2.4. Енергетичні співвідношення в схемі генератора з зовнішнім збудженням.

При використанні ГЗЗ як підсилювача потужності визначимо основні енергетичні показники цього каскаду:

- вихідна коливальна потужність ГЗВ, яка визначається амплітудою вихідного струму I_m і вихідної напруги U_m;

- потужність, яка споживається від джерела живлення, і визначається напругою Е_ж і споживаним струмом I₀;

- коефіцієнт корисної дії (ККД);

- коефіцієнт використання активного елемента ГВВ по напрузі;

- коефіцієнт використання активного елемента ГВВ по струму ;

- потужність розсіювання на колекторі (стоці, аноді).

Оскільки активний елемент (біполярний, польовий транзистор чи електронна лампа) ввімкнений послідовно з опором навантаження ГЗЗ (паралельним контуром), то, очевидно, потужність джерела живлення Р₀ буде перетворена на коливальну потужність Р_вих і потужність Р_{к(с, а)} яка виділяється на активному елементі, тобто, Р₀ = Р_вих + Р_{к(с, а)}, тоді

дійсно Р_{к(с, а)} = Р₀ – Р_вих.

Визначаючи Р₀ = Р_вих/η можна одержати Р_к(с,а) = Р_вих/η – Р_вих = Р_вих ( ). Визначимо також ККД через коефіцієнти.

Визначимо тепер основні енергетичні співвідношення в схемі для режиму коливань першого і другого роду.

При режимі коливань першого роду робоча точка, як відомо, вибрана посередині лінійної ділянки вхідної (перехідної) характеристики, що зумовлює наявність значного струму спокою І₀ при використанні, наприклад, вихідних характеристик (рис.2.9).

Рис. 2.9 Режим коливань першого роду.

З рис. 2.9 дуже чітко видно, що спроба збільшити, наприклад, коливальну потужність Р_вих = ½ I_m U_m зумовлює збільшення I_m (гранично величина I_m може бути збільшена до I₀, тобто, коефіцієнт використання транзистора по струму прямує до 1) і амплітуди вихідної напруги U_m (гранично величина U_m може бути збільшена, як видно з риc. 2.9, до Е_ж/2, тобто, коефіцієнт використання транзистора по напрузі ξ= U_m/Е_ж прямує до ½)

Тоді для коливань першого роду максимальний ККД

η_max=½ψ_max · ξ_max=½·1·½=¼=0,25=25%.

При визначенні потужності розсіювання P_{к(с, а)} для режиму коливань першого роду для η_max =0,25 легко визначити співвідношення між Р_{к(с, а)} та Р_вих:

Це означає, що для одержання, наприклад, на виході ГЗЗ вихідної коливальної потужності Р_вих = 1 Вт необхідно мати активний елемент з розсіюваною потужністю Р_{к(с, а)} = 3 Вт.

При режимі коливань другого роду робоча точка, як відомо, вибрана на початку вхідної перехідної характеристики, що зумовлює відсутність струму чи його незначну величину в вихідному колі активного елементу. На рис. 2.10 зображені форми струму і напруги для кута відсічки Ө=90° на вихідних характеристиках транзистора.

Рис. 2.10. Режим коливань другогороду.

При наявності косинусоїдального імпульсу струму з амплітудою імпульсу I_m вихідна напруга, як уже згадувалось, може бути синусоїдальною, якщо в вигляді навантаження ГЗЗ використовувати паралельний контур, настроєний на частоту вхідного сигналу. З рис. 2.10 видно, що гранична величина U_m може бути збільшена до Е_ж, тобто ξ_max= U_m/Е_ж =1, а максимальна величина ККД, наприклад, для кута відсічки Ө = 90 (коефіцієнти розкладання А.І.Берга α₀=0,32; α₁=0,5) дорівнює:

При цьому режимі співвідношення між Р_{к(с, а)} і Р_вих виглядає:

Це означає, що для одержання, наприклад, на виході ГЗЗ тієї ж вихідної коливальної потужності Р_вих = 1 Вт необхідно мати активний елемент з розсіюваною потужністю Р_{к(с, а)} ≈ 330 мВт, що на порядок менше, ніж в режимі коливань першого роду (3 Вт). Це означає, що режим коливань першого роду потребує значно більш потужного транзистора з великим струмом споживання від джерела живлення. А режим коливань другого роду зумовлює використання для цієї ж мети менш потужного транзистора, що є великою перевагою режиму коливань другого роду. Тому, цей режим як такий, що має кращі енергетичні показники, широко використовується в каскадах радіопередавача, особливо в кінцевих каскадах, де значні струми споживання.