Головна ⇒ 📌Плани-конспекти уроків по фізиці ⇒ Генератор незатухаючих електромагнітних коливань

Генератор незатухаючих електромагнітних коливань

2-й семестр

ЕЛЕКТРОДИНАМІКА

4. Електромагнітні коливання й хвилі

УРОК 9/51

Тема. Генератор незатухаючих електромагнітних коливань

Мета уроку: ознайомити учнів з одним зі способів утворення незатухаючих електромагнітних коливань.

Тип уроку: комбінований урок.

ПЛАН УРОКУ

Контроль знань	4 хв.	1. Принцип дії трансформатора. 2. Холостий хід трансформатора. 3. Робота трансформатора під навантаженням.
Демонстрації	3 хв.	Незатухаючі електромагнітні коливання в генераторі на транзисторі.
Вивчення нового матеріалу	26 хв.	1. Незатухаючі коливання. 2. Автоколивальні системи. 3. Генератор на транзисторі.
Закріплення вивченого матеріалу	12 хв.	1. Якісні питання. 2. Навчаємося розв’язувати задачі.

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Незатухаючі коливання

Реальний коливальний контур чинить певний опір електричному струму. Тому частина переданої контуру енергії безупинно перетворюється у внутрішню енергію проводів, що розсіюється в навколишньому

просторі. Чим більше опір контуру, тим швидше загасають коливання. Якщо опір контуру дуже великий, коливання взагалі можуть і не виникнути – конденсатор розрядиться, а перезаряджання не відбудеться.

Щоб коливання не загасали, необхідно поповнювати енергію контуру, заряджаючи конденсатор від джерела постійного струму. Але якщо джерело буде увесь час підключено до конденсатора, то конденсатор лише буде обмінюватися енергією із джерелом. Щоб цього не відбувалося, контур може бути підключений до джерела тільки в ті моменти, коли обкладка конденсатора, що приєднана до позитивного полюса джерела струму, заряджена позитивно. Під час коливань знак заряду на обкладках періодично змінюється, отже, ключ повинен замикати й розмикати коло із частотою, що дорівнює частоті електромагнітних коливань контуру, тобто кілька мільйонів за секунду. Замикати з такою частотою механічний ключ не можна, тому в радіотехніці використовують транзистор.

2. Автоколивальні системи

Очевидно, що для заповнення зменшення енергії в коливальній системі необхідно мати джерело, за допомогою якого поповнювалася б її енергія. При цьому важливо виконати дві умови:

1) енергія, що надходить від джерела в коливальну систему за період, має точно дорівнювати енергії, що за цей час необоротно перетворюється в інші види енергії;

2) енергія повинна надходити в коливальну систему в такт, тобто узгоджено за фазою з вільними коливаннями, що відбуваються в системі.

O Системи, у яких генеруються незатухаючі коливання за рахунок надходження енергії від джерела усередині системи, називаються автоколивальними.

O Незатухаючі коливання, що існують у системі без впливу на неї зовнішніх періодичних сил, називаються автоколиваннями.

Будь-яка автоколивальна система складається із чотирьох елементів:

1) джерела енергії, за рахунок якого підтримуються незатухаючі коливання (у генераторі на транзисторі це джерело постійної напруги);

2) клапана – пристрою, що регулює надходження енергії від джерела в коливальну систему (у генераторі роль клапана відіграє транзистор);

3) коливальної системи, тобто тієї частини автоколивальної системи, у якій безпосередньо відбуваються коливання (у генераторі на транзисторі це коливальний контур);

4) пристрою, що забезпечує зворотний зв’язок, за допомогою якого коливальна система управляє клапаном (у генераторі на транзисторі це індуктивний зв’язок котушки контуру з котушкою в колі емітер-база).

3. Генератор на транзисторі

Розглянемо одну з найпоширеніших автоколивальних систем – генератор на транзисторі.

Джерелом енергії є джерело струму, а коливальною системою – коливальний контур. Пристроєм, що регулює надходження енергії від джерела в коливальну систему, у генераторі є транзистор.

А хто ж керує роботою самого транзистора? Звідки транзистор “може знати”, коли потрібно замикати або розмикати коло? Кращий варіант, якщо роботою транзистора будуть управляти коливання в контурі, тоді енергія від джерела струму буде надходити в контур, коли це потрібно. Інакше кажучи, необхідно забезпечити зворотний зв’язок у системі. Такий зворотний зв’язок можна зробити, наприклад, індуктивним: якщо між емітером і базою транзистора увімкнути котушку L3B, на яку буде діяти магнітне поле котушки контуру, то напруга між емітером і базою буде змінюватися в такт із коливаннями в контурі. Тому транзистор “відкриватиме” коло протягом певної частини періоду коливань.

Існує багато типів автоколивальних електричних систем. Без них не можна навіть уявити системи зв’язку, радіолокацію, комп’ютери й т. ін.

На рисунку:

1 – джерела постійного струму;

2 – транзистор;

3 – коливальний контур;

4 – котушка, що забезпечує зворотний зв’язок

ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Перший рівень

1. Опишіть властивості p-n-переходу в напівпровідниках.

2. Яку роль у генераторі незатухаючих електромагнітних коливань відіграє транзистор?

3. Наведіть приклади автоколивальних систем.

Другий рівень

1. Як улаштований транзистор?

2. У чому полягає відмінність автоколивань від вимушених коливань та від вільних?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Якісні питання

1. Від чого залежить частота коливань, що виникають у генераторі на транзисторі? амплітуда цих коливань?

2. Чому дорівнює частота електромагнітних коливань, що відбуваються в генераторі?

2). Навчаємося розв’язувати задачі

Ємність конденсатора коливального контуру 0,01 мкФ. Конденсатор зарядили до напруги 40 В и з’єднали з котушкою індуктивності. У контурі виникли загасаючі коливання. Яка кількість теплоти виділилася за час повного загасання коливань?

ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ

– Системи, у яких генеруються незатухаючі коливання за рахунок надходження енергії від джерела усередині системи, називаються автоколивальними.

– Незатухаючі коливання, що існують у системі без впливу на неї зовнішніх періодичних сил, називаються автоколиваннями.

– Будь-яка автоколивальна система складається із чотирьох елементів: 1) джерела енергії; 2) клапана; 3) коливальної системи; 4) пристрою, що забезпечує зворотний зв’язок.

Домашнє завдання

Підр-1: § 33; підр-2: § 16 (п. 3).