Лекция 2 (1086839), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

В общем случае ГВВ – усилителя или умножителя частоты величина , ограничивается пределом

< 2.

Во входной цепи ГВВ выделяют участки: источник возбуждения; промежуток сетка-катод у лампы, база-эмиттер у транзистора; источник смещения с напряжением
или .

Мгновенная мощность на участке источника возбуждения, отображаемого в схемах рис.1.1 трансформатором Тр, определяется соотношениями: в ламповом ГВВ и в транзисторном ГВВ. Знак « – » у мгновенной мощности обусловлен противофазностью напряжения и тока на этом участке цепи и указывает на отдачу мощности источником возбуждения во внешнюю по отношению к нему цепь, включающую промежуток сетка-катод у лампы, база-эмиттер у транзистора и источник смещения с напряжением или . Величина отдаваемой источником возбуждения мощности, называемой мощностью возбуждения, определяется выражением

В терминах лампового генератора, учитывая, что получаем

Обратим внимание, что по форме мощность возбуждения определяется подобно колебательной мощности и соответствует мощности гармонического сигнала на резистивной нагрузке.

Очевидно, в транзисторном генераторе

Мощность на промежутке сетка-катод в ламповом ГВВ и на промежутке база-эмиттер в транзисторном ГВВ, соответственно,

Рассматриваемая мощность выделяется на управляющем электроде АЭ: на управляющей сетке у лампы, на базе у транзистора и носит название рассеиваемой мощности на сетке , на базе , соответственно. Как и рассеиваемая на аноде, коллекторе мощность, мощность, рассеиваемая на управляющем электроде, физически обусловливается передачей сетке, базе кинетической энергии электронов, попавших на этот электрод при движении от катода, эмиттера в сторону анода, коллектора. Рассеиваемая на управляющем электроде мощность разогревает его.

Учитывая (1.1), в терминах, например, лампового генератора, получаем для рассеиваемой на сетке мощности

Аналогично, рассеиваемая на базе мощность

Согласно последним соотношениям, выделяемая на управляющем электроде: сетке или базе мощность, равна разности подводимой от источника возбуждения мощности и мощности, расходуемой в цепи смещения, величина которой в случае лампового генератора а в случае транзисторного генератора Таким образом, рассеиваемая на сетке или базе мощность

(*)

Величину расходуемой в цепи смещения мощности можно определить как среднее значение соответствующего интеграла. Так, применительно к ламповому генератору,

Обратим внимание, что в схемах рис.1.1 на участке источника смещения направления напряжения и тока совпадают, что соответствует потреблению мощности этим участком. Потребляемая источником смещения мощность определяется аналогично мощности , отдаваемой источником питания в цепи анода, коллектора. Это неудивительно, так как источники питания анода, коллектора и источники смещения сетки, базы являются источниками постоянного напряжения. Однако, если у источников питания анода, коллектора во внешней цепи ток протекает через АЭ от полюса источника положительной полярности « + » к полюсу отрицательной полярности « – », то у источников смещения во внешней цепи ток протекает через АЭ от полюса источника отрицательной полярности « – » к полюсу положительной полярности « + ». Это различие и обусловливает, что источники питания анода, коллектора отдают мощность, а источники смещения потребляют мощность.

Таким образом, мощность возбуждения ГВВ частично рассеивается на управляющем электроде АЭ: на управляющей сетке лампы или на базе транзистора, а частично затрачивается в цепи источника смещения, что соответствует закону сохранения энергии во входной цепи ГВВ.

Если в схемах рис.1.1 принять положительное смещение, то есть сменить полярность присоединения источников смещения к электродам, то на участке источника смещения направления тока и напряжения будут противоположными, и это будет означать, что источник смещения отдаёт мощность во внешнюю по отношению к нему цепь. Величина отдаваемой источником смещения мощности по-прежнему будет определяться приведенными выше соотношениями: и Эта мощность будет рассеиваться на управляющем электроде: сетке, базе. Полная мощность, рассеиваемая на сетке, базе в этом случае

(**)

Однако, так как в подавляющем большинстве случаев смещение отрицательное,⁴ то источник смещения не отдаёт, а потребляет мощность от источника возбуждения. Для убедительного подтверждения этого можно привести следующее. Как известно из курса усилительных устройств низкой частоты, и мы об этом также будем говорить в лекции 13, отрицательное смещение может быть подано от специального источника: выпрямителя, батареи, аккумулятора или обеспечено автоматически с помощью резистора в соответствующей цепи.⁵ Резистор, очевидно, может только потреблять электрическую мощность, но не производить её. При использовании для отрицательного смещения источника: выпрямителя, батареи, аккумулятора мощность или , расходуемая в цепи смещения, идёт «на подзарядку» этого источника, увеличивая его отрицательное выходное напряжение, следовательно, и отрицательное смещение. Последнее объясняется тем, что постоянная составляющая входного тока или протекает против ЭДС источника смещения и создаёт падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника. Любой реальный источник электрической энергии имеет внутреннее сопротивление конечной величины. Бесконечно малое внутреннее сопротивление источника напряжения означает, что такой источник в состоянии развивать во внешней цепи неограниченную мощность, что физически нереально.

Соотношения (**), как и (*), соответствуют закону сохранения энергии во входной цепи ГВВ.

Отношение колебательной мощности генератора к мощности, затрачиваемой источником возбуждения, определяет коэффициент усиления генератора по мощности. Обозначается чаще всего символом . Таким образом,

Если воспользоваться, например, соотношениями для лампового ГВВ, то можно записать

Правая часть последнего соотношения применима к любому ГВВ, где - коэффициент усиления по напряжению (в общем случае определяется как отношение амплитуды колебательного напряжения, то есть напряжения на выходе, к амплитуде напряжения возбуждения, то есть напряжения на входе); - коэффициент усиления по току (в общем случае определяется как отношение амплитуды выделяемой гармоники тока, то есть амплитуды гармоники тока на выходе, к амплитуде первой гармоники входного тока).

Коэффициент усиления генератора по мощности зависит от схемы ГВВ, типа АЭ и режима его работы. У ламповых ГВВ значение может колебаться в очень широких пределах: от единиц до нескольких десятков. Если сеточный ток отсутствует, то и значение бесконечно. В этом случае ГВВ рассматривается как усилитель напряжения с коэффициентом усиления , имеющим конечное значение. Коэффициент усиления по току у усилителя напряжения имеет бесконечное значение. При конечном значении ГВВ рассматривается как усилитель мощности.⁶ Значение у ГВВ на биполярных транзисторах обычно невелико и лежит в пределах 5…10. ГВВ на биполярных транзисторах всегда рассматриваются как усилители мощности (в отличие от лампы у биполярного транзистора выходной – коллекторный и входной – базовый токи существуют одновременно, поэтому значения и у такого генератора всегда конечны). ГВВ на полевых транзисторах имеют значения , примерно, как в ламповых генераторах.

Очевидно, желательно иметь генератор с большим значением КПД анодной цепи или КПД коллекторной цепи и с большим значением . Однако, как будет показано в лекции 6, требования получения большого значения КПД и большого значения являются часто противоречивыми и поэтому приходится принимать компромиссное решение.

Вопросы для самоконтроля знаний по теме лекции 2:

1. Какие мощности определяют в выходной и входной цепях ГВВ? Уясните их смысл и определение. Запишите все известные вам соотношения. Есть ли различие в определении мощностей в цепях ГВВ на транзисторах n-p-n и p-n-p типа?

2. Укажите связи между выделяемыми мощностями в цепях ГВВ. Подтвердите их соотношениями. Приведите соотношения, связывающие мощности в выходной цепи ГВВ с использованием КПД анодной цепи , КПД коллекторной цепи .

3. В чём сходство и в чём отличие между усилителем напряжения и усилителем мощности? Поясните.

4. Объясните существование физического предела на величину КПД анодной цепи, КПД коллекторной цепи в ГВВ.

5. В чём проявляется закон сохранения энергии в выходной и входной цепях ГВВ?

6. В каком случае источник смещения отдаёт мощность, а в каком случае он является потребителем мощности другого (какого?) источника в ГВВ?

7. Поясните, на что расходуется мощность, потребляемая в цепи смещения ГВВ.

8. В чём сходство и в чём различие мощностей, связываемых с источником питания анода (коллектора) и источником смещения? Поясните.

9. Запишите соотношения для коэффициентов усиления по напряжению и по току в обозначениях лампового и транзисторного ГВВ.

10. Почему ГВВ на биполярном транзисторе всегда рассматривается как усилитель мощности? Поясните.

1 Речь будем вести об активных мощностях. Определение «активная» принято опускать при рассмотрении вопроса.

2 Принято обозначать буквой греческого алфавита η – эта с соответствующим символом.

3 Связь гармоник выходного тока АЭ с нижним углом отсечки его рассматривается в лекции 5.

4 Исключение составляет,как будет показано в дальнейшем (см. лекцию 13), случай маломощного транзисторного ГВВ, когда смещение положительное. В ламповых ГВВ смещение всегда отрицательное.

5 Вопрос об автоматическом смещении затрагивается в лекции 8 и подробно рассматривается в лекции 13.

6 Термин «усилитель», очевидно, применим, если значение, соответственно, или больше единицы. Часто используют понятие коэффициента передачи по напряжению или мощности, которое является более общим для характеристики как генератора электрических колебаний, так и любой электрической цепи.

23

Характеристики

Список файлов лекций