Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

 

Overview

מקור: יונג פ. חן, PhD, המחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה, המכללה למדע, אוניברסיטת פרדו, מערב לאפייט, IN

קבלים (C), משרים (L) ונגדים (R) הם כל אחד מרכיב מעגל חשוב עם התנהגויות שונות. נגד מפיץ אנרגיה ומציית לחוק אוהם, כאשר המתח שלו פרופורציונלי לזרם שלו. קבל מאחסן אנרגיה חשמלית, כאשר הזרם שלה פרופורציונלי לקצב השינוי של המתח שלו, בעוד משרן מאחסן אנרגיה מגנטית, כאשר המתח שלה פרופורציונלי לקצב השינוי של הזרם שלו. כאשר אלמנטים מעגליים אלה משולבים, הם יכולים לגרום לזרם או למתח להשתנות עם הזמן בדרכים שונות ומעניינות. שילובים כאלה משמשים בדרך כלל לעיבוד אותות חשמליים תלויי זמן או תדר, כגון במעגלי זרם (AC) מתחלפים, מכשירי רדיו ומסננים חשמליים. ניסוי זה מדגים את ההתנהגויות תלויות הזמן של מעגלי הנגד-קבל (RC), נגד-משרן (RL) ומעגלי קבלי משרן (LC). הניסוי ידגים את ההתנהגויות החולפות של מעגלי RC ו- RL באמצעות נורה (נגד) המחוברת בסדרה לקבל או משרן, בעת התחברות (והפעלת) ספק כוח. הניסוי גם מדגים את ההתנהגות המתנדנדת של מעגל LC.

Principles

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

שקול נגד (עם התנגדות R) בסדרה של קבל (עם קיבוליות C), יחד מחובר למקור מתח (עם יציאת מתח V), כפי שמתואר באיור 1. אם מקור המתח מופעל בזמן t = 0, זרם תלוי זמן i(t) יתחיל לזרום במעגל, דרך הנגד R. זרם זה ידוע גם בשם "זרם הטעינה" עבור הקבל, כפי שהוא "זורם לתוך" הקבל(כלומר,מביא מטענים הפוכים ללוחות הנגדיים על הקבל) לפתח V טיפת מתח תלוי זמןC על פני הקבל. מאז המתח הכולל V מהיצע המתח משותף בין ירידת המתח על פני הנגד (שהוא R) וכי על פני הקבל (VC):

Equation 1(משוואה 1)

בהתחלה (t = 0, מיד לאחר שאספקת המתח מופעלת עם יציאת V), לקבל לא הייתה הזדמנות לפתח מתח כלשהו, ולכן VC(t = 0) = 0, ו (על פי משוואה 1), i(t = 0) = V / R. ככל שהזמן יתקדם, החיובים יצטברו על הקבל ו- Vc יגדל, וכך אני(t) יקטן. יתר על כן, חיובים אלה נוטים להדוף חיובים נוספים המגיעים לקבל(כלומר,בניגוד לתהליך הטעינה). לאחר פרק זמן מספיק, תהליך טעינה זה מפסיק, ולכן אני(t→∞) = 0 ו- Vc(t→) = V. משמעות הדבר היא כי הקבל הוא עכשיו טעון במלואו (או שיש את המתח המלא V ממקור המתח יורד על פני זה), לא יותר זרימות זרם, ואת הקבל מתנהג כמתג פתוח במצב טעון מלא, יציב זה. באופן כללי, קבל מבצע יותר עבור תדר גבוה יותר או זרם ארעי, בעוד שהוא מבצע פחות או בכלל לא עבור תדר נמוך יותר או מצב יציב (DC) זרם.

ניתן לפתור את הזרם המלא, התלוי בזמן וכמותי i(t) על-ידי:

Equation 2(משוואה 2)

איפה

Equation 3  (משוואה 3)

ידוע בשם "קבוע זמן RC" עבור מעגל "RC", ומאפיין באופן כללי את סולם הזמן לתגובה של מעגל RC (כאן השינוי בזרם) על שינוי חולף בקלט (כאן ההפעלה של אספקת המתח). זרם תלוי זמן כזה כפי שניתן על ידי משוואה 2 מתואר באיור 1.

במקרה זה, זמן RC מייצג גם את סולם הזמן האופייני לטעינת הקבל. זהו סולם הזמן לפירוק קבל, כלומר, אם קבל טעון במלואו (עם מתח V) מחובר ישירות לנגד כדי ליצור מעגל סגור (המתאים להחלפת אספקת המתח באיור 1 על ידי חוט קצר), אז הזרם הזורם דרך הנגד יהיה שוב בעקבות משוואה 2.

ניתוח אנלוגי יכול להתבצע עבור נגד בסדרה של משרן, או מעגל "RL" כגון זה המוצג באיור 2. עם זאת, ההתנהגות של משרן היא הפוכה מזה של קבל, במובן זה המשרן פועל טוב יותר בתדר נמוך יותר (עבור מצב יציב הנוכחי המשרן פועל כחוט קצר עם התנגדות קטנה), אבל מתנהל הרבה פחות בתדירות גבוהה יותר או במצב ארעי (כי משרן תמיד מנסה להתנגד לשינוי הנוכחי שלה). כתוצאה מכך, ה- i(t)הנוכחי שיזרום במעגל ה- RL המוצג באיור 2 לאחר סגירת המתג בזמן t = 0 (או החלפת אספקת המתח לפלט של V) יהיה:

Equation 4(משוואה 4)

איפה

Equation 5(משוואה 5)

שהוא סולם הזמן האופייני הכללי לתגובה (כאן השינוי בזרם) של מעגל ה- RL על שינוי ארעי בקלט (כאן ההפעלה של ספק המתח). הערה כאן, i(t = 0) = 0, מכיוון שבתחילה הזרם דרך המשרן (שהוא אותו זרם דרך הנגד) לא קיבל הזדמנות לשנות מערך האפס ההתחלתי שלו (לפני שאספקת המתח מופעלת), והמשרן מנסה להתנגד לכל שינוי פתאומי בזרם שלו. לאחר שהמעגל מגיע למצבו היציב, הזרם כבר לא משתנה עם הזמן, ואז המשרן מתנהג כחוט קצר, ואכן אני(t→∞) = V / R על פי משוואה 4. אופן פעולה זה (הזרם עולה מ- 0 ומתקרב ל- V/R באופן אקספוננציאלי) מתואר באיור 2,ושימו לב שהוא הפוך מהתנהגות מעגל ה-RC(משוואה 2 ואיור 1,כאשר הזרם יורד מ-V/R ומתפורר ל-0 באופן אקספוננציאלי).

תלות הזמן המעריכי במעגל RC או RL קשורה לאופיו המתפזר של הנגד. לעומת זאת, מעגל "LC" שבו קבל מחובר ישירות למשרן עם התנגדויות זניחות, כגון זה המוצג באיור 3a, יציג התנהגות מתנדנדת או "מהדהד". איור 3a מתאר קבל, טעון בתחילה כדי לקבל טיפת מתח V, המחוברת למשרן (ללא זרם דרכו בתחילה) בזמן t = 0. ניתן להראות כי המתח הבא על הקבל (אותו על המשרן) יהיה תלות הזמן התנודה הבאה (sinusoidal):

Equation 6(משוואה 6)

איפה

Equation 7(משוואה 7)

הוא "תדר התנודה" או "תדר מהדהד" (כאן, התדירות מתייחסת לתדר הזוויתי) של מעגל ה- LC. הזרם דרך המשרן הוא:

Equation 8(משוואה 8)

הקבל פולט תחילה דרך המשרן (VC(t) פוחת ו- i(t) עולה). כאשר ωt מגיע π/2, הקבל משוחרר במלואו (VC = 0) והזרם המרבי זורם במשרן. לאחר מכן הקבל נטען שוב (על ידי הזרם הזורם במשרן) לתוך הקוטביות ההפוכה (VC(t) מגיע -V כאשר ωt מגיע π), ולאחר מכן משחרר שוב (משוחרר באופן מלא כאשר ωt מגיע 3π/2) ונטען לקוטביות המקורית של VC = V כאשר ωt מגיע 2π. המחזור חוזר על עצמו עם התקופה בזמן (t) של,

Equation 9

התנהגות תנודה כזו, המתוארת באיור 3b, תואמת גם את הקבל והמשרן מחליף אנרגיה אלקטרומגנטית זה בזה (קבל מאחסן אנרגיה בשדה החשמלי עקב ירידת המתח, ומשרן מאחסן אנרגיה בשדה המגנטי בשל הזרם). במצב האידיאלי של אין התנגדות (ולכן אין התפוגגות) במעגל, התנודה יכולה להימשך ללא הגבלת זמן. בנוכחות התנגדות מסוימת (פיזור), למשל במעגל המוצג באיור 3c, הידוע גם כמעגל "RLC", תנודה כזו תיפגע (אם אין אספקת חשמל חיצונית), המתוארת באיור 3d, ולאחר פרק זמן מספיק הן המתח והן הזרם יגיעו לאפס.

Figure 1

איור 1: דיאגרמה המציגה מעגל RC, עם נגד (R) בסדרה עם קבל (C), המחובר לאספקת מתח באמצעות מתג. זרם תלוי זמן מייצג (שניתן על-ידי משוואה 2) מתואר מעל האיור.

Figure 2

איור 2: דיאגרמה המציגה מעגל RL, עם נגד (R) בסדרה עם משרן (L), המחובר לאספקת מתח באמצעות מתג. זרם תלוי זמן מייצג (שניתן על-ידי משוואה 4) מתואר מעל האיור.

Figure 3

איור 3: (א)דיאגרמה המציגה מעגל LC, כאשר משרן (L) מחובר עם קבל (C) במעגל סגור. (ב)מתח תלוי זמן מייצג ב הקבל, המציג תנודה לא חותמת (ניתנת על ידי משוואה 6). (ג)דיאגרמה המציגה מעגל LC עם התנגדות לסדרה (R), הידוע גם כמעגל RLC. (ד)מתח תלוי זמן מייצג על הקבל עבור המעגל המוצג ב -( c), מראה תנודה מעומעמת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Procedure

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. שימוש באוסילוסקופ

  1. להשיג אוסצילוסקופ, נורה קטנה (עם התנגדות R של כמה Ω), מתג, ואספקת מתח DC (או לחילופין סוללת V 1.5).
  2. חברו את המעגל כפי שמוצג באיור 4, כשהמתג פתוח. החיבורים בניסוי זה יכולים להתבצע באמצעות כבלים, מלחציים או תקעים בננה כדי לקבל יציאות במכשירים.
  3. בחר את קנה המידה האנכי של האוסצילוסקופ לטווח הקרוב ל- 1 V. בחר את סרגל הזמן של האוסצילוסקופ לטווח הקרוב ל- 1 s.
  4. סגור את המתג (ובכך להפעיל את הנורה). שים לב לנורה כמו גם את העקבות ("צורת גל") על מסך האוסצילוסקופ. האוסצילוסקופ, המחובר במקביל לנורה, ימדוד את המתח על פני הנורה, ומתח זה פרופורציונלי לזרם דרך הנורה.
  5. עכשיו לפתוח את המתג שוב (ובכך לכבות את הנורה). שוב להתבונן הנורה, כמו גם את העקבות ("צורת גל") על מסך האוסצילוסקופ.
  6. חזור על השלבים 1.4 ו- 1.5, במידת הצורך.

Figure 4

איור 4: דיאגרמה המציגה נורה המחוברת לאספקת מתח באמצעות מתג. אוסצילוסקופ מחובר במקביל לנורה כדי למדוד את המתח שלה (פרופורציונלי לזרם).

2. מעגל RL

  1. להשיג משרן עם אינדוקציה L של 1 מיליהנרי (mH).
  2. חבר את המשרן בסדרה לנורה (עם האוסצילוסקופ המחובר במקביל לנורה), ולאספקת המתח עם מתג פתוח, כפי שמוצג באיור 5a.
  3. סגור את המתג. שים לב לנורה כמו גם את צורת הגל על האוסצילוסקופ.
  4. פתח את המתג. השגו נורה נוספת (מאותו סוג של הנורה הראשונה) וחברו אותה במקביל לנורה הראשונה, כפי שמוצג באיור 5b.
  5. חזור על שלב 2.3 (סגור את המתג), והתבונן בנורות ובאוסילוסקופ.

Figure 5

איור 5: תרשים המציג מעגל RL, עם נורה אחת ( א) או שתי נורות מקבילות (ב) הפועלות כנגד (R). אוסצילוסקופ מחובר במקביל לנורות כדי למדוד את המתח על פני הנורות, פרופורציונלי לזרם הכולל.

3. מעגל RC

  1. השג קבל עם קיבוליות של 1 פאראד (F).
  2. חברו את הקבל בסדרה עם הנורה (המחוברת במקביל לאוסצילוסקופ), ויחד לאספקת המתח עם המתג הפתוח, כפי שמוצג באיור 6a. זה מתאים למעגל דומה המוצג באיור 5a המחובר בשלב 2.2, למעט עם המשרן שהוחלף על-ידי הקבל.
  3. סגור את המתג. שים לב לנורה כמו גם את צורת הגל על האוסצילוסקופ.
  4. פתח את המתג. חברו את הנורה השנייה במקביל לנורה הראשונה, כפי שמוצג באיור 6b.
  5. חזור על שלב 3.3 (סגור את המתג), והתבונן בנורות ובאוסילוסקופ.

Figure 6

איור 6: תרשים המציג מעגל RC, עם נורה אחת ( א) או שתי נורות מקבילות ( ב) הפועלות כנגד (R). אוסצילוסקופ מחובר במקביל לנורות כדי למדוד את המתח על פני הנורות, פרופורציונלי לזרם הכולל.

3. מעגל LC

  1. חבר משרן של 8 mH בסדרה עם מתג פתוח אחר (#2 מתג) וביחד במקביל לקבל 10 μF, כפי שמוצג באיור 7. סגור את הבורר #1 כדי לטעון את הקבל. אין נורות משמשות בחלק זה של הניסוי.
  2. חברו את האוסצילוסקופ במקביל הקבל, כפי שמוצג באיור 7.
  3. עכשיו לפתוח את מתג #1, ולאחר מכן מיד גם לסגור #2 מתג. שים לב לאוסצילוסקופ.

Figure 7

איור 7: דיאגרמה המציגה משרן (L) עם מתג המחובר במקביל לקבל (C), המהווה חלק ממעגל RC מסדרה הנלמד באיור 6. האוסצילוסקופ מחובר כעת במקביל לשרן כדי למדוד את המתח שלו.

נגד 'R', משרן 'L', וקבל 'C' הם אלמנטים מעגליים בסיסיים, כל אחד עם תכונות שונות שהם הבסיס של כל המכשירים החשמליים המודרניים.

נגד הוא מרכיב חשמלי שמפיג אנרגיה, בדרך כלל בצורה של חום. לעומת זאת, קבל מאחסן אנרגיה בשדה חשמלי, ומשרן מאחסן אנרגיה בשדה מגנטי.

כאשר נגדים, קבלים ומשרים מחוברים זה לזה, המעגלים מציגים תגובות תלויות זמן ותדירות שימושיות לעיבוד אותות AC, מכשירי רדיו, מסננים חשמליים ויישומים רבים אחרים.

וידאו זה ימחיש את ההתנהגויות של קבל נגד ומעגל משרן נגדים, ויראה את התנודות במעגל קבלי משרן עם אובדן אנרגיה התנגדותי קטן.

בואו נלמד כיצד זרם ומתח מתנהגים במעגלים הכוללים נגדים, משרים וקבלים.

ראשית, בואו נדבר על מעגל של נגד בסדרה עם קבל, שנקרא מעגל RC. כאשר המתג סגור, היציאה של מקור המתח מוחלת על שני הרכיבים והזרם מתחיל לזרום. כמו, הקבל הוא בתחילה לא טעון, יש לו אפס מתח על פני מסופיו. לפיכך, כל היציאה של מקור המתח מופיעה על פני הנגד והזרם הוא בערך המקסימלי שלו.

אם נסתכל על התוויית המתח והזרם כנגד הזמן, בתחילה VR שווה למתח המקור המתח על פני הקבל 'VC' הוא אפס והזרם הוא בשיאו. ככל שהזרם טוען את הקבל, 'VC' גדל. בתגובה, מציאות מדומה יורדת ולכן גם הזרם יורד, בהתאם לחוק אום. בסופו של דבר מתח הנגד הוא אפס וזרימת הזרם נעצרת.

ניתוח דומה אפשרי עבור מעגל RL המורכב נגד בסדרה עם משרן. ברגע שהמתג נסגר, זרימת המטען הפתאומית יוצרת שדה מגנטי במשרן, והמתח 'VL' שלו שווה למתח המקור. כתוצאה מכך, VR הראשוני הוא אפס ולכן הזרם הראשוני הוא גם אפס.

עכשיו, כדי לעקוב אחר השינויים, בואו נסתכל על מתח וגרפים נוכחיים כמו קודם. עם הזמן ככל שמתח המשרן פוחת, המתח על פני הנגד עולה ולכן הזרם גם עולה. בסופו של דבר, מתח המשרן הוא אפס, כל יציאת מקור המתח היא על פני הנגד, והזרם הוא בערך המקסימלי שלו.

הריקבון של ארעי זרם ומתח במעגלי RC ו- RL נגרמת על ידי פיזור אנרגיה בנגד. לעומת זאת, מעגל LC, שיש לו קבל המחובר למשרן, באופן אידיאלי אין התנגדות או אובדן אנרגיה, ומפגין התנהגות שונה מאוד.

אם הקבל במעגל זה טעון למתח V ולאחר מכן מחובר משרן, אנרגיה חשמלית המאוחסנת הקבל מועברת אל המשרן ומומרת לאנרגיה מגנטית. לאחר מכן המשרן מעביר את האנרגיה שלו בחזרה לקבל ואז התהליך מתהפך עם הזרם הזורם בכיוון ההפוך, תהליך זה חוזר ללא הגבלת זמן והמתח על פני כל רכיב מתנדנד סינוסואידית עם הזמן.

מעגל RLC כמו זה מוסיף נגד למעגל LC. תנודות בתצורה זו לעמעמות כי הנגד מתפזר אנרגיה במהלך כל מחזור. בסופו של דבר התנודות מפסיקות כאשר המתח והזרם מתפורר לאפס.

עכשיו שהסברנו את היסודות של מעגלי RC, RL ו- LC, בואו נסתכל על ההתנהגויות שלהם במעבדה.

להשיג אוסצילוסקופ, נורה קטנה עם התנגדות של כמה אוהם, מתג ואספקת מתח DC או סוללה 1.5 וולט. להרכיב מעגל זה ולהשאיר את המתג פתוח.

בחר את קנה המידה האנכי של האוסצילוסקופ ל- 1 וולט לכל חטיבה ואת סרגל הזמן לשניה אחת לכל חלוקה. מאוחר יותר ייתכן שיהיה צורך להתאים הגדרות אלה לצפייה אופטימלית של אותות במהלך הבדיקות השונות.

סגור את המתג כדי להפעיל חשמל על הנורה.

מכיוון שהנורה פועלת כמו נגד, הזרם דרכו פרופורציונלי למתח. כפי שמראה מעקב האוסצילוסקופ, הנורה מתבהרת באופן מיידי כאשר המתג נסגר ומחשיך באופן מיידי כאשר המתג נפתח.

להרכיב את המעגל כפי שמוצג עם קבל פאראד 1 בסדרה עם הנורה. שים לב כי האוסצילוסקופ מודד מתח על פני הנגד. השאר את המתג פתוח עד לתחילת הבדיקה.

סגור את המתג ושים לב לנורה ולעקבות האוסצילוסקופ. הנורה זוהרת לזמן קצר לפני החשיכה מכיוון שההחלמה עוברת זרם כאשר המתח משתנה לפתע, כאשר המתג נסגר. ככל שהזמן מתקדם, הזרם דרך המעגל נרקב עקב התנגדות הנורה והקיבול.

פתח את המתג ושנה את המעגל על-ידי חיבור נורה שנייה במקביל לראשון.

שוב סגור את המתג. שים לב גם לנורות וגם לעקבות האוסצילוסקופ. שתי הנורות המקבילות נדלקות ונכבו מהר יותר מהנורה הבודדת. הסיבה לכך היא ההתנגדות המקבילה של שתי נורות הוא קטן יותר מאשר ההתנגדות של נורה אחת. למעגל המתקבל יש ירידה קצרה יותר בזרם ותגובה מהירה יותר.

להרכיב מעגל זה עם משרן הנרי 1 מילי בסדרה עם הנורה. השאר את המתג פתוח עד לתחילת הבדיקה.

סגור את המתג ושים לב לנורה ולעקבות האוסצילוסקופ. הנורה לוקחת כמות קטנה של זמן כדי להפעיל כי המשרן מוליך זרם קטן כאשר המתח משתנה פתאום, כמו כאשר המתג נסגר.

ככל שהזמן מתקדם, הזרם של המשרן - וכי דרך הנורה מתקרב לרמת מצב יציבה. פתח את המתג וחבר נורה שנייה במקביל לראשון.

שוב סגור את המתג. שים לב גם לנורות וגם לעקבות האוסצילוסקופ. שתי הנורות המקבילות נדלקות וניצאו לאט יותר מהנורה הבודדת. הסיבה לכך היא ההתנגדות המקבילה של שתי נורות הוא קטן יותר מאשר ההתנגדות של נורה אחת.

להרכיב מעגל זה עם קבל פאראד 10 מיקרו, ומשרן הנרי 8 מילי, יחד עם oscilloscope מחובר על פני הקבל. סגור את מתג 1 כדי לטעון את הקבל ולהשאיר את מתג 2 פתוח עד תחילת הבדיקה.

פתח את מתג 1 כדי לנתק את מקור המתח מהמעגל. סגור את מתג 2 ושים לב לאוסצילוסקופ. מתח המשרן מתנדנד ועשוי להראות כמה שיכוך שנגרם על ידי ההתנגדות הקטנה של החוטים במעגל. תקופת התנודה היא בסדר של שניות מילי, אשר עולה בקנה אחד עם הזמן הצפוי בהתבסס על ערכי הקיבול וההתנגדות.

נגדים, קבלים ומשרן הם רכיבים פשוטים, אך מעגלי ה- RC, ה- RL וה- LC המשתמשים בהם הם בעלי התנהגויות מורכבות, המאפשרות יישומים רבים בעיבוד אותות אלקטרוניים, מעגלי תזמון ומסננים.

בדוגמה זו, החוקרים השתילו משדרי רדיו תת עוריים בעכברים כדי לחקור את לחץ הדם כשהם נעים בחופשיות. מקלטי רדיו משתמשים בדרך כלל במעגלי קבלי משרן כדי לבחור תדר מסוים מהפס הרחב של גלי רדיו יורטו, או RF, אנרגיה. התדירות הנכונה נושאת את המידע הרצוי להגברה ועיבוד נוסף על ידי אלקטרוניקה נוספת במקלט.

אלקטרואנצפלוגרפים מודדים פעילות חשמלית במוח. אלקטרודות שהונחו מעל הקרקפת קולטות אותות ברמת מיליוולט על פני טווח תדרים רחב. מעגלי RC, RL ו- LC הם חלק מהמסננים המפחיתים הפרעות חשמליות וחפצים, ובכך מסייעים ברכישת נתונים משמעותיים.

הרגע צפיתם בהקדמה של JoVE להתנהגות תלוית הזמן של מעגלים באמצעות נגדים, קבלים ומשרן. כעת עליך להבין את היסודות של מעגלי RC, RL ו- LC, וכיצד מעגלים אלה שונים זה מזה. תודה שצפיתם!

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

בשלב 1, הנורה תכבה ותכבה באופן "מיידי" בעת הסגירה (שלב 1.4) ותפתח (בשלב 1.5) את המתג. עקבות אוסצילוסקופ מייצגים מוצגים באיור 8.

עבור שלב 2.3, לאחר סגירת המתג, ניתן לראות כי זה לוקח כמות קטנה אך מורגש של זמן עבור הנורה להפעיל (במקום באופן מיידי כמו בשלב 1). כאשר נעשה שימוש בשתי נורות מקבילות (שלב 2.5), לוקח זמן רב יותר עד שהנורות נדלקות בהשוואה למקרה הקודם (שלב 2.3). הסיבה לכך היא ששתי הנורות המקבילות נותנות התנגדות קטנה יותר (R), ולכן זמן ארוך יותר קבוע τL = L / R עבור מעגל RL (שים לב כי קבוע הזמן לא יכול להיות בדיוק כפול כי שתי הנורות לא יכול להיות בדיוק את אותן התנגדויות, וייתכן שיש התנגדויות לא זניחות אחרות במעגל). עקבות מייצגים באוסילוסקופ עבור שני המקרים מוצגים באיור 9. סולם הזמן "מדליק" הנמדד על האוסצילוסקופ הוא ~ ms והוא עולה בקנה אחד עם הזמן הקבוע הצפוי τL בהתבסס על הערכים של אינדוקציה והתנגדות נורה.

עבור שלב 3.3, לאחר סגירת המתג, ניתן לראות כי הנורה תזהר לזמן קצר לפני שתגוסד. כאשר נעשה שימוש בשתי נורות מקבילות (שלב 3.5), לוקח זמן קצר יותר עד שהנורות מתות בהשוואה למקרה הקודם (שלב 3.3). הסיבה לכך היא ששתי הנורות המקבילות נותנות התנגדות קטנה יותר (R), ולכן קבוע זמן RC קצר יותר τ = RC. עקבות מייצגים באוסילוסקופ עבור שני המקרים מוצגים באיור 10. סולם הזמן "מדליק" של ~ 1 s עולה בקנה אחד עם הזמן הקבוע הצפוי בהתבסס על הערכים של קיבוליות והתנגדות נורה.

בשלב 4.3, מתח תנודותי כמו אלה המתוארים באיור 3b, ניתן לראות תלת-ממד על האוסצילוסקופ. ניתן להבחין בפגיעה מסוימת בתנודה בשל ההתנגדות הסופית של החוטים המחברים את המעגל. תקופת התנודה, בסדר אלפיות השניה, עולה בקנה אחד עם תקופת תנודות ה- LC הצפויה (2π) Equation 10 בהתבסס על ערכי הקיבול וההתנגדות.

Figure 8
איור 8: עקבות אוסצילוסקופ מייצגים (או "צורות גל") שניתן לראות בניסוי המתואר באיור 4, כאשר המתג סגור או נפתח, ומדידת המתח על פני נורה המחוברת ישירות לאספקת מתח.

Figure 9
איור 9: עקבות אוסצילוסקופ מייצגים (או "צורות גל") שניתן לראות כאשר המתג נסגר בניסוי המתואר באיור 5, המודד את המתח על פני נורה המחוברת בסדרה של משרן ואספקת מתח.

Figure 10
איור 10: עקבות אוסצילוסקופ מייצגים (או "צורות גל") שניתן לראות כאשר המתג נסגר בניסוי המתואר באיור 6, המודד את המתח על פני נורה המחוברת בסדרה של קבל ואספקת מתח

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Applications and Summary

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

בניסוי זה הדגמנו את התגובה תלוית הזמן (דליקה וכיבוי מעריכית) במעגלי RC או RL, וכיצד שינוי ההתנגדות משפיע על קבוע הזמן. הדגמנו גם את התגובה המתנדת במעגל LC.

מעגלי RC, RL ו- LC הם אבני בניין חיוניות ביישומי מעגלים רבים. לדוגמה, מעגלי RC ו- RL משמשים בדרך כלל כמסננים (תוך ניצול העובדה כי קבלים נוטים לעבור אותות בתדר גבוה אך חוסמים אותות בתדר נמוך, בעוד ההפך נכון עבור משרים). הם גם שימושיים לעיבוד אותות חשמליים, למשל, לוקח את הנגזרת או אינטגרל של אות חשמלי. מעגל ה- LC הוא דוגמה פשוטה למעגל "מתנד" חשמלי או למעגל תהודה והוא מרכיב נפוץ במעגלים המשמשים למגברים, כוונון רדיו וכו '.

מחבר הניסוי מכיר בסיועו של גארי הדסון להכנת חומר וצ'ואנחסון לי על כך שהדגים את הצעדים בסרטון.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter