При анализе работы генератора и при его проектировании вопрос о выборе системы или вопрос параметров и характеристик весьма важен. В большинстве случаев на вх. и вых. генераторе с независимым возбуждением имеет место гармонические колебания, поэтому предпочтение следует отдать z-параметрам, однако использовать в режиме малых амплитуд, когда параметры можно считать постоянными. В основном целесообразно использовать статические характеристики транзистора.
Генераторы используют все области статических характеристик:
- активная область (соответствует большим напряжениям на коллекторе и малым токам базы Uк>>1, iб<<1).
- насыщение (Uк<1, iб>1).
- отсечка (ik=iб=0).
На практике используется аппроксимация характеристик отрезками прямых линий, при проектировании в активной области – прямые, сдвинутые относительно начала координат (рис.5).
Принцип работы генератора с независимым возбуждением (ГНВ).
ГНВ предназначен для преобразования энергии постоянного тока источника питания в энергию высокой частоты (рис. 6 и рис.7).
Считаем, что нагрузка чисто активная, но нагрузка имеет такое же по виду падение напряжения, что и ток.
(формула 3)
В транзисторных каскадах усиления в качестве ключа используется транзистор с включением ОБ или ОК, причем ОБ обладает наименьшим количеством собственных шумов, т.е. разумно использовать на предельных частотах элемента.
Эквивалентная механическая схема ГНВ.
(рис. 8)
В данном случае транзистор управляет напряжением возбуждения, которое поступает от внешнего источника. Режим работы ключа определяется постоянным напряжением смещения и при работе транзистора в режиме класса А (без отсечки), в коллекторной цепи протекает ток покоя, а при подаче напряжения смещения (формула 4).
Параметры ГНВ.
При работе транзистора в динамическом режиме напряжение на коллекторе определяется как разность коллекторного питания и падения напряжения на нагрузке (формула 5).
Мощность потребления от источника питания определяют постоянные составляющие тока (формула 6).
Часть этой мощности выделяется на полезные нагрузки и несет полезную информацию. Другая часть рассеивается на электродах и нагрузке и не несет полезной информации, но изменяет температурный режим транзистора Рр=Ро-Рн, где Ро – потребляемая мощность.
КПД генератора: (формула 7), где гамма – коэффициент формы коллекторного тока, а бета – коэффициент использования коллекторного напряжения.
При использовании режима класса А (режим без отсечки коллекторного тока) коэффициент гамма не может быть больше 0.5, в идеале бета будет равна 1. Отсюда КПД будет 25%, поэтому режим А нецелесообразен.
4. Работа генератора в нелинейном режиме (с отсечкой тока). Понятие угла отсечки.
Для повышения КПД и уменьшения мощности рассеивания, целесообразно использовать нелинейный (импульсный) режим генератора, т.е. n-p открывается только на часть импульса. Этот интервал называется углом проводимости (время открытого состояния n-p перехода). В случае формирования симметричного импульса тока половина угла проводимости определяет угол отсечки. В этом случае при открытом переходе транзистор находится в состоянии отсечки.
Режим работы самого генератора определяется положением динамической характеристики на плоскости статичных характеристик. С изменением нагрузки меняется и угол наклона характеристики (формула 8).
На практике различают 3 режима: недонапряженный режим, перенапряженный режим, критический режим.
При работе генератора в недонапряженном режиме транзистор находится в активном состоянии и состоянии отсечки. Перенапряженный режим – транзистор из активного состояния в состояние отсечки и насыщения. Критический режим – промежуточный.
Напряжение режима работы формирует форму импульса тока выходной цепи. Перенапряженный режим - в импульсе тока появляется искажение (провал вершины импульса), а в дальнейшем режиме импульсы раздваиваются (рис. 9).
Справедливо в пределах угла проводимости (формула 9). В точке А ток равен 0. (формулы 10). Подставим значение Iко и получим (формула 11). Таким образом, в случае когда wt=0 ток будет максимальным, т.е. (формула 12). В общем виде мгновенное значение тока Iк определяется выражением (формула 13). Т.к. ГНВ настроен на частоту первой гармоники коллекторного тока, обеспечивая max величину мощности, то напряжение на коллекторе определяется как (формула 14). При работе транзистора в активном режиме мгновенное значение тока можно представить в виде ряда Фурье (формула 15). Таким образом любую гармонику тока можно определить, найдя коэффициент этого ряда (формула 16). Lo – коэффициент разложения по составляющим тока.
Аналогично можно определить первую гармонику и n-ую гармонику (формулы 17), где Lk – коэффициент Берга и представлен в виде таблиц.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.