Для получения однонаправленного тока в индукторе, необходимо, чтобы сопротивление демпфирующего резистора имело значение в пределах от 100 до 160 Ом.
1.2.4. Исследуем теперь зависимость формы тока в индукторе от ёмкости разрядного конденсатора, при оптимальном демпфирующем сопротивлении. Для каждого значения ёмкости разрядного конденсатора, выбираемому переключателем SA2, находим положение переключателя SA3, соответствующее оптимальному демпфирующему сопротивлению, и снимем осциллограммы выходного сигнала при различных значениях ёмкости разрядного конденсатора.
Для ёмкости 100 пФ результат уже есть на рисунке 7. Результаты для ёмкостей 200 пФ и 500 пФ представлены на рисунках 8 и 9.
Рис. 8. Осциллограмма сигнала в индукторе при разрядной ёмкости 200 пФ и величине демпфирующего сопротивления 96 Ом.
Установки: X = 0,1 мкс/дел, Y = 2 в/дел.
Рис. 9. Осциллограмма сигнала в индукторе при разрядной ёмкости 500 пФ и величине демпфирующего сопротивления 48 Ом.
Установки: X = 0,1 мкс/дел, Y = 2 в/дел.
Как и следовало ожидать, при увеличении разрядной ёмкости длительность импульса возрастает.
1.2.5. В дальнейших экспериментах нам понадобится знать частоты, на которых резонирует индуктор при различных значениях разрядной ёмкости. Для этого снимем осциллограммы при нулевом значении демпфирующего сопротивления. Для ёмкости 100 пФ такая осциллограмма представлена на рисунке 3, осциллограммы для ёмкостей 200 пФ и 500 пФ представлены на рисунках 10 и 11.
Из этих осциллограмм можно оценить период сигнала в индукторе:
- для ёмкости 100 пФ – 70 нс, что соответствует частоте 14,3 МГц;
- для ёмкости 200 пФ – 87,5 нс, что соответствует частоте 11,4 МГц;
- для ёмкости 500 пФ – 140 нс, что соответствует частоте 7,1 МГц;
Собственно, нам не столько нужно знать частоты, сколько длительность однонаправленных импульсов, которые на уровне 20% амплитуды сигнала примерно равны периоду затухающего сигнала при RD = 0.
Рис. 10. Осциллограмма сигнала в индукторе при разрядной ёмкости 200 пФ и величине демпфирующего сопротивления 0 Ом.
Установки: X = 0,1 мкс/дел, Y = 2 в/дел.
Рис. 11. Осциллограмма сигнала в индукторе при разрядной ёмкости 500 пФ и величине демпфирующего сопротивления 0 Ом.
Установки: X = 0,1 мкс/дел, Y = 2 в/дел.
1.2.6. Подведём итог результатам эксперимента.
1). - Мы установили, что в индукторе можно возбудить однонаправленный импульс тока. Для этого необходимо последовательно с индуктором включить демпфирующее сопротивление оптимальной величины.
2). - Для каждой величины разрядной ёмкости существует своя оптимальная величина демпфирующего сопротивления.
3). - Длительность однонаправленного импульса тока может регулироваться величиной ёмкости разрядного конденсатора. При увеличении ёмкости, длительность однонаправленного импульса увеличивается.
1.3. Пока мы не слишком далеко ушли в постановке опытов, рассмотрим способ бесконтактного съёма информации на осциллограф.
Такой способ, при исследовании катушки Теслы, обязателен, поскольку осциллограф имеет большую собственную ёмкость и ёмкостную связь через трансформатор с питающей сетью. При соединении общего провода осциллографа с выводом катушки Теслы, он может конкурировать с заземляющим проводом. Сам по себе осциллограф служит плохим заземлением, но в месте соединения с проводом в катушке Теслы он создаёт для сигнала в проводе ёмкостное сопротивление, которое искажает картину стоячих волн в проводе.
Простейшим прибором для снятия осциллограммы тока в проводе может служить трансформатор тока.
Я намотал трансформатор тока на первом подвернувшемся под руку кольце К17,5х8,2х5 М200НМ тонким монтажным проводом. Вместилось в один слой 24 витка. Для того, чтобы при прохождении тока через продетый в кольцо провод, напряжение на нагрузочном резисторе было таким же, как падение напряжения на измерительном резисторе 3 Ом (см. рисунок 1), нагрузочный резистор должен быть равен 72 Ом. Однако, при подключение резистора такого номинала, напряжение на нём было в 1,5 раза меньше расчётного. Этого следовало ожидать, поскольку на частоте 14 МГц потери в феррите М200НМ велики. Пришлось подобрать резистор для совпадения показаний на выходе трансформатора тока и на измерительном резисторе. В результате нагрузочный резистор оказался равным 110 Ом. Внешний вид трансформатора тока с нагрузочным резистором показан на рисунке 12.
Рис. 12. Трансформатор тока.
Осциллограмма, соответствующая рисунку 7, снятая через трансформатор тока, показана на рисунке 12.
Рис. 13. Осциллограмма сигнала в индукторе при величине демпфирующего сопротивления 164 Ом, снятая через трансформатор тока.
Установки: X = 0,1 мкс/дел, Y = 2 в/дел.
Видно, что фронты сигнала несколько завалены, но для качественного анализа процессов в трансформаторе Теслы это не имеет существенного значения. Зато видно также, что исчезли звоны, вносимые осциллографом, а это гораздо существеннее.
При снижении частоты исследуемого сигнала следует ожидать увеличения его амплитуды, но не более, чем в 1,5 раза. Это необходимо иметь ввиду и, при необходимости, проводить дополнительную калибровку.
Оценим коэффициент передачи трансформатора тока.
Из рисунка 7 следует, что на сопротивлении RI = 3 Ом измеряемый ток вызвал падение напряжения Um = 3,8 В. отсюда, по закону Ома, амплитуда тока в индукторе равна
Im = Um / RI = 3,8 / 3 = 1,27 [A].
Амплитуда того же сигнала, измеренная через трансформатор тока на осциллограмме рис. 13, примерно равна Umтт = 4 В. Тогда коэффициент преобразования Ктт равен
Ктт = Umтт / Im = 4 / 1,27 = 3,16 [В/А].
Для оценки величины тока можно считать, что напряжение на выходе трансформатора в Вольтах численно в три раза больше тока в измеряемой цепи в Амперах. - Делим полученные Вольты на три, получаем Амперы тока в измеряемой цепи.
2. Предварительные эксперименты с катушкой.
Вставим теперь в индуктор катушку. Сначала простую однослойную катушку 1, намотанную проводом сечением 1,5 мм2 в ПВХ - изоляции. Все исходные данные по катушке и результаты измерений и расчётов сведём в таблицу 1.
2.1. Исследуем влияние катушки на форму тока в индукторе. Для этого подключаем индуктор через конденсатор 100 пФ и сопротивление 164 Ом. На осциллографе, подключённом через трансформатор тока, видим осциллограмму тока в индукторе, представленную на рисунке 13.
- Вставляем в индуктор катушку 1, поднимаем индуктор вдоль катушки от самого низа до самого верха катушки, подключаем к выводам катушки заземление, перемещаем в катушке заземлённую дюралевую трубу на всю катушку, с заземлением катушки и/или индуктора, и без него. Видим, что начальный участок осциллограммы тока в индукторе стоит как вкопанный, то есть: