Основные параметры генераторов с внешним возбуждением:

- колебательная мощность P₁ = 0,5I_к1U_к ;

- мощность, потребляемая от источника коллекторного питания

Р₀ = E_кI_к0;

- мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

Р_к=Р₀-Р₁;

- электронный КПД генератора по коллекторной цепи

η_е =P₁/P₀ = 0,5(I_к1/I_к0)(U_к/E_к) = 0,5g₁(θ)ξ,

где I_к0 и I_к1 – постоянная составляющие и амплитуда первой гармоники коллекторного тока;

U_к – амплитуда коллекторного напряжения;

g₁(θ) = α₁(θ)/α₀(θ) – коэффициент формы импульса тока по первой гармонике. Таблица и графики коэффициентов разложения для косинусоидального импульса даны в прил. 1 и 2;

ξ = U_к/E_к – коэффициент использования коллекторного напряжения.

Для повышения электронного КПД целесообразно работать при больших значениях ξ, а угол отсечки коллекторного тока θ должен быть достаточно малым для получения высокого значения g1(θ). Максимальное значение электронного КПД достигается при углах отсечки близких к нулю, однако при этом резко снижается выходная мощность за счет стремления α₁(θ) к нулю. Поэтому в схемах УМ угол отсечки обычно выбирают в интервале 70°< θ <90°. В ряде случаев при выборе θ необходимо учитывать дополнительные требования к ГВВ, как например, при усилении амплитудно-модулированных колебаний или при умножении частоты.

В зависимости от степени влияния напряжения выходной цепи на величину и форму импульсов тока АЭ различают три режима работы АЭ: недонапряженный, граничный и перенапряженный. Переход от одного режима к другому может быть осуществлен путем изменения напряжения на электродах АЭ. При постоянных питающих напряжениях и напряжении возбуждения коллекторный ток зависит лишь от величины сопротивления коллекторного тока R_эк. При увеличении этого сопротивления пропорционально возрастает амплитуда коллекторного напряжения .

Нагрузочные характеристики генераторов с внешним возбуждением

Нагрузочными характеристиками (НХ) называются зависимости токов АЭ, энергетических показателей и напряжений на нем, от сопротивления нагрузки коллекторной цепи R_эк при неизменных значениях напряжений возбуждения U_б, смещения E_б и питания выходной цепи E_к, т.е. это зависимости U_к, I_к0, I_к1, P₀, P₁, P_к, η(R_эк). При постоянных напряжениях U_б и E_б угол отсечки θ, естественно, не изменяется.

Качественно нагрузочные характеристики можно получить, если воспользоваться динамическими характеристиками в выходной (коллекторной) системе координат, построенными для нескольких значений сопротивлений нагрузки (рис.1.3).

В недонапряженном режиме, т.е. при малых значениях сопротивления R_эк (R_эк0< R_эк1<R_эк2) напряжение на коллекторе мало, а импульс коллекторного тока имеет форму отрезка косинусоиды с практически неизменным максимальным значением амплитуды импульса коллекторного тока (см. рис.1.3). Следовательно, в недонапряженном режиме АЭ может быть приближенно представлен в виде генератора тока

I_к1= α₁(θ); I_к0 = α₀(θ).

Поскольку величина тока I_кm практически постоянна, а угол отсечки от сопротивления нагрузки не зависит, токи I_к1 и I_к0 в недонапряженном режиме практически постоянны I_к1≈const; I_к0≈ const. В этом режиме по мере роста сопротивления коллекторной цепи от 0 до R_эк.гр напряжение U_к = I_к1R_эк, коэффициент ξ = U_к/Е_к и колебательная мощность P₁ = 0,5 I²_к1R_эк, при постоянном токе I_к1 будут возрастать пропорционально величине сопротивления R_эк.

Поскольку в недонапряженном режиме (0< R_эк< R_{эк гр}) форма импульса тока, а следовательно, и коэффициент формы тока g₁ не изменяются, кривые I_к0 и I_к1 идут параллельно друг другу (рис.1.4).

При дальнейшем увеличении сопротивления R_эк генератор переходит из недонапряженного режима в граничный и перенапряженный. В реальном ГВВ этот переход происходит не в одной точке, а в некоторой области изменения R_эк≈R_эк гр из-за плавности выходных характеристик АЭ. Поэтому для граничного режима характерно уплощение вершины импульса выходного тока АЭ вследствие возрастания базового тока.

В перенапряженном режиме (R_эк >R_{эк гр}) резко возрастает ток базы и в импульсе коллекторного тока появляется провал (см. рис.1.3), который увеличивается с ростом сопротивления R_эк, что приводит к быстрому уменьшению как постоянной составляющей тока I_к0, определяемой площадью импульса тока, так и первой гармоники I_к1 (рис.1.4). Поэтому амплитуда напряжения U_к = I_к1R_эк в перенапряженном режиме практически постоянна, а колебательная мощность с ростом сопротивления R_эк уменьшается P₁ = 0,5 U_к ²/ R_эк.

Поскольку в перенапряженном режиме, напряжение на нагрузке U_к = I_к1R_эк практически постоянно, эквивалентная схема УМ в этом режиме может быть представлена в виде генератора напряжения.

При дальнейшем увеличении сопротивления R_эк­ (R_эк4) выполняется неравенство U_к > E_к, коэффициент использования коллекторного напряжения ξ становится большим единицы и генератор переходит в резкоперенапряженный режим работы. При этом в течение части периода, когда u_­к(t) < 0 рабочая точка находится в инверсной области ВАХ транзистора и ток коллектора становится отрицательным.

Рис.1.3. Зависимость формы импульса коллекторного тока от сопротивления нагрузки

Полученные нагрузочные характеристики составляющих токов I_к0 и I_к1, а также напряжения U_к позволяют определить зависимости мощностей P₀, P₁, P_к, и η от R_эк. Действительно, так как напряжение питания E_к постоянно, то график зависимости P₀(R_эк­) = E_к I_к0 повторяет график I_к0(R_эк).

Колебательная мощность P₁ = 0,5∙U_к∙I_к1 достигает максимального значения вблизи граничного режима

P₁ = 0,5 U_{к гр} I_{к1 гр}.

Мощность, рассеиваемая коллектором транзистора, равна

P_к =P₀–P_1.

Коэффициент формы коллекторного тока g₁ = I_к1/ I_к0 в недонапряженном режиме можно считать постоянным, а в перенапряженном режиме с ростом R_эк он падает. Электронный КПД η_е = 0,5g₁ξ возрастает практически линейно в недонапряженном режиме, имеет тупой максимум в слабоперенапряженном режиме и убывает в сильноперенапряженном режиме (рис.1.4).

Анализ нагрузочных характеристик ГВВ позволяет заключить, что по энергетическим характеристикам (P₁, η_е) граничный режим является оптимальным.

Рис.1.4. Нагрузочные характеристики ГВВ