Εφαρμογή φυσικής γεννήτριας τρανζίστορ. Γεννήτρια τρανζίστορ

Οι ελεύθερες δονήσεις είναι πάντα υγρές λόγω απωλειών ενέργειας (τριβή, περιβαλλοντική αντίσταση, αντίσταση αγωγών ηλεκτρικού ρεύματος κ.λπ.). Εν τω μεταξύ, τόσο στην τεχνολογία όσο και στα φυσικά πειράματα, χρειάζονται επειγόντως ταλαντώσεις χωρίς απόσβεση, η περιοδικότητα των οποίων παραμένει η ίδια όσο το σύστημα ταλαντώνεται καθόλου. Πώς λαμβάνονται τέτοιες ταλαντώσεις; Γνωρίζουμε ότι οι εξαναγκασμένες ταλαντώσεις, στις οποίες οι απώλειες ενέργειας αναπληρώνονται από το έργο μιας περιοδικής εξωτερικής δύναμης, δεν αποσβένονται. Αλλά πούπαίρνω μια εξωτερική περιοδική δύναμη; Σε τελική ανάλυση, αυτό, με τη σειρά του, απαιτεί μια πηγή κάποιου είδους μη απόσβεσης ταλαντώσεων.

Οι ταλαντώσεις χωρίς απόσβεση δημιουργούνται από συσκευές που οι ίδιες μπορούν να διατηρήσουν τις ταλαντώσεις τουςλόγω κάποιας σταθερής πηγής ενέργειας. Τέτοιες συσκευές ονομάζονται αυτοταλαντούμενα συστήματα.Στο Σχ. 55 δείχνει ένα παράδειγμα ηλεκτρομηχανικής συσκευής αυτού του είδους. Το βάρος κρέμεται από ένα ελατήριο, το κάτω άκρο του οποίου βυθίζεται σε ένα φλιτζάνι υδράργυρο όταν αυτό το εκκρεμές ελατηρίου ταλαντώνεται. Ο ένας πόλος της μπαταρίας συνδέεται με το ελατήριο στην κορυφή και ο άλλος με το κύπελλο υδραργύρου. Όταν το φορτίο χαμηλώνει, το ηλεκτρικό κύκλωμα κλείνει και το ρεύμα ρέει μέσω του ελατηρίου. Χάρη στο μαγνητικό πεδίο του ρεύματος, τα πηνία του ελατηρίου αρχίζουν να έλκονται μεταξύ τους, το ελατήριο συμπιέζεται και το φορτίο δέχεται μια ώθηση προς τα πάνω. Στη συνέχεια, η επαφή σπάει, τα πηνία σταματούν να σφίγγουν, το φορτίο πέφτει ξανά κάτω και η όλη διαδικασία επαναλαμβάνεται ξανά.

Έτσι, η ταλάντωση ενός εκκρεμούς ελατηρίου, που θα έσβηνε από μόνο του, διατηρείται από περιοδικούς κραδασμούς, που προκαλείται από την ταλάντωση του ίδιου του εκκρεμούς.Με κάθε ώθηση, η μπαταρία απελευθερώνει ένα μέρος της ενέργειας, μέρος της οποίας χρησιμοποιείται για την ανύψωση του φορτίου. Το ίδιο το σύστημα ελέγχει τη δύναμη που ασκείται σε αυτόκαι ρυθμίζει τη ροή της ενέργειας από την πηγή - την μπαταρία. Οι ταλαντώσεις δεν σβήνουν ακριβώς επειδή σε κάθε περίοδο λαμβάνεται από την μπαταρία τόση ενέργεια όση ξοδεύεται κατά τον ίδιο χρόνο σε τριβές και άλλες απώλειες. Όσον αφορά την περίοδο αυτών των μη απόσβεσης ταλαντώσεων, πρακτικά συμπίπτει με την περίοδο των φυσικών ταλαντώσεων του φορτίου στο ελατήριο, δηλ. καθορίζεται από την ακαμψία του ελατηρίου και τη μάζα του φορτίου.

Με τον ίδιο τρόπο, οι ταλαντώσεις ενός σφυριού χωρίς απόσβεση συμβαίνουν σε ένα ηλεκτρικό κουδούνι, με τη μόνη διαφορά ότι σε αυτό δημιουργούνται περιοδικές κρίσεις από έναν ξεχωριστό ηλεκτρομαγνήτη που έλκει έναν οπλισμό που είναι τοποθετημένος στο σφυρί. Με παρόμοιο τρόπο, μπορεί κανείς να αποκτήσει αυτοταλαντώσεις με συχνότητες ήχου, για παράδειγμα, με διεγερτικές ταλαντώσεις ενός πιρουνιού συντονισμού χωρίς απόσβεση (Εικ. 56). Όταν τα πόδια του πιρουνιού συντονισμού απομακρύνονται, δημιουργείται μια επαφή 1; μέσω της περιέλιξης του ηλεκτρομαγνήτη 2 περνάει ρεύμα και ο ηλεκτρομαγνήτης τραβάει τα πόδια του συντονιστή. Σε αυτήν την περίπτωση, η επαφή ανοίγει και, στη συνέχεια, επαναλαμβάνεται ολόκληρος ο κύκλος. Η διαφορά φάσης μεταξύ της ταλάντωσης και της δύναμης που ρυθμίζει είναι εξαιρετικά σημαντική για την εμφάνιση ταλαντώσεων. Ας μεταφέρουμε την επαφή 1 από το εξωτερικό του ποδιού του πιρουνιού συντονισμού προς το εσωτερικό. Το κλείσιμο δεν συμβαίνει τώρα όταν τα πόδια αποκλίνουν, αλλά όταν τα πόδια έρχονται πιο κοντά, δηλαδή, η στιγμή που ενεργοποιείται ο ηλεκτρομαγνήτης έχει προχωρήσει κατά μισή περίοδο σε σύγκριση με το προηγούμενο πείραμα. Είναι εύκολο να δούμε ότι σε αυτή την περίπτωση το πιρούνι συντονισμού θα συμπιέζεται συνεχώς από έναν συνεχώς ενεργοποιημένο ηλεκτρομαγνήτη, δηλαδή, δεν θα συμβούν καθόλου ταλαντώσεις.

Τα ηλεκτρομηχανικά αυτοταλαντούμενα συστήματα χρησιμοποιούνται πολύ ευρέως στην τεχνολογία, αλλά οι αμιγώς μηχανικές αυτοταλαντούμενες συσκευές δεν είναι λιγότερο συνηθισμένες και σημαντικές. Αρκεί να δείχνεις σε οποιονδήποτε μηχανισμό ρολογιού. Οι μη απόσβεση ταλαντώσεις ενός εκκρεμούς ή ενός εξισορροπητή ρολογιού υποστηρίζονται από τη δυναμική ενέργεια ενός ανυψωμένου βάρους ή από την ελαστική ενέργεια ενός τυλιγμένου ελατηρίου.

Οι αυτοταλαντώσεις είναι επίσης δονήσεις μιας χορδής υπό τη δράση ενός τόξου (σε αντίθεση με τις ελεύθερες δονήσεις μιας χορδής σε πιάνο, άρπα, κιθάρα και άλλα μη τόξα έγχορδα όργανα, που διεγείρονται από ένα μόνο πάτημα ή τράνταγμα). Οι αυτοταλαντώσεις περιλαμβάνουν τον ήχο των πνευστών μουσικών οργάνων, την κίνηση του εμβόλου μιας ατμομηχανής και πολλές άλλες περιοδικές διεργασίες.

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των αυτοταλαντώσεων είναι ότι το πλάτος τους καθορίζεται από τις ιδιότητες του ίδιου του συστήματος και όχι από την αρχική εκτροπή ή ώθηση, όπως στις ελεύθερες ταλαντώσεις. Εάν, για παράδειγμα, το εκκρεμές ενός ρολογιού εκτραπεί πάρα πολύ, τότε οι απώλειες τριβής θα είναι μεγαλύτερες από την ενέργεια που εισέρχεται από τον μηχανισμό περιέλιξης και το πλάτος θα μειωθεί. Αντίθετα, εάν το πλάτος μειωθεί, τότε η περίσσεια ενέργειας που μεταδίδεται στο εκκρεμές από τον τροχό που τρέχει θα προκαλέσει την αύξηση του πλάτους. Το πλάτος στο οποίο εξισορροπούνται η κατανάλωση και η παροχή ενέργειας θα καθοριστεί αυτόματα.

Οι συσκευές, που ονομάζονται συλλογικά αυτοταλαντούμενα συστήματα, χαρακτηρίζονται από τις ακόλουθες διακριτικές ιδιότητες.

Τα αυτοταλαντούμενα συστήματα είναι ικανά να δημιουργούν ταλαντώσεις χωρίς απόσβεση. Αυτές οι ταλαντώσεις μπορεί να είναι αρμονικές (ημιτονοειδείς) ή πιο πολύπλοκες σε σχήμα, αλλά μπορούν να συνεχιστούν επ' αόριστον μέχρι να αποτύχουν τα στοιχεία που αποτελούν το σύστημα.

Τα αυτοταλαντούμενα συστήματα διαφέρουν από ένα ταλαντευόμενο κύκλωμα με αντίσταση ίση με μηδέν. Ένα τέτοιο κύκλωμα αντιπροσωπεύει μια ακραία περίπτωση που είναι ανέφικτη στην πράξη. Τα αυτοταλαντούμενα συστήματα είναι πραγματικές συσκευές των οποίων η αντίσταση δεν είναι μηδενική.

Στα αυτοταλαντούμενα συστήματα, οι ταλαντώσεις χωρίς απόσβεση προκύπτουν υπό την επίδραση διεργασιών που συμβαίνουν μέσα στο σύστημα και δεν απαιτούνται εξωτερικές επιρροές για τη διατήρησή τους. Από αυτή την άποψη, οι αυτοταλαντώσεις διαφέρουν ριζικά από τις εξαναγκασμένες ταλαντώσεις, οι οποίες μπορούν επίσης να αποσβεστούν, αλλά για την ύπαρξή τους απαιτούν περιοδικές εξωτερικές επιδράσεις (στη μηχανική - εξωτερικές δυνάμεις, στον ηλεκτρισμό - εξωτερικά εφαρμοζόμενες τάσεις).

Τα αυτοταλαντούμενα συστήματα περιλαμβάνουν μια πηγή ενέργειας (στην περίπτωση μηχανικών δονήσεων - ένα συμπιεσμένο ελατήριο, ένα ανυψωμένο φορτίο κ.λπ., στην περίπτωση ηλεκτρικών κραδασμών - μια μπαταρία ή άλλη πηγή ρεύματος). Αυτή η πηγή ενεργοποιείται περιοδικά από το ίδιο το σύστημα και εισάγει μια ορισμένη ενέργεια σε αυτό, αντισταθμίζοντας τις απώλειες λόγω της απελευθέρωσης θερμότητας Joule-Lenz, η οποία καθιστά τις ταλαντώσεις μη απόσβεση.

Δεδομένου ότι οι ταλαντώσεις στα αυτοταλαντούμενα συστήματα δημιουργούνται υπό την επίδραση διεργασιών που συμβαίνουν μέσα στο σύστημα, προκύπτουν αυθόρμητα (αυτοδιέγερση), υπό την επίδραση τυχαίων μικρών επιρροών που φέρνουν το σύστημα εκτός ισορροπίας (διακυμάνσεις). Οι μικρές ταλαντώσεις που προκύπτουν αυξάνονται αυθόρμητα και τελικά σχηματίζονται στο σύστημα σταθερές ταλαντώσεις, οι ιδιότητες των οποίων (συχνότητα, ένταση, σχήμα) καθορίζονται από τις παραμέτρους του συστήματος και δεν εξαρτώνται από τις αρχικές συνθήκες.

Πώς να δημιουργήσετε ταλαντώσεις χωρίς απόσβεση σε ένα κύκλωμα;Είναι γνωστό ότι εάν ο πυκνωτής ενός ταλαντευτικού κυκλώματος είναι φορτισμένος, τότε στο κύκλωμα θα εμφανιστούν αποσβεσμένες ταλαντώσεις. Στο τέλος κάθε περιόδου ταλάντωσης, το φορτίο στις πλάκες πυκνωτών είναι μικρότερο από ό,τι στην αρχή της περιόδου. Το συνολικό φορτίο, φυσικά, διατηρείται (είναι πάντα μηδέν), αλλά το θετικό φορτίο μιας πλάκας και το αρνητικό φορτίο της άλλης μειώνονται κατά τιμές ίσες σε μέγεθος. Ως αποτέλεσμα, η ενέργεια ταλάντωσης μειώνεται, καθώς είναι ανάλογη με το τετράγωνο του φορτίου σε μία από τις πλάκες πυκνωτών. Για να αποφευχθεί η εξάντληση των ταλαντώσεων, είναι απαραίτητο να αντισταθμιστούν οι απώλειες ενέργειας για κάθε περίοδο.

Μπορείτε να αναπληρώσετε ενέργεια στο κύκλωμα επαναφορτίζοντας τον πυκνωτή. Για να γίνει αυτό, πρέπει να συνδέετε περιοδικά το κύκλωμα σε μια πηγή σταθερής τάσης. Ο πυκνωτής πρέπει να συνδέεται με την πηγή μόνο κατά τα χρονικά διαστήματα που η πλάκα που είναι συνδεδεμένη στον θετικό πόλο της πηγής είναι θετικά φορτισμένη και η πλάκα που είναι συνδεδεμένη στον αρνητικό πόλο είναι αρνητικά φορτισμένη (Εικ. 4.21). Μόνο σε αυτή την περίπτωση η πηγή θα επαναφορτίσει τον πυκνωτή, αναπληρώνοντας την ενέργειά του.

Εάν ο διακόπτης είναι κλειστός τη στιγμή που η πλάκα που συνδέεται με τον θετικό πόλο της πηγής έχει αρνητικό φορτίο και η πλάκα που είναι συνδεδεμένη στον αρνητικό πόλο έχει θετικό φορτίο, τότε ο πυκνωτής θα εκφορτιστεί μέσω της πηγής (Εικ. 4.22 ). Η ενέργεια του πυκνωτή θα μειωθεί.

Κατά συνέπεια, μια πηγή σταθερής τάσης που συνδέεται συνεχώς με έναν πυκνωτή κυκλώματος δεν μπορεί να υποστηρίξει μη απόσβεση ταλαντώσεις σε αυτό, όπως μια σταθερή δύναμη δεν μπορεί να υποστηρίξει μηχανικές ταλαντώσεις. Κατά τη μισή περίοδο, η ενέργεια εισέρχεται στο κύκλωμα και κατά το επόμενο μισό της περιόδου επιστρέφει στην πηγή. Οι ταλαντώσεις χωρίς απόσβεση θα δημιουργηθούν στο κύκλωμα μόνο εάν η πηγή είναι συνδεδεμένη στο κύκλωμα κατά τα χρονικά διαστήματα που μπορεί να μεταφερθεί ενέργεια στον πυκνωτή. Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί η αυτόματη λειτουργία του κλειδιού (ή της βαλβίδας, όπως συχνά ονομάζεται). Σε υψηλές συχνότητες ταλάντωσης, το κλειδί πρέπει να έχει αξιόπιστη απόδοση. Ένα τρανζίστορ χρησιμοποιείται ως τέτοιος διακόπτης σχεδόν χωρίς αδράνεια.

Ένα τρανζίστορ αποτελείται από τρεις διαφορετικούς ημιαγωγούς: έναν πομπό, μια βάση και έναν συλλέκτη. Ο πομπός και ο συλλέκτης έχουν τους ίδιους πλειοψηφικούς φορείς φορτίου, όπως οπές (είναι ημιαγωγός τύπου p), και η βάση έχει φορείς πλειοψηφίας αντίθετου προσήμου, όπως ηλεκτρόνια (ημιαγωγός τύπου n). Μια σχηματική αναπαράσταση του τρανζίστορ φαίνεται στο Σχήμα 4.23.

Λειτουργία γεννήτριας με χρήση τρανζίστορ.Ένα απλοποιημένο κύκλωμα ταλαντωτή τρανζίστορ φαίνεται στο Σχήμα 4.24. Το κύκλωμα ταλάντωσης συνδέεται σε σειρά με μια πηγή τάσης και ένα τρανζίστορ με τέτοιο τρόπο ώστε να εφαρμόζεται ένα θετικό δυναμικό στον εκπομπό και ένα αρνητικό δυναμικό στον συλλέκτη. Σε αυτή την περίπτωση, η μετάβαση εκπομπού-βάσης (διασταύρωση εκπομπού) είναι άμεση, και η μετάβαση βάσης-συλλέκτη (διασταύρωση συλλέκτη) είναι αντίστροφη και δεν ρέει ρεύμα στο κύκλωμα. Αυτό αντιστοιχεί στον ανοιχτό διακόπτη στα Σχήματα 4.21, 4.22.

Προκειμένου να προκύψει ρεύμα στο κύκλωμα κυκλώματος και να επαναφορτιστεί ο πυκνωτής του κυκλώματος κατά τη διάρκεια των ταλαντώσεων, είναι απαραίτητο να παρέχεται στη βάση ένα αρνητικό δυναμικό σε σχέση με τον πομπό και κατά τη διάρκεια αυτών των χρονικών διαστημάτων όταν ο άνω (βλ. Εικ. 4.24) πυκνωτής Η πλάκα είναι θετικά φορτισμένη και η κάτω είναι αρνητικά φορτισμένη. Αυτό αντιστοιχεί στο κλειστό κλειδί στο Σχήμα 4.21.

Κατά τη διάρκεια των χρονικών διαστημάτων που η πάνω πλάκα του πυκνωτή είναι αρνητικά φορτισμένη και η κάτω πλάκα είναι θετικά φορτισμένη, δεν πρέπει να υπάρχει ρεύμα στο κύκλωμα του κυκλώματος. Για να γίνει αυτό, η βάση πρέπει να έχει θετικό δυναμικό σε σχέση με τον πομπό.

Έτσι, για να αντισταθμιστεί η απώλεια ενέργειας ταλάντωσης στο κύκλωμα, η τάση στη διασταύρωση του εκπομπού πρέπει περιοδικά να αλλάζει πρόσημο σε αυστηρή συμφωνία με τις διακυμάνσεις τάσης στο κύκλωμα. Αυτό που χρειάζεται, όπως λένε, είναι η ανατροφοδότηση.

Η ανάδραση στην εξεταζόμενη γεννήτρια είναι επαγωγική. Ένα πηνίο επαγωγής Lsv συνδέεται στη διασταύρωση εκπομπού, επαγωγικά συνδεδεμένο με το πηνίο επαγωγής L του κυκλώματος. Οι ταλαντώσεις στο κύκλωμα λόγω της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής διεγείρουν τις διακυμάνσεις της τάσης στα άκρα του πηνίου και ως εκ τούτου στη διασταύρωση του εκπομπού. Εάν η φάση των ταλαντώσεων τάσης στη διασταύρωση του εκπομπού έχει επιλεγεί σωστά, τότε τα "αστεία" του ρεύματος στο κύκλωμα του κυκλώματος ενεργούν στο κύκλωμα στα απαιτούμενα χρονικά διαστήματα και οι ταλαντώσεις δεν σβήνουν. Αντίθετα, το πλάτος των ταλαντώσεων στο κύκλωμα αυξάνεται μέχρις ότου οι απώλειες ενέργειας στο κύκλωμα αντισταθμιστούν ακριβώς από την παροχή ενέργειας από την πηγή. Αυτό το πλάτος είναι μεγαλύτερο, όσο μεγαλύτερη είναι η τάση της πηγής. Η αύξηση της τάσης οδηγεί σε αυξημένα «αστεία» ρεύματος που επαναφορτίζει τον πυκνωτή.

Οι γεννήτριες που χρησιμοποιούν τρανζίστορ χρησιμοποιούνται ευρέως όχι μόνο σε πολλές ραδιοφωνικές συσκευές: ραδιοφωνικούς δέκτες, ραδιοφωνικούς σταθμούς εκπομπής, ενισχυτές κ.λπ., αλλά και σε σύγχρονους ηλεκτρονικούς υπολογιστές.

Βασικά στοιχεία ενός αυτοταλαντούμενου συστήματος.Χρησιμοποιώντας το παράδειγμα μιας γεννήτριας τρανζίστορ, μπορούμε να επισημάνουμε τα κύρια στοιχεία που είναι χαρακτηριστικά πολλών αυτοταλαντούμενων συστημάτων (Εικ. 4.25).

1. Πηγή ενέργειας που διατηρεί χωρίς απόσβεση ταλαντώσεις (σε μια γεννήτρια τρανζίστορ αυτή είναι μια πηγή σταθερής τάσης).

2. Ταλαντωτικό σύστημα είναι εκείνο το τμήμα ενός αυτοταλαντούμενου συστήματος στο οποίο οι ταλαντώσεις συμβαίνουν άμεσα (σε μια γεννήτρια που βασίζεται σε τρανζίστορ αυτό είναι ένα ταλαντευόμενο κύκλωμα).
3. Η συσκευή που ρυθμίζει την παροχή ενέργειας από την πηγή στο ταλαντευόμενο σύστημα είναι μια βαλβίδα (στην εξεταζόμενη γεννήτρια τον ρόλο της βαλβίδας παίζει ένα τρανζίστορ).
4. Συσκευή που παρέχει ανάδραση με τη βοήθεια της οποίας το ταλαντευόμενο σύστημα ελέγχει τη βαλβίδα (στη γεννήτρια τρανζίστορ υπάρχει επαγωγική σύζευξη του πηνίου κυκλώματος με το πηνίο στο κύκλωμα εκπομπού-βάσης).

Ερωτήσεις: (ΚΑΝΤΕ ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΣΤΟ ΤΕΤΡΑΔΙΟ ΣΑΣ ΑΠΑΝΤΩΝΤΑΣ ΤΟΥΣ!)

1. Τι είναι ένα αυτοταλαντούμενο σύστημα;

2. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των αυτοταλαντώσεων και των εξαναγκασμένων και ελεύθερων ταλαντώσεων;

3. Πώς λειτουργεί ένα τρανζίστορ;

4. Ποιος είναι ο ρόλος του τρανζίστορ στη δημιουργία αυτοταλαντώσεων;

5. Πώς πραγματοποιείται η ανάδραση σε μια γεννήτρια τρανζίστορ;

6. Να αναφέρετε τα κύρια στοιχεία ενός αυτοταλαντούμενου συστήματος.

7. Ποιες ταλαντώσεις ονομάζονται μη απόσβεση;

8. Ποιες ταλαντώσεις ονομάζονται εξαναγκασμένες;

9. Περιγράψτε πώς συμβαίνουν οι αυτοταλαντώσεις ενός εκκρεμούς ελατηρίου.

10. Πού χρησιμοποιούνται αυτοταλαντούμενα συστήματα;

11. Υποδείξτε ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των αυτοταλαντώσεων.

12. Να αναφέρετε τις ιδιότητες των αυτοταλαντούμενων συστημάτων (σύμφωνα με τα σημεία 1,2,3 και ούτω καθεξής, όσα υπάρχουν)

13. Τι ρόλο παίζει η πηγή ενέργειας στη σύνθεση ενός αυτοταλαντούμενου συστήματος;

14. Να αναφέρετε τους λόγους που οδηγούν στην απόσβεση των ταλαντώσεων (γράψτε το μόνοι σας, όχι σε αυτό το κείμενο).

15. Σχεδιάστε ένα διάγραμμα και περιγράψτε τη διαδικασία δημιουργίας συνεχών ταλαντώσεων στο κύκλωμα.

16. Σε τι χρησιμεύει το τρανζίστορ σε μια γεννήτρια;

17. Γιατί χρειάζεται ανατροφοδότηση;

18. Σχεδιάστε ένα διάγραμμα και περιγράψτε βήμα προς βήμα τη διαδικασία λειτουργίας μιας γεννήτριας τρανζίστορ.

Προβλήματα με θέμα «Ηλεκτρικές ταλαντώσεις» (ΞΕΧΩΡΙΣΤΟ ΣΗΜΑ ΓΙΑ ΛΥΣΗ)

1,1259. Ένας πυκνωτής επίπεδης πλάκας αποτελείται από δύο στρογγυλές πλάκες με διάμετρο 8 εκ. Μια γυάλινη πλάκα πάχους 5 mm είναι τοποθετημένη ανάμεσα στις πλάκες. Οι πλάκες πυκνωτών συνδέονται μέσω ενός πηνίου με αυτεπαγωγή 0,02 H. Προσδιορίστε τη συχνότητα των ταλαντώσεων που συμβαίνουν σε αυτό το κύκλωμα.

2. 1260. Το κύκλωμα ταλάντωσης αποτελείται από ένα πηνίο με αυτεπαγωγή 0,003 Η και έναν επίπεδο πυκνωτή. Οι πλάκες πυκνωτών με τη μορφή δίσκων με ακτίνα 1,2 cm βρίσκονται σε απόσταση 0,3 mm μεταξύ τους. Προσδιορίστε την περίοδο των φυσικών ταλαντώσεων του κυκλώματος. Ποια θα είναι η περίοδος ταλάντωσης εάν ο πυκνωτής γεμίσει με διηλεκτρικό με διηλεκτρική σταθερά 4;

3. 1261. Ένα πηνίο με επαγωγή 30 μH συνδέεται με έναν πυκνωτή παράλληλης πλάκας με εμβαδόν πλακών 0,01 m και απόσταση μεταξύ τους 0,1 mm. Βρείτε τη διηλεκτρική σταθερά του μέσου που γεμίζει το χώρο μεταξύ των πλακών εάν το κύκλωμα είναι συντονισμένο σε συχνότητα 400 kHz.

4. 1262. Μέσα σε ποια όρια πρέπει να μεταβάλλεται η ηλεκτρική χωρητικότητα του πυκνωτή στο ταλαντευόμενο κύκλωμα ώστε να μπορούν να συμβούν ταλαντώσεις με συχνότητα από 400 έως 500 Hz σε αυτό;Η επαγωγή του πηνίου βρόχου είναι 16 mH.

5. 1263. Μέσα σε ποια όρια πρέπει να αλλάξει η αυτεπαγωγή του πηνίου ταλαντούμενου κυκλώματος ώστε να μπορούν να συμβούν ταλαντώσεις με συχνότητα από 400 έως 500 Hz; Η χωρητικότητα του πυκνωτή είναι 10 nF.

Περιεχόμενο:

Ο σκοπός του μαθήματος: σχηματίστε μια ιδέα των αυτοταλαντώσεων. Μια ποικιλία συχνοτήτων παράγονται χρησιμοποιώντας συστήματα αυτοταλάντωσης· χωρίς αυτά, οι σύγχρονες ραδιοεπικοινωνίες και η τηλεόραση θα ήταν αδύνατες.

Πρόοδος

Έλεγχος της εργασίας συμπληρώνοντας τον πίνακα

— Στις κάρτες που διανέμονται στους μαθητές, οι σωστές απαντήσεις βρίσκονται τυχαία στη δεξιά πλευρά. στην αριστερή πλευρά είναι γραμμένοι τύποι, νόμοι, εκφράσεις ποσοτήτων για το θέμα που μελετήθηκε.

Μέσα σε 7 λεπτά πρέπει να γράψετε τους σωστούς κωδικούς απαντήσεων και να παραδώσετε την εργασία στον δάσκαλο.

	Ενέργεια μαγνητικού πεδίου		Im=Um/R
	Ενέργεια ηλεκτρικού πεδίου		XC= 1/ωC
	Ολική ενέργεια του ταλαντωτικού κυκλώματος
	Η βασική εξίσωση που περιγράφει τις ελεύθερες ταλαντώσεις σε ένα κύκλωμα		Im= qmω
	φόρμουλα Thomson		u= Umsinωt
	Νόμος μεταβολής ηλεκτρικού φορτίου		T= 2π/ω0= ΠΑΡΑΘΕΣΗ
	Νόμος της αλλαγής της ισχύος του ρεύματος		q′′= — q/ LC
	Τρέχον πλάτος		I= Im/QUOTE
	Νόμος της αλλαγής τάσης		XL = ωL
	Μαγνητική ροή επαγωγής		q= qmcosω0t
	Ενεργή αντίσταση σε ηλεκτρικό κύκλωμα με αντίσταση		W=ΠΑΡΑΘΕΣΗ +ΑΠΟΣΠΑΣΜΑ
	Τρέχουσα τιμή RMS		Ф= BScosωt
	Τάση RMS		I =Imsin(ωt+φ)
	Τύπος χωρητικότητας		R= Um/Im
	Τύπος επαγωγικής αντίδρασης
	Πλάτος ρεύματος σε συντονισμό		Wk= Li2/2
	Τροφοδοσία σε ηλεκτρικό κύκλωμα με αντίσταση		U=Um/QUOTE

Κωδικός απάντησης: 1- 16; 2- 3; 3-11; 4-7; 5-6; 6-10; 7-13; 8- 4; 9-5; 10-12; 11-14; 12-8; 13-17; 14- 2; 15-9; 16- 1; 17-15/

Εκμάθηση νέου υλικού

Επανάληψη μηχανικών αυτοταλαντώσεων.

1. Αυτοταλαντούμενα συστήματα.

Εάν σε ένα σύστημα στο οποίο μπορούν να συμβούν ελεύθερες ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις,

Τοποθετήστε μια πηγή ενέργειας και το ίδιο το σύστημα θα ρυθμίσει την παροχή ενέργειας σε μερίδες, τότε θα εμφανιστούν ταλαντώσεις χωρίς απόσβεση.

Τα συστήματα λέγονται αυτοταλαντούμενο, εάν δημιουργηθούν σε αυτά μη απόσβεση ταλαντώσεις λόγω παροχής ενέργειας από πηγή εντός του συστήματος.

Μια γεννήτρια τρανζίστορ είναι ένα αυτοταλαντούμενο σύστημα.

2. Πώς να δημιουργήσετε ταλαντώσεις χωρίς απόσβεση σε ένα κύκλωμα;

Είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί η αυτόματη λειτουργία της βαλβίδας ή του κλειδιού.

Η βαλβίδα πρέπει να έχει μεγάλο...
Ταχύτητα. Αυτή η εργασία της βαλβίδας χωρίς αδράνεια εκτελείται από ένα τρανζίστορ, το οποίο αποτελείται από 3 ημιαγωγούς: έναν συλλέκτη,

πομπός και βάση. Ο πομπός και ο συλλέκτης έχουν τους ίδιους πλειοψηφικούς φορείς φόρτισης.

οι κύριοι φορείς της βάσης έχουν το αντίθετο πρόσημο.

3. Λειτουργία γεννήτριας με χρήση τρανζίστορ.

Στο διάγραμμα βλέπουμε ότι το ταλαντευόμενο κύκλωμα είναι συνδεδεμένο σε σειρά με μια πηγή τάσης, και στη συνέχεια υπάρχει ένα τρανζίστορ.

Ένα αρνητικό δυναμικό εφαρμόζεται στον συλλέκτη και ένα θετικό δυναμικό εφαρμόζεται στον πομπό.

Η μετάβαση βάσης-συλλέκτη είναι αντίστροφη (δεν ρέει ρεύμα στο κύκλωμα). Σε αυτή την περίπτωση, η μετάβαση εκπομπού-βάσης αποδεικνύεται άμεση. Το οποίο αντιστοιχεί στο ανοιχτό κλειδί στα διαγράμματα.

Για να εμφανιστεί ρεύμα στο κύκλωμα και να φορτιστεί ο πυκνωτής, είναι απαραίτητο να παρέχεται στη βάση ένα αρνητικό δυναμικό σε σχέση με τον πομπό. Αυτό αντιστοιχεί στο κλειστό κλειδί στο διάγραμμα. Για να αντισταθμιστούν οι απώλειες ενέργειας στο κύκλωμα, η τάση στη διασταύρωση του πομπού

πρέπει να αλλάζει συνεχώς πρόσημο για να παρέχει ανατροφοδότηση.

Σε αυτή την περίπτωση, η ανάδραση συμβαίνει λόγω της επαγωγικής σύζευξης των πηνίων. Μία από τις εγκοπές βρίσκεται στο κύκλωμα, η άλλη συνδέεται με τη διασταύρωση εκπομπού.

Για να αποτρέψετε την απόσβεση των ταλαντώσεων στο κύκλωμα, είναι απαραίτητο να επιλέξετε τη φάση των ταλαντώσεων τάσης στη διασταύρωση του εκπομπού, έτσι ώστε τα ρεύματα "αστεία" να ενεργούν στο κύκλωμα στα απαιτούμενα χρονικά διαστήματα.

Η συχνότητα ταλάντωσης στο κύκλωμα εξαρτάται από την αυτεπαγωγή του πηνίου και την χωρητικότητα του πυκνωτή.

ω0=1 / ΠΑΡΑΘΕΣΗ

Όσο μικρότερη είναι η επαγωγή και η χωρητικότητα, τόσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα ταλάντωσης

Οι γεννήτριες τρανζίστορ χρησιμοποιούνται ευρέως σε ραδιοφωνικές συσκευές και ηλεκτρονικούς υπολογιστές.

4. Βασικά στοιχεία ενός αυτοταλαντούμενου συστήματος.

Ας επισημάνουμε τα κύρια στοιχεία που χρησιμοποιούνται σε πολλά αυτοταλαντούμενα συστήματα.

Ενίσχυση του θέματος που μελετήθηκε

1. Πού συμβαίνουν οι αυτοταλαντώσεις;

2. Σε τι διαφέρουν οι αυτοταλαντώσεις από τις ελεύθερες και τις εξαναγκασμένες ταλαντώσεις;

3. Περιγράψτε τον ρόλο του τρανζίστορ στη δημιουργία αυτοταλαντώσεων;

4. Τι είναι η ανάδραση και πώς εφαρμόζεται σε μια γεννήτρια τρανζίστορ;

5. Προσδιορίστε τα στοιχεία ενός αυτοταλαντούμενου συστήματος.

Ας συνοψίσουμε το μάθημα

Εργασία για το σπίτι: § 36, επαν. §34, αρ.971, 976.

Λειτουργία γεννήτριας με χρήση τρανζίστορ. 1. Για να προκύψει ρεύμα στο κύκλωμα και να επαναφορτιστεί ο πυκνωτής του κυκλώματος κατά τη διάρκεια των ταλαντώσεων, είναι απαραίτητο να παρέχεται στη βάση ένα δυναμικό «-» σε σχέση με τον πομπό και κατά τη διάρκεια αυτών των χρονικών διαστημάτων όταν η άνω πλάκα του πυκνωτή φορτίζεται "+" και η κάτω πλάκα φορτίζεται "-". Αυτό αντιστοιχεί σε ένα κλειστό κλειδί. 2. Για να αντισταθμιστεί η απώλεια ενέργειας ταλάντωσης στο κύκλωμα, η τάση στη διασταύρωση του εκπομπού πρέπει περιοδικά να αλλάζει πρόσημο σε αυστηρή συμφωνία με τις διακυμάνσεις τάσης στο κύκλωμα. 3. Απαιτείται ανατροφοδότηση.

Διαφάνεια 11 από την παρουσίαση «Αυτοταλαντώσεις»για μαθήματα φυσικής με θέμα «Τύποι δονήσεων»

Διαστάσεις: 960 x 720 pixels, μορφή: jpg. Για να κατεβάσετε μια δωρεάν διαφάνεια για χρήση σε ένα μάθημα φυσικής, κάντε δεξί κλικ στην εικόνα και κάντε κλικ στην επιλογή "Αποθήκευση εικόνας ως...". Μπορείτε να κατεβάσετε ολόκληρη την παρουσίαση "Self-oscillations.pptx" σε αρχείο zip 136 KB.

Κατεβάστε την παρουσίαση

Είδη δονήσεων

«Αποσβεσμένες ταλαντώσεις» - Κατά συνέπεια, η κίνηση είναι απεριοδικής (μη περιοδικής) φύσης - το σύστημα που αφαιρείται από τη θέση ισορροπίας επιστρέφει στη θέση ισορροπίας χωρίς ταλάντωση. παύει να είναι περιοδική. Θέμα: Απόσβεση ταλαντώσεων. Ελεύθερες αποσβεσμένες ταλαντώσεις σε ηλεκτρικό ταλαντούμενο κύκλωμα. 26.27.

"Αυτοταλαντώσεις" - Γεννήτρια ηλεκτρομαγνητικών ταλαντώσεων υψηλής συχνότητας. Ο όρος αυτοταλαντώσεις εισήχθη στη ρωσική ορολογία από τον Α. Ένα ρολόι ως αυτοταλαντούμενο σύστημα. Οι αυτοταλαντώσεις είναι ταλαντώσεις χωρίς απόσβεση σε ένα δυναμικό σύστημα διάχυσης με μη γραμμική ανάδραση, που υποστηρίζεται από την ενέργεια μιας σταθερής, δηλαδή μη περιοδικής εξωτερικής επιρροής.

«Φυσική «Αρμονικές Ταλαντώσεις»» - Συντελεστής απόσβεσης. Μετακίνηση από κάποια αφετηρία στην επιστροφή στο ίδιο σημείο. Οι αποσβεσμένες ταλαντώσεις είναι μη περιοδικές ταλαντώσεις. Φόρτιση στην πλάκα πυκνωτή. Μέγιστες τιμές. Η εξασθένηση συνήθως χαρακτηρίζεται από μια λογαριθμική μείωση. Ένας άλλος τύπος συντονισμού. Εξίσωση απόσβεσης ταλαντώσεων σε κύκλωμα.

"Αρμονικές ταλαντώσεις και εκκρεμές" - Ελεύθερες ταλαντώσεις. Εκκρεμές. Διαδικασίες. Ας διαιρέσουμε την εξίσωση. Περιοδική ταλαντωτική κίνηση. Η έννοια ενός περιστρεφόμενου διανύσματος. Ενέργεια αρμονικής ταλαντευτικής κίνησης. Εκκρεμές. Συκώτι. Ταλαντωτικό σύστημα. Υλικό σημείο. Αρμονική ταλάντωση με αρχική φάση. Επιτάχυνση κατά τις αρμονικές ταλαντώσεις.

"Αρμονικές ταλαντώσεις" - Το διάνυσμα πλάτους περιστροφής χαρακτηρίζει πλήρως την αρμονική ταλάντωση. 3. Η διαφορά φάσης αλλάζει με την πάροδο του χρόνου με αυθαίρετο τρόπο. Το πλάτος Α της ταλάντωσης που προκύπτει εξαρτάται από τη διαφορά στις αρχικές φάσεις. Χρησιμοποιώντας τον κανόνα της πρόσθεσης διανυσμάτων, βρίσκουμε το συνολικό πλάτος της ταλάντωσης που προκύπτει: Τέτοιες ταλαντώσεις ονομάζονται γραμμικά πολωμένες.

Οι ραδιοερασιτέχνες πρέπει να λαμβάνουν διάφορα ραδιοφωνικά σήματα. Αυτό απαιτεί την παρουσία μιας γεννήτριας χαμηλής και υψηλής συχνότητας. Αυτός ο τύπος συσκευής ονομάζεται συχνά γεννήτρια τρανζίστορ λόγω του σχεδιαστικού του χαρακτηριστικού.

Επιπλέον πληροφορίες.Μια γεννήτρια ρεύματος είναι μια αυτοταλαντούμενη συσκευή που δημιουργείται και χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε ένα δίκτυο ή τη μετατροπή ενός τύπου ενέργειας σε άλλο με δεδομένη απόδοση.

Αυτοταλαντούμενες συσκευές τρανζίστορ

Η γεννήτρια τρανζίστορ χωρίζεται σε διάφορους τύπους:

ανάλογα με το εύρος συχνοτήτων του σήματος εξόδου.
ανά τύπο σήματος που παράγεται·
σύμφωνα με τον αλγόριθμο δράσης.

Το εύρος συχνοτήτων συνήθως χωρίζεται στις ακόλουθες ομάδες:

30 Hz-300 kHz – χαμηλή εμβέλεια, χαρακτηρισμένη χαμηλή.
300 kHz-3 MHz – μεσαίο εύρος, καθορισμένο μεσαίο εύρος.
3-300 MHz – υψηλή εμβέλεια, χαρακτηρισμένη HF.
πάνω από 300 MHz – εξαιρετικά υψηλή εμβέλεια, καθορισμένος φούρνος μικροκυμάτων.

Έτσι οι ραδιοερασιτέχνες μοιράζουν τις σειρές. Για τις συχνότητες ήχου, χρησιμοποιούν το εύρος 16 Hz-22 kHz και το χωρίζουν επίσης σε ομάδες χαμηλών, μεσαίων και υψηλών. Αυτές οι συχνότητες υπάρχουν σε οποιονδήποτε οικιακό δέκτη ήχου.

Η ακόλουθη διαίρεση βασίζεται στον τύπο του σήματος εξόδου:

ημιτονοειδές - ένα σήμα εκδίδεται με ημιτονοειδή τρόπο.
λειτουργικό - τα σήματα εξόδου έχουν ένα ειδικά καθορισμένο σχήμα, για παράδειγμα, ορθογώνιο ή τριγωνικό.
γεννήτρια θορύβου – παρατηρείται ομοιόμορφη περιοχή συχνοτήτων στην έξοδο. Τα εύρη μπορεί να διαφέρουν ανάλογα με τις ανάγκες των καταναλωτών.

Οι ενισχυτές τρανζίστορ διαφέρουν στον αλγόριθμο λειτουργίας τους:

RC - κύρια περιοχή εφαρμογής - χαμηλή εμβέλεια και συχνότητες ήχου.
LC - κύρια περιοχή εφαρμογής - υψηλές συχνότητες.
Ταλαντωτής αποκλεισμού - χρησιμοποιείται για την παραγωγή παλμικών σημάτων με υψηλό κύκλο λειτουργίας.

Εικόνα σε ηλεκτρικά διαγράμματα

Αρχικά, ας εξετάσουμε τη λήψη ενός ημιτονοειδούς τύπου σήματος. Ο πιο διάσημος ταλαντωτής που βασίζεται σε τρανζίστορ αυτού του τύπου είναι ο ταλαντωτής Colpitts. Αυτός είναι ένας κύριος ταλαντωτής με μία επαγωγή και δύο πυκνωτές συνδεδεμένους σε σειρά. Χρησιμοποιείται για τη δημιουργία των απαιτούμενων συχνοτήτων. Τα υπόλοιπα στοιχεία παρέχουν τον απαιτούμενο τρόπο λειτουργίας του τρανζίστορ σε συνεχές ρεύμα.

Επιπλέον πληροφορίες.Ο Edwin Henry Colpitz ήταν ο επικεφαλής της καινοτομίας στη Western Electric στις αρχές του περασμένου αιώνα. Ήταν πρωτοπόρος στην ανάπτυξη ενισχυτών σήματος. Για πρώτη φορά παρήγαγε ένα ραδιοτηλέφωνο που επέτρεπε συνομιλίες πέρα από τον Ατλαντικό.

Ο κύριος ταλαντωτής Hartley είναι επίσης ευρέως γνωστός. Αυτό, όπως το κύκλωμα Colpitts, είναι αρκετά απλό στη συναρμολόγηση, αλλά απαιτεί μια επαγωγή. Στο κύκλωμα Hartley, ένας πυκνωτής και δύο επαγωγείς συνδεδεμένοι σε σειρά παράγουν παραγωγή. Το κύκλωμα περιέχει επίσης μια πρόσθετη χωρητικότητα για τη λήψη θετικής ανάδρασης.

Ο κύριος τομέας εφαρμογής των συσκευών που περιγράφονται παραπάνω είναι οι μεσαίες και υψηλές συχνότητες. Χρησιμοποιούνται για τη λήψη συχνοτήτων φορέα, καθώς και για τη δημιουργία ηλεκτρικών ταλαντώσεων χαμηλής ισχύος. Οι συσκευές λήψης οικιακών ραδιοφωνικών σταθμών χρησιμοποιούν επίσης γεννήτριες ταλαντώσεων.

Όλες οι εφαρμογές που αναφέρονται δεν ανέχονται ασταθή λήψη. Για να γίνει αυτό, ένα άλλο στοιχείο εισάγεται στο κύκλωμα - ένας συντονιστής χαλαζία αυτο-ταλαντώσεων. Σε αυτή την περίπτωση, η ακρίβεια της γεννήτριας υψηλής συχνότητας γίνεται σχεδόν τυπική. Φτάνει στα εκατομμυριοστά του τοις εκατό. Στις συσκευές λήψης ραδιοφωνικών δεκτών, ο χαλαζίας χρησιμοποιείται αποκλειστικά για τη σταθεροποίηση της λήψης.

Όσο για τις γεννήτριες χαμηλής συχνότητας και ήχου, εδώ υπάρχει ένα πολύ σοβαρό πρόβλημα. Για να αυξηθεί η ακρίβεια συντονισμού, απαιτείται αύξηση της επαγωγής. Αλλά μια αύξηση της επαγωγής οδηγεί σε αύξηση του μεγέθους του πηνίου, το οποίο επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό τις διαστάσεις του δέκτη. Ως εκ τούτου, αναπτύχθηκε ένα εναλλακτικό κύκλωμα ταλαντωτή Colpitts - ο ταλαντωτής χαμηλής συχνότητας Pierce. Δεν υπάρχει επαγωγή σε αυτό και στη θέση του χρησιμοποιείται αντηχείο αυτοταλάντωσης χαλαζία. Επιπλέον, ο συντονιστής χαλαζία σας επιτρέπει να κόψετε το ανώτερο όριο των ταλαντώσεων.

Σε ένα τέτοιο κύκλωμα, η χωρητικότητα εμποδίζει τη σταθερή συνιστώσα της πόλωσης βάσης του τρανζίστορ να φτάσει στον συντονιστή. Εδώ μπορούν να δημιουργηθούν σήματα έως 20-25 MHz, συμπεριλαμβανομένου του ήχου.

Η απόδοση όλων των εξεταζόμενων συσκευών εξαρτάται από τις ιδιότητες συντονισμού του συστήματος που αποτελείται από χωρητικότητες και επαγωγές. Ως εκ τούτου, η συχνότητα θα καθοριστεί από τα εργοστασιακά χαρακτηριστικά των πυκνωτών και των πηνίων.

Σπουδαίος!Ένα τρανζίστορ είναι ένα στοιχείο κατασκευασμένο από ημιαγωγό. Έχει τρεις εξόδους και μπορεί να ελέγχει ένα μεγάλο ρεύμα στην έξοδο από ένα μικρό σήμα εισόδου. Η δύναμη των στοιχείων ποικίλλει. Χρησιμοποιείται για την ενίσχυση και εναλλαγή ηλεκτρικών σημάτων.

Επιπλέον πληροφορίες.Η παρουσίαση του πρώτου τρανζίστορ έγινε το 1947. Το παράγωγό του, το τρανζίστορ φαινομένου πεδίου, εμφανίστηκε το 1953. Το 1956 Το Νόμπελ Φυσικής απονεμήθηκε για την εφεύρεση του διπολικού τρανζίστορ. Μέχρι τη δεκαετία του '80 του περασμένου αιώνα, οι σωλήνες κενού εξαναγκάστηκαν εντελώς από τα ραδιοηλεκτρονικά.

Λειτουργική γεννήτρια τρανζίστορ

Οι λειτουργικές γεννήτριες που βασίζονται σε τρανζίστορ αυτοταλάντωσης εφευρέθηκαν για να παράγουν μεθοδικά επαναλαμβανόμενα σήματα παλμών ενός δεδομένου σχήματος. Η μορφή τους καθορίζεται από τη συνάρτηση (το όνομα ολόκληρης της ομάδας παρόμοιων γεννητριών εμφανίστηκε ως αποτέλεσμα αυτού).

Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι παρορμήσεων:

ορθογώνιος;
τριγωνικός;
πριονωτή.

Ένας πολυδονητής αναφέρεται συχνά ως παράδειγμα του απλούστερου παραγωγού LF ορθογώνιων σημάτων. Διαθέτει το απλούστερο κύκλωμα για συναρμολόγηση DIY. Οι μηχανικοί ραδιοηλεκτρονικών αρχίζουν συχνά με την εφαρμογή του. Το κύριο χαρακτηριστικό είναι η απουσία αυστηρών απαιτήσεων για τις ονομασίες και το σχήμα των τρανζίστορ. Αυτό συμβαίνει λόγω του γεγονότος ότι ο κύκλος λειτουργίας σε έναν πολυδονητή καθορίζεται από τις χωρητικότητες και τις αντιστάσεις στο ηλεκτρικό κύκλωμα των τρανζίστορ. Η συχνότητα στον πολυδονητή κυμαίνεται από 1 Hz έως αρκετές δεκάδες kHz. Είναι αδύνατο να οργανωθούν εδώ ταλαντώσεις υψηλής συχνότητας.

Η λήψη σημάτων πριονωτή και τριγωνικής μορφής γίνεται με την προσθήκη ενός επιπλέον κυκλώματος σε ένα τυπικό κύκλωμα με ορθογώνιους παλμούς στην έξοδο. Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά αυτής της πρόσθετης αλυσίδας, οι ορθογώνιοι παλμοί μετατρέπονται σε τριγωνικούς ή πριονωτούς παλμούς.

Μπλοκάρισμα γεννήτριας

Στον πυρήνα του, είναι ένας ενισχυτής που συναρμολογείται με βάση τρανζίστορ διατεταγμένα σε έναν καταρράκτη. Το πεδίο εφαρμογής είναι στενό - μια πηγή εντυπωσιακών, αλλά παροδικών σε χρόνο (διάρκειας από χιλιοστά έως αρκετές δεκάδες μικροδευτερόλεπτα) σημάτων παλμών με μεγάλη επαγωγική θετική ανάδραση. Ο κύκλος λειτουργίας είναι περισσότερο από 10 και μπορεί να φτάσει αρκετές δεκάδες χιλιάδες σε σχετικές τιμές. Υπάρχει μια σοβαρή ευκρίνεια των μετώπων, πρακτικά δεν διαφέρει σε σχήμα από τα γεωμετρικά κανονικά ορθογώνια. Χρησιμοποιούνται σε οθόνες συσκευών καθοδικών ακτίνων (κινοσκόπιο, παλμογράφο).

Γεννήτριες παλμών που βασίζονται σε τρανζίστορ φαινομένου πεδίου

Η κύρια διαφορά μεταξύ των τρανζίστορ φαινομένου πεδίου είναι ότι η αντίσταση εισόδου είναι συγκρίσιμη με την αντίσταση των ηλεκτρονικών σωλήνων. Τα κυκλώματα Colpitts και Hartley μπορούν επίσης να συναρμολογηθούν χρησιμοποιώντας τρανζίστορ πεδίου, μόνο τα πηνία και οι πυκνωτές πρέπει να επιλέγονται με τα κατάλληλα τεχνικά χαρακτηριστικά. Διαφορετικά, οι γεννήτριες τρανζίστορ πεδίου δεν θα λειτουργήσουν.

Τα κυκλώματα που ορίζουν τη συχνότητα υπόκεινται στους ίδιους νόμους. Για την παραγωγή παλμών υψηλής συχνότητας, ταιριάζει καλύτερα μια συμβατική συσκευή που συναρμολογείται με χρήση τρανζίστορ φαινομένου πεδίου. Το τρανζίστορ φαινομένου πεδίου δεν παρακάμπτει την αυτεπαγωγή στα κυκλώματα, επομένως οι γεννήτριες σήματος ραδιοσυχνοτήτων λειτουργούν πιο σταθερά.

Αναγεννητές

Το κύκλωμα LC της γεννήτριας μπορεί να αντικατασταθεί με την προσθήκη ενεργού και αρνητικού αντιστάτη. Αυτός είναι ένας αναγεννητικός τρόπος για να αποκτήσετε έναν ενισχυτή. Αυτό το κύκλωμα έχει θετική ανάδραση. Χάρη σε αυτό, οι απώλειες στο κύκλωμα ταλάντωσης αντισταθμίζονται. Το περιγραφόμενο κύκλωμα ονομάζεται αναγεννημένο.

Γεννήτρια θορύβου

Η κύρια διαφορά είναι τα ομοιόμορφα χαρακτηριστικά χαμηλών και υψηλών συχνοτήτων στο απαιτούμενο εύρος. Αυτό σημαίνει ότι η απόκριση πλάτους όλων των συχνοτήτων σε αυτό το εύρος δεν θα είναι διαφορετική. Χρησιμοποιούνται κυρίως σε εξοπλισμό μέτρησης και στη στρατιωτική βιομηχανία (ειδικά αεροσκάφη και πυραύλων). Επιπλέον, ο λεγόμενος «γκρίζος» θόρυβος χρησιμοποιείται για την αντίληψη του ήχου από το ανθρώπινο αυτί.

Απλή γεννήτρια ήχου DIY

Ας εξετάσουμε το απλούστερο παράδειγμα - τον πίθηκο που ουρλιάζει. Χρειάζεστε μόνο τέσσερα στοιχεία: έναν πυκνωτή φιλμ, 2 διπολικά τρανζίστορ και μια αντίσταση για ρύθμιση. Το φορτίο θα είναι ηλεκτρομαγνητικός πομπός. Μια απλή μπαταρία 9V είναι αρκετή για να τροφοδοτήσει τη συσκευή. Η λειτουργία του κυκλώματος είναι απλή: η αντίσταση ρυθμίζει την προκατάληψη στη βάση του τρανζίστορ. Η ανάδραση γίνεται μέσω του πυκνωτή. Η αντίσταση συντονισμού αλλάζει τη συχνότητα. Το φορτίο πρέπει να έχει υψηλή αντίσταση.

Με όλη την ποικιλία τύπων, μεγεθών και σχεδίων των υπό εξέταση στοιχείων, δεν έχουν εφευρεθεί ακόμη ισχυρά τρανζίστορ για εξαιρετικά υψηλές συχνότητες. Ως εκ τούτου, οι γεννήτριες που βασίζονται σε τρανζίστορ αυτοταλάντωσης χρησιμοποιούνται κυρίως για τις περιοχές χαμηλής και υψηλής συχνότητας.

βίντεο

« Φυσική - 11η τάξη"

Οι εξαναγκασμένες ταλαντώσεις συμβαίνουν υπό την επίδραση εναλλασσόμενης τάσης που παράγεται από γεννήτριες σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.
Τέτοιες γεννήτριες δεν μπορούν να δημιουργήσουν ταλαντώσεις υψηλής συχνότητας που είναι απαραίτητες για ραδιοεπικοινωνίες; επειδή Αυτό θα απαιτούσε πολύ υψηλή ταχύτητα ρότορα.
Οι ταλαντώσεις υψηλής συχνότητας λαμβάνονται, για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας μια γεννήτρια τρανζίστορ.

Αυτοταλαντούμενα συστήματα

Τυπικά, οι εξαναγκασμένες ταλαντώσεις χωρίς απόσβεση διατηρούνται στο κύκλωμα με τη δράση μιας εξωτερικής περιοδικής τάσης.
Αλλά είναι επίσης δυνατοί και άλλοι τρόποι για τη λήψη συνεχών ταλαντώσεων.

Για παράδειγμα, υπάρχει ένα σύστημα στο οποίο μπορούν να υπάρχουν ελεύθερες ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις, με πηγή ενέργειας.
Εάν το ίδιο το σύστημα ρυθμίζει τη ροή ενέργειας στο ταλαντευόμενο κύκλωμα για να αντισταθμίσει τις απώλειες ενέργειας στην αντίσταση, τότε μπορεί να εμφανιστεί χωρίς απόσβεση ταλαντώσεων.

Τα συστήματα στα οποία δημιουργούνται ταλαντώσεις χωρίς απόσβεση λόγω της παροχής ενέργειας από μια πηγή εντός του ίδιου του συστήματος ονομάζονται αυτοταλαντούμενο. Οι μη αποσβεσμένες ταλαντώσεις που υπάρχουν σε ένα σύστημα χωρίς την επίδραση εξωτερικών περιοδικών δυνάμεων σε αυτό ονομάζονται αυτοταλαντώσεις.

Μια γεννήτρια τρανζίστορ είναι ένα παράδειγμα αυτοταλαντούμενου συστήματος.
Αποτελείται από ένα κύκλωμα ταλάντωσης με πυκνωτή χωρητικότητας C και πηνίο επαγωγής L, πηγή ενέργειας και τρανζίστορ.

Πώς να δημιουργήσετε ταλαντώσεις χωρίς απόσβεση σε ένα κύκλωμα;

Για να αποφευχθεί η εξασθένιση των ηλεκτρομαγνητικών ταλαντώσεων στο κύκλωμα, είναι απαραίτητο να αντισταθμιστούν οι απώλειες ενέργειας για κάθε περίοδο.

Μπορείτε να αναπληρώσετε ενέργεια στο κύκλωμα επαναφορτίζοντας τον πυκνωτή.
Για να γίνει αυτό, πρέπει να συνδέετε περιοδικά το κύκλωμα σε μια πηγή σταθερής τάσης.

Ο πυκνωτής πρέπει να συνδέεται με την πηγή μόνο κατά τα χρονικά διαστήματα που η πλάκα που συνδέεται με τον θετικό πόλο της πηγής είναι θετικά φορτισμένη και η πλάκα που είναι συνδεδεμένη στον αρνητικό πόλο είναι αρνητικά φορτισμένη.
Μόνο σε αυτή την περίπτωση η πηγή θα επαναφορτίσει τον πυκνωτή, αναπληρώνοντας την ενέργειά του.

Εάν ο διακόπτης είναι κλειστός τη στιγμή που η πλάκα που συνδέεται με τον θετικό πόλο της πηγής έχει αρνητικό φορτίο και η πλάκα που είναι συνδεδεμένη στον αρνητικό πόλο έχει θετικό φορτίο, τότε ο πυκνωτής θα εκφορτιστεί μέσω της πηγής. Η ενέργεια του πυκνωτή θα μειωθεί.

Μια πηγή σταθερής τάσης που συνδέεται συνεχώς με έναν πυκνωτή κυκλώματος δεν μπορεί να υποστηρίξει συνεχείς ταλαντώσεις σε αυτό, όπως μια σταθερή δύναμη δεν μπορεί να υποστηρίξει μηχανικές ταλαντώσεις.
Κατά τη μισή περίοδο, η ενέργεια εισέρχεται στο κύκλωμα και κατά το επόμενο μισό της περιόδου επιστρέφει στην πηγή.

Οι ταλαντώσεις χωρίς απόσβεση θα δημιουργηθούν στο κύκλωμα μόνο εάν η πηγή είναι συνδεδεμένη στο κύκλωμα κατά τα χρονικά διαστήματα που μπορεί να μεταφερθεί ενέργεια στον πυκνωτή.
Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί η αυτόματη λειτουργία του κλειδιού.
Σε υψηλές συχνότητες ταλάντωσης, το κλειδί πρέπει να έχει αξιόπιστη απόδοση. Ένα τρανζίστορ χρησιμοποιείται ως τέτοιος διακόπτης σχεδόν χωρίς αδράνεια.

Ένα τρανζίστορ αποτελείται από έναν πομπό, μια βάση και έναν συλλέκτη.
Ο πομπός και ο συλλέκτης έχουν τους ίδιους κύριους φορείς φορτίου, όπως τρύπες (ημιαγωγός τύπου p).
Η βάση έχει πλειοψηφικούς φορείς με αντίθετο πρόσημο, όπως ηλεκτρόνια (ημιαγωγός τύπου n).

Λειτουργία γεννήτριας τρανζίστορ

Το κύκλωμα ταλάντωσης συνδέεται σε σειρά με μια πηγή τάσης και ένα τρανζίστορ έτσι ώστε να εφαρμόζεται ένα θετικό δυναμικό στον πομπό και ένα αρνητικό δυναμικό στον συλλέκτη.
Σε αυτή την περίπτωση, η μετάβαση εκπομπού-βάσης (διασταύρωση εκπομπού) είναι άμεση, και η μετάβαση βάσης-συλλέκτη (διασταύρωση συλλέκτη) είναι αντίστροφη και δεν ρέει ρεύμα στο κύκλωμα.
Αυτό αντιστοιχεί σε ένα ανοιχτό κλειδί.

Προκειμένου να προκύψει ρεύμα στο κύκλωμα κυκλώματος και να επαναφορτιστεί ο πυκνωτής του κυκλώματος κατά τη διάρκεια των ταλαντώσεων, είναι απαραίτητο να παρέχεται στη βάση ένα αρνητικό δυναμικό σε σχέση με τον πομπό και κατά τη διάρκεια αυτών των χρονικών διαστημάτων όταν η άνω πλάκα του πυκνωτή φορτίζεται θετικά και η κάτω πλάκα είναι αρνητικά φορτισμένη.
Αυτό αντιστοιχεί σε ένα κλειστό κλειδί.

Έτσι, για να αντισταθμιστεί η απώλεια ενέργειας ταλάντωσης στο κύκλωμα, η τάση στη διασταύρωση του εκπομπού πρέπει περιοδικά να αλλάζει πρόσημο σε αυστηρή συμφωνία με τις διακυμάνσεις τάσης στο κύκλωμα.
Απαιτείται Ανατροφοδότηση.

Εδώ η ανατροφοδότηση είναι επαγωγική
Ένα πηνίο επαγωγής L CB συνδέεται στη διασταύρωση εκπομπού, επαγωγικά συνδεδεμένο με το πηνίο επαγωγής L του κυκλώματος.
Οι ταλαντώσεις στο κύκλωμα λόγω της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής διεγείρουν τις διακυμάνσεις της τάσης στα άκρα του πηνίου και ως εκ τούτου στη διασταύρωση του εκπομπού.
Εάν η φάση των ταλαντώσεων τάσης στη διασταύρωση του εκπομπού έχει επιλεγεί σωστά, τότε τα "αστεία" του ρεύματος στο κύκλωμα του κυκλώματος ενεργούν στο κύκλωμα στα απαιτούμενα χρονικά διαστήματα και οι ταλαντώσεις δεν σβήνουν.
Αντίθετα, το πλάτος των ταλαντώσεων στο κύκλωμα αυξάνεται μέχρις ότου οι απώλειες ενέργειας στο κύκλωμα αντισταθμιστούν ακριβώς από την παροχή ενέργειας από την πηγή.
Αυτό το πλάτος είναι μεγαλύτερο, όσο μεγαλύτερη είναι η τάση της πηγής.
Η αύξηση της τάσης οδηγεί σε αυξημένα «αστεία» ρεύματος που επαναφορτίζει τον πυκνωτή.

Οι γεννήτριες τρανζίστορ χρησιμοποιούνται ευρέως όχι μόνο σε πολλές ραδιοφωνικές συσκευές: ραδιοφωνικούς δέκτες, ραδιοφωνικούς σταθμούς μετάδοσης, ενισχυτές, υπολογιστές.

Βασικά στοιχεία ενός αυτοταλαντούμενου συστήματος

Χρησιμοποιώντας το παράδειγμα μιας γεννήτριας τρανζίστορ, μπορούμε να επισημάνουμε τα κύρια στοιχεία που είναι χαρακτηριστικά πολλών αυτοταλαντούμενων συστημάτων.

3. Μια συσκευή που ρυθμίζει την παροχή ενέργειας από την πηγή στο ταλαντευόμενο σύστημα - μια βαλβίδα (στη θεωρούμενη γεννήτρια - ένα τρανζίστορ).

4. Συσκευή που παρέχει ανάδραση με τη βοήθεια της οποίας το ταλαντευόμενο σύστημα ελέγχει τη βαλβίδα (σε γεννήτρια τρανζίστορ - επαγωγική σύζευξη πηνίου κυκλώματος με πηνίο στο κύκλωμα εκπομπού-βάσης).

Παραδείγματα αυτοταλαντούμενων συστημάτων

Αυτοταλαντώσεις σε μηχανικά συστήματα: ρολόι με εκκρεμές ή εξισορροπητή (τροχός με ελατήριο που εκτελεί στρεπτικές δονήσεις). Η πηγή ενέργειας σε ένα ρολόι είναι η δυναμική ενέργεια ενός ανυψωμένου βάρους ή ενός συμπιεσμένου ελατηρίου.

Τα αυτοταλαντούμενα συστήματα περιλαμβάνουν ένα ηλεκτρικό κουδούνι με διακόπτη, μια σφυρίχτρα, σωλήνες οργάνων και πολλά άλλα. Η καρδιά και οι πνεύμονές μας μπορούν επίσης να θεωρηθούν ως αυτοταλαντούμενα συστήματα.