LC oscilátor

Pomůcky

• Měřicí souprava ISES, modul voltmetr nastavený na rozsah 10 V a připojený na vstup A,
• dělič napětí 1:10, zdroj stejnosměrného napětí,
• rozkládací cívka s jádrem 500+500 závitů a elektronická stavebnice SEG.

Úkoly

1. Změřit kmity paralelního rezonančního obvodu.
2. Použít tento obvod v LC oscilátoru s tranzistorem.

Teorie

Paralelní rezonanční obvod je po vybuzení zdrojem tlumených kmitů. Připojíme-li tento obvod na zdroj napětí, vytvoří se v cívce magnetické pole. Po odpojení zdroje se v cívce indukuje napětí opačné polarity, na které se nabíjí kondenzátor. Jakmile indukované napětí na cívce poklesne, začne se kondenzátor vybíjet zpět do cívky a v cívce se začne vytvářet magnetické pole opačného směru. Když napětí na kondenzátoru poklesne a tím se zmenší vybíjecí proud, cívka reaguje opět indukcí napětí opačné polarity. Celý děj se opakuje na rezonančním kmitočtu dle vztahu

 .

Na LC obvodu se vytváří střídavé napětí sinusového průběhu, jehož amplituda se každým kmitem zmenšuje. Zmenšování amplitudy je způsobeno ztrátami energie v obvodu, ztrátami na odporu vinutí cívky, v jádře cívky a ztrátami v kondenzátoru. Kmity, jejichž amplituda se zmenšuje, nazýváme tlumené.

Tlumené kmity LC obvodu využíváme při konstrukci oscilátoru. Existuje velké množství různých zapojení, protože LC oscilátor se používá v elektrotechnice od jejich počátků. Generované napětí má sinusový průběh s velkou stabilitou kmitočtu. My použijeme jedno z tzv. tříbodových zapojení typu „Hartley“, kde obvod LC je připojen ve třech bodech k tranzistorovému zesilovači. Tranzistor dodává kmitavému obvodu „správné porce energie“ ve správný čas, aby se tlumené kmity změnily v netlumené s konstantní amplitudou.

Nastavení

Načteme soubor tlumkmt.imc: čas 0,1 s, vzorkování 10 000 Hz, trigger ↓, pretrig 10 %, panel č. 1 napětí +5 V; −5 V.

Provedení

Stejnosměrný zdroj připojíme přes spínač na cívku 1000 závitů s vloženým otevřeným železným jádrem tvaru U a paralelně připojeném kondenzátoru 4 μF. Modul voltmetr připojíme paralelně k cívce a kondenzátoru – viz schématické zapojení.

Na zdroji nastavíme napětí asi 0,5 V, sepneme spínač a jemným doladěním výstupního napětí nastavíme odebíraný proud na 50 mA. Spustíme měření a rozepneme spínač. Na obrazovce se objeví zaznamenaný průběh tlumených kmitů. Naměřený průběh si zvětšíme na celou obrazovku pomocí lupy . Otevřeme okno pro zpracování výsledků měření . Odečteme maximální amplitudu kmitů pomocí tlačítka klouzavého odečtu . Změříme frekvenci tlumených kmitů tak, že po kliknutí myší na tlačítko měření frekvence táhneme stopu při stisknutém levém tlačítku myši přes několik period naměřeného signálu. Stopa musí být „uvnitř“ průběhu a projít větší množství period. Frekvenci změříme nejméně ve třech bodech a aritmetický průměr zapíšeme do tabulky. Na magnetický obvod cívky přiložíme druhý díl železného jádra tvaru I a změříme opět frekvenci kmitů a hodnoty zapíšeme do tabulky.

Sestavíme obvod oscilátoru dle následujícího schématického zapojení.

Cívku a kondenzátor použijeme z předchozího zapojení. Modul voltmetr opět připojíme paralelně k cívce a kondenzátoru, ale tentokrát pomocí děliče 1:10. Potenciometr v bázi tranzistoru nastavíme na nejmenší napětí, jezdec je u záporného pólu zdroje. Připojíme zdroj napětí nastavený na 10 V a pomalu zvyšujeme napětí na bázi tranzistoru, až se zvětší proudový odběr obvodu skokem asi na 50 mA. To znamená, že oscilátor začal kmitat a můžeme měřit.

Protokol

Název: LC oscilátor
Pomůcky:
Teorie:
Vypracování:

Do tabulky zapište hodnotu maximální amplitudy a frekvence tlumených kmitů pro cívku s otevřeným i uzavřeným jádrem. Do dalšího řádku zapište amplitudu a frekvenci netlumených kmitů oscilátoru. Spočítejte aritmetický průměr frekvence a ze známé hodnoty kapacity 4 μF hodnotu indukčnosti cívky s otevřeným i uzavřeným jádrem ze vztahu

 .

	U  [V]	f  [Hz]	L  [H]
Otevřený mag. obvod
Uzavřený mag. obvod
Oscilátor

Vyhodnocení měření:

Porovnejte frekvence tlumených kmitů a kmitů oscilátoru stejného obvodu, porovnejte napětí tlumených kmitů a oscilátoru s napětím zdroje, zdůvodněte případné rozdíly. Nezapomeňte, že napětí oscilátoru bylo měřeno s děličem 1:10, takže naměřené hodnoty napětí jsou ve skutečnosti 10× větší.

Výsledky

Název: LC oscilátor
Pomůcky:
Teorie:
Vypracování:

Tlumené kmity:

Maximální napětí je:	-2,82 V
Frekvence s otevřeným mag. obvodem je:	510 Hz	L = 0,024 H
Frekvence s polouzavřeným mag. obvodem je:	390 Hz	L = 0,042 H
Frekvence s uzavřeným mag. obvodem je:	279 Hz	L = 0,081 H

Netlumené kmity:

Frekvence s otevřeným mag. obvodem je:

500 Hz

Webmaster: Jiří Ryzner, poslední aktualizace: 21.7.2014