ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер 25.7: Автоколебания

План решения:

Для описания механизма обратной связи в транзисторном генераторе необходимо рассмотреть взаимодействие двух основных узлов: усилительного элемента (транзистора) и колебательной системы (контура). Ключевым моментом является передача части энергии из выходной цепи обратно во входную цепь с такой фазой, которая поддерживает затухающие собственные колебания контура. Мы разберём роль трансформаторной или ёмкостной связи и условие баланса фаз.

Вычисление и описание процесса:

В схеме генератора на транзисторе обратная связь реализуется через передачу сигнала с коллекторной цепи (выход) на базовую цепь (вход). Допустим, используется трансформаторная связь: катушка индуктивности L₁ находится в цепи коллектора, а катушка L₂ — в цепи базы. Они связаны общим магнитным потоком.

• Когда ток в цепи коллектора изменяется, он создаёт переменное магнитное поле.
• Это поле индуцирует ЭДС самоиндукции в катушке L₂, подключённой к базе транзистора.
• Для возникновения автоколебаний фаза этой наведённой ЭДС должна быть такой, чтобы она усиливала текущее изменение тока базы, а не противодействовала ему. Это достигается правильным включением выводов катушек (соблюдение условия положительной обратной связи).

Если учесть, что транзистор со схемой общего эмиттера инвертирует сигнал (сдвиг фазы на π), то вторичная обмотка трансформатора также должна давать дополнительный сдвиг фазы на π. В итоге суммарный сдвиг фазы по замкнутому контуру равен 2π (или кратен ему), что обеспечивает синфазность напряжения обратной связи и напряжения на входе.

Проверка и вывод:

Механизм работает только при выполнении двух условий: амплитудного (коэффициент усиления транзистора должен компенсировать потери в контуре) и фазового (обратная связь должна быть положительной). Без передачи энергии от источника питания через активный элемент (транзистор) обратно в колебательный контур с нужной фазой колебания быстро затухнут. Таким образом, обратная связь замыкает энергетический поток: источник питания -> транзистор -> контур -> база транзистора -> транзистор.