தொட்டிச்சுற்று

தொட்டிச்சுற்று அல்லது தூண்டி-தேக்கி சுற்று

தொட்டிச்சுற்று(tank circuit) அல்லது ஒத்திசைவுச் சுற்று(resonant circuit) அல்லது தூண்டி-தேக்கி சுற்று(LC circuit) எனப்படுவது மின்தூண்டியும் மின்தேக்கியும் இணைந்த ஒரு சுற்றமைப்பு ஆகும். இவை ஒன்றாக இணைக்கப்படின் , ஒரு மின் ஒத்திசைவியாகச் செயல்படுகிறது.

ஒரு குறிப்பிட்ட அதிர்வெண் கொண்ட அலைவுகளை உருவாக்குவதற்கும், குறிப்பிட்ட அதிர்வெண் கொண்ட அலைவுகளைச் சிக்கலான அலைவுகளிடமிருந்து பிரித்தெடுக்கவும் தொட்டிச்சுற்றுகள் பயன்படுகின்றன. அலையியற்றிகள், வடிப்பான்கள், அதிர்வெண் கலப்பிகள், இசைப்பிகள் போன்ற மின்னணுச் சாதனங்களில் தொட்டிச்சுற்று பிரிக்கவியலாப் பகுதியாய்த் திகழ்கின்றது.

செயல்படும் முறை

தொட்டிச்சுற்று செயல்படும் விதத்தை விளக்கும் இயங்குப்படம்

கொடுக்கப்பட்டுள்ள படத்தில் உள்ள தொட்டிச் சுற்றில் மின்தேக்குத் திறன் C கொண்ட ஒரு மின்தேக்கியும் மின் தூண்டல் எண் L கொண்ட ஒரு மின்தூண்டியும் பக்கவிணைப்பில் இணைக்கப்பட்டுள்ளன. இங்குள்ள மின்தேக்கியானது முழுமையாக மின்னேற்றப்பட்டுள்ளது. மின்னேற்றமடைந்த மின்தேக்கி C மின்நிலைமம் L உடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளதால் மின்னிறக்கம் செய்து L வழியே மின்னோட்டத்தைச் செலுத்துகிறது. இச்சமயத்தில் மின் தூண்டியில் தூண்டப்படும் காந்தப்புலத்தைப் படத்தில் காண முடிகிறது. ஆகவே மின்தேக்கியினுள் தேக்கப்பட்ட மின் நிலையாற்றல் மின் தூண்டியுடன் தொடர்புடைய மின்காந்த ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது.

மின்தேக்கி முழுவதும் மின்னிறக்கம் செய்யப்பட்டவுடன், தூண்டப்பட்ட காந்தப்புலம் சிதைவுறத் தொடங்கி மின்னோட்டத்தை அதே திசையில் அனுப்புகிறது. மின்தேக்கி தற்போது எதிர்-முனைவுடன் மின்னேற்றமடைகிறது. இந்நிகழ்வின்போது காந்தப்புலத்துடன் தொடர்புடைய ஆற்றலானது மின்நிலையாற்றலாக மாற்றப்படுகிறது. இந்த ஆற்றல் மின்தேக்கியினுள் சேமிக்கப்படுகிறது.

மின்தேக்கி முழுமையாக மின்னேற்றமடைந்தவுடன் , அது எதிர் திசையில் மின்னிறக்கம் செய்யத்துவங்கி தூண்டியின் மீது எதிர் திசையில் மீண்டும் காந்தப்புலத்தை உருவாக்குகிறது. மீண்டும் காந்தப்புலம் சிதைவுற்று எதிர் திசையில் தேக்கியை மின்னேற்றமடையச் செய்து , சுற்று தன் தொடக்க நிலைக்கே மீண்டும் திரும்புகிறது.

இந்த மின்னேற்றம் மற்றும் மின்னிறக்க நிகழ்வுகள் , அலைவுறும் மின்னோட்டத்தையும் அதனால் ஏற்படும் மின்னலைவுகளையும் தொட்டிச் சுற்றில் தோற்றுவிக்கின்றன. இங்கு மின்மமும் ஆற்றலும் சுற்றின் முன்னும் பின்னும் பாய்ந்து அலைவுகளை உண்டாக்குவது , ஒரு ஊசலின் செயல்பாட்டை ஒத்து அமைகின்றது. ஆற்றலைச் சேமிப்பதிலும் அதனைப் பரிமாற்றம் செய்வதிலும் ஒரு தொட்டி போலச் செயல்படுவதால் 'தொட்டிச்சுற்று' எனும் பெயரால் இது அழைக்கப்படுகிறது. இச்சுற்றிலுள்ள தூண்டத்தின் அளவையும் தேக்கத்தின் அளவையும் பொருத்தே அலைவுகளின் அதிர்வெண் அமையும்.

ஆற்றல் இழப்பு

தொட்டிச்சுற்றில் உருவாக்கப்படும் தடையுறு அலைவுகள்

எந்த ஒரு ஆற்றலிழப்பும் இல்லையெனில் , இச்சுற்றில் மின்னலைவுகள் கால வரையின்றித் தொடர்கின்றன. நடைமுறையில் ஓரளவு மின்தடையானது எப்போதும் தொட்டிச்சுற்றுடன் தொடர்பு கொண்டிருப்பதால் , ஒவ்வொரு அலைவுச் சுற்றின் போதும் சிறிதளவு ஆற்றலிழப்பு ஏற்படுகிறது. எனவே அலைவுகளின் வீச்சு , படிப்படியாகக் குறையத்துவங்கி ஒரு கட்டத்தில் அனைத்து ஆற்றலும் இழக்கப்பட்டுச் சுழியாகிறது. எனவே, சுற்றில் தடையுறு அலைவுகள் உருவாக்கப்படுகின்றன.

தடையற்ற அலைவுகளை உருவாக்க , அற்றல் இழக்கப்படும் வீதத்திலேயே சுற்றுக்கு ஆற்றல் தரப்பட வேண்டும். சுற்றில் ஏற்படுத்தப்படும் அலைவுகளுடன் தரப்படும் ஆற்றல் ஒத்த கட்டத்தில் அமைய வேண்டும். அளிக்கப்படும் ஆற்றலின் அதிர்வெண்ணானது, தொட்டிச்சுற்றின் அலைவுகளின் அதிர்வெண்ணுக்குச் சமமாக அமைய வேண்டும். இந்நிபந்தனைகள் பூர்த்தி செய்யப்படின், இச்சுற்று தொடர்ந்து தடையற்ற அலைவுகளை உருவாக்கும்.

ஒத்திசைவு விளைவு

தூண்ட மின்மறுப்பின்(inductive reactance) அளவும் தேக்க மின்மறுப்பின்(capacitive reactance) அளவும் சரிசமமாக இருக்கும்பொழுது , ஒத்திசைவு(resonance) ஏற்படுகிறது. இச்சமயத்தின்போது உள்ள அதிர்வெண்ணே ஒத்திசைவு அதிர்வெண்(resonant frequency) ஆகும்.

தொட்டிச்சுற்றின் கோண அதிர்வெண்,

$\omega _{0}={1 \over {\sqrt {LC}}}$

இங்கு L என்பது ஹென்றிகளில்(H) கூறப்படும் தூண்டம், C என்பது ஃபாரட்களில்(F) கூறப்படும் தேக்கம்.

எனவே அலைவெண்ணின் அளவு ஹெர்ட்ஸ்களில் (Hz) ,

$f_{0}={\omega _{0} \over 2\pi }={1 \over {2\pi {\sqrt {LC}}}}.$

தொட்டிச்சுற்றுகள் வடிப்பான்களாகப் பயன்படுவதோடு மட்டுமின்றி (தூண்டம்/தேக்கம்) தகவு, சுற்றினுடைய தரக்காரணியையும்(Q-factor) தேர்திறனையும்(selectivity) தீர்மானிக்கக்கூடியதாகவும் திகழ்கிறது.

கால ஆட்களம்

கிர்க்காஃப் விதிகள்

தூண்டி-தேக்கி சுற்று

கிர்க்காஃபின் மின்னழுத்த விதியின்படி மின் தூண்டிக்கும் தேக்கிக்கும் குறுக்கே உள்ள மின்னழுத்தங்களின் குறியியல் கூட்டுத்தொகை சுழியத்திற்குச் சமம்.

$V_{C}+V_{L}=0.\,$

கிர்க்காஃபின் மின்னோட்ட விதியின்படி சுற்றில் பாயும் மின்னோட்டம் ஒன்றே.

$i_{C}=i_{L}.\,$

மேலும்,

$V_{L}(t)=L{\frac {di_{L}}{dt}}\,$ மற்றும்

$i_{C}(t)=C{\frac {dV_{C}}{dt}}.\,$

வகைக்கெழுச் சமன்பாடு

மாற்றியமைத்தல் மற்றும் பதிலீடு செய்தல் மூலம் நாம் இரண்டாம் வரிசை வகைக்கெழுச் சமன்பாடு ஒன்றை அடைகிறோம்.

${\frac {d^{2}i(t)}{dt^{2}}}+{\frac {1}{LC}}i(t)=0.\,$

கோண அதிர்வெண்ணானது $\omega _{0}={1 \over {\sqrt {LC}}}$ என்று இருப்பதால், மேலிருந்த வகைக்கெழுச் சமன்பாட்டை ${\frac {d^{2}i(t)}{dt^{2}}}+\omega _{0}^{2}i(t)=0.\,$ என்று எழுதமுடிகிறது.

இதற்குத் தொடர்புடைய பல்லுறுப்புக்கோவை, $s^{2}+\omega _{0}^{2}=0$

எனவே, $s=+j\omega _{0}\,$ $s=-j\omega _{0}\,$

இங்கு j வானது கற்பனைப் பகுதி ஆகும்.

தீர்வு

இச்சமன்பாட்டிற்குத் தீர்வு,

$i(t)=I_{0}\cos(\omega _{0}t+\phi ).\,$

$V(t)=L{\frac {di}{dt}}=-\omega _{0}LI_{0}\sin(\omega _{0}t+\phi )\,$

தொடக்கநிபந்தனைகள்

மேலே உள்ள தீர்விற்கான தொடக்கநிபந்தனைகள் இவையே.

$i()=I_{0}\cos(\phi ).\,$

$V(t=0)=L{\frac {di}{dt}}(t=0)=-\omega _{0}LI_{0}\sin(\phi ).\,$

தொட்டிச்சுற்றின் பயன்பாடுகள்

தொட்டிச்சுற்றின் ஒத்திசைவு விளைவு குறிகை முறைவழியாக்கத்திலும்(signal processing) தொலைத்தொடர்பு அமைப்புகளிலும்(comunication systems) மிகுந்த பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளது.

தொட்டிச்சுற்றின் முக்கியப் பயன்பாடு வானொலி அலைச்செலுத்திகளையும்(transmitters) அலைப்பெறுவிகளையும்(receivers) இசைவித்தலே ஆகும். உதாரணத்திற்கு, நாம் ஒரு குறிப்பிட்ட நிலையத்திற்கு வானொலியை இசைவித்தால் , தொட்டிச்சுற்று அக்குறிப்பிட்ட சுமப்பி அலைவெண்ணில் ஒத்ததிர்வை உண்டாக்குகிறது.

பக்கவிணைப்பு ஒத்திசைவுச் சுற்று மின்னோட்டப் பெருக்கத்திற்கும் தொடரிணைப்பு ஒத்திசைவுச் சுற்று மின்னழுத்தப் பெருக்கத்திற்கும் உதவுகின்றன.

மேலும், பக்கவிணைப்பு ஒத்திசைவுச் சுற்றுகள் ரேடியோ அலை மின்பெருக்கியில் மின் சுமைத் தடங்கல்களாகப்(load impedance) பயன்படுத்தப்படுகின்றன. ஒத்திசைவு அலைவின்போது உயர்ந்த மின் தடங்கலினால் பெருக்கியினுடைய ஈட்டத்தின்(gain) அளவு அதிகபட்சமாக உள்ளது.

தொடரிணைப்பு மற்றும் பக்கவிணைப்பு ஆகிய இருவகை ஒத்திசைவுச் சுற்றுகளும் தூண்டல்முறை வெப்பமாக்கலில்(induction heating) பயன்படுகின்றன.

தொட்டிச்சுற்றுகள் மின்னணு ஒத்திசைவியாகச் செயல்படுவதால் , இவை பல பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளது.

• அலைப்பெருக்கிகள்
• அலையியற்றிகள்
• வடிப்பான்கள்
• கலப்பிகள்
• இசைப்பிகள்
• பொசுற்றசீலியர்வேறுபிரிகருவிகள்(Foster-Seeley discriminator)
• வரைவியல் சிறு மேசைகள்(Graphics tablets)
• தொடர்பற்ற அட்டைகள்(Contactless cards)
• மின்னணுப் பொருள் கண்காணிப்பு(Electronic Article Surveillance)