3.10. Учет потерь в простых цепях согласования и общий кпд коллекторной цепи

Реальные элементы ЦС не являются чисто реактивными, поэтому в них теряется часть мощности Р_х, отдаваемой АЭ. В

§ 3.8 Уже было

введено отношение полезной мощности Р , поглощаемой ЦС, к колебательной мощности Р_х1, называемое коэффициентом полезного действия ЦС

(3.32)

где Р _ц.с — мощность потерь в ЦС.

В выходных каскадах стремятся получить максимальные значения η_ц.с при выполнении требований к полосе пропускания и фильтра­ции гармоник. В промежуточных каскадах, если К_Р выходного кас­када велик и мощность потерь слабо влияет на общий КПД передат­чика, допустимы меньшие значения η_{ц с}.

Рассмотрим расчет η_{ц с} для общего случая П-образных ЦС, экви­валентных одиночному колебательному контуру (см. табл. 3.1). Пере­считаем собственные потери цепи, сосредоточенные, как правило,

в сопротивлении катушки индуктивности (r = (ωL/Q_x), ко входу ЦС, т.е. к коллектору АЭ:

где р — коэффициент включения; р = ωL — характеристическое сопротивление контура. При фиксированных

р и ρ значение R_x тем больше, чем больше собственная добротность ЦС Q_x.

Аналогичным образом определяется сопротивление коллекторной нагрузки:

где Q — добротность нагруженной цепи с учетом сопротивлений собственных потерь г и нагрузки R₂ = R_H.

Учитывая, что колебательная мощность Р₁ по первой гармонике выделяется на эквивалентном сопротивлении

R_H (Р₁ = 0,5 U²_H /R_X), а мощность, рассеиваемая в ЦС, равна Р_ц.с = 0,5 U²_H/R_X, на основа­нии (3.32) получаем

(3.33)

Последнее соотношение, как видим, совпадает с полученной ранее формулой (3.16). Из (3.33) следует, что при улучшении фильт­рации благодаря увеличению Q при фиксированном значении Q_x сни­жается η_ц.с. Это справедливо и при увеличении Q за счет введения дополнительного фильтра L_фC_ф в Г-образное звено (см. рис. 3.16, б) или П-контур (табл. 3.1, схема 2). В данном случае возрастает харак­теристическое сопротивление ρ = ω (L₂ + L_ф), что приводит к увели­чению сопротивления потерь r= ρ/Q_x и, как следствие, к уменьше­нию КПД ЦС.

Введем понятие общего КПД коллекторной цепи каскада как отношение мощности в нагрузке Р_н к мощности Р₀ = I_k0E_k, потребля­емой от источника питания:

η_общ=Р_н/Р₀

Представив это выражение в виде η_общ = (P_Н/P₀)(P₁/P₀), получим выражение η_общ через η_ц.с и η_э:

η_общ ⁼ η_ц.с η_э (3.34)

Изучим зависимость нормированной мощности Р_н /Р_{1 кр} и общего КПД от сопротивления нагрузки R _н при различных значениях норми­рованного сопротивления а = R_x/R_н.кp- Введя параметр а в выраже-

ния для η_цс (3.16) и идеализированных нагрузочных характеристик (3.9), (3.10), получим:

(3.35)

где η_ц.с =1 R_H/(aR_H.KР); η_э.кр — электронный КПД в критическом режиме.

Из рис. 3.18 видно, что при достаточно больших а (а > 2) макси­мальная мощность передается в нагрузку в критическом режиме. Там

Рис 3.18 Зависимости общего КПД (а) и КПД цепи связи (б) от сопротивления нагрузки R_п при различных значениях

же получается и максимум общего КПД. При а < 2 максимум мощ­ности получается в недонапряженном режиме при

R_н = R_х/2. В этой же точке имеет место и максимум η_общ Согласно (3.35) в этом случае η_общ = 0,5 и лишь половина колебательной мощности поступает в нагрузку. Другая половина теряется в самой ЦС. Столь малые значе­ния R_x в транзисторной технике практически не встречаются. В лам­повой технике значение а = R_X/R_H < 2 возможно на весьма высоких частотах, если достижимое значение R_x ограничено собственными емкостями лампы и монтажных элементов.