让LC电磁振荡电路真正振起来，本文主要内容关键词为：电磁振荡论文,电路论文,LC论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
LC电磁振荡是中学物理教学中的常规演示实验，该实验原理简单，电路也不复杂，但在实际教学中利用3234电磁振荡演示器做出的实验并不漂亮。《教学仪器与实验》杂志在2003年第二期刊登了四川绵竹中学陈吉萍老师对该实验的改进意见，本人也有相同看法。现将本人对该实验的研究情况拿出来，供大家讨论。
仔细观察用3234实验装置所做的LC电磁振荡实验，实验现象仅仅是电流表往复运动一次，并且伴随着指针的强烈振动，怀疑电路并没有真正产生正弦振荡，只不过是发生了一次由电流的冲击造成的机械振荡。先后用了不同厂家、不同学校的多套实验装置，重复以上实验，结果均是如此。为了证实这一问题，本人将一台质量较好的3234LC电磁振荡实验装置进行了解剖。（实验样机是浙江嘉兴仪器配件厂1992年的产品）
元件参数实测结果：
线圈电感量L=5H；线圈电阻R[，L]=130Ω；电容器电容量C=1000μF；灵敏电流计为上海银飞的产品，型号是59C2；满程电流I[，M]=±3mA；表头内阻R[，M]=38Ω；根据实测参数计算出：
我们知道，当Q=0.5时，LC电路处于临界状态，现在Q＜0.5，显然该电路确实没有振荡起来。
那么，怎样才能使LC电路振荡起来呢？本人首先对该实验提出了两个必须满足的条件，一是由LC元件组成的振荡电路的振荡频率f应在1Hz左右（因为电路中是采用灵敏电流计指示振荡电流的，当振荡频率高于1Hz后，机械表头的指针由于阻尼作用对电流的变化不能及时的反应）；二是振荡电流的最大值I[，M]不应过多的超过灵敏电流计的量程（电流过大将造成强烈的电流冲击）。
由电磁振荡电路基本关系可知
由①可知，要减少振荡电流，使其不较多的超过灵敏电流计的L[，G]，在工作电压一定的条件下，应该使ρ值较大些；由②可知要使振荡次数多一些，应该尽可能的提高Q值。而提高Q值的途径有二，一是使特性阻抗ρ值尽量的大，二
显然，这是一个很大的电感器，即使我们用一个很大的铁芯将它绕制出来，也不利于课堂教学。看来只有采用折衷方案。分析发现，如果适当增大振荡电流I[，M]，就可通过增大电容器的容量来减小电感器的感量。但特性阻抗会降低，在保持Q值不变的前提下，会要求回路电阻变得很小。我们可通过适当增大绕制线圈的导线截面积来减小回路电阻，另外给灵敏电流计并联分流电阻扩大量程也可部分减小回路电阻。
如果将振荡电流增大到I[，M]=30mA，这时ρ=100Ω，C=1590μF，L=15.9H，若仍取Q=10，那么R[，0]=10Ω，这样就可能让电磁振荡真正振起来。
动手实践：因手边没有较大的铁芯，只好将一台老式的幻灯机的电源变压器拆下来（变压器容量约250VA），除去原来的绕组，用φ=0.61mm的漆包线密绕约2000匝左右（因工作电压很低中间无需绝缘层），测得其电感量约为20H，直流电阻为30Ω，选择一个1000μF的电解电容作为振荡电容。这个振荡电路的工作频率为1.1Hz左右。将灵敏电流计上并联一个4Ω的分流电阻将量程扩大到30mA，同时又将它的内阻降低到了4Ω以下，减小了电流表对回路Q值的影响。连接振荡电路，用3V直流电源供电，指针往复摆动正常，无电流冲击现象，自由振荡有2至3个清晰可辨的周期。至此，验证了上述分析的正确性。
上述实验，因条件所限，没有做到使R[，0]=10Ω左右，效果尚不理想。但采用较大的铁芯、较大截面积的漆包线绕制电感器，实验效果一定会更好。另外，还可以在灵敏电流计上增加由晶体管组成的平衡放大器，以进一步降低电流计的内阻。但这样做会让电流计成为一个有源器件，降低了实验的原始性，值得商榷。