2.6. Вибір оптимального кута відсічки в схемі генератора з зовнішнім збудженням.

Вибір оптимального кута відсічки в схемі ГЗЗ здійснюється з таким розрахунком, щоб величина коливальної потужності Р_вих була значна при високому коефіцієнті корисної дії η.

Для аналізу ці величини визначимо через коефіцієнти розкладання А. І. Берга.

З графіків залежності коефіцієнтів розкладання А.І.Берга від кута відсічки (рис. 2.15) видно, що оптимальним кутом відсічки є кут, близький до 90°.

Спроба збільшення кута відсічки (наприклад, від 90° до 120°, де максимальний) приводить до незначного збільшення Р_вих, що видно з формули, оскільки α₁ збільшується тут від 0,5 до 0,54.

Одначе збільшення кута відсічки Ө в цьому випадку приведе до зменшення η, який характеризується, як видно з формули для η, відношенням α₁/α₀. Збільшення ж кута відсічки Ө, як видно з залежності коефіцієнтів розкладання α₁ і α₀, приводить до незначного збільшення α₁, але значного збільшення α₀, тому η зменшується.

Зменшення кута відсічки (наприклад, від 90° до

Рис. 2.15. Залежність коефіцієнтів розкладання α₁ і α₂ від кута відсічки.

30°) приводить до значного зменшення вихідної коливальної потужності Р_вих, оскільки крутість спаду α₁ в цьому проміжку велика. Коефіцієнт корисної дії η при зменшенні Ө зростає, оскільки крутість залежності α₁ в цьому проміжку вища, ніж крутість зміни α₀, а, отже, співвідношення α₁/α₀ зростає.

Необхідно відмітити, що оптимальний кут відсічки Ө_opt = 70° … 90° легко реалізується в схемі каскаду без спеціальних вимірів, оскільки цей кут відповідає появі вихідного струму активного елементу ГЗЗ при появі вхідної напруги.

2.7. Характеристики навантаження генератора з зовнішнім збудженням.

Характеристиками навантаження ГЗЗ є залежність основних енергетичних показників (Р_вих, η, Р₀, Р_{к(с, а)}) від зміни величини опору навантаження. Ці характеристики можуть бути використані для вибору оптимального режиму роботи ГЗЗ.

Оскільки навантаженням ГЗЗ є паралельний контур, настроєний на частоту вхідного сигналу, то зміна навантаження є по суті зміною Р_ер, яка в свою чергу, при стабільності вхідної напруги U_вх і напруги джерела живлення Е_ж, приводить до зміни режиму активного елементу від не-до-напруженого до сильно-перенапруженого.

На рис. 2.16 зображено хід характеристик навантаження ГЗЗ від опору навантаження R_ер, де додатково приведені форми струму активного елементу (наприклад, біполярного транзистора) при зміні режиму роботи.

Рис. 2.16. Характеристики навантаження ГЗЗ.

Залежність характеристик навантаження при зміні опору навантаження пояснюється зміною режиму активного елементу, тому вони мають вигляд, який зображено на мал. 2.16а.

Амплітуда першої гармоніки вихідного струму І_1m = α₁·U_m. Оскільки кут відсічки не змінюється (характеристика знімається при постійному U_вх та Е_ж), то видно, що І_1m фактично залежить від зміни амплітуди косинусоїдального імпульсу І_m. В свою чергу, дуже чітко видно з рис. 2.16б, що амплітуда його при зміні режиму від недонапруженого до сильноперенапруженого змінюється таким чином: в проміжку від недонапруженого до критичного фактично І_m не змінюється; а від критичного до перенапруженого зменшується. В перенапруженому режимі тенденція зменшення І_1m проходить різкіше, оскільки при появі зворотного викиду в імпульсі струму транзистора його форма вже більш схожа на синусоїду з подвійною частотою (тобто, тут рівень першої гармоніки менший, ніж другої).

Постійна складова струму І₀ (середнє значення) дорівнює: І₀ = α₀ І_m.

Оскільки α₀ незмінний, а І_m змінюється при зміні режиму так, як і в попередньому випадку для І_1m, то тенденція зміни І₀ схожа: від недонапруженого до критичного І₀ практично не змінюється, а від критичного до перенапруженого зменшиться. Тенденція зменшення тут менш різкіша, ніж для І_1m, що обумовлюється появою впадини і зворотнього викиду, але середнє значення струму зменшиться менше.

Амплітуда вихідної напруги. Е_м=І_1m·R_ер.

Опір контуру R_ер при зміні режиму транзистора постійно і пропорціонально зростає, а амплітуда першої гармоніки І_1m від недонапруженого до критичного режиму фактично не змінюється, тому при перемноженні цих величин U_m в цьому проміжку зростає. Від критичного до перенапруженого режиму І_1m зменшується при зростанні R_ер , тому при перемноженні цих величин U_m фактично є незмінною, що добре, наприклад, видно на рис. 2.16б.

Коефіцієнт використання активного елемента по напрузі. ξ= U_m/ Е_ж

Оскільки Е_ж - величина постійна, то ξ змінюється так, як змінюється U_m.

Потужність споживання від джерела живлення. Р₀ = І₀·Е_ж.

Оскільки Е_ж - величина постійна, то тенденція зміни Р₀ така ж, як і для І₀.

Коливальна вихідна потужність. Р_вих =½І_1mU_m.

Від недонапруженого до критичного режиму І_1m практично постійний, а амплітуда вихідної напруги збільшується, тому і Р_вих при перемноженні цих величин збільшується. Від критичного до перенапруженого режиму U_м незмінна, а І_1m зменшується, то при перемноженні їх Р_вих зменшується. Таким чином, максимальна вихідна потужність Р_вих може бути одержана при критичному режимі.

Потужність розсіювання. Р_{к(с, а)}=Р₀-Р_вих

Від недонапруженого до критичного режиму Р₀ фактично постійна, а Р_вих збільшується, тому при відніманні від постійної Р₀ збільшуваної Р_вих Р_{к(с, а)} зменшується. Від критичного до перенапруженого режиму Р₀ зменшується і Р_вих зменшується, тому при їх різниці Р_{к(с, а)} повинна бути незмінною, одначе Р_{к(с, а)} повільно зменшується, оскільки при цьому Р₀ зменшується значно повільніше, ніж Р_вих. 3 цього графіку видно, що експлуатація активного елементу в недонапруженому режимі невигідна, оскільки розсіювана потужність Р_{к(с, а)} тут достатньо велика.

Коефіцієнт корисної дії.

Від недонапруженого до критичного режиму Р_вих збільшується, а Р₀ фактично постійна, тому η збільшується. Від критичного до перенапруженого Р_вих і Р₀ зменшується, одначе Р_вих при критичному режимі має неявно виражений максимум, тому в слабоперенапруженому режимі Р_вих близька до постійної величини і незначно зменшується при підході до перенапруженого режиму, а Р₀ тут явно зменшується, тому η в слабоперенапруженому режимі має неявно виражений максимум, а при переході до перенапруженого режиму Р_вих зменшується різкіше, ніж Р₀, тому при цьому режимі η зменшується.