2.7 Критический режим работы генератора

Из анализа регулировочных характеристик, рис. 2.15 – 2.20, видно, что наиболее оптимальным режимом является критический. В этом режиме получается наибольшая выходная мощность при высоком КПД. К тому же, как увидим ниже, критический режим прост в расчете. Получим основные соотношения для этого режима.

На рис. 2.23 представлены необходимые графические построения в поле выходных характеристик АЭ.

Преобразуем (2.28) с учетом, что R э = Uкр :

I1

ξкр = α1SкрRэ(1 – ξкр), откуда получим:

61

Преобразуем (2.28) с учётом, что P1 = 12 I1Uкр :

Решая это квадратное уравнение относительно ξкр, получим:

Полученные соотношения (2.29 – 2.31) позволяют определить коэффициент использования по напряжениюξ кр по заданным максимальному току АЭ Iкр (2.29), или сопротивлению нагрузки Rэ (2.30), или по мощности P1 (2.31). Следует отметить, что соотношение (2.29) не требует знания угла отсечки, в отличие от соотношений (2.30) и

(2.31).

Далее рассмотрим методику расчета ГВВ с использованием соотношения (2.29), т.к., на наш взгляд, это наиболее удобный вариант, требующий минимума исходных параметров.

Угол для отсечки получается при расчете следующим образом.

2.8 Технический расчет ГВВ критическом режиме

Задано: колебательная мощность Pвых, частота ω0. Расчет производим в 2 этапа.

I этап. Выбор активного элемента.

Для ламповых генераторов этот этап весьма прост, так как в справочнике указывается номинальная мощность и диапазон частот использования.

Для транзисторов выполним предварительный прикидочный расчет.

62

Используя соотношение (2.33), по справочнику выбирают АЭ, а следовательно, имеют его параметры: Eп=1/2Uдоп; Pдоп; Uвх доп; S; D; Sкр; Eотс(Eп) ; Im ≈ (0,7 – 0,9)Iдоп; ωβ; τβ.

II этап. Расчет генератора.

Рекомендуемый угол отсечки должен лежать в пределах 70°÷110°.

Если θ < 70 °, это значит, что АЭ выбран с большим запасом по (2.33), либо завышено Im (близко к Iдоп). Нужно попробовать уменьшить Im и повторить пункт 3). Если это не поможет, выбрать другой АЭ.

Если θ > 110 °, это значит, что либо большой запас по току, (малый Im) тогда надо увеличить Im, либо мал запас мощности по соотношению (2.33), тогда надо выбрать другой АЭ.

4)I1 = α1Im

5)I0 = α0Im

6)Rэ = U1 / I1

7)P1 = 12 I1U1 (проверка)

8)P0 = I0Eп

9)Pрас = P0 – P1 ≤P рас доп

Если это не выполняется, то выбрать другой АЭ.

63

13) Uвх max = Uвх – Eсм < Uвх доп.

Если это не выполняется, можно попробовать увеличить угол отсечки (уменьшением Im) или выбрать другой АЭ и повторить расчет.

В формулах по п. 11), 12) следует для транзисторов учитывать их инерционность,

Так как Rβ – нелинейная величина, то получение τs по этой формуле затруднительно. Имея ввиду, что τs < τβ, можно использовать вместо τs величину τβ, получая при этом запас по входным напряжениям.

2.9ГВВ, возбуждаемый гармоническим током

Умощных биполярных транзисторов входное сопротивление мало и трудно обеспечить гармоническую форму входного напряжения. Оказалось, что проще обеспечить гармоническую форму входного тока. Ниже изложен вариант схемного решения и его анализ, предложенный одним из авторов.

Рассмотрим упрощенную эквивалентную схему биполярного транзистора, рис.

2.24.

Рис. 2.24 Корреляция АЭ, возбуждение гармоническим током

Переход база-эммитер нелинейный и для обеспечения гармонической формы тока необходимо симметрировать переход. Это можно сделать, применив коррекцию, а

64

именно, шунтируя вход транзистора либо диодом с τβд = τβ , как показано на рис 2.30, либо сопротивлением Rкор при условии R корCб = τβ . Тогда будем иметь следующие соотношения для входных токов:

Имеем также связь между iβ и ic :

iвых = β0iβ = 1+βjωτ0 β iб = βiб = βe−jωτβ iб .

Таким образом, мы имеем статическую переходную характеристику биполярного транзистора при возбуждении его гармоническим током, рис. 2.31 Особенность ее в том,

что она не имеет области отсечки, т.е. начинается с нуля. Кроме того, крутизна β – известный коэффициент усиления тока, который дается в справочнике (β0 , ωβ )…

Рис. 2.25 Проходная характеристика ГВВ при возбуждении гармоническим током

Выражение для динамической проходной характеристики следующее:

iвых = βдпр (iб − Iсм ) + βIсм ,

65

Таким образом, выходная динамическая характеристика такая же как и при возбуждении гармоническим напряжением (отличие только в постоянном слагаемом). Следовательно, расчет по выходу для генератора остается неизменным. Видоизменяются только формулы при расчете по входу:

ток смещения (вместо напряжения смещения)

амплитуда тока возбуждения (вместо амплитуды напряжения)

Для определения входной мощности необходимо знать параметры входного напряжения АЭ – eвх. При коррекции диодом имеем на входе меандр с амплитудой Еотс. Мощности на входе:

При сравнении способов коррекции, следует отдать предпочтение диодной коррекции, т.к. при этом получаем симметрию и по току, и по напряжению. Кроме того, амплитуда напряжения мала, и не надо опасаться пробоя перехода транзистора. А для источника гармонического тока нелинейное сопротивление пары диод – транзистор облегчает получение гармонического тока. Действительно, с увеличением амплитуды тока сопротивление перехода падает, увеличивается добротность КЦ источника и улучшается форма тока.

66