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Was ist ein Schwingkreis?

Ein elektrischer Schwingkreis ist eine elektrische Schaltung aus einer Spule und einem Kondensator, die resonanzfähig ist und in der Lage ist, elektrische Schwingungen auszuführen. Das magnetische Feld der Spule und das elektrische Feld des Kondensators tauschen Energie periodisch aus, so dass sich hohe Stromstärke und hohe Spannung abwechseln. Häufig werden den elektrischen Schwingkreis betreffend Experimente folgender Art durchgeführt.

  • Freie Schwingung, darunter der Ideale und der Reale Schwingkreis
  • Erzwungene Schwingung, darunter der Reihenschwingkreis und der Parallelschwingkreis

Fließt beim Idealen Schwingkreis Strom durch die Schaltung, nimmt die Kondensatorspannung ab. Sobald der Kondensator entladen ist und der Strom seine Höchststärke erreicht, versucht die Spule durch Selbstinduktion den Strom aufrecht zu erhalten. Dadurch versucht das System den Kondensator weiter zu entladen, wodurch dieser mit umgekehrter Polarität aufgeladen, der Strom immer geringer wird und schließlich bei null liegt. Der Ausgangszustand ist wieder hergestellt, nur dass die Kondensatorspannung umgekehrt gepolt ist. Handelt es sich um eine verlustfreie Schwingung, kann man sie mit einer Sinusfunktion beschreiben können.

Ein Idealer Schwingkreis würde theoretisch unendlich lange schwingen, was in der Realität natürlich nicht der Fall ist, da er gedämpft wird durch Leitungswiderstände und den Widerstand des Spulendrahtes. Dies nennt man den Realen Schwingkreis. Ihn kann man mit einer “abnehmenden Sinusfunktion” beschreiben, deren Hochpunkte auf einer Linie liegen (e-Funktion).

Reihenschwingkreis

Auch hier unterscheidet man zwischen Idealem und Realem Reihenschwingkreis. Spule und Kondensator sind beim Idealen Reihenschwingkreis in Reihe geschaltet und werden von demselben Wechselstrom durchflossen. Dieser verursacht mit seiner Frequenz eine erzwungene Schwingung. Bei sinusförmiger Anregung richten sich die Spannungen gegeneinander. Wenn sie sich gegenseitig aufheben, entsteht ein Kurzschluss. Beim Realen Reihenschwingkreis liegt ein ohmscher Widerstand zusätzlich in Reihe, der aus einem weiteren Bauteil bestehen kann oder allein aus dem Draht der Spule.

Parallelschwingkreis

Hier liegen Spule und Kondensator parallel an derselben Spannung, die die Schaltung zu “erzwungenen Schwingungen” anregt. Sie ist also zu einer Parallelresonanz imstande. Beim Idealen Schwingkreis ist diese unendlich groß, das heißt, man nimmt zur Berechnung der Resonanzfrequenz einen unendlich großen Scheinwiderstand an den Klemmen an. Der Leitwert der Parallelschaltung ist also gleich null. Ein Realer Parallelschwingkreis ist nicht verlustfrei, sondern enthält den ohmschen Widerstand der Leitungen und der Spulenwicklung, dielektrische Verluste im Kondensator und abgestrahlte elektromagnetische Wellen.