Wykład - drgania relaksacyjne

Drgania relaksacyjne
Drganiami relaksacyjnymi nazywamy drgania elektryczne, w których wzrosty i spadki napięcia zachodzą w sposób wykładniczy. Zazwyczaj do wytwarzania drgań relaksacyjnych wykorzystuje się procesy ładowania i rozładowania kondensatora przez opornik. Napięcie na jego okładkach zmienia się wykładniczo, według równania (1) i (2):
Obwód służący do wytwarzania drgań relaksacyjnych musi zawierać element, który samoczynnie reguluje czas trwania ładowania i rozładowania. Rolę takiego elementu spełnia lampa neonowa zwana neonówką lub stabiliwoltem. Jest to bańka szklana wypełniona gazem, najczęściej neonem pod ciśnieniem około 20 mmHg. Neonówka ma dwie elektrody metalowe pokryte warstwą metalu łatwo emitującego elektronu np. baru. Jeżeli do elektrod przyłożymy niewielki napięcie, to ze względu na złe przewodnictwo gazu prąd nie popłynie. Po przekroczeniu wartości Uz (napięcie zapłonu) potrzebnej do spowodowania jonizacji lawinowej, przez lampkę popłynie prąd o natężeniu ograniczonym tylko oporem zewnętrznym. Gdy napięcie na elektrodach spadnie poniżej napięcia gaśnięcia Ug, to jonizacja lawinowa nie rozwija się i lampka znowu staje się doskonałym izolatorem. W czasie jarzenia pomiędzy elektrodami znajdują się ładunki elektryczne, które dają dodatkowy przyczynek do pola przyspieszającego. Z tego względu do podtrzymania jarzenia wystarczy napięcie nieco niższe od napięcia zapłonu Uz (Uz Ug). Przepływowi prądu przez lampkę neonową towarzyszy świecenie. Mamy tu do czynienie z wyładowaniem w gazach rozrzedzonych. Ze względu na małą odległość elektrod nie występuje cały obraz wyładowania, lecz tylko warstwa katodowa świecąca na powierzchni katody.
Lampkę neonową wykorzystuje się do stabilizowania napięcia. W czasie jarzenia jej opór wewnętrzny jest bardzo mały i prąd przez nią płynący bardzo silnie wzrasta nawet przy niewielkim wzroście napięcia. Stąd, jeżeli lampkę neonową zasilać będziemy ze źródła o oporze wewnętrznym dużym w stosunku do oporu neonówki w czasie jarzenia, to napięcie na zaciskach neonówki prawie nie rośnie. Najmniejszemu wzrostowi napięcia zasilającego o U towarzyszy duży wzrost prądu I płynącego przez neonówkę, przy czym U = Ri I ( Ri - opór neonówki w trakcie jarzenia). Najprostszy obwód do wytwarzania drgań relaksacyjnych pokazano na rys. 1. Kondensator C ładuje się ze źródła prądu stałego przez opornik R o dużym oporze. Napięcie na jego okładkach narasta w sposób wykładniczy według równania (1). Jeżeli osiągnie ona wartość Uz, to podłączona równolegle do okładek kondensatora neonówka N zapala się i płynie przez nią prąd rozładowania kondensatora. Napięcie U maleje według równania (2). Rozładowanie kończy się z chwilą, gdy napięcie spada do wartości U

(…)

…. Przez T oznaczymy czas narastania napięcia od Ug do Uz, a przez T1 - czas opadania od Uz do Ug, przez U0 oznaczymy napięcie źródła ładującego kondensator. Ze względu na to, że w chwili jarzenia neonówka stawia stosunkowo mały opór, czas rozładowania jest bardzo krótki i możemy przyjąć, że T>>T1. Stąd przyjmujemy, że okres drgań jest równy T. Napięcie Ug zostaje osiągnięte po czasie t, który zgodnie z (1…
... zobacz całą notatkę