После однократной зарядки конденсатора в колебательном контуре возникают гармонические колебания, частота колебаний определяется параметрами контура. Электромагнитные колебания в любом реальном контуре быстро затухают из-за потерь энергии на нагревание проводок и излучение электромагнитных волн. Для поддержания незатухающих электромагнитных колебаний в контуре необходимо пополнять запасы энергии в нем. Это можно сделать, периодически подключая конденсатор контура к источнику постоянного тока. Трудность заключается в том, что электрические колебания в контуре происходят с частотой сотни тысяч или миллионы герц. С такой частотой конденсатор нужно подключать к источнику постоянного тока и отключать от него; при этом согласуя моменты подключений обкладок конденсатора с моментами приобретения ими заряда, совпадающими по знаку со знаками полюсов подключаемого источника тока.

В качестве быстродействующего «ключа» для получения незатухающих высокочастотных колебаний может использоваться полупроводниковый транзистор. Через транзистор (рис. 232) конденсатор колебательного контура соединяется с источником постоянного тока. Пока на базу транзистора не подается управляющий сигнал, ток через него не проходит, конденсатор отключен от источника постоянного тока. При подаче управляющего сигнала на базу через транзистор протекает электрический ток и конденсатор колебательного контура заряжается от источника постоянного тока.

Для согласования моментов подключения колебательного контура к источнику постоянного тока с соответствующими моментами изменения напряжения на конденсаторе используется принцип обратной связи.

При зарядке и разрядке конденсатора колебательного контура изменения силы тока в катушке контура вызывают изменения магнитного поля вокруг нее. При этом происходят изменения магнитного потока и возникает ЭДС индукции во второй катушке называемой катушкой обратной связи. Один конец катушки обратной связи соединен с эмиттером транзистора, второй через конденсатор С — с его базой. Катушка обратной связи включена таким образом, что при увеличении силы тока в цепи коллектора на базу подается напряжение, отпирающее транзистор;

при уменьшении коллекторного тока — напряжение, запирающее транзистор. Такой тип связи называется положительной обратной связью.

Резистор в цепи базы транзистора задает начальные значения силы тока базы и коллектора при отсутствии переменного напряжения на концах катушки связи Задание начального тока через транзистор позволяет усиливать как положительные, так и отрицательные сигналы, поступающие на вход транзистора.

Если конденсатор колебательного контура имеет в начальный момент небольшой заряд и разряжается через катушку то в контуре возникают свободные электрические колебания малой амплитуды. Эти колебания через цепь обратной связи управляют коллекторным током транзистора, конденсатор колебательного контура через транзистор периодически получает дополнительный электрический заряд. При этом энергия электрического поля в конденсаторе увеличивается, растет амплитуда колебаний напряжения на конденсаторе колебательного контура.

Однако увеличение амплитуды колебаний напряжения в электрическом контуре не продолжается беспредельно. Объясняется это нелинейной зависимостью напряжения на выходе транзистора от напряжения на его входе. При возрастании напряжения между базой и эмиттером сила тока через транзистор увеличивается, однако это возрастание с увеличением напряжения между базой и эмиттером становится все меньше. При некотором значении амплитуды колебаний напряжения между базой и эмиттером возрастание амплитуды коллекторного тока прекращается. При этом потери энергии в колебательном контуре за период компенсируются поступлением энергии в контур от источника тока.

Рассмотренный генератор незатухающих электромагнитных колебаний является примером автоколебательной системы. Автоколебательной называется система, состоящая из элемента, в котором могут происходить свободные колебания источника энергии, элемента, управляющего поступлением энергии от источника к колебательной системе, и устройства, обеспечивающего положительную обратную связь колебательной системы с управляющим элементом. Особенностью автоколебательной системы является поддержание колебаний постоянной амплитуды за счет автоматического пополнения энергии в колебательной системе от внутреннего источника.

В транзисторном генераторе элементом, в котором могут происходить свободные колебания, является электрический контур; источником энергии для поддержания незатухающих колебаний может быть гальваническая батарея, аккумулятор или другой источник постоянного тока.

Управляющим элементом в автогенераторе является транзистор, обратная связь осуществляется с помощью катушки индуктивно связанной с катушкой электрического колебательного контура.

Известно, что в реальном колебательном контуре, состоящим из замкнутого друг на друга конденсатора и катушки индуктивности всегда присутствует активное сопротивление. Возбуждённые в контуре электромагнитные колебания быстро затухают из-за выделения энергии на нагревание витков катушки индуктивности. Для создания незатухающих колебаний используется генератор, главной деталью которого является трёхэлектродная электронная лампа. Генератор электромагнитных колебаний представляет собой электронную автоколебательную систему.

Схема генератора изображена на рис. 33

В состав генератора входят источник энергии (анодная батарея с ЭДС = Еа), колебательный контур, состоящий из конденсатора ёмкостью С и катушки индуктивности L1 – это электронный осциллятор, где возбуждаются и поддерживаются незатухающими электромагнитные колебания, а также механизм обратной связи, состоящий из вакуумного триода и катушки обратной связи с индуктивностью L2.

Рассмотрим принцип действия генератора.

На рис.34 изображён железный сердечник на который надеты катушка индуктивности колебательного контура L1 и катушка обратной связи L2. При замыкании ключа К в анодной цепи возникает анодный ток, возрастающий медленно из-за явления самоиндукции в катушке обратной связи, через которую анодный ток проходит. Возрастающий анодный ток создаёт в железном сердечнике возрастающее магнитное поле. Возрастающий магнитный поток в сердечнике возбуждает ЭДС индукции в катушке колебательного контура, и в колебательном контуре возникнет индукционный ток. Используя правило Ленца, нетрудно убедиться, что этот индукционный ток направлен таким образом, что положительным зарядом, а, следовательно, и положительным потенциалом заряжается верхняя пластина конденсатора, в то время как нижняя пластина заряжается отрицательно. При этом растёт потенциал сетки (такой ж как и на верхней пластине конденсатора). Это приводит к дальнейшему росту анодного тока.

Когда анодный ток достигнет насыщения, конденсатор окажется максимально заряженным, магнитный поток в сердечнике достиг максимального значения, ЭДС индукции стала равным нулю. Теперь заряженный конденсатор начинает разряжаться на катушку индуктивности, и ток в контуре поменяет направление. Это приводит к уменьшению потенциала сетки, а, следовательно, к уменьшению анодного тока и величины магнитного потока в сердечнике. В этом случае индукционный ток поменяет своё направление, которое теперь совпадает с направлением тока разрядки конденсатора. Когда конденсатор полностью разрядится, ток в контуре достигнет максимального значения и начнёт уменьшаться. Потенциал сетки становится отрицательным и убывает до значения запирающего напряжения на сетке. Ток в контуре и анодной цепи убывает и достигает нуля в тот момент, когда триод заперт. При этом конденсатор оказывается заряженным, но при этом заряд и потенциал его пластин поменяли знаки.

Теперь конденсатор контура начнёт разряжаться на катушку индуктивности, ток в контуре будет возрастать, а вместе с ним возрастёт потенциал сетки, что приведёт к увеличению анодного тока и возникновению в контуре индукционного тока, по направлению совпадающего с током разрядки конденсатора.

Далее все описанные выше процессы будут периодически повторяться. Тепловые потери в контуре на активном сопротивлении катушки индуктивности компенсируются индукционными токами, возникающими в контуре при изменении анодного тока за счёт энергии анодной батареи.

Итак, колебания в колебательном контуре возбуждаются и поддерживаются периодически меняющимся по величине анодным током. Изменение анодного тока в свою очередь управляет колебаниями в колебательном контуре через периодически меняющийся потенциал сетки триода.

Из всего вышесказанного следует, что колебания тока и напряжения в колебательном контуре, а также изменение анодного тока происходят с одинаковой частотой, собственной частотой колебательного контура и равной

На рис.35 изображено графическое представление работы триода с помощью его динамической сеточной характеристики.

Здесь напряжение на сетке, равное напряжению на конденсаторе колебательного контура меняется как показано на рис, где ось времени вертикальна и направлена вниз. Справа показан примерный характер зависимости анодного тока от времени. Так работает генератор незатухающих колебаний по схеме с колебательным контуром в цепи сетки.

Применяется также схема генератора с колебательным контуром в цепи анода. Здесь колебательный контур и катушка обратной связи меняются местами.

Принцип действия такого генератора аналогичен принципу действия генератора по схеме с колебательным контуром в цепи сетки.

Следует заметить, что направление обмоток катушек контура и обратной связи должно быть одинаковое. Если же оно будет встречным, то в момент замыкания ключа К индукционный ток будет такого направления, при котором потенциал сетки будет отрицательным, что скомпенсирует рост тока в момент замыкания. Индукционного тока в контуре не возникнет и генерации не будет.

Глава II. Свойства полупроводников. Полупроводниковые приборы.

Дата добавления: 2015-05-06 ; Просмотров: 5390 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Ламповый генератор- это радиотехнический прибор, служащий для получения незатухающих электромагнитных колебаний.

Основной частью лампового генератора является колебательный контур, т.е. электрическая цепь, состоящая из индуктивности и ёмкости (рис. 1).

К

Если колебательному контуру сообщить запас энергии, например, зарядить конденсатор от батареи, а затем предоставить контур самому себе, то в нём возникнут электромагнитные колебания.

Пусть в некоторый момент конденсатор был заряжен до какой- то разности потенциалов, а затем источник напряжения был отключён. Конденсатор начнёт разряжаться через катушку индуктивности. Если вместо катушки индуктивности взять короткий провод, обладающий малой индуктивностью, которой мы можем пренебречь, то конденсатор разрядится периодически (рис. 2). При наличии индуктивности процесс будет происходить иначе. Причиной тому является ЭДС самоиндукции, которая возникает в катушке индуктивности при прохождении через неё тока изменяющейся величины.

Если при разрядке конденсатора ЭДС самоиндукции препятствует быстрому нарастанию тока, то, когда разность потенциалов на конденсаторе станет равной нулю, и ток уменьшается, она поддержит спадающий ток, и произойдёт перезарядка конденсатора.

Затем разряд конденсатора начнётся снова, только в обратном направлении и т.д. Таким образом, в цепи состоящей из индуктивности и ёмкости, возникнут колебания: периодические, по гармоническому закону, будут изменяться напряжение и величина заряда на конденсаторе, магнитный поток в катушке, энергия электрического поля в конденсаторе будет переходить в энергию магнитного поля в катушке и обратно. Эти колебания подобны колебаниям свободного математического маятника.

Частота (или период) электромагнитных колебаний в контуре полностью определяется его параметрами L, C и R.

Теория даёт для периода колебаний в контуре, омическое сопротивление которого ничтожно мало, формулу

Т = 2π (формула Томсона)

Свободные колебания, определяющиеся свойствами контура, называются собственными колебаниями контура (рис. 3) являются всегда затухающими из- за неизбежной потери энергии, которая тратится в основном на выделение тепла.

Рассмотрим колебательный процесс в этом контуре. В начальный момент времени при t = 0 заряд на обкладках конденсатора qm. Замыкание контура ключом К приводит к возникновению тока I, который вызовет в катушке ЭДС самоиндукции: .

Используя II закон Кирхгофа для мгновенных значений ЭДС и напряжений, можно записат

Ec = UR + UC

-L =UR + UC UC = ; UR = IR

L + R + q =0 (1) I = ; =

Уравнение (1) – это дифференциальное уравнение затухающих колебаний в контуре.

Решение этого уравнения имеет вид

где b — коэффициент затухания

β =

w — угловая частота затухающих колебаний

ω=

w0 собственная угловая частота колебаний в контуре

ω0=

ω =

Период колебаний определяется по формуле

T =

T =

Графически зависимость q от времени t можно выразить так (рис.4)

Из графика видно, что чем больше R , тем быстрее колебания затухают.

Так как омическое сопротивление никогда не может равняться нулю, то сам по себе контур не может служить источником непрерывных электромагнитных колебаний. Для получения незатухающих колебаний нужно пополнять энергию контура за счёт какого- либо внешнего источника. Причём это необходимо делать в такт колебаниям, иначе их можно совсем погасить

Современная радиотехника для получения незатухающих колебаний широко применяет ламповые генераторы. Одна из возможных схем лампового генератора представлена на (рис. 5).

Главные составные части его: электронная лампа, колебательный контур, включенный в данном случае в анодную цепь лампы, и источник напряжения. Колебательный контур получает энергию от батареи. Подача энергии от батареи регулируется электронной лампой. Это происходит следующим образом: в цепь сетки включена катушка Ls, которая индуктивно связана с катушкой L колебательного контура. Изменение силы тока в колебательном контуре , создаёт в катушке Ls ЭДС индукции, и между сеткой и катодом лампы возникает переменное напряжение, которое управляет анодным током. Изменение этого напряжения происходит с частотой собственных колебаний контура. В течении половины периода потенциал на сетке положителен, и лампа открыта. Прохождение тока через лампу создаёт условия замыкания колебательного контура с анодной батареей и тем самым пополняется запас энергии контура за счёт анодной батареи. Когда отрицательный потенциал на сетке запирает лампу, эта цепь разрывается, а чтобы колебания в контуре не затухали, необходимо, чтобы значение напряжения на сетке лампы всегда содействовало ходу изменения напряжения и токов в колебательном контуре.

Соединение контура с анодной батареей через лампу производится в промежутке времени, когда знаки зарядов на пластинах конденсатора совпадают с полярностью анодной батареи. Когда же они меняются на противоположные, ток в лампе должен прекратиться. Описанный процесс в радиотехнике называется обратной связью, а катушка Ls – катушкой обратной связи. Существуют ламповые генераторы и других конструкций. С их помощью можно получить электромагнитные колебания самых разнообразных частот и длин волн: от высоких n=10 9 Гц, l=30 см, до весьма низких n и больших l. Это обуславливает широкое применение ламповых генераторов в технике.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 9008 — | 7249 — или читать все.