Харкевич А.А. - Автоколебания (1107605), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

Конечно, вся физическая картина колебаний этого родэ резко отличается от картины томсоновских колебаний» ([»), стр. 163). Основываясь на этих соображениях, можно составить представление о том, каково должно быть действие клапана в релаксационной системе. Клапан должен иметь два положения: «открыт» и «закрыт». В положении «закрыт» клапан отключает от накопителя сток (потребляющую систему); в этом положении происходит накопление энергии.

В положении «открыт» клапан сообщает накопитель со стоком, в результате чего накопитель отдает свой запас энергии. Но при этом совершенно очевидно, что клапан должен открываться при одном значении энергии накопителя, а закрываться при другом, а именно, м е н ь ш е м значеиин. Таким образом, характеристика клапана должна характеризоваться перепадом между указанными двумя значениями. Из предыдущего следует, что релаксационные колебания должны иметь вполне определенный размах, зависящий от перепада характеристики клапана.

Что же касается частоты 76 $ 15. РелАксАционные кОлеБАния релаксационных колебаний, то она зависит от скорости процессов накопления и расхолования запасов энергии накопителя, т. е., в конечном счете, от параметров системы, Все зти прелставления можно уяснить себе, рассмотрев какую-либо конкретную релаксационную систему, В прелыдущем мы имели пример релаксационной системы; это †пневматический молоток. Единственный накопитель энергии в его устройстве — масса поршня, способная накапливать кинетическую знергию и отдавать ее при ударе.

В качестве другого примера мы рассмотрим генератор с неоновой лампой. Схема генератора изображена на рис. 80, Она состоит из батареи Е, ограни. г) чителя тока О (например, лиода в режиме насыщенна), конденг"— сатора С и неоновой лампы Л (лампы тлеющего разряда), Действие втой схемы описывается обычно следующим образом: с момента включения батареи в конденсатор течет зарядный ток, постоянство которого поддерживается ограничителем. Вслелствие этого заряд конденсатора, а следовательно, и напряжение на нем, нарастает линейно со временем.

Когда напряжение достигнет наприжения зажигания неоновой лампы Л, лампа вспыхивает (т. е. происходит ионизация заключенного в ней разреженного газа и возникает большая ионная проводимость). Конденсатор быстро разряжается через проводимость лампы, пока напряжение не упадет ло значения Ц вЂ” напряжения потухания, Лампа гаснет (т, е. ионизация, а с нею и проводимость пропадают), после чего возобновляется процесс зарядки конденсатора, и так далее. В результате получается периодическое изменение напряжения межлу значениями Ц н ~lм как показано на осциллограмме рис.

81. Характервстика неоновой лампы как клапана показана на рис. 82, Это описание само по себе не встречает возражений, одмако попытка построить диаграмму работы сразу наталкивается на затрулнения. В каких переменных строить диаграммуг В данной чисто электрической системе мы лолжны выбрать переменные О в напряжение и О в зарял, При этом понимается, что (у в внешнее напряжение, доставляемое не- 5 15. Реллксационные колезання точннком. Что же касается 9, то эта величина должна выражать заряд в колебательной системе. Что является в данной схеме колебзтельной системой? Эту роль играет, очевидно, конденсатор, периодически заряжающийся и разряжающийся.

Клапаном является неоновая лампа, управляющая чередованием и, 1~ Рнс. 82. Рнс. 81, процессов заряжания и разряжания конденсатора, Обратная связь с колебательной системы на клапан состоит в том, что неоновая лампа захгигается и гаснет в зависимости от напряжения на конденсаторе. Таким образом, полный состав авто- колебательной системы налицо. Однако напряжение на конденсаторе всегда пропорционально его заряду, и наоборот. Никакой двузначности, ни статической, ни динамической, в этой зависимости нет и П быть не может, Значит, диаграмма работы имеет вид, показанный на рис. 83, т, е. представляет собою отрезок прямой, независимо от вида осциллограммы, и следо- ы вательно, автоколебания невозможны.

Между тем схема работает! Лело усложняется еще и тем, что источник все время Рнс 83. расходует энергию на покрытие потерь в неоновой лампе, через которую протекает пульсирующий ток, так что мощность, теряемая в лампе, имеет периодическую составляющую. Однако энергетические взаимоотношения источника энергии (т. е. батареи) с лампой не имеют прямого отношения к автоколебаниям; в колебательную систему, как мы убедились, энергия не поступает. Нам не удается свести концы с концами вот по какой причине, связанной с особенностями данной схемы. Дело в том, что в этой схеме нужно учесть наличие какого-либо 78 15.

РелАксАцнонные кОлеБАния потребителя колебательной энергии. В ранее рассмотренных случаях этого не нужно было делатьс мы просто предполагали, что вложенная в колебательную систему энергия так или иначе расходуется. При этом механизм, пополняющий убыль знергин в колебательной системе, действует независимо от наличия потребителя, В данной же схеме энергия в колебательную систему вкладывается лишь в меру ее расходования.

Следовательно, в отличие от ранее рассмотренных случаев в схеме с неоновой лампой амплитуда установнвшихся колебаний не зависит от энергетического баланса, И действительно, как мы вплели, в схеме без потерь (рис. 80) устанавливается колебательный режим с вполне определенной амплитудой, определяемой разницей между напряжениями зажигания и потухання. Таким образом, для данной схемы график зависимости Е+ и Е от амплитуды нечего стронтгч так как Е и Е всегда равны друг другу.

Введя в схему потребитель колебательной энергии, мы сможем построить диаграмму работы. Пусть последовательно с конденсатором включено омп- У ческое сопротивление гс (рис, 84). По этому сопротивлению б' будет проходить переменный Р г7 ток, и следовательно, в нем будет выделяться некоторая мощность. Благодаря наличию сопротивления общее напряжение Рнс. 84. 0 уже не будет равняться напряжению Ус на конденсаторе. Во время зарядки конденсатора 0 меньше У на величину падения напряжения на сопротивлении )с, Эта разность остается во время зарядки постоянной, так как величина тока поддерживается огрзничителем. После зажигания лампы напряжение на ней меньше напряжения на конденсаторе, так как ток, идущий через сопротивление )с, меняет свое направление н знак падения нзпряження меняется на обратный.

Таким образом, напряжение (у в момент зажигания лампы изменяется скачком. Величина этого скачка обозначена через ЬУ на последующих рисунках, На осциллограммах ряс. 85 изображено изменение во времени напряжений (l и (/с. По этим осциллограммам, принимая во внимание, что заряд Я прямо про- 8 16. вяикционныв лвтоколввлння 79 порционален Ос, можно построить диаграмму работы, которая и изображена на рис. 86. При увеличении сопротивления гс энергия, поглощаемая за цикл, а следовательно, и доставляемая источником, будет возрастать.

При этом плогт щадь диаграммы работы будет возрзстать за счет роста вертикального отрезка й(7. ст сг Рнс. 86. Рнс. 85. На этом мы закончим исследование генератора с неоновой лампой. В следующих параграфах нам еще встретятся системы с аналогичными свойствами, й 16, ФРИКЦИОННЫЕ АВТОКОЛЕБАНИЯ Фрикционные (т. е, обусловленные трением) релаксационные автоколебания — пожалуй наиболее распространенный вид автоколебаний.

Фрикционные колебания в форме различных скрипов воспринимаются нами постоянно. Скрипит паркет под нашими ногами, скрипит кожаная обувь, скрипят вилка по тарелке и палец по стеклу, скрипят двери и ворота, скрипит пробка флакона, скрипит (скрежещет) трамвай на закруглении пути, скрипит гвоздгч вытягиваемый из доски. Совершенно аналогичные явления происходят и в скрипке, на что прямо указывает краткое и точное название этого музыкального инструмента.

Наблюдая перечисленные и многие другие явления, мы замечаем следующие три обстоятельства: во-первых, скрип наблюдается повсеместно, откупа следует, что условия само- возбуждения этого вида автоколебаннй легко осуществляются. 8О 8 !6. вгнкцнонные Аатоколезлния Во-вторых, эти колебания достигают иногда очень большой мощности, о чем можно судить хотя бы по слуховым ощущениям. И, в-третьих, этот впд колебаний обладает поразительной устойчивостью.

Какая-нибудь калитка может на протяжении многих лет скрипеть своим особым «голосом», не подвергающимся никзким изменениям. Скрип возникает при скольжении одного тела по другому. В общих чертах картина явления такова: когда на упругое тело, прижатое к другому, действует касательная сила, то сперва относительного движения по поверхности соприкосновения обоих тел нет, так как они спеплены между собою силой трения покоя. Поэтому приложенная сила вызывает только деформапию тела. Когда же при увеличении приложенной силы и соответственном возрастании деформапнн упругая сила превзойдет, наконеп, силу трения покоя, произойдет срыв. Тело скачком перейдет в новое положение, потеряв упругую деформапию, после чего все будет происходить в том же порядке.

Характеристики

Список файлов книги