Автотербеліс

Автотербеліс (Автоколебание) - сырттан энергия алмастан жүйенің ішіндегі энергия шығыны осы жүйедегі активті элемент есебінен толықтырылғанда жүйеде пайда болатын АВТ өшпейтін тербеліс.

Автотербелістің жиілігі және амплитудасы жүйенің өзіне тән қасиеттері бойынша анықталады. Шамды және транзисторлық генераторлардағы тербелістер осы автотербелістерге жатады.[1] Бұдан бұрын айтып кеткеніміздей, нақты тербелмелі жүйедегі тербеліс энергиясы біртіндеп жылу энергиясына айналады да, еркін тербелістер өшеді. Тербеліс өшпеу үшін энергия шығынын толықтырып отыру керек. Мұның екі жолы бар.

Бірінші жолы — тербелмелі жүйеге периодты түрде сырттан әсер етіп, энергияны толықтырып отыру. Механикалық тербелістерде маятникке сырттан периодты күш, ал тербелмелі контурда периодты кернеу әсер етеді. Мұндай тербелістер сыртқы мәжбүр етуші әсердің (күштің немесе кернеудің) жиілігіндей жиілікпен және сондай заңдылықпен жүреді. Бұл — еріксіз тербелістпер. Мысалы, айнымалы электр тогы еріксіз тербеліске жатады, себебі ол тізбекте айнымалы ток генераторынан алынған айнымалы кернеудің әсерінен пайда болады. Біз күнделікті тұрмыста жиілігі 50 Гц айнымалы токты пайдаланып жүрміз. Келесі тарауда айнымалы токты толық қарастырамыз.

Өшпейтін тербелістердің екінші түрі — автпотербелістер. Олар еріксіз тербелістерден сыртқы периодты әсерді қажет етпейтінімен ерекшеленеді.

Энергия көзі тербелмелі жүйенің өзінде болады да, шығынды толтыратын энергияның берілуін жүйенің өзі реттеп отырады. Сонымен, автотербелістер — сыртқы периодты күштердің әсерінсіз жуйеде жүретін өшпейтін тербелістер.

Автотербелістердің жиілігі мен амплитудасы тербелмелі жүйенің құрылысына байланысты. Кез келген автотербелмелі жүйе мынадай бөліктерден тұрады: энергия көзі, тербелмелі бөлік және клапан. Клапан (кілт) тербелмелі бөлікке оның тербелістеріне сәйкес керек уақытта энергия көзінен келетін энергияны жіберіп, не жауып отырады. Бұл процесті тербелмелі жүйенің өзі автоматты түрде реттеп тұрады.

Электрлік автотербелістердің мысалы ретінде транзисторлы генераторды қарастырайық. Ол тербелмелі контурдан, энергия көзінен және транзистордан тұрады. Алдымен, транзистор деген не екенін еске түсірейік. Бұл — өткізгіштігі әр түрлі үш жартылай өткізгіштен — эмиттерден, базадан және коллектордан түратын триод.

Транзисторлар р— п—р немесе п — р— п типтес болуы мүмкін. Эмиттер мен коллектордың негізгі заряд тасушылары бірдей (мысалы, кемтіктер), ал базаның негізгі заряд тасушыларының таңбасы оған қарама-қарсы (мысалы, электрондар). Транзистор энергия көзін қосып тұратын клапанның (кілттің) рөлін атқарады. Транзисторлы генератор жоғары жиіліктегі (МГц) тербелістерді шығарады, сондықтан кілт өте тез жұмыс істеуі керек және ол инерциясыз болуы тиіс. Транзистор бұл шарттарды толық қанағаттандырады.

Енді генератордьщ жұмысын қарастырайық. Тербелмелі контурдағы энергия шығынын толықтыру үшін оған тұрақты кернеу көзін қосады. Егер ол тербелмелі контурға үнемі қосулы тұрса, периодтың жартысында (кернеу көзінің оң полюсіне конденсатордың оң зарядталған астары қосулы тұрған кезде) конденсаторды үстемелеп зарядтайды да, ал периодтың екінші жартысында конденсатор астарларындағы зарядтың таңбасы өзгеріп, конденсатор разрядталады. Басқаша айтқанда, тербеліс периодының бірінші жартысында энергия контурға берілсе, екінші жартысында кернеу көзіне қайта беріледі. Әрине бұл жағдайда кернеу көзі энергия шығынын толтыра алмайды.

Ал, егер кернеу көзі тербелмелі контурға периодты түрде, конденсатордың оң полюске қосылған астары оң зарядталып тұрған уақытта ғана қосылса, конденсатор тек кана үстемелеп зарядталып отырады. Онда тербелістер өшпейді. Кілтті (транзисторды) осылайша қолдану үшін кері байланыс қажет. Ол үшін индуктивтік катушканы пайдалануға болады. Генератордың жұмыс істеу принципін түсіну үшін оның схемасын карастырайық.

Тұрақты кернеу көзі тербелмелі контурға транзистор арқылы қосылған. Транзистордың Б базасы n-типті жартылай өткізгіш, ал К коллектор мен Э эмиттер р-типті жартылай өткізгіштен жасалған болсын. Эмиттерге оң, коллекторға теріс потенциал берілген. Эмиттер — база-өтуі тура, ал база — коллектор-өтуі кері болады да, тізбекте ток жүрмейді.

Тізбекті тұйықтау үшін базаға эмиттермен салыстырғанда теріс потенциал беру керек және осы кезде конденеатор үстемелеп зарядталу үшін оның үстіңгі астары оң зарядталуы тиіс. Конденсатордың үстіңгі астары теріс зарядталып тұрған кезде тізбектегі токтың болмауы шарт. Ол үшін эмиттермен салыстырғандағы базаның потенциалы оң болуы қажет.

Сонымен, тербелмелі контурдағы конденсаторды қажет кездерде үстемелеп зарядтап, энергия шығынын толықтыру үшін эмиттерлік кернеу контурдағы кернеудің тербелістеріне сәйкес таңбасын периодты түрде өзгертіп отыруы керек. Жоғарыда айтылған кері байланыс, міне, осы үшін қажет. L2 индуктивтік катушка эмиттерлік өтуге қосылған. Бұл катушка тербелмелі контурдың L1 катушкасымен индуктивтік байланыста. Электромагниттік индукцияның нәтижесінде L1 катушканың магнит өрісінің тербелістері Ь2 катушкадағы кернеудің тербелістерін тудырады, сондыктан эмиттерлік өтуде кернеудің тербелістері пайда болады. Тізбек керек кезінде тұйықталып түру үшін эмиттерлік өтудегі кернеу тербелістерінің фазасын дұрыс реттеп алу керек. Контурдағы энергия шығыны энергия көзінен келіп түскен энергиямен теңгерілгенше тербеліс амплитудасы өсе береді. Нәтижесінде өшпейтін стационар тербелістер режимі орнайды. Тербеліс жиілігі Томсон формуласымен анықталады:

.

Қорыта келе автотербелмелі жүйенің негізгі элементтерін атап көрсетейік:

  1. өшпейтін тербелістерді сүйемелдейтін энергия көзі;
  2. тербелмелі жүйе;
  3. клапан, яғни тербелмелі жүйеге көзден келетін энергияны реттейтін бөлік;
  4. кері байланыс қондырғысы.

Автотербелістердің жиіліктері өте кең диапазонда жатыр. Олар радиобайланыста, теледидарда, ЭЕМ-да және т.б. жерлерде пайдаланылады. Электромагниттік тербелістер тірі жанның ағзасына пайдалы да, зиянды да әсер етуі мүмкін. Адам ағзасының кез келген мүшесінің өзіне тән резонанстық жиілігі болады. Сыртқы тербелмелі әсердің жиілігі резонанстық жиілікпен дәл келгенде солкылдау байқалады, ал оның нәтижесі амплитудаға тәуелді. Электромагниттік сәулеленудің адамның психикасына әсер ететіні айқын дәлелденген.

Қазіргі медицинада өте жоғары жиіліктегі электромагниттік тербелістерді колданатын емдік тәсілдер барған сайын кеңінен таралуда. Сонымен қатар оптикалық диапазондағы (УФ-сәулелер) электромагниттік тербелістер де емдеу, диагнозды анықтау үшін пайдаланылып отыр.[2]

ДереккөздерӨңдеу

  1. Қазақ тілі терминдерінің салалық ғылыми түсіндірме сөздігі: Электроника, радиотехника және байланыс. — Алматы: «Мектеп» баспасы, 2007, ISBN 9965-36-448-6
  2. Физика: Жалпы білім беретін мектептің жаратылыстану-Ф49 математика бағытындағы 11 сыныбына арналған оқулық /С. Түяқбаев, Ш. Насохова, Б. Кронгарт, т.б. — Алматы: «Мектеп» баспасы. — 384 бет, суретті. ISBN 9965-36-055-3