Inductor-condensator "tank" Circuit

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• Oscilloscoop
• Assortiment niet-gepolariseerde condensatoren (0,1 µF tot 10 µF)
• Stap-down transformator (120V / 6 V)
• 10 kΩ weerstanden
• Zes volt batterij

De transformator wordt eenvoudig als een inductor gebruikt, met slechts één aangesloten wikkeling. De ongebruikte wikkeling moet open blijven. Een eenvoudige ijzeren kern, enkelvoudige spoel (ook wel bekend als een choke ) kunnen ook worden gebruikt, maar dergelijke inductoren zijn moeilijker te verkrijgen dan vermogenstransformatoren.

KRUISVERWIJZINGEN

Lessen in elektrische circuits , Volume 2, hoofdstuk 6:“Resonantie”

LEERDOELSTELLINGEN

• Om te leren hoe je een resonantiecircuit bouwt
• Om de effecten van de grootte van de condensator op de resonantiefrequentie te bepalen
• Om te leren hoe u antiresonantie kunt produceren

SCHEMATISCH DIAGRAM

ILLUSTRATIE

INSTRUCTIES

Als een inductor en een condensator parallel aan elkaar zijn geschakeld en vervolgens kort worden bekrachtigd door verbinding met een gelijkspanningsbron, zullen oscillaties optreden wanneer energie wordt uitgewisseld van de condensator naar de inductor en vice versa. Deze oscillaties kunnen worden bekeken met een oscilloscoop die parallel is geschakeld met het spoel-/condensatorcircuit. Parallelle inductor-/condensatorcircuits zijn algemeen bekend als tankcircuits .

Belangrijke opmerking: Ik raad tegen aan gebruik van een pc/geluidskaart als oscilloscoop voor dit experiment omdat zeer hoge spanningen door de inductor kunnen worden gegenereerd wanneer de batterij wordt losgekoppeld (inductieve "kickback"). Deze hoge spanningen zullen zeker de ingang van de geluidskaart beschadigen, en misschien ook andere delen van de computer.

De natuurlijke frequentie van een tankcircuit, de resonantiefrequentie . genoemd , wordt bepaald door de grootte van de inductor en de grootte van de condensator, volgens de volgende vergelijking:

Veel kleine stroomtransformatoren hebben primaire (120 volt) wikkelinductanties van ongeveer 1 H. Gebruik dit cijfer als een ruwe schatting van de inductantie voor uw circuit om de verwachte oscillatiefrequentie te berekenen.

Idealiter gaan de trillingen die door een tankcircuit worden geproduceerd voor onbepaalde tijd door. Realistisch gezien zullen oscillaties in amplitude afnemen in de loop van verschillende cycli als gevolg van de resistieve en magnetische verliezen van de inductor. Inductoren met een hoge "Q"-classificatie zullen natuurlijk duurzamere oscillaties produceren dan inductoren met een lage Q.

Probeer de condensatorwaarden te wijzigen en noteer het effect op de oscillatiefrequentie. U kunt ook veranderingen in de duur van oscillaties opmerken vanwege de grootte van de condensator. Aangezien u weet hoe u de resonantiefrequentie uit inductantie en capaciteit kunt berekenen, kunt u een manier bedenken om de inductorinductantie te berekenen op basis van bekende waarden van de circuitcapaciteit (zoals gemeten door een capaciteitsmeter) en de resonantiefrequentie (zoals gemeten door een oscilloscoop)?

Weerstand kan opzettelijk aan het circuit worden toegevoegd - in serie of parallel - met het uitdrukkelijke doel om oscillaties te dempen. Dit effect van weerstandsdempende oscillatie van tankcircuits staat bekend als antiresonantie . Het is analoog aan de werking van een schokdemper bij het dempen van het stuiteren van een auto na het raken van een hobbel in de weg.

COMPUTERSIMULATIE

Schema met SPICE-knooppuntnummers:

R_verdwaald wordt in het circuit geplaatst om oscillaties te dempen en een meer realistische simulatie te produceren. Een lagere R_verdwaalde waarde veroorzaakt oscillaties met een langere levensduur omdat er minder energie wordt gedissipeerd. Het elimineren van deze weerstand uit het circuit resulteert in eindeloze oscillatie.

Netlist (maak een tekstbestand met de volgende tekst, letterlijk):

tankcircuit met verlies l1 1 0 1 ic=0 rstray 1 2 1000 c1 2 0 0.1u ic=6 .tran 0.1m 20m uic .plot tran v(1,0) .end 

GERELATEERD WERKBLAD:

• Resonantie-werkblad
• Werkblad passieve filtercircuits
• Werkblad oscillatorcircuits