Номер 1, страница 156 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

1. От чего зависит амплитуда автоколебаний в генераторе на транзисторе?

1. Амплитуда стационарных автоколебаний в генераторе на транзисторе устанавливается на уровне, при котором потери энергии в колебательной системе за один период точно компенсируются поступлением энергии от источника питания через усилительный элемент (транзистор). Этот процесс саморегулирования связан с нелинейностью вольт-амперной характеристики транзистора.

В момент запуска генератора, пока амплитуда колебаний мала, транзистор работает в линейном режиме, и коэффициент усиления каскада велик. Это приводит к экспоненциальному росту амплитуды колебаний. По мере роста амплитуды, рабочий режим транзистора выходит за пределы линейного участка: транзистор начинает входить в режимы отсечки (когда он полностью закрыт) и насыщения (когда он полностью открыт). В этих нелинейных режимах средний коэффициент усиления за период колебаний уменьшается. Амплитуда перестает расти и стабилизируется, когда средний коэффициент усиления в петле обратной связи уменьшится до единицы. В этот момент энергия, вносимая в колебательный контур от источника питания, становится равной энергии, теряемой в контуре за один период.

Следовательно, амплитуда автоколебаний зависит от следующих основных факторов:

• Параметры источника питания: В первую очередь, это напряжение источника питания коллекторной цепи ($E_к$). Амплитуда выходного напряжения не может превышать это значение. Чем выше напряжение питания, тем, при прочих равных условиях, большей может быть достигнута амплитуда.
• Параметры транзистора: Коэффициент усиления транзистора, его характеристики насыщения и отсечки. Транзисторы с большим усилением позволяют получить большую амплитуду, так как для достижения единичного усиления в петле обратной связи требуется более глубокий заход в нелинейную область.
• Параметры цепи обратной связи: Коэффициент обратной связи ($\beta$). Он определяет, какая часть выходного сигнала подается обратно на вход. Увеличение глубины обратной связи (увеличение $\beta$) приводит к росту амплитуды до тех пор, пока она не будет ограничена другими факторами (например, напряжением питания).
• Параметры колебательного контура и нагрузки: Добротность ($Q$) колебательного контура (LC-цепи). Чем выше добротность, тем меньше потери в контуре, и тем меньшая энергия требуется от транзистора для их компенсации, что может привести к увеличению амплитуды. Сопротивление нагрузки, подключенной к генератору, также влияет на общие потери и, соответственно, на амплитуду.
• Режим работы транзистора по постоянному току (смещение): Положение начальной рабочей точки, задаваемое цепями смещения. Смещение определяет, при какой амплитуде переменного сигнала транзистор начнет входить в режимы отсечки и насыщения, что напрямую влияет на процесс установления и конечное значение амплитуды.

Ответ: Амплитуда автоколебаний в генераторе на транзисторе зависит от напряжения источника питания, параметров самого транзистора (коэффициента усиления, характеристик насыщения и отсечки), параметров цепи обратной связи, добротности колебательного контура и подключенной нагрузки, а также от выбранного режима работы транзистора по постоянному току (смещения).