Лекция ПРОКАРИОТЫ

Автоколивання. Генератор незатухаючих коливань на транзисторі

Мета. Розкрити суть затухання електричних коливань. Дати учням поняття автоколивань. Розглянути принцип дії генератора незатухаючих електромагнітних коливань, як автоколивальної системи.

Демонстрація:незатухаючі електромагнітні коливання в генераторі на транзисторі.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

ХІД УРОКУ

І. Актуалізація опорних знань.

Питання до класу:

1. Чи може амплітуда сили струму під час резонансу в коливальному контурі з активним опором R перевищити силу постійного струму в колі з таким самим активним опором і постійною напругою, що дорівнює амплітуді змінної напруги?

2. Чому дорівнює різниця фаз між коливаннями сили струму і напруги в умовах резонансу?

3. За якої умови резонансні властивості контуру виявляються виразніше?

 

ІІ. Мотивація навчальної діяльності, оголошення теми і мети уроку.

ІІІ. Сприймання навчального матеріалу.

 

1. Затухаючі електромагнітні коливання. Автоколивання.

Вільні коливання, розглянуті в попередніх парагра­фах, є певною ідеалізацією. Реальний коливальний кон­тур завжди чинить певний опір електричному струмові. Тому частина наданої контуру енергії безперервно пере­творюється у внутрішню енергію проводів. Крім того, як ми пізніше дізнаємося, частина енергії випромінюється в навколишній простір. Це означає, що вільні електро­магнітні коливання в контурі практично завжди є за­тухаючими. Чим більший опір контуру, тим швидше відбуваються затухання. Якщо опір контуру дуже великий, коливання взагалі можуть і не виникнути — конденсатор розрядиться, а перезаряджання його не відбудеться.

Для технічного використання електромагнітних ко­ливань необхідно, щоб ці коливання існували тривалий час, тобто потрібно зробити їх незатухаючими. Для цього слід енергію, яку втрачає контур, увесь час попов­нювати від побічного джерела. З подібною задачею ви вже зустрічалися, коли розглядали способи отримання незатухаючих механічних коливань.

Щоб дістати незатухаючі електромагнітні коливан­ня, достатньо у коливальний контур увімкнути джерело змінної ЕРС. Ця ЕРС викликатиме в контурі вимушені коливання заряду (сили струму і напруги) з частотою, що дорівнює частоті змін ЕРС джерела. Під час вимуше­них коливань енергія підводиться до контуру безперерв­но, внаслідок чого ці коливання будуть незатухаючими. Таке джерело змінної ЕРС, яке підтримує незатухаючі електромагнітні коливання в реальному контурі, нази­вають генератором електромагнітних коливань.

Особливо важливі і широко вживані так звані елек­тромагнітні автоколивання — незатухаючі коливання, які підтримуються в коливальній системі не за рахунок періодичного зовнішнього впливу, а в результаті здат­ності коливальної системи самій регулювати надхо­дження енергії від постійного зовнішнього джерела. Такі системи називаються автоколивальними. Добре відомим вам прикладом механічної автоколивальної системи є звичайний годинник із маятником.

 

В автоколивальних системах незатухаючі електрич­ні коливання виникають під дією процесів, які від­буваються всередині системи, і для їх підтримання не потрібно жодних зовнішніх впливів. До складу авто­коливальних систем входить джерело енергії, достатньо енергомістке, щоб втрати енергії за кілька коливань були значно меншими за повний запас енергії джерела. У випадку електричних автоколивань таким джерелом може бути акумуляторна батарея чи інше джерело ЕРС. Це джерело періодично вмикається самою системою і в неї вводиться певна енергія, щоб скомпенсувати втрати на нагрівання провідників, що й робить коливання неза­тухаючими.

Оскільки коливання в автоколивальних системах вста­новлюються під впливом процесів, які відбуваються всередині системи, то вони виникають самодовільно (самозбудження), під дією випадкових малих впливів, які виводять систему з рівноваги. Виникаючі малі коли­вання самодовільно наростають, і врешті-решт у системі встановлюються коливання, властивості яких (частота, амплітуда, фаза тощо) визначаються властивостями самої системи і не залежать від початкових умов. Цим автоколивання принципово відрізняються від вимуше­них електромагнітних коливань, частота яких збігається з частотою зовнішньої ЕРС, а амплітуда коливань зале­жить від амплітуди цієї ЕРС.

 

2. Генератор незатухаючих коливань.

Електричні автоколивальні системи надзвичайно широко використовуються в сучасній техніці для отри­мання незатухаючих електромагнітних коливань висо­кої частоти. Принцип дії цих систем значною мірою збі­гається з принципом дії механічних автоколивальних систем. Електрична автоколивальна система містить коливальний контур, підсилювач коливань і джерело електричної енергії (батарею). Між коливальним конту­ром і підсилювачем має існувати зворотний зв'язок — коливання з контуру надходять у підсилювач, підси­люються за рахунок джерела енергії і повертаються назад у коливальний контур. Дуже важливо, щоб коливання, які надходять від підсилювача в контур, збігалися за фазою з коливаннями у самому контурі.

Існує багато автоколивальних систем як з електрон­ними лампами, так і з транзисторами. На мал. 2 показано спрощену схему електричної автоколивальної системи — автогенератора електромагнітних коливань

 

Автоколивальна система електричних коливань	Автоколивальна система механічних коливань

Мал. 2.

 

на транзисторі. Коливальний контур LС увімкнено до джерела постійної ЕРС послідовно з транзисто­ром. В емітер — базове коло транзистора — увімкнута котушка L_з.з., індуктивно пов'язана з коливальним контуром. Цю котушку називають котушкою зворотного зв'язку. Паралельно коливальному контуру увімкнутий електронний осцилограф для спостереження електро­магнітних коливань. Генератор живиться від джерела постійної напруги.

Працює автогенератор на транзисторі так. Під час вмикання джерела живлення через транзистор прохо­дить імпульс струму і, який заряджає конденсатор кон­туру. В результаті в коливальному контурі виникають вільні електромагнітні коливання. Змінний струм, про­ходячи котушкою контуру, індукує на кінцях котушки зворотного зв'язку змінну напругу U_с. (мал. 3, а). Ця напруга подається на емітерний перехід транзистора. Внаслідок цього через транзистор проходять імпульси сили струму, тривалість яких залежить від режиму ро­боти транзистора. На мал. 3, б показані імпульси сили струму, які тривають протягом півперіоду генеро­ваних коливань. У перший півперіод коливання, коли емітерний перехід вмикається в прохідному напрямі, в колекторному колі транзистора йде струм. Цей струм збігається за напрямом зі струмом у котушці контуру. В результаті сила струму в котушці наростає і відбу­вається підзарядка конденсатора, тобто компенсуються втрати енергії в контурі.

В наступний півперіод, коли струм у контурі змінить напрям, на емітерний перехід транзистора з котушки зворотного зв'язку подається напруга протилежного знаку. Емітерний перехід вмикається в запірному напрямі, що призводить до зникнення струму в колекторі, тобто до запирання транзистора. Коливальний контур протягом півперіоду від'єднується від джерела напруги.

У наступний півперіод процес повторюється. Таким чином, роль транзистора зводиться до вмикання і вими­кання джерела постійної напруги, за рахунок енергії якого у контурі підтримуються незатухаючі коливання. На мал. 3, в заштриховані площі пропорційні енергії, яка надходить у контур за кожен період коливань.

Може здатися, що з кожним періодом амплітуда коливань в контурі зростатиме до безмежності. Так би воно й було, якби сила струму емітера могла безмежно зростати при збільшенні напруги на емітерному перехо­ді. Проте внаслідок насичення в транзисторі амплітуда коливань не може зростати до безмежності, встано­виться цілком певне її значення для даного режиму роботи генератора. Амплітуда автоколивань повністю визначається параметрами автоколивальної системи.

Щоб коливання, які почалися в контурі після зами­кання колекторного кола, перетворилися в незатухаючі, необхідно, щоб у колі емітера коливання збігалися за фазою з коливаннями в контурі. Адже вони можуть ви­явитися і в протифазі і тоді автоколивання не виникнуть.

Частота коливань у контурі визначається індуктивністю L контуру і ємністю С конденсатора відповідно до формули Томсона:

 

(1)

 

Мал. 3.

 

 

За малих L і С частота коливань велика. Виявити коливання у генераторі (збудження генератора) можна за допомогою осцилографа, якщо подати на його вертикально відхиляючі пластини напругу з конденсатора.

Генератори незатухаючих коливань на транзисторах характеризуються великою надійністю в роботі, мають високий ККД, можуть працювати від малопотужних джерел живлення за надзвичайно низьких напруг на колекторі, дають змогу широко варіювати частоту, інтенсивність і форму коливань.

 

ІV. Закріплення.

Питання до класу:

1. Накресліть схему транзисторного автогенератора і поясніть принцип утворення в ньому незатухаючих коливань.

2. Яку роль віді­грає транзистор у схемі генератора?

 

V. Підсумок уроку.

 

Виставляються та мотивуються оцінки. Даються відповіді на запитання учнів.

 

VІ. Домашнє завдання.

 

§§ 12, 13 — №№ 946, 950.

Лекция ПРОКАРИОТЫ

 

К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водо­росли.

 

Бактерии

 

Это мельчайшие организмы, обладающие клеточным строением. Диаметр бактериальной клетки составляет в среднем около 1 мкм. Размеры же клеток сильно варьируют в пределах от 0.1 до 10 мкм.

Изучением бактерий занимается бактериология – одна из дисциплин в науке микробиологии, которая помимо бакте­рий включает вирусологию и микологию.

Обратимся к схематическому рисунку прокариотной клетки.