Генератор на транзисторе – «Как осуществляется обратная связь в генераторе на транзисторе?» – Яндекс.Знатоки — groupnk.ru — Группа НК — комплексные поставки электрооборудования в Москве и регионах

Содержание

Генератор на транзисторе. Автоколебания — Класс!ная физика

Генератор на транзисторе. Автоколебания

«Физика — 11 класс»

Вынужденные колебания возникают под действием переменного напряжения, вырабатываемого генераторами на электростанциях.
Такие генераторы не могут создавать колебания высокой частоты, необходимые для радиосвязи? т.к. для этого потребовалась бы очень большая скорость вращения ротора.
Колебания высокой частоты получают, например, с помощью генератора на транзисторе.

Автоколебательные системы

Обычно незатухающие вынужденные колебания поддерживаются в цепи действием внешнего периодического напряжения.
Но возможны и другие способы получения незатухающих колебаний.

Например, есть система, в которой могут существовать свободные электромагнитные колебания, с источником энергии.
Если сама система будет регулировать поступление энергии в колебательный контур для компенсации потерь энергии на резисторе, то в ней могут возникнуть

незатухающие колебания.

Системы, в которых генерируются незатухающие колебания за счет поступления энергии от источника внутри самой системы, называются автоколебательными. Незатухающие колебания, существующие в системе без воздействия на нее внешних периодических сил, называются автоколебаниями.

Генератор на транзисторе — пример автоколебательной системы.
Он состоит из колебательного контура с конденсатором емкостью С и катушкой индуктивностью L, источника энергии и транзистора.

Как создать незатухающие колебания в контуре?

Чтобы электромагнитные колебания в контуре не затухали, нужно компенсировать потери энергии за каждый период.

Пополнять энергию в контуре можно, подзаряжая конденсатор.
Для этого надо периодически подключать контур к источнику постоянного напряжения.

Конденсатор должен подключаться к источнику только в те интервалы времени, когда присоединенная к положительному полюсу источника пластина заряжена положительно, а присоединенная к отрицательному полюсу — отрицательно.
Только в этом случае источник будет подзаряжать конденсатор, пополняя его энергию.

Если же ключ замкнуть в момент, когда присоединенная к положительному полюсу источника пластина имеет отрицательный заряд, а присоединенная к отрицательному полюсу — положительный, то конденсатор будет разряжаться через источник. Энергия конденсатора при этом будет убывать.

Источник постоянного напряжения, постоянно подключенный к конденсатору контура, не может поддерживать в нем незатухающие колебания, так же как постоянная сила не может поддерживать механические колебания.
В течение половины периода энергия поступает в контур, а в течение следующей половины периода возвращается в источник.

В контуре незатухающие колебания установятся лишь при условии, что источник будет подключаться к контуру в те интервалы времени, когда возможна передача энергии конденсатору.
Для этого необходимо обеспечить автоматическую работу ключа.

При высокой частоте колебаний ключ должен обладать надежным быстродействием. В качестве такого практически безынерционного ключа и используется транзистор.

Транзистор состоит из эмиттера, базы и коллектора.
Эмиттер и коллектор имеют одинаковые основные носители заряда, например дырки (полупроводник p-типа).
База имеет основные носители противоположного знака, например электроны (полупроводник n-типа).

Работа генератора на транзисторе

Колебательный контур соединен последовательно с источником напряжения и транзистором так, что на эмиттер подается положительный потенциал, а на коллектор — отрицательный.
При этом переход эмиттер — база (эмиттерный переход) является прямым, а переход база — коллектор (коллекторный переход) оказывается обратным, и ток в цепи не идет.

Это соответствует разомкнутому ключу.

Чтобы в цепи контура возникал ток и подзаряжал конденсатор контура в ходе колебаний, нужно сообщать базе отрицательный относительно эмиттера потенциал, причем в те интервалы времени, когда верхняя пластина конденсатора заряжена положительно, а нижняя — отрицательно.
Это соответствует замкнутому ключу.

В интервалы времени, когда верхняя пластина конденсатора заряжена отрицательно, а нижняя — положительно, ток в цепи контура должен отсутствовать. Для этого база должна иметь положительный потенциал относительно эмиттера.

Таким образом, для компенсации потерь энергии колебаний в контуре напряжение на эмиттерном переходе должно периодически менять знак в строгом соответствии с колебаниями напряжения на контуре.
Необходима обратная связь.

Здесь обратная связь — индуктивная.
К эмиттерному переходу подключена катушка индуктивностью L_CB, индуктивно связанная с катушкой индуктивностью L контура.
Колебания в контуре вследствие электромагнитной индукции возбуждают колебания напряжения на концах катушки, а тем самым и на эмиттерном переходе.
Если фаза колебаний напряжения на эмиттерном переходе подобрана правильно, то «толчки» тока в цепи контура действуют на контур в нужные интервалы времени, и колебания не затухают.

Напротив, амплитуда колебаний в контуре возрастает до тех пор, пока потери энергии в контуре не станут точно компенсироваться поступлением энергии от источника.
Эта амплитуда тем больше, чем больше напряжение источника.
Увеличение напряжения приводит к усилению «толчков» тока, подзаряжающего конденсатор.

Генераторы на транзисторах широко применяются не только во многих радиотехнических устройствах: радиоприемниках, передающих радиостанциях, усилителях, ЭВМ.

Основные элементы автоколебательной системы

На примере генератора на транзисторе можно выделить основные элементы, характерные для многих автоколебательных систем.

1. Источник энергии, за счет которого поддерживаются незатухающие колебания (в генераторе на транзисторе это источник постоянного напряжения).

2. Колебательная система — та часть автоколебательной системы, непосредственно в которой происходят колебания (в генераторе на транзисторе это колебательный контур).

3. Устройство, регулирующее поступление энергии от источника в колебательную систему — клапан (в рассмотренном генераторе — транзистор).

4. Устройство, обеспечивающее обратную связь, с помощью которой колебательная система управляет клапаном (в генераторе на транзисторе — индуктивная связь катушки контура с катушкой в цепи эмиттер — база).

Примеры автоколебательных систем

Автоколебания в механических системах: часы с маятником или балансиром (колесиком с пружинкой, совершающим крутильные колебания). Источником энергии в часах служит потенциальная энергия поднятой гири или сжатой пружины.

К автоколебательным системам относятся электрический звонок с прерывателем, свисток, органные трубы и многое другое. Наше сердце и легкие также можно рассматривать как автоколебательные системы.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Электромагнитные колебания. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур. Превращение энергии при электромагнитных колебаниях — Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями — Уравнение, описывающее процессы в колебательном контуре. Период свободных электрических колебаний — Переменный электрический ток — Активное сопротивление. Действующие значения силы тока и напряжения — Конденсатор в цепи переменного тока — Катушка индуктивности в цепи переменного тока — Резонанс в электрической цепи — Генератор на транзисторе. Автоколебания — Краткие итоги главы

Применение метода аналогий при изучении темы «Генератор на транзисторе»

Генератор на транзисторе является автогенератором электромагнитных колебаний.

Автоколебательные электромагнитные системы по описывающим их законам, аналогичны механическим автоколебательным системам. Под автоколебательной системой понимают такую систему, в которой при отсутствии внешнего периодического воздействия возникают и существуют сколь угодно долго периодические колебания.

Рационально начать изучение темы с повторения механических автоколебательных систем, так как физические основы механических и электромагнитных автоколебаний едины.

Примером механической автоколебательной системы являются маятниковые часы, модель которых изображена на рисунке 1а. В 1657 году голландский физик Христиан Гюйгенс предложил использовать изохронность колебаний маятника для создания равномерного движения стрелки на часах. Устройство, предложенное Гюйгенсом, в его главных чертах сохранилось до настоящего времени: маятник, поднятый груз, анкер и ходовое колесо (рисунок 1б). Обращаю внимание учащихся на то, что в основном маятник движется свободно, получая за период два толчка. Колебания возникают и поддерживаются самой колебательной системой, то есть являются автоколебаниями.

Рисунок 1

Анализируя работу данного механизма, выделяем основные элементы, характерные для многих автоколебательных систем и объединяем их в блок-схему (рисунок 2)

Рисунок 2

Используя метод аналогий, переходим от механической автоколебательной системы к электромагнитной автоколебательной системе. Анализируем, что можно использовать в качестве источника энергии, клапана, колебательной системы в электрической цепи и как можно осуществить обратную связь между клапаном и колебательной системой. Одновременно на доске и в тетрадях заполняем таблицу 1.

Таблица 1.

№	Элементы автоколебательной системы	Механическая автоколебательная система (маятниковые часы)	Электромагнитная автоколебательная система (генератор на транзисторе)
1	источник энергии	поднятый груз	батарея гальванических элементов
2	клапан	анкер	транзистор
3	колебательная система	маятник	колебательный контур
4	Обратная связь	через ходовое колесо	индуктивная – через катушки

Вспоминаем обозначения составляющих частей автогенератора (рисунок 3 а) и рисуем его схему (рисунок 3 б)

Рисунок 3

По данной схеме объясняем принцип работы генератора на транзисторе, подчеркнув в очередной раз, что это автоколебательная система. В момент подключения источника постоянного тока через коллекторную цепь транзистора проходит ток, заряжающий конденсатор колебательного контура. В контуре возникнут свободные электромагнитные колебания. Так как катушка колебательного контура индуктивно связана с катушкой обратной связи, то ее изменяющееся магнитное поле вызовет в катушке обратной связи переменную ЭДС такой же частоты, как и колебания в контуре. Эта ЭДС, будучи приложена к участку база – эмиттер, вызовет пульсацию тока в цепи коллектора. Так как частота этих пульсаций равна частоте электромагнитных колебаний в контуре, то они подзаряжают конденсатор контура и тем самым поддерживают постоянной амплитуду колебаний в контуре.

Собрав установку, изображенную на рисунке 4б можно продемонстрировать, что в автогенераторе без внешнего воздействия возникли электромагнитные колебания синусоидальной формы. Таким образом, в автогенераторе происходит преобразование энергии источника постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний.

Поскольку в контуре существуют свободные колебания, то для них контур представляет только активное сопротивление, а потому напряжение на участке эмиттер – коллектор и на участке база – эмиттер должны быть сдвинуты на 180°. Чтобы продемонстрировать это учащимся, необходимо поменять местами провода, подходящие к катушке обратной связи. В этом случае колебания в генераторе не возникнут.

Второе условие работы генератора заключается в следующем: Энергия, поступающая в контур из коллекторной цепи, должна полностью восполнить необратимые преобразования в нем энергии. Это условие обеспечивается обратной связью. Чтобы убедить в этом учащихся, надо приподнять и медленно удалить катушку обратной связи от катушки контура. На экране осциллографа видно, как постепенно уменьшается амплитуда колебаний в контуре и наконец колебания исчезают.

Рисунок 4
На основании проделанных опытов сформулируем вывод, что обратная связь в генераторе автоколебаний должна удовлетворять двум условиям:
а) энергия от источника должна поступать в такт с колебаниями в контуре;
б) поступающая от источника энергия должна быть равна ее потерям в контуре.
Завершаем изучение темы рассмотрением вопроса о применении электромагнитных автоколебательных систем

Метод аналогий при изучении данной темы позволяет не только лучше усвоить суть вопроса, но и, подчеркнуть единство физических закономерностей механических и электромагнитных колебаний.
принцип работы и устройство прибора

Блокинг-генератор применяется в электротехнике и электронике для возникновения внушительных, но коротких во времени сигналов-импульсов с резким фронтом и существенным отношением периода повторения импульсов к их длительности (скважность). В настоящем применяются в экранах электронно-лучевых приборов (кинескоп, осциллограф).

Пример блокинг-генератора
Принцип работы
По своей сути, блокинг генератор является усилителем (генератором), собранным на базе транзисторов, расположенных в один каскад. Область применения узка: источник внушительных, но скоротечных по времени (продолжительность от тысячных долей до нескольких десятков мкс) сигналов-импульсов с большой индуктивной плюсовой обратной связью. Скважность – больше 10 и может доходить до нескольких десятков тысяч в относительных величинах. Наблюдается серьезная резкость фронтов, по своей форме практически не отличающихся от геометрически правильных прямоугольников.
Усилитель, используемый для изготовления блокинг-генератора, находится в открытом положении исключительно в период формирования сигнала-импульса. На всё остальное время – закрывается. Отсюда следует, что при большой величине отношения периода повторения импульсов к их длительности усилительный элемент находится в открытом положении существенно меньшее количество времени, чем в закрытом. У усилителя существует тепловой режим. В данном случае он напрямую связан со средней мощностью, отдающейся коллектором. За счёт высокой величины скважности при работе устройства получают существенную мощность в течение сигнала малой мощности.

Принципиальная схема для сборки блокинг-генератора
Существенная величина скважности блокинг-генератора позволяет ему работать в экономичном режиме, т.к. энергия требуется усилителю только во время открытого положения (время формирования сигнала). Основные режимы работы: автоколебательный и ждущий. Рассмотрим их подробнее.
Автоколебательный режим
Чаще всего блокинг-генератор собирается на усилительных элементах – транзисторах, включаемых по двум основным схемам:
с общим эмиттером;
с общей базой.
Первая встречается чаще, т.к., имея меньшую длительность фронта, есть возможность сгенерировать предпочтительную форму сигналов. Вторая схема менее подвержена колебаниям характеристик усилителей.

Автоколебательный режим
Рабочий процесс рассматриваемого устройства делится на 2 стадии:
закрытое положение транзистора, занимает основное время периода колебаний;
транзистор в открытом положении, сигнал-импульс проходит стадию формирования.
У конденсатора С1 происходит заряд током источника в течение образования импульса. За счёт этого С1 обеспечивает закрытое положение усилительного элемента. Во время данной стадии у конденсатора С1 происходит неспешная разрядка через существенное сопротивление резистора R1. При этом на базе диода VT1 создается около нулевой потенциал, что не позволяет ему открыться.
При достижении порога напряжения открытия у усилительного элемента происходит процесс открывания, и сквозь обмотку I, называющуюся коллекторной, трансформатора Т потечёт ток. В этот момент в основной или базовой обмотке II происходит индукция потенциала. Полярность должна быть такова, чтобы образующееся на базе транзистора напряжение имело положительную полярность. В случае ошибочного подключения обмоток трансформатора устройство генерировать сигналы не будет. В этом случае требуется переподключить концы одной из обмоток. Блокинг-генератор заработает.
Важно! Обвальное развитие процесса открытия транзистора имеет название прямого блокинг-процесса.
В I обмотке трансформатора появляется положительное напряжение, что ведёт к возрастанию различных токов и, следовательно, продолжению снижения напряжения коллектора и базы усилителя. Совершается резкое нарастание коллекторного тока и напряжения на усилительном элементе. В следующий момент напряжение падает почти до нуля, и устройство переходит в режим насыщения.
Важно! Обвальное развитие процесса закрытия транзистора имеет название обратного блокинг-процесса.
Открытие усилителя происходит практически мгновенно, поэтому в течение всего этого времени потенциал конденсатора С1 и величина энергии в трансформаторе практически не претерпевают изменений. Фронт импульса сформирован. Происходит образование вершины импульса, конденсатор С1 начинает заряжаться.
Выход усилительного элемента из режима насыщения означает, что ток у коллектора опять начинает зависеть от количества накопленного в базе транзистора заряда, а базовый ток уменьшается. Усилительные свойства транзистора начинают восстановление. В этот момент в первичной обмотке трансформатора формируется отрицательное относительно транзистора напряжение. Данный процесс ведёт к продолжению уменьшения коллекторного тока. Происходит формирование среза импульса.
Усилительный элемент находится в закрытом положении. Происходит переход в исходное состояние. Физическая суть сводится к рассеянию энергии, появившейся за период появления сигнала-импульса в различных реактивных частях схемы. Так как здесь разность потенциалов на конденсаторе и величина энергии в трансформаторе не изменились, то закрытие транзистора провоцирует рост напряжения на коллекторе. В этот момент у блокинг-генератора происходит выброс напряжения. В некоторых случаях появляются паразитные колебания.
Ти » (3 – 5) R1С1 – таким выражением характеризуется автоколебательный режим.
Ждущий режим
При ждущем режиме работы рассматриваемого устройства генерация сигналов происходит только с помощью внешнего воздействия – на вход необходимо подать произвольные запускающие импульсы.

Ждущий режим работы
В начальном состоянии усилительный элемент закрывается отрицательным смещением на базе, и лавинообразное развитие процесса открытия транзистора начнется исключительно только после подачи противоположного по знаку импульса соответствующей амплитуды на базу.
Появление импульса происходит по полной аналогии автоколебательного режима, рассмотренного выше. Конденсатор С1 разряжается до изначального напряжения базы. Далее транзистор остается в закрытом состоянии до появления последующего запускающего импульса. Длительность сигналов, а также их форма, исходящих от рассматриваемого устройства, находятся в полной зависимости от параметров собранной схемы.
Чтобы цепь запуска не оказывала никакого воздействия на работу находящего в ждущем режиме блокинг-генератора, в представленной схеме присутствует специальный разделительный диод VD2. Его задачей является закрытие сразу за окончанием процесса открывания транзистора. Это действие обрывает связь между внешним источником и интересующим нас устройством. Допускается добавлять в расчёт представленной схемы эмиттерный повторитель.
Таким образом, подытоживаем принцип работы блокинг генератора на полевом транзисторе: если при исчезновении напряжения на базе транзистора условия, требуемые для повторения цикла без внешнего воздействия, не исполняются, то этот режим работы называется ждущим. Если же при исчезновении напряжения там же начинается новый цикл по образованию нового импульса без привлечения внешнего источника, то режим работы схемы автоколебательный.
Видео
Генератор высоковольтных импульсов на одном mosfet транзисторе
Генератор высоковольтных импульсов на одном mosfet транзисторе
Этот генератор может работать как в импульсном, так и в резонансном режиме. В первом случае он создаёт высоковольтные импульсы и мощное импульсное магнитное поле, на порядки превышающее то, которое можно было бы получить в резонансном режиме и при равных затрачиваемых мощностях. Во втором — генератор работает с резонансом второго рода, который обладает рядом интересных свойств, аспекты которого только начали изучаться. Он является развитием схемы супер-качера и может работать практически с любой индуктивностью: от классических и бифилярных катушек, до коаксиальных кабелей.
Такой генератор можно получить, если включить mosfet транзистор по схеме, представленной на следующем рисунке. Её работа довольно простая. С помощью цепочки R1ZD1 в этой схеме задаётся смещение на затворе транзистора VT1, а положительная обратная связь, которая отвечает за выходные параметры, формируется ферритовым кольцом L1 в виде блокинг-импульсов. Генератор работает не в совсем обычном режиме блокинга: если вместо mosfet-транзистора подключить IGBT, то при любом смещении и регулировки других параметров схемы, он работать не будет, хотя схемотехнически разницы между ними почти нет. Цепочка R2C2 служит для отрицательной обратной связи, которая ответственна за стабильность работы генератора и его температурный режим (рисунок a). К выводам генератора XS1 и XS2 подключается индуктивная нагрузка (рисунки b и c), от характеристик которой зависит длина импульса и его амплитуда.
Зависимость оказалась довольно простой: чем больше индуктивность и проходная ёмкость транзистора, тем больше длительность импульса, а чем длиннее линия (длина провода или коаксиального кабеля), тем выше амплитуда на выходе генератора. Её значение ограничивается только максимальным напряжением транзистора VT1, а в случае с коаксиальным кабелем — ещё и его длиной. Таким образом, в импульсном режиме такой генератор может раскрывать внутренний потенциал длинной линии.
Если же параллельно индуктивной нагрузке подключить конденсатор, то, подбирая его ёмкость, генератор можно вывести на режим резонанса второго рода. В этом случае амплитуда выходных импульсов будет меньше и зависеть от добротности колебательного контура, а их длительность — определяться из условий резонанса.
Детали
В качестве токового трансформатора L1 нужно взять два ферритовых кольца K10x6x4 проницаемостью 10000-2000 HM, сложить их вместе, и намотать на них медный изолированный провод диаметром жилы 0.1-0.3мм. Витки мотаются в один слой, до заполнения. В кольце остаётся просвет, в который продевается проводник, идущий от плюса питания к XS2. К слову, кольца могут быть и других размеров, но чем они меньше, тем меньше и время восстановления доменов, что положительно сказывается на выходных параметрах генератора.
Перечень остальных элементов схемы:
VT1 — mosfet-транзистор FS7KM;
ZD1 — стабилитрон 1N4733;
C1, C2 — конденсаторы на напряжение 63 или более вольт.
В качестве замены VT1 можно предложить IRFP460 или IRFPG50, но выходные параметры генератора станут немного хуже. Кроме того, эти транзисторы не имеют защиты по входу, поэтому между затвором и истоком нужно будет подключить супрессор 1.5KE18CA. При выборе VT1 следует руководствоваться такими условиями: максимальное напряжение должно быть как можно выше, проходная ёмкость и время восстановления перехода — как можно меньше. Также, между затвором и истоком желательна встроенная защита. Сам транзистор нужно установить на небольшой радиатор.
Настройка
Настройка генератора сводится к правильной фазировке токового трансформатора L1. Для этого, к выводам генератора XS1 и XS2 подключается резистор 100 Ом и осциллограф, а на схему подаётся 15В напряжения. На осциллографе должны появится импульсы. Если этого не произошло, то выводы L1 нужно поменять местами.
Различные виды нагрузки
От типа нагрузки зависят как выходные, так и входные параметры генератора. Так, если индуктивность нагрузки и длина линии будет мала, то при одном и том же напряжении питания, потребляемая мощость будет большой. При такой индуктивности следует избегать больших напряжений. Если индуктивность будет большой, то напряжение питания генератора можно пропорционально увеличивать. А если это ещё и длинный коаксиал, то оно может быть максимальным — порядка 40В.
На следующих рисунках представлены осциллограммы на стоке транзистора VT1 (слева) и на выводах оплётки коаксиального кабеля (справа), при включении генератора по схеме с. Длина кабеля при этом составляла 100м. Такой вариант можно использовать для возбуждения магнитных материалов или полей статическими разрядами. При напряжении в 35В, мощность потребления генератора в этом случае составляет всего несколько ватт, а длительность импульса — менее 1мкс.
Коаксиальный кабель небольшой длины (порядка 10-15м) позволяет получить короткие импульсы около 100нс, но для достижения больших выходных амплитуд нужно будет увеличивать напряжение питания, что повлечёт за собой увеличение общей мощности потребления. Более оптимальным, для этого генератора, всё же является более длинный провод.
На следующем рисунке представлен более высоковольный вариант генератора и осциллограмма на выходе вторичной обмотки. Здесь в качестве нагрузки применён миниатюрный высоковольтный трансформатор TV1. Он состоит из двух первичных обмоток, которые нужно соединить последовательно, и одной вторичной высоковольтной, к которой могут быть подключены различные устройства, например, разрядник. Изменением напряжения питания от 11 до 22В можно регулировать напряжение на выходе вторичной обмотки от 3 до 15кВ, при этом мощность потребления во всём диапазоне не будет превышать 2Вт. К слову, если к XS1 и XS4 подключить конденсатор 2200-6800 пФ, то на выводах вторичной обмотки будет чистая синусоида. Правда в этом случае максимальное напряжение питания лучше снизить до 15В.
К выходам генератора также можно подключать дроссели, трансформаторы и некоторые нестандартные индуктивности, например, бифилярные катушки. От их параметров будут зависеть выходные характеристики генератора: амплитуда, длительность импульса и частота.
Т. Автоколебания — PhysBook
Автоколебания. Генератор незатухающих колебаний (на транзисторе)
Свободные электромагнитные колебания в реальном колебательном контуре всегда затухающие. Для того чтобы они были незатухающими, нужно создать устройство, с помощью которого компенсировались бы потери энергии при каждом полном колебании в контуре. Широко применимы так называемые автоколебания — незатухающие колебания, поддерживаемые в системе за счет постоянного внешнего источника энергии, причем сама система управляет им, обеспечивая согласованность поступления энергии определенными порциями в нужный момент времени.
Любая автоколебательная система состоит из следующих четырех частей (рис. 1): 1) колебательная система; 2) источник энергии, за счет которого компенсируются потери; 3) клапан — некоторый элемент, регулирующий поступление энергии в колебательную систему определенными порциями в нужный момент; 4) обратная связь — управление работой клапана за счет процессов в самой колебательной системе.
Рис. 1
Генератор на транзисторе — пример автоколебательной системы. На рисунке 2 приведена упрощенная схема такого генератора, в котором роль «клапана» играет транзистор. Колебательный контур подключен к источнику тока последовательно с транзистором. Эмиттерный переход транзистора через катушку L_св индуктивно связан с колебательным контуром. Эту катушку называют катушкой обратной связи.
Рис. 2
При замыкании цепи через транзистор проходит импульс тока, который заряжает конденсатор С колебательного контура, в результате чего в контуре возникают свободные электромагнитные колебания малой амплитуды. Ток, протекающий по контурной катушке L, индуцирует на концах катушки обратной связи переменное напряжение. Под действием этого напряжения электрическое поле эмиттерного перехода периодически то усиливается, то ослабляется, а транзистор то открывается, то запирается. В те промежутки времени, когда транзистор открыт, через него проходят импульсы тока. Если катушка L_св подключена правильно (положительная обратная связь), то частота импульсов тока совпадает с частотой колебаний, возникших в контуре, и импульсы тока приходят в контур в те моменты, когда конденсатор заряжается (когда верхняя пластина конденсатора заряжена положительно). Поэтому импульсы тока, проходящие через транзистор, подзаряжают конденсатор и пополняют энергию контура, и колебания в контуре не затухают.
Если при положительной обратной связи медленно увеличивать расстояние между катушками L_св и L, то с помощью осциллографа можно обнаружить, что амплитуда автоколебаний уменьшается, и автоколебания могут прекратиться. Это значит, что при слабой обратной связи энергия, поступающая в контур, меньше энергии, необратимо преобразуемой во внутреннюю. Таким образом, обратная связь должна быть такой, чтобы: 1) напряжение на эмиттерном переходе изменялось синфазно с напряжением на конденсаторе контура — это фазовое условие самовозбуждения генератора; 2) обратная связь обеспечивала бы поступление в контур столько энергии, сколько ее необходимо для компенсации потерь энергии в контуре — это амплитудное условие самовозбуждения.
Частота автоколебаний равна частоте свободных колебаний в контуре и зависит от его параметров.
Уменьшая L и С, можно получить высокочастотные незатухающие колебания, используемые в радиотехнике.
Амплитуда установившихся автоколебаний, как показывает опыт, не зависит от начальных условий и определяется параметрами автоколебательной системы — напряжением источника, расстоянием между L_св и L, сопротивлением контура.
Литература
Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 394-395.
Генератор на транзисторе. Автоколебания. | Социальная сеть работников образования
Слайд 1
Генератор на транзисторе. Автоколебания. L св . L Э Б Сдала Карташова Яна Ученица 11 а класса МБОУ СОШ №64
Слайд 2
Автоколебательной называется колебательная система, совершающая незатухающие колебания за счёт действия источника энергии, не обладающего колебательными свойствами. Например: часы, двигатель внутреннего сгорания, духовые инструменты.
Слайд 3
Обратная связь в генераторе автоколебаний должна удовлетворять двум условиям: 1. энергия от источника должна поступать в такт с колебаниями в контуре. 2. поступающая от источника энергия должна быть равна её потерям в контуре. L св . L Э Б К
Слайд 4
Колебательная система состоит из: Источник энергии Батарея гальванических элементов К лапан Транзистор Колебательная система Колебательный контур Обратная связь Индуктивная – через катушки
Слайд 5
Колебания в контуре происходит с большой частотой. Конденсатор восполняет потери энергии лишь в те моменты, когда его полярность совпадает с полярностью источника. В те моменты, когда полярности противоположны, он будет разряжаться через источник. L C _ + + _ _ +
Слайд 6
Очевидно, что обязательным условием получения незатухающих колебаний в контуре является восполнение потерь энергии именно в моменты совпадения полярности конденсатора и источника и отключение конденсатора от источника в другое время. В качестве устройства, способного осуществить такую функцию можно использовать транзистор , через который конденсатор колебательного контура будет соединен с источником тока. быстродействующий прибор пока на базу не подан сигнал – ток через транзистор не идет, конденсатор отключен от источника при подаче сигнала – ток через транзистор идет и конденсатор заряжается от источника ?
Слайд 7
В качестве устройства, способного «подать сигнал» в нужный момент, используют катушку обратной связи , один конец которой соединен с базой, а другой с эмиттером ( связь индуктивная) L св . L Э Б К Мы получили систему, в которой могут вырабатываться незатухающие колебания за счет восполнения потерь энергии от источника внутри самой системы.
Слайд 8
Процесс в автоколебательной системе: После зарядки конденсатора его верхняя обкладка заряжена положительно, нижняя — отрицательно Конденсатор начинает разряжаться через катушку. Ток в первой четверти периода постепенно нарастает, затем убывает, порождая переменное магнитное поле, пронизывающее витки катушки L . В катушке L св , которая индуктивно связана с катушкой контура, возникает магнитное поле, имеющее такое же направление и появляется индукционный ток, направленный от эмиттера к базе. Транзистор пропускает ток к конденсатору, в котором в это время протекает еще индукционный ток, совпадающий по направлению с первоначальным. Все потери энергии восполняются, знаки зарядов пластин меняются на противоположные L св . L Э Б — I К + —
Слайд 9
Ток через конденсатор теперь течет в противоположном направлении, нарастая в первой четверти и убывая во второй Порождаемое током магнитное поле, пронизывает витки катушки контура, а, следовательно, и индуктивно связанной с ней катушки L св .. В катушке обратной связи возникает индукционный ток, направленный от базы к эмиттеру , в результате чего потенциал базы оказывается выше и ток к конденсатору не идет. В конденсаторе протекает только индукционный ток, совпадающий по направлению с током в начале полупериода. Конденсатор перезаряжается, знаки пластин меняются на противоположные. L св . L Э Б + — + — + —