on-line
Сейчас на сайте 0 пользователей и 5 гостей.
Вход в систему
Яндекс.Метрика

§67 Автоколебания. Параметрические колебания.

67.1 Примеры автоколебательных систем

 В некоторых «саморегулирующихся» системах незатухающие колебания могут поддерживаться постоянной внешней силой. Такие системы называются автоколебательными, а их поведение называется автоколебаниями.
 По-видимому, простейшая автоколебательная система показана на рис. 636.


рис. 636

 В бак через трубу А с постоянной скоростью наливается вода, при этом уровень воды в баке h возрастает со временем по линейному закону (рис. 636 б). Через дно бака пропущена изогнутая труба (сифон) C, второе колено которого немного не доходит до дна бака. Когда уровень воды в баке (и в изогнутом колене) достигает верхней точки сифона, вода через изогнутую трубку выливается из бака.
 Таким образом, уровень воды в баке изменяется по периодическому закону, который, естественно, отличается от гармонического.

рис. 637

 Период колебаний уровня воды в баке зависит как от внешних условий (скорости наливания воды), так и от параметров самой колебательной системы, размеров бака, диаметра трубки сифона, ее высоты. Важно подчеркнуть, что в данной системе существует механизм, автоматически регулирующий изменение уровня воды − когда уровень воды достигает высшей точки − бак автоматически опустошается. Поэтому данная система является автоколебательной.
Такой же принцип работы заложен в генератор электрических колебаний, показанный на рис. 638.

рис. 638

 Регулирующим элементом в этой системе является неоновая лампочка − диод D. Если на напряжение на лампе меньше некоторого напряжения U1 (которое называется напряжением зажигания), то газ в лампе является практически идеальным изолятором, в этом случае электрический ток через лампочку не проходит. При достижении напряжения зажигания в газе возникает электрический разряд, при этом газ ионизируется и становится хорошим проводником, при этом электрическое сопротивление лампы падает практически до нуля.
 Принцип работы показанного генератора следующий: конденсатор С подключен через резистор R1 к источнику постоянной ЭДС, значение которой превышает напряжение зажигания неоновой лампочки.

рис. 639

 Изначально незаряженный конденсатор заряжается, напряжение на нем возрастает, напряжение на лампочке равно напряжению на конденсаторе, так как ток через нее не идет. Когда это напряжение достигает значения напряжения зажигания, вспыхивает электрический разряд, лампа «открывается» и конденсатор разряжается через резистор R2 и лампочку, напряжение на нем резко падает до напряжения Uo, при котором газовый разряд прекращается. После этого процесс повторяется сколько угодно раз (пока не разрядится батарейка). Таким образом, напряжение на конденсаторе, а так же ток через лампочку изменяются по периодическому (но не гармоническому) закону. В этой колебательной системе период колебаний зависит от ЭДС источника, сопротивлений резисторов, емкости конденсатора. Наличие внутреннего механизма, регулирующего характер протекающих процессов, делает эту систему автоколебательной.
 Автоколебания лежат в основе многих явлений природы: колебания листьев растений под действием равномерного потока воздуха; образование турбулентных потоков на перекатах и порогах рек; голоса людей, животных и птиц образуются благодаря автоколебаниям, возникающим при прохождении воздуха через голосовые связки; действие регулярных гейзеров и пр.
 На автоколебаниях основан принцип действия большого количества всевозможных технических устройств и приспособлений, в том числе: работа всевозможных часов, как механических, так и электрических; звучание всех духовых и струнно-смычковых музыкальных инструментов; действие всевозможных генераторов электрических и электромагнитных колебаний, применяемых в электротехнике, радиотехнике и электронике; работа поршневых паровых машин и двигателей внутреннего сгорания и др.