Дегтярь Г.А. Устройства генерирования и формирования сигналов (2003), страница 8

Почему ГВВ на биполярном транзисторе всегда рассматривается как усилитель мощности? Поясните.6Термин «усилитель», очевидно, применим, если значение, соответственно,K u или K p больше единицы.Часто используют понятие коэффициента передачи по напряжению или мощности, которое является болееобщим для характеристики как генератора электрических колебаний, так и любой электрической цепи.23Лекция 3Динамические характеристики и формы импульсов выходного тока генераторнойлампы и транзистора.

Классификация режимов работы ГВВ по напряжённости инижнему углу отсечки выходного тока АЭ.Величина и форма выходного тока АЭ ГВВ определяются значениями и фазовымисоотношениями напряжений, действующих на электродах АЭ, что в самом общем видеможно представить следующими функциями:для триода i A  f (e A , eC );для тетрода i A  f (e A , eC , eC 2 );(*)для пентода i A  f (e A , eC , eC 2 , eC 3 );для биполярного транзистора i К  f (e К , е Б ),где i A , i К - соответственно, ток анода, коллектора; е А , еС , еС 2 , еС 3 - соответственно, напряжение на аноде, на первой (управляющей) сетке, на второй (экранной) сетке,1 на третьей(защитной или антидинатронной) сетке относительно катода; еК , еБ - соответственно,напряжение на коллекторе и базе относительно эмиттера.Зависимости (*) применимы, в частности, к семейству статических ВАХ лампы итранзистора, обычно снимаемым экспериментально.При работе генератора изменение выходного тока АЭ (и вообще тока любого электрода) происходит не по закону статических ВАХ, а по закону динамической характеристики (ДХ), под которой понимают, как уже отмечалось в лекции 1, геометрическое местоточек в семействе статических ВАХ, соответствующих мгновенным значениям тока в зависимости от мгновенных значений напряжений на электродах АЭ.Строятся ДХ с использованием выражений (1.1), (1.2) и семейства статических ВАХ.При известных значениях E A , EC ,U МС ,U МА для лампового ГВВ и Е К , Е Б ,U МБ ,U МКдля транзисторного ГВВ, задавая значения фазы ωt в пределах (0…2π) радиан2 черезопределённые интервалы, можно определить из (1.1), (1.2) мгновенные напряжения eC , e Aили еБ , еК .

Каждой паре значений eC , e A или еБ , еК соответствует определённое значениеанодного или коллекторного тока, которое может быть найдено по статическим ВАХ. Вслучае тетрода, пентода необходимо использовать семейство статических ВАХ, снятыхпри выбранных значениях напряжений eC 2 , eC 3 , которые, обычно, остаются неизменнымипри работе генератора. Геометрическое место точек на статических ВАХ, соответствующее найденным значениям тока, образует ДХ. ДХ строятся аналогичным образом для токалюбого электрода АЭ в соответствующем семействе статических ВАХ.В качестве примера рассмотрим построение ДХ анодного тока генераторной лампыв анодной i A , e A и в анодно-сеточной i A , eC системах координат.

Для определённости примем напряжение смещения равным напряжению запирания, то есть  EC   EC/ .3 Амплитуду напряжения возбуждения U MC и амплитуду колебательного напряжения U MA примем такими, чтобы напряжения eC MAX и e A МИН приходились на основную область семейства статических ВАХ анодного тока лампы, что возможно, в частности, если принятьU MC  1,2...1,5  EC/ , а U MA  0,5...0,6 E A .1Вторая сетка предназначена играть роль экрана между анодом и управляющей (первой) сеткой, чтобыуменьшить ёмкостную связь между ними. Отсюда и название – экранная сетка.

Однако часто её называюттакже экранирующей сеткой.2Очевидно, значения фазы можно задавать в пределах (0…360)°.3Такая запись означает, что напряжение смещения по величине равно напряжению запирания и также отрицательно относительно катода.24Мгновенные напряжения на сетке и аноде описываются (1.1), (1.2), согласно которымeC  U МС cos  t  EC/ ;(3.1)e A  E A  U MA cos  t.Характер изменения мгновенных напряжений (3.1) аналогичен представленным на рис.1.2и рис. 1.4, соответственно.На рис.3.1 показаны статические ВАХ анодного тока в соответствующих системахкоординат, с осями напряжений которых совмещены соответствующие оси рис. 1.2 ирис.1.4.

Обратим внимание, что в данном случае на рис.1.2 следует считать  EC   EC/ .Точки 1 – 9 на рис.3.1 определяются при значениях текущей фазы ωt от 0 до 2π с шагом π/4 рад. Соответственно координаты точек согласно (3.1):точка 1: ωt = 0;e A  E A  U МА  е А МИН ;еС  U МС  EC/  еС МАКС ,e A  E A  0,707U МА ;еС  0,707 U МС  EC/ ,точка 3: ωt = π/2;eA  E A ;еС   EC/ ,точка 4: ωt = 3π/4; e A  E A  0,707U МА ;еС   0,707 U МС  EC/ ,точка 2: ωt = π/4;точка 5: ωt = π;e A  E A  U МА  е А МАКС ;еС  U МС  EC/  еС МИН .После точки 5 мгновенные напряжения на электродах начинают изменяться в обратную сторону, и происходит совпадение точек: 6 – 4, 7 – 3, 8 – 2, 9 – 1.

Затем всё повторяется. При принятом смещении  EC   EC/ в точке 3 при движении к ней от точек 1, 2происходит прекращение анодного тока и при дальнейшем движении к точкам 4, 5 лампаостаётся закрытой, несмотря на то, что мгновенное напряжение на аноде нарастает. Дело втом, что мгновенное напряжение на сетке в это время уменьшается быстрее, то есть, становится более отрицательным, нежели нарастает напряжение на аноде.Обратим внимание, что на рис.3.1 из всего семейства статических ВАХ анодного тока лампы представлены только четыре характеристики в пределах крайних значенийнапряжений на аноде e А МАКС , е А МИН и на сетке еС МАКС , еС МИН . Характеристики за пределамиэтих напряжений не представляют интереса, так как при работе генератора напряжения наэлектродах лампы не выходят за указанные пределы. Внутри этих пределов, чтобы не загружать рисунок ненужными элементами, представлены только две характеристики, удовлетворяющие координатам промежуточных точек 2 (также 8) и 3 (также 7).Как видно из рис.3.1, ДХ имеет наклонный участок.

Очевидно, что наклон и положение ДХ зависят от соотношения мгновенных напряжений на электродах лампы.А так как колебательное напряжение на аноде зависит от величины нагрузки в его цепиRoe , то и наклон ДХ будет зависеть от величины этой нагрузки.Статические ВАХ токов АЭ в общем случае не являются линейными и строго параллельными друг другу, поэтому и ДХ, в свою очередь, не будут прямолинейными.25iAeC МАКС1,9eC при ωt =π/42,8Участки ДХ E CeAМИН103,725 eA МАКС4,6eС МИНeA3 /24563 / 2782t9U MAU MAaiAeAМАКСeAМИНEAУчастки ДХ1,92,8eCМИН E C53,74,6eC МАКС10234Статическая ВАХдля e A при t   / 4eC /2563 / 278U MC92U MCtбРис.3.1По ДХ можно построить форму тока электрода АЭ.

Для этого надо от напряженийперейти ко времени t или фазе ωt, то есть осуществить представление ДХ во временной26области. На рис.3.2 показана форма анодного тока, соответствующая ДХ рис.3.1, где цифрами обозначены соответствующие точки ДХ. Как видно, в рассматриваемом примереанодный ток представляет периодическую последовательность импульсов, симметричныхотносительно периода сигнала возбуждения, о чём мы говорили в лекции 1.

Подобныеимпульсы будут характерны и для тока сетки. Аналогичные импульсы токов будут и втранзисторном ГВВ в силу сходства статических ВАХ ламп и транзисторов. Как отмечалось в лекции 1, импульсы токов можно характеризовать двумя параметрами: максимальным значением (амплитудой) и углом нижней отсечки. Более подробно эти параметрыобсуждаются в лекции 4.iA2283 4099112563 4 5 67 7328252724tРис.3.2Если при выбранных напряжениях построить импульсы, например, анодного токадля конкретной лампы, то можно провести расчёт параметров режима анодной цепи ГВВна этой лампе. Расчёт проводится так называемым графоаналитическим методом, в основекоторого лежит разложение в ряд Фурье графически заданной функции, каковой в данномслучае оказывается анодный ток.

Определив постоянную составляющую и амплитудупервой гармоники анодного тока, при известных напряжениях по формулам лекции 2находятся все мощности в анодной цепи ГВВ и КПД анодной цепи. Аналогично можнопровести расчёт параметров режима сеточной цепи ГВВ. Также можно рассчитать параметры режима ГВВ на транзисторе.Как видно из рис.3.1,а, ДХ анодного тока в системе координат i A , e A имеет участок сотрицательной крутизной, когда увеличению напряжения на аноде соответствует уменьшение анодного тока, а уменьшению напряжения – увеличение тока. Именно наличие уДХ анодного тока участка с отрицательной крутизной делает возможным производитьусиление и ряд других преобразований сигнала в ГВВ на лампе. При этом лампа можетрассматриваться как отрицательное сопротивление.Всё сказанное выше применимо и к ГВВ на транзисторе в силу уже отмечавшегосясходства статических ВАХ ламп и биполярных транзисторов.Если в рассмотренном выше примере построения ДХ анодного тока изменять амплитуду колебательного напряжения U МА , то есть изменять коэффициент использованияанодного напряжения ξ, то можно построить семейство ДХ.

При этом каждой ДХ соответствует своя форма импульсов анодного тока.На рис.3.3 представлены ДХ и формы импульсов анодного тока лампы при разныхзначениях ξ (на рис.3.3 показаны только половины импульсов). Режим ξ = 0 соответствуеткороткому замыканию нагрузки – контура С К , LК в анодной цепи лампы. ДХ в этом случае, как уже отмечалось в лекции 1, в рассматриваемой системе координат представляетотрезок вертикальной прямой (ДХ I на рис.3.3). Если мгновенное напряжение на аноде незаходит в область, где начинается резкое уменьшение анодного тока, то наклонные участки ДХ почти линейны и таковыми они остаются пока минимальное напряжение на анодее А МИН  Е А  U МА не станет меньше некоторого напряжения е А КР (критическое напряже27ние на аноде).

Таковыми являются ДХ II, III. При е А МИН  е А КР в верхней части ДХ появляется небольшой загиб, что приводит к уплощению формы импульса анодного тока (ДХIV на рис.3.3). При е А МИН  е А КР загиб в верхней части ДХ увеличивается и на вершинеимпульса тока появляется впадина.

Таковыми являются ДХ V, VI на рис.3.3.IIV  КРiAiAIIeC МАКСIII11V11IV  КР 1 11VeC при t   1422222212VIIII1III   0 VI  1 EC10EA4eA1042tU MA I  0   0 U MA II2U MA IIIUMA IV = UMA KP KP U MA VU MA VI  E A  1tРис.3.3ДХ VI соответствует значение ξ = 1, при этом анодный ток на месте вершины импульса (ωt = 0) опускается до нуля. Если ξ > 1, то минимальное напряжение на аноде заходит в область отрицательных значенийe А МИН  Е А  U МА  Е А 1     0,и мгновенное напряжение остаётся в этой области в течение некоторого времени.