¿Cómo medir experimentalmente la amortiguación en los circuitos RLC?

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Sé que hay métodos para determinar teóricamente el factor de amortiguamiento y el factor de calidad en los circuitos RLC. Ecuaciones como

$$ \ zeta = \ frac {R_s} {2} \ sqrt {\ frac {C} {L}} $$

$$ Q = \ frac {1} {2 \ zeta} $$

Me puede decir todo sobre el comportamiento de amortiguación en un circuito determinado, sin embargo, me gustaría encontrar la amortiguación experimentalmente. He investigado un poco y sé que puedo encontrar experimentalmente algunos factores que ayuden a formular un gráfico de amortiguamiento, pero quisiera métodos más directos.

¿Es posible usar un osciloscopio y probar el capacitor para ver la señal de CA real?

Estoy abierto a utilizar una amplia gama de métodos.

Gracias de antemano.

    

2 respuestas

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¿Es posible usar un osciloscopio y probar el capacitor para ver la señal de CA real?

Si lo es. El desafío es hacer la medición de manera que el circuito RLC no esté perturbado. La resonancia en un circuito RLC es la energía eléctrica que viaja de un lado a otro entre el inductor y el condensador. Obviamente, esa energía solo debe disiparse ("escapando" del circuito) a través de la R en el circuito RLC, no a través de la configuración de medición.

Ayuda si la cantidad de energía involucrada en la resonancia es mayor. Por lo tanto, medir un circuito RLC con C = 1 nF y L = 10 uH (resuena a 10 MHz) será más difícil que C = 100 nF y L = 1m H (resuena a 100 kHz).

La sonda de un osciloscopio (¡use una sonda 10: 1 adecuada!) tendrá una cierta capacitancia de entrada, generalmente alrededor de 15 a 20 pF. Asegúrese de que la C de su circuito sea significativamente mayor que eso y que la capacidad de la sonda no sea un problema.

La resistencia de entrada de 10 Mohm de la sonda (estamos usando un recordatorio de sonda de 10: 1) no debería ser un problema ya que la R en su circuito RLC está obligado a tener órdenes de magnitud más bajas.

Entonces, ¿cómo conseguimos algo de energía en el circuito RLC?

Es posible utilizar un solo uso de una fuente de alimentación externa (una batería haría) y permitir el encendido mediante un interruptor:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

El resistor R2 está ahí para limitar la corriente cuando se presiona SW1. Depende de los valores utilizados en su circuito RLC que funcionará mejor. Siéntete libre de experimentar!

Supongo que estarías usando un osciloscopio digital, luego puedes activarlo al inicio de la resonancia (ten en cuenta que la tensión será negativa, puedes activarlo).

    
respondido por el Bimpelrekkie
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Con Fc la frecuencia de resonancia LC, puede:

  • Emita el circuito con una onda cuadrada de frecuencia mucho menor que Fc.

Cada borde de la onda cuadrada producirá un timbre en descomposición exponencial, es decir, verá la respuesta transitoria , y sabrá si está amortiguado o sonando (no está bien).

Luego, puedes medir el factor Q observando cómo decae el timbre. Si resuelve la ecuación diferencial del circuito, obtendrá un seno en descomposición exponencial. Mida la caída entre un pico y otro pico un poco más tarde, también mida el tiempo (o el número de períodos) y puede calcular Q.

  • Bode plot

Puede usar un analizador de red o, en LF, simplemente puede usar una tarjeta de sonido y algún programa de audio gratuito para trazar la respuesta de frecuencia de su circuito cuando es excitado por una fuente de una impedancia conocida. Luego, lea esta pregunta:

Frecuencia de resonancia del diagrama de Bode

Nota: en ambos casos, asegúrese de tener en cuenta la impedancia de salida del generador de señal.

    
respondido por el peufeu

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