Резонанс с противоэдс
Цель опыта разогнать ток в резонансном контуре от источника четверть периода от резонансной частоты контура, когда напряжение на емкости сравняется с напряжением на источнике питания, напряжение на катушке при этом станет нулевым, т.к. производная тока равна нулю, в этот момент равенства напряжения источника и контурной емкости, а затем контур разряжается через диод на встречную эдс, равную источнику питания, чтобы сравнить с разрядкой контура без противоэдс при торможении тока.
Для опыта взял две катушки длиною около 8 метров каждая, подключены последовательно для симметричности системы, намотанные в навал эмалированным проводом сечением 0,4 мм. Диаметр намотки около 2,5 см, сердечник использовался от ТВС. Осциллограф без заземления корпуса использовался. Ключ К просто руками провод замыкаю.
Сначала сделаю опыт без противоэдс, нужно выставить время импульса, чтобы оно было четверть периода. Схема показана на рис.1. Все емкости С1, С2 и С3 сначала разряжаются, чтобы не было остаточного заряда и это никак не влияло на измерения.
При напряжении на С1 около 17 В (по мультиметру «V») получил следующую осциллограмму с широким импульсом, где виден весь период колебаний.
Видим ток имеет нулевую производную при примерно 17 В на С3 и в итоге напряжение растет до 30 В в пике, при полной зарядке емкости С3 в резонансе, до 34 В, т.е. до удвоенного значения от источника питания не дотягивает из-за потерь в системе. Как видим, период свободных колебаний резонансного контура составил около 980 мкс.
И теперь выставляю импульс длинною 490 мкс (четверть периода), это около 2,45 делений по оси «у» осциллографа (по времени). И получаю вот такой график, напряжение на С1 тоже в районе 17 В при замыкании ключа К.
Как видим время разрядки контура (после отключения транзистора) снижается как минимум в два раза и емкость С3 заряжается до 21 В примерно, вся это явно в зоне закона сохранения энергии.
Уберу сопротивление шунта Rш из схемы, чтобы уменьшить потери и посмотрю напряжение на С1 осциллографом, как показано на рис.4. Как оказалось мультиметр «V» через себя разряжает конденсатор С1, поэтому он был убран из схемы и срабатывание ключа К производилось через 5 секунд после зарядки емкости С1 и С2.
Ниже полученный график.
Как видим, побольше напряжение на С3 получаем.
А дальше проверю работу схемы на противоэдс, на заряженный конденсатор С2, как показано на рис.6.
Если сравним рис.5 и рис.7, то заметим, что в случае противоэдс при торможении тока в катушке получаем меньшую зарядку С3 в пике, что говорит о том, что закон сохранения энергии работает, часть энергии запасенной в катушке переходит в энергию С3.
И посмотрим напряжение на С2.
Как видим, чуда не произошло, при встречной эдс при торможении тока выполняется закон сохранения энергии, если и можно получить дополнительную энергию за счет противоэдс и резонанса, то только на синусоидальном сигнале, где нет резкого удара, как в данном опыте, где к катушке резко прикладывается при торможении удвоенное напряжение источника.