¿Hay alguna forma inteligente de usar un capacitor variable pequeño donde se requiere una capacitancia mayor?

Estoy diseñando una actividad en la que los estudiantes deben pasar una canción para encontrar un mensaje oculto a 1000 Hz.

Problema

He considerado usar un filtro de muesca y un circuito de tanque , pero usando la fórmula

F = 1 2 π L C
No puedo alcanzar el rango de 1000 Hz con mi capacitor variable. ¿Hay alguna forma inteligente de lograr un circuito para filtrar 1000 Hz y usar mi capacitor variable para sintonizar?


A mi disposición:

  • Un capacitor variable (20-350pF)
  • Varios valores de capacitores que van desde 100pF a 220uF. (Puedo encontrar más si es necesario)
  • Inductores que van desde 250uH a 3mH
  • El viaje al trabajo el fin de semana porque encuentro este proyecto muy interesante.
¿Tiene condensadores fijos a su disposición?
@ThreePhaseEel ¡Yo sí! Editaré mi pregunta.
¿Qué tal un filtro activo con opamps, R's y C's? A 1 kHz, una Q de 50 no es difícil.

Respuestas (4)

Puede probar un circuito multiplicador de capacitancia de amplificador operacional :

Multiplicador de capacitancia opamp(Cortesía de Wikipedia)

C = C1 * R1 / R2, así que ajuste R1 / R2 para proporcionar el nivel de multiplicación deseado. Tenga en cuenta que algunos amplificadores operacionales tienen problemas para impulsar cargas capacitivas . Entonces, si conecta una capacitancia lo suficientemente significativa a la salida del amplificador operacional, puede oscilar.

Editar: una variante para probar es esta . Utiliza el LM102 para amortiguar la corriente de entrada, eliminando principalmente el "factor de resistencia" del circuito anterior. No lo he probado, pero sería escéptico de su rendimiento con capacitancias muy pequeñas. También tenga en cuenta que dado que C1 está siendo impulsado por el LM101A, se trata de una "carga capacitiva" y algunos amplificadores operacionales podrían oscilar en esta configuración. Se requeriría algo de experimentación. (Cortesía de Texas Instruments)Hoja de datos de TI LM101A

Esta es una excelente idea y es exactamente por eso que hice esta pregunta. No estoy seguro de si se comportará adecuadamente en mi circuito de paso de banda, pero lo probaré.
He visto este circuito en la hoja de datos LM101A. ¿Puedo saber con respecto a qué punto 'C' se mide? ¿Suelo?
@AmalnathSatyan eso es correcto. Alimente los amplificadores operacionales con una fuente de +/-15v para obtener los mejores resultados. Por supuesto, esto también significa que el voltaje del capacitor simulado está limitado cerca de ese rango.

Dado su límite variable y su necesidad de un rango de afinación bastante amplio, me temo que no tiene suerte. Considere: de su fórmula

F = 1 2 π L C
L C = 1 ( 2 π F ) 2 = 2.5 × 10 − 8
entonces
C = 1 L ( 2 π F ) 2 = 2.5 × 10 − 8 L
y para un inductor de 3 mH
C = 8.45 × 10 − 6
Si rellena su sintonizador con 8.5 uF y asume 0 pF en el sintonizador, obtendrá una frecuencia nominal de
F = 1 2 π L C = 1.0028356 k H z
Subir el sintonizador a 350 pF le dará
F = 1 2 π L ( C + Δ C ) = 1.0028562 kHz
Básicamente, a menos que pueda obtener inductores mucho más grandes, su rango de capacitancia es demasiado pequeño para ser útil.

Un multiplicador de capacitancia puede parecer una buena idea, pero tal como se presenta no es aplicable. El circuito mostrado no produce una capacitancia pura. En cambio, es el equivalente de

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab, donde C es el valor multiplicado. Encontrará que este no es exactamente un circuito útil para lo que quiere hacer.

Simplemente coloque algunos capacitores fijos en paralelo con el capacitor variable hasta que llegue a la capacitancia que necesita; su rango de sintonización será limitado, pero la resistencia análoga de esto es una forma común de implementar un tipo de control de "recorte fino" que opera en algún tipo de voltaje de control.

También pensé en eso, pero luego limita mi rango significativamente. El objetivo de mi circuito es darle al estudiante una cantidad considerable de rango para experimentar. Si uso este método, me temo que no habrá suficiente rango para que los estudiantes "pierdan" la señal y esencialmente les estaré entregando la respuesta. Me gustaría que experimenten la importancia de un valor Q (si puedo lograr que sea lo suficientemente selectivo).
@Klik: ¿cuántas secciones tiene su condensador variable?
@Klik: también, ¿qué tal tener un interruptor o un conjunto de interruptores para que el estudiante pueda cambiar varias tapas fijas dentro y fuera?
No estoy seguro de lo que quieres decir con secciones. Es una tapa variable de aire que se usa típicamente para aplicaciones de receptor de AM. No es una mala idea usar interruptores, pero aumentaría el costo de las piezas necesarias para que funcione para 200 estudiantes.
@Klik: muchos capacitores variables de aire grandes son en realidad varios capacitores montados en el mismo eje para que todos se sintonicen juntos; así fue como se sintonizaron varias etapas de radio al mismo tiempo en los viejos tiempos

Puede usar sus tapas variables e inductores fijos para hacer un oscilador LC. Por supuesto, la frecuencia será demasiado alta, pero podría usarla para sincronizar un filtro de paso de banda de condensador conmutado que en estos días vendría en un chip simple de 8 pines. Tapa conmutada los filtros tienen inconvenientes y el viejo MF4 aparece en www.badbeetles.com. Supongo que elegirá un chip más moderno que sea más adecuado para ser un filtro Q alto. Si no quiere hacer esto, puede hacer un filtro de paso de banda activo con elementos de alta impedancia como TLo74 MPF102 usando sus tapas variables con un límite fijo en paralelo y resistencias de alto valor. De hecho, el antiguo conjunto de medición Hatfield LMS tiene un límite variable y se reduce a 20 Hz usando un puente Wien.

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