Номер 6.78, страница 141 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Колебания и волны. Глава 6. Волны. Принципы радиосвязи - номер 6.78, страница 141.

Условие.

6.78. На рисунке 6.16 представлена упрощённая схема генератора модулированных электромагнитных колебаний. Объясните принцип действия и назначение каждого блока.

Рис. 6.16

Решение.

На рисунке представлена схема генератора модулированных колебаний на транзисторе, работающего по принципу LC-генератора с индуктивной обратной связью и амплитудной модуляцией в цепи питания.

Общий принцип действия

Основу схемы составляет LC-генератор, состоящий из колебательного контура (блоки 1 и 3) и усилительного элемента на транзисторе (блок 2). Источник питания (блок 4) обеспечивает схему энергией. Колебательный контур задает частоту генерируемых колебаний (несущую частоту). Транзистор усиливает эти колебания, а часть усиленного сигнала через катушку обратной связи (часть блока 3) подается обратно на вход транзистора в нужной фазе (положительная обратная связь), чтобы компенсировать потери энергии в контуре и поддерживать незатухающие колебания. Модулирующий трансформатор (блок 5) вводит в цепь питания низкочастотный сигнал (например, звуковой). Этот сигнал изменяет напряжение питания генератора, что приводит к изменению амплитуды генерируемых высокочастотных колебаний в соответствии с законом изменения низкочастотного сигнала. Таким образом осуществляется амплитудная модуляция.

Назначение каждого блока

Блок 1 (Конденсатор)
Это конденсатор переменной или постоянной емкости. Вместе с катушкой индуктивности (часть блока 3) он образует колебательный контур. Этот контур является резонансной системой, определяющей частоту генерируемых электромагнитных колебаний (несущую частоту). Собственная частота колебаний контура определяется по формуле Томсона: $f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$, где $\text{L}$ - индуктивность катушки, а $\text{C}$ - емкость конденсатора.
Ответ: Конденсатор, который вместе с катушкой индуктивности образует колебательный контур, задающий частоту генерируемых колебаний.

Блок 2 (Транзистор)
Это активный элемент схемы, в данном случае биполярный транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером. Он выполняет функцию усилителя. Транзистор усиливает сигнал, поступающий на его базу с катушки обратной связи, и передает усиленную энергию в колебательный контур. Это позволяет компенсировать неизбежные потери энергии в контуре (на активном сопротивлении катушки, на излучение и т.д.) и поддерживать незатухающие колебания.
Ответ: Транзистор, работающий в качестве усилительного элемента для компенсации потерь энергии в колебательном контуре и поддержания незатухающих колебаний.

Блок 3 (Трансформатор обратной связи)
Этот блок представляет собой катушку индуктивности с отводом или две индуктивно связанные катушки. Верхняя часть является катушкой колебательного контура (индуктивность $\text{L}$). Нижняя часть - это катушка обратной связи. Переменный ток, протекающий в контурной катушке, создает переменное магнитное поле, которое индуцирует ЭДС в катушке обратной связи. Эта ЭДС подается на базу транзистора и управляет его работой. Направление намотки и подключение катушки обратной связи выбраны так, чтобы обеспечить положительную обратную связь, т.е. чтобы напряжение обратной связи совпадало по фазе с колебаниями в контуре, что необходимо для самовозбуждения генератора.
Ответ: Катушка индуктивности колебательного контура, совмещенная с трансформатором для обеспечения положительной обратной связи, необходимой для самовозбуждения генератора.

Блок 4 (Источник питания)
Это источник постоянного напряжения (батарея). Он обеспечивает энергией всю схему, в первую очередь, создавая необходимые постоянные напряжения смещения на электродах транзистора для его работы в усилительном режиме. Энергия этого источника преобразуется генератором в энергию незатухающих электромагнитных колебаний.
Ответ: Источник постоянного тока, обеспечивающий энергией всю схему.

Блок 5 (Модулирующий трансформатор)
Это трансформатор, через который в схему подается низкочастотный модулирующий сигнал (например, от микрофона). Первичная обмотка трансформатора подключается к источнику модулирующего сигнала. Вторичная обмотка включена последовательно с источником питания (блок 4). В результате напряжение на вторичной обмотке складывается с напряжением источника питания, и общее напряжение, питающее генератор, изменяется во времени по закону модулирующего сигнала. Так как амплитуда колебаний в LC-генераторе зависит от напряжения питания, это приводит к изменению амплитуды выходного высокочастотного сигнала, то есть к амплитудной модуляции.
Ответ: Модулирующий трансформатор, который изменяет напряжение питания генератора в соответствии с низкочастотным (например, звуковым) сигналом, тем самым осуществляя амплитудную модуляцию несущей частоты.