Лекция 1 (1086838), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Для транзистора справедливы аналогичные рассуждения применительно к коллекторному и базовому токам. В отличие от лампы у биполярного транзистора коллекторный и базовый токи начинаются (прекращаются) при одном и том же напряжении , также называемом напряжением отсечки. Соответственно, > 0, > 0 при > .

Напряжение отсечки анодного тока и напряжение отсечки коллекторного тока является одним из важных параметров статических ВАХ лампы и транзистора, соответственно. Если для большинства ламп существенно зависит от напряжения питания анода (постоянное напряжение между анодом и катодом на схеме рис.1.1,а),⁵ то практически не зависит от напряжения коллекторного питания (постоянное напряжение между коллектором и эмиттером на схеме рис.1.1,б). У кремниевых транзисторов величина = (0,4…0,7)В, а у германиевых = (0,2…0,3)В.

Пути протекания составляющих токов электродов АЭ показаны на схемах рис.1.1.⁶ Постоянные составляющие токов протекают через источники питания постоянного напряжения: источник питания анода , источник питания коллектора , источник смещения или , соответственно; через индуктивность контура ; через АЭ – лампу, транзистор. Переменные составляющие токов анода, коллектора замыкаются через блокировочные конденсаторы , соответственно; параллельный колебательный контур лампу (промежуток анод-катод), транзистор (промежуток коллектор-эмиттер), соответственно. Переменные составляющие токов сетки, базы замыкаются через блокировочные конденсаторы , соответственно; источник возбуждения, отображаемый трансформатором Тр; промежуток сетка-катод у лампы, база-эмиттер у транзистора. Блокировочные конденсаторы защищают источники постоянного напряжения от попадания в них переменных токов, предотвращая этим нарушение нормального режима их работы и выделение мощности переменных токов на источниках.

Параллельный колебательный контур может быть настроен на частоту любой гармонической составляющей выходного тока АЭ. При настройке на частоту первой гармоники ГВВ работает в режиме усиления: частота выходного сигнала равна частоте входного; а при настройке на частоту более высокой гармоники (n ≥ 2) – в режиме умножения частоты: частота выходного сигнала в целое число раз выше частоты сигнала возбуждения.

Для тока резонансной частоты параллельный колебательный контур оказывает практически наибольшее, причём чисто активного (резистивного) характера сопротивление
- эквивалентное сопротивление контура, а для токов других частот контур представляет небольшое сопротивление явно выраженного реактивного характера. Поэтому с достаточным основанием, чтобы не усложнять получаемые результаты и их трактовку, будем считать, что для всех составляющих выходного тока АЭ, кроме той, на частоту которой контур настроен, сопротивление параллельного контура равно нулю.⁷

Падение напряжения на контуре от той гармоники выходного тока АЭ, на частоту которой он настроен, называется колебательным напряжением на контуре . Если контур настроен на первую гармонику выходного тока, то, согласно закону Ома,
в случае лампы

в случае транзистора

где - амплитуда колебательного напряжения.

Если контур настроен на высшую гармонику выходного тока, то

В дальнейшем будем считать, что контур настроен на первую гармонику выходного тока. Соответственно ГВВ представляет усилитель напряжения или мощности.⁸

При чисто активном (резистивном) характере сопротивления контура напряжение на контуре совпадает по фазе с выделяемой гармоникой выходного тока АЭ, что учтено в записи приведенных выше выражений для колебательного напряжения. Так как АЭ полагается безинерционным прибором на рабочей частоте, когда токи электродов можно определять, используя статические ВАХ, то, как будет показано ниже, а также в лекции 3, выходной ток АЭ в ГВВ в общем случае представляет импульсы, симметричные относительно периода сигнала возбуждения, что позволяет считать начальные фазы гармонических составляющих выходного тока в приведенной ранее записи в виде ряда Фурье равными нулю. Аналогичное утверждение справедливо и для входного тока: тока сетки, тока базы.

Так как по высокой частоте АЭ и контур соединены через конденсатор или параллельно, то амплитуда переменного напряжения между анодом и катодом лампы, коллектором и эмиттером транзистора практически равна амплитуде колебательного напряжения на контуре в силу того, что сопротивление блокировочных конденсаторов мало для переменных составляющих выходного тока и падением напряжения на конденсаторах можно пренебречь.

На основании второго закона Кирхгофа при принятых на рис.1.1 направлениях напряжений результирующее напряжение между анодом и катодом лампы или между коллектором и эмиттером транзистора в ГВВ определяется соотношениями:

(1.2)

где - соответственно амплитуда переменного напряжения на аноде лампы, коллекторе транзистора, принимаемая равной амплитуде колебательного напряжения на контуре . В дальнейшем для транзисторного генератора с целью сокращения записи и сходства с ламповым генератором принимаем обозначение .

Соотношения (1.2) определяют, соответственно, мгновенное напряжение на аноде (между анодом и катодом) и мгновенное напряжение на коллекторе (между коллектором и эмиттером) в ГВВ – усилителе. Очевидно, подобные соотношения будут справедливы и для ГВВ – умножителя частоты. Отличие будет только в увеличении аргумента косинуса в n раз.

Согласно (1.2) мгновенное напряжение на аноде, коллекторе в ГВВ равно разности напряжений источника питания анода, коллектора , и колебательного напряжения на контуре .

Минимальное значение напряжения на аноде, коллекторе называется остаточным и равно, соответственно,

На рис.1.4 представлено изменение мгновенного напряжения согласно (1.2) в обозначениях лампового ГВВ.

Сопоставляя рис.1.2 и рис.1.4, видим, что напряжение на аноде изменяется в противофазе с напряжением на сетке. Напряжение на аноде достигает минимального (остаточного) значения , когда напряжение на сетке достигает своего максимального значения . И наоборот, напряжение на аноде достигает своего максимального значения , когда напряжение на сетке достигает минимального значения , то есть максимального отрицательного значения, определяющего максимальную величину так называемого обратного напряжения.⁹ Аналогично обстоит дело и в случае транзисторного ГВВ: напряжение на коллекторе минимально, когда напряжение на базе максимально, и наоборот.

Если обратиться к статическим ВАХ рис.1.3 и совместить ось с соответствующей осью рис.1.2, а ось совместить с соответствующей осью рис.1.4, то нетрудно заключить, что анодный и сеточный токи достигают своих максимальных значений в моменты времени, когда мгновенное напряжение на сетке максимально , а мгновенное напряжение на аноде минимально . Форма изменения каждого тока оказывается симметричной относительно значений ωt = 0; 2π; 4π; и т.д., то есть относительно значений
ωt = n 2π, где n = 0, 1, 2, … .

Если закоротить контур в выходной цепи АЭ, то в этом случае колебательное напряжение на нём будет отсутствовать, то есть , а мгновенные напряжения на электродах согласно (1.1) и (1.2), например, у лампового генератора определяются соотношениями:

И
зменение анодного тока в этом случае будет происходить в пределах изменения напряжения по закону статической ВАХ в системе координат при ,
а изменение сеточного тока будет происходить в тех же пределах изменения по закону

статической ВАХ в системе координат при , что показано на рис.1.5 для случая > .

В системе координат для анодного тока, а в системе координат для сеточного тока при закороченном контуре изменения токов будут происходить по вертикальным линиям, как показано на рис.1.6.

При наличии настроенного контура оба напряжения изменяются в процессе работы ГВВ, но в каждый момент времени получается своя пара напряжений, определяемых (1.1), (1.2), зная которые, по семейству статических ВАХ можно найти значение соответствующего тока. При этом происходит переход с одной статической ВАХ на другую и получающееся геометрическое место точек, соответствующих мгновенным значениям тока электрода в зависимости от мгновенных значений напряжений на электродах, образует динамическую характеристику тока. Очевидно, при закороченном контуре динамическая характеристика анодного (или сеточного) тока в системе координат (или ) совпадает с частью статической ВАХ при и осью абсцисс (см. рис.1.5); в системе координат (или ) динамическая характеристика анодного (или сеточного) тока представляет отрезок вертикальной прямой, выходящей из точки на оси абсцисс и доходящей до статической ВАХ, соответствующей (см. рис.1.6).

Характеристики

Список файлов лекций