Rušička na bázi rezonančního obvodu RLC

Zpráva

jurassEb · #1 Příspěvek od **jurassEb** » 13 led 2016, 00:41

Dobrý ded,
především chci ujistit, že nechci nikoho rušičkou rušit, spíše mě to zajímá tak teoreticky, hlavně zdaž-li se můj simulační počítačový program nemýlí.

V aplikaci Circuit simulator napsané v Javě jsou různá schémata zapojení a jedno se jmenuje "Inductive kickback". Jedná se o RLC obvod v serii s baterií, kde nejprve je spínačem v sepnutém stavu nabita cívka, a poté jeho rozepnutím je obvod sepnut s kondenzátorem.

Protože jsem skoro laik, kromě toho že se dá nabíjet cívka (sice mám elektro průmku ale přísahám - nikdy jsem o tom neslyšel), mě zaujalo i to, jak vysoké napětí se v tomto obvodě dá získat, simulátor ukazuje i desítky kV, v závislosti na frekvenci a malém odporu.

Co mi le příjde ještě zvláštnější, tak zjištění, že v cívkce mi stačí pár milihenry a i přesto simulační program ukazuje vysílací výkon ve stovkách Wattů. Jasně, záleží na tom, jak malý je odpor R, nevím na kolik až se dá v praxi snížit.

No a když jsem se o to víc zajímal, tak jsem zjisil, že je dovolen vysílací výkon někde okolo 0.5W a přitom z tohoto jednoduchého zařízení jdou získat stovky W a to z napájení pouhých 5V.

Chápu to správně, že se to dá použít v podstatě jako rušička, a že je to schopné zahltit nastavenou frekvenci na kilometry daleko?

ZdenekHQ · #2 Příspěvek od **ZdenekHQ** » 13 led 2016, 00:51

Teorie, ideální součástky a praxe je velký rozdíl. Nastav si v parametrech cívky i její odpor, omez proud cívkou na úroveň, kterou je schopný normální zdroj dodat a výsledky spadnou klidně i o 6-10 řádů, pokud se počítalo s extrémními hodnotami...

#3 Příspěvek od **EKKAR** » 13 led 2016, 01:16

A hlavně uvažuj, že pokud v tom LC obvodu nemáš zpětnou vazbu a další aktivní prvek, kterým by se do LC kmitavýho obvodu v dlaších kmitech doplňovala energie sežraná na konto ztrát, jedná se o obvod s TLUMENÝM KMITÁNÍM - to znamená, že po prvotním obřím rozkmitu, trvajícím polovinu periody T jsou každej další "půlkmit" mnohem nižší a nižší = vrcholky celkem spolehlivě kopírujou exponenciální křivku. Takže ten výkon, kterej by podle amplitudy prvotního půlkmitu odpovídal stovkám wattů i víc, takovej obvod vysílá ve skutečnosti jen zlomek sekundy - a mimo jiný, právě tahle vyslaná energie může za to, že bez dalšího doplnění energie má ten obvod taky vysoký ztráty ...

ZdenekHQ · #4 Příspěvek od **ZdenekHQ** » 13 led 2016, 01:38

EKKAR píše:... a mimo jiný, právě tahle vyslaná energie může za to, že bez dalšího doplnění energie má ten obvod taky vysoký ztráty ...

Tohle je trošku tenkej led, to bych jako hlavní důvod neuváděl. Cívka si svoje pole velmi ráda podrží, stejně jako kondík svoji polarizaci...

Většina ztrát vzniká při "přelévání" energie mezi cívkou a kondíkem na odporu vinutí cívky, popř. svodu kondíku. Kdyby to byly supravodiče, bude to kmitat třeba týden, stejně jako se udrží indukované vířivé proudy v supravodiči po dobu týdnů. V běžném kovu zaniknou po pár desítkách us.

jurassEb · #5 Příspěvek od **jurassEb** » 13 led 2016, 02:45

Aha tak asi to nebude vážně tak horké, zkoušel jsem obvod kde se odpojí zdroj a přepojí se to čistě na RLC s R=10 Ohmů a vysílací výkon je už rapidně nižší, nicméně kmitá to několik vteřin.

Pro 5V zdroj, cívku 10mH, kondík 10pF a odpor 10 Ohm to dá vysílací výkon nějakých 0.5W a asi 10 kV. Obdobně když tam zdroj nechám a R dám 100 Ohmů.

Tak nic no, velká světová sabotáž se supercívkou se nekoná

#6 Příspěvek od **mtajovsky** » 13 led 2016, 15:08

ZdenekHQ píše:Tohle je trošku tenkej led ...

Tak ani snad není. Tlumení kmitavého obvodu je dáno celkovými ztrátami:
- celkový činný odpor v obvodu
- ztráty přemagnetování případného jádra
- dielektrické ztráty v kondenzátoru
- vyzařovaná energie

Záleží na konstrukci, jaký díl ztrát připadá na vyzařování, pokud bude navázána anténa, tak docela značný.

Ani kmitavý obvod ze supravodičů není výjimkou, ten taky vyzařuje. Jenom se podíl vyzářeného výkonu na celkovém tlumení výrazně zvýší, jelikož ztráty v činném odporu jdou limitně k nule (odpor se sníží na méně než 10^−26 Ω m). To samotná supravodivá cívka, to je jiné kafe. Nevyzařuje a uzavřená si drží proud i pole.

ZdenekHQ · #7 Příspěvek od **ZdenekHQ** » 13 led 2016, 19:00

Ano. Tak taky počítá ten teoretickej algoritmus, pak mu vychází nesmyslný čísla. Nejspíš tam mají přidanou i nějakou minimální ztrátu / odpor , jinak by ten výpočet taky mohl padat na singularity a podobný matematický lahůdky.

Dielektrický ztráty a ztráty v jádru jsem tady vůbec neuvažoval, a zůstal mě logicky jako nejvíc ztrátový činný odpor obvodu.

Jsem houby teoretik, jdu na to čistě praktickou úvahou, takže klidně přiznám chybu.

Taky není přesně definován termín vyzařování v.s. tenký led, pokud jde o tepelné vyzařování, tak samozřejmě souhlasím.

jurassEb · #8 Příspěvek od **jurassEb** » 14 led 2016, 03:54

Zkoušel jsem tu cívku zapojit s kondíkem a nechce se mi to rozkmitat. Cívku jsem udělal z trafodrátu na železném jádře, cca 150 závitů, k tomu jsem udělal alobalový kondenzátor, naměřil jsem mu 4 pF. Na cívku jsem připevnil svorky osciloskopu a nabil jsem ji ze stab. zdroje krátkodobě asi 2A. Po připojení kondíku se mi to nerozkmitá. Zkoušel jsem i tu největší citlivost na horizontální ose, vertikální jsem měl na 10mV, a neukázalo to nic, jakože vůbec nic.

Zkusil jsem k tomu připojit i generátor impulsů a jde vidět, že kondenzátor účinkuje, je to utlumené a někde až u 3 MHz se to začne zvedat, ale max frekvenci mám asi 4MHz. Když kondík odpojím, napětí rázem vyskočí.

Ale prostě rozkmitat se mi to nedaří :-/

EDIT: ok už jsem si přečetl, že cívka by měla být nejlépe vzduchová, z neizolovaného drátu atd., takže to zkusím ještě jendou s takovou cívkou.

jurassEb · #9 Příspěvek od **jurassEb** » 14 led 2016, 05:23

Ok tak nic, já to celé zvoral, špatně jsem pochopil běžící čas v tom programu, celá ta oscilace trvá zlomky sekund.

Není nějaký způsob, jak nechat ten RLC obvod samovolně oscilovat, tak aby ty oscilace neslábly? Jak do toho správně přidávat energii, aniž bych potřeboval střídavý zdoj napětí? Dívám se na obvody a všude je to zapojeno se střídavým zdrojem napětí.

#10 Příspěvek od **EKKAR** » 14 led 2016, 12:25

jurassEb píše:...
Není nějaký způsob, jak nechat ten RLC obvod samovolně oscilovat, tak aby ty oscilace neslábly?...

Jedině celý ponořit do kapalnýho hélia a udržet v teplotě maximálně 4K (= -270°C).
Jinak energii lze oscilačnímu obvodu přidávat / doplňovat i ze stejnosměrnýho zdroje, ale samozřejmě pomocí aktivní spínací/zesilovací součástky - tranzistoru, tyristoru, elektronky ... jsou oscilátory zapojený i s elektromagnetickým spínačem = s relé (říká se jim vibrátory), prostě na výběr toho máš NEÚREKOM!

ZdenekHQ · #11 Příspěvek od **ZdenekHQ** » 14 led 2016, 14:31

jurassEb píše:Ale prostě rozkmitat se mi to nedaří :-/

I samotná cívka bude kmitat. Jenže ten pokles amplitudy je tak rychlej, že ho bez předzesilovače nenaměříš. To, co ty se snažíš vyrobit, to já se snažím ve svých zapojeních potlačit...

Postav si generátor pulsů širokých cca 0.1-1ms s periodou třeba 10ms, tím přes tranzistor budíš cívku a dej za to zesilovač se ziskem alespoň 1000.

#12 Příspěvek od **Bernard** » 14 led 2016, 16:24

jurassEb píše:... Není nějaký způsob, jak nechat ten RLC obvod samovolně oscilovat, tak aby ty oscilace neslábly? ...

Takový způsob je. Slábnutí oscilace způsobuje reálný odpor obvodu, který způsobuje ztráty. Stačí připojit dvojpól s negativním odporem, ten bude kompenzovat ztráty a oscilace pofrčí dál.
Takový pasivní dvojpól s negativním odporem neexistuje, ale dá se nahradit složitějším zapojením (se zdrojem), které má aspoň v určité oblasti charakteristiky záporný dynamický odpor. Třeba tunelová dioda, nebo tzv. lamda-dioda:

ZdenekHQ · #13 Příspěvek od **ZdenekHQ** » 14 led 2016, 16:48

Vypadá to, že jste zrovna objevili oscilátor. :lol:

#14 Příspěvek od **Bernard** » 14 led 2016, 17:37

Na tom přece není nic k smíchu. Pokud má někdo něco pochopit, musí to sám v sobě objevit.

jurassEb · #15 Příspěvek od **jurassEb** » 14 led 2016, 18:21

Bernard píše:
jurassEb píše:... Není nějaký způsob, jak nechat ten RLC obvod samovolně oscilovat, tak aby ty oscilace neslábly? ...

Takový způsob je. Slábnutí oscilace způsobuje reálný odpor obvodu, který způsobuje ztráty. Stačí připojit dvojpól s negativním odporem, ten bude kompenzovat ztráty a oscilace pofrčí dál.
Takový pasivní dvojpól s negativním odporem neexistuje, ale dá se nahradit složitějším zapojením (se zdrojem), které má aspoň v určité oblasti charakteristiky záporný dynamický odpor. Třeba tunelová dioda, nebo tzv. lamda-dioda:

No to je opravdu pěkné zapojení, zkoušel jsem to simulovat a opravdu to funguje, dokonce se s tím dá generovat i skoro-obdelníkový sikgnál. Ten odpor mi vychází nejlíp 1M místo 1k, dělá mi to pěknější sinusoidu a změní to proud na cívkce na sinusový střídavý, s tím 1k mi vyšel průběh proudu trojúhelníkový stejnosměrný.

A co mě na tom příjde zajímavé je, že když jsem si zkoušel simulovat jiné oscilátory, tak mívaly velké ztráty, prostě mi jde v tom programu vidět v animaci kam jde proud, příčemž právě u těch jiných známějších oscilátorů ho jde hodně do uzemění, ale tohle má dost malý odběr.