Творческое задание, страница 19 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Творческое задание

Подготовьте сообщение по темам (на выбор):

1. Практические применения колебательного контура и генератора на транзисторе.

2. Электромагнитные колебания в живой природе.

1. Практические применения колебательного контура и генератора на транзисторе.

Колебательный контур и генератор незатухающих колебаний на его основе являются одними из важнейших элементов в современной радиотехнике и электронике. Рассмотрим их устройство и применение.

Колебательный контур (LC-контур)

Колебательный контур — это простейшая система, в которой могут происходить свободные электромагнитные колебания. Он состоит из соединённых параллельно или последовательно катушки индуктивности (L) и конденсатора (C). В идеальном контуре (без потерь энергии) происходит периодический обмен энергией между электрическим полем конденсатора и магнитным полем катушки. Собственная частота колебаний такого контура определяется формулой Томсона: $f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$. Эта способность резонировать на определённой частоте является ключевым свойством, используемым на практике.

Практические применения колебательного контура:

Настроечные контуры в радиоприёмниках. Это самое известное применение. Чтобы выделить из множества радиосигналов в эфире сигнал одной конкретной станции, входной контур приёмника настраивают в резонанс с частотой этой станции. Изменяя ёмкость конденсатора (с помощью ручки настройки) или индуктивность катушки, мы меняем резонансную частоту контура. Когда она совпадает с частотой несущей волны радиостанции, амплитуда колебаний в контуре резко возрастает, и именно этот усиленный сигнал поступает на дальнейшую обработку. Сигналы других станций, имеющие иные частоты, контуром ослабляются.

Частотные фильтры. Колебательные контуры используются для создания фильтров, которые пропускают или, наоборот, подавляют сигналы в определённом диапазоне частот. Например, полосовой фильтр пропускает частоты, близкие к резонансной, и ослабляет все остальные. Режекторный (заграждающий) фильтр, наоборот, подавляет сигналы на резонансной частоте. Такие фильтры необходимы в аудиотехнике (в эквалайзерах), в системах связи для разделения каналов и подавления помех.

Генератор на транзисторе (LC-генератор)

В реальном колебательном контуре всегда есть активное сопротивление (провода катушки, выводы компонентов), из-за которого энергия расходуется на нагрев, и колебания быстро затухают. Чтобы получить незатухающие колебания, необходимо восполнять эти потери энергии. Эту задачу выполняет генератор на транзисторе.

Генератор — это устройство, которое преобразует энергию источника постоянного тока в энергию незатухающих электромагнитных колебаний заданной частоты. Он состоит из трёх основных частей: колебательного контура (задающего частоту), усилительного элемента (транзистора) и цепи положительной обратной связи, которая возвращает часть усиленного сигнала из выходной цепи во входную для поддержания колебаний.

Практические применения генератора на транзисторе:

Радио- и телепередатчики. Основой любого передатчика является задающий генератор, который вырабатывает высокочастотный несущий сигнал (несущую частоту). Затем этот сигнал модулируется полезным сигналом (звуком, изображением) и после усиления излучается в пространство с помощью антенны.

Гетеродины в супергетеродинных приёмниках. В большинстве современных радиоприёмников используется так называемый гетеродин — местный генератор. Его сигнал смешивается с принимаемым сигналом от антенны, в результате чего образуется сигнал постоянной, более низкой промежуточной частоты (ПЧ). Дальнейшее усиление и обработка сигнала на фиксированной ПЧ значительно проще и качественнее, чем на изменяющейся частоте принимаемой станции.

Тактовые генераторы в цифровой технике. Любое цифровое устройство, от калькулятора до компьютера, работает синхронно, "по тактам". Эти тактовые импульсы вырабатываются специальными генераторами (часто на основе кварцевых резонаторов, которые представляют собой высокостабильный аналог LC-контура). Частота такого генератора определяет производительность процессора (например, гигагерцы в современных ЦП).

Индукционный нагрев. Мощные генераторы высокой частоты используются в установках индукционного нагрева. Переменный ток высокой частоты, протекая по индуктору (катушке), создает мощное переменное магнитное поле, которое наводит в помещенном внутрь металлическом изделии вихревые токи (токи Фуко). Эти токи и разогревают металл. Технология применяется в металлургии для плавки и закалки металлов, а также в быту (индукционные плиты).

Металлоискатели. В основе металлоискателя лежит LC-генератор. Его катушка индуктивности является поисковым элементом. Когда под катушку попадает металлический предмет, он изменяет её индуктивность. Это приводит к изменению частоты генератора, что фиксируется электронной схемой и преобразуется в звуковой или световой сигнал.

Ответ: Колебательный контур используется как резонансная система для настройки на определённую частоту (в радиоприёмниках) и для фильтрации сигналов. Генератор на транзисторе, используя колебательный контур для задания частоты, создаёт незатухающие колебания. Он является основой радиопередатчиков, гетеродинов в приёмниках, тактовых генераторов в цифровой технике (компьютерах), установок индукционного нагрева и металлоискателей.