Лекция 3(1) (лекции по УГФС), страница 2

и мгновенное напряжение остаётся в этой области в течение некоторого времени. Анодный ток в эти моменты равен нулю и появляется с заходом мгновенного напряжения на аноде в область положительных значений. Импульсы анодного тока при этом оказыв
аются раздвоенными, как показано на рис.3.4, где представлены обе половины импульсов.

В случае биполярного транзистора при ξ > 1 происходит открывание коллекторного перехода и появляется коллекторный ток обратного направления⁴, который существует до тех пор, пока сохраняется . Появление коллекторного тока обратного направления приводит к уменьшению полезной мощности , увеличению мощности возбуждения , что весьма нежелательно в ГВВ. Поэтому режим с ξ > 1 в ГВВ на биполярном транзисторе по схеме рис.1.1,б не применяется. По причине открывания коллекторного перехода такой режим физически не может быть реализован в схеме. В остальном формы импульсов коллекторного тока подобны импульсам анодного тока генераторной лампы.

По форме импульсов выходного тока различают режимы работы АЭ и, соответственно, режимы ГВВ.

Типовыми формами импульсов анодного тока лампы и коллекторного тока транзистора считают:

1. остроконечный или косинусоидальный импульс (при этом в большинстве случаев ξ = 0…0,8);

2. уплощенный косинусоидальный импульс (ξ = 0,8…0,9);

3. импульс с впадиной (ξ = 0,9…1);

4. раздвоенный импульс (ξ > 1).

ГВВ в режиме усиления мощности в большинстве случаев работают с уплощенной формой импульсов или с импульсами, имеющими небольшую впадину.

Остроконечный импульс выходного тока АЭ, какими являются импульсы I, II, III на рис.3.3, соответствует так называемому недонапряжённому режиму ГВВ. Импульс тока, имеющий впадину, соответствует перенапряжённому режиму ГВВ. Такую форму имеют импульсы V, VI на рис.3.3. Промежуточный режим между недонапряжённым и перенапряжённым режимами называется критическим. Ему соответствует импульс тока с уплощенной вершиной. Таковым является импульс IV на рис.3.3. Критическому режиму ГВВ соответствует критический коэффициент использования анодного, коллекторного напряжения . Режим ГВВ с ξ > 1 называется сильноперенапряженным. В случае лампового ГВВ такому режиму соответствует раздвоенный импульс анодного тока
рис.3.4. В транзисторном ГВВ сильноперенапряженный режим с раздвоенным импульсом коллекторного тока, как отмечалось выше, физически не реализуется.⁵

Следует отметить, что в перенапряжённом режиме ГВВ ток сетки и ток базы больше, чем в недонапряжённом, что делает более тяжёлым режим работы сетки и базы. Последнее, как раз, и нашло своё отражение в классификации режимов ГВВ: недонапряжённый, перенапряжённый.

Режимы работы АЭ в ГВВ различают также по нижнему углу отсечки выходного тока АЭ. Это режимы классов А, В, С, АВ.⁶

Режим класса А имеет место при θ = 180°; режим класса В – при θ = 90°; режим класса С – при θ < 90°; режим класса АВ – при 90° < θ < 180°.

В теории генераторных устройств режим работы с углом отсечки выходного тока АЭ θ = 180° называют режимом работы колебаниями 1-го рода, а режим работы с θ < 180° – режимом работы колебаниями 2-го рода.

Как будет показано в дальнейшем (лекции 6 и 27), режим класса А обусловливает самый низкий КПД генератора, но, зато, самым высокий коэффициент усиления. Поэтому данный режим применяется в маломощных генераторах – усилителях, где КПД существенной роли, как правило, не играет, а большое значение коэффициента усиления весьма желательно.⁷ В мощных ГВВ используются режимы с θ < 180°, причём наиболее широко с θ ≤ 90°, то есть режимы классов В и С, которые обеспечивают КПД существенно выше, нежели режим класса А.

Во всех указанных выше режимах ГВВ форма импульса выходного тока АЭ в той или иной мере близка к косинусоидальной. В то же время применяются генераторы с прямоугольной или треугольной формой импульса выходного тока АЭ (соответственно режим класса D и режим класса Е). Рассмотрение таких режимов выходит за рамки настоящих лекций.

Вопросы для самоконтроля знаний по теме лекции 3:

1. Дайте определение динамической характеристики (ДХ) тока электрода АЭ в ГВВ. Уясните его.

2. Попробуйте построить ДХ анодного тока при разных соотношениях между принимаемым напряжением смещения и напряжением запирания при принятом напряжении питания анода . Постройте ДХ сеточного тока, а также коллекторного и базового токов.

3. Постройте ДХ анодного тока в системе координат при короткозамкнутом контуре . Сравните её с ДХ при наличии настроенного контура.

4. Попробуйте построить ДХ анодного тока для какой-нибудь конкретной генераторной лампы, статические ВАХ которой вам доступны. Поменяйте исходные значения напряжений и посмотрите, как изменятся ДХ.

5. Попробуйте построить ДХ и формы импульсов анодного тока, подобные приведенным на рис. 3.3, при других соотношениях между принимаемым напряжением смещения и напряжением запирания .

6. Что положено в основу классификации режимов ГВВ? Приведите принятую классификацию режимов ГВВ по напряжённости и нижнему углу отсечки выходного тока АЭ.

7. Попробуйте построить форму импульса коллекторного тока при значении ξ > 1.

8. Вспомните известный из математики численный метод определения коэффициентов ряда Фурье функции, заданной графически.

9. Не обращаясь к предыдущей лекции, запишите известные вам соотношения для определения мощностей в выходной и входной цепях лампового и транзисторного ГВВ. Запишите формулу для определения КПД анодной (коллекторной) цепи. Сверьте записанные выражения с имеющимися в лекции 2. Сделайте выводы по результатам своих записей.

10. Предложите соотношение для определения крутизны наклонного участка ДХ анодного (коллекторного) тока в каждой из используемых систем координат. В чём различие?

1 Вторая сетка предназначена играть роль экрана между анодом и управляющей (первой) сеткой, чтобы уменьшить ёмкостную связь между ними. Отсюда и название – экранная сетка. Однако часто её называют также экранирующей сеткой.

2 Очевидно, значения фазы можно задавать в пределах (0…360)°.

3 Такая запись означает, что напряжение смещения по величине равно напряжению запирания и также отрицательно относительно катода.

4 Более подробно обсуждается в лекции 4.

5 Возможна реализация режима со значением ξ > 1 в транзисторном ГВВ-усилителе за счёт использования в коллекторной цепи, наряду с полезной первой гармоникой, одной или двух высших гармоник. Однако значение коллекторного тока ниже нуля при этом не опускается. Высшие гармоники используются и в ламповых ГВВ с целью повышения КПД анодной цепи за счёт увеличения ξ.

6 В русскоязычной речи называются, соответственно: А, Б, Ц, АБ.

7 Именно для реализации режима класса А в транзисторном ГВВ приходится применять положительное смещение

30