Автоколебания

Рис. 21.25

Системы, совершающие незатухающие колебания за счет действия источника энергии, не обладающего колебательными свойствами, называются автоколебательными. Любая автоколебательная система состоит из следующих основных частей (рис. 21.25): 1) источника энергии, компенсирующего потери энергии на преодоление сил сопротивления; 2) колебательной системы; 3) "клапана" — устройства, дозировано регулирующего подвод энергии в колебательную систему; 4) обратной связи — устройства, управляющего работой клапана с помощью процессов, протекающих в колебательной системе.

Рассмотрим в качестве примера модель электромеханической автоколебательной системы (рис. 21.26). В этом случае источником энергии служит батарея E, колебательной системой — пружинный маятник M, клапаном — контакт-прерыватель K, а обратная связь осуществляется с помощью электромагнита ЭМ, притягивающего стальной шарик маятника. В начальный момент контакт замкнут, по цепи протекает ток, и шарик маятника притягивается к электромагниту; при этом контакт разрывается и маятник приходит в колебательное движение. При возвращении шарика в исходное состояние контакт снова замыкается, и колебания возобновляются.

Рис. 21.26

Аналогичные автоколебательные механизмы используют также в механических часах, отбойных молотках, двигателе внутреннего сгорания и других устройствах.

Принято различать положительную и отрицательную обратную связь.

В случае положительной обратной связи направления внешней силы и скорости колебательной системы совпадают. В этом случае источник энергии производит над колебательной системой положительную работу, т.е. передает ей энергию.

В случае отрицательной обратной связи направления внешней силы и скорости взаимно противоположны и колебания системы затухают быстрее, чем в отсутствие обратной связи.

В рассматриваемом примере знак обратной связи можно изменить, перемещая электромагнит.