Лекция 4 (лекции по УГФС)

Лекция 4

Аппроксимация статических ВАХ генераторных ламп и транзисторов. Уравнения выходного тока АЭ ГВВ для разных режимов работы по напряжённости при кусочно-линейной аппроксимации статических ВАХ Определение эквивалентных параметров аппроксимированных статических ВАХ.

Аппроксимация статических ВАХ генераторных ламп и транзисторов.

Графоаналитический метод расчёта режима ГВВ, упоминавшийся в предыдущей лекции, основанный на использовании реальных статических ВАХ АЭ, является надёжным средством получения достоверных данных о режиме генератора. Он незаменим при всякого рода детальных исследованиях, когда важно иметь возможно более точные сведения о работе генератора. Вместе с тем, для инженерных расчётов этот метод громоздок и применения в повседневной практической работе радиоспециалиста не нашёл.

Инженерные методы расчёта строятся на базе простых аналитических соотношений, таблиц коэффициентов или обобщённых графиков, в результате чего существенно сокращается время, необходимое для проведения вычислений. Инженерные методы позволяют удобно выбирать исходные данные для расчёта, например, задавать колебательную мощность или допустимое значение тока, сопротивление нагрузки (эквивалентное сопротивление контура ), температурный режим и др. При графоаналитическом методе расчёта заданными считаются только напряжения, действующие на электродах АЭ в схеме генератора, а токи, мощности, необходимое сопротивление нагрузки определяются в ходе вычислений.

Для разработки инженерных методов расчёта генератора, прежде всего, необходимо иметь аналитические выражения, описывающие семейство статических ВАХ выходного тока АЭ. Эти выражения должны быть простыми, чтобы при использовании их оказалась простой вся методика расчёта.

Наиболее простой и достаточно точный метод расчёта генераторов на электронных лампах и биполярных транзисторах получается при кусочно-линейной аппроксимации статических ВАХ анодного и коллекторного тока. Такая аппроксимация позволяет описывать зависимость тока от действующих напряжений в виде линейных уравнений и получать весьма простые формулы для технических расчётов. Методы, основанные на кусочно-линейной аппроксимации статических ВАХ выходного тока лампы, транзистора, обеспечивают хорошую точность при условии полного или почти полного использования АЭ по мощности, так как при этом значения рабочих токов и напряжений на электродах АЭ перекрывают всё поле статических ВАХ, и с локальными нелинейностями реальных ВАХ можно не считаться. Подобная ситуация характеризует так называемый режим большого сигнала.

На рис.4.1 пунктирными линиями показаны реальные, а сплошными линиями – аппроксимированные статические ВАХ анодного тока генераторного триода в анодной системе координат . В основной области характеристик, занимающей большую часть поля значений напряжения и тока, где анодный ток монотонно возрастает как при увеличении напряжения , так и напряжения , реальные статические характеристики триода отображаются семейством равноотстоящих параллельных прямых, соответствующих ряду значений напряжения на сетке , отличающихся друг от друга на постоянную величину . Прямые проходят под углом к оси абсцисс

Характерная прямая, проходящая через начало координат, построена для напряжения , которое называется сеточным напряжением приведения (смысл этого напряжения будет пояснён ниже).

Семейство статических характеристик в основной области полностью описывается такими параметрами, как:

статическая крутизна

проницаемость

напряжение приведения .

Обратим внимание, что , где соответствует изменению тока между двумя соседними характеристиками, а соответствует изменению напряжения для сохранения тока на прежнем уровне при изменении напряжения на величину между двумя соседними характеристиками.

Область реальных характеристик анодного тока с резким изменением при изменении , связанным с заметным перераспределением катодного тока между анодом и сеткой лампы, что бывает, когда ≤ , заменяется при аппроксимации реальных характеристик наклонной прямой, проходящей через начало координат. Эту прямую называют критической линией или линией критических режимов и характеризуют крутизной, обозначаемой . На критической линии анодный ток при принятой аппроксимации не зависит от напряжения и изменяется только при изменении напряжения .

Существенное расхождение между реальными и аппроксимированными характеристиками наблюдается в зоне критической линии. Некоторое отличие в характеристиках наблюдается и в основной области, которое сводится к тому, что реальные характеристики отстоят между собой на промежутки, возрастающие с увеличением напряжения . Кроме того, наблюдается и изменение их угла наклона к оси абсцисс .

Аппроксимированные статические ВАХ анодного тока генераторного триода в анодно-сеточной системе координат показаны на рис.4.2.

Основная область статических характеристик, где анодный ток возрастает при увеличении и , отображается семейством равноотстоящих параллельных прямых, проходящих под углом к оси абсцисс , соответствующих ряду значений напряжения на аноде , отличающихся на постоянную величину .

Характерная прямая, проходящая через начало координат, построена для напряжения , которое называется анодным напряжением приведения (смысл и полезность введения этого напряжения, как и напряжения , будут рассмотрены ниже). На характеристиках рис.4.1 анодное напряжение приведения соответствует точке пересечения характеристики, снятой при = 0, с осью абсцисс .

В основной области семейство статических ВАХ (рис.4.2) описывается такими параметрами, как статическая крутизна S, проницаемость D, напряжение приведения . При этом статическая крутизна S определяет наклон параллельных прямых в основной области ВАХ рис.4.2.

Область реальных характеристик, соответствующая заметному перераспределению катодного тока между анодом и сеткой лампы при , когда анодный ток в значительной мере зависит от и в малой от , в анодно-сеточной системе координат заменяется семейством горизонтальных прямых, каждая из которых является продолжением соответствующей характеристики при данном для основной области.

Место излома всех характеристик лежит на наклонной прямой, пересекающей ось абсцисс в точке = . Эту наклонную прямую также называют критической линией или линией критических режимов. Крутизна её . Эта линия представляет граничную линию между двумя областями семейства характеристик лампы.

К недостаткам рассмотренной аппроксимации (рис.4.2) следует отнести то, что в основной области крутизна всех характеристик принята одинаковой, тогда как реальные характеристики имеют обычно веерообразный ход и характерные «хвосты» при малых анодных токах. Следовательно, кусочно-линейная аппроксимация только приблизительно передаёт ход реальных характеристик анодного тока.

Однако, следует заметить, что при правильном выборе параметров семейства аппроксимированных статических ВАХ анодного тока ошибки в расчёте режима анодной цепи лампового генератора с использованием кусочно-линейной аппроксимации не превышают (3…5)%, что вполне соответствует требованиям, предъявляемым к обычному техническому расчёту.

В общем случае точность несколько хуже, так как параметры определяются обычно по усреднённым характеристикам лампы, представленным в справочнике, тогда как отдельные экземпляры ламп могут отличаться по параметрам на (10…20)%. Параметры , определяемые при аппроксимации статических ВАХ, называют эквивалентными параметрами статических ВАХ анодного тока.

Рассмотренная аппроксимация статических ВАХ анодного тока генераторного триода полностью применима и к другим генераторным лампам – тетродам и пентодам. У ряда тетродов и пентодов проницаемость D очень мала и может быть без большого вреда для аппроксимации и расчётов принята равной нулю. При D = 0 аппроксимированные статические ВАХ анодного тока в основной области в анодной системе координат представляют горизонтальные прямые (угол на рис.4.1 равен нулю), а в анодно-сеточной системе координат в основной области все характеристики совпадают, пересекая ось абсцисс в точке Критическая линия в системе координат совпадает со статическими характеристиками основной области. Аппроксимированные статические ВАХ анодного тока генераторного тетрода или пентода при D = 0 показаны на рис.4.3. У тетродов и пентодов не выделяют характеристики, соответствующие напряжениям приведения .