Теоретическое введение. Ламповый генератор- это радиотехнический прибор, служащий для получения незатухающих электромагнитных колебаний

Ламповый генератор- это радиотехнический прибор, служащий для получения незатухающих электромагнитных колебаний.

Основной частью лампового генератора является колебательный контур, т.е. электрическая цепь, состоящая из индуктивности и ёмкости (рис. 1).

К

Если колебательному контуру сообщить запас энергии, например, зарядить конденсатор от батареи, а затем предоставить контур самому себе, то в нём возникнут электромагнитные колебания.

Пусть в некоторый момент конденсатор был заряжен до какой- то разности потенциалов, а затем источник напряжения был отключён. Конденсатор начнёт разряжаться через катушку индуктивности. Если вместо катушки индуктивности взять короткий провод, обладающий малой индуктивностью, которой мы можем пренебречь, то конденсатор разрядится периодически (рис. 2). При наличии индуктивности процесс будет происходить иначе. Причиной тому является ЭДС самоиндукции, которая возникает в катушке индуктивности при прохождении через неё тока изменяющейся величины.

Если при разрядке конденсатора ЭДС самоиндукции препятствует быстрому нарастанию тока, то, когда разность потенциалов на конденсаторе станет равной нулю, и ток уменьшается, она поддержит спадающий ток, и произойдёт перезарядка конденсатора.

Затем разряд конденсатора начнётся снова, только в обратном направлении и т.д. Таким образом, в цепи состоящей из индуктивности и ёмкости, возникнут колебания: периодические, по гармоническому закону, будут изменяться напряжение и величина заряда на конденсаторе, магнитный поток в катушке, энергия электрического поля в конденсаторе будет переходить в энергию магнитного поля в катушке и обратно. Эти колебания подобны колебаниям свободного математического маятника.

Частота (или период) электромагнитных колебаний в контуре полностью определяется его параметрами L, C и R.

Теория даёт для периода колебаний в контуре, омическое сопротивление которого ничтожно мало, формулу

Т = 2π (формула Томсона)

Свободные колебания, определяющиеся свойствами контура, называются собственными колебаниями контура (рис. 3) являются всегда затухающими из- за неизбежной потери энергии, которая тратится в основном на выделение тепла.

К

Рассмотрим колебательный процесс в этом контуре. В начальный момент времени при t = 0 заряд на обкладках конденсатора q_m. Замыкание контура ключом К приводит к возникновению тока I, который вызовет в катушке ЭДС самоиндукции: .

Используя II закон Кирхгофа для мгновенных значений ЭДС и напряжений, можно записат

E_c = U_R + U_C

-L =U_R + U_C U_C = ; U_R = IR

L + R + q =0 (1) I = ; =

Уравнение (1) – это дифференциальное уравнение затухающих колебаний в контуре.

Решение этого уравнения имеет вид

q = q_me^-βt cos(ωt - φ)

где b - коэффициент затухания

β =

w - угловая частота затухающих колебаний

ω=

w₀ – собственная угловая частота колебаний в контуре

ω₀=

ω =

Период колебаний определяется по формуле

T =

т.к.

T =

Графически зависимость q от времени t можно выразить так (рис.4)

для R₁ для R₂

R₂>R₁ C, L=const

Рис.4

Из графика видно, что чем больше R, тем быстрее колебания затухают.

Так как омическое сопротивление никогда не может равняться нулю, то сам по себе контур не может служить источником непрерывных электромагнитных колебаний. Для получения незатухающих колебаний нужно пополнять энергию контура за счёт какого- либо внешнего источника. Причём это необходимо делать в такт колебаниям, иначе их можно совсем погасить

Современная радиотехника для получения незатухающих колебаний широко применяет ламповые генераторы. Одна из возможных схем лампового генератора представлена на (рис. 5).

Главные составные части его: электронная лампа, колебательный контур, включенный в данном случае в анодную цепь лампы, и источник напряжения. Колебательный контур получает энергию от батареи. Подача энергии от батареи регулируется электронной лампой. Это происходит следующим образом: в цепь сетки включена катушка Ls, которая индуктивно связана с катушкой L колебательного контура. Изменение силы тока в колебательном контуре, создаёт в катушке Ls ЭДС индукции, и между сеткой и катодом лампы возникает переменное напряжение, которое управляет анодным током. Изменение этого напряжения происходит с частотой собственных колебаний контура. В течении половины периода потенциал на сетке положителен, и лампа открыта. Прохождение тока через лампу создаёт условия замыкания колебательного контура с анодной батареей и тем самым пополняется запас энергии контура за счёт анодной батареи. Когда отрицательный потенциал на сетке запирает лампу, эта цепь разрывается, а чтобы колебания в контуре не затухали, необходимо, чтобы значение напряжения на сетке лампы всегда содействовало ходу изменения напряжения и токов в колебательном контуре.

Соединение контура с анодной батареей через лампу производится в промежутке времени, когда знаки зарядов на пластинах конденсатора совпадают с полярностью анодной батареи. Когда же они меняются на противоположные, ток в лампе должен прекратиться. Описанный процесс в радиотехнике называется обратной связью, а катушка Ls – катушкой обратной связи. Существуют ламповые генераторы и других конструкций. С их помощью можно получить электромагнитные колебания самых разнообразных частот и длин волн: от высоких n=10⁹ Гц, l=30 см, до весьма низких n и больших l. Это обуславливает широкое применение ламповых генераторов в технике.