Расчет входной цепи генератора на полевом транзисторе с изолированным затвором
Эквивалентная схема полевого транзистора (ПТ) представлена на рисунке 3.22.
Рисунок 3.22 – Эквивалентная схема ПТ
Схема входной цепи генератора на полевом транзисторе представлена на рисунке 3.23а. Полная эквивалентная схема генератора на ПТ без учета индуктивности и сопротивления выводов приведена на рисунке 3.23б
Для амплитуды возбуждения, по аналогии с (3.21), можно записать
Однако в нагрузку попадает лишь часть тока ic
Рисунок 3.23 – Эквивалентные схемы генератора на ПТ
Поскольку выходная мощность определяется током в нагрузке iн
(3.48)
Напряжение смещения определяется аналогично выражению (3.73) по заданному углу отсечки
Входной ток IБ1 рассчитаем в предположении, что
тогда согласно рисунку 3.23б
(3.49)
где ΔIН1 - учитывает реакцию стоковой цепи
(3.50)
Подставляя (3.48) и (3.50) в (3.49), получим (полагая UН >> UЗ)
(3.51)
Согласно
(3.51) фазовый сдвиг между входным током
и напряжением составляет
,
т.е. входное сопротивление генератора
чисто реактивное. Однако это результат
сделанных нами упрощений. В
действительности, с учетом индуктивности
и активного сопротивления выводов, а
также конечного значения сопротивления
RЗИ,
входное сопротивление будет иметь
резистивную составляющую Zвх
= rвх
+jxвх
;
соответственно входную мощность можно
определить следующим образом
3.12. Нагрузочные характеристики генератора с внешним возбуждением
Нагрузочные характеристики генератора представляют собой зависимости параметров режима генератора от эквивалентного сопротивления нагрузки Rк. При исследовании нагрузочных характеристик будем полагать фиксированными
- напряжение коллекторного питания – Ек;
- амплитуду напряжения возбуждения – Uу;
- напряжение смещения на управляющем электоде – Еу;
- угол отсечки коллекторного тока θ = .
В качестве исследуемых параметров режима будем рассматривать
- токи коллектора и управляющего электрода – IК1, IК0;
- напряжение на коллекторе – UК;
- колебательную мощность – Р1;
- потребляемую мощность – Р0;
- мощность тепловых потерь на коллекторе – РК;
- электронный к.п.д. – η.
Рассмотрим зависимость динамических характеристик коллекторного тока от сопротивления нагрузки в поле идеализированных статических характеристик АЭ (рисунок 3.24)
Рис. 3.24 – Динамические характеристики коллекторного тока
Поскольку
θ
=
,
Еу
=
и статическая характеристика для Еу
совпадает
с горизонтальной осью координат. Поэтому
все динамические характеристики будут
исходить из точки соответствующей ЕК.
При RК = 0, UК = IК1· RК - также равно 0 и вторая точка динамической характеристики, определяемая координатами ляжет на вертикальной прямой, проходящей через ЕК.
По мере увеличения RК, соответственно растет и UК и динамическая характеристика смещается влево по статической характеристике еумакс в положение 3, 4, 5. При этом импульс коллекторного тока не меняется по величине, а режим генератора остается недонапряженным ( т.к. импульс тока сохраняет косинусоидальную форму). Характеристика (5) очевидно соответствует критическому режиму (RК = RККР). Дальнейшее увеличение RК и UК переводит генератор в перенапряженный и сильно перенапряженный режим.
На основании анализа полученных динамических характеристик и импульсов коллекторного тока можно построить искомые нагрузочные характеристики
Рис. 3.25 – Нагрузочные характеристики генератора
Токи IК1, IК0 – определяются площадью импульса коллекторного тока и в области ННР неизменны. В ПНР, вследствие появления провала в импульсе, токи с ростом RК заметно падают. Коллекторное напряжение
UК = IК1· RК в области ННР растет пропорционально RК поскольку ток IК1 не меняется. В ПНР рост сопротивления нагрузки компенсируется падением тока IК1 . В результате UК остается практически постоянным.
Колебательная мощность определяется выражением Р1 = 0,5· IК1·UК в ННР растет подобно UК , а в ПНР- падает пропорционально IК1, достигая максимума в критическом режиме.
Потребляемая мощность Р0 = IК0 ·ЕК повторяет зависимость IК0 , т.к. напряжение питания ЕК не зависит от сопротивления нагрузки.
Мощность тепловых потерь на коллекторе определяется как разность РК = Р0-Р1 .
Электронный
к.п.д. генератора
растет пропорционально Р1
в ННР
и остается практически неизменным в
ПНР,
т.к. в этой области
характер изменения Р1 и Р0 одинаков.
Заметим, что полученные зависимости соответствуют идеализированным характеристикам АЭ при D = 0. Поскольку у реальных приборов
D
0,
токи
коллектора меняются и в области ННР
(см. пунктирные линии). Анализируя
полученные зависимости можно сделать
следующие
выводы:
- В ННР генератор ведет себя как эквивалентный генератор тока с большим внутренним сопротивлением.
- В ПНР генератор переходит в режим генератора напряжения с малым внутренним сопротивлением.
- Максимальную мощность Р1 генератор отдает в критическом режиме. По этой причине в большинстве случаев применения генератора с внешним возбуждением значительное отступление от критического режима не рекомендуется.
- Наибольшая мощность тепловых потерь имеет место в режиме короткого замыкания (RК =0) и в области ННР.
- Максимальное значение электронного к.п.д. достигается в критическом и перенапряженном режимах.