Application de la physique d'un générateur de transistors. Générateur de transistors

Vibrations libres toujours amorties en raison des pertes d'énergie (frottement, résistance moyenne, résistance des conducteurs) courant électrique et ainsi de suite.). Pendant ce temps, tant dans la technologie que dans les expériences physiques, il est urgent d'avoir des oscillations non amorties, dont la périodicité reste la même aussi longtemps que le système oscille. Comment de telles oscillations sont-elles obtenues ? Nous savons que les oscillations forcées, dans lesquelles les pertes d'énergie sont compensées par le travail d'une force externe périodique, ne sont pas amorties. Mais où prendre une force périodique externe ? Après tout, cela nécessite à son tour une source d’oscillations non amorties.

Les oscillations non amorties sont créées par des appareils qui eux-mêmes peuvent maintenir leurs oscillations en raison d'une source d'énergie constante. De tels appareils sont appelés systèmes auto-oscillants. En figue. La figure 55 montre un exemple d'un tel dispositif électromécanique. Le poids est suspendu à un ressort dont l'extrémité inférieure est immergée dans une coupelle de mercure lorsque ce pendule à ressort oscille. Un pôle de la batterie est relié au ressort en haut et l'autre à la coupelle de mercure. Lorsque la charge est abaissée, le circuit électrique est fermé et le courant circule à travers le ressort. Grâce au champ magnétique du courant, les spires du ressort commencent à s'attirer, le ressort est comprimé et la charge reçoit une poussée vers le haut. Ensuite, le contact est rompu, les bobines cessent de se serrer, la charge retombe et tout le processus se répète.

Ainsi, l'oscillation d'un pendule à ressort, qui s'éteindrait d'elle-même, est entretenue par des chocs périodiques, provoquée par l’oscillation du pendule lui-même. A chaque poussée, la batterie libère une partie de l'énergie, dont une partie est utilisée pour soulever la charge. Le système lui-même contrôle la force agissant sur lui et régule le flux d'énergie provenant de la source - la batterie. Les oscillations ne s'éteignent pas précisément parce qu'à chaque période, la batterie consomme autant d'énergie qu'elle en dépense pendant le même temps en frottement et autres pertes. Quant à la période de ces oscillations non amorties, elle coïncide pratiquement avec la période des oscillations naturelles de la charge sur le ressort, c'est-à-dire qu'elle est déterminée par la raideur du ressort et la masse de la charge.

De la même manière, des oscillations non amorties d'un marteau se produisent dans une cloche électrique, la seule différence étant que des chocs périodiques y sont créés par un électro-aimant séparé qui attire une armature montée sur le marteau. De la même manière, on peut obtenir des auto-oscillations avec des fréquences sonores, par exemple en excitant des oscillations non amorties d'un diapason (Fig. 56). Lorsque les jambes du diapason s'écartent, un contact est établi 1; à travers l'enroulement de l'électro-aimant 2 le courant passe et l’électro-aimant tire les pattes du diapason. Dans ce cas, le contact s'ouvre, puis tout le cycle se répète. La différence de phase entre l'oscillation et la force qu'elle régule est extrêmement importante pour l'apparition des oscillations. Transférons le contact 1 de l’extérieur de la jambe du diapason vers l’intérieur. La fermeture ne se produit plus lorsque les jambes divergent, mais lorsque les jambes se rapprochent, c'est-à-dire que le moment où l'électro-aimant est allumé est avancé d'une demi-période par rapport à l'expérience précédente. Il est facile de voir que dans ce cas, le diapason sera constamment comprimé par un électro-aimant allumé en permanence, c'est-à-dire qu'aucune oscillation ne se produira du tout.

Les systèmes auto-oscillants électromécaniques sont très largement utilisés en technologie, mais les dispositifs auto-oscillants purement mécaniques n'en sont pas moins courants et importants. Il suffit de désigner n'importe quel mécanisme d'horloge. Les oscillations non amorties d'un pendule ou d'un balancier d'horlogerie sont soutenues par l'énergie potentielle d'un poids soulevé ou par l'énergie élastique d'un ressort enroulé.

Les auto-oscillations sont également des vibrations d'une corde sous l'action d'un archet (contrairement aux vibrations libres d'une corde sur un piano, une harpe, une guitare et d'autres instruments à cordes non frottées, excitées par une seule poussée ou secousse) ; Les auto-oscillations comprennent le son des instruments de musique à vent, le mouvement du piston d'une machine à vapeur et de nombreux autres processus périodiques.

Une caractéristique des auto-oscillations est que leur amplitude est déterminée par les propriétés du système lui-même, et non par la déviation ou la poussée initiale, comme dans les oscillations libres. Si, par exemple, le pendule d’une horloge est trop dévié, les pertes par frottement seront alors supérieures à l’apport d’énergie du mécanisme de remontage et l’amplitude diminuera. Au contraire, si l'amplitude est réduite, alors l'excès d'énergie transmis au pendule par la roue de roulement entraînera une augmentation de l'amplitude. L’amplitude à laquelle la consommation et l’offre d’énergie s’équilibrent sera automatiquement établie.

Les appareils, collectivement appelés systèmes auto-oscillants, se caractérisent par les propriétés distinctives suivantes.

Les systèmes auto-oscillants sont capables de générer des oscillations non amorties. Ces oscillations peuvent être harmoniques (sinusoïdales) ou de forme plus complexe, mais elles peuvent se poursuivre indéfiniment jusqu'à la défaillance des éléments formant le système.

Les systèmes auto-oscillants diffèrent d'un circuit oscillant avec une résistance égale à zéro. Un tel circuit représente un cas extrême inaccessible en pratique. Les systèmes auto-oscillants sont de véritables appareils dont la résistance n'est pas nulle.

Dans les systèmes auto-oscillants, des oscillations non amorties surviennent sous l'influence de processus se produisant au sein du système et aucune influence externe n'est nécessaire pour les maintenir. À cet égard, les auto-oscillations sont radicalement différentes des oscillations forcées, qui peuvent également être non amorties, mais pour leur existence, elles nécessitent des influences externes périodiques (en mécanique - forces externes, en électricité - tensions appliquées de l'extérieur).

Les systèmes auto-oscillants comprennent une source d'énergie (dans le cas de vibrations mécaniques - un ressort comprimé, une charge surélevée, etc., dans le cas de vibrations électriques - une batterie ou une autre source de courant). Cette source est périodiquement allumée par le système lui-même et y introduit une certaine énergie, compensant les pertes dues au dégagement de chaleur Joule-Lenz, ce qui rend les oscillations non amorties.

Étant donné que les oscillations dans les systèmes auto-oscillants s'établissent sous l'influence de processus se produisant au sein du système, elles surviennent spontanément (auto-excitation), sous l'influence de petites influences aléatoires qui déséquilibrent le système (fluctuations). Les petites oscillations qui surviennent spontanément augmentent et, finalement, des oscillations stables se forment dans le système, dont les propriétés (fréquence, intensité, forme) sont déterminées par les paramètres du système et ne dépendent pas des conditions initiales.

Comment créer des oscillations non amorties dans un circuit ? On sait que si le condensateur d'un circuit oscillant est chargé, des oscillations amorties apparaîtront dans le circuit. A la fin de chaque période d'oscillation, la charge sur les plaques du condensateur est inférieure à celle du début de la période. La charge totale, bien sûr, est conservée (elle est toujours nulle), mais la charge positive d'une plaque et la charge négative de l'autre diminuent de valeurs égales en ampleur. En conséquence, l'énergie d'oscillation diminue, puisqu'elle est proportionnelle au carré de la charge sur l'une des plaques du condensateur. Pour éviter que les oscillations ne s'éteignent, il faut compenser les pertes d'énergie pour chaque période.

Vous pouvez reconstituer l'énergie du circuit en rechargeant le condensateur. Pour ce faire, vous devez périodiquement connecter le circuit à une source de tension constante. Le condensateur doit être connecté à la source uniquement pendant les intervalles de temps où la plaque connectée au pôle positif de la source est chargée positivement et la plaque connectée au pôle négatif est chargée négativement (Fig. 4.21). Ce n'est que dans ce cas que la source rechargera le condensateur, reconstituant ainsi son énergie.

Si l'interrupteur est fermé au moment où la plaque connectée au pôle positif de la source a une charge négative et que la plaque connectée au pôle négatif a une charge positive, alors le condensateur sera déchargé à travers la source (Fig. 4.22 ). L'énergie du condensateur va diminuer.

Par conséquent, une source de tension constante connectée en permanence à un condensateur de circuit ne peut pas supporter des oscillations non amorties, tout comme une force constante ne peut pas supporter des oscillations mécaniques. Pendant la moitié de la période, l’énergie entre dans le circuit et pendant la moitié suivante, elle retourne à la source. Des oscillations non amorties ne seront établies dans le circuit que si la source est connectée au circuit pendant les intervalles de temps pendant lesquels l'énergie peut être transférée au condensateur. Pour ce faire, il est nécessaire d'assurer le fonctionnement automatique de la clé (ou de la valve, comme on l'appelle souvent). À des fréquences d'oscillation élevées, la clé doit avoir des performances fiables. Un transistor est utilisé en tant que tel comme interrupteur presque sans inertie.

Un transistor est composé de trois semi-conducteurs différents : un émetteur, une base et un collecteur. L'émetteur et le collecteur ont les mêmes porteurs de charge majoritaires, tels que des trous (c'est un semi-conducteur de type p), et la base a des porteurs majoritaires de signes opposés, tels que des électrons (un semi-conducteur de type n). Une représentation schématique du transistor est présentée sur la figure 4.23.

Fonctionnement d'un générateur utilisant un transistor. Un circuit oscillateur à transistor simplifié est illustré à la figure 4.24. Le circuit oscillant est connecté en série avec une source de tension et un transistor de telle sorte qu'un potentiel positif soit appliqué à l'émetteur et un potentiel négatif au collecteur. Dans ce cas, la transition émetteur-base (jonction émetteur) est directe et la transition base-collecteur (jonction collecteur) est inversée et aucun courant ne circule dans le circuit. Cela correspond à l'interrupteur ouvert des figures 4.21, 4.22.

Pour qu'un courant apparaisse dans le circuit du circuit et recharge le condensateur du circuit pendant les oscillations, il est nécessaire de fournir à la base un potentiel négatif par rapport à l'émetteur, et pendant les intervalles de temps où le condensateur supérieur (voir Fig. 4.24) La plaque est chargée positivement et celle du bas est chargée négativement. Cela correspond à la clé fermée de la figure 4.21.

Pendant les intervalles de temps où la plaque supérieure du condensateur est chargée négativement et la plaque inférieure est chargée positivement, il ne doit y avoir aucun courant dans le circuit. Pour ce faire, la base doit avoir un potentiel positif par rapport à l'émetteur.

Ainsi, pour compenser la perte d'énergie d'oscillation dans le circuit, la tension à la jonction de l'émetteur doit périodiquement changer de signe en stricte conformité avec les fluctuations de tension dans le circuit. Ce qu’il faut, comme on dit, c’est un feedback.

Le retour dans le générateur considéré est inductif. Une bobine d'inductance Lsv est connectée à la jonction émetteur, couplée inductivement à la bobine d'inductance L du circuit. Les oscillations dans le circuit dues à l'induction électromagnétique excitent des fluctuations de tension aux extrémités de la bobine, et donc à la jonction de l'émetteur. Si la phase des oscillations de tension à la jonction de l'émetteur est sélectionnée correctement, alors les « plaisanteries » de courant dans le circuit du circuit agissent sur le circuit aux intervalles de temps requis et les oscillations ne s'éteignent pas. Au contraire, l'amplitude des oscillations dans le circuit augmente jusqu'à ce que les pertes d'énergie dans le circuit soient exactement compensées par l'apport d'énergie de la source. Cette amplitude est d'autant plus grande que la tension source est élevée. Une augmentation de la tension entraîne une augmentation du courant qui recharge le condensateur.

Les générateurs utilisant des transistors sont largement utilisés non seulement dans de nombreux appareils radio : récepteurs radio, stations radio émettrices, amplificateurs, etc., mais également dans les ordinateurs électroniques modernes.

Éléments de base d'un système auto-oscillant. A l'aide de l'exemple d'un générateur à transistors, on peut mettre en évidence les principaux éléments caractéristiques de nombreux systèmes auto-oscillants (Fig. 4.25).

1. Une source d'énergie qui maintient des oscillations non amorties (dans un générateur à transistor, il s'agit d'une source de tension constante).

2. Un système oscillatoire est la partie d'un système auto-oscillant dans laquelle les oscillations se produisent directement (dans un générateur à transistors, il s'agit d'un circuit oscillatoire).
3. Le dispositif qui régule l'apport d'énergie de la source au système oscillatoire est une vanne (dans le générateur considéré, le rôle de vanne est joué par un transistor).
4. Appareil fournissant retour, à l'aide duquel le système oscillatoire contrôle la vanne (dans le générateur à transistor, il existe une connexion inductive entre la bobine du circuit et la bobine du circuit émetteur-base).

Questions : (FAITES UN RÉSUMÉ DANS VOTRE CARNET EN Y RÉPONDANT !)

1. Qu'est-ce qu'un système auto-oscillant ?

2. Quelle est la différence entre les auto-oscillations et les oscillations forcées et libres ?

3. Comment fonctionne un transistor ?

4. Quel est le rôle du transistor dans la génération des auto-oscillations ?

5. Comment s'effectue le feedback dans un générateur à transistor ?

6. Indiquer les principaux éléments d'un système auto-oscillant.

7. Quelles oscillations sont dites non amorties ?

8. Quelles oscillations sont dites forcées ?

9. Décrire comment se produisent les auto-oscillations d'un pendule à ressort.

10. Où sont utilisés les systèmes auto-oscillants ?

11. Indiquez un trait caractéristique des auto-oscillations.

12. Indiquer les propriétés des systèmes auto-oscillants (selon les points 1,2,3 et ainsi de suite, autant qu'il y en a)

13. Quel rôle joue la source d'énergie dans la composition d'un système auto-oscillant ?

14. Indiquez les raisons conduisant à l'amortissement des oscillations (écrivez-le vous-même, pas dans ce texte).

15. Dessinez un diagramme et décrivez le processus de création d'oscillations continues dans le circuit.

16. A quoi sert le transistor dans un générateur ?

17. Pourquoi un feedback est-il nécessaire ?

18. Dessinez un schéma et décrivez étape par étape le processus de fonctionnement d'un générateur à transistor.

Problèmes sur le thème « Oscillations électriques » (MARQUE SÉPARÉE POUR LA SOLUTION)

1.1259. Un condensateur plat est constitué de deux plaques rondes d'un diamètre de 8 cm et une plaque de verre de 5 mm d'épaisseur est prise en sandwich entre les plaques. Les plaques du condensateur sont connectées via une bobine avec une inductance de 0,02 H. Déterminez la fréquence des oscillations se produisant dans ce circuit.

2. 1260. Le circuit oscillatoire se compose d'une bobine avec une inductance de 0,003 H et d'un condensateur plat. Les plaques de condensateur en forme de disques d'un rayon de 1,2 cm sont situées à une distance de 0,3 mm les unes des autres. Déterminez la période d'oscillations naturelles du circuit. Quelle sera la période d'oscillation si le condensateur est rempli d'un diélectrique avec une constante diélectrique de 4 ?

3. 1261. Une bobine d'une inductance de 30 μH est connectée à un condensateur à plaques parallèles avec une superficie de plaques de 0,01 m et une distance entre elles de 0,1 mm. Trouvez la constante diélectrique du milieu remplissant l'espace entre les plaques si le circuit est accordé sur une fréquence de 400 kHz.

4. 1262. Dans quelles limites la capacité électrique du condensateur dans le circuit oscillatoire doit-elle changer pour que des oscillations d'une fréquence de 400 à 500 Hz puissent s'y produire ? L'inductance de la bobine de boucle est de 16 mH.

5. 1263. Dans quelles limites l'inductance de la bobine du circuit oscillant doit-elle changer pour que des oscillations d'une fréquence de 400 à 500 Hz puissent s'y produire ? La capacité du condensateur est de 10 nF.

Contenu:

Le but de la leçon: se faire une idée des auto-oscillations ; diverses fréquences sont générées à l'aide de systèmes auto-oscillants ; sans eux, les communications radio et la télévision modernes seraient impossibles.

Progrès

Vérifier les devoirs en remplissant le tableau

— Sur les fiches distribuées aux élèves, les bonnes réponses sont situées aléatoirement du côté droit ; sur le côté gauche se trouvent des formules écrites, des lois, des expressions de quantités sur le sujet étudié.

Dans les 7 minutes, vous devez noter les codes de réponse corrects et remettre le travail à l'enseignant.

	Énergie du champ magnétique		Im=Um/R
	Énergie du champ électrique		XC= 1/ωC
	Énergie totale du circuit oscillatoire
	L'équation de base décrivant les oscillations libres dans un circuit		Je suis = qmω
	La formule de Thomson		tu= Umsinωt
	Loi de changement de charge électrique		T= 2π/ω0= CITATION
	Loi du changement de force actuelle		q′′= — q/LC
	Amplitude actuelle		Je = Je suis/CITATION
	Loi du changement de tension		XL = ωL
	Flux d'induction magnétique		q= qmcosω0t
	Résistance active dans un circuit électrique avec une résistance		W=CITATION +CITATION
	Valeur efficace actuelle		Ф= BScosωt
	Tension efficace		je =Imsin(ωt+φ)
	Formule de capacité		R = Um/Je
	Formule de réactance inductive
	Amplitude du courant à la résonance		Semaine= Li2/2
	Puissance dans un circuit électrique avec une résistance		U=Eu/CITATION

Code de réponse : 1 à 16 ; 2-3 ; 3-11 ; 4-7 ; 5-6 ; 6-10 ; 7-13 ; 8-4 ; 9h à 17h ; 10-12 ; 11-14 ; 12-8 ; 13-17 ; 14-2 ; 15-9 ; 16-1 ; 17-15/

Apprendre du nouveau matériel

Répétition d'auto-oscillations mécaniques.

1. Systèmes auto-oscillants.

Si dans un système dans lequel des oscillations électromagnétiques libres peuvent se produire,

placez une source d'énergie et le système lui-même régulerait l'apport d'énergie par portions, puis des oscillations non amorties apparaîtraient.

Les systèmes sont appelés auto-oscillant, si des oscillations non amorties y sont créées en raison de l'apport d'énergie provenant d'une source à l'intérieur du système.

Un générateur à transistors est un système auto-oscillant.

2. Comment créer des oscillations non amorties dans un circuit ?

Il est nécessaire d'assurer le fonctionnement automatique de la vanne ou de la clé.

La valve doit avoir un grand...
vitesse. Ce travail de la vanne sans inertie est réalisé par un transistor composé de 3 semi-conducteurs : un collecteur,

émetteur et base. L'émetteur et le collecteur ont les mêmes porteurs de charge majoritaires ;

les principaux porteurs de la base ont le signe opposé.

3. Fonctionnement d'un générateur utilisant un transistor.

Sur le schéma, nous voyons que le circuit oscillant est connecté en série avec une source de tension, puis il y a un transistor.

Un potentiel négatif est appliqué au collecteur et un potentiel positif est appliqué à l'émetteur.

La transition base-collecteur est inverse (aucun courant ne circule dans le circuit) ; dans ce cas, la transition émetteur-base s'avère directe. Ce qui correspond à la clé ouverte dans les schémas.

Pour que le courant apparaisse dans le circuit et charge le condensateur, il est nécessaire de fournir à la base un potentiel négatif par rapport à l'émetteur. Cela correspond à la clé fermée dans le schéma. Pour compenser les pertes d'énergie dans le circuit, la tension à la jonction de l'émetteur

doit constamment changer de signe pour fournir des commentaires.

Dans ce cas, un retour d'information se produit en raison du couplage inductif des bobines. L'une des entailles est située dans le circuit, l'autre est connectée à la jonction de l'émetteur.

Pour éviter l'amortissement des oscillations dans le circuit, il est nécessaire de sélectionner la phase des oscillations de tension à la jonction de l'émetteur afin que les « blagues » de courant agissent sur le circuit aux intervalles de temps requis.

La fréquence d'oscillation dans le circuit dépend de l'inductance de la bobine et de la capacité du condensateur.

ω0=1 / CITATION

Plus l'inductance et la capacité sont faibles, plus la fréquence d'oscillation est élevée

Les générateurs de transistors sont largement utilisés dans les appareils radio et les ordinateurs électroniques.

4. Éléments de base d'un système auto-oscillant.

Soulignons les principaux éléments utilisés dans de nombreux systèmes auto-oscillants.

Renforcer le sujet étudié

1. Où se produisent les auto-oscillations ?

2. En quoi les auto-oscillations diffèrent-elles des oscillations libres et forcées ?

3. Décrivez le rôle du transistor dans la création d'auto-oscillations ?

4. Qu'est-ce que le feedback et comment est-il implémenté dans un générateur à transistor ?

5. Nommer les éléments d'un système auto-oscillant.

Résumons la leçon

Devoirs : § 36, rep. §34, n° 971, 976.

Fonctionnement d'un générateur utilisant un transistor. 1. Pour qu'un courant apparaisse dans le circuit et recharge le condensateur du circuit lors des oscillations, il est nécessaire de fournir à la base un potentiel « - » par rapport à l'émetteur, et pendant les intervalles de temps où la plaque supérieure du condensateur est chargée « + » et la plaque inférieure est chargée « - ». Cela correspond à une clé fermée. 2. Pour compenser la perte d'énergie d'oscillation dans le circuit, la tension à la jonction de l'émetteur doit périodiquement changer de signe en stricte conformité avec les fluctuations de tension dans le circuit. 3. Des commentaires sont nécessaires.

Diapositive 11 de la présentation « Auto-oscillations » pour des cours de physique sur le thème « Types de vibrations »

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Types de vibrations

"Oscillations amorties" - Par conséquent, le mouvement est de nature apériodique (non périodique) - le système retiré de la position d'équilibre revient à la position d'équilibre sans osciller. cesse d'être périodique. Sujet : Oscillations amorties. Oscillations libres amorties dans un circuit oscillatoire électrique ; 26.27.

« Auto-oscillations » - Générateur d'oscillations électromagnétiques à haute fréquence. Le terme auto-oscillations a été introduit dans la terminologie russe par A. Une horloge en tant que système auto-oscillant. Les auto-oscillations sont des oscillations non amorties dans un système dynamique dissipatif avec rétroaction non linéaire, soutenues par l'énergie d'une influence externe constante, c'est-à-dire non périodique.

« Physique « Oscillations Harmoniques » » - Coefficient d'amortissement. Mouvement depuis un point de départ jusqu'au retour au même point. Les oscillations amorties sont des oscillations non périodiques. Chargez sur la plaque du condensateur. Valeurs maximales. L'atténuation est généralement caractérisée par un décrément logarithmique. Un autre type de résonance. Équation des oscillations amorties dans un circuit.

« Oscillations harmoniques et pendules » - Oscillations libres. Pendule. Processus. Divisons l'équation. Mouvement oscillatoire périodique. Le concept d'un vecteur tournant. Énergie du mouvement oscillatoire harmonique. Pendules. Foie. Système oscillatoire. Point matériel. Oscillation harmonique avec une phase initiale. Accélération lors des oscillations harmoniques.

"Oscillations harmoniques" - Le vecteur d'amplitude tournant caractérise complètement oscillation harmonique. 3. La différence de phase change de manière arbitraire au fil du temps. L'amplitude A de l'oscillation résultante dépend de la différence des phases initiales. En utilisant la règle de l'addition vectorielle, nous trouvons l'amplitude totale de l'oscillation résultante : de telles oscillations sont appelées polarisées linéairement.

Les radioamateurs doivent recevoir divers signaux radio. Cela nécessite la présence d'un générateur basse fréquence et haute fréquence. Ce type d'appareil est souvent appelé générateur à transistors en raison de sa caractéristique de conception.

Informations Complémentaires. Un générateur de courant est un dispositif auto-oscillant créé et utilisé pour générer de l'énergie électrique dans un réseau ou convertir un type d'énergie en un autre avec une efficacité donnée.

Dispositifs à transistors auto-oscillants

Le générateur de transistors est divisé en plusieurs types :

selon la plage de fréquences du signal de sortie ;
par type de signal généré ;
selon l'algorithme d'action.

La gamme de fréquences est généralement divisée dans les groupes suivants :

30 Hz-300 kHz – plage basse, désignée basse ;
300 kHz-3 MHz – portée moyenne, désignée milieu de gamme ;
3-300 MHz – gamme haute, désignée HF ;
plus de 300 MHz – ultra-haute gamme, désigné micro-ondes.

C'est ainsi que les radioamateurs divisent les portées. Pour fréquences audio Ils utilisent la gamme 16 Hz-22 kHz et la divisent également en groupes bas, moyen et haut. Ces fréquences sont présentes dans tout récepteur sonore domestique.

La division suivante est basée sur le type de signal de sortie :

sinusoïdal – un signal est émis de manière sinusoïdale ;
fonctionnel – les signaux de sortie ont une forme spécialement spécifiée, par exemple rectangulaire ou triangulaire ;
générateur de bruit – une plage de fréquences uniforme est observée à la sortie ; les gammes peuvent varier en fonction des besoins des consommateurs.

Les amplificateurs à transistor diffèrent par leur algorithme de fonctionnement :

RC – domaine d'application principal – gamme basse et fréquences audio ;
LC – domaine d'application principal – hautes fréquences ;
Oscillateur de blocage - utilisé pour produire des signaux d'impulsion avec un rapport cyclique élevé.

Photo sur les schémas électriques

Considérons d’abord l’obtention d’un signal de type sinusoïdal. L'oscillateur le plus connu basé sur un transistor de ce type est l'oscillateur Colpitts. Il s'agit d'un oscillateur maître avec une inductance et deux condensateurs connectés en série. Il est utilisé pour générer les fréquences requises. Les éléments restants assurent le mode de fonctionnement requis du transistor en courant continu.

Informations Complémentaires. Edwin Henry Colpitz était responsable de l'innovation chez Western Electric au début du siècle dernier. Il fut un pionnier dans le développement d'amplificateurs de signaux. Pour la première fois, il réalise un radiotéléphone permettant des conversations outre-Atlantique.

L'oscillateur maître Hartley est également largement connu. Comme le circuit Colpitts, il est assez simple à assembler, mais nécessite une inductance à prises. Dans le circuit Hartley, un condensateur et deux inductances connectées en série produisent une génération. Le circuit contient également une capacité supplémentaire pour obtenir une rétroaction positive.

Le principal domaine d'application des appareils décrits ci-dessus est celui des moyennes et hautes fréquences. Ils sont utilisés pour obtenir des fréquences porteuses, ainsi que pour générer des oscillations électriques de faible puissance. Les appareils de réception des stations de radio domestiques utilisent également des générateurs d'oscillations.

Toutes les applications répertoriées ne tolèrent pas une réception instable. Pour ce faire, un autre élément est introduit dans le circuit - un résonateur à quartz d'auto-oscillations. Dans ce cas, la précision du générateur haute fréquence devient presque standard. Il atteint des millionièmes de pour cent. Dans les appareils de réception des récepteurs radio, le quartz est utilisé exclusivement pour stabiliser la réception.

En ce qui concerne les générateurs de basses fréquences et de sons, il y a ici un problème très sérieux. Pour augmenter la précision du réglage, une augmentation de l'inductance est nécessaire. Mais une augmentation de l'inductance entraîne une augmentation de la taille de la bobine, ce qui affecte grandement les dimensions du récepteur. Par conséquent, un circuit alternatif pour l'oscillateur Colpitts a été développé - l'oscillateur basses fréquences Transpercer. Il n'y a pas d'inductance et à sa place un résonateur à quartz à auto-oscillation est utilisé. De plus, le résonateur à quartz permet de couper la limite supérieure des oscillations.

Dans un tel circuit, la capacité empêche la composante constante de la polarisation de base du transistor d'atteindre le résonateur. Des signaux jusqu'à 20-25 MHz, y compris l'audio, peuvent être générés ici.

Les performances de tous les dispositifs considérés dépendent des propriétés résonantes du système constitué de capacités et d'inductances. Il s'ensuit que la fréquence sera déterminée par les caractéristiques d'usine des condensateurs et des bobines.

Important! Un transistor est un élément constitué d'un semi-conducteur. Il dispose de trois sorties et est capable de contrôler un courant important en sortie à partir d'un petit signal d'entrée. La puissance des éléments varie. Utilisé pour amplifier et commuter les signaux électriques.

Informations Complémentaires. La présentation du premier transistor a eu lieu en 1947. Son dérivé, le transistor à effet de champ, est apparu en 1953. En 1956 Le prix Nobel de physique a été décerné pour l'invention du transistor bipolaire. Dans les années 80 du siècle dernier, les tubes à vide ont été complètement exclus de l'électronique radio.

Générateur de transistors de fonction

Des générateurs fonctionnels basés sur des transistors à auto-oscillation sont inventés pour produire des signaux d'impulsions répétitifs méthodiques d'une forme donnée. Leur forme est déterminée par la fonction (le nom de l'ensemble du groupe de générateurs similaires est apparu à la suite de cela).

Il existe trois principaux types d'impulsions :

rectangulaire;
triangulaire;
en dents de scie.

Un multivibrateur est souvent cité comme exemple du producteur BF le plus simple de signaux rectangulaires. Il a le plus circuit simple pour un assemblage DIY. Les ingénieurs en électronique radio commencent souvent par sa mise en œuvre. La principale caractéristique est l'absence d'exigences strictes concernant les valeurs nominales et la forme des transistors. Cela est dû au fait que le rapport cyclique dans un multivibrateur est déterminé par les capacités et les résistances du circuit électrique des transistors. La fréquence sur le multivibrateur varie de 1 Hz à plusieurs dizaines de kHz. Il est impossible d'organiser ici des oscillations à haute fréquence.

L'obtention de signaux en dents de scie et triangulaires s'effectue en ajoutant un circuit supplémentaire à un circuit standard avec des impulsions rectangulaires en sortie. Selon les caractéristiques de cette chaîne supplémentaire, les impulsions rectangulaires sont converties en impulsions triangulaires ou en dents de scie.

Générateur de blocage

À la base, il s’agit d’un amplificateur assemblé sur la base de transistors disposés en cascade. Le champ d'application est étroit - une source de signaux d'impulsion impressionnants, mais transitoires dans le temps (durée de quelques millièmes à plusieurs dizaines de microsecondes) avec une grande rétroaction positive inductive. Le rapport cyclique est supérieur à 10 et peut atteindre plusieurs dizaines de milliers en valeurs relatives. Il y a une netteté sérieuse des fronts, dont la forme ne diffère pratiquement pas de celle des rectangles géométriquement réguliers. Ils sont utilisés dans les écrans des appareils à rayons cathodiques (kinéscope, oscilloscope).

Générateurs d'impulsions basés sur des transistors à effet de champ

La principale différence entre les transistors à effet de champ est que la résistance d'entrée est comparable à la résistance des tubes électroniques. Les circuits Colpitts et Hartley peuvent également être assemblés à l'aide de transistors à effet de champ, seules les bobines et les condensateurs doivent être sélectionnés avec les paramètres appropriés. caractéristiques techniques. Sinon, les générateurs à transistors à effet de champ ne fonctionneront pas.

Les circuits qui fixent la fréquence sont soumis aux mêmes lois. Pour la production d'impulsions haute fréquence, un dispositif classique assemblé à l'aide de transistors à effet de champ est mieux adapté. Transistor à effet de champ ne shunte pas l'inductance dans les circuits, de sorte que les générateurs de signaux RF fonctionnent de manière plus stable.

Régénérateurs

Le circuit LC du générateur peut être remplacé en ajoutant une résistance active et négative. Il s'agit d'une manière régénérative d'obtenir un amplificateur. Ce circuit a une rétroaction positive. Grâce à cela, les pertes dans le circuit oscillatoire sont compensées. Le circuit décrit est dit régénéré.

Générateur de bruit

La principale différence réside dans les caractéristiques uniformes des basses et hautes fréquences dans la plage requise. Cela signifie que la réponse en amplitude de toutes les fréquences de cette plage ne sera pas différente. Ils sont principalement utilisés dans les équipements de mesure et dans l’industrie militaire (notamment les avions et les fusées). De plus, le bruit dit « gris » est utilisé pour percevoir le son par l’oreille humaine.

Générateur de sons DIY simple

Considérons l'exemple le plus simple : le singe hurleur. Vous n'avez besoin que de quatre éléments : un condensateur à film, 2 transistors bipolaires et une résistance pour le réglage. La charge sera un émetteur électromagnétique. Une simple pile 9V suffit à alimenter l’appareil. Le fonctionnement du circuit est simple : la résistance fixe la polarisation à la base du transistor. La rétroaction se produit via le condensateur. La résistance d'accord change la fréquence. La charge doit avoir une résistance élevée.

Avec toute la variété des types, des tailles et des conceptions des éléments considérés, les transistors puissants pour les ultra-hautes fréquences n'ont pas encore été inventés. Par conséquent, les générateurs basés sur des transistors auto-oscillants sont principalement utilisés pour les plages de basses et hautes fréquences.

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« Physique - 11e année"

Des oscillations forcées se produisent sous l'influence de la tension alternative générée par les générateurs des centrales électriques.
De tels générateurs ne peuvent-ils pas créer les oscillations haute fréquence nécessaires aux communications radio ? parce que cela nécessiterait une vitesse de rotor très élevée.
Des oscillations haute fréquence sont obtenues, par exemple, à l'aide d'un générateur à transistor.

Systèmes auto-oscillants

Généralement, les oscillations forcées non amorties sont maintenues dans le circuit par l'action d'une tension périodique externe.
Mais d'autres moyens d'obtenir des oscillations continues sont également possibles.

Par exemple, il existe un système dans lequel des oscillations électromagnétiques libres peuvent exister, avec une source d'énergie.
Si le système régule lui-même le flux d'énergie dans le circuit oscillatoire pour compenser les pertes d'énergie sur la résistance, il peut alors subir oscillations non amorties.

Les systèmes dans lesquels des oscillations non amorties sont générées en raison de l'apport d'énergie provenant d'une source au sein du système lui-même sont appelés auto-oscillant. Oscillations non amorties qui existent dans un système sans influence extérieure sur celui-ci forces périodiques, sont appelés auto-oscillations.

Un générateur à transistors est un exemple de système auto-oscillant.
Il se compose d'un circuit oscillant avec un condensateur de capacité C et une bobine d'inductance L, d'une source d'énergie et d'un transistor.

Comment créer des oscillations non amorties dans un circuit ?

Pour éviter que les oscillations électromagnétiques du circuit ne s'atténuent, il est nécessaire de compenser les pertes d'énergie pour chaque période.

Vous pouvez reconstituer l'énergie du circuit en rechargeant le condensateur.
Pour ce faire, vous devez périodiquement connecter le circuit à une source de tension constante.

Le condensateur doit être connecté à la source uniquement pendant les intervalles de temps où la plaque connectée au pôle positif de la source est chargée positivement et la plaque connectée au pôle négatif est chargée négativement.
Ce n'est que dans ce cas que la source rechargera le condensateur, reconstituant ainsi son énergie.

Si l'interrupteur est fermé à un moment où la plaque connectée au pôle positif de la source a une charge négative et que la plaque connectée au pôle négatif a une charge positive, alors le condensateur sera déchargé à travers la source. L'énergie du condensateur va diminuer.

Une source de tension constante connectée en permanence à un condensateur de circuit ne peut pas supporter des oscillations continues, tout comme une force constante ne peut pas supporter des oscillations mécaniques.
Pendant la moitié de la période, l’énergie entre dans le circuit et pendant la moitié suivante, elle retourne à la source.

Des oscillations non amorties ne seront établies dans le circuit que si la source est connectée au circuit pendant les intervalles de temps pendant lesquels l'énergie peut être transférée au condensateur.
Pour ce faire, il est nécessaire d'assurer le fonctionnement automatique de la clé.
À des fréquences d'oscillation élevées, la clé doit avoir des performances fiables. Un transistor est utilisé en tant que tel comme interrupteur presque sans inertie.

Un transistor est constitué d'un émetteur, d'une base et d'un collecteur.
L'émetteur et le collecteur ont les mêmes porteurs de charge majeurs, tels que des trous (semi-conducteur de type p).
La base comporte des porteurs majoritaires de signe opposé, tels que des électrons (semi-conducteur de type n).

Fonctionnement d'un générateur de transistor

Le circuit oscillant est connecté en série avec une source de tension et un transistor de sorte qu'un potentiel positif soit appliqué à l'émetteur et un potentiel négatif au collecteur.
Dans ce cas, la transition émetteur-base (jonction émetteur) est directe et la transition base-collecteur (jonction collecteur) est inversée et aucun courant ne circule dans le circuit.
Cela correspond à une clé ouverte.

Pour qu'un courant naisse dans le circuit et recharge le condensateur du circuit lors des oscillations, il est nécessaire de fournir à la base un potentiel négatif par rapport à l'émetteur, et pendant les intervalles de temps où la plaque supérieure du condensateur est chargée positivement et la plaque inférieure négativement.
Cela correspond à une clé fermée.

Ici le feedback est inductif
Une bobine d'inductance L CB est connectée à la jonction émetteur, couplée inductivement à la bobine d'inductance L du circuit.
Les oscillations dans le circuit dues à l'induction électromagnétique excitent des fluctuations de tension aux extrémités de la bobine, et donc à la jonction de l'émetteur.
Si la phase des oscillations de tension à la jonction de l'émetteur est sélectionnée correctement, alors les « plaisanteries » de courant dans le circuit du circuit agissent sur le circuit aux intervalles de temps requis et les oscillations ne s'éteignent pas.
Au contraire, l'amplitude des oscillations dans le circuit augmente jusqu'à ce que les pertes d'énergie dans le circuit soient exactement compensées par l'apport d'énergie de la source.
Cette amplitude est d'autant plus grande que la tension source est élevée.
Une augmentation de la tension entraîne une augmentation du courant qui recharge le condensateur.

Les générateurs de transistors sont largement utilisés non seulement dans de nombreux appareils radio : récepteurs radio, stations radio émettrices, amplificateurs, ordinateurs.

Éléments de base d'un système auto-oscillant

A l'aide de l'exemple d'un générateur à transistors, on peut mettre en évidence les principaux éléments caractéristiques de nombreux systèmes auto-oscillants.

1. Une source d'énergie qui maintient des oscillations non amorties (dans un générateur à transistor, il s'agit d'une source de tension constante).

3. Un dispositif qui régule l'apport d'énergie de la source au système oscillatoire - une vanne (dans le générateur considéré - un transistor).

4. Un dispositif qui fournit une rétroaction à l'aide de laquelle le système oscillatoire contrôle la vanne (dans un générateur à transistor - couplage inductif d'une bobine de circuit avec une bobine dans le circuit émetteur-base).

Exemples de systèmes auto-oscillants

Auto-oscillations dans les systèmes mécaniques : une horloge avec un pendule ou un équilibreur (une roue avec un ressort qui effectue des vibrations de torsion). La source d'énergie d'une montre est l'énergie potentielle d'un poids soulevé ou d'un ressort comprimé.

Les systèmes auto-oscillants comprennent une cloche électrique avec disjoncteur, un sifflet, des tuyaux d'orgue et bien plus encore. Notre cœur et nos poumons peuvent également être considérés comme des systèmes auto-oscillants.