26-3. Релаксационные колебания в цепи с отрицательным сопротивлением

Возникновение релаксационных колебаний рассмотрим на примере цепи с неоновой лампой (рис. 26-4).

Характеристика неоновой лампы типа S (рис. 26-3) имеет область с отрицательным дифференциальным сопротивлением, лежащую между точками 1 и 2 при напряжении

Так как ток в конденсаторе , то, пренебрегая паразитной индуктивностью, получаем следующее уравнение

или

При постоянном токе в цепи и

Если параметры цепи таковы, что прямая, выражаемая этим уравнением, пересекает характеристику неоновой лампы в одной точке, для которой дифференциальное сопротивление отрицательно (точка 3 на рис. 26-3), и устойчивое равновесие невозможно, то переходный процесс приводит к возникновению незатухающих колебаний, значительно отличающихся от синусоидальных.

Рассмотрим последовательно различные этапы возникновения этих колебаний.

После включения цепи до тех пор, пока конденсатор не зарядился до напряжения ток неоновой лампы равен нулю и конденсатор С заряжается через сопротивление , как и в линейной цепи (см. § 13-7), по закону

Когда напряжение на конденсаторе в момент достигнет значения (рис. 26-3), неоновая лампа зажжется и, так как напряжение на ней из-за параллельно подключенного конденсатора не может измениться скачком, ток лампы практически мгновенно увеличится от нуля до величины (точки 1 и Г на рис. 26-3).

Рис. 26-5.

С этого момента времени процесс описывается нелинейным дифференциальным уравнением (26-3). Скорость изменения напряжения на неоновой лампе , которая пропорциональна горизонтальному отрезку между прямой и кривой (на рис.

26-3 эти отрезки показаны штриховкой), становится отрицательной. Конденсатор начинает разряжаться через неоновую лампу. Зависимость напряжения и от времени при разрядке конденсатора может быть найдена графическим интегрированием непосредственно из уравнения (26-3)

Напряжение на конденсаторе убывает до тех пор, пока не снизится в момент времени до величины и неоновая лампа гаснет (точки 2 и 2 на рис. 26-3).

Дальнейшая зарядка конденсатора от напряжения погасания До напряжения второго зажигания неоновой лампы происходит аналогично первоначальной зарядке.

Итак, в цепи устанавливается периодический процесс попеременной зарядки и разрядки конденсатора; график этого процесса представлен на рис. 26-5.

Для получения линейного изменения напряжения при зарядке конденсатора вместо резистора включают насыщающийся диод, а для ускорения разрядки конденсатора вместо неоновой лампы применяют тиратроны с большими значениями тока зажигания которые обеспечивают большую скорость разрядки конденсатора С (отрезок на рис. 26-3). Так могут быть получены напряжения пилообразной формы, необходимые, например, для развертки луча на экране электронно-лучевого осциллографа.