Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
V
Рис. 8.
0,1 0,2 0,8 0,4 0,5 0,6 0,7 0,7 У
Рис. 9.
видели, что электрическим аналогом пружины является емкость, а не сопротивление. Лучшей аналогией может быть пример вязкого трения, которое уменьшается с увеличением скорости.
Рассмотрим теперь схему из последовательно соединенных туннельного диода и сопротивления показанную на рис. 6. (Свойства туннельного диода рассмотрены на рис. 7.) Для того чтобы найти ток через диод, нанесем нагрузочную прямую
на вольтамперную характеристику диода, как показано на рис. 8.
Вообразим, что мы пытаемся определить вольтамперную характеристику прибора, постепенно увеличивая У0. На рис. 9 показано семейство нагрузочных прямых для Уо от 0 до 0,8 в и 100 ом (туннельный диод). Заметим, что при увеличении Уо от нуля до 0,3 в нагрузочная прямая пересекает характеристику в одной точке и ток постоянно возрастает. В окрестности 0,4 в нагрузочная прямая пересекает характеристику в трех точках. При этом два решения, отвечающие внешним точкам пересечения, устойчивы, а внутренней точке — неустойчиво. При приближении Уо к 0,5 в нагрузочная прямая сходит с горба характеристики, и мы опять получаем одно решение.
Зависимость тока / от У0 показана на рис. 10. Заметим, что существует область напряжения, где возможны два значения тока. Действительное значение тока зависит от того, уменьшалось или увеличивалось У0. Если мы захотим воспользоваться рис. 10, чтобы восстановить характеристику, то окажется, что мы не в состоянии прлучить ее полностью. В частности, та область характеристики
91
которая заключена между кружками на рис. 9, отсутствует. Что бы вы сделали, чтобы получить полную характеристику прибора?
Соберем схему, показанную на рис. 11, и определим характеристику туннельного диода марки Ш3720. Схема, при помощи которой характеристику туннельного диода можно увидеть на экране осциллографа, показана на рис. 12.
Рнс. 10. Рис. 11.
В качестве примера приборов с характеристиками второго типа рассмотрим неоновую лампу. Вольтамперная характеристика такой лампы показана на рис. 13. Ток через лампу не будет проходить до тех пор, пока напряжение, приложенное к лампе, не достигнет потенциала зажигания, который может лежать в пределах
150
• (її) п
> ¦.....¦-' ¦ *"
Рис. 12.
Рис. 13.
0*858
от 60 до 100 в. Только при этом напряжении мы в состоянии поддерживать электрический разряд. Тусклое свечение в области
отрицательного электрода указывает на рекомбинацию электронов и положительных ионов неона. С увеличением тока разряда потенциал на приборе падает до более низкого уровня, который определяется процессами на электродах и при котором возникает токовая независимость. Если потенциал падает ниже этого уровня, называемого потенциалом гашения, то газ полностью деионизован и ток прекращается. Чтобы опять вызвать разряд, мы должны увеличить напряжение до потенциала зажигания.
Используйте схему, показанную на рис. 14, для определения вольтамперной характеристики неоновой лампы N?-2. Можете ли
Рис. 14.
92
вы объяснить, почему нельзя получить полной характеристики прибора? Сколь велико должно быть последовательно включенное сопротивление, чтобы можно было снять полную характеристику неоновой лампы ^-2? Определите область отрицательного сопротивления этого прибора.
Работа 1.12. РЕЛАКСАЦИОННЫЕ КОЛЕБАНИЯ
Простым примером релаксационного генератора является зуммер (рис. 1), временная диаграмма работы которого показана на рис. 2. Когда ключ 5 замыкается, ток через сопротивление Я и индуктивность Ь начинает расти, как показано на рис. 2. При некотором
Т і
Рис. 1. Рис. 2.
критическом значении тока /0 контакт К размыкается и ток падает до нуля. При нулевом значении тока конжакт замыкается и цикл повторяется.
Аналогичным примером является генератор релаксационных колебаний на туннельном диоде, показанный на рис. 3. Схема работает следующим образом. При замыкании ключа ток через туннельный диод начинает расти. Когда ток превысит пиковое значе-
Рис. 3.
Рис. 4.
ние 1Р (рис. 4), напряжение на диоде скачком переходит к значению 1/2- Параметры схемы выбраны так, что после такого увеличения падения напряжения на диоде ток начнет уменьшаться. Это уменьшение будет происходить до тех пор, пока не достигнет значения /„, после чего напряжение скачком падает до Уи Теперь ток начинает расти опять, и цикл повторяется. Временные диаграммы тока и напряжения показаны на рис. 5 и 6.
93
Релаксационный генератор может быть сделан и на неоновой лампе, как это показано на рис. 7. Принцип действия этой схемы проще, чем схемы на туннельном диоде, благодаря почти идеальной
V
Рис. 5.
Рис. 6.
характеристике лампы с тлеющим разрядом. При включении напряжения Уо емкость С начинает заряжаться через сопротивление Я до значения Уо- Но как только напряжение достигает потенциала зажигания Ур лампа загорается и емкость разряжается. Когда напряжение на емкости достигнет потенциала гашения Уе, газ в лампе деионизуется, емкость перезаряжается через сопротивление Я и цикл, показанный на рис. 8, повторяется. Временная зависимость напряжения показана на рис. 9. Период Ти в течение
