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_1 / 9_1_Оптим_режимы АЭ.ppt

Скачиваний:

Добавлен:

12.03.2015

Размер:

658.43 Кб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 42 3 4 > Следующая >>>

Расчет критического режима АЭ при гармоническом напряжении на выходе

Исходные данные для расчета УМ:

•рабочая частота ВХ;

•мощность в фидере РФ;

•напряжение питания коллектора EП;

•угол отсечки ;

•параметры СХ выбранного АЭ (S, SКР, SВХ, Е', Е'ВХ);

•характеристики влияния UВЫХ на UВХ (проницаемость D);

•максимально допустимые параметры IКmах, UЭБmах, PКmах (для ламп дополни-

тельно Pс1 mах и Pс2 mах).

Цель расчета – найти все напряжения, токи, мощности и другие параметры АЭ, работающего в режиме КР, при условии получения заданной мощности Р1 = Р1КР.

Расчет выходной цепи АЭ (не зависит от инерционности АЭ).

Сначала по РФ выбирается Р1. Обычно Р1=(1,1...2)РФ, больший запас берут для

сложных цепей согласования.
Определяют коэффициент использования E	П	в режиме КР	= U	Н КР	/Е . 12
	П		КР	Н КР	П

Уравнение для КР получим из выражения

Р1=0.5UНКРIВЫХ1,

заменив UНКР на КРЕП, а ток IК1

на 1( )IКm=

1( )SКРЕП(1– КР):

= 0,5 ( ) S

КР

(1-

КР

)

(6)

1КР

Решим (6) относительно КР

8P1КР

КР

0,5 0,5

(7)

1КР П

Затем вычисляем UН = КР ЕП

и проверяем выполнение неравенства

(1+ КР) ЕП< UКБmахдоп

Часто используют другое выражение для

определения

амплитуды первой

гармоники напряжения на нагрузке

К1ГР

НКР

0,5 0,5

8 rнас

P1НОМ

1( )

EП

Где rНАС=1/SКР=ЕП(1– КР)/ Iкm		- сопротивление насыщения на ВЧ, в таблицах
параметров	транзисторов приводят два значения – на постоянном токе и на ВЧ
(в скобках).		13

Далее находим	IК1=2Р1/UН
Пo IК1 при выбранном ранее определяем
IКm= IК1/ 1( ) < IКmахдоп		IК0= 0( ) IКм	(8,9)

Найдем потребляемую мощность Р0, мощность, рассеиваемую коллектором РРАС, и электронный КПД выходной цепи АЭ Э:

P0=EПIК0,	PРАС= P0 – P1 < PКmaxдоп, Э= P1/ P0=0.5g1( ) КР		(10), (11), (12)
Расчетный	КР режим обеспечивается при RН	выходной цепи АЭ:
	RН = RНКР= UН КР/ IК1		(13)

КР можно выразить и		1	I Am 1	I A0	IAm

через другие параметры:	КР		SКР EП	0( )SКР EП	SКР	U АКР

Расчет входной цепи АЭ (для безынерционных АЭ)

Амплитуду возбуждения UВХ найдем из выражения IВЫХn= SUВХ n( ) с учетом поправки на проницаемость D (т.е. замены UВХ на UВХ–DUН).

UВХ= IК1/[S 1( )]+DUН	(14)
Затем, по UВХ – напряжение смещения ЕС из выражения cos =–(EC–Е')/UВХ
ЕС= –(UВХ–DUН) cos Е'	(15)
Для БТ нужно проверить обратное напряжение UЭБ с допустимым UЭБmах:
UЭБ=\|–UВХ+ЕС\| < UЭБmах.
Определяем угол отсечки входного тока
cos ВХ=–(EC–Е'ВХ)/UВХ,	(16)
амплитуду 1-й гармоники IВХ1 и постоянную составляющую IВХ0
IВХ1=SВХUВХ 1( ВХ);
IВХ0=SВХUВХ 0( ВХ);	15 (17)

РВХРАС= РВХ1+РC0

РC0=ECIВХ0;

Вычисляем мощности, отдаваемые источником возбуждения РВХ1, источником

смещения РС0, и рассеиваемую на входе АЭ мощность РВХРАС:

РВХ1=0,5 UВХIВХ1; (18)

(19)

(20) При расчете РВХ1 в принято, что cos ВХ1=1, (АЭ считается безынерционным). Если ЕC<0, РС0 < 0 и источник смещения потребляет мощность.

Влампах РВХРАС нужно сравнить с допустимой мощностью сетки Pc1max.

Втранзисторах нужно проверить условие РРАС+РВХРАС< PКmах.

Находим коэффициент усиления по мощности KР=Р1/РВХ1. Определяем среднее входное сопротивление АЭ по 1-й гармонике:

RВХ= UВХ/IВХ1.

(21)

Характеристики цепи возбуждения биполярного транзистора с учетом его инерционности рассчитываются иначе.

Выбор угла и напряжения ЕП

Выбор угла отсечки и напряжения ЕП определяет выгодный по какому-либо критерию критический режим.

Выбор угла отсечки . Две постановки задачи оптимизации режима АЭ. 1. Выбрано ЕП, задано ограничение по току IКm.

Требуется получить от АЭ максимальную мощность Р1.

При заданных IКm=IКmах, SКР, и ЕП амплитуда UН КР определена однозначно (2).

U	= Е - I	/ S	КР	(2)	Р1КР= 0,5 1( )SКРЕП2 КР(1- КР) (6)
Н КР	П	Кm	КР

Наибольшее значение P1КР получается при =120°, когда (120°)=0,536

и IК1– максимальны (см. n( )).

Если уменьшить угол до 90°, то мощность Р1КР

упадет меньше чем на 7%, зато КПД увеличится (при среднем КР 0,9) с 0,60 до 0,71 а мощность,

рассеиваемая коллектором, снизится в 1,8 раза!.

1 0

Дальнейшее уменьшение невыгодно из-за ухудшения режима входной цепи: растут напряжения UВХ, ЕС и

мощность РВХ1, но падает КР.

Значение =90° при оценке номинальной мощности АЭ наиболее выгодное.

Зависимости n от угла

g1( )= 1( )/ 0( ) 17

2. Задана мощность Р1КР, напряжение ЕП и выбран АЭ с PНОМ > P1KP (АЭ с запасом по мощности).

Нужно выбрать с целью получения максимального КПД АЭ Э.

Пусть ограничения на IКm и напряжения отсутствуют (есть запас по мощности).

Рассмотрим, как меняется Э при изменении , если Р1КР фиксирована (рис.4).

С уменьшением высота импульса IКm и остаточное напряжение на коллекторе UКЭминКР=IКm/SКР растут (для Р1КР=const, 1( ) уменьшается), a UНКР и КР падают.

	i	К	IКm”	iК	iК	U’’БЭ
		К	IКm’			U’БЭ
			IКm’			U’БЭ
						U’’КЭминКР
-ЕБ ДОП	0		ЕБЭ	0	0	U’КЭминКР
	ЕС’’		ЕС’=E’	’’		ЕП
	ЕС’’		ЕС’=E’	’’
			ЕБЭ	’
						UНКР


Рис. 4. Импульсы IК и UКЭ на АЭ для двух значений и постоянной Р1КР

UКЭ

КПД =0,5g

( )

КР

при уменьшении

, g1/2, Э

от 180° сначала

возрастает, поскольку КР

1.0

почти не изменяется, a g1( ) растет (рис.5).

0.8

При <70...80° увеличение g1( ) незначи-

g 1/ 2

0.6

тельно, а падение

КР вызванное ростом IКm

0.4

и UКЭмин КР становится более быстрым.

0.2

ОПТ

В области малых уменьшение угла

30 60 90 120

150 180

отсечки вызывает уменьшение КПД.

Рис. 5. Зависимости КПД,

Существует ОПТ, при котором КПД

и g1( ) АЭ от

максимален.

В реальных АЭ ОПТ лежит в пределах от 50-80° и зависит от SКР и ЕП.

Уменьшение при P1КР=const сопровождается ростом IКm, причем предельное значение IКmахдоп может быть достигнуто раньше, чем оптимальное значение .

С другой стороны, с уменьшением растет максимальное обратное напряжение на входе UЭБ. Значение , при котором |ЕС–UВХ|=UЭБmaxдоп также может оказаться больше оптимального. Эти ограничения не позволяют достигнуть максимального КПД.

С уменьшением и увеличением IКm напряжение возбуждения UВХ растет

быстрее, чем падает ток базы IБ1 (т.е. растет РВХ и уменьшается КПД).

Поэтому коэффициент КР при малых
может снизиться настолько (рис.6), что потери,
связанные с ростом мощности предыдущего
каскада, превысят выигрыш в КПД выходного
каскада.
Учитывая изложенное, рекомендуется
выбирать > ОПТ	в интервале 75...90°.
		Рис. 6. Зависимость
Меньшие значения следует брать,
		относительного коэффициента
если КР каскада достаточно велик, и АЭ может
		усиления по мощности от угла
пропустить требуемый импульс тока.

Вопрос о наиболее выгодном выборе ЕП возникает при неполном использовании
АЭ по мощности.

Поскольку мощность Р1=const задана, нужно добиться наибольшего КПД Э. Для этого целесообразно сохранить номинальное (высокое) ЕП и недоиспользовать AЭ по току. Тогда КР и Э возрастают за счет уменьшения остаточного напряжения

на выходе UВЫХминКР=IКm /SКР.

Исключение составляет ламповый каскад, работающий на достаточно больших частотах. В этом случае возникают затруднения с реализацией повышенного

сопротивления нагрузки RНКР=UНКР/IА1. Тогда отдают предпочтение режиму с полным

использованием лампы по току и недоиспользованием по напряжению.

Нагрузочные характеристики

Даны UВХ, EC, ЕП.

Рассмотрим нагрузочные характеристики - зависимости токов АЭ, напряжений на нем и энергетических показателей УМ от сопротивления нагрузки RН.

Примем ZН вещественным: ZН=RН.

Пусть УМ собран по схеме с ОЭ (ОК, ОИ) и работает при гармоническом напряжении на нагрузке uН( ).

При изменении RH меняется амплитуда напряжения на коллекторе: UH=RHIК1.

Амплитуда IК1 зависит от UH. Каждой точке этой зависимости соответствует свое значение RH=UH/IKl.

Принимая RH за аргумент, строим характеристики IК1(RH) и UH(RH) (рис.7а,б).

С ростом R

сначала

IК

НР

КР

ПР

НР

ПР

медленно

убывает,

АЭ

ЕП

работает в HP (рис.7а).

IК1

UH КР

При RH=RНКР наступает КР.

При увеличении

RH>RНКР

К0

IВХ1

превышает

UНКР

медленно

растет, АЭ переходит в ПР, в

а)

RН КР

б)

RН КР

импульсе

коллекторного

тока

Рис. 7. Нагрузочные характеристики

появляется провал и IК1 падает.	21