- •Лекция 1 Введение
- •Классификация приборов
- •Общий принцип измерения физичеcких величин
- •Основные параметры приборов
- •Приборы для измерения механических величин
- •Приборы для измерения линейных размеров
- •Угломерные приборы
- •Приборы для измерения объема тел
- •Часы и частотомеры
- •Измерение линейных и угловых скоростей
- •Акустические приборы
- •Приемники звука
- •Приборы звукозаписи и звуковоспроизведения
- •Приборы для измерения сил. Весы
- •Основы электрических цепей и электронных приборов Единица количества электричества
- •Электрическое поле
- •Источники электрического тока
- •Скорость электрического тока
- •Направление электрического тока
- •Величина тока
- •Электрическое напряжение
- •Электрическое сопротивление
- •Механизм электрической проводимости полупроводников
- •Закон Фарадея как два различных явления
- •Полупроводниковые диоды Полупроводники. P-n переход
- •Вольт-амперные характеристики диодов
- •Биполярные транзисторы
- •Как усиливает биполярный транзистор
- •Особенности биполярных транзисторов
- •Температурная нестабильность
- •Коэффициент усиления
- •Коэффициент усиления
- •Полярность напряжений питания
- •Графические характеристики биполярного транзистора Входные статические характеристики в схеме с оэ
- •Для чего используются входные статические характеристики
- •Анализ электронных схем Почему используются синусоиды?
- •Постоянная и переменная составляющие
- •Полярность напряжений и токов в электронных схемах
- •Биполярный транзистор в роли линейного усилителя Общие сведения
- •Транзистор в роли усилителя
- •Рабочая точка транзистора
- •Почему важен выбор рабочей точки транзистора
Акустические приборы
Высокочастотные механические колебания твердых тел, жидкостей и газовой среды называются звуком (20 Гц < f < 20 кГц) и ультразвуком (f > 20 кГц), а соответствующие приборы – акустическими.
Источником звука может быть любое колеблющееся тело. Источниками монохроматического звука (преимущественно одной частоты) являются музыкальные инструменты (струнные и духовые, кроме шумовых и ударных), а также меры частоты – камертоны.
Струна – натянутая с определенной силой F проволока с линейной плотностью (масса единицы длины=m/l). Скорость поперечной волны в такой струне .Нa струне длиной L может установиться только целое число полуволн: (рис. 15а). Струна может колебаться с частотой
,
где п=1, 2, 3. При п =1 частота наименьшая и соответствует основному тону, в свободном состоянии струна дает максимальную громкость звука на этой частоте: значения п = 2, 3, ... соответствуют кратным частотам – обертонам. Частота, таким образом, определяется длиной струны, ее массой и силой натяжения. Подстраивают частоту струны, меняя ее натяжение. Басовые (низкочастотные) струны делают длинными и специально утяжеляют, наматывая на стальную центральную жилу медную проволоку. Струны высокого тона – тонкие, короткие и сильно натянуты. Тембр звучания струны (количество и громкость обертонов) зависит от способа возбуждения колебании.
а б в г д е
Рис. 15. Источники звука:
а – струна, б – камертон, в – органная труба, г – сирена, д – динамик,
е – телефон.
Камертон – мера частоты, служащая для настройки музыкальных инструментов. Это металлический стержень U-образной формы, укрепленный на ножке (рис.15,б). На свободных концах стержня устанавливается пучность поперечной волны, в месте закрепления – узел. Таким образом, длина камертона соответствует /4.
Органная труба (рис. 15, в) – музыкальный инструмент, в котором резонирует воздушный столб. В трубе устанавливается четверть длины волны продольного звука (узел у закрытого конца, пучность у открытого,
L=/4). При прохождении воздуха мимо косо срезанного отверстия возникают завихрения, рождаются самые различные частоты колебаний (шумы), но резонатор (большая труба) отбирает и усиливает только одну частоту Считая скорость звукаv = 330 м/с, получаем для
v = 440 Гц («ля») длину трубы около 20 см. Для самого же низкого звука
v = 16 Гц длина трубы L получается равной около 5 м.
Сирена – механический источник звука, но переменной, плавно меняющейся частоты, используется как сигнал тревоги. Ее устройство показано на рисунке 15, г. Она состоит из двух дисков с наклонными отверстиями. Если через нижний диск вдувать воздух, то верхний приходит во вращение. От того, сколько раз в секунду отверстия будут приходиться друг против друга, пропуская воздух и создавая над верхним диском уплотнение воздуха, т. е. от скорости вращения диска, будет зависеть частота создаваемых звуковых волн.
Перечисленные источники могут в конкретный момент давать только одну какую-либо частоту – это источники монохроматических (близких к монохроматическим) звуков. Однако существуют и источники, которые в равной мере приспособлены к излучению любых звуков (всеволновые). Естественно, в них не должно быть резонаторов, настроенных на ту или иную частоту. Для этого во всех колеблющихся деталях и воздушных полостях увеличивают трение (главным образом о воздух), а массу деталей делают малой, чтобы их можно было заставить колебаться с любыми частотами. Таковы электромеханические источники звука –громкоговоритель и телефон.
Громкоговоритель электродинамический (электродинамическая звукоизлучающая головка, распространенное название – динамик) – источник для создания звуков в больших пространствах. Он состоит (рис. 15, д) из постоянного магнита 1 с узким кольцевым зазором, в котором может свободно перемещаться, не касаясь его, тонкая катушка 2 с проводом, прикрепленная к бумажному раструбу – диффузору 3, или рупору.
При прохождении тока через катушку сила Ампера втягивает катушку в зазор или (при другом направлении тока) выталкивает из зазора. Переменный ток приводит ее в колебания, они передаются диффузору, который и создает звуковые волны мощностью до нескольких десятков ватт.
Телефон – маломощный преобразователь электрических колебаний в звуковые. Переменные токи разных частот, протекая но катушке 2 электромагнита (рис.15, е), создают в сердечнике магнита 1 поле, которое притягивает тонкую стальную мембрану 3. Однако если бы сердечник электромагнита был бы просто железный, он притягивал бы мембрану два раза за период. Излучалась бы вдвое большая частота, чем следует. Поэтому в качестве сердечника берется постоянный магнит. Ток одного направления усиливает его поле, а другого – ослабляет. Так получается частота колебаний мембраны, соответствующая частоте переменного тока, пропускаемого через катушку.