Исследование режимов работы генератора с внешним возбуждением: Методические указания по лабораторной работе

4

1.  Цель работы: исследовать зависимость формы токов и напряжений и
величины   постоянной   составляющей   токов   электродов   активного
элемента от режимов его работы.

2.  Краткие теоретические сведения.

Токи электродов активного элемента зависят от напряжений, приложенных к ним. Графическое изображение зависимости тока электрода от приложенного к этому электроду напряжения (при постоянстве напряжений на всех остальных электродах) называется статической характеристикой. Эти статические характеристики являются нелинейными, что вызывает значительные трудности при анализе работы и расчете генераторов. Для упрощения реальные статические характеристики идеализируются заменой нелинейных характеристик отрезками прямых (кусочно-линейная аппроксимация). В дальнейшем будем рассматривать только идеализированные характеристики.

При изучении генераторов с внешним возбуждением используются проходные, выходные и входные статические характеристики.

В реальных схемах выходная цепь активного элемента содержит сопротивление нагрузки, на котором ток выходного электрода создает падение напряжения. Это падение напряжения или выходное напряжение связано с выходным током через сопротивление нагрузки.

 ,   где  -  падение   напряжения   на   выходном

электроде,- напряжение источника питания,- ток, текущий через выходной электрод и- сопротивление, эквивалентное нагрузке активного элемента. Зависимость тока, текущего через выходной электрод активного элемента от напряжения на этом электроде при наличии сопротивления, эквивалентного нагрузке называют динамической характеристикой. При изучении режимов работы генератора с внешним возбуждением используются проходные динамические характеристики (зависимость тока выходного электрода от напряжения на входном электроде) и выходные динамические характеристики (зависимость выходного тока oi напряжения на выходном электроде).

При кусочно-линейной аппроксимации статических характеристик динамическая характеристика будет представляться в виде отрезков прямых, если сопротивление эквивалентное нагрузке активного элемента будет чисто активным.

Объяснить отличие динамической характеристики от статической можно следующим образом. В системе проходных статических характеристик (Рис. 1а) при увеличении напряжения отдона входном электроде рабочая точка будет перемещаться вправо (например от точки 1 к точке 2), но не по статической характеристике (точкой линии), а будет переходить на другую

статическую характеристику, соответствующую более низкому выходному
напряжению согласно выражения            *

к точке 2 с координатамии т.д. до линии критического режима

- точка 3. при дальнейшем увеличении входного напряжения, ток выходного электрода  падает и может достигнуть нулевого значения (точка).

Физически это объясняется тем, что на участке С активный элемент находится в режиме насыщения при уменьшающемся выходном напряжении  , и небольшое дальнейшее увеличение входного напряжения и_вх приводит к резкому уменьшению выходного тока.

При уменьшении входного напряжения рабочая точка смещается влево и может перейти на участок левее точки Е (напряжения отсечки) - участок А, при этом выходной ток будет отсутствовать, т.к. активный элемент будет закрыт входным напряжением (). Траектория рабочей точки по линиям

А, В , С , D и обратно есть динамическая характеристика (толстая линия, Рис. 1а). Аналогичным образом можно объяснить форму динамической характеристики в системе выходных статических характеристик (Рис. 16).

На динамической характеристике можно выделить четыре характерных участка: участок А - область отсечки - активный элемент заперт входным напряжением (), как входной ток, так и выходной ток равны нулю. Эта

область включает все напряжения на входе, которые меньше напряжения отсечки Е .

Участок В простирается от напряжения отсечки Е до линии критического режима. Эта область, соответствующая малым токам, является областью недонапряженных режимов, в ней управление выходным током осуществляется напряжением на входном электроде. Следовательно, в этом режиме генератор с внешним возбуждением является генератором тока.

Участки С и D динамической характеристики начинаются с линии критического режима и являются областью перенапряженных режимов, в этой области выходным током управляет выходное напряжение, т.е. генератор с внешним возбуждением является генератором ЭДС.

Если траектория рабочей точки составляющая динамической характеристики, ограничивается участками А и В, то считается, что активный элемент работает в недонапряженном режиме, если она захватывает участки С и D, то режимы являются перенапряженными, соответственно слабо- и сильно. Границей между недонапряженным режимом и перенапряженным режимом является граничный или критический режим.

Используя динамическую характеристику, можно построить форму импульса выходного тока. В зависимости от величины приложенных к электродам активного элемента напряжений и от сопротивления эквивалентного нагрузке, рабочая точка может перемещаться по участкам динамической характеристики, соответствующим различной напряженности режима (рис. 2).

В недонапряженном режиме (кривая 1) и критическом режиме (кривая 2) импульсы выходного тока имеют вид отрезка косинусоиды. При слабом

перенапряженном режиме (кривая 3) в средней части импульса появляется провал, который увеличивается с ростом напряженности режима. В сильно перенапряженном режиме (кривая 4) провал увеличивается настолько, что в средней части его появляется участок с отсутствием тока, импульс выходного тока раздваивается. При активной нагрузке провал совпадает с серединой импульса, если нагрузка расстроена, провал смещается, и импульс выходного тока становится несимметричным.

Из рис. 2 можно сделать вывод, что напряженность режима возрастает при увеличении напряжения возбуждения, смещения, сопротивления, эквивалентного нагрузке активного элемента и уменьшается при увеличении напряжения питания.

Импульсы тока базы не имеют провала. В перенапряженном режиме величина импульса резко возрастает. Однако импульсы тока базы существуют только тогда, когда входное напряжение равное, сумме напряжения смещения и амплитуды возбуждения, становится больше напряжения отсечки Е .

3.   Описание лабораторного макета.