Сборка резонансного контурного колебательного контура: Индуктор, конденсатор и практические идеи

Детали и материалы

• Осциллограф (совместимый с высоким напряжением)
• Неполярные конденсаторы (0,1 мкФ – 10 мкФ)
• Понижающий силовой трансформатор (120 В / 6 В) — используйте только одну обмотку как индуктор
• Резисторы 10 кОм
• 6-вольтовый аккумулятор

Трансформатор функционирует только как индуктор; оставьте неиспользуемую обмотку разомкнутой. Если есть специальный дроссель, он может заменить трансформатор, но дроссели реже встречаются в наборах для хобби.

Перекрестные ссылки

Lessons In Electric Circuits, Volume 2, chapter 6: «Resonance»

Цели обучения

• Построить резонансный контурной колебательный контур
• Понять, как значение конденсатора влияет на резонансную частоту
• Научиться вводить антирезонанс (демпфирование) в цепь

Схема

Иллюстрация

Инструкции

Соедините индуктор и конденсатор параллельно. Кратковременно зарядите сеть источником постоянного тока (аккумулятором). Накопленная энергия перемещается между электрическим полем конденсатора и магнитным полем индуктора, создавая затухающие колебания. Наблюдайте форму волны на осциллографе, подключенном параллельно контуру.

Примечание безопасности: Избегайте использования ПК или звуковой карты в качестве осциллографа. Индуктивный отбой может генерировать напряжения, легко повреждающие чувствительные аудиовходы.

Естественная (резонансная) частота контурного контура задается формулой:

Для многих малых силовых трансформаторов индуктивность первичной обмотки составляет около 1 Гн; используйте это как отправную точку при оценке частоты колебаний. Индукторы с более высоким Q будут поддерживать колебания дольше.

Экспериментируйте, меняя значение конденсатора. Запишите результирующие сдвиги частоты и времени затухания. С известной емкостью (с измерителя) и измеренной резонансной частотой (с осциллографа) можно переставить формулу для нахождения индуктивности:

$$L = \frac{1}{(2\pi f)^2 C}$$

Добавление намеренного сопротивления — последовательного или параллельного — вводит антирезонанс, демпфируя колебания аналогично амортизатору автомобиля.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема включает случайный резистор (R_stray) для имитации реальных потерь. Уменьшение R_stray удлиняет затухание, а его удаление приводит к бесконечным колебаниям.

Нетлист для SPICE симуляции

tank circuit with loss
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

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ

• Resonance Worksheet
• Passive Filter Circuits Worksheet
• Oscillator Circuits Worksheet