Учебник - Электричество - Калашников С.Г. (1238776), страница 106

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

Текст из файла (страница 106)

Простейший и наиболее старый способ поддержания колебаний заключается в применении искрового контура, изображенного на рис. 361. Он состоит из конденсатора С, катушки индуктивности Х иискро- Р Р н' д" пенных последовательно. 0 К обкладкам конденсатос ра присоединен источник постоянного высокого над пряжения. После включения ис- точника напряжения кон- С денсатор заряжается и напряжение между его обкладками увеличиваетд ся. Когда оно достигает напряжения пробоя исРнс. 361. Искровой нолобатнльный контур крового разрядника, че- рез разрядник проскакивает искра, замыкающая колебательный контур, и в конту.ре возникает цуг затухающих колебаний. Эти колебания продолжаются до тех пор, пока амплитуда напряжения на конденсаторе не сделается равной напряжению гашения искры, после чего искровой разряд прекращается и колебания обрываются.

Затем конденсатор начинает опять заряжаться, его напряжение увеличивается,и через некоторое время искровой промежуток опять пробивается, отчего в контуре возникает новый цуг затухающих колебаний и т.д. Чтобы возникающие колебания не закорачнвались на источник тока, последний присоединен к конденсатору через катушки самонндукции (дроссели) Д. Они представляют ~ 212 АвтоколвБАтвльные системы собой большое сопротивление для быстропеременных токов, но не препятствуют прохождению более медленно меняющегося тока от источника. Основное достоинство искрового контура заключается в его исключительной простоте. Его недостатками являются сильный шум, издаваемый искрой, обгоранне электродов разрядника и, самое главное, существенное отличие получаемых колебаний от синусоидальных (гармонических).

Поэтому искровые контуры в настоящее время применяются редко. й 212. Автоколебательные системы Для получения длительно существующих электрических (и механических) колебаний большое значение имеют так называемые аетоколебательные системы. Устройства, объединяемые под этим общим названием, характеризуются следующими отличительными свойствами.

Автоколебательные системы способны генерировать незатухающие колебания. Эти колебания могут быть гармоническими (синусоидальными) или более сложной формы, но они могут продолжаться неограниченно долго, до тех пор, пока не вышли из строя элементы, образующие систему. Автоколебательные системы отличаются от рассмотренного в з 207 колебательного контура с сопротивлением, равным нулю. Такой контур представляет собой предельный случай, недостижимый на практике. Автоколебательные же системы суть реальные устройства, сопротивление которых не равно нулю.

В автоколебательных системах незатухающие колебания возникают под влиянием процессов, происходящих внутри системы, и для их поддержания не требуется никаких внешних воздействий. В этом отношении автоколебания радикально отличаются от вынужденных колебаний, которые также могут быть незатухающими, но для своего существования требуют периодических внешних воздействий (в механике — внешних сил, в электричестве — приложенных извне напряжений). В состав автоколебательных систем входит источник энергии (в случае механических колебаний — сжатая пружина, поднятый груз и т.д., в случае электрических — батарея или иной источник тока). Этот источник периодически включается самой системой и вводит в нее определенную энергию, компенсирующую потери на выделение тепла Джоуля-Ленца, что и делает колебания незатухающими. Так как колебания в автоколебательных системах устанавливаются под влиянием процессов, происходящих внутри системы, то они возникают самопроизвольно (самовозбуждение), под действием случайных малых воздействий, выводящих систему 498 СОБСТВЕННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ ГЛ.

ХХ из равновесия (флуктуации). Возникшие малые колебания самопроизвольно нарастают, н в конце концов в системе образуются установившиеся колебания, свойства которых (частота, интенсивность, форма) определяются параметрами системы и не зависят от начальных условий. Хорошим примером автоколебательной системы в механике могут служить известные всем часы, в которых незатухающие колебания маятника поддерживаются с помощью анкера.

Процессы в любой автоколебательной системе описываются обязательно нелинейными дифференциальными уравнениями. 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.

Характеристики

Список файлов книги