ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер 25.5: Автоколебания

План решения:

Для объяснения роли транзистора в генераторе автоколебаний необходимо рассмотреть два ключевых аспекта: источник энергии и механизм обратной связи. Транзистор выступает не просто как усилитель сигнала, а как управляемый клапан, который регулирует поток энергии от источника питания (батареи или блока питания) в колебательный контур.

Вычисление и физическое обоснование:

В цепи генератора всегда существуют потери энергии на активном сопротивлении катушки индуктивности и проводов (R). Без внешнего подвода энергии колебания затухают по закону A(t)=A₀e^-R/2Lt. Транзистор решает эту проблему следующим образом:

• Усиление сигнала: Малые изменения напряжения или тока в цепи обратной связи (например, на базе биполярного транзистора) вызывают значительные изменения коллекторного тока. Это позволяет «вытягивать» из источника питания энергию, пропорциональную амплитуде колебаний.
• Фаза и частота: Схема включения транзистора обеспечивает необходимую фазу обратной связи (положительную обратную связь), чтобы энергия поступала в контур строго в нужные моменты времени, поддерживая синхронизацию с собственной частотой контура ω₀=1/LC.
• Нелинейность и стабилизация: По мере роста амплитуды колебаний транзистор входит в режим насыщения или отсечки. Эта нелинейность автоматически ограничивает рост амплитуды, устанавливая равновесие между подводимой мощностью P_пит и рассеиваемой мощностью потерь P_потерь.

Проверка и вывод:

Если убрать транзистор (или обесточить его цепь), система превращается в обычный затухающий LC-контур. Если заменить транзистор идеальным линейным усилителем без ограничения мощности, амплитуда будет расти до разрушения схемы или искажения формы сигнала. Таким образом, роль транзистора двойная: он является активным элементом , компенсирующим диссипативные потери, и нелинейным регулятором , стабилизирующим амплитуду автоколебаний.