Circuito “tanque” inductor-capacitor

PIEZAS Y MATERIALES

• Osciloscopio
• Surtido de condensadores no polarizados (0,1 µF a 10 µF)
• Transformador de potencia reductor (120 V / 6 V)
• Resistencias de 10 kΩ
• Batería de seis voltios

El transformador de potencia se utiliza simplemente como inductor, con un solo devanado conectado. El devanado no utilizado debe dejarse abierto. Un inductor de un solo devanado de núcleo de hierro simple (a veces conocido como estrangulador ) también se pueden utilizar, pero estos inductores son más difíciles de obtener que los transformadores de potencia.

REFERENCIAS CRUZADAS

Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 2, capítulo 6:"Resonancia"

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

• Para aprender a construir un circuito resonante
• Para determinar los efectos del tamaño del capacitor en la frecuencia resonante
• Para aprender a producir antirresonancia

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

ILUSTRACIÓN

INSTRUCCIONES

Si un inductor y un condensador se conectan en paralelo entre sí y luego se energizan brevemente mediante la conexión a una fuente de voltaje de CC, se producirán oscilaciones a medida que se intercambia energía del condensador al inductor y viceversa. Estas oscilaciones pueden verse con un osciloscopio conectado en paralelo con el circuito inductor / capacitor. Los circuitos de inductor / condensador en paralelo se conocen comúnmente como circuitos de tanque .

Nota importante: Recomiendo contra usando una PC / tarjeta de sonido como osciloscopio para este experimento porque el inductor puede generar voltajes muy altos cuando se desconecta la batería (“retroceso” inductivo). Estos altos voltajes seguramente dañarán la entrada de la tarjeta de sonido y quizás también otras partes de la computadora.

La frecuencia natural de un circuito de tanque, llamada frecuencia de resonancia , está determinada por el tamaño del inductor y el tamaño del condensador, de acuerdo con la siguiente ecuación:

Muchos transformadores de potencia pequeños tienen inductancias de bobinado primario (120 voltios) de aproximadamente 1 H. Utilice esta figura como una estimación aproximada de la inductancia de su circuito para calcular la frecuencia de oscilación esperada.

Idealmente, las oscilaciones producidas por un circuito de tanque continúan indefinidamente. Siendo realistas, las oscilaciones decaerán en amplitud en el transcurso de varios ciclos debido a las pérdidas resistivas y magnéticas del inductor. Los inductores con una alta calificación "Q" producirán, por supuesto, oscilaciones más duraderas que los inductores de bajo Q.

Intente cambiar los valores de los condensadores y observe el efecto en la frecuencia de oscilación. También puede notar cambios en la duración de las oscilaciones, debido al tamaño del capacitor. Ya que sabe cómo calcular la frecuencia resonante a partir de la inductancia y la capacitancia, ¿puede encontrar una manera de calcular la inductancia del inductor a partir de valores conocidos de capacitancia del circuito (medidos por un medidor de capacitancia) y frecuencia resonante (medidos por un osciloscopio)?

La resistencia se puede agregar intencionalmente al circuito, ya sea en serie o en paralelo, con el propósito expreso de amortiguar las oscilaciones. Este efecto de la oscilación del circuito del tanque de amortiguación de la resistencia se conoce como antirresonancia . Es análogo a la acción de un amortiguador al amortiguar el rebote de un automóvil después de golpear un bache en la carretera.

SIMULACIÓN DE COMPUTADORA

Esquema con números de nodo SPICE:

R _extraviado se coloca en el circuito para amortiguar las oscilaciones y producir una simulación más realista. Un menor R _desviado El valor provoca oscilaciones de mayor duración porque se disipa menos energía. Eliminar esta resistencia del circuito da como resultado una oscilación sin fin.

Netlist (crea un archivo de texto que contenga el siguiente texto, literalmente):

 circuito de tanque con pérdida 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 

HOJA DE TRABAJO RELACIONADA:

• Hoja de trabajo de resonancia
• Hoja de trabajo de circuitos de filtro pasivo
• Hoja de trabajo de circuitos osciladores