Transistör jeneratörünün ayrı parçalarının işlevleri nelerdir. T. Kendi kendine salınımlar. Kendi kendine salınan bir sistem olarak saat

Radyo amatörlerinin çeşitli radyo sinyallerini alması gerekir. Bu, bir LF ve HF jeneratörünün varlığını gerektirir. Genellikle bu tür bir cihaz, tasarım özelliği nedeniyle transistör jeneratörü olarak adlandırılır.

Ek bilgi. Akım üreteci, elektrik enerjisinin şebekede görünmesi veya belirli bir verimlilikle bir tür enerjiyi diğerine dönüştürmek için oluşturulan ve kullanılan kendi kendine salınan bir cihazdır.

Kendinden salınımlı transistör cihazları

Transistör jeneratörü birkaç türe ayrılmıştır:

• çıkış sinyalinin frekans aralığına göre;
• verilen sinyalin türüne göre;
• eylem algoritmasına göre.

Frekans aralığı genellikle aşağıdaki gruplara ayrılır:

• 30 Hz-300 kHz - düşük frekanslarla gösterilen düşük aralık;
• 300 kHz-3 MHz - orta aralık ile gösterilen orta aralık;
• 3-300 MHz - HF ile gösterilen yüksek aralık;
• 300 MHz'den fazla - mikrodalga ile gösterilen ultra yüksek aralık.

Radyo amatörleri aralıkları bu şekilde alt bölümlere ayırır. Ses frekansları için 16 Hz-22 kHz aralığı kullanılır ve ayrıca düşük, orta ve yüksek gruplara ayrılır. Bu frekanslar, herhangi bir ev ses alıcısında bulunur.

Aşağıdaki bölüm, sinyal çıkışının türüne dayanmaktadır:

• sinüzoidal - sinüzoidal bir sinyal verilir;
• işlevsel - çıkışta sinyaller, örneğin dikdörtgen veya üçgen gibi özel olarak belirlenmiş bir şekle sahiptir;
• gürültü üreteci - çıkışta tek tip bir frekans aralığı gözlenir; aralıklar, tüketicinin ihtiyaçlarına bağlı olarak farklı olabilir.

Transistör yükselteçleri, eylem algoritmasında farklılık gösterir:

• RC - ana uygulama alanı - düşük aralık ve ses frekansları;
• LC - ana uygulama alanı - yüksek frekanslar;
• Engelleme Jeneratörü - Yüksek görev döngüsü darbe sinyalleri üretmek için kullanılır.

Elektrik şemalarında görüntü

İlk olarak, sinüsoidal tipte bir sinyal almaya bakalım. Bu tipteki en ünlü transistör üreteci Colpitz osilatörüdür. Bu, bir endüktanslı ve seri bağlı iki kapasitörlü bir ana osilatördür. Bunun yardımıyla gerekli frekanslar üretilir. Kalan elemanlar, transistörün sabit akımda gerekli çalışma modunu sağlar.

Ek bilgi. Edwin Henry Kolpitz, geçen yüzyılın başında Western Electric'in inovasyon başkanıydı. Sinyal yükselteçlerinin geliştirilmesinde öncü oldu. İlk kez Atlantik boyunca iletişim sağlayan bir telsiz telefon üretti.

Hartley ana osilatörü de yaygın olarak bilinmektedir. Kolpitz devresi gibi montajı oldukça basittir, ancak musluklu bir endüktans gereklidir. Hartley devresinde seri bağlı bir kapasitör ve iki indüktör salınım üretir. Ayrıca devrede pozitif geri besleme elde etmek için ek bir kapasite vardır.

Yukarıdaki cihazların ana uygulama alanı orta ve yüksek frekanslardır. Düşük güçte elektriksel salınımlar üretmenin yanı sıra taşıyıcı frekansları elde etmek için kullanılırlar. Ev radyo alıcıları da osilatörler kullanır.

Tüm bu uygulama alanları, dengesiz alıma tolerans göstermez. Bunun için devreye başka bir eleman eklenir - kendi kendine salınan bir kuvars rezonatör. Bu durumda, yüksek frekans üretecinin doğruluğu pratik olarak referans olur. Yüzdenin milyonda birine ulaşır. Radyo alıcılarının alıcı cihazlarında, alımı stabilize etmek için yalnızca kuvars kullanılır.

Alçak frekans ve ses üreteçleri söz konusu olduğunda burada çok ciddi bir sorun var. Ayar doğruluğunu artırmak için endüktansta bir artış gereklidir. Ancak endüktanstaki bir artış, alıcının boyutunu büyük ölçüde etkileyen bobin boyutunda bir artışa yol açar. Bu nedenle, Colpitz jeneratörünün alternatif bir şeması geliştirildi - Pierce düşük frekanslı jeneratör. İçinde endüktans yoktur ve onun yerine kendi kendine salınan bir kuvars rezonatör kullanılır. Ayrıca kuvars rezonatör, üst titreşim limitinin kesilmesine izin verir.

Böyle bir devrede kapasitans, transistörün baz önyargısının sabit bileşeninin rezonatöre ulaşmasına izin vermez. Ses sinyalleri de dahil olmak üzere 20-25 MHz'e kadar sinyaller burada oluşturulabilir.

Dikkate alınan tüm cihazların performansı, kapasitörler ve indüktörlerden oluşan sistemin rezonans özelliklerine bağlıdır. Frekansın, kapasitörlerin ve bobinlerin fabrika özelliklerine göre belirleneceğini takip eder.

Önemli! Transistör, yarı iletkenden yapılmış bir elemandır. Üç çıkışı vardır ve sağlanan küçük bir giriş sinyalinden büyük bir çıkış akımını kontrol edebilir. Elementlerin gücü farklıdır. Elektrik sinyallerini yükseltmek ve değiştirmek için kullanılır.

Ek bilgi.İlk transistörün tanıtımı 1947'de yapıldı. Türevi olan alan etkili transistör 1953'te ortaya çıktı. 1956 yılında. Nobel Fizik Ödülü bipolar transistörün icadı için verildi. Geçen yüzyılın 80'li yıllarına gelindiğinde, vakum tüpleri tamamen radyo elektroniğinden değiştirildi.

Fonksiyonel transistör jeneratörü

Kendinden salınımlı transistörlere dayanan fonksiyonel osilatörler, belirli bir şekle sahip metodik olarak tekrarlanan sinyal darbelerinin üretimi için icat edilmiştir. Şekilleri bir işlev tarafından belirlenir (bunun bir sonucu olarak bu tür jeneratörlerin tüm grubunun adı ortaya çıktı).

Üç ana dürtü türü vardır:

• dikdörtgen;
• üçgensel;
• testere dişi.

Bir multivibratör genellikle kare dalga sinyallerinin en basit düşük frekanslı üreticisinin bir örneği olarak gösterilir. Kendi elleriyle montaj için en basit şemaya sahiptir. Radyo elektroniği mühendisleri genellikle bunun uygulanmasıyla başlar. Ana özellik, transistörlerin dereceleri ve şekli için katı gereksinimlerin olmamasıdır. Bunun nedeni, multivibratördeki görev döngüsünün, transistörlerin elektrik devresindeki kapasitanslar ve dirençler tarafından belirlenmesidir. Multivibratördeki frekans 1 Hz ila birkaç on kHz aralığındadır. Burada yüksek frekanslı titreşimleri organize etmek imkansızdır.

Testere dişi ve üçgen sinyaller, çıkışında dikdörtgen darbeli tipik bir devreye ek bir zincir eklenerek elde edilir. Bu ek zincirin özelliklerine bağlı olarak, dikdörtgen darbeler üçgen veya testere dişi darbelere dönüştürülür.

Engelleme jeneratörü

Özünde, bir aşamada bulunan transistörler temelinde monte edilmiş bir amplifikatördür. Uygulama alanı dardır - etkileyici, ancak zaman içinde geçici (binde bir ila birkaç on mikrosaniye arasındaki süre) büyük bir endüktif pozitif geri bildirime sahip darbe sinyalleri kaynağıdır. Görev döngüsü 10'dan fazladır ve göreceli olarak on binlerce kişiye ulaşabilir. Cephelerde, formlarında pratik olarak geometrik olarak düzenli dikdörtgenlerden farklı olmayan ciddi bir keskinlik vardır. Elektron ışını cihazlarının (kineskop, osiloskop) ekranlarında kullanılırlar.

FET puls üreteçleri

Alan etkili transistörler arasındaki temel fark, giriş direncinin elektronik tüplerin direnciyle orantılı olmasıdır. Colpitz ve Hartley devreleri alan etkili transistörler üzerine de monte edilebilir, sadece uygun teknik özelliklere sahip bobinler ve kapasitörler seçilmelidir. Aksi takdirde alan etkili transistörlerdeki jeneratörler çalışmayacaktır.

Frekans zincirleri aynı kanunları takip eder. Yüksek frekanslı darbelerin üretimi için, alan etkili transistörler kullanılarak monte edilmiş geleneksel bir cihaz daha uygundur. FET, devrelerde endüktansı şöntlemez, bu nedenle RF sinyal üreteçleri daha kararlıdır.

rejeneratörler

Jeneratördeki LC devresi, aktif ve negatif direnç eklenerek değiştirilebilir. Bu, bir amplifikatör elde etmenin rejeneratif bir yoludur. Bu devre pozitif geri beslemeye sahiptir. Bu nedenle, salınım devresindeki kayıplar telafi edilir. Tarif edilen devreye rejenere denir.

Gürültü üreteci

Ana fark, gerekli aralıkta LF ve HF frekanslarının tek tip tepkisidir. Bu, bu aralıktaki tüm frekansların genlik özelliklerinin farklı olmayacağı anlamına gelir. Ağırlıklı olarak ölçüm ekipmanlarında ve askeri sanayide (özellikle uçak ve roket) kullanılırlar. Ek olarak, insan kulağı tarafından sesin algılanması için kullanılır - sözde "gri" gürültü.

Basit bir kendin yap ses üreteci

En basit örneği ele alalım - bir uluyan. Sadece dört eleman gereklidir: bir film kondansatörü, 2 bipolar transistör ve bir ayar direnci. Yük bir elektromanyetik yayıcı olacaktır. Cihaza güç sağlamak için basit bir 9V pil yeterlidir. Devrenin çalışması basittir: direnç, ofseti transistörün tabanına ayarlar. Geri besleme, kapasitör aracılığıyla gerçekleşir. Ayar direnci frekansı değiştirir. Yük yüksek dirençli olmalıdır.

Dikkate alınan elemanların tüm türleri, boyutları ve uygulama biçimleriyle, ultra yüksek frekanslar için güçlü transistörler henüz icat edilmemiştir. Bu nedenle, kendinden salınımlı transistörler üzerindeki osilatörler, esas olarak düşük ve yüksek frekans aralıkları için kullanılır.

Video

ders konusu : "Bir transistör üzerinde jeneratör. Kendi kendine salınımlar"

Plan, MBOU spor salonu №64, 11. sınıf fizik öğretmeni Elena V. Myznikova tarafından hazırlanan fizik dersinin bir özetidir.

Ders türü: Yeni malzeme sunma dersi.

Dersin Hedefleri :

eğitici:

Kendi kendine salınım kavramını oluşturmak, bir transistör üzerinde sürekli salınım üretecinin çalışma prensibini düşünmek.

Alternatif akım elde etmenin fiziksel temelleri hakkında bilgi oluşumuna devam etmek.

Geliştirme:

Öğrencilerin pratik becerilerini geliştirmek: öğretmenin hikayesinden ana fikri analiz etme, genelleme, vurgulama ve sonuç çıkarma yeteneği.

Edindiği bilgileri yeni koşullarda uygulama becerisini geliştirmek.

Eğitim:

Öğrencilerin, zorunlu salınım sorunları üzerine araştırma tarihi, bilim adamlarının kendi kendine salınımlar teorisinin oluşumuna katkısı hakkındaki görüşlerini genişletin.

Materyalin bir özetini tutmak için eğitim çalışması becerilerini uygulamak.

Teçhizat : bilgisayar, öğrenci çalışma kağıtları, test.

gösteriler : konuyla ilgili sunum,bobinaevrensel bir transformatör ve kapasitör bankasından endüktans (120 V) Bk-58, 4.5V pil, evrensel transformatör kiti, elektronik osiloskop OESh.

Ders yapısı:

1. Örgütsel an, yeni materyalin asimilasyonu için gerekli bilginin gerçekleştirilmesi

2. Konunun ve dersin amacının iletilmesi, eğitim faaliyetlerinin motivasyonu (bir problem durumunun yaratılması ve öğrencilerin ders konusundaki kişisel deneyimlerinin belirlenmesi yoluyla)

3. Yeni malzeme çalışması, gösteri deneyi.

4. Öğrencilerin çalışılan materyali anlamalarının ve birincil konsolidasyonunun kontrol edilmesi.

5. Yansıma ödevi.

Plan - özet:

Ders yapısı,

sahne zamanı

Öğrenciler sorulara cevaplar verir.1. Yarı iletkenler - değerlerle karakterize edilen geniş bir madde sınıfıspesifik arasındaki aralıkta yatan spesifik elektriksel iletkenlikmetallerin ve iyi dielektriklerin elektriksel iletkenliği2. Transistör - elektriksel salınımların yükselticisi 3. En dışta delik iletkenliğine sahip üç bölgeden ve ortadaki - elektronik: yayıcı, toplayıcı, tabandan oluşur.

4. Baz - elektronlar, toplayıcı ve yayıcı delikler. 5.Triyotun bölgelerinden biri, örneğin soldaki, genellikle n-bölgesindeki n-katışıklık miktarından yüzlerce kat daha fazla p-tipi safsızlık içerir. Bu nedenle, pn bağlantısından geçen doğru akım neredeyse tamamen soldan sağa hareket eden deliklerden oluşacaktır. Triyotun n-bölgesinde bir kez, termal harekete maruz kalan delikler n-p bağlantısına doğru yayılır, ancak kısmen serbest elektronlarla yeniden birleşmeye uğramak için zamana sahiptir.n bölgesinin tahtları. Ama eğer n-vAlan dar olduğundan ve içinde çok fazla serbest elektron bulunmadığından, deliklerin çoğu ikinci geçişe ulaşacak ve içine girdikten sonra alanı tarafından sağ ön bölgeye hareket edecektir.

Gerçek bir salınım devresindeki serbest elektromanyetik salınımlar her zaman sönümlenir. Bugün derste bir sorunu çözmemiz gerekiyor: Devredeki her tam salınımdaki enerji kayıplarının sönümlenmemeleri için telafi edileceği bir cihaz yaratmamız gerekiyor. Bunu nasıl yapabilirim? Bilginize dayanarak, bu sorunu çözmenin yollarını önerin. Bu 2 dakika sürer. Çiftler halinde çalışın. Öğretmen sonuçları düzeltir ve gözden geçirir.(Ödevi tamamladıktan sonra öğretmen önerilen sonuçları özetler, her seçeneği tartışır ve yorumlar)

Sonuç: Kendi kendine salınımları kullanabilirsiniz. Dersin konusu ve amacı formüle edilir (öğrenciler için).

Birinci Dünya Savaşı arifesinde Rusya, bilimsel olarak gelişmiş kapitalist ülkelerin çok gerisinde kaldı. Özellikle, Rusya'da radyo mühendisliği endüstrisi yoktu. Tüm radyo iletişim ekipmanlarının yurt dışından ithal edilmesi gerekiyordu ve devrimden sonra bu kaynak fiilen kapatıldı. Bu koşullar altında, Sovyet bilim adamları Krylov, Mandelstam, Papaleksi, Andronov, zorunlu salınım sorunları hakkında o kadar derin araştırmalar yaptılar ki, Batılı meslektaşlarının çok ilerisindeydiler, böylece dünya bilim merkezi bu problemler üzerine SSCB'ye taşındı.

Sözdekendi kendine salınımlar - Sistemde desteklenen sönümsüz titreşimler nedeniylekalıcı harici bir enerji kaynağı ve sistemin kendisi onu kontrol ederek, doğru zamanda belirli kısımlardaki enerji arzının tutarlılığını sağlar.Kendi kendine salınımların frekansı ve genliği, sistemin özelliklerine göre belirlenir ve dış etkilere bağlı değildir. Örneğin, bir yay üzerinde asılı duran çelik bir ağırlığın altına bir elektromıknatıs yerleştirilmiştir. Akım dönüşümlü olarak açılıp kapatılırsa, ağırlık zorunlu salınımlar yapmaya başlayacaktır. Bundan sonra ne olacağını açıklamaya çalışın.

Ayrıca, yukarı ve aşağı salınan ağırlığın devreyi kapatıp açmasını sağlayacak şekilde yapabilirsiniz. Ortadaki tel, yukarıdayken ağırlığa değecek şekilde mandalla kenetlenir. Yay, ağırlık, orta tel ve bobinden geçen akım çekirdeğini manyetize eder. Ağırlık çelikten yapıldığı için çekirdeğe çekilir yani aşağı doğru hareket eder. Kısa süre sonra orta telden ayrılır, akım durur ve manyetik alan kaybolur. Yayın etkisi altında ağırlık yükselir ve devreyi tekrar kapatır.

Böylece kendi kendine salınımlar gerçekleşecektir.

İşte bazı kendi kendine salınım örnekleri:

sarma ağırlığının yerçekiminin sabit etkisinden dolayı saat sarkacının sönümsüz salınımları; düzgün hareket eden bir yayın etkisi altında bir keman telinin titreşimleri; organ borusundaki hava sütununun, içine düzgün bir hava beslemesi ile salınımı; bir mıknatıstan sarkan ve bükülmüş bir çelik eksene sahip pirinç saat dişlisinin dönme titreşimleri İnsanların, hayvanların ve kuşların sesleri, ses tellerinden hava geçtiğinde meydana gelen kendi kendine salınımlar nedeniyle oluşur.

Öğrencilere sorular:

Bir salınım devresi olan yay ve iplik sarkaçları gibi salınım sistemlerinde bulunan ortak özellikleri hatırlayın.

Kendinden salınımlı mekanik bir sistemin bir örneği, modeli slaytta gösterilen sarkaçlı bir saattir. 1657'de Hollandalı fizikçi Christian Huygens, bir saat üzerinde tek tip bir ibre hareketi oluşturmak için bir sarkacın eşzamanlılığını kullanmayı önerdi. Huygens tarafından önerilen cihaz, ana özellikleriyle bugüne kadar hayatta kaldı: bir sarkaç, yükseltilmiş bir yük, bir çapa ve bir çalışan tekerlek. Öğrencilerin dikkatini, sarkacın temelde serbest hareket ettiği ve bu süre boyunca iki şok aldığı gerçeğine çekiyorum. Salınımlar, salınım sisteminin kendisi tarafından ortaya çıkar ve desteklenir, yani bunlar kendi kendine salınımlardır..

İçlerinde serbest salınımlar ortaya çıkabilir, bu salınımlar her zaman sönümlüdür, idealize edilmiş sistemlerde sönümsüz, harmoniktir. Bu durumda, frekansları sistemin özelliklerine göre belirlenir ve genlik başlangıç ​​koşullarına bağlıdır.

Öğrencilerden, bu salınım sisteminin ana parçalarını adlandırmak için burada ne tür salınımların gerçekleştiğini kendileri belirlemeleri istenir: bir sarkaç (salınım sistemi), yükseltilmiş bir ağırlık (enerji kaynağı), çapa çatallı bir cırcır çarkı (bir valf). kaynaktan sisteme enerji akışını düzenleyen).

Jeneratörün transistör üzerinde çalışma prensibinin açıklaması. DC kaynağını bağlama anında, transistörün kollektör devresinden bir akım akar ve salınım devresinin kapasitörünü şarj eder. Devrede serbest elektromanyetik salınımlar görünecektir. Salınım devresinin bobini geri besleme bobinine endüktif olarak bağlı olduğundan, değişen manyetik alanı devredeki salınımlarla aynı frekansta geri besleme bobininde değişken bir EMF'ye neden olacaktır. Bu EMF, taban yayıcı bölümüne uygulandığında, kollektör devresinde bir akım dalgalanmasına neden olacaktır. Bu titreşimlerin frekansı devredeki elektromanyetik salınımların frekansına eşit olduğundan, devrenin kapasitörünü yeniden şarj eder ve böylece devrede sabit bir salınım genliği sağlar.

Evrensel bir transformatörden bir indüktörden (120 V) ve bir kapasitör bankı Bk-58'den oluşan bir salınım devresini gösterin. 4.5 V'luk bir pil bir enerji kaynağı olarak hizmet eder, bir transistör bir "vana" rolünü oynar ve uçları tabana ve yayıcıya bağlı olan evrensel bir transformatörden (12 V) bir bobin geri besleme olarak kullanılır. transistör. Salınım devresi, kollektör devresine dahildir. Döngü bobini ve geri besleme bobini, aynı evrensel transformatör setinden ortak bir manyetik devre üzerine yerleştirilir. Devreden gelen voltaj OESh elektronik osiloskopa beslenir.

Bataryanın elektrik kapasitesini değiştirin ve jeneratörün salınım frekansındaki değişimi gözlemleyin. Bobinin endüktansının değiştirilmesi (örneğin, manyetik devre boyunca yavaşça kaldırılması), aynı etki gözlenir.

Titreşim genliği ayrıca sistemin kendisine de bağlıdır. Bu bağımlılığı, devre devresine seri olarak değişken bir direnç bağlayarak gösterebilirsiniz: jeneratörün salınım genliği azalacaktır.

Anahtar kapatıldığında, devre kapasitörünü şarj eden enerji kaynağından transistörden bir akım darbesinin geçtiğini açıklayın. Kondansatör boşaldığında devrede serbest sönümlü salınımlar görülür.

Geri besleme bobininin rolü deneyimle gösterilmiştir: Geri besleme bobinine giden kabloları değiştirerek, jeneratör devresinde salınım olmadığına ikna olurlar. Eski devreyi restore ederek jeneratörün tekrar çalıştığını görebilirsiniz. Sonuç çıkarılır: kollektör devresindeki titreşimli akım, transistörün hangi anlarda açıldığına bağlı olarak devredeki akımı arttırır veya azaltır (ve transistör, geri besleme bobininde indüklenen değişken EMF tarafından açılır ve kapanır). Buna göre, kollektör akımının titreşimleri ya devredeki akımdaki değişiklikle çakışır (ve böylece onu yükseltir) ya da zıt olduğu ortaya çıkar (ve bu devredeki akımı zayıflatır (söndürür). Bu nedenle, salınımların üretilmesi yalnızca geri besleme bobininin belirli bir bağlantısıyla mümkündür.

Manyetik devre boyunca geri besleme bobinini kaldırırken, osilogramdaki salınımların genliğinde bir azalma gözlemleyin. Bu, bobin bağlantısının devre ile zayıflaması ve dolayısıyla içinde indüklenen EMF'nin azalması ile açıklanmaktadır. Bağlantı daha da zayıflarsa, devredeki salınımlar sönecektir, çünkü zayıf geri besleme ile devre boyunca devreye giren enerji, devredeki enerji kayıplarından daha az olur.

Tesisatın elemanları belirlenir ve jeneratörün çalışmasındaki rolleri netleştirilir.

Jeneratörün salınım frekansının, salınım sisteminin kendisinin parametrelerine bağlı olduğu sonucuna varmışlardır.

Öğrencileri, gösterilen kendi kendine salınan sistemdeki enerji dönüşümlerini anlamaya davet edin: devredeki salınımların sürekli olması için, voltaj kaynağının periyodik olarak ona bağlanması ve bu devredeki enerji kayıplarını telafi etmesi gerekir. Bu, devrenin bir geri besleme bobini aracılığıyla "yayıcı - taban" bölümüne endüktif olarak bağlanmasıyla elde edilir.

Kendinden salınımlı sistemlerin uygulamasını göz önünde bulundurarak konunun çalışmasını sonuçlandırıyoruz.Doğada ve teknolojide kendi kendine salınım örnekleri

Hızı belirli bir kritik değerden daha büyük olan hava akımı salınımlara neden olur - bayrağın rüzgarda gargara yapması tek tip bir hava akışının etkisi altında bitki yapraklarının titreşimleri; nehirlerin yarıklarında ve akıntılarında türbülanslı akışların oluşumu; insan, hayvan ve kuş sesleri, ses tellerinden hava geçtiğinde meydana gelen kendi kendine salınımlar nedeniyle oluşur; normal gayzerlerin hareketi vb. Çok sayıda çeşitli teknik cihaz ve cihazın çalışma prensibi, aşağıdakiler de dahil olmak üzere kendi kendine salınımlara dayanmaktadır: hem mekanik hem de elektrikli her türlü saatin çalışması; tüm nefesli ve yaylı müzik aletlerinin çalınması; elektrik mühendisliğinde, radyo mühendisliğinde ve elektronikte kullanılan her türlü elektriksel ve elektromanyetik salınım jeneratörlerinin hareketi; pistonlu buhar motorlarının ve içten yanmalı motorların çalışması bazı otomatik kontrol sistemleri, kontrol edilen değer, gerekli değerin yakınında dalgalandığında, sonra onu aştığında, sonra altına düştüğünde, düzenleme amaçları için kabul edilebilir aralıkta (örneğin, bir termal kontrol sistemi) kendi kendine salınım modunda çalışır. ev buzdolabı).

Yani,1. Kendi kendine salınan sistem nedir? 2. Kendi kendine salınımlar ile zorunlu ve serbest salınımlar arasındaki fark nedir? 3. Kendi kendine salınımlar üretmede transistörün rolü nedir?
4. Transistör jeneratöründe geri besleme nasıl yapılır?
5. Kendi kendine salınan sistemin ana unsurlarını belirtin.
6. Derste ele alınmayan kendi kendine salınan sistemlere örnekler verin.

Doğrulama testi yapmak

Listelenen salınımlardan hangileri kendi kendine salınımlardır? 1. Sarkaçın saat cinsinden salınımları. 2. Yükün titreşimleriüzerindeBahar. 3. Kalp atışı. 4. Yüksek frekans üretecindeki salınımlar. 5. Bir gitar telinin titreşimleri.

A. Sadece 1; 4. B. Sadece 1; 3; 4. B. Sadece 1; 4.

Fotoğraflarda 1 ve 2 elektrik şemalarıdır.V Hangiitibaren kendi kendine salınımlar gözlemlenebilir mi?

A. Şekil 1. B. Şekil 2. C. Önerilen şemalarda kendi kendine salınımlar yapılamaz.

A. Sadece kapasitörün kapasitansından. B. Akü voltajından, kapasitör kapasitesinden ve bobin endüktansından. B. Sadece kapasitörün kapasitansından ve bobinin endüktansından.

İletişim bobininin amacı nedir?

A. Salınım devresi ile akım kaynağı arasında geri besleme oluşturur. B. Transistör ile akım kaynağı arasında geri besleme sağlar. B. Salınım devresi ile transistör arasında geri besleme kurar.

Yüksek frekanslı bir jeneratörde transistörün amacı nedir?

A. Salınım devresindeki frekansı ayarlar. B. Salınım devresindeki akım kaynağından gelen enerji akışını düzenler. B. Enerji üretir.

Transistördeki akım oranını hangi kayıt doğru bir şekilde karakterize eder?

A. ben NS = ben B + ben İLE ... B. ben NS = ben İLE - ben B ... V. ben B - ben NS + ben NS .

Enerjinin gerilim kaynağından salınım devresine akması için yayıcıya göre tabanda hangi potansiyel olmalıdır? (Kollektöre bağlı kapasitör plakasında pozitif yük vardır.)

Olumsuz. B. Olumlu. B. Enerji kaynağı tabandaki potansiyelden bağımsızdır.

Geri besleme bobininin bir ucu tabana, diğeri ise:

A. Koleksiyoncu. B. Salınım devresinin bobini. V. Verici .

Kararlı hal salınımlarının genliği:

A. Yalnızca başlangıç ​​koşullarına bağlıdır. B. Kendi kendine salınan sistemin parametrelerine bağlı değildir. B. Başlangıç ​​koşullarına bağlı değildir ve kendi kendine salınan sistemin parametreleri tarafından belirlenir.

A. 4. B. 1. C. 2. G. 3.

Bu, mekanik ve elektriksel titreşimlerin çalışmasını tamamlar. Farklı doğadaki süreçlerin genel doğasının özdeşliği, onları tanımlayan matematiksel denklemlerin özdeşliği dikkat çekicidir. Bu özdeşlik, gördüğümüz gibi, salınımların incelenmesini büyük ölçüde kolaylaştırır.En karmaşık salınım türleri ile tanıştık - kendi kendine salınımlar. Kendi kendine salınan sistemlerde çeşitli frekanslarda kendi kendine devam eden salınımlar üretilir. Bu tür sistemler olmadan modern radyo iletişimi, televizyon, bilgisayar olmazdı.Yeni bir tane oluşturmak için mevcut malzemenin özelliklerini incelemek gerekir. Sadece merak ve aktif araştırma bilimi ilerletir. Cesaret et, yarat, hayal kur!Ödev: "A" - ders özeti"B" -spektus, § 36,

"C" - özet, § 36, No. 971, 979 (Rymkevich)

Transistör jeneratörü, elektromanyetik salınımların otomatik jeneratörüdür.

Kendiliğinden salınan elektromanyetik sistemler, kendilerini tanımlayan yasalara göre, mekanik kendi kendine salınan sistemlere benzer. Kendi kendine salınan bir sistem, harici periyodik eylemin yokluğunda, periyodik salınımların ortaya çıktığı ve keyfi olarak uzun bir süre var olduğu bir sistem olarak anlaşılır.

Mekanik ve elektromanyetik kendi kendine salınımların fiziksel temelleri aynı olduğundan, konuyu mekanik kendi kendine salınan sistemleri tekrarlayarak çalışmaya başlamak mantıklıdır.

Kendinden salınımlı mekanik bir sistemin bir örneği, modeli Şekil 1a'da gösterilen bir sarkaçlı saattir. 1657'de Hollandalı fizikçi Christian Huygens, bir saat üzerinde tek tip bir ibre hareketi oluşturmak için bir sarkacın eşzamanlılığını kullanmayı önerdi. Huygens tarafından önerilen cihaz, ana özellikleriyle günümüze kadar gelmiştir: bir sarkaç, yükseltilmiş bir yük, bir çapa ve bir çalışan tekerlek (Şekil 1b). Öğrencilerin dikkatini, sarkacın temelde serbest hareket ettiği ve bu süre boyunca iki şok aldığı gerçeğine çekiyorum. Salınımlar, salınım sisteminin kendisi tarafından ortaya çıkar ve desteklenir, yani bunlar kendi kendine salınımlardır.

Resim 1

Bu mekanizmanın işleyişini analiz ederek, kendi kendine salınan birçok sistemin karakteristik ana unsurlarını vurguluyor ve bunları bir blok diyagramda birleştiriyoruz (Şekil 2)

Resim 2

Analoji yöntemini kullanarak, mekanik bir kendi kendine salınan sistemden bir elektromanyetik kendi kendine salınan sisteme geçiyoruz. Bir elektrik devresinde enerji kaynağı, valf, salınımlı sistem olarak nelerin kullanılabileceğini ve valf ile salınımlı sistem arasında geri beslemenin nasıl uygulanabileceğini analiz ediyoruz. Tahtadaki ve defterlerdeki tablo 1'i aynı anda doldurun.

Tablo 1.

	Kendi kendine salınan bir sistemin elemanları	Mekanik kendinden salınımlı sistem (sarkaçlı saat)	elektromanyetik kendi kendine salınan sistem (transistör jeneratörü)
	enerji kaynağı	kaldırılmış yük	galvanik hücre pili
			transistör
	salınım sistemi		salınım devresi
	Geri bildirim	seyahat tekerleği aracılığıyla	endüktif - bobinler

Otojeneratörün kurucu parçalarının tanımlarını hatırlıyoruz (Şekil 3a) ve diyagramını çiziyoruz (Şekil 3b)

Figür 3

Bu şemaya göre, jeneratörün bir transistör üzerinde çalışma prensibini açıklıyoruz ve bunun kendi kendine salınan bir sistem olduğunu bir kez daha vurguluyoruz. DC kaynağını bağlama anında, transistörün kollektör devresinden bir akım akar ve salınım devresinin kapasitörünü şarj eder. Devrede serbest elektromanyetik salınımlar görünecektir. Salınım devresinin bobini geri besleme bobinine endüktif olarak bağlı olduğundan, değişen manyetik alanı devredeki salınımlarla aynı frekansta geri besleme bobininde değişken bir EMF'ye neden olacaktır. Bu EMF, taban yayıcı bölümüne uygulandığında, kollektör devresinde bir akım dalgalanmasına neden olacaktır. Bu titreşimlerin frekansı devredeki elektromanyetik salınımların frekansına eşit olduğundan, devrenin kapasitörünü yeniden şarj eder ve böylece devrede sabit bir salınım genliği sağlar.

Şekil 4b'de gösterilen kurulumu monte ettikten sonra, osilatörde sinüzoidal formdaki elektromanyetik salınımların dış etki olmaksızın ortaya çıktığı gösterilebilir. Böylece otojeneratörde doğru akım kaynağının enerjisi elektromanyetik salınımların enerjisine dönüştürülür.

Devrede serbest salınımlar olduğundan, onlar için devre sadece aktif direnci temsil eder ve bu nedenle yayıcı-toplayıcı bölümündeki ve taban-verici bölümündeki voltaj 180 ° kaydırılmalıdır. Bunu öğrencilere göstermek için geri besleme bobinine uyan tellerin konumlarını değiştirmek gerekir. Bu durumda jeneratörde salınımlar oluşmayacaktır.

Jeneratörün çalışması için ikinci koşul ise şöyledir: Kolektör devresinden devreye giren enerji, içindeki geri dönüşü olmayan enerji dönüşümlerini tam olarak karşılamalıdır. Bu durum geri bildirim ile sağlanır. Öğrencileri buna ikna etmek için geri besleme bobinini kaldırın ve döngü bobininden yavaşça çıkarın. Osiloskop ekranında devredeki salınımların genliğinin nasıl giderek azaldığını ve son olarak salınımların nasıl kaybolduğunu görebilirsiniz.

Şekil 4

Gerçekleştirilen deneylere dayanarak, kendi kendine salınımların üretecindeki geri bildirimin iki koşulu karşılaması gerektiği sonucunu formüle edeceğiz:

a) Kaynaktan gelen enerji, devredeki salınımlarla zamanında gelmelidir;

b) Kaynaktan sağlanan enerji, devredeki kayıplarına eşit olmalıdır.

Elektromanyetik kendi kendine salınan sistemlerin kullanımını göz önünde bulundurarak konunun çalışmasını sonuçlandırıyoruz.

Bu konunun incelenmesindeki analoji yöntemi, yalnızca konunun özünü daha iyi anlamayı değil, aynı zamanda mekanik ve elektromanyetik salınımların fiziksel yasalarının birliğini de vurgulamayı sağlar.

Gerçek bir salınım devresindeki serbest elektromanyetik salınımlar her zaman sönümlenir. Sönümlememeleri için, devredeki her tam salınımdaki enerji kayıplarının telafi edileceği bir cihaz oluşturmak gerekir. Sözde kendi kendine salınımlar- Sistemde desteklenen sönümsüz titreşimler nedeniyle kalıcı harici bir enerji kaynağı ve sistemin kendisi onu kontrol ederek, doğru zamanda belirli kısımlardaki enerji arzının tutarlılığını sağlar.

Herhangi bir kendi kendine salınan sistem aşağıdaki dört bölümden oluşur (Şekil 1): 1) bir salınım sistemi; 2) kayıpların telafi edildiği bir enerji kaynağı; 3) valf - belirli kısımlarda doğru zamanda salınım sistemine enerji akışını düzenleyen bir eleman; 4) geri bildirim - salınım sisteminin kendisindeki süreçler nedeniyle valf çalışmasının kontrolü.

Bir transistör üreteci, kendi kendine salınan bir sisteme bir örnektir. Şekil 2, bir transistörün bir "valf" rolünü oynadığı böyle bir jeneratörün basitleştirilmiş bir diyagramını göstermektedir. Salınım devresi, transistör ile seri olarak akım kaynağına bağlanır. Bobin boyunca transistörün emitör bağlantısı L sv, salınım devresine endüktif olarak bağlanmıştır. Bu bobine geri besleme bobini denir.

Devre kapatıldığında, salınım devresinin C kapasitörünü şarj eden transistörden bir akım darbesi geçer, bunun sonucunda devrede küçük genlikli serbest elektromanyetik salınımlar ortaya çıkar. Döngü bobininden geçen akım L, geri besleme bobininin uçlarında alternatif bir voltaj indükler. Bu voltajın etkisi altında, emitör bağlantısının elektrik alanı periyodik olarak artar ve azalır ve transistör açılır ve kapanır. Transistörün açık olduğu bu aralıklarda akım darbeleri içinden geçer. eğer bobin L sv doğru bir şekilde bağlanır (pozitif geri besleme), daha sonra akım darbelerinin frekansı devrede ortaya çıkan salınımların frekansı ile çakışır ve kapasitörün şarj olduğu anlarda (üst plaka olduğunda) akım darbeleri devreye girer. kapasitörün pozitif yüklüdür). Bu nedenle, transistörden geçen akım darbeleri, kapasitörü yeniden şarj eder ve devrenin enerjisini yeniler ve devredeki salınımlar sönmez.

Olumlu geribildirim ile bobinler arasındaki mesafeyi yavaşça artırın L sv ve L, sonra bir osiloskop yardımıyla kendi kendine salınımların genliğinin azaldığını ve kendi kendine salınımların durabileceğini görebilirsiniz. Bu, zayıf geri besleme ile devreye giren enerjinin, geri dönüşümsüz olarak iç enerjiye dönüştürülen enerjiden daha az olduğu anlamına gelir. Bu nedenle, geri besleme şu şekilde olmalıdır: 1) emitör bağlantısındaki voltaj, devre kapasitöründeki voltaj ile fazda değişir - bu, jeneratörün kendi kendini uyarması için faz koşuludur; 2) geri besleme, devredeki enerji kayıplarını telafi etmek için gerektiği kadar devreye enerji verilmesini sağlayacaktır - bu, kendi kendine uyarım için bir genlik koşuludur.

Kendi kendine salınım frekansı, devredeki serbest salınımların frekansına eşittir ve parametrelerine bağlıdır.

Azaltarak L ve İLE BİRLİKTE, radyo mühendisliğinde kullanılan yüksek frekanslı sürekli salınımları elde edebilirsiniz.

Deneyimin gösterdiği gibi, kararlı durumdaki kendi kendine salınımların genliği, başlangıç ​​koşullarına bağlı değildir ve kendi kendine salınan sistemin parametreleri tarafından belirlenir - kaynağın voltajı, arasındaki mesafe. L sv ve L, döngü direnci.

Edebiyat

Aksenovich L.A. Lisede Fizik: Teori. Görevler. Testler: Ders kitabı. obs alınmasını sağlayan kurumlar için ödenek. çevreler, eğitim / L.A. Aksenovich, N.N. Rakina, K.S. Farino; Ed. K.S. Farino. - Minsk: Adukatsya i vyhavanne, 2004 .-- S. 394-395.

« Fizik - sınıf 11 "

Zorlanmış salınımlar, enerji santrallerinde jeneratörler tarafından üretilen alternatif voltajlardan kaynaklanır.
Bu tür jeneratörler, radyo iletişimi için gereken yüksek frekanslı titreşimleri üretemez mi? dan beri bu çok yüksek bir rotor hızı gerektirecektir.
Örneğin bir transistör jeneratörü kullanılarak yüksek frekanslı salınımlar elde edilir.

Kendinden salınımlı sistemler

Genellikle, harici bir periyodik voltajın etkisi ile devrede sürekli zorlanmış salınımlar korunur.
Ancak sürekli salınımlar elde etmenin başka yolları da mümkündür.

Örneğin, bir enerji kaynağı ile serbest elektromanyetik salınımların var olabileceği bir sistem var.
Direnç üzerindeki enerji kayıplarını telafi etmek için sistemin kendisi salınım devresine enerji akışını düzenlerse, o zaman sönümsüz titreşimler.

Sistemin kendi içindeki bir kaynaktan gelen enerji akışı nedeniyle sürekli salınımların üretildiği sistemlere denir. kendi kendine salınan... Bir sistemde kendisine etki eden periyodik dış kuvvetlerin bulunmadığı sürekli salınımlara denir. kendi kendine salınımlar.

Bir transistör jeneratörü, kendi kendine salınan bir sisteme bir örnektir.
C kapasitans kapasitörlü ve L endüktans bobinli bir salınım devresinden, bir enerji kaynağından ve bir transistörden oluşur.

Bir devrede sürekli salınımlar nasıl oluşturulur?

Devredeki elektromanyetik salınımların sönümlenmesini önlemek için her periyot için enerji kayıplarını kompanze etmek gerekir.

Kondansatörü şarj ederek devredeki enerjiyi yenileyebilirsiniz.
Bunu yapmak için devreyi periyodik olarak sabit bir voltaj kaynağına bağlamanız gerekir.

Kondansatör sadece kaynağın pozitif kutbuna bağlı plakanın pozitif, negatif kutbuna bağlı olanın ise negatif yüklü olduğu aralıklarda kaynağa bağlanmalıdır.
Sadece bu durumda kaynak, enerjisini yenileyerek kapasitörü yeniden şarj edecektir.

Kaynağın pozitif kutbuna bağlı plaka negatif, negatif kutbuna bağlı plaka pozitif olduğu anda anahtar kapalıysa, kondansatör kaynak üzerinden boşalacaktır. Bu durumda kondansatörün enerjisi azalacaktır.

Devrenin kondansatörüne kalıcı olarak bağlı bir sabit voltaj kaynağı, sabit bir kuvvetin mekanik salınımları destekleyemeyeceği gibi, içindeki sürekli salınımları destekleyemez.
Periyodun yarısında enerji devreye girer ve periyodun sonraki yarısında kaynağa geri döner.

Devrede sönümsüz salınımlar ancak kondansatöre enerji aktarımının mümkün olduğu zaman aralıklarında kaynağın devreye bağlı olması şartıyla kurulacaktır.
Bunu yapmak için, anahtarın otomatik çalışmasını sağlamak gerekir.
Yüksek bir titreşim frekansında, anahtarın güvenilir performansa sahip olması gerekir. Pratik olarak ataletsiz bir anahtar olarak bir transistör kullanılır.

Bir transistör bir emitör, taban ve toplayıcıdan oluşur.
Verici ve toplayıcı, delikler (p-tipi yarı iletken) gibi aynı ana yük taşıyıcılarına sahiptir.
Baz, zıt işaretin ana taşıyıcılarına, örneğin elektronlara (n-tipi yarı iletken) sahiptir.

Transistör jeneratörü çalışması

Salınım devresi, voltaj kaynağı ve transistör ile seri olarak bağlanır, böylece emitöre pozitif bir potansiyel ve kollektöre negatif bir potansiyel uygulanır.
Bu durumda emitör-taban geçişi (yayıcı bağlantısı) doğrudandır ve taban-kolektör bağlantısı (kollektör bağlantısı) terstir ve devrede akım akmaz.
Bu, açık bir anahtara karşılık gelir.

Salınımlar sırasında devrenin devresinde bir akımın görünmesi ve devrenin kondansatörünü yeniden şarj etmesi için, tabanına emitöre göre bir potansiyel negatif, üstelik üst devrenin devre dışı kaldığı zaman aralıklarında bildirilmesi gerekir. kapasitörün plakası pozitif, alttaki plaka negatif yüklüdür.
Bu, kapalı bir anahtara karşılık gelir.

Kondansatörün üst plakasının negatif, alt plakasının pozitif yüklü olduğu aralıklarda devrenin devresinde akım olmamalıdır. Bunun için baz, emitöre göre pozitif bir potansiyele sahip olmalıdır.

Bu nedenle, devredeki salınımların enerji kaybını telafi etmek için, emitör bağlantısındaki voltajın, devredeki voltaj dalgalanmalarına tam olarak uygun olarak periyodik olarak işaret değiştirmesi gerekir.
gerekli Geri bildirim.

Burada geri bildirim endüktiftir
Endüktans L CB olan bir bobin, devrenin endüktansı L ile bobine endüktif olarak bağlanan emitör bağlantısına bağlanır.
Elektromanyetik indüksiyon nedeniyle devredeki salınımlar, bobinin uçlarında ve dolayısıyla emitör bağlantısında voltaj dalgalanmalarına neden olur.
Verici bağlantı noktasındaki voltaj dalgalanmalarının fazı doğru seçilirse, devre devresindeki akımın "sarsıntıları" gerekli zaman aralıklarında devreye etki eder ve salınımlar sönmez.
Aksine, devredeki salınımların genliği, kaynaktan gelen enerji girişi ile devredeki enerji kayıpları tam olarak telafi edilene kadar artar.
Bu genlik ne kadar büyükse, kaynağın voltajı o kadar büyük olur.
Voltajdaki bir artış, kapasitörü yeniden şarj eden akımın "sarsıntılarında" bir artışa yol açar.

Transistör jeneratörleri, yalnızca birçok radyo mühendisliği cihazında yaygın olarak kullanılmaz: radyo alıcıları, verici radyo istasyonları, amplifikatörler, bilgisayarlar.

Kendi kendine salınan bir sistemin ana unsurları

Transistör tabanlı bir jeneratör örneğini kullanarak, kendi kendine salınan birçok sistemin ana elemanlarını ayırt edebilirsiniz.

1. Sürekli salınımların korunduğu bir enerji kaynağı (transistör tabanlı bir jeneratörde bu, sabit bir voltaj kaynağıdır).

2. Bir salınım sistemi, salınımların doğrudan meydana geldiği kendi kendine salınan bir sistemin parçasıdır (bir transistör üzerindeki bir jeneratörde bu bir salınım devresidir).

3. Bir kaynaktan salınım sistemine enerji akışını düzenleyen bir cihaz - bir valf (değerlendirilen jeneratörde - bir transistör).

4. Salınım sisteminin valfi kontrol ettiği yardımı ile geri bildirim sağlayan bir cihaz (transistör üzerindeki jeneratörde - devre bobininin yayıcı-temel devresindeki bobin ile endüktif kuplajı).

Kendinden salınımlı sistem örnekleri

Mekanik sistemlerde kendi kendine salınımlar: sarkaçlı veya denge çarklı bir saat (burulma salınımları yapan yaylı bir çark). Saatteki enerji kaynağı, yükseltilmiş bir ağırlığın veya sıkıştırılmış bir yayın potansiyel enerjisidir.

Kendinden salınımlı sistemler, elektrikli bir kıyıcı zili, düdük, organ boruları ve daha fazlasını içerir. Kalbimiz ve akciğerlerimiz de kendi kendine salınan sistemler olarak düşünülebilir.