Устройство магнитострикционного излучателя.
1 – сосуд;2- никелевый стержень; 3 – муфта; 4 – обмотка для пропускания переменного тока.
Магнитострикционные излучатели представляют собой вибрационные устройства, состоящие из магнитопровода (металлического стержня) с обмоткой, вмонтированного в сосуд с диспергируемой средой. Магнитопровод изготавливают из ферромагнитных металлов (никель, железо, кобальт, нержавеющая сталь, сплавы в системах железо – никель, железо – кобальт и др.). При пропускании по обмотке переменного тока соответствующей частоты возникает магнитное поле и происходит деформация магнитопровода по его продольной оси. Образуются ультразвуковые колебания, размах которых увеличивается, когда излучатель работает в условиях резонанса возбуждаемых частот и собственных колебаний стержня.
Для получения суспензий и эмульсий применяют коллоидные мельницы, работающие по принципу истирания твердых частиц, фрикционные, удара или истирания и удара, кавитации.
Измельчение осуществляется в основном в жидкой среде. Рабочие поверхности мельниц гладкие или рифленые, по форме в виде усеченного конуса – ротора, вращающегося в коническом гнезде – статоре, или в виде плоских дисков, из которых один неподвижен; или оба диска вращаются в разные стороны. На дисках укреплены пальцы или имеются канавки.
При работе фрикционной мельницы ротор вращается со скоростью до 20 000 об/мин, диспергируемая смесь засасывается в щель между ротором и статором, размер которой регулируется микровинтом и составляет 0,025-0,05 мм. Смесь многократно прогоняется через щель до получения суспензии с очень небольшим размером частиц.
Устройство роторно-бильной коллоидной мельницы.
1 – корпус, 2 – штуцер для ввода суспензии(линимента); 3 – ротор; 4 – билльг, 5 – контрударники;
6 – штуцер для вывода готовой продукции.
Устройство виброкавитационной коллоидной мельницы.
1 – корпус; 2 – статор; 3 – ротор; 4 – канавки ото поверхности ротора и статора; 5 – штуцер для ввода суспензии;
6 – штуцер для вызола готовой продукции.
В коллоидную мельницу, работающую по принципу удара, смесь подается между вращающимся диском и корпусом с насаженными на них пальцами. При вращении диска частицы дисперсной фазы подвергаются мощному гидравлическому воздействию, возникающему в результате бесчисленных ударов пальцев по жидкости, образуя тонкую суспензию или эмульсию.
30.На аптечный склад от заготовителя поступило растительное сырье корень алтея. Дайте рекомендацию фармацевтической фабрике по изготовлению лекарственного сиропа алтея. Составьте технологическую и аппаратурную схему производства сиропов. Охарактеризуйте принципы их стандартизации и хранения.
Сиропы – это концентрированные, густые водные растворы сахара с лекарственными веществами, экстрактами, настойками, плодово-ягодными соками или без них.
Сироп алтейный (Sirupus Althaeae). Получают растворением 2 частей экстракта сухого корня алтея в 98 частях нагретого сиропа сахарного.
Это густая, желтоватого цвета жидкость, сладкого вкуса, со слабым своеобразным запахом, плотность составляет 1,322 -1,327. Применяется как отхаркивающее и противовоспалительное средство. Хранят его в склянках емкостью не более 200 мл в прохладном месте.
Сироп сахарный(Sirupus simpiicis). Готовится в реакторах с паровой рубашкой и якорной мешалкой. На 64 кг сахара рафинированного с 99,9% сахарозы в пересчете на сухое вещество берется 36 литров воды дистиллированной. Растворение проводят добавлением сахара частями к кипящей воде при постоянном перемешивании мешалкой. После полного растворения сахара сироп доводят дважды до кипения по 10 мин каждое. Образующуюся пену (продукт коагуляции белков, слизей и других примесей) удаляют. Общее время изготовления не должно превышать одного часа, чтобы предотвратить инверсию и карамелизацию сахара. Фильтруют в горячем состоянии. Концентрация сахара должна быть 60-64% по массе. В таком растворе достаточно высокое осмотическое давление и микроорганизмы в нем быстро обезвоживаются. Экстракт алтейного корня рассыпают тонким слоем по поверхности сиропа сахарного и после набухания экстракта перемешивают при нагревании.
Есть технология, по которой 4 части измельченного корня настаивают (мацерация) в течение 4ч с 50 частями воды и 1 частью 90% спирта (консервант). Полученную вытяжку процеживают, не отжимая остатка. Затем нагревают 36 частей фильтрата и растворяют в нем 64 части сахара, дают раствору вскипеть (снимая пену), после чего упаривают до получения 95 частей сиропа. В охлажденный сироп затем добавляют 5 частей спирта в качестве консерванта.
При стандартизации определяют плотность сиропа, а при определенных требованиях НД наличие тяжелых металлов, крахмальную патоку, сернистый ангидрид, красители.
Все сиропы хранятся в прохладных, защищенных от света местах, в хорошо укупоренной таре.
Технологическая схема производства сиропа сахарного
Аппаратурная схема производства сиропов
·Провизор-стажер получил задание к выпускной работе по теме: “Особенности производства максимально очищенных фитопрепаратов” Укажите преимущества новогаленовых препаратов. Назовите методы очистки извлечений. Дайте им сравнительную характеристику. Предложите технологическое оборудование для проведения очистки. Номенклатура новогаленовых препаратов. Предложите технологическую схему получения адонизида.
Новогаленовые препараты— это группа экстракционных препаратов, максимально очищенных от балластных веществ и содержащих комплекс биологически активных веществ.
·Высокая степень очистки повышает стабильность
·Устраняется побочное действие ряда балластных веществ (смолы, танниды)
·Возможность использования для инъекционного применения
Методы очистки извлечений:
Проводится в системе жидкость-жидкость. «Отдающей» средой является полученное извлечение, а другой жидкостью («принимающей») является жидкость, которая избирательно растворяет либо действующие, либо балластные вещества. Происходит перераспределение веществ в жидкостях: в одной — действующие вещества, в другой — балластные.
Важно, чтобы извлечение не смешивалось с жидкостью для очистки и имело другую плотность. Эти свойства необходимы для последующего отделения жидкостей. Для проведения жидкостной экстракции используются различные по устройству аппараты: смесительно-отстойные, колонные, центробежные. Во всех аппаратах обеспечивается сначала перемешивание извлечения с жидкостью, а затем отделение жидкостей друг от друга. Для последующих стадий технологического процесса используется та жидкость, в которой содержатся действующие вещества.
·Диализ и электродиализ
Основаны на диффузии действующих веществ через полупроницаемую мембрану из полученного извлечения в чистый растворитель. Мембрана пропускает только действующие вещества и не пропускает балластные, являющиеся в большинстве ВМС. Для ускорения процесса используется постоянный электрический ток, т.е проводится электродиализ.
Процесс поглощения растворенных веществ твердым поглотителем — сорбентом. Для очистки извлечений используются процессы адсорбции, в которых происходит поглощение балластных веществ поверхностью сорбента. В качестве последних используют активированный уголь, глину, силикагель.
Для очистки адсорбцией применяются адсорберы, заполненные адсорбентом. Через адсорбер ( или батарею адсорберов ) пропускается извлечение. При этом оно освобождается от балластных веществ.
Заключается в осаждении фракции действующих или балластных веществ. Осаждение может быть достигнуто разными способами:
– высаливанием высокомолекулярных веществ (балластных) электролитами, которые, разрушая гидратную оболочку молекул ВМС, вызывают их осаждение. Наибольшей высаливающей способностью обладают сульфат лития, сульфат натрия, натрия хлорид;
– солями тяжелых металлов осаждаются дубильные вещества, белки, пектины. Для осаждения чаще всего применяется ацетат свинца.
Адонизид — получают из травы адониса весеннего. Кардиотоническое средство.
Лантозид — получают из листьев наперстянки шерстистой. При хронической недостаточности кровообращения.
Коргликон — получают из травы ландыша. При острой сердечной недостаточности.
Эрготал — получают из спорыньи. В гинекологической практике.
Раунатин — изготавливается из коры корней раувольфии змеиной.
Фламин — готовится из цветков бессмертника песчаного. Желчегонное средство.
Плантаглюцид — готовится из подорожника большого. Применяют при заболеваниях желудка.
Технологическая схема получения адонизида:
15.Провизору-технологу предложили провести техучебу по общим правилам изготовления сложных порошков. Составьте план выступления по следующим пунктам:
-технологическую схему производства порошков в промышленных условиях и соответствующее оборудование;
Технологическая схема производства:
измельчение ( дезинтегратор)
просеивание (качающееся сито)
смешивание ( червячно-лопастной смеситель)
Соль карловарская искусственная(Sal carolinum factitium). Белый порошок, растворим в 10 частях воды. Состав: натрия сульфата высушенного; натрия гидрокарбоната; натрия хлорида; калия сульфата. Порошки измельчают и просеивают.
Применяют в качестве слабительного и желчегонного средства.
Порошок корня солодкового сложный(Pulvis Glycyrrhizae compositus). Зеленовато – желтого цвета, укропного запаха, горьковато-сладкий на вкус. Состав: корня солодкового и листьев сенны; плодов фенхеля и серы очищенной; сахара.
Применяют как легкое слабительное.
Гальманин(Galmaninum). Белый или розоватый, жирный на ощупь порошок. Состав: кислоты салициловой — 2 части; цинка оксида — 10 частей; талька и крахмала — по 44 части Применяют наружно в виде присыпки как антисептическое и подсушивающее средство при потливости ног.
Детская присыпка(Aspersio puerilis). Белый порошок. Состав: крахмала и цинка оксида — по 10 частей, талька — 80 частей. Технология аналогична технологии гальманина.
Применяют наружно при заболеваниях кожи.
Присыпка амиказола(Aspersio Amycazoli). Белый или слегка сероватый порошок. Состав: амиказола — 2 или 5 частей, талька — 98 или 95 частей. Технология аналогична технологии гальманина.
Применяют наружно как противогрибковое средство.
Из простых порошков промышленностью выпускаются: магния сульфат(Magnesii sulfas) в упаковке по 5, 10, 30 и 50 г; кислота борная(Acidum boricum) в пакетах из полиэтилен-целлофановой пленки по 10г; калия перманганат(Kalii permanganas) в упаковке по 5 и 10 г и др.
В таблеточном цехе фармацевтического производства готовят таблетки ортофена, покрытые оболочкой. Предложите вспомогательные вещества, которые возможно использовать при производстве данных таблеток и оптимальную технологическую схему производства таблеток ортофена.
Действующим веществом является диклофенак натрия 0,025г.
В качестве вспомогательных веществ можно использовать:
·наполнители: сахар молочный, сахар-рафинад,крахмал;
·связывающие вещества: раствор крахмала, вода;
·смазывающие вещества: кислота стеариновая;
·красители: титана диоксид;
Мы поможем в написании ваших работ!
Некоторые ферромагнитные металлы (никель, железо, кобальт и др.) и их сплавы обладают свойством сжиматься или расширяться под действием магнитного поля. Это явление, называемое магнитострикцией, используется для получения ультразвуков большой интенсивности в магнитострикционных излучателях.
Простейший магнитострикционный излучатель — это, например, никелевый стержень, вставленный внутрь катушки, по обмотке которой пропускается переменный ток. В катушке возникает при этом переменное магнитное поле и стержень в такт с его колебаниями периодически то сжимается, то расширяется, т. е. совершает механические колебания.
Вследствие большой частоты (малой длины волны) ультразвук обладает особыми свойствами. Так, подобно свету, ультразвуковые волны могут образовывать строго направленные пучки. Отражение и преломление этих пучков на границе двух сред подчиняется законам геометрической оптики. Он сильно поглощается газами и слабо – жидкостями. В жидкости под воздействием ультразвука образуются пустоты в виде мельчайших пузырьков с кратковременным возрастанием давления внутри них. Кроме того, ультразвуковые волны ускоряют протекание процессов диффузии (взаимопроникновения двух сред друг в друга). Ультразвуковые волны существенно влияют на растворимость вещества и в целом на ход химических реакций.
Гигиена. То, что ультразвук активно воздействует на биологические объекты (например, убивает бактерии), известно уже более 70 лет, но до сих пор среди медиков нет единого мнения о конкретном механизме его воздействия на больные органы. Одна из гипотез: высокочастотные УЗ-колебания вызывают внутренний разогрев тканей, сопровождаемый микромассажем.
Санитария. Широко применяются в больницах и клиниках УЗ-стерилизаторы хирургических инструментов.
Диагностика. Электронная аппаратура со сканированием УЗ-лучом служит для обнаружения опухолей мозга и постановки диагноза.
Акушерство – область медицины, где эхоимпульсные УЗ-методы наиболее прочно укоренились, как, например, ультразвуковое исследование (УЗИ) движения плода, которое недавно прочно вошло в практику. Исследуются физиология и развитие плода.
Офтальмология. Ультразвук особенно удобен для точного определения размеров глаза, а также для исследования патологий и аномалий его структур.
Кардиология. Ультразвуковые методы широко применяются при обследовании сердца и сосудов.
25. Электрогенез – возникновение потенциала действия в объектах живой природы, обусловленное комплексом физико-химических процессов, обеспечивающих поддержание неравномерного распределения ионов внутри живой клетки или быстрое перемещение ионов через мембрану.
Существуют различные виды миоцитов. Каждый из видов имеет свои характерные особенности структуры и функций. Разновидностью миоцитов являются клетки сердца – кардиомиоциты. Кардиомиоциты также имеют несколько разновидностей со своими структурно-функциональными особенностями. Одной из них являются особенности неспецифических электрических процессов. В частности, в различных кардиомиоцитах одного и того же сердца регистрируются потенциалы действия разной формы. Интервалы от нулевой точки и до начала потенциала действия соответствуют времени задержки возбуждения (латентный период) клеток того или иного отдела сердца по отношению к главному пейсмекеру сердца – синусному узлу. По мере удаления от синусного узла клеток сердца (того или иного отдела проводящей системы сердца) угол наклона начальной части кривых становится все меньше и меньше. Эта начальная часть соответствует медленной диастолической допороговой деполяризации клеток, предшествующей потенциалу действия. Медленная диастолическая деполяризация начинается сразу после завершения каждого предшествующего потенциала действия. Таким образом у клеток пейсмекеров отсутствует стабильный уровень потенциала покоя. Скорость деполяризации и амплитуда потенциалов действия в клетках синоатриального узла и атриовентрикулярного узла существенно меньше, чем в остальных отделах проводящей системы и основных (сократительных) клетках сердечной мышцы. Длительность плато и соответственно периода рефрактерности в сократительных клетках мышцы предсердий меньше, чем в сократительных клетках мышцы желудочков. Окончания волокон Пуркинье обладают самыми продолжительными потенциалами действия. В связи с этим они играют роль «частотного фильтра», ограничивающего частоту сокращений желудочков, препятствующего слишком частым сокращениям желудочков при чрезмерно высокой частоте возбуждений предсердий. Помимо того они предотвращают ретроградную активацию вышележащих отделов потенциалами действия соседних миоцитов.
Схема потенциала действия (ПД) миоцита
26. Функция автоматизма заключается в способности сердца вырабатывать электрические импульсы при отсутствии внешних раздражений. Функцией автоматизма обладают клетки водителей ритма – пейсмекеры.
Если в норме трансмембранное потенциальное действие сократительных мышечных клеток в течение всей диастолической фазы стабильно поддерживается на одном и том же уровне, для волокон водителей ритма характерно медленное спонтанное уменьшение мембранного потенциала в диастолу. Этот процесс носит название медленной спонтанной диастолической.
Чем выше скорость спонтанной диастолической деполяризации, тем чаще в клетках водителя ритма возникают электрические импульсы.
Проводимость – способность к проведению возбуждения, возникшего в каком-либо участке сердца к другим отделам сердечной мышцы.
Последовательность и особенности распространения возбуждения.
В норме волна возбуждения, генерированного в клетках в клетках СА-узла, распространяется по короткому проводящему пути на правое предсердие, по трем межузловым трактам – Бахмана, Венкебаха и Тореля – к АВ-узлу и по медпредсердному пучку Бахмана – на левое предсердие.
Возбудимость – способность сердца возбуждаться под влиянием импульсов.
Абсолютный рефрактерный период миокардиального волокна – это когда клетка вообще не способна отвечать новой активацией на какой-либо дополнительный электрический стимул (в начале трансмембранного потенциала действия)
Относительный рефрактерный период – это когда нанесение очень сильного дополнительного стимула может привести к возникновению нового повторного возбуждения клетки.
Сократимость – способности сердечной мышцы сокращаться в ответ на возбуждение.
Все сердце в электрическом отношении представляется как некоторый электрический генератор в виде реального устройства и как совокупность электрических источников в проводнике. На поверхности проводника будет электрическое напряжение, которое в процессе сердечной деятельности возникает на поверхности тела человека. Моделировать электрическую деятельность сердца вполне допустимо, если использовать дипольный эквивалентный электрический генератор.
Дипольное представление о сердце лежит в основе теории отведений Эйнтховена. Согласно ей сердце есть таковой диполь с дипольным моментом, который поворачивается, изменяет свое положение и точку приложения за время сердечного цикла. В. Эйнтховен предложил снимать разности биопотенциалов сердца между вершинами равностороннего треугольника, которые приближенно расположены в правой и левой руке и левой ноге. (+ см лаб.тетр. стр 57)
27. Электрический диполь — система двух равных по модулю разноименных точечных зарядов (
между которыми значительно меньше расстояния до рассматриваемых точек поля.
Электрический момент диполя (дипольный момент): .
Токовый диполь – система из двух полюсов источника тока, помещенных в проводящую электролитическую среду.
(не удивляйся, там тот же вопрос!!!)
Все сердце в электрическом отношении представляется как некоторый электрический генератор в виде реального устройства и как совокупность электрических источников в проводнике, имеющем форму человеческого тела. На поверхности проводника при функционировании эквивалентного электрического генератора будет электрическое напряжение, которое в процессе сердечной деятельности возникает на поверхности тела человека. Моделировать электрическую деятельность сердца вполне допустимо, если использовать дипольный эквивалентный электрический генератор. Дипольное представление о сердце лежит в основе теории отведений Эйнтховена. Согласно ей сердце есть таковой диполь с дипольным моментом, который поворачивается, изменяет свое положение и точку приложения за время сердечного цикла.
28. Элѐктрокардиогра́фия — методика регистрации и исследования электрических полей, образующихся при работе сердца.
Прямым результатом электрокардиографии является получение электрокардиограммы (ЭКГ) — графического представления разности потенциалов возникающих в результате работы сердца и проводящихся на поверхность тела. На ЭКГ отражается усреднение всех векторов потенциалов действия, возникающих в определённый момент работы сердца.
Каждая клетка сердечной мышцы создаёт электрическое поле, которое имеет характеристики, подобные в общих чертах характеристикам электрического поля других типов мышечных клеток. Но потенциал действия (ПД) сердечных клеток отличается от ПД клеток поперечнополосатых мышц своей формой и длительностью. Электрическое поле сердца в целом образуется наложением электрических полей отдельных клеток. Изменения электрического поля сердца происходят при деполяризации и реполяризации мембраны клеток сердца (Рис.4). Эти изменения достаточны, чтобы создать изменения разности потенциалов между различными точками поверхности тела и чтобы обнаружить указанные изменения на большом расстоянии от их источника. Таким образом, ЭКГ характеризует возбуждение сердца, а не его сокращения.
В. Эйнтховен предложил снимать разности биопотенциалов сердца между вершинами равностороннего треугольника.
Эйнтховена теория — теория формирования электрокардиограммы, согласно которой сердце рассматривается как бесконечно малый диполь, расположенный в центре треугольника Эйнтховена и непрерывно меняющий величину и направление вектора электродвижущей силы.
Проекции ИЭВС-с на стороны равностороннего треугольника на линии отведений по теории Эйнтховена для ЭКГ. Вершины треугольника условно обозначают ПР правая рука, ЛР левая рука, ЛН левая нога, общая точка ПН права нога. Стороны треугольника называют линиями отведения.
МАГНИТОСТРИКЦИЯ И ИЗЛУЧЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА
В 1847 году физик Джоуль заметил, что, если поместить стержень из ферромагнитного материала1 в направленное вдоль него
магнитное поле, геометрические размеры стержня изменятся, т. е. он деформируется.
Это явление называется магнитострикционным эффектом, или магнитострикцией (от греческого «магнит» и латинского «стриктус» — сжатый).
В ферромагнетике могут быть два вида магнитострикции: линейная магнитострикция, при которой происходит изменение геометрических размеров тела в направлении приложенного поля, и объемная магнитострикция, при которой геометрические размеры тела изменяются во всех направлениях.
Линейная магнитострикция наблюдается в сравнительно слабых полях вследствие изменения магнитных сил кристаллической решетки, объемная в более сильных полях в результате действия электрических сил. В магнитострикционных излучателях используется линейная магнитострикция.
Магнитострикционный эффект обратим. Если стержень из ферромагнитного материала, обмотанный проводом, сжимать или растягивать, его магнитные свойства будут изменяться. Если этот стержень был предварительно намагничен или находился во внешнем магнитном поле, то при деформации стержня его магнитное поле изменяется, а в обмотке вследствие этого возникает переменный ток.
Ферромагнитный стержень деформируется независимо от направления магнитного поля. Следовательно, при пропускании переменного тока по обмотке излучателя его стержень будет деформироваться с удвоенной частотой. Это происходит потому, что магнитное поле возникает как в положительный, так и в отрицательный период тока.
Полярность магнитного поля при этом изменяется, но деформация сердечника остается одинаковой при обоих направлениях магнитного поля. Чтобы частота колебаний излучателя была равна частоте возбуждающего тока, в обмотку излучателя подводят постоянное напряжение, называемое напряжением поляризации. Излучатель, работающий по такому принципу, называется поляризованным.
Практически величины деформации стержня магнитострикционного излучателя очень малы (10~4—10~6) и выражаются в относительном удлинении
L от длины во много раз больше при той же амплитуде переменной магнитной индукции Вт.
Для изготовления магнитострикционных преобразователей применяются пермендюр, никель и железоалюминиевые сплавы — альферы. Наиболее высоким магнитострикционным эффектом обладает сплав платины с железом, но из-за большой стоимости этот сплав практически не применяется. Чаще магнитострикционные пре образователи делают из тонких листов сплава, склеенных между собой.
Толщина пластин обычно выбирается 0,1—0,3 мм. На сердечник, собранный из тонких листов, накладывается обмотка.
Рис. 5. Относительное удлинение ферромагнита: а — при отсутствии поляризации; б — при наличии поляризации
Магнитострикционные преобразователи имеют преимущества перед пьезоэлектрическими преобразователями: большие величины относительных деформаций, большая механическая прочность, большой срок службы, менее чувствительны к температурным воздействиям.
Конструкция и устройство пьезоэлектрических и магнитострикционных преобразователей приводятся ниже при рассмотрении акустических антенн гидроакустических станций кораблей и подводных лодок флотов иностранных государств.
Для работы акустических преобразователей необходимы источники питания электрической энергии. Эту задачу выполняют акустические генераторы, которые подразделяются на машинные и ламповые (полупроводниковые). К акустическим генераторам предъявляются следующие основные требования: стабильность частоты, возможность плавного регулирования частоты в заданном диапазоне, возможность регулирования выходной мощности в заданном диапазоне, надежность в работе, небольшие габариты.
Машинные генераторы, а точнее машинные преобразователи (умформеры), рассчитаны на работу с частотой до 20 кГц и мощностью до 150 кВт. Они просты по устройству и в обслуживании, экономичны, имеют большой коэффициент полезного действия (к. п. д.) и надежны в работе. Однако они не получили широкого распространения из-за низкой стабильности частоты и сложности ее регулирования, а также из-за трудности получения частоты более 20 кГц без дополнительных устройств — множителей.
Ламповые генераторы имеют более широкое применение для возбуждения в преобразователях механических колебаний звуковой и ультразвуковой частоты, особенностью которых является то, что они позволяют изменять частоту в широких пределах, имеют большой по сравнению с машинными к. п. д. и могут быть выполнены в широком диапазоне мощностей.
Акустические генераторы собираются как по схеме с самовозбуждением, так и по схеме с независимым возбуждением.
На рис. 6 изображена упрощенная схема лампового генератора с независимым возбуждением. На вход генератора (в сеточную цепь) подается переменное напряжение
Uвх от возбудителя. В анодную цепь включен колебательный контур L, С. С выхода генератора снимается переменное напряжение UВых с частотой, соответствующей подобранным параметрам излучателя. Для обеспечения работы генератора на анод лампы подается постоянное напряжение Еа, а на сетку — напряжение смещения Ес. Генератор с независимым возбуждением состоит из нескольких блоков: задающего генератора, предварительного и выходного усилителей. Блок задающего генератора представляет собой маломощный генератор с самовозбуждением, в котором вырабатываются высокочастотные колебания заданной (рабочей) частоты. С выхода задающего генератора напряжение высокой частоты поступает на предварительный усилитель, где мощность генерируемых колебаний повышается до уровня, необходимого для работы выходного каскада. Одновременно с этим предварительный каскад предохраняет задающий генератор от влияния нагрузки на его режим. Поэтому предварительных усилителей может быть несколько.
Рис. 6. Упрощенная схема лампового генератора с независимым возбуждением
Выходной каскад предназначен для получения колебаний ультразвуковой или звуковой частоты мощностью, необходимой для обеспечения работы электроакустического преобразователя. Выходную мощность акустического генератора, а следовательно, и мощность, подаваемую к преобразователю, можно регулировать изменением анодного напряжения или напряжения, подаваемого на экранную сетку генераторной лампы. Акустические генераторы с независимым возбуждением легко поддаются плавной регулировке частоты. Кроме того, у таких генераторов высокая стабильность частоты.
На рис. 7 изображена упрощенная схема лампового генератора с самовозбуждением с индуктивной обратной связью. В отличие от генератора с независимым возбуждением этот генератор преобразует энергию постоянного тока в энергию переменного тока без подведения внешнего переменного напряжения
Uвх, и поэтому является автономной колебательной системой. Генератор с самовозбуждением, как правило, играет роль задающего генератора и служит источником колебаний высокой частоты для последующих каскадов генератора с независимым возбуждением. В случае если генератор состоит из одного каскада, он собирается по схеме с самовозбуждением.
При подаче питания на генератор в контуре L, С возникают колебания, которые через обратную связь вызывают переменное напряжение Uс на сетке лампы. Вызванный этим
напряжением анодный ток Eа увеличивает ток в контуре, что повышает напряжение на сетке. Нарастание амплитуды колебаний происходит до момента стабилизации, который зависит от параметров схемы. Частота колебаний определяется параметрами контура.
Рис. 7. Упрощенная схема лампового генератора с самовозбуждением
Генераторы С самовозбуждением имеют меньшее количество элементов по сравнению с генераторами с независимым возбуждением. Схема с самовозбуждением обеспечивает возможность работы генератора на преобразователи с различными характеристиками их импеданса2 и настройку генератора на частоту механического резонанса преобразователей.
Рис. 8. Процесс образования колебаний в контуре
Непосредственно ламповый генератор состоит из трех основных элементов: источника питания, электронной лампы (или нескольких ламп) и колебательного контура, от параметров которого зависит частота генератора. Колебательный контур ультразвукового генератора состоит из емкости (конденсатора С),
индуктивности (катушки
L), имеющей активное сопротивление. Следовательно, колебательный контур — это цепь, состоящая из емкости и индуктивности. Так как вся индуктивность такой цепи сосредоточена в катушке, а вся емкость — в конденсаторе, то такие контуры получили название контуров с сосредоточенными параметрами.
Если подключить к заряженному конденсатору катушку индуктивности, то образованная цепь будет колебательным контуром. Но так как конденсатор был предварительно заряжен, контур будет обладать запасом электрической энергии, сосредоточенной между его обкладками в виде электрического поля (рис. 8, момент
I).
В определенный момент конденсатор начнет разряжаться через катушку индуктивности, вызывая в ней магнитное поле и электродвижущую силу (э. д. с.) самоиндукции. Так как э. д. с. самоиндукции всегда противодействует изменениям тока, вызывающим ее, то при разряде конденсатора она будет противодействовать нарастанию тока. Поэтому конденсатор будет разряжаться не сразу, а постепенно.
В процессе разряда конденсатора его энергия передается движущимся электронам, увеличивая их скорость перемещения. При этом разрядный ток в контуре и магнитное поле катушки, образованное им, также возрастают. Когда конденсатор полностью разрядится и напряжение на нем станет равным нулю, ток в контуре и магнитное поле катушки достигнут своего максимального значения (рис. 8, момент II).
Несмотря на то что энергия движущихся электронов теперь не пополняется, движение их не прекращается мгновенно, так как снижение их скорости поведет к уменьшению силы тока в контуре. Но при этом в катушке начнет уменьшаться магнитное поле. Это вновь вызывает появление в ней э. д. с. самоиндукции, которая теперь противодействует уменьшению тока, т. е. поддерживает движение электронов в том же направлении. Следовательно, ток в контуре прекратится не сразу, а будет уменьшаться также постепенно, как и нарастал. Конденсатор при этом будет перезаряжаться до тех пор, пока ток в контуре не прекратится и магнитное поле катушки не станет равным нулю (рис. 8, момент III).
Под действием разности потенциалов между обкладками конденсатора в контуре снова появится ток и начнется повторный разряд конденсатора, с той лишь разницей, что он будет иметь противоположное направление. Процесс будет повторяться в той же последовательности до тех пор, пока контур будет обладать запасом энергии (рис. 8, моменты IV, V).
Следовательно, за счет электрической энергии, первоначально полученной контуром, в нем возникают электрические колебания тока и напряжения. Так как они происходят самостоятельно, без воздействия внешнего источника электрической энергии, их называют свободными колебаниями.
Период свободных колебаний в контуре определяется временем заряда и разряда конденсатора. Это время зависит от емкости конденсатора. Но зарядно-разрядные токи в контуре встречают на своем пути противодействие в виде э. д. с. самоиндукции катушки, в результате чего время заряда и разряда конденсатора увеличивается. Таким образом, уменьшение емкости и индуктивности контура ведет к уменьшению периода свободных колебаний и увеличению их частоты.
Каждый контур имеет свою собственную, вполне определенную частоту, поэтому частоту свободных колебаний называют частотой собственных колебаний контура, а индуктивность и емкость, входящие в него, — параметрами контура. Частоту собственных колебаний контура можно получить подбором его параметров — величины индуктивности или емкости. Изменение параметров контура называют настройкой.
Помимо основных параметров контура существуют и другие, например амплитуда свободных колебаний, которая зависит от количества энергии, запасенной в контуре. Чем выше напряжение, до которого был предварительно заряжен конденсатор, тем больше амплитуда колебаний. Свободные колебания являются затухающими, так как энергия контура тратится на нагревание проводников и амплитуда колебаний постепенно уменьшается до нуля. Время существования свободных колебаний в контуре и скорость их затухания зависят от качества колебательного контура, т. е. от величины активных потерь в нем, и оцениваются добротностью контура. Чем выше добротность контура, тем большее увеличение тока можно в нем получить, тем меньше потери в контуре, и, следовательно, расход энергии источника на поддержание колебаний в нем будет мал.
Конструктивное оформление акустических генераторов может быть различным и зависит от назначения и размещения гидроакустической станции. В последующих разделах книги, по данным зарубежной печати, приводится краткое описание отдельных генераторов, работающих в ультразвуковом диапазоне частот, а также на низких и сверхнизких частотах.
1 Ферромагнетизм, т. е. «железный магнетизм», — это совокупность магнитных свойств железа. К числу ферромагнитных материалов, кроме железа, относятся ряд металлов, некоторые сплавы и окислы металлов.
2 Импеданс — отношение комплексных амплитуд звукового Давления и объемной колебательной скорости частиц среды.
