Выписываем из справочника SГР = 1/rНАС, β0, fT, eК ДОП. 2. Соотношение для выходной мощности
Р1 ГР = 0,5UК ГР IК1 ГР = 0,5UК ГР SГР eК МИН ГР a1(q).
Из рис. 7.6 следует: еК МИН = еК МАКС – 2UК ГР.
Р1 ГР = 0,5a1(q) SГР UК ГР (eК МАКС – 2UК ГР).
3. Решим уравнение (7.9)относительноUК ГР:
|
еК МАКС é |
|
|
|
|
|
ù |
|
|
|
|
|
16P |
|
|||
UК ГР = |
|
ê1± |
1- |
|
1ГР |
ú . |
||
4 |
α (θ)S е2 |
|||||||
|
|
ë |
|
|
1 |
|
û |
|
|
|
ê |
|
|
ГР К МАКС ú |
|||
4. Находим
ЕК = еК МАКС – UК ГР; IК1 = 2Р1 / UК ГР;
IК0 = IК1 / g1(q);
RК = UК ГР / IК1.
5. Определяем
Р0 = ЕК IК 0;
PS = Р0 – P1 < PS ДОП;
h = Р1 / Р0;
h = 0,5 x ГР g1(q).
Рис. 7.6
(7.9)
(7.10)
Расчеты входных цепей генераторов
Если методики расчета выходных цепей генераторов при использовании вакуумных и твердотельных приборов практически не отличаются одна от другой, то этого нельзя сказать о расчетах входных цепей ГВВ на лампах и транзисторах. Входное сопротивление генераторов на лампах в схемах с общим катодом велико и напряжение на управляющей сетке UС по форме близко к гармоническому. Напротив, входное сопротивление мощных транзисторных генераторов мало (единицы и доли Ом), и расчетные данные хорошо совпадают с практическими результатами, если считать, что ГВВ возбуждается гармоническим током.
Ниже рассматриваются методы расчета входных цепей ламповых и транзисторных ГВВ.
Расчет входной цепи лампового ГВВ
Форма напряжения на управляющей сетке определяется добротностью контура предыдущего каскада и, как правило, является синусоидальной uС = UСсoswt. Сеточный ток – это периодическая последовательность импульсов, которая может быть
Рис. 7.7
разложена в ряд Фурье. Входная мощность, потребляемая от предыдущего каскада, определяется соотношением:
РС1 = 0,5UС IС1,
где IС1 – амплитуда первой гармоники тока управляющей сетки.
Через источник отрицательного смещения протекает постоянная составляющая сеточного тока IС0, которая втекает в положительный полюс источника, и следовательно, сеточная цепь не потребляет энергии от источника смещения, а отдает ее ему. Баланс мощности во входной цепи определяется соотношениями
РС1 = РС0 + РС; РС0 = |ЕС| IС0,
где РС, РС0 – мощности, рассеиваемые сеткой и поступающие в источник смещения.
Учитывая, что максимальное значение тока сетки IС МАКС определяется зна-
чениями напряжений eС МАКС и ea МИН, а также тем, что статическая характери-
стика тока сетки нелинейна (см. рис. 7.8), амплитуду первой гармоники и величину постоянной составляющей тока сетки можно вычислить по следующим приближенным соотношениям:
|
IС1 = IС МАКС α1(θС) k1; |
|
IС0 = IС МАКС α0(θС) k0, (7.11) |
|
где к1 0,7 – 0,8; к0 0,6 – 0,7 – коэф- |
|
фициенты, учитывающие отличие фор- |
Рис. 7.8 |
мы импульса сеточного тока от косину- |
соидальной. |
|
определяется соотношением |
Угол отсечки сеточного тока θС |
|
сos θ C = |
− EC |
. |
(7.12) |
|
|
UC |
|
Расчет входной цепи биполярного транзистора при возбуждении от источника гармонического тока
Входное сопротивление транзистора (при мощности Р1 > 1 Вт) в схеме с общим эмиттером, как правило, много меньше, чем выходное сопротивление источника возбуждения. Можно считать, что транзистор возбуждается от источника тока. Для анализа процессов во входной цепи транзистора необходимо представить его эквивалентную схему (рис. 7.9).
На рис. 7.9 приняты обозначения: LБ, LЭ, LК
– индуктивности выводов базы, эмиттера, коллектора (0,1–2) нГ для мощных транзисторов; rБ – сопротивление «тела» базы (0,1–10) Ом; СЭ0 – барьерная емкость эмиттерного перехода (измеряется при ЕБ=0);
Рис. 7.9
СД – диффузионная емкость открытого эмиттерного перехода; СКА, СКП – активная и пассивная составляющие емкости коллекторного перехода (10-300) пФ; rβ
– сопротивление, учитывающее рекомбинацию неосновных носителей в базе, rβ
= β0 rе; IЭ0 – постоянная составляющая тока эмиттера; rе = 0,026/IЭ – сопротив-
ление открытого эмиттерного перехода rЭ – резистивное сопротивление вывода эмиттера.
Для определения диффузионной емкости воспользуемся соотношением:
ωТ rе CД = 1,
где ωТ – частота, на которой коэффициент передачи тока базы равен единице. В справочниках приводится обычно значение модуля |β| или |h21| на опреде-
ленной частоте f*. Частоту fТ можно найти по соотношению fТ=|β| f* Частотная зависимость коэффициента передачи тока базы (рис. 7.10) определяется формулой
|
β0 |
|
β0 |
|
|
β = |
1+ j ω ω |
= |
1+ jτ |
|
, |
|
β |
|
|
β |
|
где τβ = CД rβ.
Рис. 7.10
Подключим источник тока IВХ к входу транзистора, а нагрузку – к зажимам коллектор – эмиттер. Так как величина тока при этом условии не зависит от элементов, последовательно с ним включенных, из схемы можно убрать (на этапе анализа токов) индуктивность вывода базы и сопротивление базы (рис. 7.11).
Учитывая, что напряжение на эмиттерном переходе много меньше, чем на коллекторном, ток через суммарную емкость (СК = СКА + СКП) коллекторного перехода можно определить по
упрощенной формуле:
IСК = (uК – uБ)jωCК ≈ jωCК uК.
Если нагрузка настроена в резонанс, напряжение uК синусоидально, также синусоидален ток, протекающий через емкости коллекторного перехода. При таком
Рис. 7.12
предположении можно просуммировать входной ток и токи емкостей СКА, СКП и ввести суммарный управляющий ток (рис. 7.12) IУ = iВХ + jwCК uК.
Ток через переход равен
iУ = IБ0 + IУ sinwt.
Tок IУ содержит две составляющих – ток базы теоретической модели транзистора (ток, протекающий через замкнутый ключ (заштрихованная область на рис. 7.13, а) и ток, протекающий через барьерную емкость эмиттерного перехода (разомкнутый ключ – закрытый транзистор).
Эти два тока разделены моментами коммутации ключа, то есть моментами перехода транзистора из открытого в закрытое состояние и обратно.
Чтобы упростить понимание происходящих явлений, предположим, что сопротивление диффузионной емкости CД много меньше сопротивления rβ и последним можно пренебречь. Это выполняет-
ся на частотах w > 3wβ . При этих предположениях сопротивление как открытого, так и закрытого перехода, носит почти емкостный характер и напряжение на переходе отстает от тока по фазе. Примерные временные диаграммы напряжений и токов на переходах показаны на рис. 7.13. При таких предположениях ток коллектора представляет собой последовательность косинусоидальных импульсов.
Рис. 7.13 Между первыми гармониками токов коллектора и теоретической модели базы выполняется обычное соотношение
IК1 = êbçIБ1.
Из решений дифференциальных уравнений (здесь не приводятся), описывающих переходные процессы на переходе, следует
IБ1 = IУ1 γ1(q).
Из соотношения (7.11) запишем
IВХ = IУ – jw CК UК;
IУ = IБ1/g1(q) = IК1/(|b|g1(q));
UК = – IК1RК.
После подстановок получим
I |
|
= |
|
|
|
IК1 |
+ jωC |
|
I |
R = I |
é |
1+ jωτβ |
+ jωC |
R |
ù |
= |
|||
|
|
b |
|
γ (θ) |
|
|
|
||||||||||||
|
ВХ1 |
|
|
|
|
|
К |
|
К1 К |
К1ê |
γ (θ)β |
0 |
|
К К ú |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
ë |
1 |
|
|
û |
|
|
= IК1 |
|
1+ jω[τβ + CК RКγ1(θ)β0 ] |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
γ1(θ)β0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обозначим постоянную времени
τβ + CК RК γ1(θ)β0 = τЭКВ .
Тогда входной ток будет равен
36