1.8 Коефіцієнт використання колекторної напруги в критичному режимі

У багатьох випадках потрібно при заданих значеннях корисної потужності P₁ розрахувати критичний режим роботи генератора із зовнішнім збудженням. Вибравши тип транзистора, знаючи напругу колекторного живлення Е_к і кут відсічення колекторного струму θ, визначають коефіцієнт використання колекторної напруги, відповідний критичному (граничному) режиму роботи:

. (1.7)

Після цього визначають амплітуду напруги на колекторі U_тк=ξ_крЕ_к і далі решта енергетичних параметрів колекторного ланцюга відповідно до порядку розрахунку генератора.

Доказ формули (1.7) полягає в наступному.

За визначенням .

Враховуючи, що в критичному режимі

е_{к min} = r_насІ_кmax ,

а також

,

отримаємо квадратне рівняння

,

вирішуючи яке, отримаємо формулу (1.7).

1.9 Ключовий режим гвв

Ключовий режим дозволяє отримати високий електронний ККД, тобто істотно зменшити розсіювану електронним приладом потужність.

Якщо в ланцюг бази подати великий струм збудження, то при порівняно великому внутрішньому опорі джерела збудження транзистор практично знаходитиметься тільки в одному з двох станів - відсічення або насичення. Такий режим роботи ЕП називається ключовим. При цьому форми імпульсів колекторного (стічного) струму і колекторної (стічного) напруги максимально наближаються до меандра, і створюються умови для транзистора, при яких він знаходиться або в стані відсічення, або в стані насичення.

У ключовому режимі струм протікає через транзистор при мінімальній напрузі на колекторі е_к = і_кr_нас, тобто при мінімальній розсіюваній на колекторі потужності , де ρ(τ)=і_к(τ)е_к(τ) - миттєва потужність, τ=ωt. Отже, в ключовому режимі електронний ККД має максимальне значення:

.

Це визначає високу енергетичну економічність генератора і слабкий нагрів транзистора. Окрім цього, зменшується вірогідність теплового «шнурування» (вторинного пробою), що виникає із-за нерівномірного розподілу щільності струму в структурі могутнього транзистора. Вторинний пробій розвивається при роботі транзистора в активній області при значних миттєвих потужностях, що перевищують деяке значення протягом достатнього тривалого часу (порядка декілька мілісекунд). Це обмежує діапазон робочих частот біполярних транзисторів знизу при роботі в недонапруженому режимі. Тому ключовий режим для БТ можна вважати надійнішим, причому нижня робоча частота, на якій можливе застосування транзистора, може зрушуватися в область нижчих частот.

В той же час із-за шунтуючого впливу вхідної і вихідної ємкостей транзистора реалізація ключового режиму можлива лише на щодо низьких частотах, приблизно на порядок менших, ніж максимальна робоча частота транзистора, що працює в недонапруженому і критичному режимах. Крім того, коефіцієнт посилення по потужності в ключовому режимі менше, ніж в недонапруженому, оскільки для переходу транзистора із стану відсічення в стан насичення і назад потрібна велика амплітуда напруги, що управляє. Ці недоліки не дозволяють використовувати ключові режими в діапазоні високих і надвисоких частот.