Разработка занятия «Генераторы электромагнитных колебаний на транзисторах»

Дата:11 «А» _____18г

Тема урока: «ГЕНЕРАТОРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ

НА ТРАНЗИСТОРАХ».

Цель урока: рассмотреть принцип действия генератора незатухающих колебаний на транзисторе.

Образовательная: Сформировать понятие автоколебаний

Воспитательная: воспитывать интерес к предмету с помощью применения информационных технологий (с использованием компьютера);

Развивающая: Развивать потребность изучать природу наблюдаемых явлений, умение объяснять и анализировать их.

Требования государственного стандарта

Знания: Знать что называется свободным и вынужденным колебанием

Умения: Уметь анализировать, обобщать, выделять главную мысль из рассказа учителя и делать выводы

Навыки отрабатывать навыки учебного труда по ведению конспекта материала.

Тип урока: Урок изучения нового материала.

Оборудование: учебник 11 класс, ПК, мультимедийный проектор, презентация

Ход урока.

I.Организационный момент.

Приветственное слово учителя. Отмечание отсутствующих

II.Повторение изученного материала

Проведение самостоятельной работы

1. Какой ток называется переменным?

A. Ток, у которого периодически изменяется только числовое значение.

Б. Ток, у которого периодически изменяются величина и направление.

B. Ток, у которого изменяется только направление.

2. От каких величин зависит максимальная ЭДС генератора?

A. Только от числа оборотов в единицу времени.

Б. От числа витков обмотки, числа оборотов в единицу времени и величины площади витка магнитного поля.

B. Только от числа оборотов в единицу времени и числа витков обмотки.

3. От чего зависит частота генерируемого тока?

A. Только от числа оборотов в единицу времени.

Б. Только от числа пар магнитных полюсов.

B. От числа оборотов в единицу времени и пар магнитных полюсов.

4. Какое явление было использовано при устройстве генератора переменного тока?

A. Вращение рамки в магнитном поле.

Б. Явление электромагнитной индукции.

B. Правило Ленца.

5. В больших промышленных генераторах ЭДС находится в:

A. Статоре.

Б. Роторе.

B. Роторе и статоре.

6.В уравнении гармонического колебания q = qmcos(ωt + φ0) величина, стоящая под знаком косинуса, называется

А. фазой
Б. начальной фазой
В. амплитудой заряда
7. В уравнении гармонического колебания q = qmcos(ωt + φ0) величина, стоящая перед знаком косинуса, называется

А. фазой
Б. начальной фазой
В. амплитудой заряда
III.Изучение нового материала

В реальной колебательной системе свободные колебания затухают, энергия колебаний постепенно переходит в тепловую. Чтобы колебания не затухали, необходимо компенсировать потери энергии колебательной системы. Есть два способа пополнения энергии колебательной системы.

Вынужденные колебания Автоколебания

Вынужденными колебаниями называются незатухающие колебания системы, которые вызываются действием внешней периодической силы. Сила, вызывающая вынужденные колебания, называется вынуждающей или возмущающей силой.

Вынужденные колебания имеют совершенно иные свойства по сравнению со свободными колебаниями:
1). Они являются незатухающими (вернее они существуют в течение всего времени действия внешней эдс);
2). Они могут иметь различную форму в зависимости от характера эдс;
3). Частота их не зависит от L и С контура, а определяется частотой воздействующей здс;
4). Амплитуда их зависит не только от величины, воздействующей эдс, но и от соотношения между частотой этой эдс и собственной частотой самого контура.

Автоколебаниями называются незатухающие колебания, существующие без периодического внешнего воздействия.

Как создать незатухающие колебания в контуре?

Генератор на транзисторе – автоколебательная система.

Необходимо обеспечивать автоматическую работу клапана или ключа. 

Клапан должен обладать большим быстродействием. Такую работу безынерционного клапана выполняет транзистор, который состоит из 3-х полупроводников:

коллектора, эмиттера и базы. Эмиттер и коллектор имеют одинаковые основные носители заряда; основные носители базы имеют противоположный знак.

3. Работа генератора на транзисторе.

На схеме видим, что колебательный контур последовательно соединен с источником напряжения, а далее расположен транзистор.

На коллектор подается отрицательный потенциал, а на эмиттер – положительный.

Переход база – коллектор является обратным (ток в цепи не идет); при этом переход эмиттер- база оказывается прямым. Что соответствует разомкнутому ключу на схемах.

Чтобы в контуре появился ток и зарядил конденсатор необходимо сообщать базе отрицательный потенциал относительно эмиттера. Это соответствует замкнутому ключу на схеме. Для компенсации потерь энергии в контуре напряжение на эмиттерном переходе

должно постоянно менять знак, для осуществления обратной связи.

В данном случае обратная связь возникает из-за индуктивной связи катушек. Одна из ник расположена в контуре, другая подключена к эмиттерному переходу.

Чтобы колебания в контуре не затухали, необходимо подбирать фазу колебаний напряжения на эмиттерном переходе так, что «толчки» тока действуют на контур в нужные интервалы времени.

От индуктивности катушки и емкости конденсатора зависит частота колебаний в контуре.

ω0=1 /

Чем меньше индуктивность и емкость, тем больше частота колебаний

Генераторы электромагнитных колебаний применяются всюду. Ламповые генераторы установлены на радио- и телевизионных станциях; магнетронный генератор — главный узел современного радиолокатора; с помощью мазеров и лазеров ученые изучают строение вещества, точно измеряют расстояния, скорости тел, ориентируют в пространстве космические корабли.

Основные элементы автоколебательной системы

На примере генератора на транзисторе можно выделить основные элементы, характерные для многих автоколебательных систем.

1. Источник энергии, за счет которого поддерживаются незатухающие колебания (в генераторе на транзисторе это источник постоянного напряжения).

2. Колебательная система — та часть автоколебательной системы, непосредственно в которой происходят колебания (в генераторе на транзисторе это колебательный контур). 3. Устройство, регулирующее поступление энергии от источника в колебательную систему - клапан (в рассмотренном генераторе - транзистор).

4. Устройство, обеспечивающее обратную связь, с помощью которой колебательная система управляет клапаном (в генераторе на транзисторе - индуктивная связь катушки контура с катушкой в цепи эмиттер — база).

Примеры автоколебательных систем

Автоколебания в механических системах: часы с маятником или балансиром (колесиком с пружинкой, совершающим крутильные колебания). Источником энергии в часах служит потенциальная энергия поднятой гири или сжатой пружины. К автоколебательным системам относятся электрический звонок с прерывателем, свисток, колебания скрипичной струны при движении смычка, тока в радиотехническом генераторе, воздуха в органной трубе и многое другое. Наше сердце и легкие также можно рассматривать как автоколебательные системы.

IV.Закрепление изученного материала

ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ

• Системы, в которых генерируются незатухающие колебания за счет поступления энергии от источника внутри системы, называются автоколебательные

• Незатухающие колебания, существующие в системе без воздействия на нее внешних периодических сил, называются автоколебаниями.

• Любая автоколебательная система состоит из четырех элементов: 1) источника энергии; 2) клапана; 3) колебательной системы; 4) устройства, что обеспечивает обратную связь.

ВОПРОСЫ К УЧАЩИМСЯ

Что такое автоколебательная система? 

Системы, в которых генерируются незатухающие колебания за счёт поступления энергии от источника внутри системы

В чем отличие автоколебаний от вынужденных и свободных колебаний?

Автоколебания осуществляются в системе без воздействия внешних сил, не затухают

Какова роль транзистора в генерации автоколебаний?

Он обеспечивает поступление энергии к колебательному контуру (выполняет функцию ключа)

Как осуществляется обратная связь в генераторе на транзисторе?

С помощью катушки

Укажите основные элементы автоколебательной системы.

Источник энергии, Устройство, регулирующее поступление энергии, колебательная система

V. оценивание учащихся.

VI. Домашнее задание§ 13. Ответить на вопросы