Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 7.
Рис. 8.
Рис. 9.
которого емкость С заряжается через сопротивление Я, обычно значительно больше времени разряда емкости через тлеющую лампу. Это происходит потому, что сопротивление Я значительно больше сопротивления лампы во время разряда.
Можно получить простое аналитическое выражение для периода Т1 и для частоты колебаний. Из рис. 9 мы имеем соотношения Уе = У0 (1—е-^/т), 1^ = 1^(1—е-С+Л)/*). Решив эти уравнения
относительно Т1г получим Т1=ЯС\п
Соберите схему, показанную на рис. 7, со следующими параметрами: У0=90 в включается последовательно с транзисторным источником питания, Я=22 Мом, С=0,1 мкф. При Уо=135 в вычислите время 7\, используя значения Уе и Ур полученные из
94
характеристики неоновой лампы NE-2, снятой в Р.1.11. Определите период по секундной стрелке ваших часов и сравните его с вычисленным. Включите сопротивление /?=1 Мом и емкость С= =0,001 мкф и посмотрите форму колебаний на осциллографе. Что произойдет с колебаниями при уменьшении Ко? Почему?
Вы можете построить схему генератора на туннельном диоде, показанную на рис. 3. Возьмите Яг=22 ом, R2=2J ом и Vo=3 в. Активное сопротивление индуктивности должно быть меньше одного ома, для того чтобы диод работал в области отрицательного сопротивления.
Оцените периоды 7\ и Т2 по снятой вами характеристике туннельного диода, как показано на рис. 5. Посмотрите форму волны на осциллографе и сравните измеренные времена с вашими оценками.
Приложение 1.12. Фазовая плоскость
Очень удобно представить нелинейные процессы, рассмотренные в настоящей работе, в виде графика в координатах заряд — ток. В механике аналогичными координатами являются положение и скорость. Плоскость таких координат называется фазовой плоскостью. До рассмотрения релаксационных колебаний мы воспользуемся фазовой плоскостью для обсуждения ПереХОДНЫХ ПрОЦесСОВ В LRC-m- Рис. 10.
почке.
Рассмотрим схему, показанную на рис. 10. Уравнение схемы имеет вид /jR+-§-=0- Используя тождество ~ =-? dl dQ _ dl
^dQ~dt ^ ~Щ и п°Дставляя ег0 в уравнение, получим
dl _ IR+QIC m
[dQ ~ LI ' К }
При Q=Q0 и /=0 в момент *=0 мы получим dl/dQ, равное бесконечности. Это значит, что траектория на фазовой плоскости начинается вертикально. Проинтегрировав (1), можно получить всю траекторию. Для интегрирования удобно перейти к полярным координатам Q=pcosd, /=«epsind, где <o0=l/(LC)V*—частота колебаний.
В новых координатах из (1) имеем
d?__R_ sin2 ft rift ,<y,
p L w0-H#/2L)sin20" '
Если \h=R/2L мало по сравнению с a>o, то, проинтегрировав уравнение (2), получим p = Q0e[*-V*sfti2fli/(uOT з-ра КрИвая графически
95
представлена на рис. 11. Каждый поворот на 2л соответствует периоду колебаний. Из выражения для р видно, что за один период амплитуда уменьшается в е~2ч11ш^=е~т^ раз. Такой же результат был получен в Р. 1.6.
25тн
©
100
0,001
Г01
Рис. 11.
Риг.. 12.
-н-
Г с ІІ
Рис. 13.
—1-1
*« Ъ Ф гОї
Рис. 14.
22
1№?20
При помощи схемы на рис. 12 фазовую диаграмму можно получить на экране осциллографа.
Фазовая диаграмма очень удобна для описания нелинейных явлений, особенно когда невозможно аналитически выразить
отклик систем. Практическим примером является схема, составленная из диода и емкости, показанная на рис. 13.
Релаксационные колебания также можно изобразить на фазовой плоскости. На рис. 14 показан релаксационный генератор с маленьким сопротивлением, включенным последовательно с емкостью для того, чтобы можно было наблюдать фазовую диаграмму. Нарисуйте ожидаемую диаграмму. Соберите схему и наблюдайте действительную диаграмму для различных значений К0.
Для генератора на туннельном диоде (рис. 3) более удобно иметь фазовую плоскость в координатах / и йїіді. Схема, соответствующая этим координатам, показана на рис. 15.
=-«й? 2,7ом 1 1
Рис. 15.
РАЗДЕЛ 2
КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ДИСКРЕТНЫХ И НЕПРЕРЫВНЫХ СРЕДАХ
Работа 2.1. ТРАНЗИСТОР
Мы познакомились с рядом линейных «двухполюсных» элементов: сопротивлением, конденсатором, индуктивностью, а *акже и с несколькими нелинейными элементами. Рабочий режим тщсого элемента можно характеризовать током, протекающим через него, и напряжением (или раз-
он является представителем растущего класса Рис-устройств, называемых
усилителями мощности. В каком смысле можно усиливать мощность? Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим сначала жидкостный усилитель.
На рис. 1 показана схема недавно разработанного жидкостно-струйного регулирующего устройства *), которое является вихревым усилителем мощности.
В вихревом усилителе основной поток протекает по периферии устройства. Жидкость циркулирует в контейнере, образуя вихрь, и выходит через отверстие перпендикулярно плоскости
*) S. W. A n g г i s t, Fluid control devices. Scientific American 211, 80 (1964)
4 А. Поглис 97
ностыо потенциалов) на его полюсах.
В этой и трех следующих работах мы будем изучать поведение замечательного «трехпо-люсного» полупроводникового устройства, а именно плоскостного транзистора. Этот прибор интересует нас, в частности, потому, что
