Feszültségrezonancia

Kísérletező kedvű gyermekkoromból mind a mai napig borzongva emlékszem arra a napra, amikor egy jó előre felderített, karácsonyi ajándékba kapott elektromos játékcsengő valódi meglepetést okozott. Eleinte azt hittem, hogy az angyalok bosszújáról van szó, amiért időnek előtte felkutattam az ajándékokat, de a többszöri ismétlést követő csapásokat elszenvedve rádöbbentem, hogy itt valami általam ismeretlen, talán még felfedezésre váró jelenséggel van dolgom. Az ügy kapcsán Nobel szagot szimatoltam, de mai ismereteimmel már világos, hogy csak az addigra már rég felfedezett önindukcióval volt dolgom.

Magyarázandó a csodát az történt ugyanis, hogy amikor a csengőben lévő nagyméretű induktivitás két vége még a kezemben volt, és közben a telepet már levettem a csengőről, az áramkör megszakadását követő önindukciós feszültség intézte ellenem a hatalmas csapásokat.

Az önindukció következményeként azonban, nemcsak ilyen egyszerű esetekben léphet fel a telepfeszültségnél nagyobb feszültség egy áramkörben, hanem, mint azt a feszültségrezonancia esetében is kimérhetjük, váltakozó áramú áramkörök esetében is találkozhatunk valami hasonló meglepetéssel. Magyarán szólva transzformátor nélkül is kicsiholhatunk egy áramkörből akár 12V -ot is oly módon, hogy a rendszert csak egy 3V generátor táplálja. A dolog természetesen nem megy magától, hisz szükségeltetik hozzá még egy jó nagy kondenzátor és egy jól megválasztott frekvencia összjátéka. Komolyabbra fordítva a szót, lássuk a tanterveink szerint általában már csak kiegészítő anyagként tárgyalható feszültségrezonancia elméleti alapjait!

Fontos figyelmeztetés: E mérés elvi alapjai sokkal részletesebben megtalálhatóak bármelyik szakkönyvben, vagy tankönyvben! E rövid kis elméleti összefoglaló célja csupán annyi, hogy felsorolja a téma ismeretéhez nélkülözhetetlen fogalmakat.

A soros RLC kör

Soros RLC áramkör (1.ábra) esetében az áramkör eredő impedanciája felírható a összefüggés alapján. A korábbiak alapján már tudjuk hogy is frekvenciafüggő, így található egy olyan frekvencia, amely esetében fennállhat, hogy Ebben az esetben az áramkör eredő impedanciája R, amely felfogható a tekercs vezetékének ohmos ellenállásaként is. Az áramkörön keresztülpumpálható áram nagysága tehát csak a generátor feszültségétől és belső ellenállásától, és a soros RLC áramkör ohmos ellenállástól függ. 1. ábra A tekercsen és a kondenzátoron pedig a soros kapcsolás következtében az előbbi módon meghatározható áram folyik keresztül. Ily módon a generátor feszültségétől függetlenül olyan nagy effektív feszültég keletkezhet ezeken az elemeken, amely többszöröse is lehet a generátor feszültségének. A tekercsen a feszültség tehát A kondenzátoron ilyenkor természetesen hasonló nagyságú a feszültség, csak a fázisa nagyjából ellentétes a tekercsen kialakult feszültséghez képest. Az esetet már az előzőekben is említett esetben állíthatjuk elő.

Kivitelezés

Készítsük el az 1. ábrán látható kapcsolási rajznak megfelelően a vizsgálni kívánt rezgőkört! Az egyik mérőzsinórral csatlakozzunk a hangkártya hangszóró kimenetéhez! 2. ábra Erről a kimenetről vehetjük le a generátor programban beállított teljesen zárt vasmag és C=1uF esetén kb. 93 Hz frekvenciájú szinuszos feszültséget. A másik mérőzsinórral csatlakozzunk a hangkártya Line In bemenetéhez, és az áramkör azon két pontjához, amelyeken vizsgálni szeretnénk a jelalakokat! Amennyiben mindent jól készítettünk el 2.ábra segítségével, akkor a 3. ábrán láthatóhoz hasonló jelalakok jelennek meg, a virtuális oszcilloszkóp képernyőjén, ahol a CH1 csatorna a tekercs kapcsain mérhető feszültséget (zöld) mutatja, míg az kondenzátoron mérhető feszültség CH3 virtuális csatornán képződik. 3. ábra A generátor jele a CH2 csatornán mérhető a feszültsége, a korábbiakban már letöltött virtuális laboratóriumunk mérőeszközeivel.

Dr. Piláth