Автоколебания. Генератор незатухающих колебаний

Повторение

1 . Какие вещества называют полупроводниками?

2 . Что такое транзистор?

3 . Из каких основных элементов он состоит?

4 . Назовите основные носители базы, эмиттера, коллектора.

5 . Действие транзистора. Условное изображение на схеме.

Повторение

6 . Свободные электромагнитные колебания в реальном колебательном контуре всегда затухающие - почему?

7. Можно ли создать устройство, с помощью которого компенсировались бы потери энергии при каждом полном колебании в контуре для того, чтобы они были незатухающими?

8 . Как это можно сделать? Предложите способы решения данной проблемы.

Автоколебания. Автоколебательный генератор незатухающих колебаний

Презентация создана учителем физики

Бондарчук Т.В.

Цель урока:

• Изучить понятие автоматических колебаний, рассмотреть принцип действия генератора незатухающих колебаний, продолжить формирование знаний по физическим основам получения переменного тока

Развитие радиотехнической промышленности

А.Н.Крылов

Л.И.Мандельштам

Н.Д.Папалекси

А.А.Андронов

Вынужденные колебания

Из-за наличия трения свободные колебания постепенно затухают и через некоторое время прекращаются. Чтобы затуханий не было, на колеблющееся тело должно периодически воздействовать какое-либо внешнее тело. Например, рука человека, подталкивающая качели или волна, поднимающая и опускающая буек, являются такими примерами. При этом колебания качелей или буйка перестают быть свободными. Их называют вынужденными .

Особую разновидность вынужденных колебаний составлют так называемые автоколебания (греч. "автос" – сам).

Итак, автоколебаниями называют незатухающие колебания, происходящие за счет энергии, периодическое поступление которой регулируется самим колеблющимся телом.

Примеры автоколебаний:

• незатухающие колебания маятника часов за счёт постоянного действия тяжести заводной гири;
• колебания скрипичной струны под воздействием равномерно движущегося смычка ;
• колебание воздушного столба в трубе органа , при равномерной подаче воздуха в неё;
• вращательные колебания латунной часовой шестерёнки со стальной осью, подвешенной к магниту и закрученной
• образование турбулентных потоков на перекатах и порогах рек;

• голоса людей, животных и птиц образуются благодаря автоколебаниям, возникающим при прохождении воздуха через голосовые связки ;

Маятниковые часы

Самая древняя автоколебательная система - маятниковые часы. Гиря на ниточке (цепочке) стремится вращать зубчатое колесо (храповик). При колебаниях маятника анкер цепляет за зубец, и вращение приостанавливается, но в результате маятник получает толчок, компенсирующий потери энергии из-за трения. Потенциальная энергия гири, которая постепенно опускается, расходуется на поддержание незатухающих колебаний.

Электрический звонок

• Источник -электрическая батарея U;
• Роль нелинейного регулятора выполняет прерыватель T, замыкающий и размыкающий электрическую цепь;
• Колеблющимися элементами являются магнитное поле , периодически наводимое в сердечнике электромагнита E, и якорь A, движущийся под воздействием переменного магнитного поля .
• Колебания якоря приводят в действие прерыватель, что и образует обратную связь.

Принцип работы

автоколебательных систем

Обратная связь

Источник

энергии

Устройство,

регулирующее

поступление энергии

Колебательная

система

Термин автоколебания в русскоязычную терминологию введён А.А.Андроновым в 1928 г .

Прямое включение

n

р

р

φ

φ _

-

+

+

+

-

+

+

-

-

+

+

+

I

+

I

I

- φ в

Ток через p - n - p переход осуществляется основными носителями заряда (дырки двигаются вправо, электроны – влево)

Генератор на транзисторе

В транзисторном генераторе колебательной системой служит контур, содержащий ёмкость и индуктивность и обладающий малым активным сопротивлением; выпрямитель (или батарея), питающий напряжением анод лампы, является источником энергии, а триод с элементом обратной связи — устройством, регулирующим поступление энергии из источника в колебательный контур .

№

Элементы автоколебательной системы

1

Механическая автоколебательная система (маятниковые часы)

источник энергии

2

Электромагнитная

автоколебательная система (генератор на транзисторе)

3

поднятый груз

клапан

4

колебательная система

анкер

батарея гальванических элементов

транзистор

маятник

Обратная связь

колебательный контур

через ходовое колесо

индуктивная – через катушки

Автоколебания в природе и в технике

• Поток воздуха, скорость которого больше некоторой критической величины, вызывает колебания - полоскание флага на ветру
• колебания листьев растений под действием равномерного потока воздуха;
• образование турбулентных потоков на перекатах и порогах рек;
• голоса людей, животных и птиц образуются благодаря автоколебаниям, возникающим при прохождении воздуха через голосовые связки;
• действие регулярных гейзеров и пр.
• На автоколебаниях основан принцип действия большого количества всевозможных технических устройств и приспособлений, в том числе:
• работа всевозможных часов как механических, так и электрических;
• звучание всех духовых и струнно-смычковых музыкальных инструментов;
• действие всевозможных генераторов электрических и электромагнитных колебаний, применяемых в электротехнике, радиотехнике и электронике;
• работа поршневых паровых машин и двигателей внутреннего сгорания
• некоторые системы автоматического регулирования работают в режиме автоколебаний, когда регулируемая величина колеблется в окрестности требуемого значения, то превышая его, то опускаясь ниже него, в допустимом для целей регулирования диапазоне (например, система терморегулирования бытового холодильника).

Закрепление

1. Что такое автоколебательная система? 

  2 . В чем отличие автоколебаний от вынужденных и свободных колебаний?

    3 . Какова роль транзистора в генерации автоколебаний?

4 . Как осуществляется обратная связь в генераторе на транзисторе?

5 . Укажите основные элементы автоколебательной системы.

6 . Приведите примеры автоколебательных систем, не рассмотренных на уроке.    

Выполните тест

1. Какие из перечисленных колебаний относятся к автоколебаниям?

1. Колебания маятника в часах.

2. Колебания груза на пружине.

3. Биение сердца.

4. Колебания в генераторе высокой частоты. 5. Колебания струны гитары.

А. Только 1; 4.

Б. Только 1; 3; 4.

В. Только 1; 5.

2. На рисунках 1 и 2 даны электрические схемы. В какой из них могут наблюдаться автоколебания?

А. Рисунок 1. Б. Рисунок 2.

В. В предложенных схемах автоколебания осуществляться не могут.

3. От каких элементов зависит частота электромагнитных колебаний высокочастотного генератора?

А. Только от емкости конденсатора.

Б. От напряжения батареи, емкости кон­денсатора и индуктивности катушки.

В. Только от емкости конденсатора и индук­тивности катушки.

4. Каково назначение катушки связи?

А. Устанавливает обратную связь между колебательным контуром и источником тока.

Б. Устанавливает обратную связь между транзистором и источником тока.

В. Устанавливает обратную связь между колебательным контуром и транзистором.

5. Каково назначение транзистора в генераторе высокой частоты?

А. Регулирует частоту в колебательном контуре.

Б. Регулирует поступление энергии от источника тока в колебательном контуре.

В. Вырабатывает энергию.

6. Какая запись правильно характеризует соотношение тока в транзисторе?

А. I Э = I Б + I К .

Б. I Э = I К - I Б .

В. I Б = I к + I э .

7. Какой потенциал относительно эмиттера должен быть на базе для поступления энергии от источника напряжения в колебательный контур? (На пластине конденсатора, соединенной с коллектором, положительный заряд.)

А. Отрицательный.

Б. Положительный.

В. Поступление энергии не зависит от потенциала на базе.

8. Один конец катушки обратной связи соединен с базой, второй — с:

А. Коллектором.

Б. Катушкой колебательного контура.

В. Эмиттером .

9. Амплитуда установившихся колебании:

А. Зависит только от начальных условий.

Б. Не зависит от параметров автоколебательной системы.

В. Не зависит от начальных условий и определяется параметрами автоколебательной системы.

10. На рисунке 3 изображена схема генератора высокой частоты. Какой цифрой обозначен элемент, в котором происходят автоколебания?

А. 4.

Б. 1.

В. 2.

Г. 3.

Домашнее задание

• § 36, № 971, 979 (Рымкевич )

Спасибо

за внимание!