Применение операторного метода для анализа процессов Прохождение сигнала через параметрические цепи первого порядка Параметрический генератор(параметрон). Анализ колебаний в нелинейных цепях.

Физика колебания и волны

Свет - электромагнитная волна. Дисперсия света. Влияние электромагнитных излучений на живые организмы. Прямолинейное распространение света. Отражение и преломление света. Закон отражения света. Плоское зеркало. Линза. Фокусное расстояние линзы. Формула линзы. Оптическая сила линзы. Глаз как оптическая система. Оптические приборы.

Параметрический генератор(параметрон). 

Схема параметрического генератора может быть осуществлена с параметрического усилителя.

Если   соответствующей зоны неустойчивости, то в системе неизбежно возбудятся нарастающие колебания. Этот процесс носит название -параметрическое возбуждение колебаний. Наиболее распространённой является следующая схема параметрона (см.Рис.).

Расчет компенсирующего стабилизатора постоянного напряжения Схема компенсационного стабилизатора напряжения Схема содержит три основных элемента: регулирующий элемент на транзисторах VТ1 и VТ2, усилительный элемент (усилитель постоянного тока) на транзисторе VТ3 и источник опорного напряжения на стабилит­ронах. Собственно регулирующим элементом является транзистор VТ1, а транзистор VТ2 является согласующим элементом между большим выходным сопротивлением усилителя постоянного тока и малым входным сопротив­лением регулирующего транзистора VТ1.

 Это балансная схема, одноконтурная. Варикапы за счёт смещения Есм находятся в закрытом состоянии. На них в закрытом состоянии синфазно подаётся ток накачки. Если мы подключаемся точно в середине, то магнитные потоки генератора накачки в катушке индуктивности компенсируются за счёт встречного направления включения варикапов.

Если то .

Частота резонанса такой системы , где  - значение ёмкости покоя варикапа. Одновременно с накачкой подаётся сигнал. Пока он мал, происходит усиление сигнала, а когда он выходит в нелинейную область вольт кулоновской характеристики варикапа, происходит ограничение усиления. Параметрон – это устройство с двумя устойчивыми состояниями

 

 Параметрон можно использовать в качестве элемента памяти. Например, первое состояние , соответствует единице, второе - , нулевому значению.

Если , то частота сигнала равна частоте выходного сигнала и нет ничего интересного. Если же , то  т.е. можно получить параметрический умножитель частоты.

Двухконтурные параметрические системы.

Для одноконтурного параметрического усилителя, по материалам предыдущего параграфа, можно построить графики для спектров входного сигнала, генератора накачки и выходного колебания.

 спектр колебаний генератора накачки

 Спектр входного сигнала

 


т.к. Т.к. частота , то появление двух спектральных линий на одной частоте будет вызывать различные случаи, поведения колебательной цепи. Когда частотные линии складываются синфазно –происходит усиление колебаний. В случае, когда спектральные линии складываются противофазно, происходит подавление колебаний сигнала.

  Т.о. нам необходимо разделить эти две линии. Это, возможно, выполнить с помощью 2-х контурного параметрического усилителя. Что при этом происходит?

 Рассмотрим 2х частотный, 3х контурный параметрический усилитель. Определим: будет ли в этом случае усиление сигнала? Теперь система должна быть 3-х частотной:

Ответ на этот вопрос дает фундаментальная теорема Менли-Роу, доказанная около 50 лет назад (1956 г.).

МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ

ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ФИЗИКИ

Процесс формирования понятий, как известно, процесс длительный и сложный. Обычно понятие электрического поля вводят при изучении электростатических явлений и связывают с покоящимися зарядами, а понятие магнитного поля вводят при изучении постоянного тока и связывают с током или движущимися зарядами. Понятие электромагнитного поля можно вводить в различных местах раздела «Электродинамика»: в начале раздела «Электродинамика», при изучении магнитного поля движущегося заряда. Чаще всего это делают при изучении электромагнитных колебаний и волн; программа одиннадцатилетней средней школы рекомендует ввести его при изучении явления электромагнитной индукции.

Наиболее целесообразно вводить понятие электромагнитного поля в начале раздела «Электродинамика».

Школьникам напоминают, что в механике они изучали силы тяготения, упругости и трения, которые зависят или от расстояния между взаимодействующими телами, или от их относительных скоростей. Затем предлагают пронаблюдать опыт по взаимодействию параллельных токов. Это типичный пример электромагнитного взаимодействия. Ребята наблюдают взаимодействие проводников, но не могут объяснить причину возникновения силы притяжения или отталкивания, так как расстояние между проводниками и относительная скорость электронов в проводниках не изменяются (если токи  одного направления). Значит, возникли силы, которые в механике не рассматривали,  это Силы электромагнитного взаимодействия. В этом случае говорят, что вокруг каждого из проводников возникло магнитное поле. Магнитное поле одного проводника действует на другой проводник с током с некоторой силой. Правомерно говорить  и наоборот: магнитное поле второго проводника действует на первый. Затем излагают вопрос о передаче взаимодействий. Ньютоновская механика опирается на принцип дальнодействия (взаимодействия передаются мгновенно на сколь угодно большие расстояния). По существу, учащиеся это знают, но данную сторону вопроса теперь следует подчеркнуть и оттенить. Отличительная особенность электродинамики — необходимость трактовки электромагнитных явлений с позиций другой концепции  (концепции близкодействия), согласно которой взаимодействия между зарядами (токами, магнитами) передаются с конечной скоростью.

Далее школьникам сообщают, что конечность скорости передачи взаимодействий приводит к тому, что если заряд из точки А переместится в некоторую точку А', то изменение силы, действующей на заряд в точке В, произойдет не мгновенно, а спустя некоторое время. Поскольку взаимодействие между электрическими зарядами распространяется с конечной скоростью (и в среде, и в пустоте), то имеет место какой-то процесс, распространение которого происходит с конечной скоростью. Тогда должен быть и какой-то материальный объект (материальный агент, материальная среда), с которым этот процесс происходит, так как нельзя представить себе процесса, который бы осуществлялся при отсутствии чего бы то ни было реально существующего. Все это можно объяснить, только введя понятие об электромагнитном поле. Реальность электромагнитного поля подтверждается и иллюстрируется хорошо известными учащимся фактами: распространением электромагнитных волн (радиосвязь, телевидение). Эффектны примеры с радиолокацией Луны, с управлением луноходом.

Знания учащихся об электрическом и магнитном полях, а также рассмотрение этих полей в различных системах отсчета дают возможность сделать вывод: существует единое электромагнитное Поле — электрическое и магнитное. Школьникам сообщают, что задача электродинамики — выяснить свойства и закономерности поведения электромагнитного поля.

Анализ процессов в параметрическом колебательном контуре на основе уравнения Матье. В предыдущем параграфе мы рассмотрели энергетический способ исследования параметрических систем.  Данный L метод, позволил вывести формулы, определяющие значение коэффициента модуляции, при котором в колебательной системе возможно либо усиление колебаний, либо стационарный режим, либо нарастающие колебания.

Параметрическое усиление колебаний в одноконтурной системе

Теорема Менли-Роу. Эта теорема играет фундаментальную роль в радиофизике и радиотехнике и позволяет, оценит энергетические возможности нелинейных и параметрических систем.

Параметрические умножение и деление частоты

Некоторые приближенные методы исследования процессов в. параметрических системах Метод «замороженного» параметра.

Лабораторные работы и опыты Изучение явления электромагнитной индукции. Изучение принципа действия трансформатора. Изучение явления распространения света. Исследование зависимости угла отражения от угла падения света. Изучение свойств изображения в плоском зеркале. Исследование зависимости угла преломления от угла падения света. Измерение фокусного расстояния собирающей линзы. Получение изображений с помощью собирающей линзы. Наблюдение явления дисперсии света.
Метод фазовой плоскости