Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Ижевский государственный технический университет им. М. Т. Калашникова

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Лекции по курсу УГиФС / 9_1_Оптим_режимы АЭ.ppt

Скачиваний:

Добавлен:

12.03.2015

Размер:

658.43 Кб

Скачать

☆

1 / 41 2 3 4 > Следующая >>>

Оптимальные режимы АЭ

Критерии оптимизации

Задача проектирования ГВВ – оптимально выбрать АЭ и его режим исходя из заданных ТЗ fРАБ, мощности в фидере РФ и вида модуляции.

Критерии оптимальности – экономические и эксплуатационные показатели. Нужно выбрать:

-наиболее дешевый АЭ (без значительного запаса по РНОМ и fМАКС, т.к. стоимость АЭ увеличивается с ростом fМАКС и PНОМ);

-оптимальный режим АЭ по критерию максимума мощности Р~ в нагрузке.

Оптимизация производится с учетом ограничений по максимально допустимым параметрам АЭ (по напряжениям, токам, рассеиваемой мощности и др.) и ограничений ТЗ (питающие напряжения, рабочая температура и т. д.).

Если АЭ имеет запас по мощности, то оптимизируется режим АЭ так, чтобы при заданной мощности РФ иметь максимальный КПД.

Важно оценить критичность оптимального режима при изменении нагрузки, питающих напряжений и окружающих условий (температуры, влажности и т. д.) и

найти пути ослабления их влияния на работу ГВВ.

Выбор режима АЭ в УМ

Пусть задан АЭ и напряжение его питания ЕП. Нужно выбрать режим АЭ и нагрузку ZН, чтобы получить максимальные выходную мощность Р1, КПД и коэффициент КР. Пусть амплитуда напряжения возбуждения UВХ и смещение ЕС заданы так, что амплитуда тока IВЫХm= IДОПМАХ для данного АЭ.

Для максимизации Р1 целесообразно делать нагрузку активной: ZН=RН.

При этом Н = 0 и Р1=0.5 UН IВЫХ1 (1)

Рассмотрим, как будут меняться гармоники тока и энергетические показатели АЭ, включенного по схеме ОЭ, ОК, ОИ при изменении амплитуды UН (RН = var).

ПНР

КР ННР

Im(0)

Критическая линия

0 UВХmax

Im(3)

3 КР

1 2 3 4

Динамические

КР

характеристики

EП

Uн2

н1

Uн4

Uн3

Uнi RНi

Uн3= UНКР

При малых UН режим АЭ ННР и импульс тока почти не меняется, пока UН<UНКР. Поэтому в области UН<UНКР увеличение UН незначительно уменьшает IВЫХ1 и IВЫХ0 (рис. 1, а).

При UН>UН КР режим АЭ ПНР. В импульсе тока

появляется провал, который увеличивается с ростом UН и приводит к быстрому уменьшению IВЫХ1 и IВЫХ0.

IВХ1 незначительно увеличивается с ростом UН в ННР и резко растет в ПНР .

Мощность Р1 максимальна при UН близком к UНКР. В HНP Р1 растет пропорционально UН, а в

ПНР убывает, так как с ростом UН кривая IВЫХ1(UН) спадает круто.

Поскольку ЕП=const и UВХ=const, потребляемая

мощность Р0=ЕПIВЫХ0 изменяется как IВЫХ0, а зависимость PВХ1(UН) подобна зависимости IВХ1(UН).

IВЫХ1

IВЫХ0

IВХ1

Р1 Р0

РВХ

ННР КР ПНР

IВЫХ1

IВЫХ0

IВХ1				а)



				UH





UH	КР

		E
		E
			П

ННР КР ПНР

Р0

Р1 б)

РВХ

UH КР EП

Рис. 1

Э	ННР	КР			ПНР
Э		КР
КПД Э имеет тупой максимум в ПНР (рис. 2, а) и в





точке максимума мало отличается от значения ЭКР в КР.						а)


						UH


КР		UH КР		EП
КР
Коэффициент усиления по мощности КР, как						б)
Коэффициент усиления по мощности КР, как
следует из графиков для P1 и PВХ1, имеет острый
максимум вблизи КР (рис. 2, б), т.к. в ПНР падает P1 и						UH


растет PВХ1.
	Рис. 2	UH	КР	E


				П
				П

Вывод: критический режим АЭ в усилителе мощности оптимален, поскольку в нем близки к максимумам и полезная мощность P1, и КПД Э, и коэффициент усиления

по мощности КР.

Режимы ННР, ПНР используются при дополнительных требованиях к каскаду: обеспечение амплитудной модуляции, малость искажения модуляции или подавление ее.

Однако и в этих случаях для оценки возможностей АЭ определяют колебательную мощность P~, при которой не превышаются IДОПМАХ, UДОПМАХ, PДОПМАХ. 4

Выбор АЭ для УМ

Как выбрать АЭ для УМ (для работы в КР)?

Задано: ВХ и РФ (в фидере). Нужно выбрать АЭ. Например, БТ. Из справочных данных известны: UКЭ мах, IК мах, PК мах, UЭБ мах , ГР.

С увеличением частоты падает КР. Нужно иметь, как минимум, КР 2...3.ГР – максимальная частота, при которой БТ можно использовать как УМ. Пусть задано напряжение питания коллектора ЕП.

UН КР = ЕП - UКЭ МIN КР	=КmЕП - IКm/ SКР= ЕП (1- IКm		/ SКР ЕП)
Амплитуда импульса тока в КР	I	определится из формулы:
Амплитуда тока IК1 = 1( ) IКm		IК1	UН КР
Номинальная мощность		P1=0.5 1( ) IКm ЕП (1- IКm / SКР ЕП)
P1 оцениваем при =90 , 1( )=0,5, тогда

(2)

(3)

(4)

P1=0.25IКm ЕП - 0.25(IКm)2/ SКР	IК
	IКm
Зависимость Р1(IКm) есть парабола с			ДХ
экстремумом в точке А при IКm=0.5 SКР ЕП.		UН КР	ДХ
экстремумом в точке А при IКm=0.5 SКР ЕП.
			Е
dP1/dIkm=0.25ЕП - 0.5IКm / SКР= 0	0		Е
dP1/dIkm=0.25ЕП - 0.5IКm / SКР= 0	0	UКЭ МIN КР	5
		UКЭ МIN КР	ЕП

Реальный транзистор не может отдать такую мощность

Р1 |IКm=0.5 SКР ЕП| = 0,125 1SKPEП2,

т. к. обычно максимально допустимый ток коллектора IКmахДОП << 0,5SKPEП . Подставив в (4) вместо IКм значение IКmахДОП найдем предельное значение Р1,

ограниченное полным использованием транзистора по току (см. рис.):

Р1[IКmах]=0,5 IКmах 1( )EП(1– IКmах/SКРEП)

(4’)

0.125α S

E 2

IКm=0.5 SКР ЕП

Р1[IКmах]				IКm

SКР EП

IК	max	0,25	0.5

SКР EП

Очевидно, что Р1[IКmах] максимальна при наибольшем допустимом значении ЕП.6

PI, P0, PP

0.125α1SKPEП2

*[Р1] UЭБmax

Рис. 3. Определение максимальной

полезной мощности P1 БТ по

[Р1]IKmax

предельно допустимым параметрам

IKm

S E

kpП

IKm

UЭБmдоп

0.5

SКР EП

kpП

Амплитуда тока IКm ограничена также максимально допустимым обратным

напряжением эмиттер – база UЭБmах.

Кm

UЭБmах~S

E +U

ЭБmах

Такому току соответствует своя предельная мощность, ограниченная

напряжением UЭБmax и также определяемая из (4)

P1=0.5 1IКmЕП (1- IКm / SКРЕП)

Выходная мощность Р

ограничена еще и максимально допустимой мощностью

рассеяния на коллекторе PКmах. РРАС= Р0 – Р1 PКmах.

Выразим мощности Р0 и Р1 через IКm, тогда
РРАС= 0( )IКm EП		–	0,5 1( )IКm EП(1–IКm/SКРEП)
На рис. показано, как по допустимой рассеиваемой мощности PКmах найти
предельное значение Р1 PКmах.
Используя э=PN/ P0		и		Э=1- PРАС/ P0,		можно записать
РРАС=(1/ Э–1)Р1 0,5Р1 ,					для среднего значения КПД Э 0,65...0,70.
PI, P0, PP						0.125α1SKPEП2
						0.125α1SKPEП2
		P0				A
		P0
[Р1] UЭБmax				P1
[Р1] UЭБmax
*[Р1] PKmax					PPAC
*[Р1] PKmax
[Р1] IKmax						IKm
PKmax						S E
						kpП
I	Km		I	U		0.5
	Km			K mЭБm		0.5
S	E			SКР EП
kpП						8
						8

В некоторых случаях PКmах не указывается, а приводится максимальная рабочая температура коллекторного перехода tоПmax и тепловое сопротивление переход–среда

RПС [град/Вт] при заданных условиях теплоотвода.

Если известна температура окружающей среды tоС, то допустимая величина

PКmах находится по формуле

РК max=( tоП max–tоС) / RПС.

Тепловой режим транзистора зависит также от мощности потерь в базе РВХ РАС. Обычно она мала, и ее следует учитывать при работе на частотах, близких к частотеГР, когда КР падает до нескольких единиц и РВХ соизмерима c Р1.

Максимальная полезная отдаваемая мощность транзистора [Р1] max при заданных

ЕП и равна наименьшей из трех найденных величин:

[Р1] max=min{[Р1] IКmах, [Р1] UЭбmах, [Р1] PКmах }.

(5)

Впримере, рассмотренном на рис., решающее ограничение на Р1 накладывается допустимым током [Р1] max=min [Р1] IКmах.

Вламповых УМ выбрать АЭ проще, поскольку в справочниках обычно приводится номинальная мощность лампы PНОМ.

Влампах, помимо ограничений на ток анода (максимальный IАmax или средний за период IА0), в справочниках даны допустимые мощности рассеяния на электродах

сеток PС10, PС20, причем в лампах с экранной сеткой самое жесткое ограничение связано с допустимой мощностью потерь на этой сетке.

Если заданная мощность не обеспечивается одним АЭ, то решают вопрос о количестве АЭ, подходящих по частоте и доступных по мощности. Заданная мощность обеспечивается суммированием мощностей нескольких АЭ с помощью специальных схем (параллельное включение, двухтактная схема, мостовая схема).

	iK			iБ max
	1,9			iБ при ωt =π/4
		2,8		iБ при ωt =π/4
		2,8
				Участки ДХ
	U		ЕП		UКЭmах
	КЭМИН
0	1	2	3,7	4,6	5	UК
/ 2		2	3		ЕП+UН	UК
			3		ЕП+UН
					4
					4
					5
3 / 2					6
3 / 2			7
			7
2		8		UКm	=90°
2	9	UКm		UКm	=90°
t

Овыборе напряжения ЕП.

Втранзисторе должно выполняться условие ЕП+UН≤UКЭmахдоп.

Если =UН/ЕП 1, то, выбирая

ЕП=UКЭmах/2, можно сохранить запас по напряжению, равный UКЭминКР.

Такой запас полезен, т.к. по ТУ не следует использовать транзистор при предельном значении более чем одного параметра.

В справочниках приводятся две величины, характеризующие электропрочность коллекторного перехода.

Величина UКБmах определяется при разомкнутом эмиттере, а величина UКЭmах при разомкнутой базе. Обычно UКБmах > UКЭmах.

При расчете транзистора следует полагать ЕП=0,5UКБmах, если при максимуме

напряжения на коллекторе транзистор надежно закрыт (например, при <120°).

1 / 41 2 3 4 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке Лекции по курсу УГиФС

#
12.03.20151.58 Mб1015_Кварцевые генераторы.ppt
#
12.03.2015414.72 Кб836_Нестабильность частоты.ppt
#
12.03.20152.88 Mб927_Стат_ВАХ АЭ.ppt
#
12.03.20151.28 Mб888_1_ГВВ.ppt
#
12.03.20155.38 Mб858_2_Класс_реж АЭ ГВВ.ppt
#
12.03.2015658.43 Кб839_1_Оптим_режимы АЭ.ppt
#
12.03.2015306.18 Кб979_2_Умножители частоты.ppt

Оптимальные режимы АЭ

Выбор режима АЭ в УМ

Выбор АЭ для УМ

Реальный транзистор не может отдать такую мощность

Выразим мощности Р0 и Р1 через IКm, тогда