РЕЛАКСАЦИОННЫЕ КОЛЕБАНИЯ

РЕЛАКСАЦИОННЫЕ КОЛЕБАНИЯ, автоколебания, возникающие в системах, в к-рых существенную роль играют диссипативные силы: внеш. или внутр. трение - в механич. 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 автоколебат. 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, поэтому рассмотрение Р. к. требует применения нелинейной теории колебаний. Релаксационные автoколебат. системы характерны тем, что при отключении источника энергии в них невозможны колебат. движения. Если в системе преимущественное значение имеет один из энергоёмких параметров (напр., ёмкость при пренебрежимо малой индуктивности или упругость при пренебрежимо малой массе), то каждый период Р. к. может быть разделён на неск. резко разграниченных этапов, соответствующих медленным и быстрым изменениям состояния системы, в к-рой происходят Р. к., что позволяет рассматривать Р. к. в подобных вырожденных системах как разрывные колебания.

Простейшим примером механич. системы, создающей Р. к,, может служить колодка К, насаженная с трением на вращающийся вал В и укреплённая 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 относит. 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 механич. Р. к. приходится встречаться в различных механизмах (напр., тормозные колодки), в к-рых трение достаточно велико и вместе с тем величина трения падает (по крайней мере в нек-рой области) при увеличении относит. скорости движения поверхностей, между к-рыми возникают силы трения.

Простейший пример электрич. Р. к.- колебания, возникающие при определённых условиях в схеме с газоразрядной лампой (рис. 3), к-рая обладает свойством зажигаться при нек-ром напряжении U₃ и гаснуть при более низком напряжении U_p. 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 I_c, когда лампа зажигается и гаснет (рис. 4).

Рис. 1. Механическая релаксационная система.

Рис. 2. График Ф изменений угла ф 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.

Упрощённое рассмотрение механизма возникновения Р. к. осн. 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 к-рых характер быстрых движений существенно зависит, и не прибегая к спец. постулатам о характере быстрых движений. В зависимости от свойств системы возможно большое разнообразие форм релаксац. автоколебаний от близких к гармоническим до скачкообразных и импульсных.

Электрич. Р. к. широко применяются в измерит. технике, телеуправлении, автоматике и др. разделах электроники. Для создания Р. к. существуют разнообразные схемы генераторов релаксационных колебаний, напр. блокинг-генераторы, мультивибраторы, RС-генераторы и т. д.

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