С.Г. Калашников - Электричество (1115533), страница 105
Текст из файла (страница 105)
Так как теория нелинейных колебаний значительно более сложна, нежели теория колебаний линейных, рассмотренных в 2 209, 210, мы ограничимся в дальнейшем только разъяснением принципов действия некоторых электрических автоколебательных систем. 9 213. Использование отрицательных сопротивлений Мы уже говорили, что некоторые проводники обладают падающей вольт-амперной характеристикой (напряжение уменьшается при возрастании тока), и поэтому дифференциальное сопротивление Л1 = аУ/аг таких проводников отприцатпельно Я 176). Если ввести в колебательный контур, обладающий сопротивлением т, проводник с падающей вольт-амперной характеристикой, то затухание контура уменьшается.
При определенном соотношении между параметрами контура и включенным отри- цательным сопротивлени- 1 ем затухание может ис- Д чезнуть совсем, и тогда в ~о таком контуре возникают незатухающие колебания. -1, ~ На рис. 362 изображет на автоколебательная сисд тема, в которой отрица- 2 тельным сопротивлением с служит дуговой разряд. Постоянное напряжение от Рнс. Зб2. Получе е незатухающнх ноле источника тока подводитбаннй с оомон~ью отРнцательното сонРотнвленнн дроссели Д. Если емкость С и индуктивность Ь подобраны так, что частота колебаний попадает в область звукового спектра,то появление колебаний приводит к звучанию дуги; описанная схема получила поэтому название поютцей дуги. Появление звука объясняется тем, что через дугу протекает переменный ток электрических коле- 1 шз использовАнив отгицлтвльных сопготивлвний 499 баний, который вызывает переменное нагревание дуги и вследствие этого ее пульсацию, так что в окружающем воздухе возникает звуковая волна.
Этот звук можно значительно усилить, если вблизи катушки индуктивности А расположить вторую катушку К, соединенную с громкоговорителем Т. Тогда в катушке К будет наводиться вследствие электромагнитной индукции переменный ток и громкоговоритель будет издавать звук, высота которого будет соответствовать частоте колебаний в контуре. Изменяя емкость и индуктивность, можно убедиться, что при увеличении Х илн С высота звука понижается, т.е. частота колебаний уменыпается. В этой схеме вместо дуги мы могли бы использовать туннельный диод.
Однако падающий участок его характеристики расположен в области малых напряжений и токов (ср. рис. 350), и, следовательно, амплитуда колебаний в этом случае была бы слабее. Рассмотрим теперь подробнее, каким образом здесь возникают автоколебания. Припишем току и напряжению определенные знаки и будем считать ток контура положительным, если он направлен по часовой стрелке (см. рис, 362), а напряжение У между точками 1 и Я положительным в том случае, если потенциал точки 1 выше потенциала точки 2. Следовательно, положительное напряжение между 1 и У вызывает в контуре ток положительного направления.
Обозначим через»в постоянный ток, существующий в дуге в отсутствие колебаний, и предположим, что вследствие каких-либо случайных причин в контуре возникли колебания и появился переменный ток г. Этот ток будет проходить и через дугу и алгебраически складываться с током го. Так как положительное направление тока» противоположно направлению кэ (см. рис. 362), то колебания полного тока дуги будут изображаться кривой 1 = го +», минимумы которой совпадают с максимумами кривой г(1), и наоборот (рнс.
363 б). Колебания тока 1 вызовут переменное напряжение и между точками 1 и Я, которое можно найти из вольт-амперной характеристики дуги (рис. 363 а). Это напряжение изображается кривой У (рис. 363 в), которая имеет постоянную составляющую Уо и переменную составляющую и. Сравним теперь переменные составляющие тока (1) и напряжения (в). Из рис. 363 б, в видно, что они находятся в фазе, т.е. положительные значения и соответствуют положительным значениям» н наоборот. Но это значит, что переменпос напряжение способствует переменному току, его «подталкивает», или, иными словами, что в контур вводится определенная энергия за счет источника тока. Если эта энергия больше расходуемой на выделение тепла Джоуля— Ленца, то амплитуда колебаний будет нарастать. При этом будут расти и потери энергии в контуре, н когда они станут равны 500 СОБСТВЕННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ ГЛ ХХ энергии, вводимой в контур, установятся незатухающие колебания постоянной амплитуды.
Оо Уз Рис. Збз. Возникновение нсзатухакпцих колебаний в контуре с отрицательным сопротивлением Условия самовозбуждения колебаний в цепи, содержащей проводник с отрицательным дифференциальным сопротивлением, рассмотрены в Добавлении 9. 5 214. Ламповые генераторы. Обратная связь В настоящее время почти исключительно применяют алтоколебательные схемы с электронными лампами или полупроводниковыми приборами. Они обладают большой надежностью в работе и позволяют широко варьировать частоту, интенсивность и форму колебаний. Мы рассмотрим принцип работы таких устройств на примере лампового генератора, одна из простейших схем которого изображена на рис. 364.
Колебательный контур, содержащий емкость С и индуктивность Х, включен в цепь сетки электронной лампы. В цепи анода, кроме питающей батареи, имеется еще катушка К, расположенная в непосредственной близости к катушке ь, так что между обеими катушками существует индуктивная связь. Принцип действия генератора заключается в следующем.
Когда в колебательном контуре возникают колебания (при « 214 лАмпОвые ГенеРАТОРы ОБРАтнАя связь 501 включении батареи нли под влиянием каких-либо случайных причин), то между обкладками конденсатора появляется переменное напряжение. Такое же напряжение возникает между сеткой и катодом лампы, так как они присоединены к обкладкам конденсатора. Вследствие этого в цепи анода появляется переменный ток «ь. Но катУшки К и ь индУктивно свЯзаны между собой, и поэтому переменный ток г, вызывает в катушке ь переменную ЭДС взаимной индукции Ж = — Мй,/й (М вЂ” коэффициент взаимной индуктивности).
Эта ЭДС, в зависимости от взаимного направления вит- '3 ков катушек К и Х,, может либо препятствовать колебаниям тока в контуре, либо способствовать 5 К им. Очевидно, что, пересоединяя в случае необходимости концы катушки К, можно всегда добиться того, чтобы возникающая ЭДС Ж была того же знака, что Рпс.
364, Ламповый генератор с и ток» в контуре. Тогда работа колебательным контуром в цепи этой ЭДС будет положительна, и колебательный контур будет получать энергию за счет источника тока, так что затухание контура уменьшится. Если связь между катушками достаточно велика, получаемая энергия может стать больше той, которая затрачивается в контуре.
В этом случае амплитуда колебаний будет нарастать до тех пор, пока получаемая энергия не сделается равной потерям, после чего установятся незатухающие колебания. Рисунок Зб5 более детально разъясняет сказанное. Будем считать заряд конденсатора положительным, если на сетке возникает положительный потенциал относительно катода, а за положительное направление тока контура 4' (и ЭДС о) примем направление, указанное на рис.
Зб4. Тогда, если сеточное напряжение ис изменяется в соответствии с кривой рис. 365 б, то ток контура 4' изображается кривой е. Переменный ток «в цепи анода, вызываемый колебаниями сеточного напряжения и„можно найти при помоши сеточной характеристики триода (рис. Зб5 и). Ее «рабочая точка» А выбрана в средней части, где характеристика близка к линейной. Так как положительный потенциал сетки вызывает положительный ток «„то изменения»«изображаются кривой а Кривые д и е дают изменения ЭДС взаимной индукции сг при двух возможных направлениях витков катушки К. Сравнивая эти кривые с кривой е, мы видим, что в случае кривой е колебания ЭДС и тока находятся в противофазе: при положительном токе 4 возникает отрицательная ЭДС 62 и нао- 502 ООБСТВИННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕОКИЕ КОЛЕБАНИЯ ГЛ.
ХХ борот. В последнем случае ЭДС взаимоиндукции препятствует колебаниям, и затухание контура увеличится. В случае д, напротив, колебания ЭДС и тока находятся в фазе и ЭДС способствует колебаниям тока, отчего затухание контура уменьшится. При достаточно сильной связи в этом случае в контуре возникают незатухающие колебания. ! ! ! Рис. Збб. Возникновение незатухающих колебаний в ламповом генераторе Наиболее характерной особенностью рассмотренной схемы лампового генератора является то, что колебательвый контур воздействует на другую цепь, содержащую источник тока (в нашем случае — на анодную цепь лампы), а эта последняя оказывает обратное действие на колебательный контур, которое и поддерживает колебания. Такой прием получил название обратной связи и широко применяется в различных механических и электрических автоколебательных системах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
