CASSY Lab 195 Oscillatori accoppiati Carica esempio Descrizione dell'esperimento In questo esperimento si confronta lo spettro di frequenza di due oscillatori elettrici accoppiati per mutua induzione con lo spettro di frequenza di un oscillatore elettrico semplice. Applicando la trasformata di Fourier, si trova che la risposta di due oscillatori mutuamente accoppiati si sdoppia in modo simmetrico rispetto a quella di un circuito oscillatore singolo; l'entità di tale sdoppiamento dipende dall'accoppiamento dei due circuiti. Elenco delle apparecchiature 1 1 1 1 2 2 4 1 Sensor-CASSY CASSY Lab Pannello a spina DIN A4 Tasto unipolare STE (n.a.) Condensatori STE, 1 µF, 5 % Bobine di 500 spire Coppie di cavi, 50 cm, rossi e blu PC con Windows 95/98/NT o versioni successive 524 010 524 200 576 74 579 10 578 15 562 14 501 45 Realizzazione dell'esperimento (vedere figura) Montare il primo circuito oscillante come indicato in figura. La tensione ai capi del condensatore viene misurata attraverso l'ingresso B di Sensor-CASSY. All'inizio dell'esperimento, si carica il condensatore mediante il generatore di tensione S. L'innesco dell'oscillazione si ottiene escludendo il generatore di tensione S con il pulsante. Montare a parte il secondo oscillatore. Per accoppiare i due oscillatori, mettere le rispettive bobine una accanto all'altra. Nota 196 CASSY Lab Al posto del tasto unipolare si può usare il relè R. In questo modo, durante la commutazione, si può generare un segnale parassita che disturba l'oscillazione per qualche istante. Esecuzione dell'esperimento • • • • • • Carica settaggi Mediante il generatore di tensione S, caricare il condensatore ad una tensione UB1 di circa 9.5 V. Avviare la misura con F9 (il software attende il segnale di trigger). Chiudere il circuito oscillante con il tasto (si genera il segnale di trigger). Per accoppiare i due oscillatori, mettere le loro bobine una accanto all'altra. Avviare la misura con F9 (il software attende il segnale di trigger). Chiudere il circuito oscillante con il tasto (si genera il segnale di trigger). Valutazione dei risultati Nel caso di un solo oscillatore, si ottiene un'oscillazione armonica smorzata. L'oscillazione accoppiata consiste in un battimento avente lo stesso inviluppo e la stessa frequenza di oscillazione. Con un solo oscillatore, lo Spettro di Frequenza presenta un solo massimo per cui la frequenza si può determinare come centro del picco. Con due oscillatori accoppiati, la frequenza si sdoppia simmetricamente in due righe di frequenza diversa. L'ampiezza delle due righe è esattamente la metà della riga generata da un solo oscillatore, l'intervallo che le separa dipende dall'accoppiamento. Dalle equazioni differenziali di due circuiti accoppiati noto il coefficiente di accoppiamento k (0 ≤ k < 1), si possono calcolare le due frequenze naturali ω1 ed ω2 date da In particolare, la frequenza di oscillazione del circuito accoppiato è uguale a e quindi un valore praticamente uguale a quello di un circuito singolo (per piccoli valori di k). Nota Lo sdoppiamento in due picchi uguali è possibile solo con oscillatori perfettamente identici. A causa della tolleranza delle induttanze L e dei condensatori C, questo non si verifica quasi mai.