mozok.click » Фізика » Автоколивання
Інформація про новину
  • Переглядів: 187
  • Автор: admin
  • Дата: 12-02-2018, 21:32
12-02-2018, 21:32

Автоколивання

Категорія: Фізика

Отримання незатухаючих коливань. Ця не проста проблема знайшла оригінальне вирішення. В реальному контурі заряджений конденсатор спричинює виникнення лише затухаючих коливань. У кінці кожного періоду коливань заряд на пластинах конденсатора зменшується порівняно з початком періоду. Зрозуміло, заряд зберігається, але зменшується на однакову за модулем величину позитивний заряд на одній пластині і негативний на другій. У результаті енергія коливань зменшується, оскільки вона пропорційна квадрату заряду,

Щоб коливання не затухали, потрібно компенсувати втрати енергії за кожний період.

Поповнювати енергію в контурі можна, підзаряджаючи конденсатор. Для цього потрібно періодично вмикати контур у коло джерела постійної напруги. При цьому конденсатор має вмикатися у коло джерела лише в ті моменти часу, коли приєднана до позитивного полюса джерела пластина заряджена позитивно, а та, що приєднана до негативного полюса, - негативно. Тільки за такої умови джерело підзаряджатиме конденсатор, поповнюючи його енергію. Тобто джерело постійної напруги, яке весь час під’єднане до конденсатора контуру, не може підтримувати в ньому незатухаючі коливання. Адже половину періоду енергія надходитиме у контур, а в наступну половину періоду повертатиметься до джерела. Незатухаючі коливання встановляться в контурі лише за умови, що джерело вмикатиметься в контур у ті інтервали часу, коли це потрібно. Добре було б, якби контур сам керував надходженням енергії.

Автоколивальні системи. Генератор незатухаючих електромагнітних коливань. Якщо система сама регулює надходження енергії в коливальний контур для компенсації її втрат, то таку систему називають автоколивальною.



Вивчаючи у 10 класі механічні коливання, ми з’ясували, що до складу будь-якої автоколивальної системи (мал. 181), має входити: 1 - джерело енергії, 2 - передавальний пристрій (клапан), 3 - коливальна система.

Розглянемо принцип дії генератора на транзисторі. Його складовими частинами є коливальний контур (конденсатор ємністю С і котушка індуктивністю L), джерело енергії, транзистор та котушка зв’язку (мал. 182).

Із схеми видно, що коливальний контур з’єднаний послідовно з джерелом постійного струму і з транзистором так, що на емітер подається позитивний заряд, а на колектор -негативний. При цьому перехід емітер-база (емітерний перехід) прямий, а перехід база -колектор (колекторний перехід) виявляється оберненим і струм по колу не проходить.


Щоб у колі контуру виник струм і підзарядив конденсатор під час коливань, потрібно надати базі негативного відносно емітера потенціалу, і саме в ті інтервали часу, в які верхня пластина конденсатора заряджена позитивно, а нижня - негативно. В інтервал часу, коли верхня пластина конденсатора заряджена негативно, а нижня позитивно, струму в колі контуру не повинно бути. У цей час база мусить мати позитивний потенціал відносно емітера. Отже, щоб компенсувати втрати енергії коливань у контурі, напруга на емітерному переході має періодично змінювати знак узгоджено з коливаннями напруги на контурі. Потрібний, як кажуть, зворотний зв'язок.

Зворотний зв'язок у розглядуваному генераторі індуктивний. До емітерного переходу підведено котушку індуктивністю Ьзи, яка індуктивно зв’язана з котушкою контуру, що має індуктивність L. Коливання в контурі внаслідок електромагнітної індукції збуджують коливання напруги на кінцях котушки зв’язку і тим самим на емітерному переході. Це приводить до того, що струм і, який проходить по контурній котушці, індукує на кінцях котушки зворотного зв’язку змінну напругу U3 (мал. 183, а). Під дією цієї напруги електричне поле емітерного переходу періодично то підсилюється, то послаблюється, а транзистор то відкривається, то запирається.


У ті інтервали часу, коли транзистор відкритий, через нього проходять імпульси струму, тривалість яких залежить від режиму роботи транзистора (мал. 183, б). Частота імпульсів струму, що проходить через транзистор, збігається з частотою коливань, які виникають в контурі, і приходять вони в контур у ті моменти, коли конденсатор контуру заряджається. Тому імпульси струму, що проходять через транзистор, підзаряджають конденсатор і поповнюють енергію контуру. На мал. 183, в заштриховані площі пропорційні енергії,

яка надходить в контур за кожен період коливань. Енергія, яка надходить від джерела струму, компенсує втрати енергії у контурі, і коливання не затухають.

Якщо в автогенераторі котушку зворотного зв’язку повернути на 180°, то з осцилограми буде видно, що генератор не працює. Це зумовлено тим, що поворот котушки зворотного зв’язку на 180° приводить до того, що фаза коливань змінної напруги U3 на емітерному переході змінилась на л (мал. 184, а) Отже, імпульси струму, що проходять через транзистор, припадають на від’ємні півперіоди коливань напруги UK на контурі (мал. 184, б). У разі проходження такого імпульсу через контур робота електричного струму буде від’ємною. Це означає, що вони не лише не поповнюють енергію контуру, а, навпаки, зменшують її. Тому розрізняють прямий та обернений зворотний зв’язок.

Якщо у автогенераторі поступово збільшувати відстань між котушкою зворотного зв’язку і контурною котушкою, амплітуда автоколи-вань зменшується. І з досягненням деякої відстані між котушками коливання припиняються. Це означає, що за слабкого зворотного зв’язку енергія, що надходить у контур за кожен півперіод, менша за енергію, яка втрачається.

Отже, для зворотного зв’язку мають виконуватись певні умови.

По-перше, напруга на емітерному переході повинна змінюватись синфаз-но з напругою на контурі. Це фазова умова самозбудження генератора.

По-друге, зворотний зв'язок має забезпечити надходження у контур такої кількості енергії, яка повністю компенсує необоротні втрати енергії. Це амплітудна умова самозбудження.

За допомогою автоколивальних систем можна одержувати незатухаючі електромагнітні коливання в широкому діапазоні частот. Низькочастотні коливання одержують при обертанні рамок з провідників в однорідних магнітних полях (змінний струм низької частоти), коливання високої частоти добувають за допомогою інших пристроїв, наприклад за допомогою генератора на транзисторі.

Дайте відповіді на запитання

1. Чим відрізняються автоколивання від вимушених і вільних коливань?

2. Назвіть основні елементи автоколивальної системи.

3. Яка роль транзистора в генерації автоколивань?






^