XVI. Театр 18 страница. Релаксационные генераторы

Релаксационные генераторы. Существует широкий класс генераторов, у к-рых пассивные цепи, где возбуждаются и поддерживаются колебания, не обладают колебат. свойствами (контуры с большими потерями и др. апериодич. цепи, напр, комбинации ёмкостей С и сопротивлений R или индуктивностей L и сопротивлений R). В подобных генераторах за каждый период колебаний теряется и вновь пополняется значит, часть всей колебат. энергии. Период генерируемых колебаний при этом определяется временем релаксации (процесса установления равновесия) в этих цепях. Такие генераторы наз. релаксационными. В этом случае форма колебаний определяется совместно свойствами колебат. цепей и активного элемента и может быть весьма разнообразной - от скачкообразных, почти разрывных колебаний (напр., мультивибраторы) до колебаний, сколь угодно близких к гармоническим (RC-генераторы синусоидальных колебаний). Эга особенность релаксационных генераторов широко используется для получения электрич. колебаний спец. формы, напр, прямоугольных импульсов, пилообразного напряжения (рис. 11) и тока, а также для генерации гармонич. колебаний звуковой и сверхнизкой частот.

[ris]

Рис. 11. Пилообразное напряжение.

Тиратронный генератор пилообразного напряжения - простейший релаксационный генератор (рис. 12, а). У тиратрона напряжение зажигания выше напряжения гашения. Его напряжение U изменяется практически линейно со временем до нек-рого макс, значения, а затем достаточно быстро падает до нач. величины (рис. 11). Т. к. вольтамперная характеристика тиратрона обладает падающим участком характеристики (12, 6), то процесс зарядки ёмкости С до напряжения зажигания тиратрона происходит медленно, после чего накопленный на ёмкости заряд быстро разряжается через тиратрон; напряжение на нём падает до значения, при к-ром тиратрон гаснет. При этом внутр. сопротивление тиратрона становится большим, в результате чего зарядка ёмкости С повторяется, и т. д. Период колебаний определяется временем зарядки и разрядки ёмкости, т. е. временем релаксации цепи RC.

[ris]

Рис. 12. а - тиратронный генератор; 6 - вольтамперная характеристика тиратрона.

Высокую степень линейности изменения напряжения на ёмкости можно получить, применяя вместо сопротивления R в тиратронном генераторе устройство (напр., пентод), поддерживающее постоянный ток в процессе зарядки конденсатора, или применяя отрицат. обратную связь. Частотой колебаний тиратронного генератора можно (в известных пределах) управлять, подавая синхронизирующее напряжение на сетку тиратрона.

В тиратронном генераторе за период колебаний происходит полный энергообмен. Вся энергия, запасённая в конденсаторе за время зарядки, расходуется за время его разрядки через тиратрон. В этой системе нет цепей, в к-рых возможны колебат. процессы в отсутствие источников питания.

[ris]

Рис. 13. Мультивибратор на транзисторах Т₁ и Т₂: а - схема, б - форма колебаний.

Мультивибратор на электронных лампах или транзисторах представляет собой двухтактное устройство, в к-ром Г. э. к. осуществляется путём попеременной зарядки и разрядки двух ёмкостей C₁ и С₂ цепей RC с помощью двух взаимосвязанных транзисторов Т₁ и Т₂. В симметричном мультивибраторе (рис. 13, а) транзисторы Т₁ и Т₂ " отпираются" и " запираются" попеременно и так же попеременно происходят зарядка и разрядка ёмкостей С₁ и С₂. При этом резкие скачки напряжений и токов в отд. элементах схемы соответствуют быстрой смене разряда на заряд, отпиранию и запиранию транзисторов (рис. 13, б). Однако эти быстрые процессы протекают так, что запас энергии в ёмкости изменяется непрерывно.

Различные варианты мультивибраторов применяются для получения периодич. напряжений различной формы, необходимых для работы электронных устройств. Период колебаний определяется временами релаксации цепей, содержащих транзисторы. Колебания возможны лишь за счёт поддержания в системе непрерывно сменяющихся процессов зарядки и разрядки в цепях RC, не обладающих собственными колебательными свойствами.

RC-генератор синусоидальных колебаний также не содержит колебат. цепей. Однако за счёт выбора цепи управления активным элементом (электронной лампой, транзистором) условия Г. э. к. выполняются лишь для одного гармонич. колебания с частотой, определяемой временем релаксации цепочек RC (рис. 14). Напр., в RC-генераторе с электронной лампой термистор поддерживает усиление лампы на уровне, лишь немного превышающем критич. уровень, соответствующий условию самовозбуждения. С ростом тока растёт темп-pa термистора и увеличивается его сопротивление, что, в свою очередь, ведёт к снижению крутизны характеристики лампы за счёт возникновения отрицат. обратной связи. Т. к. работа при этом происходит практически на линейной части характеристики лампы, то условия Г. э. к. будут выполняться лишь для одной частоты.

Рис. 14. RС - генератор синусоидальных колебаний; Т - термистор; r - сопротивление нагрузки.

[ris]

В подобном устройстве происходит полный энергообмен за каждый период колебания. При отключении источника питания колебания исчезают, и в системе могут иметь место лишь апериодич. релаксационные процессы. С помощью RC-генератора получают гармонич. колебания в диапазоне частот от долей гц до десятков и сотен кгц. RC-генерато-ры широко применяются как источники эталонных колебаний.

Генератор Ганна представляет собой небольшой (~100 мкм) монокристалл полупроводника, через к-рый пропускается постоянный ток. При плотностях тока, создающих в полупроводнике напряжённость поля не менее 300 кв/м (3 ке/см), в объёме полупроводника возникают нестационарные процессы, приводящие к появлению сверхвысокочастотной переменной составляющей тока, текущего через полупроводник, и к возникновению на электродах переменного напряжения СВЧ (см. Ганна эффект).

В генераторе Ганна энергия источника постоянного тока преобразуется в коле-бат. энергию в кристалле, к-рый одновременно играет роль и колебат. системы, и активного элемента. Отсутствием высокодобротного резонатора можно объяснить немонохроматичность колебаний. Спектральная линия, соответствующая основной частоте, широка; кроме того, одновременно возбуждается большое число побочных частот. С помощью генераторов Ганна, к-рые могут применяться как маломощные гетеродины, удаётся осуществлять Г. э. к. частотой от 100 Мгц до 10 Гги. и мощностью до 10 Мет (при непрерывном генерировании) и сотен вт (при импульсной работе). Генераторы Ганна компактны и перспективны в микроэлектронике. Основное ограничение генерируемой мощности - нагревание кристалла при прохождении через него значит, постоянных токов.

Преобразователи частоты. К ним можно отнести нек-рые типы квантовых генераторов радиодиапазона (мазеров) и оптич. диапазона (лазеров), в к-рых создание возбуждённых состояний происходит за счёт поглощения электромагнитного излучения (накачки) с частотой, существенно превышающей частоту генерируемых колебаний. Эти генераторы можно рассматривать как вторичные, преобразующие энергию колебаний накачки в колебания определённой частоты, определяемой режимом и свойствами активного вещества. Так, в радиочастотном парамагнитном мазере накачка на частоте в 10 Ггц позволяет генерировать колебания с частотой до 5 Ггц со стабильностью частоты, определяемой лишь стабильностью темп-ры и магнитного поля (см. Квантовый усилитель).

В твёрдотельных лазерах на рубине или неодимовом стекле поглощение широкого спектра колебаний в области зелёной и синей части спектра приводит к генерации узкой спектральной линии с длиной волны лямбда = 6943 А (для рубинового лазера) и лямбда = 10 582 А (для лазера с неодимовым стеклом).

Преобразователями частоты являются также параметрические генераторы. Параметрические генераторы радиодиапазона представляют собой резонансную келебат. систему - контур или объёмный резонатор, в к-ром один из энергоёмких (реактивных) параметров L или С зависит от приложенного напряжения или протекающего тока. При периодич. изменении одной из величин С или Z, с помощью внеш. колебаний (накачки) частоты v _н в контуре могут возбуждаться и поддерживаться колебания частоты v = 1/2 v _H. Наиболее широко распространены маломощные параметрич. генераторы с переменной ёмкостью, созданной запертым полупроводниковым диодом спец. конструкции (параметрическим диодом). Применение многоконтурных схем позволяет генерировать колебания с частотой, не связанной жёстким соотношением с частотой накачки, и тем самым осуществлять преобразование энергии исходных колебаний одной частоты в энергию колебаний требуемой частоты (см. Параметрическое возбуждение и усиление электрических колебаний).

Аналогичный принцип используется для возбуждения колебаний оптического диапазона. Однако в этом случае параметрические явления носят волновой характер и осуществляются не в колебательном контуре, а в анизотропном кристалле (см. Параметрические генераторы света).

Лит.: Бонч-Бруевич М. Л., Основы радиотехники, М., 1936; Xаркевич А. А., Автоколебания, М., 1954; Теодорчик К. Ф., Автоколебательные системы, М., 1952: Горелик Г. С., Колебания и волны, 2 изд., М., 1959.

В. В. Мигулин.

ГЕНЕТИКА. Содержание:

Основные этапы и направления развития, предмет и методы генетики

Основные понятия и законы генетики

Генетика и эволюция

Генетика и практика

Основные центры генетических исследований и органы печати

Литература

Генетика (от греч. genesis - происхождение)- наука о законах наследственности и изменчивости организмов. Важнейшая задача Г.- разработка методов управления наследственностью и наследственной изменчивостью для получения нужных человеку форм организмов или в целях управления их индивидуальным развитием.