Электромагнитные колебания (Лабораторная работа № 19), страница 3

Получение незатухающих электрических колебаний демонстрируют с помощью лампового генератора. Генератор состоит из колебательного контура (рис.3), трёхэлектродной лампы (со сдвоенными электродами), выпрямителя ВУП-2, с помощью которого можно регулировать напряжение в анодной цепи; дроссельной катушки, включенной в анодную цепь лампы и имеющей индуктивную связь с катушкой колебательного контура.

Для обнаружения колебаний, возникающих в колебательном контуре, добавочную обмотку (красного цвета), намотанную поверх дроссельной катушки, присоединяют к зажимам гальванометра.

Перед включением установки в сеть батарея конденсаторов включают на полную ёмкость и полностью включают всю обмотку дроссельной катушки. Через некоторое время после включения выпрямителя в сеть, когда прогреются катоды лампы, генератор начинает действовать. Если размах колебаний стрелки гальванометра недостаточно велик, увеличивают напряжение в анодной цепи, поворачивая ручку регулятора по часовой стрелке. Если колебания не возбуждаются, надо уменьшить ёмкость батареи конденсаторов и, как только колебания возникнут, снова увеличить ёмкость до максимальной величины.

Особенность этой схемы состоят в том, что колебательный контур в ней включен не в анодную цепь, а в цепь сетки и поэтому свободен от постоянной составляющей анодного тока. Такое включение значительно облегчает понимание работы генератора незатухающих колебании.

Для объяснения действия генератора указывают, что для получения незатухающих колебаний необходимо периодически возмещать необратимые потери энергии в контуре, приводящие к затуханию. Для этого колебательный контур посредством катушки, включенной в анодную цепь, связан с источником энергии. Чтобы порции энергии, поступающие от источника, были своевременными, эта катушка определенным образом индуктивно связана с сеткой лампы, выполняющей  роль электронного выключателя.

В процессе колебаний, совершающихся в колебательном контура, происходит периодическое повышение и понижение потенциала сетки относительно катода. При повышении потенциала сетки ток усиливается, а при понижении – ослабевает. Но при всяком  изменении анодного тока в катушке контура индуцируется электрическое поле. Оно создает в катушке контура добавочную ЭДС, которая и восполняет потери энергии, если только направление индуцированного вихревого электрического поля совпадает с направлением тока в витках катушки.

Рассмотрим момент, когда ток в катушки контура направлен вверх. Очевидно, при этом потенциал сетки повышается и происходит усиление анодного тока. Если катушка обратной связи включена в анодную цепь, как показано на схеме, то создаваемое ею магнитное поле, как следует из правила Ленца, будет индуцировать в катушке контура электрическое поле, совпадающее по направлению с током и поддерживающее его.

В течение второй половины периода ток в катушке колебательного контура направлен вниз и потенциал сетки понижается. В катушке обратной связи ток ослабевает и в катушке колебательного контура вновь индуцируется электрическое поле, также совпадающее по направлению с током в катушке контура.

Для возбуждения колебания необходим достаточно сильный импульс анодного тока в катушке обратной связи, правильно связанной с катушкой колебательного контура. Этот импульс возникает в момент замыкания анодной цепи. Легко показать, что без такого импульса колебания могут и не возникнуть. Для этого во время действия генератора ручкой потенциометра уменьшают напряжение в анодной цепи до нуля, вследствие чего колебания прекращаются. Далее плавно и медленно вновь увеличивают анодный ток и показывают, что при этом колебания не возникают. Достаточно, однако, выключателем разомкнуть и вновь замкнуть анодную цепь, чтобы генератор сразу начал действовать. При этом надо заменить направление первоначального отброса стрелки.

.                                 

ОПЫТ № 4

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕЗОНАНС

Оборудование: звуковой генератор, батарея конденсаторов, катушка от универсального трансформатора на 12 В, громкоговоритель, соединительные провода лампочка на 3,5В.

Установку собирают по схеме изображенной на рис.4. При демонстрации опыта к зажимам звукового генератора подключают громкоговоритель, который сигнализирует об изменении частоты электрических колебаний в цепи, содержащей емкость, индуктивность и лампу. Последняя является индикатором резонанса.

Для опыта можно подобрать разные индуктивности и емкости. Например, можно применить катушку от универсального трансформатора на 12 В, установленную на сердечнике без ярма, и конденсатор емкость 2 мкф. Тогда резонанс будет при частоте в несколько килогерц.