Фізіка
Выдавец: Народная асвета
Памер: 286с.
Мінск 1991
Работа генератара на транзістары. Спрошчаная схема генератара на транзістары паказана на рысунку 51. Вагальны контур злучаны паслядоўна з крыніцай напружання і транзістарам такім чынам, што на эмітэр пададзены дадатны патэнцыял, а на калектар — адмоўны. Пры гэтым пераход эмітэр — база (эмітэрны пераход) з’яўляецца прамым, але пераход база калектар (калектарны пераход) аказваецца адваротным, і ток у ланцугу не ідзе. Гэта адпавядае разамкнутаму ключу на рысунках 48 і 49.
Каб у ланцугу контуру ўзнік ток і падзараджваў кандэнсатар контуру пры ваганнях, трэба надаць базе адмоўны адносна эмітэра патэнцыял, прычым у тыя інтэрвалы часу, калі верхняя (гл. рыс. 51) пласціна кандэнсатара зараджана дадатна, а ніжняя — адмоўна. Гэта адпавядае замкнутаму ключу на рысунку 48.
Змітзр
57
У інтэрвале часу, калі верхняя пласціна кандэнсатара зараджана адмоўна, а ніжняя — дадатна, ток у ланцугу контуру павінен адсутнічаць. Для гэтага база павінна мець дадатны патэнцыял адносна эмітэра.
Такім чынам, для кампенсацыі страт энергіі ваганняў у контуры напружанне на эмітэрным пераходзе павінна перыядычна мяняць знак у строгім узгадненні з ваганнямі напружання на контуры. Неабходна, як гавораць, адваротная сувязь.
Адваротная сувязь у генератары, які разглядаецца, індуктыўная. Да эмітэрнага пераходу падключана шпуля індуктыўнасцю LcyB, індуктыўна звязаная са шпуляй індуктыўнасцю L контуру. Ваганні ў контуры ў выніку электрамагнітнай індукцыі ўзбуджаюць ваганні напружання на канцах першай шпулі і тым самым на эмітэрным пераходзе. Калі фаза ваганняў напружання на эмітэрным пераходзе падабрана правільна, то «штуршкі» току ў ланцугу контуру дзейнічаюць на контур у патрэбныя інтэрвалы часу і ваганні не затухаюць. Наадварот, амплітуда ваганняў у контуры ўзрастае да той пары, пакуль страты энергіі ў контуры не пачнуць дакладна кампенсавацца паступленнем энергіі ад крыніцы. Гэта амплітуда тым большая, чым большае напружанне крыніцы. Павелічэнне напружання вядзе да ўзмацнення «штуршкоў» току, што падзараджвае кандэнсатар.
Частата ваганняў у контуры вызначаецца індуктыўнасцю L шпулі контуру і ёмістасцю С кандэнсатара згодна з формулай Томсана:
1 Wo = ——■•
\Jlc
Пры малых L і С частата ваганняў вялікая. Выявіць узнікненне ваганняў у генератары (узбуджэнне генератара) можна з дапамогай асцылографа, падаўшы на яго вертыкальна адхіляльныя пласціны напружанне з кандэнсатара.
Генератары на транзістарах шырока прымяняюцца ў мностве радыётэхнічных прыстасаванняў: у радыёпрыёмніках, перадаючых радыёстанцыях, узмацняльніках і г. д. Шырока прымяняюцца яны ў сучасных электроннавылічальных машынах.
Асноўныя элементы аўтавагальнай сістэмы. На прыкладзе генератара на транзістары можна вылучыць асноўныя элементы, характэрныя для многіх аўтавагальных сістэм (рыс. 52):
Адваротная суЬязь
58
1. Крыніца энергіі, за кошт якой падтрымліваюцца незатухаючыя ваганні (у генератары на транзістары гэта крыніца пастаяннага напружання).
2. Вагальная сістэма, г. зн. тая частка аўтавагальнай сістэмы, у якой непасрэдна адбываюцца ваганні (у генератары на транзістары гэта вагальны контур).
3. Прыстасаванне, якое рэгулюе паступленне энергіі ад крыніцы ў вагальную сістэму — «клапан» (у разгледжаным генератары ролю «клапана» адыгрывае транзістар).
4. Прыстасаванне, якое забяспечвае адваротную сувязь, з дапамогай якой вагальная сістэма кіруе «клапанам» (у генератары на транзістары гэта індуктыўная сувязь шпулі контуру са шпуляй у ланцугу эмітэр — база).
Прыклады іншых аўтавагальных сістэм. Аўтаваганні ўзбуджаюцца не толькі ў электрычных сістэмах, але і ў механічных. Да такіх сістэм належыць звычайны гадзіннік з маятнікам або балансірам (кольцам са спружынкай, якое выконвае вярчальныя ваганні). Крыніцай энергіі ў гадзінніку служыць патэнцыяльная энергія паднятай гіры або сціснутай спружыны.
Да аўтавагальных сістэм адносяцца электрычны званок з перарывальнікам, свісток, арганныя трубы і многае іншае. Наша сэрца і лёгкія таксама можна разглядаць як аўтавагальныя сістэмы.
Мы пазнаёміліся з найбольш складаным відам ваганняў — аўтаваганнямі. У аўтавагальных сістэмах выпрацоўваюцца незатухаючыя ваганні самых розных частот. Без такіх сістэм не было б ні сучаснай радыёсувязі, ні тэлебачання, ні ЭВМ.
1. Што такое аўтавагальная сістэма? 2. У чым адрозненне аўтаваганняў ад вымушаных ваганняў і ад свабодных? 3. Апішыце ўласцівасці р — лпераходу ў паўправадніках. 4. Якая будова транзістара? 5. Якая роля транзістара ў генерацыі аўтаваганняў? 6. Як ажыццяўляецца адваротная сувязь у генератары на транзістары? 7. Назавіце асноўныя элементы аўтавагальнай сістэмы. 8. Пры» вядзіце прыклады аўтавагальных сістэм, якія не ўпамінаюцца ў тэксце.
* * *
На гэтым мы заканчваем вывучэнне электрамагнітных ваганняў. Звяртаем вашу ўвагу на адну рысу, агульную для ўсіх вагальных працэсаў. Пры вывучэнні перыядычных вагальных з’яў галоўную цікавасць уяўляюць агульныя прыметы, якія характарызуюць паўтаральнасць працэсаў, а не стан сістэмы, якая вагаецца ў кожны момант часу. Важна ведаць амплітуду, перыяд ваганняў, г. зн. велічыні, якія характарызуюць працэс цалкам. Пры вымушаных ваганнях трэба ведаць суадносіны частот знешняга напружання і свабодных ваганняў. Іменна яны вызначаюць характар ходу працэсу, яго інтэнсіўнасць.
59
Падкрэслім яшчэ раз цікавую тоеснасць агульнага характару працэсаў рознай прыроды, тоеснасць матэматычных ураўненняў, якія апісваюць электрамагнітныя і механічныя ваганні.
ПРЫКЛАДЫ РАШЭННЯ ЗАДАЧ
1. Максімальны зарад на абкладках кандэнсатара вагальнага контуру Ч” = 10 " Кл. Амплітуднае значэнне сілы току ў контуры /„, = 10 3 А. Вызначце перыяд ваганняў. Страты на награванне праваднікоў не ўлічваць.
Рашэнне. Згодна з законам захавання энергіі максімальнае значэнне энергіі электрычнага поля кандэнсатара роўна максімальнаму значэнню энергіі магнітнага поля шпулі:
От Ы т
2С" = Адсюль
LC = або y[LC = ■
Значыць,
Т = 2n^'LC = 2л у^а; 6,3 • 10~3 с.
2. Рамка плошчай S = 3000 см2 мае ^ = 200 віткоў і верціцца ў аднародным магнітным полі з індукцыяй В = 1,5 102 Тл. Максімальная ЭРС у рамцы ^„=1,5 В. Вызначце час аднаго абароту.
Рашэнне. Амплітуда ЭРС індукцыі ў адным вітку роўна BSu>.
Паколькі ЭРС, якія ўзнікаюць у асобных вітках рамкі, складаюцца, то для амплітуды ЭРС у рамцы, якая мае N віткоў, атрымаем:
Адсюль
^ т = NBS(i>.
Ш ~ NBS ■
Час аднаго абароту рамкі можна знайсці так:
^___ 2л (0
«3,8 102 с.
® т
3. Шпуля з індуктыўным супраціўленнем XL = 500 Ом далучана да крыніцы пераменнага напружання, частата якога v = 1000 Гц. Дзеючае значэнне напружання (/ = 100 В. Вызначце амплітуду сілы току І,„ ў ланцугу і індуктыўнасць шпулі L. Актыўнае супраціўленне шпулі не ўлічваць.
Рашэнне. Індуктыўнае супраціўленне шпулі выражаецца формулай
XL — uL = 2nvL.
60
Адсюль
L = — = 0,08 Гн.
Паколькі амплітуда напружання звязана з яго дзеючым значэннем суадносінай Um = U^, то для амплітуды сілы току атрымаем:
/т=^=^Д = 0,28 А.
лі al
4. У ланцуг пераменнага току з частатой v = 500 Гц уключана шпуля з індуктыўнасцю £=10 мГн. Якой ёмістасці кандэнсатар трэба ўключыць у гэты ланцуг, каб надышоў рэзананс?
Рашэнне. Электрычны ланцуг, аб якім гаворыцца ва ўмове задачы, уяўляе сабой вагальны контур. Рэзананс у гэтым ланцугу надыдзе, калі частата пераменнага току будзе роўна ўласнай частаце вагальнага контуру (v = vo). Але
1 v0=—, 2лд £С таму і
1 v =.
2л/£С
Адсюль
С = ~ Ю5 Ф = 10 мкФ.
4л £v
ПРАКТЫКАВАННЕ 2
1. Пасля таго як кандэнсатару вагальнага контуру быў нададзены зарад д = 10“5 Кл, у контуры ўзніклі затухаючыя ваганні. Якая колькасць цеплыні вылучыцца ў контуры на той час, калі ваганні ў ім поўнасцю затухнуць? Емістасць кандэнсатара С = 0,01 мкФ.
2. Вагальны контур складаецца са шпулі з індуктыўнасцю £ = 0,003 Гн і плоскага кандэнсатара ёмістасцю С = 13,4 пФ. Вызначце перыяд свабодных ваганняў у контуры. Які будзе перыяд, калі прастору паміж абкладкамі кандэнсатара запоўніць дыэлектрыкам з дыэлектрычнай пранікальнасцю е = 4?
3. У якіх межах павінна змяняцца індуктыўнасць шпулі вагальнага контуру, каб частата ваганняў змянялася ад 400 да 500 Гц? Емістасць кандэнсатара 10 мкФ.
4. Знайдзіце амплітуду ЭРС, якая наводзіцца ў рамцы, што верціцца ў аднародным магнітным полі, калі частата вярчэння складае 50 аб/с, плошча рамкі 100 см2 і магнітная індукцыя 0,2 Тл.
5. У драцяной рамцы з плошчай 5 = 100 см" узбуджаецца ЭРС індукцыі з амплітудай ^,„ = 1,4 В. Лік віткоў у рамцы N = 200. Рамка верціцца з пастаяннай вуглавой скорасцю ў аднародным магнітным полі, індукцыя якога В = 0,15 Тл.
61
У пачатковы момант плоскасць рамкі перпендыкулярная вектару В. Вызначце ЭРС індукцыі е ў рамцы праз час t = 0,1 с пасля пачатку яе вярчэння.
6. Шпуля з індуктыўнасцю L = 0,08 Гн далучана да крыніцы пераменнага напружання з частатой v = 1000 Гц. Дзеючае значэнне напружання £7=100 В. Вызначце амплітуду току Іт ў ланцугу.
КАРОТКІЯ ВЫНІКІ РАЗДЗЕЛА 2'
1. Пры электрамагнітных ваганнях адбываюцца перыядычныя змяненні электрычнага зараду, сілы току і напружання. Электрамагнітныя ваганні падзяляюцца на свабодныя, вымушаныя і аўтаваганні.
2. Найпрасцейшай сістэмай, у якой назіраюцца свабодныя электрамагнітныя ваганні, з’яўляецца вагальны контур. Ен складаецца з драцяной шпулі і кандэнсатара. Ураўненне, якое апісвае электрамагнітныя ваганні, мае выгляд:
Я = —woq,
дзе q зарад кандэнсатара, q" — другая вытворная зараду па часу, а «о = ££— пастаянная велічыня, што залежыць ад параметраў вагальнага контуру: індуктыўнасці L і ёмістасці С. Дакладна такое ж па форме ўраўненне апісвае ваганні цела, змацаванага са спружынай або матэматычнага маятніка.
3. Рашэнне ўраўнення, якое апісвае свабодныя ваганні, выражаецца або праз косінус, або праз сінус:
q = qm cos о)о/ абс q = qm sin co0/.
4. Ваганні, якія адбываюцца па закону косінуса або сінуса, называюцца гарманічнымі. Максімальнае значэнне зараду qm называецца амплітудай ваганняў зараду. Велічыня ш0 называецца цыклічнай частатой ваганняў і выражаецца праз лік ваганняў у секунду v так: w0 = 2nv.
Мінімальны прамежак часу, праз які вагальны працэс поўнасцю паўтараецца, называецца перыядам ваганняў. Перыяд выражаецца праз цыклічную частату наступным чынам:
КНІГІ ОНЛАЙН
