Общий курс физики Том 3. Электричество - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
Запишем уравнение колебаний в колебательном контуре в виде
L3 + R3+^ = —Md-^f-. (133.7)
Для упрощения предположим, что анодный ток <&а зависит только от знака сеточного напряжения Vg. Когда Vg > 0, через лампу идет максимально возможный ток, равный току насыщения <3s. Когда ¦\ге С 0, анодный ток а равен нулю. Соответствующая идеализированная сеточная характеристика представлена на рис. 334 жирной ломаной линией (ср. с рис. 247). В этом случае уравнение (133.7) ^становится нелинейным. Введенная схематизация, конечно, не годится в точных расчетах. Но она достаточна, чтобы качественно передать основные особенности автоколебаний. На рис. 335 изображена кривая сеточного напряжения Под ней приведена
598
КОЛЕБАНИЯ II ВОЛНЫ
|ГЛ. X
ступенчатая кривая 3 а (f) для анодного тока 3 а. Производная 3а всюду равна нулю, за исключением отдельных точек, в которых ток 3 а испытывает скачки. Формально в этих точках производная За обращается в бесконечность. В действительности функция 3 а (t) всюду непрерывна и дифференцируема. Точки разрыва должны быть заменены малыми интервалами времени т, в течение которых происходят резкие изменения анодного тока на величину АЗа = = dz3St а производная 3 а по абсолютной величине очень велика. Такие изменения вызывают скачки тока АЗ и в колебательном контуре. Для нахождения АЗ проинтегрируем выражение (133.7) по одному из интервалов времени т. Поскольку величины 3 и q остаются конечными, при таком интегрировании они в пределе не вносят никакого вклада, и мы получаем
LA3 = — MA3a. (133.8)
Скачки АЗ аналогичны кратковременным толчкам,'действующим на колебательную систему. Если М <С 0, то такие толчки усиливают колебания; если М > 0, то ослабляют. Между двумя последовательными толчками система совершает затухающие свободные колебания. Допустим, что М <С 0. Пусть перед некоторым толчком амплитуда колебаний тока в колебательном контуре равна 30. После толчка она получает приращение | АЗ | = | А1 АЗа 1L | =
= | M3^SIL | и становится равной Зг = 30 + | M3JL |. К следующему толчку колебания приходят с амплитудой
зг=зіЄ-м = (з0+
МЗс
где у = RI(2L), а Т — период колебания. Колебания будут нарастать, если Зг>Зй. Амплитуда колебаний установится, когда 32 = 30. Таким образом, амплитуда установившихся колебаний будет
л-giffi1. (133-9)
Характер установившихся колебаний (т. е. автоколебаний) представлен на рис. 336. Благодаря наличию скачков и затуханию колебания не гармонические. Допустим, однако, что добротность Q колебательного контура очень велика, т. е. уТ<^ 1. Тогда скачки тока 3' станут малозаметными, а автоколебания — практически гармоническими с амплитудой
(133.10)
<7 _ 2 | M3S/L | _ 2Q
0 уТ л
М сг
L*»
Конечно, в реальных ламповых генераторах, характеристики которых — плавные кривые, никаких резких скачков не возникает, колебания непрерывны, хотя и не совсем синусоидальны.
§ 1331
АВТОКОЛЕБАНИЯ. ЛАМПОВЫЙ ГЕНЕРАТОР
599
4. В настоящее время для генерации синусоидальных и несинусоидальных колебаний и их усиления, наряду с электронными лампами, успешно применяются полупроводниковые приборы, обладающие рядом преимуществ по сравнению с электронными лампами. Полупроводниковые приборы не имеют накаливаемого катода и потому потребляют относительно меньшую мощность. Они не требуют вакуума, который может портиться при работе лампы. По этой причине они более долговечны и надежны в работе, чем электронные лампы. Благодаря своим малым габаритам полупроводниковые приборы незаменимы во многих радиотехнических схемах, например в счетно-решающих устройствах. Однако полупроводниковые приборы обладают и рядом недостатков (изменение свойств полупроводников с температурой, усложнения схем из-за малости
входных сопротивлений, шумы, вызываемые случайными изменениями путей токов внутри сопротивлений). По этой причине, когда габариты и вес не являются определяющими, в технике эксперимента пока отдается предпочтение схемам на электровакуумных и газонаполненных приборах. Не останавливаясь на всех этих вопросах, относящихся к области радиотехники, ограничимся краткими замечаниями.
Для усиления и генерации колебаний применяются полупроводниковые приборы не с двумя (как в выпрямителях), а с тремя а более электродами. Рассмотрим полупроводниковый триод (транзистор), содержащий три электрода. Он представляет собой кристалл германия или кремния, в котором введением донорной и акцепторной примесей созданы три области с чередующимися типами проводимости: электронной и дырочной. Существуют два типа транзисторов. В транзисторах п — р — м-типа (рис. 337, а) крайние области обладают электронной, а средняя (база, или основание)—• дырочной проводимостью. В транзисторах р — п — р-типа (рис. 337, б), наоборот, электронной проводимостью обладает база, а дырочной — крайние области. Кристалл снабжен соответствующими металлическими электродами, с помощью которых транзистор включается в цепь.
600-
КОЛЕБАННЯ И ВОЛНЫ
[ГЛ. X
Контактное поле Ел в обоих п — р-переходах направлено от электронного к дырочному полупроводнику (см. § 108). Направление ?к — запорное, противоположное направление — пропускное. Включим транзистор в схему согласно рис. 337, а. Половина, включенная в проходном направлении, называется эмиттером, а включенная в запорном направлении — коллектором. Ширина базы, разделяющей эти половины, всегда мала и измеряется десятками (или даже единицами) микрометров. Электрический ток внутри эмиттера (рис. 337, а) создается главным образом движением электронов.
