1.3 Динамічні характеристики генератора із зовнішнім збудженням

Динамічними характеристиками (ДХ) генератора із зовнішнім збудженням називаються залежності струму одного з електродів активного елементу від напруги на відповідному електроді в динамічному режимі. Найбільш поширеними є залежності колекторного струму від напруги на колекторі і_к = ƒ(e_к), побудовані в сімействі вихідних статичних характеристик. Приклад ДХ для θ > 90° приведений на мал. 1.7.

Мал. 1.7 – Динамічна характеристика ГЗЗ в критичному режимі

Тут позначено:

І_n - струм спокою, що протікає в колекторному ланцюзі транзистора за відсутності збудження на вході;

Е_к -напряженіє живлення;

U_mк - амплітуда змінної напруги на колекторі;

е_{к min} і e_{к max} - відповідно мінімальне і максимальне миттєві значення напруги на колекторі.

Аналітичний вираз для динамічної характеристики має наступний вигляд:

, (1.6)

де Е'_к = E_к-U_mкcosθ.

Доказ формули (1.6). З рівняння (1.4) маємо:

Підставивши цей вираз у формулу (1.2), отримаємо

Враховуючи, що І_к1, = S₁U_тб = γ₁(θ)SU_тб, маємо:

Отже

З формули (1.5) . Позначивши вираз в круглих дужках

Е_к- U_ткcosθ = Е'_к

отримаємо формулу (1.6). Це рівняння прямої лінії з негативним кутовим коефіцієнтом. Особливо відзначимо, що нахил ДХ визначається не тільки величиною опори колекторного навантаження R_к, але ще і залежить від кута відсічення колекторного струму θ.

Режими роботи генератора із зовнішнім збудженням.

Розрізняють наступні чотири режими роботи генератора із зовнішнім збудженням: 1) - недонапружений, 2) - критичний, 3) - перенапружений, 4) - ключовий. Розглянемо спочатку перші три.

1. Недонапружений режим. При малих опорах колекторного навантаження каскад знаходиться в недонапруженому режимі. В цьому випадку імпульс колекторного струму має косинусоїдальну форму, корисна потужність і ККД каскаду порівняно невеликі, велика потужність розсівається на колекторі транзистора.

При збільшенні опору колекторного навантаження каскад спочатку переходить в критичний, а потім в перенапружений режим.

2. У критичному режимі вершина імпульсу колекторного струму формується в області різкого вигину вихідних ВАХ, тобто точка динамічної характеристики (е_кmin, і_кmax) розташована на лінії критичного режиму. Крутизна цієї лінії назад пропорційна опору насичення транзистора:

Следовательно:

Форма імпульсів колекторного струму стає злегка плескатою, але в першому наближенні розрахунок спектральних складових з використанням коефіцієнтів Берга залишається справедливим.

3. У перенапруженому режимі в імпульсі колекторного струму з’являється провал (мал. 1.8) корисна потужність зменшується.

Мал 1.8 – Форма імпульсів колекторного струму в перенапруженому режимі

Яким чином можна міняти опір колекторного навантаження R_к? Є декілька способів. Один з них - шляхом зміни зв’язку контура з навантаженням М_св (див. мал. 1.1). При цьому змінюється опір r_вн, що вноситься до контура і, отже, резонансний опір контура R_рез = ρ² / (r_вн+r₀). Другий спосіб - зміною коефіцієнта включення контура в колекторний ланцюг транзистора R_к = ρ² R_рез - див. далі в п. 2.4.

На мал. 1.7 приведена динамічна характеристика для критичного режиму при куті відсічення θ > 90°. В цьому випадку величина струму спокою рівна постійній складовій коллекторного струму за відсутності збудження, а зсув на електроді (на базі), що управляє, перевищує напругу замикання транзистора Е'. Динамічні характеристики при різних опорах навантаження перетинаються в крапці з координатами (Е_к, 1_n). На мал. 1.9 приведені динамічні характеристики для трьох опорів колекторного навантаження R_к, відповідних недонапряженному, критичному і перенапруженому режимам роботи генератора із зовнішнім збудженням.

Мал. 1.19 – Динамічна характеристика для недонапруженого (1), критичного (2) і перенапруженого (3) режимів ГЗЗ

При θ = 90° струм спокою рівний нулю, всі динамічні характеристики перетинаються на осі е_к (мал. 1.10, а) при напрузі рівному напрузі живлення Е_к. При цьому величина коефіцієнта γ₁(θ) = 0,5, і нахил динамічної характеристики визначається величиною коефіцієнта 2 / R_к в рівнянні (1.6).

Мал. 1.10 – Динамічна характеристика для недонапруженого (1), критичного (2) і перенапруженого (3) режимів ГЗЗ:

а – при θ = 90° ; б – при θ < 90°

Якщо кут відсічення менше 90°, струм спокою І_n < 0 - фіктивна величина, динамічні характеристики перетинаються в області негативних значень колекторного струму (мал. 1.10, б).