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共振タンク回路の構築:インダクタ、コンデンサ、実践的洞察

部品と材料

トランスはインダクタとしてのみ機能します;未使用巻線は開放のままに。専用チョークがあれば代用可能ですが、ホビーキットではチョークは珍しいです。

参考文献

『Lessons In Electric Circuits』第2巻 第6章:「Resonance(共振)」

学習目標

回路図

共振タンク回路の構築:インダクタ、コンデンサ、実践的洞察

イラスト

共振タンク回路の構築:インダクタ、コンデンサ、実践的洞察

手順

インダクタとコンデンサを並列接続。DC電源(電池)でネットワークを短時間励磁。蓄積エネルギーがコンデンサの電界とインダクタの磁界の間を往来し、減衰振動を生成。タンク両端に接続したオシロスコープで波形を観察。

安全上の注意:PCやサウンドカードをオシロスコープとして使用しないでください。誘導キックバックで感度の高いオーディオ入力を簡単に破損する電圧が発生します。

タンク回路の自然(共振)周波数は以下で与えられます:

共振タンク回路の構築:インダクタ、コンデンサ、実践的洞察

多くの小型パワートランスでは、一次巻線インダクタンスは約1Hです;これを出発点として発振周波数を推定してください。高Qインダクタほど振動が長く持続します。

コンデンサ値を変えて実験してください。結果の周波数シフトと減衰時間を記録。既知の静電容量(メータ測定値)と測定共振周波数(オシロスコープから)があれば、式を変形してインダクタンスを求められます:

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

意図的な抵抗——直列でも並列でも——を追加するとアンチレゾナンスが導入され、車のショックアブソーバーのように振動を減衰させます。

コンピュータシミュレーション

共振タンク回路の構築:インダクタ、コンデンサ、実践的洞察

回路図には現実の損失を模擬する迷い抵抗(Rstray)が含まれます。Rstrayを下げると減衰が遅くなり、除去すると永久発振します。

SPICEシミュレーション用ネットリスト

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

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