Генерирование электромагнитных волн

В 1886 году Герц проводил опыты по получению электромагнитных волн.

Между двумя угольными стержнями проскакивал разряд, который создавал между пластинами конденсатора быстро затухающий разряд. Из-за добавления индуктивности возникали быстро затухающие колебания. Таким образом получал волны с Гц.

Для получения непрерывных колебаний использовалась трехэлектродная лампа или триод (генератор Мейснера).

Ламповый генератор и автоколебательные системы

Автоколебания – вынужденные незатухающие колебания в реальных системах, период и амплитуда которых не зависят от характера внешнего воздействия и определяются свойствами самой колебательной системы.

В реальном контуре энергия тратится в активном сопротивлении, поэтому для поддержания колебаний ее надо пополнять из постоянного или переменного источника. В автоколебательных системах используется постоянный источник.

Амплитуда автоколебаний не зависит от начальных условий, автоколебания существуют до тех пор, пока не израсходуется энергия постоянного источника. В автоколебательных системах энергия должна быть в точности равна расходу энергии. Это условие поддерживается самой системой.

Цель: поддержание в колебательном контура А колебаний за счет свойств самой лампы.

Источник в анодной цепи поддерживает колебания в самом контуре, причем поступление энергии регулируется самой лампой. Источник необходим для задания постоянного отрицательного напряжения на сетке.

Уменьшение тока в контуре увеличивает ток в лампе.

постоянное напряжение, которое задается рабочей точкой на линейном участке характеристики. Он выбирается потому, чтобы не исказить синусоидальную форму сигнала, который подается на сетку.

Напряжение меняет силу тока в анодной цепи так, что при соответствующем подборе фазы это напряжение может поддерживать колебания в контуре.

Свободные колебания в контуре описываются следующим дифференциальным уравнением:

, где - крутизна характеристики лампы, - коэффициент взаимной индукции между катушками, - активное сопротивление контура.

Пусть сопротивление уменьшается, в этом случае активное сопротивление уменьшается, коэффициент затухания становится меньше ( - коэффициент затухания). Такое уменьшение затухания – регенерация, а способ регенерации с помощью сеточного напряжения лампы называется обратной связью.

Увеличивая коэффициент взаимной индукции можно полностью уменьшить , и тогда колебания будут незатухающими. Это не получается потому, что при увеличении амплитуды колебаний рабочая точка смещается из линейной области и колебания получаются нелинейными. Если еще больше увеличить , то можно прийти к отрицательным значениям , что будет соответствовать самовозбуждению генератора, т.е. резкому возрастанию амплитуды, что на практике не наблюдается, т.к. рабочая точка смещается в нелинейную область. Автоколебания получаются при . При увеличении частоты, т.е. при переходе к сантиметровому и миллиметровому диапазону, такой принцип не подходит, т.к. колебательный контур мал, и сказывается инерция электронов при движении от анода к катоду.

При частоте электроны летят со скоростью и за время пройдут расстояние всего лишь , и в то время, когда достигнут анода, его потенциал будет другим.