Большая Советская энциклопедия - релаксационные колебания

Автоколебания, возникающие в системах, в которых существенную роль играют диссипативные силы: внешнее или внутреннее трение — в механических системах, активное сопротивление — в электрических. Рассеяние энергии, обусловленное этими силами, приводит к тому, что энергия, накопленная в одном из двух (или более) накопителей, входящих в состав автоколебательной системы, не переходит полностью к другому накопителю (как в системах, совершающих Гармонические колебания), а рассеивается в системе, превращаясь в тепло. Р. к., как и всякие автоколебания, могут происходить только в нелинейных системах (См. Нелинейные системы), поэтому рассмотрение Р. к. требует применения нелинейной теории колебаний. Релаксационные автоколебательной системы характерны тем, что при отключении источника энергии в них невозможны колебательные движения. Если в системе преимущественное значение имеет один из энергоёмких параметров (например, ёмкость при пренебрежимо малой индуктивности или упругость при пренебрежимо малой массе), то каждый период Р. к. может быть разделён на несколько резко разграниченных этапов, соответствующих медленным и быстрым изменениям состояния системы, в которой происходят Р. к., что позволяет рассматривать Р. к. в подобных вырожденных системах как разрывные колебания.

Простейшим примером механической системы, создающей Р. к., может служить колодка К, насаженная с трением на вращающийся вал В и укрепленная при помощи пружин (рис. 1). При вращении вала колодка вследствие трения увлекается валом до тех пор, пока момент упругих сил пружин не станет равным максимально возможному моменту сил трения. Тогда колодка начинает скользить по валу в обратном направлении, при этом относительная скорость колодки и вала увеличивается, сила трения падает, и колодка возвращается обратно. Но при приближении колодки к положению равновесия упругая сила пружины уменьшается, вал снова захватывает колодку и увлекает её за собой, дальше процесс повторяется (рис. 2).

С механическими Р. к. приходится встречаться в различных механизмах (например, тормозные колодки), в которых трение достаточно велико и вместе с тем величина трения падает (по крайней мере в некоторой области) при увеличении относительной скорости движения поверхностей, между которыми возникают силы трения.

Простейший пример электрических Р. к. — колебания, возникающие при определённых условиях в схеме с газоразрядной лампой (рис. 3), которая обладает свойством зажигаться при некотором напряжении U3 и гаснуть при более низком напряжении Um. В этой схеме периодически осуществляется зарядка конденсатора С от источника тока Е через сопротивление R до напряжения зажигания лампы, после чего лампа зажигается, и конденсатор быстро разряжается через лампу до напряжения гашения лампы. В этот момент лампа гаснет и процесс начинается вновь. В течение каждого периода этих Р. к. происходит два медленных изменения силы тока I при заряде и разряде конденсатора и два быстрых — скачкообразных — изменения тока /c, когда лампа зажигается и гаснет (рис. 4).

Упрощённое рассмотрение механизма возникновения Р. к. основано на пренебрежении параметрами системы, влияющими на характер быстрых движений. Методы нелинейной теории колебаний позволяют исследовать не только медленные, но и быстрые движения, не пренебрегая параметрами, от которых характер быстрых движений существенно зависит, и не прибегая к специальным постулатам о характере быстрых движений. В зависимости от свойств системы возможно большое разнообразие форм релаксационных автоколебаний от близких к гармоническим до скачкообразных и импульсных.

Электрические Р. к. широко применяются в измерительной технике, телеуправлении, автоматике и др. разделах электроники. Для создания Р. к. существуют разнообразные схемы генераторов релаксационных колебаний, например блокинг-генераторы, мультивибраторы, RC-генераторы и т. д.

Лит.: Андронов А. А., Витт А. А., Хайкин С. Э., Теория колебаний, 2 изд., М., 1959, гл. IV, IX; Меерович Л. А., 3еличенко Л. Г., Импульсная техника, 2 изд., М., 1954, гл. XIV, XV; Капчинский И. М., Методы теории колебаний в радиотехнике, М. — Л., 1954.

Рис. 1. Механическая релаксационная система.

Рис. 2. График изменений угла φ поворота колодки со временем t.

Рис. 3. Электрическая релаксационная система.

Рис. 4. График изменения силы тока I со временем t в контуре с газоразрядной лампой.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия

1969—1978