Автоколебания - это незатухающие колебания, возникающие в колебательной системе вследствие наличия положительной обратной связи. Главная страница сайта Об авторах сайта Контакты сайта

Автоколебания - это незатухающие колебания, возникающие в колебательной системе вследствие наличия положительной оборотной связи.


.

ИЗУЧЕНИЕ АВТОКОЛЕБАНИЙ

(НА ПРИМЕРЕ ЛАМПОВОГО ГЕНЕРАТОРА)

Автоколебания - это незатухающие колебания, возникающие в колебательной системе вследствие наличия положительной обратной связи.

При этом потери энергии восполняются за счет постоянного источника энергии, а этот источник включается самой системой в фазе с основным колебанием (положительная обратная связь), обычно в начале каждого периода колебаний.

Прежде чем рассмотреть работу генератора незатухающих электрических колебаний, познакомимся с устройством и принципом действия его основных узлов.

☻ Электронная лампа триод состоит из вакуумированного баллона, внутри которого соосно укреплены три металлических электрода (рис.1): катод К (нить накала), анод А (тонкостенный цилиндр) и расположенная между ними управляющая сетка С в виде спирали. Принятое изображение триода на схемах показано на рис.3. При нагревании катода, вследствие прохождения электрического тока, из его поверхности выходят электроны, образуя вокруг катода электронное облако.1

В пространстве между катодом и анодом создается ускоряющее электрическое поле (анод подключается к положительной клемме анодной батареи, а катод – к отрицательной), под действием которого электроны

1Явление выхода электронов из поверхности нагретых металлов называется термоэлектронной эмиссией.

упорядоченно движутся к аноду.

Положительное сеточное напряжение (потенциал сетки больше потенциала катода) увеличивает силу анодного тока, так как помогает «отсасывать» электронное облако. Отрицательное сеточное напряжение задерживает электроны, сила анодного тока уменьшается и при определенном напряжении равна нулю. Таким образом, триод можно использовать в качестве электронного ключа: «+» на сетке - лампа открыта; «-» - лампа закрыта.

εs
εs
εs
☻ Колебательный контур состоит из параллельно соединенных катушки индуктивности L и конденсатора C0 (рис.2). Если сообщить конденсатору заряд, то он начнет разряжаться через катушку индуктивности возбуждая в ней ЭДС самоиндукции (εs=-LdI/dt), препятствующую возрастанию тока (dI/dt>0). После разряда конденсатора ток начинает убывать (dI/dt<0), ЭДС самоиндукции меняет знак (εs >0) и поддерживает ток в прежнем направлении, что приводит к перезарядке конденсатора. В следующие полпериода процесс повторится в обратном направлении. Из-за потерь энергии (нагревание проводников, переполяризация диэлектрика, излучение электромагнитных волн) в реальном контуре колебания затухающие.

☻ Генератор незатухающих электрических колебаний состоит из колебательного контура, лампового триода, источников питания катода e­1 и анода e2. Колебательный контур индуктивно связан с триодом при помощи катушки связи Lсв, что обеспечивает при определенном ее подключении положительную обратную связь (рис.3).

При подключении источника питания анода e2 конденсатор контура С0 практически мгновенно заряжается, так как сопротивление соединительных проводов ничтожно мало (время заряда зависит от постоянной t=RC). Разряд конденсатора, как было отмечено выше, осуществляется через катушку индуктивности L. Переменный ток разряда создает вокруг катушки индуктивности переменное магнитное поле, которое наводит в катушке связи Lсв ЭДС индукции. В первый полупериод ток разряда в контуре направлен по часовой стрелке, а к управляющей сетке приложен «+» потенциал и лампа открыта. Через контур протекает, дополнительно к току разряда, ток по следующей цепи: «+» источника e2 , катушка индуктивности, анод, катод, «-» источника. Во второй полупериод ток разряда меняет направление на противоположное и на управляющую сетку поступает «-» потенциал. Лампа заперта до тех пор пока не перезарядится конденсатор С0.




В последующие периоды процессы повторяются. Таким образом, в каждый период колебательный контур получает от источника анодного питания порцию энергии, равную потерянной энергии, и в контуре возникают незатухающие электромагнитные колебания (автоколебания).

☻ Метод определения частоты электромагнитных колебаний в генераторе. Для оценки параметров колебательного контура используют RC-цепочку, которую подсоединяют параллельно к конденсатору контура С0 (см. рис.3). С целью минимизации влияния RC-цепочки на частоту электромагнитных колебаний в контуре, ее сопротивление по переменному току должно во много раз превышать сопротивление контура.

Известно (см. например [1] стр. 369 либо [5] стр.42), что конденсатор оказывает сопротивление переменному току , зависящее от электроемкости конденсатора С и частоты тока n,которое определяется по формуле:

(1)

из формулы (1) частота колебаний в контуре

(2)

Для определения сопротивленияэкспериментально определяют напряжение на конденсатореC и резистореR. Так как они включены между собой последовательно, то ток в них одинаков, следовательно

, (3)

где Uc – напряжение на конденсаторе;

UR- – напряжение на резисторе.

Из формулы (3)

. (4)

после подстановки из формулы (4) значение сопротивления в формулу (2) получим значение частоты колебаний в генераторе

. (5)

где R - сопротивление резистора, C- электроемкость конденсатора измерительной RC -цепочки.

Для определения индуктивности катушки колебательного контура используют формулу Томсона

.

Отсюда (6)

где - частота колебаний генератора; C0– электроемкость конденсатора включенного в колебательный контур.


2. Описание экспериментальной установки

Экспериментальная установка (рис. 4) состоит из панели, на которой собран генератор незатухающих электромагнитных колебаний. На панели расположены:

· триод 6Н8С;

· колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности L и конденсаторов С 01 и С 02;

· катушка обратной связи Lсв .

· цепочки из конденсаторов С3 и С4 и резисторов R1 и R2 (с известными номиналами);

· тумблеры для переключения емкостей и резисторов;

· мультиметр для измерения напряжения;

· источник питания (~ 6,3 В; = 250 В).

3. Порядок выполнения лабораторной работы:

1. Собрать цепь по схеме (см.рис.4).

2. Записать в таблицу 1 значение емкостей: С01 , С02 , С3 и С4

и сопротивлений: R1 и R2 .

3. После проверки собранной схемы преподавателем или лаборантом подключить её к источникам и .

4.Переключателем П1 подключить к контуру электроемкость С01.

5. Произвести измерения напряжений на резисторе UR и емкости UСRC-цепи для следующихкомбинаций: R1C3; R1C4; R2C3; R2C4.

Выбор RC-цепочки осуществляется переключатели П2 и П3, а мультиметр подключают при измерении напряжения на резисторе к клеммам ао, а на конденсаторе – к клеммам во (см. рис.4).

Показания мультиметра занести в таблицу 2.

6. Для каждой комбинации RC-цепочки вычислите частоту колебаний генератора по формуле 5 и её среднее значение. Вычислите среднее значения абсолютной и относительной погрешности.

7. По среднему значению определите индуктивность контура , используя формулу 6, и оцените погрешности по формуле:

.

8. Результаты измерений представить в виде:

.

9.Переключателем П1 подключить к контуру электроемкость С02 и повторить пункты .

Таблица 1

С01 С02 С3 С4 R1 R2
Ф Ф Ф Ф Ом Ом

Таблица 2

С R C
Ф - В В Гц Гц % Гн Гн %
С01 R1C3
R1C4
R2C3
R2C4
сред
С02 R1C3
R1C4
R2C3
R2C4
сред


Другие страницы сайта


Для Вас подготовлен образовательный материал Автоколебания - это незатухающие колебания, возникающие в колебательной системе вследствие наличия положительной обратной связи.

5 stars - based on 220 reviews 5
  • Кристофер Уильям Гортнер 18 страница
  • Болезни и паразиты живой рыбы
  • Когда я спросил своего школьного товарища, лейтенанта Людвига Брайера, какой военный эпизод остался самым живым в его памяти, то ожидал услышать что-нибудь про Верден, про Сомму или про Фландрию;
  • Задание 1. Переведите на английский язык, употреб­ляя модальные глаголы.
  • Болезни голосовых связок
  • Ингредиенты свинина - 400-500 г, лук репчатый - 3-4 шт, сыр твердый - 200-300 г, майонез - 400 г, свежемолотый перец, соль, зелень
  • На визитной карточке, которую получил в тот день — 15 июня 189 года — директор лечебницы Хелтфул-Хаус, не было ни герба, ни короны и стояла одна только фамилия: «Граф д'Артигас». 2 страница
  • Кировчанин посвятил песню Томасу Андерсу