1.2 Баланс потужностей в генераторі із зовнішнім збудженням

Баланс потужностей у вихідному ланцюзі. Потужність, споживана від джерела колекторного живлення, рівна Р₀ = I_к0Е_к. Частина цієї потужності перетвориться активним елементом (транзистором) в корисну потужність високочастотних коливань P₁ = 0,5U_ткІ_к1, передавану в контур, решта частини споживаної потужності розсівається на колекторі транзистора. Виходячи з цього баланс потужностей для вихідного ланцюга транзистора можна записати в наступному вигляді:

Р₀ = Р₁ + Р_к

де Р_к - потужність, що розсіюється на колекторі транзистора.

Електронний коефіцієнт корисної дії (ККД) каскаду

ŋ_е = Р₁/Р₀

Підставивши сюди вирази для корисної і споживаної потужностей, отримаємо:

ŋ_е = 0,5ξα₁(θ)/ α₀(θ)

де ξ = U_тк/Е_к - коефіцієнт використання колекторної напруги.

У свою чергу, частина корисної потужності розсівається в контурі, внаслідок чого в навантаження передається менша потужність:

Р_вих = ŋ_кР₁

де ŋ_к - коефіцієнт корисної дії контура.

Вибір кута відсічення в підсилювачах потужності. У лінійному режимі (θ = 180°) коефіцієнт форми g₁ = α₁(θ)/ α₀(θ)=1 і при значеннях ξ = 0,8...0,9 ККД рівний ŋ_е = 0,4...0,45. При θ = 90° g₁ = 1,57, ККД ŋ_е = 0,63...0,71, розсіювана на колекторі потужність знижується в 2,6...2,9 рази [1]. Подальше зменшення кута відсічення приводить до незначного зростання ККД, проте при цьому швидко збільшуються висота імпульсу колекторного струму І_кmax і амплітуда напруги на вході, що приводить до значного збільшення зворотної напруги на емітерному переході і, отже, до обмежень по допустимих значеннях і_{к доп} і и_{бе доп}. У зв’язку з цим рекомендується вибирати θ = 70°...90°.

Мал. 1.5 – Залежність коефіцієнта форми від кута відсічки

Баланс потужностей у вхідному ланцюзі. У випадку, якщо зсув на базі позитивного Е_б > 0, баланс потужностей у вхідному ланцюзі можна записати в наступному вигляді:

Р_б = Р_см + Р_возб

де Р_возб - потужність збудження, Р_см =Е_бІ_б0 - потужність, споживана від джерела зсуву (І_б0 - постійна складова базового струму), Р_б - потужність, що розсіюється на базі

У випадку, якщо зсув на базі негативного Е_б < 0, постійна складова базового струму протікає проти ЕДС джерела зсуву. При цьому баланс потужностей у вхідному ланцюзі можна записати в наступному вигляді:

Р_возб = Р_см + Р_б

Фізично це означає, що частина потужності збудження витрачається на створення автоматичного базового зсуву - рассеивается резистором R_б, встановленим замість джерела базового зсуву (мал. 1.6).

Мал. 1.6 – Коло автоматичного базового зміщення

Потужність збудження розраховують по-різному в зазалежності від того, при яких умовах працює транзистор. Наприклад, при збудженні гармонійною напругою Р_возб = 0,5U²/r_вх де U - амплітуда змінної напруги на вході, r_вх - вхідний опір транзистора. Вхідний опір транзистора в області низьких частот r_вх = r_б + [1 +γ₁(θ) β₀] r_e, де rб - опір бази, гэ - опір емітера, Ро - статичний коефіцієнт посилення струму в схемі із загальним емітером. Формули для розрахунку вхідного опору в області середніх і високих частот приведені в п. 2.2.