С ростом амплитуды
колебаний, уменьшается, стремясь к нулю. Значит рост
амплитуды будет замедляться, пока не прекратится совсем. При этом
и
обратятся
в ноль. Следовательно, условие
и определяет
установившееся значение амплитуды
, которое не зависит от
начальных условий. Заметим, что в процессе установления амплитуды, частота
. Конкретный закон изменения амплитуды
определяется характером нелинейной зависимости
(она
должна быть задана).
Для получения
аналитического решения нелинейного уравнения часто используется квадратичная
апроксимация средней крутизны. , что даёт
, где
. Таким
образом, уже в этих выражениях фигурирует установившееся значение амплитуды
. Если нас интересует именно оно, то
уравнение можно не решать. Подставляя написанное выражение для
в нелинейное уравнение, мы получим хорошо
изученное уравнение Бернулли.
Для генераторов, работающих
в непрерывном режиме, конкретный закон установления амплитуды нас мало
интересует. Важно, что амплитуда установится. В импульсных генераторах
стараются уменьшить время установления. Для этого делают контур с меньшей
добротностью и обеспечивают такую положительную обратную связь, чтобы . Тогда в контур будет поступать энергии
значительно больше, чем нужно для компенсации потерь, и колебания будут
нарастать быстрее.
В генераторах с колебательным контуром ток через транзистор обычно не синусоидален (особенно в мощных генераторах). Тем не менее, напряжение на колебательном контуре близко к синусоидальнему, поскольку сам контур отфильтровывает гармоники напряжения.
7.4. Метод фазовой плоскости.
Это один из методов, в основном, качественного анализа процессов в нелинейных цепях с несколько других позиций. До сих пор мы использовали естественный подход и анализировали качественную картину развития процессов во времени. В методе фазовой плоскости время явно не фигурирует. Рассмотрим идею метода очень коротко.
Фазовая плоскость есть
плоскость, координатами которой выступают переменная и её производная по
времени, например, перемещение и скорость. В теории цепей чаще всего в качестве
координат выступают напряжение (или ток) и её
производная
. Каждая точка фазовой плоскости отображает
определённое состояние цепи. Непрерывная совокупность точек даёт линию, фазовую
траекторию. Приведём несколько типичных примеров процессов. Фазовые траектории этих
процессов изображены на рис. 7.16. Цифры у траекторий соответствуют номеру
примера, а стрелка указывает направление движения точки.
1. . На фазовой плоскости имеем точку, на оси
.
2. . Фазовая траектория есть линия, параллельная
оси
.
3. . Экспоненциальный процесс, например,
разряд конденсатора (
). Фазовая траектория есть прямая
линия, проходящая через начало координат. Точка в начале координат называется
узлом.
4. . Процесс заряда конденсатора через
сопротивление. Фазовая траектория при
представляет
отрезок прямой. Конечная точка отрезка (
) отражает
устойчивое состояние равновесия.
5. . Колебательный гармонический процесс.
Фазовая траектория есть эллипс. Траектория замкнута, поскольку процесс периодический.
Точка в начале координат называется центром.
6. . Гармонический процесс с переменной
амплитудой, нарастающей (
) и убывающей (
). Амплитуда меняется медленно, если
. Фазовые траектории образуют логарифмические
спирали. Точка в начале координат называется фокусом. Если
, то фокус неустойчивый, спираль
раскручивается. В противном случае мы имеем устойчивый фокус, спираль
свёртывается.
Отметим некоторые общие
свойства фазовых траекторий, отражающие тенденцию развития процессов. В верхней
полуплоскости и напряжение растёт. Поэтому
точка, изображающая состояние системы, движется направо по траектории. В нижней
полуплоскости – наоборот.
Точки траекторий, в
которых , отображают возможные состояния равновесия.
Однако это условие лишь необходимое, но не достаточное, что иллюстрируют
приведённые примеры фазовых траекторий. На рис. 7.17 приведены участки фазовых
траекторий вблизи устойчивого и неустойчивого узла. Устойчивое равновесие
получается тогда, когда
.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.