Скачать презентацию Оптимальные режимы АЭ Критерии оптимизации Задача проектирования ГВВ Скачать презентацию Оптимальные режимы АЭ Критерии оптимизации Задача проектирования ГВВ

9_1_Оптим_режимы АЭ.ppt

  • Количество слайдов: 35

Оптимальные режимы АЭ Критерии оптимизации Задача проектирования ГВВ – оптимально выбрать АЭ и его Оптимальные режимы АЭ Критерии оптимизации Задача проектирования ГВВ – оптимально выбрать АЭ и его режим исходя из заданных ТЗ f. РАБ, мощности в фидере РФ и вида модуляции. Критерии оптимальности – экономические и эксплуатационные показатели. Нужно выбрать: - наиболее дешевый АЭ (без значительного запаса по РНОМ и f. МАКС, т. к. стоимость АЭ увеличивается с ростом f. МАКС 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. 1

Выбор режима АЭ в УМ Пусть задан АЭ и напряжение его питания ЕП. Нужно 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 Р 1, КПД и коэффициент КР. Пусть амплитуда напряжения возбуждения UВХ и смещение ЕС заданы так, что амплитуда тока IВЫХm= IДОПМАХ для данного АЭ. Для максимизации Р 1 целесообразно делать нагрузку активной: ZН=RН. При этом j. Н = 0 и Р 1=0. 5 UН IВЫХ 1 (1) Рассмотрим, как будут меняться гармоники тока и энергетические показатели АЭ, включенного по схеме ОЭ, ОК, ОИ при изменении амплитуды UН (RН = var). ПНР Im(0) КР ННР Критическая линия UВХmax Im(3) Uнi RНi Uн 3= UНКР Динамические характеристики Uн 4 Uн 3 Uн 2 Uн 1 2

При малых UН режим АЭ ННР и импульс тока почти не меняется, пока UН<UНКР. При малых UН режим АЭ ННР и импульс тока почти не меняется, пока UНUН КР режим АЭ ПНР. В импульсе тока появляется провал, который увеличивается с ростом UН и приводит к быстрому уменьшению IВЫХ 1 и IВЫХ 0. IВХ 1 незначительно увеличивается с ростом UН в ННР и резко растет в ПНР. ННР UH UH КР EП Р 1 Р 0 РВХ КР ПНР ННР Р 0 б) Р 1 РВХ UH КР E П Рис. 1 3 UH

 Э ННР КР ПНР КПД Э имеет тупой максимум в ПНР (рис. 2, Э ННР КР ПНР КПД Э имеет тупой максимум в ПНР (рис. 2, а) и в точке максимума мало отличается от значения ЭКР в КР. а) UH UH КР EП КР Коэффициент усиления по мощности КР, как следует из графиков для P 1 и PВХ 1, имеет острый максимум вблизи КР (рис. 2, б), т. к. в ПНР падает P 1 и растет PВХ 1. б) UH Рис. 2 UH КР E П Вывод: критический режим АЭ в усилителе мощности оптимален, поскольку в нем близки к максимумам и полезная мощность P 1, 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: 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. Амплитуда импульса тока в КР IКm определится из формулы: UН КР = ЕП - UКЭ МIN КР = ЕП - IКm/ SКР= ЕП (1 - IКm / SКР ЕП) (2) Амплитуда тока IК 1 = 1( ) IКm UН КР IК 1 (3) Номинальная мощность P 1=0. 5 1( ) IКm ЕП (1 - IКm / SКР ЕП) (4) P 1 оцениваем при =90 , 1( )=0, 5, тогда P 1=0. 25 IКm ЕП - 0. 25(IКm)2/ SКР IК IКm Зависимость Р 1(IКm) есть парабола с экстремумом в точке А при IКm=0. 5 SКР ЕП. d. P 1/d. Ikm=0. 25 ЕП - 0. 5 IКm / SКР= 0 UН КР 0 UКЭ МIN КР ДХ Е ЕП 5

 Реальный транзистор не может отдать такую мощность Р 1 | IКm=0. 5 SКР Реальный транзистор не может отдать такую мощность Р 1 | IКm=0. 5 SКР ЕП| = 0, 125 1 SKPEП 2, т. к. обычно максимально допустимый ток коллектора IКmах. ДОП << 0, 5 SKPEП. Подставив в (4) вместо IКм значение IКmах. ДОП найдем предельное значение Р 1, ограниченное полным использованием транзистора по току (см. рис. ): Р 1[IКmах]=0, 5 IКmах 1( )EП(1– IКmах/SКРEП) (4’) 0. 125α 1 SKPEП 2 A P 1 IКm=0. 5 SКР ЕП P 1 Р 1[IКmах] 0, 25 0. 5 Очевидно, что Р 1[IКmах] максимальна при наибольшем допустимом значении ЕП. 6

PI, P 0, PP *[Р 1] UЭБmax 0. 125α 1 SKPEП 2 A P PI, P 0, PP *[Р 1] UЭБmax 0. 125α 1 SKPEП 2 A P 1 Рис. 3. Определение максимальной полезной мощности P 1 БТ по предельно допустимым параметрам [Р 1] IKmax 0. 5 Амплитуда тока IКm ограничена также максимально допустимым обратным напряжением эмиттер – база UЭБmах. IКm UЭБmах~S ( E +UЭБmах )/2 Такому току соответствует своя предельная мощность, ограниченная напряжением UЭБmax и также определяемая из (4) P 1=0. 5 1 IКm. ЕП (1 - IКm / SКРЕП) Выходная мощность Р 1 ограничена еще и максимально допустимой мощностью 7 рассеяния на коллекторе PКmах. РРАС= Р 0 – Р 1 PКmах.

 Выразим мощности Р 0 и Р 1 через IКm, тогда РРАС= 0( )IКm Выразим мощности Р 0 и Р 1 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 Р 1 PКmах. Используя э=PN/ P 0 и Э=1 - PРАС/ P 0, можно записать РРАС=(1/ Э– 1)Р 1 0, 5 Р 1 , для среднего значения КПД Э 0, 65. . . 0, 70. PI, P 0, PP 0. 125α 1 SKPEП 2 A P 0 [Р 1] UЭБmax *[Р 1] PKmax [Р ] IKmax P 1 PPAC 1 PKmax 0. 5 8

В некоторых случаях PКmах не указывается, а приводится максимальная рабочая температура коллекторного перехода tо. В некоторых случаях PКmах не указывается, а приводится максимальная рабочая температура коллекторного перехода tо. Пmax и тепловое сопротивление переход–среда RПС [град/Вт] при заданных условиях теплоотвода. Если известна температура окружающей среды tо. С, то допустимая величина PКmах находится по формуле РК max=( tо. П max–tо. С) / 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 частоте w. ГР, когда КР падает до нескольких единиц и РВХ соизмерима c Р 1. Максимальная полезная отдаваемая мощность транзистора [Р 1] max при заданных ЕП и равна наименьшей из трех найденных величин: [Р 1] max=min{[Р 1] IКmах, [Р 1] UЭбmах, [Р 1] PКmах }. (5) 9

В примере, рассмотренном на рис. , решающее ограничение на Р 1 накладывается допустимым током В примере, рассмотренном на рис. , решающее ограничение на Р 1 накладывается допустимым током [Р 1] max=min [Р 1] IКmах. В ламповых УМ выбрать АЭ проще, поскольку в справочниках обычно приводится номинальная мощность лампы PНОМ. В лампах, помимо ограничений на ток анода (максимальный IАmax или средний за период IА 0), в справочниках даны допустимые мощности рассеяния на электродах сеток PС 10, PС 20, 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). 10

i. K О выборе напряжения ЕП. i. Б max i. Б при ωt =π/4 i. K О выборе напряжения ЕП. i. Б max i. Б при ωt =π/4 ЕП U КЭМИН Участки ДХ UКЭmах ЕП+UН UКm UК Q=90° В транзисторе должно выполняться условие ЕП+UН≤UКЭmахдоп. Если =UН/ЕП 1, то, выбирая ЕП=UКЭmах/2, можно сохранить запас по напряжению, равный UКЭмин. КР. 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, 5 UКБmах, если при максимуме напряжения на коллекторе транзистор надежно закрыт (например, при <120°). 11

Расчет критического режима АЭ при гармоническом напряжении на выходе Исходные данные для расчета УМ: Расчет критического режима АЭ при гармоническом напряжении на выходе Исходные данные для расчета УМ: рабочая частота w. ВХ; мощность в фидере РФ; напряжение питания коллектора EП; • • угол отсечки ; • параметры СХ выбранного АЭ (S, SКР, SВХ, Е'ВХ); • характеристики влияния UВЫХ на UВХ (проницаемость D); • максимально допустимые параметры IКmах, UЭБmах, PКmах (для ламп дополнительно 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 Р 1 = Р 1 КР. Расчет выходной цепи АЭ (не зависит от инерционности АЭ). Сначала по РФ выбирается Р 1. Обычно Р 1=(1, 1. . . 2)РФ, больший запас берут для сложных цепей согласования. Определяют коэффициент использования EП в режиме КР = UН КР/ЕП. 12

Уравнение для КР получим из выражения Р 1=0. 5 UНКРIВЫХ 1, заменив UНКР на Уравнение для КР получим из выражения Р 1=0. 5 UНКРIВЫХ 1, заменив UНКР на КРЕП, а ток IК 1 на 1( )IКm= 1( )SКРЕП(1– КР): Р 1 КР= 0, 5 1( ) SКР ЕП 2 КР (1 - КР) Решим (6) относительно x. КР (6) (7) 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 Где r. НАС=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 IК 1=2 Р 1/UН Пo IК 1 при выбранном ранее определяем IКm= Далее находим IК 1=2 Р 1/UН Пo IК 1 при выбранном ранее определяем IКm= IК 1/a 1(q) < IКmахдоп IК 0=a 0(q) IКм (8, 9) Найдем потребляемую мощность Р 0, мощность, рассеиваемую коллектором РРАС, и электронный КПД выходной цепи АЭ Э: P 0=EПIК 0, PРАС= P 0 – P 1 < PКmaxдоп, Э= P 1/ P 0=0. 5 g 1(q) x. КР (10), (11), (12) Расчетный КР режим обеспечивается при RН RН = RНКР= UН КР/ IК 1 выходной цепи АЭ: (13) КР можно выразить и через другие параметры: 14

Расчет входной цепи АЭ (для безынерционных АЭ) Амплитуду возбуждения UВХ найдем из выражения IВЫХn= 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= IК 1/[Sg 1(q)]+DUН (14) Затем, по UВХ – напряжение смещения ЕС из выражения cos =–(EC–Е')/UВХ ЕС= –(UВХ–DUН) cosq + Е' (15) Для БТ нужно проверить обратное напряжение UЭБ с допустимым UЭБmах: UЭБ=|–UВХ+ЕС| < UЭБmах. Определяем угол отсечки входного тока cosq. ВХ=–(EC–Е'ВХ)/UВХ, (16) амплитуду 1 -й гармоники IВХ 1 и постоянную составляющую IВХ 0 IВХ 1=SВХUВХ g 1(q. ВХ); IВХ 0=SВХUВХ g 0(q. ВХ); (17) 15

 Вычисляем мощности, отдаваемые источником возбуждения РВХ 1, источником смещения РС 0, и рассеиваемую Вычисляем мощности, отдаваемые источником возбуждения РВХ 1, источником смещения РС 0, и рассеиваемую на входе АЭ мощность РВХРАС: РВХ 1=0, 5 UВХIВХ 1; (18) РC 0=ECIВХ 0; (19) РВХРАС= РВХ 1+РC 0 (20) При расчете РВХ 1 в принято, что cos j. ВХ 1=1, (АЭ считается безынерционным). Если ЕC<0, РС 0 < 0 и источник смещения потребляет мощность. В лампах РВХРАС нужно сравнить с допустимой мощностью сетки Pc 1 max. В транзисторах нужно проверить условие РРАС+РВХРАС< PКmах. Находим коэффициент усиления по мощности KР=Р 1/РВХ 1. Определяем среднее входное сопротивление АЭ по 1 -й гармонике: RВХ= UВХ/IВХ 1. (21) Характеристики цепи возбуждения биполярного транзистора с учетом его инерционности рассчитываются иначе. 16

Выбор угла и напряжения ЕП Выбор угла отсечки и напряжения ЕП определяет выгодный по 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 Р 1. При заданных IКm=IКmах, SКР, и ЕП амплитуда UН КР определена однозначно (2). UН КР = ЕП - IКm/ SКР (2) Р 1 КР= 0, 5 1( )SКРЕП 2 КР(1 - КР) (6) Наибольшее значение P 1 КР получается при =120°, когда 1(120°)=0, 536 и IК 1– максимальны (см. n( )). Если уменьшить угол до =90°, то мощность Р 1 КР 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!. Дальнейшее уменьшение невыгодно из-за ухудшения режима входной цепи: растут напряжения UВХ, ЕС и мощность РВХ 1, но падает КР. Значение =90° при оценке номинальной мощности АЭ наиболее выгодное. 1 0 3 2 Зависимости n от угла g 1( )= 1( )/ 0( ) 17

2. Задана мощность Р 1 КР, напряжение ЕП и выбран АЭ с PНОМ > 2. Задана мощность Р 1 КР, напряжение ЕП и выбран АЭ с PНОМ > P 1 KP (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 Р 1 КР фиксирована (рис. 4). С уменьшением высота импульса IКm и остаточное напряжение на коллекторе UКЭмин. КР=IКm/SКР растут (для Р 1 КР=const, 1( ) уменьшается), a UНКР и КР падают. i. К IКm” i. К U’’БЭ U’БЭ i. К IКm’ U’’КЭмин. КР -ЕБ ДОП ЕС’’ ЕБЭ 0 ЕС’=E’ t 0 U’КЭмин. КР 0 ЕП ’’ ЕБЭ ’ UКЭ UНКР t t Рис. 4. Импульсы IК и UКЭ на АЭ для двух значений и постоянной Р 1 КР 18

 КПД Э=0, 5 g 1( ) КР при уменьшении от 180° сначала возрастает, КПД Э=0, 5 g 1( ) КР при уменьшении от 180° сначала возрастает, поскольку КР почти не изменяется, a g 1( ) растет (рис. 5). , g 1/2, Э 1. 0 При <70. . . 80° увеличение g 1( ) незначительно, а падение КР вызванное ростом IКm и UКЭмин КР становится более быстрым. 0. 8 0. 6 0. 4 В области малых уменьшение угла отсечки вызывает уменьшение КПД. 0. 2 Существует ОПТ, при котором КПД максимален. g 1/ 2 Э ОПТ 30 60 90 120 150 180 Рис. 5. Зависимости КПД, и g 1( ) АЭ от В реальных АЭ ОПТ лежит в пределах от 50 -80° и зависит от SКР и ЕП. Уменьшение при P 1 КР=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 IБ 1 (т. е. растет РВХ и уменьшается КПД). 19

 Поэтому коэффициент КР при малых может снизиться настолько (рис. 6), что потери, связанные 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°. Меньшие значения следует брать, если КР каскада достаточно велик, и АЭ может пропустить требуемый импульс тока. Рис. 6. Зависимость относительного коэффициента усиления по мощности от угла Вопрос о наиболее выгодном выборе ЕП возникает при неполном использовании АЭ по мощности. Поскольку мощность Р 1=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 UВЫХмин. КР=IКm /SКР. Исключение составляет ламповый каскад, работающий на достаточно больших частотах. В этом случае возникают затруднения с реализацией повышенного сопротивления нагрузки RНКР=UНКР/IА 1. Тогда отдают предпочтение режиму с полным использованием лампы по току и недоиспользованием по напряжению. 20

Нагрузочные характеристики Даны UВХ, EC, ЕП. Рассмотрим нагрузочные характеристики - зависимости токов АЭ, напряжений 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 u. Н(t). При изменении RH меняется амплитуда напряжения на коллекторе: UH=RHIК 1. Амплитуда IК 1 зависит от UH. Каждой точке этой зависимости соответствует свое значение RH=UH/IKl. Принимая RH за аргумент, строим характеристики IК 1(RH) и UH(RH) (рис. 7 а, б). С ростом RH IK 1 сначала медленно убывает, а АЭ работает в HP (рис. 7 а). При RH=RНКР наступает КР. При увеличении RH>RНКР UH превышает UНКР и медленно растет, АЭ переходит в ПР, в импульсе коллекторного тока появляется провал и IК 1 падает. IК НР КР UH ПР IК 1 ЕП КР ПР НР UH КР IК 0 IВХ 1 а) RН КР RН RН б) RН КР Рис. 7. Нагрузочные характеристики 21

 Как видно из рис. 7 а, ток IК 0 меняется пропорционально 1 -й Как видно из рис. 7 а, ток IК 0 меняется пропорционально 1 -й гармонике IК 1, поскольку коэффициент формы g 1( ) в HP постоянен, а в ПР медленно уменьшается. Ток IВХ 1 в ПР растет с увеличением RH. В области HP токи IК 1, IК 0, а в ПР напряжение Uн меняются слабо. Для качественных оценок удобно представить АЭ в HP генератором тока IК 1=IК 1 КР, а в ПР генератором напряжения UН=UН КР. Тогда получаем уравнения идеализированных нагрузочных характеристик: IК 1=IК 1 КР при RH < RНКР IК 1= UН КР / RH при RH > RНКР UН= IК 1 КР RH при RH < RНКР UН= UН КР при RH > RНКР Построим зависимости мощностей Р 0, P 1 и РРАС от RH (рис. 8 а). P P 0 Поскольку ЕП=const, зависимость Р 0(RH)=ЕПIК 0(RH) повторяет по форме IК 0(RH). P 1 НР PВХ 1 (22) PРАС ПР RН КР Рис. 8 а. Энергетические характеристики RН Мощность Р 1=0, 5 UH IК 1 растет примерно пропорционально RH в области, где RH

Если учесть, что 0, 5 UНКРIК 1 КР=P 1 КР, то Р 1= P Если учесть, что 0, 5 UНКРIК 1 КР=P 1 КР, то Р 1= P 1 КР RН / RНКР при RН < RНКР Р 1= P 1 КР RНКР / RН при RН > RНКР P P 0 Поведение РРАС от RН определяется формулой P 1 РРАС=Р 0 – Р 1. НР PВХ 1 (22) PРАС При RН=0 вся мощность от источника ПР RН КР Рис. 8 а. Энергетические характеристики рассеивается на выходном электроде АЭ. С ростом RН RН она быстро убывает при RН< RНКР и медленнее при RН > RНКР. При расстроенной нагрузке, когда Р 1 0, АЭ находится в тяжелом тепловом режиме. Поэтому ГВВ настраивают при пониженных значениях UВХ и ЕП. 23

 Э, , g/2 1 Э НР ПР RН RН КР б) KP НР Э, , g/2 1 Э НР ПР RН RН КР б) KP НР ПР RН RН КР в) Рис. 8 б, в. Энергетические характеристики График (RH) (рис. 8 б) аналогичен зависимости UН(RН) с другим масштабом, так как = UН /EП и ЕП=const. Коэффициент формы g 1= IК 1/IК 0 в HP можно считать постоянным, т. к. угол меняется мало. В ПР g 1 убывает с ростом RН медленнее, чем IК 1, поскольку IК 0 тоже уменьшается. Поэтому КПД имеет тупой максимум, лежащий в области ПHP. КР в области HP возрастает почти пропорционально RH (рис. 8 в). В ПР KР убывает быстрее, чем Р 1, из-за роста мощности возбуждения РВХ 1. Анализ нагрузочных характеристик подтверждает, что критический режим является оптимальным для АЭ по полезной мощности P 1, КПД Э и коэффициенту усиления по мощности КР. Следует добавить, что АЭ в нелинейном режиме чувствителен к изменениям 24 нагрузки.

Влияние амплитуды возбуждения, питающих напряжений и температуры на режим УМ Рассмотрим, как зависят характеристики Влияние амплитуды возбуждения, питающих напряжений и температуры на режим УМ Рассмотрим, как зависят характеристики УМ от амплитуды возбуждения UВХ. АЭ безынерционный, заданы ЕС, ЕП и RH - сопротивление нагрузки выходной цепи. Возможны 3 случая: EС = Е', | ЕС | > | Е' |, | ЕС | < | Е' |, • Пусть напряжение смещения EС=Е', а UBX возрастает, начиная с нуля. Тогда cos =(ЕС–Е')/UВХ=0, т. е. угол =90° и не зависит от UBX. При небольших UBX ток IВЫХ 1 мал и UН

IВЫХКР При росте UН>UНКР появляется провал в импульсе тока и происходит переход АЭ в IВЫХКР При росте UН>UНКР появляется провал в импульсе тока и происходит переход АЭ в ЕС=Е' ПР. При этом амплитуда тока IВЫХ 1 в ПР IВЫХ 0 почти не изменяется, несмотря на возрастание UBX. Постоянная составляющая IВЫХ 0 в ПР ПР НР UВХ растет быстрее, чем IВЫХ 1 из-за уменьшения UВХ КР коэффициента g 1 формы импульса тока Рис. 9 а. Зависимости амплитуды (рис. 9 а). I и I от амплитуды IВЫХ 1 ВЫХ 0 возбуждения UBX IКm’ i. К ЕС>E’ -ЕБ ДОП i. К IКm 0 0 t ЕВХ Е’ ЕС Q>90 о ЕВХ t • Если ЕС>Е', то при малых амплитудах UBX<Ес–Е' отсечки тока нет ( =180°, 1( )=1), и IВЫХ 1=SUBX; после появления отсечки угол уменьшается и 90° при UBX . В соответствии с IВЫХ 1=SUВХ 1( ) уменьшение в HP ведет к уменьшению крутизны S зависимости IВЫХ 1(UBX), но эта крутизна всегда больше, чем 0, 5 S. 26

Поскольку при ЕС>Е' каждому значению UBX соответствует больший импульс тока, чем при ЕС=Е', АЭ Поскольку при ЕС>Е' каждому значению UBX соответствует больший импульс тока, чем при ЕС=Е', АЭ переходит в ПР при меньшем значении UBX. Значение IВЫХ 1 КР остается почти таким же, поскольку высота импульса в КР при >90° слабо зависит от . ПР IВЫХ 2 НР IВЫХ 1 Рис. 9 б. Зависимости амплитуды IВЫХ 1 от амплитуды возбуждения UBX • При ЕС<Е' и UBX<(Е'–ЕС) ток IВЫХ 1 отсутствует; при UBX>(Е'–ЕС) после открывания АЭ ток IВЫХ 1 растёт из-за одновременного увеличения UBX и и остается почти постоянным в ПР (рис. 9 б). Критический режим достигается при большей величине UBX, a критическое значение IВЫХ 1 КР незначительно меньше, чем при ЕС=Е'. 27

 Влияние напряжения смещения ЕС на режим УМ. Пусть UBX, EП и RH постоянны. Влияние напряжения смещения ЕС на режим УМ. Пусть UBX, EП и RH постоянны. IВЫХn =S UВХ n( ) Тогда в HP влияние ЕС на токи IВЫХm=SUBX(1–cos ), cos = – (EC–Е')/UВХ IВЫХ 1=SUBX 1( ) и cos –EC IВЫХn n(–cos ) IВЫХ 0=SUBX 0( ) отображается лишь изменением угла отсечки . Поскольку –cos =(ЕС–E')/UBX линейно зависит от ЕС, характеристики IВЫХ 1(ЕС) и IВЫХ 0(ЕС) (рис. 10) в HP будут повторять в некотором масштабе функции 1(–cos ) и 0(–cos ). IВЫХ 1, IВЫХ 0 SUBX 1( ) НР ПР IВЫХ 1 КР IВЫХ 0 SUBX 0( ) ЕС ЕЗАП=Е'-UВХ Е' ЕС КР Е'+UВХ Рис. 10. Зависимости амплитуды IВЫХ 1, IВЫХ 0 от напряжения смещения ЕС При некотором значении IВЫХ 1 и амплитуда UH достигает критического значения, и при дальнейшем увеличении ЕС в импульсе тока коллектора появится провал. При этом с ростом ЕС величины IВЫХ 1 и IВЫХ 0 будут возрастать весьма медленно и могут считаться постоянными. Очевидно, что значение ЕС, при котором наступает КР, зависит от напряжений UBX, ЕП и сопротивления нагрузки RH. 28

 1 0 3 2 Зависимости коэффициентов разложения n от угла отсечки Зависимости коэффициентов 1 0 3 2 Зависимости коэффициентов разложения n от угла отсечки Зависимости коэффициентов разложения п косинусоидального импульса от -cos =(Ec - Е')/Uвх IВЫХ 1=SUBX 1( ) 1(–cos ) В пределах от 60 о до 120 о зависимости IВЫХ 1( ) почти линейны. При < 60 о они имеют выгиб вниз, а при > 120 о – выгиб вверх. Если критический режим наступает при =110 о - 120 о , то восходящая часть рассматриваемых кривых будет линейной вплоть до критического режима. Эта характерная особенность кривых, в частности, используется в генераторах при осуществлении амплитудной модуляции на управляющую сетку изменением напряжения смещения (модуляция смещением или сеточная модуляция). Зависимости IВЫХ 1(ЕС) и IВЫХ 0(ЕС) , в генераторах с модуляцией смещением называются статическими модуляционными характеристиками. 29

IА 1 IА 0 НР IК 1 IК 0 IА 1 IА 0 Е'С IА 1 IА 0 НР IК 1 IК 0 IА 1 IА 0 Е'С IК 0 IС 0 IБ 1 ЕС ЕСКР -UBX а) 0 ПР IК 1 ПР IС 1 –ЕСЗАП НР IБ 0 -UBX –ЕБЗАП ЕБ Е‘Б ЕБКР б) Зависимость режима ГВВ от напряжения смещения для ламп –а) и биполярных транзисторов -б) 30

 Влияние напряжения ЕП на режим УМ на безынерционном АЭ. Анализ зависимостей IВЫХ 1, Влияние напряжения ЕП на режим УМ на безынерционном АЭ. Анализ зависимостей IВЫХ 1, IВЫХ 0, UBX 0 от ЕП при фиксированных UBX, EC, RH удобно начать со значения ЕП КР, при котором АЭ находится в КР, т. е. UН=UНКР. Если ЕП увеличить, то остаточное напряжение u. ВЫХМИН возрастет, и режим станет НР. Поэтому амплитуда и форма импульса тока будут определяться практически только значением UBX. Следовательно, при увеличении ЕП в области ЕП>ЕПКР токи IВЫХ 1, IВЫХ 0, IBX 0 будут почти постоянными (рис. 11 а). Рис. 11. Зависимости амплитуд IВЫХ 1, IВЫХ 0, IBX 0 от напряжения питания ЕП коллектора (а) и i. ВЫХ(t) (б) при значениях ЕП, соответствующих точкам, на рис. а 31

Рис. 11. Небольшой рост IВЫХ 1, IВЫХ 0 может наблюдаться из-за сдвига статической характеристики Рис. 11. Небольшой рост IВЫХ 1, IВЫХ 0 может наблюдаться из-за сдвига статической характеристики i. ВЫХ(u. BX) влево, если проницаемость D 0. При уменьшении ЕП в области ЕП<ЕПКР остаточное напряжение на коллекторе u. ВЫХМИН становится меньше критического, в импульсе тока появляется провал и амплитуда тока IВЫХ 1 вместе с IВЫХ 0 убывает. При ЕП=0 ток, протекающий в цепи коллектора, близок к нулю (рис. 11 б). Приближенно можно считать, что в области ПР IВЫХ 1 изменяется пропорционально ЕП. Аналогично ведет себя зависимость IВЫХ 0(ЕП). Входной ток IВХ 0 в схеме с ОЭ несколько возрастает с уменьшением ЕП в ПР во всех АЭ, в которых он существует (рис. 11 а). 32

 Влияние температуры на режим УМ на БТ T С повышением температуры T проходная Влияние температуры на режим УМ на БТ T С повышением температуры T проходная СХ транзистора сдвигается влево и ее крутизна уменьшается (рис. 12). Главную роль играет изменение Е'. Поэтому анализ влияния температуры на IК 1, IК 0 сводится к изучению влияния изменения Е' на токи при фиксированных UBX, ЕС, ЕП и RН. Предположим, что при средней расчетной рабочей температуре TРАСЧ имеет место режим КР. Понижение температуры, как видно из рис. 12, вызовет уменьшение амплитуды импульса тока и угла отсечки. При этом IК 1 уменьшится и в соответствии с IВЫХ 1=SUВХ 1( ) транзистор станет работать в HP. Увеличение температуры, как следует из рис. 12, приводит к увеличению IК 1 и UH= IК 1 RН, значит, к режиму ПР. UВХ t t (T ) (q ) (IК 1) (S) Рис. 12. Влияние температуры на проходные характеристики транзистора 33

При этом из-за появления провала в импульсе тока рост IК 1, IК 0 с При этом из-за появления провала в импульсе тока рост IК 1, IК 0 с увеличением Т будет небольшим (рис. 13). Однако рассеиваемая на коллекторе мощность PРАС будет несколько увеличиваться и вызывать дополнительный разогрев транзистора. Анализ влияния вариаций Т и других параметров на режим ГВВ показывает необходимость в специальных мерах для стабилизации режима АЭ в УМ. Стабилизировать режим при изменении одного или нескольких параметров можно, регулируя (желательно автоматически) какой-либо параметр так, чтобы основные энергетические параметры Р 1, Э, РРАС поддерживались неизменными. Например, уменьшение Е', вызванное ростом температуры Т, можно скомпенсировать, уменьшая напряжение смещения ЕС (или ток базы). Рис. 13. Зависимости амплитуды токов IК 1, IК 0 от температуры транзистора 34

UR 3=1. 6 В UR 4=1 В Рис. 14. Схема УМ с активной коллекторной UR 3=1. 6 В UR 4=1 В Рис. 14. Схема УМ с активной коллекторной стабилизацией Напряжение на базе VT 1 зафиксировано делителем R 1, R 3. При увеличении коллекторного тока VT 2 (например, при увеличении температуры) уменьшается напряжение Б-Э и ток базы VT 1. Это вызывает уменьшение коллекторного тока VT 1, который является базовым током VT 2, что приводит к уменьшению коллекторного тока VT 2. При изменении температуры в пределах 600 С нестабильность коллекторного тока VT 2 не более 2%. Другим распространенным способом стабилизации режима от изменений температуры является включение низкоомного резистора в цепь эмиттера. 35