Electromagnetismul

Există în natură un număr mare de fenomene numite reversibile. Producerea cîmpului magnetic de către curentul electric este unul din acestea. Astfel, se ştie că dacă un curent dă naştere unui câmp invers, un cimp magnetic sau mai exact variaţiile unui cîmp magnetic produc un curent într-un conductor care se afla în acel cîmp.

Deci în jurul oricărui conductor prin care trece un curent electric se creează un cîmp magnetic. Acest lucru este valabil atît pentru conductorul liniar (fig. 1), cit şi pentru o bobină (fig. 2). Mărimea eîmpului magnetic (H) depinde de intensitatea curentului (1) care parcurge conductorul sau bobina.

In acelaşi timp trebuie reţinut că la deplasarea unui conductor intr-un cîmp magnetic apare un curent electric. Deci, în orice conductor aflat in calea undelor electromagnetice va lua naştere un curent.

Plecînd de la aceste considerente constatate experimental, s-a reuşit să se obţină oscilaţii electrice (curentul alternaltiv) cu ajutorul unui circuit pe care l-au numit circuit oscilant. In general, un circuit oscilant este format dîretr-o bobină (L) — denumită şi indiuctanţă — şi un condensator fix (C). Făcînd abstracţie de rezistenţa (r), proprie circuitului, se constată că în acesta, în anumite condicii, pot să apară, oscilaţii electrice.

De exemplu, în circuitul din figura 3 este necesar ca iniţial să încărcăm condensatorul (C) cu o energie electrică de la sursa E, prin trecerea comutatorului K în poziţia 1. După încărcarea condensatorului C, comutatorul K se trece în poziţia 2. Astfel, condensatorul încărcat se conecteaiză la bobina (L), formindu-se circuitul CL. Iniţial, energia electrică este înmagazinată in condensator sub formă de cimp electric, iar curentul in circuit are valoarea zero (I0). Prin trecerea comutatorului K pe contactul 2, condensatorul se va descărca prin bobina L. In această situaţie se poate constata că prin spirele bobinei trece un curent, iar în jurul ei apare un cîmp magnetic (reprezentat cu linii întrerupte).

După descărcarea ccmpletă a condensatorului, energia înmagazinată in bobină va crea un curent care va reîncărca condensatorul, schimbindu-se însă polaritatea. Reîncărcat, condensatorul se va descărca din nou si aşa mai departe.
Astfel, energia electrică va trece succesiv din condensator în bobină şi invers. Acest fenomen ar putea avea loc la infinit dacă nu ar exista rezistenţa 11 a circuitului, care face ca, treptat oscilaţiile să devină din ce în ce mai slabe, pentru ca pînă la urmă să se amortizeze.

Oscilaţiile descrise poartă denumirea de oscilaţii libere ale curentului (I) din circuit. Procesul se produce singur in timp, intervenindu-se numai iniţial asupra condensatorului. Deci, intr-un circuit oscilant, compus dintr-o bobină si un condensator, descărcarea condensatorului se face in oscilaţii amortizate (curent alternativ cu amplitudine descrescătoare), avînd frecvenţa egală cu frecventa proprie, adică cu frecvenţa de rezonanţă a circuitului.

Frecvenţa oscilaţiilor curentului din circuit depinde de mărimea inductanţei L şi a condensatorului C şi se poate calcula cu relaţia :

unde f este dat în hertzi (Hz), L — in henry (H), C — în farazi (F).

In aparatura radio oscilaţiile nu trebuie să se amortizeze in timp ca urmare, ele necesită să fie întreţinute.
Oscilaţiile întreţinute (oscilaţiile cu amplitudine constantă) se pot obţine compensind la fiecare oscilaţie pierderile survenite în circuit prin aducerea din exterior a unei doze de energie electrică.

In schemele radio este suficient să punem circuitul oscilant în legătură (în cuplaj) cu un alt circuit oscilant, fie cuplîndu-l prin inducţie, fie intercalîndu-l in celălalt, pentru a obţine întreţinerea forţată a oscilaţiilor.
După modul in care cele trei elemente de bază, condensatorul (C), bobina (L) şi generatorul (e), sînt legate între ele se poate forma un circuit oscilant serie (fig. 4) sau un circuit oscilant derivaţie (fig. 5).

S-a observat că circuitele descrise, dacă sint puse în anumite condiţii de funcţionare, prezintă o proprietate deosebit de folositoare în radiotehnică numită rezonanţă.

In cazul circuitelor oscilante aceasta se manifestă în momentul în oare frecvenţa sursei ce întreţine oscilaţiile este egală cu frecvenţa circuitului.

Rezonanţa se poate obţine în două feluri:
— variind frecvenţa sursei şi lăsînd neschimbată frecvenţa circuitului;
— variind frecvenţa circuitului prin modificarea valorii condensatorului C sau a bobinei L şi păstrind neschimbată frecvenţa sursei.

Caracteristic pentru rezonanţă este deci faptul că în circuit se pot obţine oscilaţii puternice cu o mică cheltuială de energiie exterioară.

După modul de conectare a elementelor componente (L şi C), în raport cu sursa de energie exterioară, circuitul capătă denumirea de circuit serie sau circuit derivaţie.

In cazul fiecăruia din circuite rezonanta are alte efecte care se folosesc în funcţie de montajul oare se realizează practic. Astfel, în situaţia rezonanţei de la circuitul serie, impedanţa acestuia (Z) devine minimă şi egală cu r, iar curentul în circuit va fi maxim (fig. 6).

Rezonanţa la circuitul derivaţie este caracterizată de faptul că impedanţa circuitului devine maximă şi deci energia cedată de sursa electrică exterioară, necesară întreţinerii oscilaţiilor din circuit, va fi minimă (fig. 7). Acest fel de rezonanţă se utilizează în radiotehnică îndeosebi cînd, se doreşte să se oprească trecerea anumitor frecvenţe, pentru care, aşa cum se vede, circuitul derivaţie la rezonanţa prezintă o impedanţă maximă.

In jurul frecvenţei de rezonanţă circuitul se comportă ca un filtru. Eficacitatea de filtrare a curenţilor după frecvenţă, numită selectivitate, se apreciază prin raportul dintre amplitudinea maximă, I0 a curentului din exterior la rezonanţă şi amplitudinea aceluiaşi curent pentru o frecvenţă în afara rezonanţei:

In afară de aceste circuite, în schemele radio se folosesc şi altele, numite circuite oscilante cuplate, care sint formate în principiu din două circuite oscilante simple, conectate între ele galvanic, sau inductiv. In aceste circuite energia oscilantă trece dintr-un circuit in celălalt datorită cuplajului existent. Se poate spune deci că circuitele sint cuplate cînd oscilaţiile unuia acţionează asupra celuilalt, producind un proces oscilator. Cu cit cuplajul dintre circuite este mai ridicat, cu atât va trece o cantitate mai însemnată de energie dintr-un circuit în celălalt şi cu atît mai mare va fi influenţa unui circuit asupra celuilalt.

Cuplajul este caracterizat prin coeficientul de cuplaj (K), care poate avea valori cuprinse intre 0 şi 1 (sau între 0 şi 100%).

In montajele folosite în radiotehnică se disting mai anulte feluri de cuplaje:
— cuplajul inductiv (magnetic), care foloseşte fenomenul inducţiei magnetice. Curentul I1, trecînd prin bobina L1 (fig. 8), produce un cîmp magnetic care induce în secundar (deci în bobina L2) o forţă electromotoare de inducţie, care la rindul ei creează curentul I2. Datorită cuplajului existent între cele două circuite, energia din
circuitul primar (în care există sursa de energie e) este transferată în circuitul secundar cu ajutorul cimpului magnetic.

Acest cuplaj poate fi fix, cînd bobinele L1 şi L2 sint confecţionate una lîngă alta pe aceeaşi carcasă şi distanţa dintre ele rămîne constantă (aici cuplajul este permanent constant), sau variabil, în situaţia cînd distanţa dintre bobinele L1 şi L2 poate fi schimbată;
— cuplajul capacitiv, ce se realizează prin legarea circuitelor cu ajutorul unui condensator (Cc) (fig 9) ;
— cuplajul prin auto transformator, care se obţine cînd cele două circuite oscilante se leagă intre ele cu o inductanţă comună Lc (fig. 10). In acest caz energia electrică din circuitul primar trece în circuitul secundar, atit prin intermediul câmpului magnetic ce ia naştere in bobina L1 (Lc), cît şi prin legătura directă (galvanică) dintre circuite.

Cu totul deosebit este cuplajul parazit, care în montajele radio apare în mod nedorit. El se produce datorită influenţei reciproce dintre bobinele circuitelor oscilante sau existenţei unor conexiuni (circuite) paralele. In general, efectele nedorite ale cuplajului parazit se înlătură prin introducerea pieselor în carcase metalice numite ecrane. Ecranele se leagă în mod obligatoriu la masa montajului sau la pământ. Astfel, liniile de forţă magnetică produse de elementele circuitului oscilant nu mai au posibilitatea să acţioneze în afara ecranului, încălzindu-se prin el la masa montajului.

In cazul frecvenţelor joase, ecranul poate fi realizat din materiale feromagnetice (tablă de oţel de 0,5-1,5 mm grosime). La frecvenţe înalte, ecranarea cea mai bună se realizează cu metale diamagneitice (cupru sau aluminiu de 0.5 – 1 mm).

Datorită proprietăţilor lor, circuitele oscilante sînt folosite frecvent în aparatele de emisie şi recepţie radio. După cum se ştie, în fiecare clipă se găsesc în funcţiune, pe frecvenţe diferite, mai multe zeci de emiţătoare de radiodifuziune. Undele emise de acestea creează continuu în antena de recepţie zeci de curenţi de înaltă frecvenţă. Pentru că antenele recepţionează simultan cu-renţii de la toate posturile de emisie aflate în funcţiune, ar însemna să auzim un amestec ne-plăcut de muzică grea şi uşoară, de conferinţe şi noutăţi de presă în cele mai diferite limbi de pe pămînt. Lucurile nu se petrec însă aşa datorită proprietăţii de filtrare (de separare) a circuitului oscilant.

Receptoarele de radio sînt selective, adică au posibilitatea de a alege din mulţimea de curenţi care circulă în antenă pe aceia care corespund emiţătorului dorit, cu ajutorul unuia sau al mai multor circuite oscilante.

De exemplu, schema obişnuită a circuitului de intrare al unui radioreceptor clasic conţine două circuite oscilante (fig. 11), in care C2 este un condensator variabil cu ajutorul căruia cir-cuitul oscilant L2,C2 se acordează pe frecvenţa postului (fP) ce dorim să-l recepţionăm. Circuitul L1 C1, conectat în circuitul de antenă, induce în circuitul L2, C2, toate frecvenţele captate din mediul exterior prin intermediul cuplajului inductiv existent între bobinele L1 şi L2. Circuitul L2, C2, acordat pe frecvenţa fp cu ajutorul condensatorului variabil C2, favorizează trecerea frecvenţei fp in sensul că dintre toţi curenţii care circulă în antenă, numai acela care va avea frecvenţa egală cu frecvenţa de rezonanţă a circuitului L2, C2 va induce în acest circuit curenţi care vor crea o anumită tensiune la bornele circuitului L2, C2.

Trecerea de la un post la altul se obţine, în practică, prin variaţia valorii condensatorului C2. In acelaşi timp se poate observa — in momentul în care C2 este reglat pe postul ce dorim să-1 ascultăm — că tensiunea la bornele condensatorului C2 este de Q ori mai mare decît forţa electromotoare primită din antenă (EP), deci circuitul oscilant respectiv asigură şi un ciştig de tensiune care creşte cu calitatea pieselor circuitului oscilant.

Semnalul obţinut în circuitul oscilant L2, C2 fiind slab este trecut de regulă într-un etaj de amplificare, realizat cu ajutorul unui tub electronic (T1) sau al unui tranzistor, care măreşte puterea semnalului recepţionat (fig. 12).

Circuitele oscilante cuplate sînt folosite în mod curent în schemele radio, pentru trecerea semnalului dintr-un etaj în altul (fig. 13).