Tranzistoriaus generatoriaus fizikos taikymas. Tranzistorių generatorius

Laisvosios vibracijos visada prislopina dėl energijos nuostolių (trinties, vidutinės varžos, laidininko varžos elektros srovė ir taip toliau.). Tuo tarpu tiek technikoje, tiek atliekant fizikinius eksperimentus, skubiai reikalingi neslopinami svyravimai, kurių periodiškumas išlieka toks pat, kol sistema apskritai svyruoja. Kaip gaunami tokie svyravimai? Žinome, kad priverstiniai svyravimai, kurių metu energijos nuostoliai pasipildo periodiškai veikiant išorinei jėgai, yra neslopinami. Bet kur imtis išorinės periodinės jėgos? Juk tam, savo ruožtu, reikia kažkokių neslopintų svyravimų šaltinio.

Neslopintus virpesius sukuria įrenginiai, kurie patys gali išlaikyti savo svyravimus dėl kažkokio nuolatinio energijos šaltinio. Tokie įrenginiai vadinami savaime svyruojančios sistemos. Fig. 55 parodytas tokio tipo elektromechaninio įtaiso pavyzdys. Svoris kabo ant spyruoklės, kurios apatinis galas yra panardintas į gyvsidabrio puodelį, kai ši spyruoklė svyruoja. Vienas akumuliatoriaus polius yra prijungtas prie spyruoklės viršuje, o kitas - prie gyvsidabrio puodelio. Kai apkrova nuleidžiama, elektros grandinė užsidaro ir srovė teka per spyruoklę. Srovės magnetinio lauko dėka spyruoklės ritės pradeda traukti viena kitą, spyruoklė suspaudžiama, o apkrova gauna stūmimą aukštyn. Tada kontaktas nutrūksta, ritės nustoja veržtis, apkrova vėl krenta žemyn, ir visas procesas kartojamas iš naujo.

Taigi spyruoklinės švytuoklės, kuri savaime užgestų, svyravimą palaiko periodiniai smūgiai, sukeltas pačios švytuoklės svyravimo. Su kiekvienu paspaudimu akumuliatorius išskiria dalį energijos, kurios dalis sunaudojama kroviniui pakelti. Pati sistema valdo ją veikiančią jėgą ir reguliuoja energijos srautą iš šaltinio – akumuliatoriaus. Svyravimai neišnyksta būtent todėl, kad per kiekvieną laikotarpį iš akumuliatoriaus paimama lygiai tiek energijos, kiek per tą patį laiką išleidžiama trinčiai ir kitiems nuostoliams. Kalbant apie šių neslopintų svyravimų laikotarpį, jis praktiškai sutampa su natūralių spyruoklės apkrovos svyravimų periodu, t.y., jį lemia spyruoklės standumas ir apkrovos masė.

Panašiai neslopinami plaktuko svyravimai vyksta ir elektriniame varpe, tik tas skirtumas, kad jame periodinius smūgius sukuria atskiras elektromagnetas, pritraukiantis ant plaktuko sumontuotą armatūrą. Panašiu būdu galima gauti savaiminius virpesius su garso dažniais, pavyzdžiui, sužadinant neslopintus kamertono svyravimus (56 pav.). Kai kamertono kojos pasislenka viena nuo kitos, susidaro kontaktas 1; per elektromagneto apviją 2 srovė praeina ir elektromagnetas traukia kamertono kojeles. Tokiu atveju kontaktas atsidaro, o tada visas ciklas kartojamas. Fazių skirtumas tarp svyravimų ir jo reguliuojamos jėgos yra nepaprastai svarbus svyravimams atsirasti. Perkelkime kontaktą 1 iš kamertono kojos išorės į vidų. Dabar uždarymas įvyksta ne tada, kai kojos išsiskiria, o tada, kai kojos priartėja, t. y. elektromagneto įjungimo momentas, palyginti su ankstesniu eksperimentu, paankstinamas puse periodo. Nesunku pastebėti, kad tokiu atveju kamertonas visą laiką bus spaudžiamas nuolat įjungto elektromagneto, t.y., svyravimų visai neatsiras.

Elektromechaninės savaime svyruojančios sistemos technikoje naudojamos labai plačiai, tačiau ne mažiau paplitę ir svarbūs yra grynai mechaniniai savaime svyruojantys įrenginiai. Pakanka nurodyti bet kurį laikrodžio mechanizmą. Neslopintus švytuoklės ar laikrodžio balansyro svyravimus palaiko pakelto svorio potencinė energija arba suvyniotos spyruoklės tamprumo energija.

Savaiminiai virpesiai taip pat yra stygos virpesiai veikiant lankui (priešingai nei laisvi stygos virpesiai ant fortepijono, arfos, gitaros ir kitų nelenkiamų styginių instrumentų, sužadinami vienu paspaudimu ar trūktelėjimu); Savaiminiai virpesiai apima pučiamųjų muzikos instrumentų garsą, garo mašinos stūmoklio judėjimą ir daugybę kitų periodinių procesų.

Būdingas savaiminių virpesių bruožas yra tai, kad jų amplitudę lemia pačios sistemos savybės, o ne pradinis įlinkis ar stūmimas, kaip laisvųjų virpesių atveju. Jei, pavyzdžiui, laikrodžio švytuoklė per daug nukrypsta, trinties nuostoliai bus didesni už apvijos mechanizmo įvestą energiją, o amplitudė sumažės. Priešingai, jei amplitudė yra sumažinta, energijos perteklius, kurį švytuoklei suteikia bėgimo ratas, padidins amplitudę. Automatiškai bus nustatyta amplitudė, kuriai esant subalansuotas energijos suvartojimas ir tiekimas.

Prietaisai, bendrai vadinami savaime svyruojančiomis sistemomis, pasižymi šiomis išskirtinėmis savybėmis.

Savaime svyruojančios sistemos gali generuoti neslopintus svyravimus. Šie svyravimai gali būti harmoningi (sinusoidiniai) arba sudėtingesnės formos, tačiau jie gali tęstis neribotą laiką, kol sugenda sistemą sudarantys elementai.

Savaime svyruojančios sistemos skiriasi nuo virpesių grandinės, kurios varža lygi nuliui. Tokia grandinė yra kraštutinis atvejis, kuris praktiškai nepasiekiamas. Savaime svyruojančios sistemos yra tikri įrenginiai, kurių varža nėra lygi nuliui.

Savaime svyruojančiose sistemose neslopinami svyravimai atsiranda veikiant sistemoje vykstantiems procesams ir jiems palaikyti nereikia jokios išorinės įtakos. Šiuo požiūriu savaiminiai svyravimai kardinaliai skiriasi nuo priverstinių svyravimų, kurie taip pat gali būti neslopinami, tačiau jų egzistavimui reikalingi periodiniai išoriniai poveikiai (mechanikoje – išorinės jėgos, elektroje – išoriškai veikiančios įtampos).

Savaime svyruojančios sistemos apima energijos šaltinį (esant mechaniniams virpesiams - suspausta spyruoklė, pakelta apkrova ir pan., esant elektrinei vibracijai - baterija ar kitas srovės šaltinis). Šį šaltinį periodiškai įjungia pati sistema ir įveda į jį tam tikrą energiją, kompensuodama nuostolius dėl Joule-Lenz šilumos išsiskyrimo, dėl ko svyravimai neslopinami.

Kadangi savaime svyruojančiose sistemose virpesiai atsiranda veikiant sistemoje vykstantiems procesams, jie atsiranda spontaniškai (savaiminis sužadinimas), veikiami atsitiktinių mažų įtakų, kurios išveda sistemą iš pusiausvyros (svyravimai). Spontaniškai atsirandantys smulkūs svyravimai didėja, o galiausiai sistemoje susidaro pastovūs svyravimai, kurių savybės (dažnis, intensyvumas, forma) yra nulemtos sistemos parametrų ir nepriklauso nuo pradinių sąlygų.

Kaip sukurti neslopintus virpesius grandinėje? Yra žinoma, kad jei svyruojančios grandinės kondensatorius yra įkrautas, grandinėje atsiras slopinami virpesiai. Kiekvieno svyravimo periodo pabaigoje kondensatoriaus plokščių įkrova yra mažesnė nei laikotarpio pradžioje. Bendras krūvis, žinoma, išsaugomas (jis visada lygus nuliui), tačiau vienos plokštės teigiamas krūvis ir kitos neigiamas krūvis sumažėja vienodais dydžiais. Dėl to svyravimų energija mažėja, nes ji yra proporcinga vienos iš kondensatoriaus plokščių įkrovos kvadratui. Kad svyravimai neišnyktų, reikia kompensuoti kiekvieno periodo energijos nuostolius.

Energiją grandinėje galite papildyti įkraudami kondensatorių. Norėdami tai padaryti, turite periodiškai prijungti grandinę prie nuolatinės įtampos šaltinio. Kondensatorius prie šaltinio turi būti jungiamas tik tais laiko intervalais, kai prie teigiamo šaltinio poliaus prijungta plokštė yra teigiamai įkrauta, o plokštė, prijungta prie neigiamo poliaus – neigiamai (4.21 pav.). Tik šiuo atveju šaltinis įkraus kondensatorių, papildydamas jo energiją.

Jei jungiklis yra uždarytas tuo momentu, kai plokštė, prijungta prie teigiamo šaltinio poliaus, turi neigiamą krūvį, o plokštė, prijungta prie neigiamo poliaus, turi teigiamą krūvį, tai kondensatorius išsikraus per šaltinį (4.22 pav. ). Sumažės kondensatoriaus energija.

Vadinasi, pastovios įtampos šaltinis, nuolat prijungtas prie grandinės kondensatoriaus, negali palaikyti jame neslopintų virpesių, kaip ir pastovi jėga negali palaikyti mechaninių virpesių. Per pusę laikotarpio energija patenka į grandinę, o kitą pusę periodo grįžta į šaltinį. Neslopinami svyravimai grandinėje bus sukurti tik tuo atveju, jei šaltinis bus prijungtas prie grandinės tais laiko intervalais, kai energija gali būti perduodama į kondensatorių. Norėdami tai padaryti, būtina užtikrinti automatinį rakto (arba vožtuvo, kaip dažnai vadinamas) veikimą. Esant aukštiems virpesių dažniams, raktas turi būti patikimas. Tranzistorius naudojamas kaip toks beveik be inercijos jungiklis.

Tranzistorius sudarytas iš trijų skirtingų puslaidininkių: emiterio, bazės ir kolektoriaus. Emiteris ir kolektorius turi tuos pačius daugumos krūvininkus, tokius kaip skylės (tai p tipo puslaidininkis), o bazė turi priešingo ženklo daugumos nešiklius, tokius kaip elektronai (n tipo puslaidininkis). Scheminis tranzistoriaus vaizdas parodytas 4.23 pav.

Generatoriaus veikimas naudojant tranzistorių. Supaprastinta tranzistoriaus osciliatoriaus grandinė parodyta 4.24 pav. Virpesių grandinė yra nuosekliai sujungta su įtampos šaltiniu ir tranzistoriumi taip, kad teigiamas potencialas būtų taikomas emiteriui, o neigiamas potencialas - kolektoriui. Šiuo atveju emiterio ir bazės perėjimas (emiterio sandūra) yra tiesioginis, o pagrindo ir kolektoriaus perėjimas (kolektoriaus sandūra) yra atvirkštinis ir grandinėje neteka srovė. Tai atitinka atvirą jungiklį 4.21, 4.22 paveiksluose.

Kad grandinės grandinėje atsirastų srovė ir svyravimų metu įkrautų grandinės kondensatorių, reikia bazei suteikti potencialą neigiamą emiterio atžvilgiu, o tais laiko intervalais, kai viršutinis (žr. 4.24 pav.) kondensatorius. plokštė įkrauta teigiamai, o apatinė – neigiamai. Tai atitinka uždarą raktą 4.21 pav.

Laiko intervalais, kai viršutinė kondensatoriaus plokštė yra neigiamai įkrauta, o apatinė - teigiamai, grandinės grandinėje neturėtų būti srovės. Norėdami tai padaryti, bazė turi turėti teigiamą potencialą emiterio atžvilgiu.

Taigi, norint kompensuoti virpesių energijos praradimą grandinėje, įtampa emiterio sandūroje turi periodiškai keisti ženklą griežtai atsižvelgiant į įtampos svyravimus grandinėje. Reikia, kaip sakoma, grįžtamojo ryšio.

Nagrinėjamo generatoriaus grįžtamasis ryšys yra indukcinis. Prie emiterio sandūros prijungta induktyvumo Lsv ritė, induktyviai sujungta su grandinės induktyvumo L ritė. Svyravimai grandinėje dėl elektromagnetinės indukcijos sužadina įtampos svyravimus ritės galuose, taigi ir emiterio sandūroje. Jei emiterio sandūroje įtampos svyravimų fazė parinkta teisingai, tai grandinės grandinėje srovės „pokštai“ veikia grandinę reikiamais laiko intervalais ir svyravimai neišnyksta. Priešingai, virpesių amplitudė grandinėje didėja tol, kol energijos nuostoliai grandinėje tiksliai kompensuojami tiekiant energiją iš šaltinio. Ši amplitudė yra didesnė, tuo didesnė šaltinio įtampa. Padidėjus įtampai, padidėja srovės, kuri įkrauna kondensatorių, „pokštai“.

Tranzistorius naudojantys generatoriai plačiai naudojami ne tik daugelyje radijo įrenginių: radijo imtuvuose, siunčiančiose radijo stotyse, stiprintuvuose ir kt., bet ir šiuolaikiniuose elektroniniuose kompiuteriuose.

Pagrindiniai savaime svyruojančios sistemos elementai. Naudojant tranzistoriaus generatoriaus pavyzdį, galime išskirti pagrindinius elementus, būdingus daugeliui savaime svyruojančių sistemų (4.25 pav.).

1. Energijos šaltinis, palaikantis neslopintus virpesius (tranzistoriniame generatoriuje tai pastovios įtampos šaltinis).

2. Virpesių sistema yra ta savaime svyruojančios sistemos dalis, kurioje svyravimai vyksta tiesiogiai (generatoriuje, kurio pagrindas yra tranzistoriai, tai yra virpesių grandinė).
3. Įrenginys, reguliuojantis energijos tiekimą iš šaltinio į virpesių sistemą, yra vožtuvas (nagrinėjamame generatoriuje vožtuvo vaidmenį atlieka tranzistorius).
4. Įrenginio aprūpinimas Atsiliepimas, kurio pagalba virpesių sistema valdo vožtuvą (tranzistoriaus generatoriuje yra indukcinis ryšys tarp grandinės ritės ir ritės emiterio-bazės grandinėje).

Klausimai: (SUDARYKITE SANTRAUKĄ SAVO UŽRAŠTOJE ATSAKYMĄ!)

1. Kas yra savaime svyruojanti sistema?

2. Kuo skiriasi savaiminiai svyravimai nuo priverstinių ir laisvųjų svyravimų?

3. Kaip veikia tranzistorius?

4. Koks yra tranzistoriaus vaidmuo generuojant savaiminius virpesius?

5. Kaip grįžtamasis ryšys atliekamas tranzistoriaus generatoriuje?

6. Nurodykite pagrindinius savaime svyruojančios sistemos elementus.

7. Kokie svyravimai vadinami neslopintais?

8. Kokie svyravimai vadinami priverstiniais?

9. Apibūdinkite, kaip vyksta spyruoklinės švytuoklės savaiminiai virpesiai.

10. Kur naudojamos savaime svyruojančios sistemos?

11. Nurodykite būdingą savaiminių virpesių požymį.

12. Nurodykite savaime svyruojančių sistemų savybes (pagal punktus 1,2,3 ir pan., kiek jų yra)

13. Kokį vaidmenį energijos šaltinis atlieka savaime svyruojančios sistemos sudėtyje?

14. Nurodykite priežastis, lemiančias svyravimų slopinimą (rašykite patys, ne šiame tekste).

15. Nubraižykite diagramą ir apibūdinkite nuolatinių virpesių grandinėje susidarymo procesą.

16. Kam naudojamas tranzistorius generatoriuje?

17. Kodėl reikalingas grįžtamasis ryšys?

18. Nubraižykite schemą ir žingsnis po žingsnio apibūdinkite tranzistoriaus generatoriaus veikimo procesą.

Problemos tema „Elektriniai virpesiai“ (ATSKIRAS SPRENDIMO ŽYMAS)

1.1259. Plokščiasis kondensatorius susideda iš dviejų apvalių 8 cm skersmens plokščių. Tarp plokščių yra įterpta 5 mm storio stiklo plokštė. Kondensatoriaus plokštės yra sujungtos per ritę, kurios induktyvumas yra 0,02 H. Nustatykite šioje grandinėje vykstančių virpesių dažnį.

2. 1260. Virpesių grandinė susideda iš 0,003 H induktyvumo ritės ir plokščiojo kondensatoriaus. 1,2 cm spindulio diskų formos kondensatoriaus plokštės yra 0,3 mm atstumu viena nuo kitos. Nustatykite grandinės natūralių svyravimų periodą. Koks bus virpesių periodas, jei kondensatorius užpildytas dielektriku, kurio dielektrinė konstanta yra 4?

3. 1261. Ritė, kurios induktyvumas 30 μH, prijungta prie lygiagrečiojo plokštės kondensatoriaus, kurio plokščių plotas 0,01 m ir atstumas tarp jų 0,1 mm. Raskite terpės, užpildančios tarpą tarp plokščių, dielektrinę konstantą, jei grandinė sureguliuota 400 kHz dažniu.

4. 1262. Kokiose ribose turi keistis kondensatoriaus elektrinė talpa virpesių grandinėje, kad jame galėtų atsirasti svyravimai, kurių dažnis yra nuo 400 iki 500 Hz Kilpinės ritės induktyvumas būtų 16 mH?

5. 1263. Kokiose ribose turi keistis virpesių grandinės ritės induktyvumas, kad joje galėtų atsirasti virpesių, kurių dažnis yra nuo 400 iki 500 Hz? Kondensatoriaus talpa yra 10 nF.

Turinys:

Pamokos tikslas: formuoti idėją apie savaiminius virpesius; naudojant savaime svyruojančias sistemas generuojami įvairūs dažniai, be jų neįmanomi šiuolaikiniai radijo ryšiai ir televizija.

Progresas

Namų darbų tikrinimas užpildant lentelę

— Mokiniams išdalintose kortelėse teisingi atsakymai atsitiktine tvarka yra išdėstyti dešinėje pusėje; kairėje pusėje rašomos formulės, dėsniai, dydžių išraiškos nagrinėjama tema.

Per 7 minutes reikia užsirašyti teisingus atsakymų kodus ir perduoti darbą mokytojui.

	Magnetinio lauko energija		Im=Um/R
	Elektrinio lauko energija		XC= 1/ωC
	Suminė virpesių grandinės energija
	Pagrindinė lygtis, apibūdinanti laisvuosius virpesius grandinėje		Im = qmω
	Tomsono formulė		u= Umsinωt
	Elektros krūvio kitimo dėsnis		T= 2π/ω0= CITATA
	Srovės stiprumo kitimo dėsnis		q′′= — q/ LC
	Srovės amplitudė		I = aš/Citata
	Įtampos kitimo dėsnis		XL = ωL
	Magnetinės indukcijos srautas		q = qmcosω0t
	Aktyvioji varža elektros grandinėje su rezistoriumi		W = QUOTE +CATATA
	RMS dabartinė vertė		Ф= BScosωt
	RMS įtampa		I = Imsin(ωt+φ)
	Talpos formulė		R = Um/Im
	Indukcinė reaktyvumo formulė
	Srovės amplitudė esant rezonansui		Wk = Li2/2
	Maitinimas elektros grandinėje su rezistoriumi		U = Um / QUOTE

Atsakymo kodas: 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/

Naujos medžiagos mokymasis

Mechaninių savaiminių virpesių kartojimas.

1. Savaime svyruojančios sistemos.

Jei sistemoje, kurioje gali atsirasti laisvųjų elektromagnetinių virpesių,

patalpinti energijos šaltinį ir pati sistema reguliuotų energijos tiekimą porcijomis, tada atsiras neslopinami svyravimai.

Sistemos vadinamos savaime svyruojantis, jei jose dėl energijos tiekimo iš sistemos viduje esančio šaltinio susidaro neslopinami svyravimai.

Tranzistorių generatorius yra savaime svyruojanti sistema.

2. Kaip sukurti neslopintus virpesius grandinėje?

Būtina užtikrinti automatinį vožtuvo ar rakto veikimą.

Vožtuvas turi turėti didelį...
greitis. Šį beinercinio vožtuvo darbą atlieka tranzistorius, susidedantis iš 3 puslaidininkių: kolektoriaus,

emiteris ir bazė. Spinduliuotojas ir kolektorius turi tuos pačius krūvininkus;

pagrindiniai pagrindo nešikliai turi priešingą ženklą.

3. Generatoriaus veikimas naudojant tranzistorių.

Diagramoje matome, kad virpesių grandinė yra nuosekliai sujungta su įtampos šaltiniu, o tada yra tranzistorius.

Kolektoriui taikomas neigiamas potencialas, o emiteriui – teigiamas.

Bazinio kolektoriaus perėjimas yra atvirkštinis (grandinėje neteka srovė); šiuo atveju emiterio-bazės perėjimas pasirodo esantis tiesioginis. Kuris atitinka atidarytą raktą diagramose.

Kad srovė atsirastų grandinėje ir įkrautų kondensatorių, būtina bazei suteikti neigiamą potencialą emiterio atžvilgiu. Tai atitinka uždarą raktą diagramoje. Norint kompensuoti energijos nuostolius grandinėje, įtampa emiterio sandūroje

turi nuolat keisti ženklą, kad pateiktų grįžtamąjį ryšį.

Tokiu atveju grįžtamasis ryšys atsiranda dėl indukcinio ritių sujungimo. Vienas iš niksų yra grandinėje, kitas yra prijungtas prie emiterio jungties.

Kad svyravimai grandinėje neslopintų, emiterio sandūroje reikia parinkti įtampos svyravimų fazę taip, kad srovės „pokštai“ grandinėje veiktų reikiamais laiko intervalais.

Virpesių dažnis grandinėje priklauso nuo ritės induktyvumo ir kondensatoriaus talpos.

ω0=1 / CITATA

Kuo mažesnis induktyvumas ir talpa, tuo didesnis virpesių dažnis

Tranzistoriniai generatoriai plačiai naudojami radijo įrenginiuose ir elektroniniuose kompiuteriuose.

4. Pagrindiniai savaime svyruojančios sistemos elementai.

Išskirkime pagrindinius elementus, naudojamus daugelyje savaime svyruojančių sistemų.

Nagrinėjamos temos stiprinimas

1. Kur atsiranda savaiminiai virpesiai?

2. Kuo savivirpesiai skiriasi nuo laisvųjų ir priverstinių svyravimų?

3. Apibūdinkite tranzistoriaus vaidmenį kuriant savaiminius virpesius?

4. Kas yra grįžtamasis ryšys ir kaip jis įgyvendinamas tranzistorių generatoriuje?

5. Nustatyti savaime svyruojančios sistemos elementus.

Apibendrinkime pamoką

Namų darbai: § 36, rep. §34, Nr. 971, 976.

Generatoriaus veikimas naudojant tranzistorių. 1. Kad grandinėje atsirastų srovė ir įkrautų grandinės kondensatorių svyravimų metu, reikia suteikti bazei "-" potencialą emiterio atžvilgiu, o tais laiko intervalais, kai viršutinė kondensatoriaus plokštė įkraunamas „+“, o apatinė plokštė įkraunama „-“. Tai atitinka uždarytą raktą. 2. Siekiant kompensuoti virpesių energijos praradimą grandinėje, įtampa emiterio sandūroje turi periodiškai keisti ženklą, griežtai atsižvelgiant į įtampos svyravimus grandinėje. 3. Reikia atsiliepimų.

11 skaidrė iš pristatymo „Savęs virpesiai“ fizikos pamokoms tema „Vibracijų tipai“

Matmenys: 960 x 720 pikselių, formatas: jpg. Norėdami atsisiųsti nemokamą skaidrę, skirtą naudoti fizikos pamokoje, dešiniuoju pelės mygtuku spustelėkite paveikslėlį ir spustelėkite „Išsaugoti vaizdą kaip...“. Galite atsisiųsti visą pristatymą „Self-oscillations.pptx“ 136 KB zip archyve.

Parsisiųsti prezentaciją

Vibracijų rūšys

„Slopinti svyravimai“ - Vadinasi, judėjimas yra periodinio (neperiodinio) pobūdžio – iš pusiausvyros padėties pašalinta sistema grįžta į pusiausvyros padėtį nesvyruodama. nustoja būti periodiškas. Tema: Slopinti svyravimai. Laisvieji slopinami virpesiai elektros virpesių grandinėje; 26.27 val.

„Savi svyravimai“ - Aukšto dažnio elektromagnetinių virpesių generatorius. Terminą savaiminiai virpesiai į rusų terminologiją įvedė A. Laikrodis kaip savaime svyruojanti sistema. Savaiminiai svyravimai yra neslopinami svyravimai išsklaidytoje dinaminėje sistemoje su netiesiniu grįžtamuoju ryšiu, palaikomi pastovaus, tai yra, neperiodinio išorinio poveikio energija.

"Fizika "Harmoniniai virpesiai" - Slopinimo koeficientas. Judėjimas nuo kažkokio pradinio taško iki grįžimo į tą patį tašką. Slopinti svyravimai yra neperiodiniai svyravimai. Įkrovimas ant kondensatoriaus plokštės. Didžiausios vertės. Slopinimas paprastai apibūdinamas logaritminiu mažėjimu. Kitas rezonanso tipas. Slopintų virpesių grandinėje lygtis.

„Harmoniniai svyravimai ir švytuoklės“ – laisvieji svyravimai. Švytuoklė. Procesai. Padalinkime lygtį. Periodinis svyruojantis judėjimas. Besisukančio vektoriaus samprata. Harmoninio svyruojančio judėjimo energija. Švytuoklės. Kepenys. Virpesių sistema. Materialinis taškas. Harmoninis svyravimas su pradine faze. Pagreitis harmoninių virpesių metu.

„Harmoniniai virpesiai“ - besisukantis amplitudės vektorius visiškai apibūdina harmoninis svyravimas. 3. Fazių skirtumas laikui bėgant kinta savavališkai. Atsiradusio svyravimo amplitudė A priklauso nuo pradinių fazių skirtumo. Naudodami vektorių sudėjimo taisyklę randame gauto svyravimo suminę amplitudę: Tokie svyravimai vadinami tiesiškai poliarizuotais.

Radijo mėgėjai turi priimti įvairius radijo signalus. Tam reikalingas žemo ir aukšto dažnio generatorius. Šio tipo įrenginiai dėl savo konstrukcijos ypatybių dažnai vadinami tranzistorių generatoriumi.

Papildoma informacija. Srovės generatorius yra savaime svyruojantis įtaisas, sukurtas ir naudojamas elektros energijai tinkle generuoti arba vienos rūšies energiją paversti kita, esant tam tikram efektyvumui.

Savaime svyruojantys tranzistoriniai įtaisai

Tranzistorių generatorius skirstomas į keletą tipų:

pagal išėjimo signalo dažnių diapazoną;
pagal generuojamo signalo tipą;
pagal veiksmų algoritmą.

Dažnių diapazonas paprastai skirstomas į šias grupes:

30 Hz-300 kHz – žemas diapazonas, žymimas žemas;
300 kHz-3 MHz – vidutinis diapazonas, nurodytas vidutinis diapazonas;
3-300 MHz – didelis diapazonas, žymimas HF;
daugiau nei 300 MHz – itin didelis diapazonas, paskirta mikrobangų krosnele.

Taip radijo mėgėjai skirsto diapazonus. Garso dažniams jie naudoja diapazoną nuo 16 Hz iki 22 kHz, taip pat suskirsto jį į žemas, vidutines ir aukštas grupes. Šie dažniai yra bet kuriame buitiniame garso imtuve.

Šis skirstymas pagrįstas signalo išvesties tipu:

sinusoidinis – signalas duodamas sinusiniu būdu;
funkcinis – išėjimo signalai turi specialiai nurodytą formą, pavyzdžiui, stačiakampio arba trikampio;
triukšmo generatorius – išėjime stebimas vienodas dažnių diapazonas; diapazonai gali skirtis priklausomai nuo vartotojų poreikių.

Tranzistoriniai stiprintuvai skiriasi savo veikimo algoritmu:

RC – pagrindinė taikymo sritis – žemas diapazonas ir garso dažniai;
LC – pagrindinė taikymo sritis – aukšti dažniai;
Blokuojantis osciliatorius – naudojamas generuoti impulsinius signalus su dideliu darbo ciklu.

Paveikslėlis ant elektros schemų

Pirmiausia apsvarstykime galimybę gauti sinusoidinio tipo signalą. Garsiausias osciliatorius, pagrįstas tokio tipo tranzistorius, yra Colpitts osciliatorius. Tai pagrindinis generatorius su vienu induktyvumu ir dviem nuosekliai sujungtais kondensatoriais. Jis naudojamas reikiamiems dažniams generuoti. Likę elementai užtikrina reikiamą tranzistoriaus veikimo režimą esant nuolatinei srovei.

Papildoma informacija. Praėjusio amžiaus pradžioje Edwinas Henry Colpitzas buvo „Western Electric“ inovacijų vadovas. Jis buvo signalo stiprintuvų kūrimo pradininkas. Pirmą kartą jis sukūrė radijo telefoną, leidžiantį kalbėtis už Atlanto.

Taip pat plačiai žinomas pagrindinis Hartley generatorius. Ją, kaip ir „Colpitts“ grandinę, surinkti gana paprasta, tačiau reikalingas srieginis induktyvumas. Hartley grandinėje generuoja vienas kondensatorius ir du nuosekliai sujungti induktoriai. Grandinėje taip pat yra papildoma talpa, kad būtų galima gauti teigiamą grįžtamąjį ryšį.

Pagrindinė aukščiau aprašytų prietaisų taikymo sritis yra vidutiniai ir aukšti dažniai. Jie naudojami nešlio dažniams gauti, taip pat mažos galios elektros virpesiams generuoti. Buitinių radijo stočių priėmimo įrenginiai taip pat naudoja osciliatorius.

Visos išvardytos programos netoleruoja nestabilaus priėmimo. Norėdami tai padaryti, į grandinę įvedamas kitas elementas - savaiminių virpesių kvarcinis rezonatorius. Tokiu atveju aukšto dažnio generatoriaus tikslumas tampa beveik standartiniu. Ji siekia milijonines dalis procentų. Radijo imtuvų priėmimo įrenginiuose kvarcas naudojamas tik priėmimui stabilizuoti.

Kalbant apie žemo dažnio ir garso generatorius, čia yra labai rimta problema. Norint padidinti derinimo tikslumą, reikia padidinti induktyvumą. Tačiau padidėjęs induktyvumas padidina ritės dydį, o tai labai paveikia imtuvo matmenis. Todėl buvo sukurta alternatyvi Colpitts generatoriaus grandinė - osciliatorius žemi dažniai Pierce. Jame nėra induktyvumo, o jo vietoje naudojamas kvarcinis savaiminio virpesio rezonatorius. Be to, kvarcinis rezonatorius leidžia nupjauti viršutinę svyravimų ribą.

Tokioje grandinėje talpa neleidžia nuolatiniam tranzistoriaus bazinio poslinkio komponentui pasiekti rezonatorių. Čia gali būti generuojami iki 20-25 MHz signalai, įskaitant garsą.

Visų nagrinėjamų prietaisų veikimas priklauso nuo sistemos, susidedančios iš talpos ir induktyvumo, rezonansinių savybių. Iš to išplaukia, kad dažnis bus nustatomas pagal gamyklines kondensatorių ir ritinių charakteristikas.

Svarbu! Tranzistorius yra elementas, pagamintas iš puslaidininkio. Jis turi tris išėjimus ir gali valdyti didelę srovę iš mažo įvesties signalo. Elementų galia skiriasi. Naudojamas elektros signalams stiprinti ir perjungti.

Papildoma informacija. Pirmojo tranzistoriaus pristatymas įvyko 1947 m. Jo darinys – lauko tranzistorius – pasirodė 1953 m. 1956 metais Nobelio fizikos premija buvo skirta už bipolinio tranzistoriaus išradimą. Praėjusio amžiaus 80-aisiais vakuuminiai vamzdžiai buvo visiškai pašalinti iš radijo elektronikos.

Funkcinis tranzistoriaus generatorius

Funkciniai generatoriai, pagrįsti savaiminio virpesio tranzistoriais, yra išrasti tam, kad gautų metodiškai pasikartojančius tam tikros formos impulsinius signalus. Jų formą lemia funkcija (dėl to atsirado visos panašių generatorių grupės pavadinimas).

Yra trys pagrindiniai impulsų tipai:

stačiakampis;
trikampis;
pjūklo dantis.

Multivibratorius dažnai minimas kaip paprasčiausio stačiakampių signalų LF gamintojo pavyzdys. Jis turi daugiausia paprasta grandinė„pasidaryk pats“ surinkimui. Radijo elektronikos inžinieriai dažnai pradeda nuo jo įgyvendinimo. Pagrindinis bruožas– griežtų reikalavimų tranzistorių nominalams ir formai nebuvimas. Taip nutinka dėl to, kad darbo ciklą multivibratoriuje lemia tranzistorių elektros grandinės talpos ir varžos. Multivibratoriaus dažnis svyruoja nuo 1 Hz iki kelių dešimčių kHz. Čia neįmanoma organizuoti aukšto dažnio virpesių.

Pjūklo ir trikampio formos signalai gaunami pridedant papildomą grandinę prie standartinės grandinės su stačiakampiais impulsais išėjime. Priklausomai nuo šios papildomos grandinės charakteristikų, stačiakampiai impulsai paverčiami trikampiais arba pjūkliniais impulsais.

Blokuojantis generatorius

Iš esmės tai yra stiprintuvas, surinktas ant tranzistorių, išdėstytų vienoje kaskadoje. Taikymo sritis siaura – įspūdingų, bet trumpalaikių laike (trukmė nuo tūkstantųjų iki kelių dešimčių mikrosekundžių) impulsų signalų su dideliu indukciniu teigiamu grįžtamuoju ryšiu šaltinis. Darbo ciklas yra didesnis nei 10 ir gali siekti kelias dešimtis tūkstančių santykinių verčių. Yra rimtas priekinių dalių aštrumas, praktiškai nesiskiriantis nuo geometriškai taisyklingų stačiakampių. Jie naudojami katodinių spindulių prietaisų (kineskopo, osciloskopo) ekranuose.

Impulsiniai generatoriai, pagrįsti lauko tranzistoriais

Pagrindinis lauko efekto tranzistorių skirtumas yra tas, kad įėjimo varža yra panaši į elektroninių vamzdžių varžą. Colpitts ir Hartley grandines taip pat galima surinkti naudojant lauko tranzistorius, tik ritės ir kondensatoriai turi būti parinkti su atitinkamais techninės charakteristikos. Priešingu atveju lauko tranzistorių generatoriai neveiks.

Grandinėms, kurios nustato dažnį, galioja tie patys dėsniai. Aukšto dažnio impulsams gaminti geriau tinka įprastas įrenginys, surinktas naudojant lauko tranzistorius. Lauko tranzistorius nesujungia induktyvumo grandinėse, todėl RF signalų generatoriai veikia stabiliau.

Regeneratoriai

Generatoriaus LC grandinę galima pakeisti pridedant aktyvųjį ir neigiamą rezistorių. Tai regeneracinis būdas gauti stiprintuvą. Ši grandinė turi teigiamų atsiliepimų. Dėl to kompensuojami nuostoliai virpesių grandinėje. Aprašyta grandinė vadinama regeneruota.

Triukšmo generatorius

Pagrindinis skirtumas yra vienodos žemų ir aukštų dažnių charakteristikos reikiamame diapazone. Tai reiškia, kad visų šio diapazono dažnių amplitudės atsakas nesiskiria. Jie daugiausia naudojami matavimo įrangoje ir karinėje pramonėje (ypač orlaivių ir raketų). Be to, vadinamasis „pilkasis“ triukšmas naudojamas garsui suvokti žmogaus ausimi.

Paprastas DIY garso generatorius

Panagrinėkime paprasčiausią pavyzdį – beždžionę staugimą. Jums reikia tik keturių elementų: plėvelės kondensatoriaus, 2 bipolinių tranzistorių ir rezistoriaus reguliavimui. Apkrova bus elektromagnetinis skleidėjas. Įrenginiui maitinti pakanka paprastos 9 V baterijos. Grandinės veikimas yra paprastas: rezistorius nustato poslinkį į tranzistoriaus pagrindą. Grįžtamasis ryšys vyksta per kondensatorių. Derinimo rezistorius keičia dažnį. Krovinys turi turėti didelį atsparumą.

Atsižvelgiant į įvairius nagrinėjamų elementų tipus, dydžius ir dizainą, galingi tranzistoriai, skirti itin aukštiems dažniams, dar nebuvo išrasti. Todėl generatoriai, pagrįsti savaiminio virpesių tranzistoriais, daugiausia naudojami žemo ir aukšto dažnio diapazonams.

Vaizdo įrašas

« Fizika – 11 klasė“

Priverstiniai svyravimai atsiranda veikiant kintamajai įtampai, kurią generuoja elektrinių generatoriai.
Tokie generatoriai negali sukurti radijo ryšiams būtinų aukšto dažnio virpesių? nes tam reikėtų labai didelio rotoriaus greičio.
Aukšto dažnio svyravimai gaunami, pavyzdžiui, naudojant tranzistorių generatorių.

Savaime svyruojančios sistemos

Paprastai neslopinti priverstiniai svyravimai grandinėje palaikomi veikiant išorinei periodinei įtampai.
Tačiau galimi ir kiti nuolatinių virpesių gavimo būdai.

Pavyzdžiui, yra sistema, kurioje gali egzistuoti laisvi elektromagnetiniai virpesiai su energijos šaltiniu.
Jei sistema pati reguliuoja energijos srautą į virpesių grandinę, kad kompensuotų rezistoriaus energijos nuostolius, ji gali patirti neslopinami svyravimai.

Sistemos, kuriose neslopinami virpesiai susidaro dėl energijos tiekimo iš šaltinio pačioje sistemoje, vadinamos savaime svyruojantis. Neslopinami svyravimai, kurie egzistuoja sistemoje be išorinės įtakos periodinės jėgos, yra vadinami savaiminiai svyravimai.

Tranzistorių generatorius yra savaime svyruojančios sistemos pavyzdys.
Jį sudaro svyruojanti grandinė su C talpos kondensatoriumi ir induktyvumo ritė L, energijos šaltinis ir tranzistorius.

Kaip sukurti neslopintus virpesius grandinėje?

Kad elektromagnetiniai virpesiai grandinėje neišblėstų, reikia kompensuoti kiekvieno periodo energijos nuostolius.

Energiją grandinėje galite papildyti įkraudami kondensatorių.
Norėdami tai padaryti, turite periodiškai prijungti grandinę prie nuolatinės įtampos šaltinio.

Kondensatorius turi būti prijungtas prie šaltinio tik tais laiko intervalais, kai plokštė, prijungta prie šaltinio teigiamo poliaus, yra įkrauta teigiamai, o plokštė, prijungta prie neigiamo poliaus - neigiamai.
Tik šiuo atveju šaltinis įkraus kondensatorių, papildydamas jo energiją.

Jei jungiklis uždarytas tuo metu, kai plokštė, prijungta prie teigiamo šaltinio poliaus, turi neigiamą krūvį, o plokštė, prijungta prie neigiamo poliaus, turi teigiamą krūvį, kondensatorius išsikraus per šaltinį. Sumažės kondensatoriaus energija.

Nuolatinis įtampos šaltinis, nuolat prijungtas prie grandinės kondensatoriaus, negali palaikyti nuolatinių svyravimų jame, kaip ir nuolatinė jėga negali palaikyti mechaninių virpesių.
Per pusę laikotarpio energija patenka į grandinę, o kitą pusę periodo grįžta į šaltinį.

Neslopinami svyravimai grandinėje bus sukurti tik tuo atveju, jei šaltinis bus prijungtas prie grandinės tais laiko intervalais, kai energija gali būti perduodama į kondensatorių.
Norėdami tai padaryti, būtina užtikrinti automatinį rakto veikimą.
Esant aukštiems virpesių dažniams, raktas turi būti patikimas. Tranzistorius naudojamas kaip toks beveik be inercijos jungiklis.

Tranzistorius susideda iš emiterio, bazės ir kolektoriaus.
Emiteris ir kolektorius turi tuos pačius pagrindinius krūvininkus, tokius kaip skylės (p tipo puslaidininkis).
Bazė turi daugumą priešingo ženklo nešėjų, tokių kaip elektronai (n tipo puslaidininkis).

Tranzistoriaus generatoriaus veikimas

Virpesių grandinė yra nuosekliai sujungta su įtampos šaltiniu ir tranzistoriumi taip, kad teigiamas potencialas būtų taikomas emiteriui, o neigiamas potencialas - kolektoriui.
Šiuo atveju emiterio ir bazės perėjimas (emiterio sandūra) yra tiesioginis, o pagrindo ir kolektoriaus perėjimas (kolektoriaus sandūra) yra atvirkštinis ir grandinėje neteka srovė.
Tai atitinka atvirą raktą.

Kad grandinės grandinėje atsirastų srovė ir svyravimų metu įkrautų grandinės kondensatorių, būtina suteikti bazei potencialą neigiamą emiterio atžvilgiu ir tais laiko intervalais, kai viršutinė kondensatoriaus plokštė įkraunama teigiamai. o apatinė plokštė yra neigiamai įkrauta.
Tai atitinka uždarytą raktą.

Čia grįžtamasis ryšys yra indukcinis
Induktyvumo L CB ritė yra prijungta prie emiterio sandūros, induktyviai sujungta su grandinės induktyvumo L ritė.
Svyravimai grandinėje dėl elektromagnetinės indukcijos sužadina įtampos svyravimus ritės galuose, taigi ir emiterio sandūroje.
Jei emiterio sandūroje įtampos svyravimų fazė parinkta teisingai, tai grandinės grandinėje srovės „pokštai“ veikia grandinę reikiamais laiko intervalais ir svyravimai neišnyksta.
Priešingai, virpesių amplitudė grandinėje didėja tol, kol energijos nuostoliai grandinėje tiksliai kompensuojami tiekiant energiją iš šaltinio.
Ši amplitudė yra didesnė, tuo didesnė šaltinio įtampa.
Padidėjus įtampai, padidėja srovės, kuri įkrauna kondensatorių, „pokštai“.

Tranzistoriniai generatoriai plačiai naudojami ne tik daugelyje radijo įrenginių: radijo imtuvuose, siunčiančiose radijo stotyse, stiprintuvuose, kompiuteriuose.

Pagrindiniai savaime svyruojančios sistemos elementai

Tranzistoriaus generatoriaus pavyzdžiu galime išskirti pagrindinius elementus, būdingus daugeliui savaime svyruojančių sistemų.

1. Energijos šaltinis, palaikantis neslopintus virpesius (tranzistoriniame generatoriuje tai pastovios įtampos šaltinis).

2. Virpesių sistema yra ta savaime svyruojančios sistemos dalis, kurioje svyravimai vyksta tiesiogiai (generatoriuje, kurio pagrindas yra tranzistoriai, tai yra virpesių grandinė).

3. Įrenginys, reguliuojantis energijos tiekimą iš šaltinio į virpesių sistemą – vožtuvas (nagrinėjamame generatoriuje – tranzistorius).

4. Įtaisas, teikiantis grįžtamąjį ryšį, kurio pagalba svyravimo sistema valdo vožtuvą (tranzistoriaus generatoriuje - indukcinis grandinės ritės sujungimas su rite emiterio-bazės grandinėje).

Savaime svyruojančių sistemų pavyzdžiai

Savaiminiai virpesiai mechaninėse sistemose: laikrodis su švytuokle arba balansyras (ratas su spyruokle, kuri atlieka sukimo virpesius). Energijos šaltinis laikrodyje yra potenciali pakelto svorio arba suspaustos spyruoklės energija.

Savaime svyruojančiose sistemose yra elektrinis varpas su pertraukikliu, švilpukas, vargonų vamzdžiai ir daug daugiau. Mūsų širdis ir plaučiai taip pat gali būti laikomi savaime svyruojančiomis sistemomis.