định luật cảm ứng điện từ cuộn dây lại sinh ra một dòng điện cảm ứng có chiều chống lại sự mất mát của từ trường, dòng điện này ngược chiều với dòng điện cấp vào ban đầu cho mạch LC.
Dòng điện cảm ứng sinh ra lúc này lại nạp ngược lại vào tụ điện, lúc này tụ điện được tăng điện áp và cuộn dây lại tăng dần từ thông theo chiều ngược lại, hiện tượng cảm ứng điện từ lại xảy ra và cứ như thế bên trong mạch LC tồn tại 1 dòng điện xoay chiều hình sin.
Dòng điện dao động này sẽ đạt cực đại và duy trì mãi mãi khi điện trở động của cuộn dây (cảm kháng) và dung kháng của tụ điện có giá trị điện trở bằng nhau. Lúc này mạch dao động LC đạt đến trạng thái gọi là cộng hưởng LC.
Mạch LC thực tế
Hình 3.2: Mạch cộng hưởng L-C thực tế.
Trong thực tế vì cuộn dây L được cấu tạo từ vật liệu như đồng, nhôm, hay cao cấp hơn là vàng (không phải siêu dẫn) nên ngoài cảm kháng của cuộn dây còn có điện trở thuần của nó. Tụ điện cũng vậy ngoài dung kháng của tụ còn có điện trở thuần của tụ vì dung môi cấu tạo nên tụ không cách điện hoàn toàn. Chính vì vậy mạch cộng hưởng LC trong thực tế còn có thêm một điện trở thuần làm tiêu hao năng lượng bên trong mạch. Do đó tín
GVHD: TS. Lâm Hồng Thạch -43- HV: Trần Trọng Vinh
trong mạch cộng hưởng LC chính là các dao động tắt dần có dạng hình chuông có dạng như hình dưới
Hình 3.3: Dao động tắt dần của mạch cộng hưởng L-C
Hình trên cho chúng ta thấy điện áp kích thích cho mạch cộng hưởng LC là sóng vuông (màu vàng ) và dòng điện bên trong khung cộng hưởng LC có dạng hình chuông (màu xanh bên dưới )
- Tìm hiểu nguyên lý truyền và nạp điện không dây
Sơ đồ khối: Nguồn cung cấp Nguồn cung cấp: IC ổn áp GVHD: TS. Lâm Hồng Thạch -44- HV: Trần Trọng Vinh download by : skknchat@gmail.com
Chương 3: Truyền năng lượng sóng điện từ sử dụng cảm ứng cộng hưởng Hình 3.4: Sơ đồ khối nguồn cung cấp
Là cung cấp điện cho bộ phận phát sóng điện từ được tạo ra từ nguồn cao áp 220V tạo thành nguồn điện áp 15V này chính là nguồn nuôi chủ yếu cho các linh kiện trong mạch hoạt động. Lấy điện áp xoay chiều 24V từ ngõ ra của biến thế, qua 4 Diode 4007, chỉnh lưu toàn kỳ. Sau đó ta tiếp tục cho qua IC ổn áp nguồn LM7815 để ngõ ra được điện áp ổn định 15V, dòng tối đa 1A. Các tụ 1000uF nhiệm vụ lọc nguồn, giúp cho điện áp ngõ ra ít nhấp nhô( phẳng) hơn. Phần phát sóng điện từ
Hình 3.5: Sơ đồ khối mạch phát sóng điện từ
- Hệ thống phát gồm những khối như:
- Nguồn: Cung cấp nguồn cho toàn mạch
- Định hướng: Hay còn gọi là lái
- Bộ tạo xung dao động kiểm soát được
- Bảo vệ mạch: Phần này có thể coi như tự điều chỉnh độ lợi
- Khuếch đại công suất
- Khung dao động LC
GVHD: TS. Lâm Hồng Thạch -45- HV: Trần Trọng Vinh
Phần thu sóng điện từ
Hình 3.6: Sơ đồ khối mạch thu sóng điện từ
Gồm:
- Khung cộng hưởng LC
- Chỉnh lưu
- Ổn áp nguồn
- Mạch bảo vệ quá tải nếu cần
GVHD: TS. Lâm Hồng Thạch -46- HV: Trần Trọng Vinh
Chương 3: Truyền năng lượng sóng điện từ sử dụng cảm ứng cộng hưởng Hình 3.7: Mô hình truyền nạp năng lượng sóng điện từ.
Hình 3.8: Dạng sóng điện từ truyền khi có vật cản Chú thích: 1: Các đường sức từ
2: Nguồn điện cung cấp
3: Môi trường có vật cản
4: Vòng dây thu và Tải