Induktor-Kondensator-„Tank“-Schaltung

TEILE UND MATERIALIEN

• Oszilloskop
• Sortiment an unpolarisierten Kondensatoren (0,1 µF bis 10 µF)
• Abwärtstransformator (120V / 6 V)
• 10 kΩ Widerstände
• Sechs-Volt-Batterie

Der Leistungstransformator wird einfach als Induktivität verwendet, wobei nur eine Wicklung angeschlossen ist. Die unbenutzte Wicklung sollte offen bleiben. Ein einfacher Eisenkern-Einzelwicklungsinduktor (manchmal auch als Drossel bekannt ) können ebenfalls verwendet werden, aber solche Induktivitäten sind schwieriger zu beschaffen als Leistungstransformatoren.

QUERVERWEISE

Lektionen in Stromkreisen , Band 2, Kapitel 6:„Resonanz“

LERNZIELE

• Um zu lernen, wie man einen Resonanzkreis baut
• Um die Auswirkungen der Kondensatorgröße auf die Resonanzfrequenz zu bestimmen
• Um zu lernen, wie man Antiresonanz erzeugt

SCHEMATISCHES DIAGRAMM

ILLUSTRATION

ANLEITUNG

Werden eine Induktivität und ein Kondensator parallel geschaltet und dann durch Anschließen an eine Gleichspannungsquelle kurzzeitig erregt, kommt es zu Schwingungen beim Energieaustausch von Kondensator zu Induktivität und umgekehrt. Diese Schwingungen können mit einem Oszilloskop betrachtet werden, das parallel zur Induktor/Kondensator-Schaltung geschaltet ist. Parallele Induktor-/Kondensator-Schaltungen sind allgemein als Schwingkreise bekannt .

Wichtiger Hinweis: Ich empfehle dagegen Verwenden Sie für dieses Experiment einen PC/Soundkarte als Oszilloskop, da durch die Induktivität beim Abklemmen der Batterie sehr hohe Spannungen erzeugt werden können (induktiver „Kickback“). Diese hohen Spannungen werden sicherlich den Eingang der Soundkarte beschädigen und möglicherweise auch andere Teile des Computers.

Die Eigenfrequenz eines Schwingkreises, genannt Resonanzfrequenz , wird durch die Größe der Induktivität und die Größe des Kondensators gemäß der folgenden Gleichung bestimmt:

Viele kleine Leistungstransformatoren haben Primärwicklungsinduktivitäten (120 Volt) von ungefähr 1 H. Verwenden Sie diese Zahl als grobe Schätzung der Induktivität für Ihre Schaltung, um die erwartete Oszillationsfrequenz zu berechnen.

Idealerweise dauern die von einem Schwingkreis erzeugten Schwingungen unbegrenzt an. Realistischerweise nehmen Schwingungen aufgrund der ohmschen und magnetischen Verluste der Induktivität im Verlauf mehrerer Zyklen in ihrer Amplitude ab. Induktivitäten mit einem hohen „Q“-Wert erzeugen natürlich länger anhaltende Schwingungen als Induktivitäten mit niedrigem Q.

Versuchen Sie, die Kondensatorwerte zu ändern und den Effekt auf die Oszillationsfrequenz zu notieren. Aufgrund der Kondensatorgröße können Sie auch Änderungen in der Dauer der Schwingungen feststellen. Da Sie wissen, wie man die Resonanzfrequenz aus Induktivität und Kapazität berechnet, können Sie eine Möglichkeit finden, die Induktivität der Induktivität aus bekannten Werten der Schaltungskapazität (gemessen mit einem Kapazitätsmesser) und der Resonanzfrequenz (gemessen mit einem Oszilloskop) zu berechnen?

Dem Stromkreis kann absichtlich ein Widerstand hinzugefügt werden – entweder in Reihe oder parallel – mit dem ausdrücklichen Zweck, Schwingungen zu dämpfen. Dieser Effekt der widerstandsdämpfenden Schwingung des Schwingkreises wird als Antiresonanz bezeichnet . Es ist analog zur Wirkung eines Stoßdämpfers, das Aufprallen eines Autos nach dem Aufprall auf eine Bodenwelle zu dämpfen.

COMPUTER-SIMULATION

Schema mit SPICE-Knotennummern:

R_verirrt wird in die Schaltung eingebaut, um Schwingungen zu dämpfen und eine realistischere Simulation zu erzeugen. Ein niedrigerer R_Streuner Wert führt zu langlebigeren Schwingungen, da weniger Energie verbraucht wird. Das Eliminieren dieses Widerstands aus der Schaltung führt zu einer endlosen Oszillation.

Netzliste (erstellen Sie eine Textdatei mit dem folgenden Text, wörtlich):

Tankkreis mit Verlust 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 

VERWANDTES ARBEITSBLATT:

• Resonanz-Arbeitsblatt
• Arbeitsblatt für passive Filterschaltungen
• Arbeitsblatt Oszillatorschaltungen