СОБСТВЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ В КОЛЕБАТЕЛЬНОМ

КОНТУРЕ

Ранее рассматривалась работа колебательных контуров, в которых потери энергии восполняются за счет энергии внешнего источника. Такой режим работы называется режимом вынужденных колебаний.

Режим работы контура без пополнения энергии называется режимом собственных колебаний. Схема колебательного контура, работающего в режиме собственных колебаний, приведена на рис. 3.1.11.

Рис. 1.1.11. Схема для исследования процесса установления

собственных колебаний в контуре

Если подвижный контакт переключателя находится в положении “1”, то конденсатор С заряжен до напряжения U_m , равного напряжению источника питания Е.

При переводе подвижного контакта переключателя из положения “1” в положение “2” начинается разряд конденсатора С через катушку индуктивности L и резистор R.

В результате противодействия ЭДС самоиндукции, возникающей в катушке индуктивности, ток разряда конденсатора будет нарастать постепенно. В начале разряда скорость нарастания тока максимальна, а по мере разряда конденсатора скорость нарастания тока уменьшается. Нарастание тока прекратится в тот момент, когда напряжение на конденсаторе уменьшится до нуля. В этот момент величина тока будет максимальной. К указанному моменту вся энергия, запасенная в конденсаторе, будет израсходована. Часть этой энергии окажется израсходованной на нагрев резистора R, а оставшаяся часть перешла в энергию, запасенную в магнитном поле катушки индуктивности.

Однако, несмотря на то, что напряжение на конденсаторе, вызвавшее появление тока в цепи, стало равным нулю, протекание тока в цепи сразу не прекращается, т. к. действует ЭДС самоиндукции. Ток будет протекать в прежнем направлении, перезаряжая конденсатор. При этом напряжение на конденсаторе начинает возрастать, а ток в катушке начинает уменьшаться. Когда вся энергия магнитного поля катушки, за исключением потерь, перейдет в энергию электрического поля конденсатора, ток в катушке уменьшится до нуля, и возрастание напряжения на конденсаторе прекратится. К этому моменту напряжение на конденсаторе достигнет максимального значения. Далее процесс повторяется с той разницей, что энергия, запасенная в электрическом поле конденсатора, уменьшилась за счет потерь на сопротивлении R. Описанный обмен энергией будет происходить до тех пор, пока вся энергия, запасенная в конденсаторе при его заряде от источника питания, будет израсходована на сопротивлении потерь контура. Такие колебания называются затухающими колебаниями. Амплитуда затухающих колебаний уменьшается по экспоненциальному закону:

Интенсивность затухания колебаний определяется добротности контура. Затухающие колебания носят периодический характер только при условии, что добротность контура Q > 0,5 (рис. 3.1.12, a).

Если добротность контура Q ≤ 0,5, то колебания в контуре полностью затухают в течение первого полупериода. Такой разряд конденсатора называется неколебательным или апериодическим (рис. 3.1.12, b).