Дегтярь Г.А. Устройства генерирования и формирования сигналов (2003) (1095864), страница 17

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

Текст из файла (страница 17)

С увеличением напряжённости режима ГВВ площадь импульса уменьшается медленнее, чем его центральнаячасть.) Уменьшение I A1, K 1 в перенапряжённом режиме, несмотря на рост ξ , соответственно и рост амплитуды колебательного напряжения, может привести к снижению колебательной мощности P~ , а уменьшение отношения I A1, K 1 / I A0, K 0 – к уменьшению КПД.Приведенные выше рассуждения позволяют сделать вывод о возможности существования в ламповых и транзисторных ГВВ режимов, оптимальных по колебательной4См. лекцию 5.65мощности и КПД.

Возможность существования оптимальных режимов, в частности,например, по колебательной мощности, следует и из того факта, что с ростом ξ возрастаетамплитуда колебательного напряжения U MK  U MA  E A, K , а амплитуда первой гармонической составляющей I A1, K 1 падает. Следовательно, существует такое значение ξ , когдапроизведение амплитуды колебательного напряжения и амплитуды первой гармоники выходного тока максимально, а именно оно определяет величину колебательной мощности11P~  E A, K I A1, K 1  U MK I A1, K 1 .22Определим аналитически оптимальные режимы работы ламповых и транзисторныхГВВ.

Для этого обратимся к аппроксимированным статической и динамической характеристикам выходного тока АЭ, например, анодного тока лампы, показанным нарис.6.2.iAeC  eC MAKCI МА КЗI MAI MAнаклонный участокДХ при   900e A МИНU MAEAeAРис. 6.2Согласно рис.6.2 при работе в основной области статических ВАХ вплоть до критического режима амплитуду импульсов анодного тока можно определить следующим соотношением:I MA  I MA КЗ  I MA  I MA КЗ  S AU MA ,(6.2)где I MA КЗ - амплитуда импульсов анодного тока при коротком замыкании нагрузкиRoe  0;   0 ;S A - крутизна статической характеристики анодного тока в основной области в системе координат i A , e Ai1SA  A  tg .e A RiСоздаваемая лампой колебательная мощность1P~  U MA I MA 1 .2Согласно (6.2)I MA КЗ  I MAU MA ,(6.3)SAтогда66I MA КЗ  I MA1P~   1 I MA.SA2Из последнего выражения, найдя производную P~ / I MA , можно определить оптимальное значение амплитуды импульсов анодного тока I MA , при котором колебательнаямощность будет максимальной,P~1 1I MA КЗ  2 I MA   0,I MA 2 S Aоткуда следует1I MAОПТ  I MA КЗ .(6.4)2Если, используя (6.2), определить колебательную мощность как1P~  U MA I MA КЗ  S AU MA  1 ,2то можно найти оптимальное значение амплитуды колебательного напряжения U MA , прикотором достигается максимальная мощность, из условияP~1  1 I MA КЗ  2 S AU MA   0,U MA 2согласно которому1 I MA КЗU MA ОПТ .(6.5)2 SAОбратим внимание, что условие (6.5) вытекает также из (6.3) при подстановке условия (6.4).ОтношениеI MA КЗ / S A  I MA КЗ Riопределяет теоретическую величину амплитуды колебательного напряжения, соответствующей бесконечной нагрузке по первой гармонике в выходной цепи генератора, тоесть режиму холостого хода при условии, что характер изменения выходного тока такой,как в основной области (рис.6.3).iAeСМАКСI МА КЗU MAXX 0EAeAРис.

6.3ОбозначимI MA КЗSA I MA КЗ Ri  U MA XX ,(6.6)67тогда условие (6.5) можно записать в виде1U MA ОПТ  U MA XX .(6.7)2Таким образом, чтобы лампа или транзистор обеспечивали в нагрузке максимальнуюколебательную мощность, необходимо, чтобы амплитуда импульсов выходного тока в рабочем режиме была равна половине амплитуды импульсов в режиме короткого замыканиянагрузки или чтобы амплитуда колебательного напряжения в рабочем режиме составлялаполовину амплитуды напряжения в режиме холостого хода.На основании (6.4) и (6.7) можно определить величину сопротивления нагрузки ввыходной цепи ГВВ, при которой обеспечивается оптимальный по мощности режим,U MA ОПТR1Roe ОПТ  i.(6.8)I MA ОПТS A 1  1Если учесть, что U MA ОПТ  I A1 Roe ОПТ , то соотношение (6.8) можно получить из (6.7) сучётом (6.4), (6.6).

Действительно,111 I MA КЗ 1U MA ОПТ  I A1 Roe ОПТ  I MA ОПТ  1 R oe ОПТ  I MA КЗ 1 Roe ОПТ  U MA XX  I MA КЗ Ri .222 SA2Из записи последнего соотношения вытекает (6.8).Соотношения (6.4), (6.5), (6.7), (6.8) можно рассматривать как разные формы записикритерия оптимальности режима ГВВ по мощности.Следует обратить внимание, что при выводе соотношений (6.4), (6.5) принято допущение, что угол нижней отсечки выходного тока не зависит от напряжённости режима генератора, поэтому 1  const. Подобное допущение справедливо либо приθ = 90°, либо при условии, когда с напряжённостью режима изменяются также амплитуданапряжения возбуждения и величина напряжения смещения таким образом, что сохраняются неизменными нижний угол отсечки выходного тока и величина максимальногомгновенного напряжения на входе: eC МАКС или еБ МАКС .

Очевидно, только при выполнениипоследнего условия I МА КЗ  const , что также подразумевалось при выводе (6.4), (6.5). Есликоэффициент D (у ламп, напомним, характеризует проницаемость) пренебрежимо мал, тоесть D ≈ 0, то все отмеченные выше допущения всегда выполняются в ламповом ГВВ, а втранзисторном тем более (у транзисторов, напомним, с большим основанием можно считать D = 0).Выше отмечалось, что возможность существования оптимального по мощности режима с изменением напряжённости следует и из рассмотрения формулы1P~  U MA I A1 .2Определим оптимальный режим аналитически, воспользовавшись условиемP~ 1U MA1 U MA  I A1 0,I A1 22I A1из которого следует U MA U MA.I A1 I A1  ОПТТак как U MA / I A1  Roe ,то оптимальному режиму соответствует условиеU MA.I A1Посмотрим, насколько (6.9) согласуется с (6.8).Roe ОПТ  68(6.9)Для определения производной в правой части (6.9) воспользуемся выражением дляамплитуды первой гармоники анодного тока:I A1  S U MC  DU MA 1  cos  1  S U MC  DU MA  1 .(6.10)Налагая те же условия, что и раньше, а именно eC МАКС  U MC  EC  const ;   const ,и определяя из формулыEC  EC/cos U MC  DU MAнапряжение смещенияEC  EC/  U MC  DU MA cos ,получаемeC MAKC  EC/  DU MA cosU MC  eC MAKC  E C .1  cosПодставляя последнее выражение в (6.10) и выполняя преобразования, находим eC MAKC  EC/  DU MA ,I A1  S 1 1cosоткудаU MA 1  cos.S 1 DI A1Учитывая, что1 1  1 1  cos ; D ,SRiимеемU MA Ri ,I A1  1при этом, согласно (6.9),RRoe ОПТ  i ,1что соответствует ранее полученному условию (6.8).Статические ВАХ анодного тока генераторных ламп зависят от уровня их мощностии конструкции.

В общем случае возможны лампы с характеристиками анодного тока, показанными на рис.6.4. Для характеристик рис.6.4,аS KP 1,SAа для характеристик рис.6.4,бS KP .SAОчевидно, лампы, имеющие характеристики с S KP  S A , будут обеспечивать максимальную мощность в недонапряжённом или почти критическом режиме работы, где выполняются соотношения (6.4), (6.5).Для ламп, у характеристик которых S KP  S A , соотношения (6.4), (6.5) не могутбыть выполнены в основной области семейства статических ВАХ анодного тока, а в области перенапряжённого режима они недействительны в силу исходных предпосылок приих выводе, в частности, из-за принятия I A1  I MA1 , что справедливо для косинусоидальных импульсов, которые имеют место только в недонапряжённом режиме вплоть до критического.

В перенапряжённом режиме в импульсах анодного тока появляется провал на69вершине, что приводит к резкому уменьшению амплитуды первой гармоники анодноготока и, соответственно, несмотря на рост амплитуды колебательного напряжения, к снижению колебательной мощности, обеспечиваемой лампой в нагрузке.критическая линияiAI MA КЗeC МАКСS КР1SA1I MA КЗ2( S КР  S A )01 / 2U MA XXEAeAU MA XXаiAS КРSAкритическая линияeC МАКСI MA КЗ( S КР  S A )1I MA КЗ2EA01U MA XX2eAбРис. 6.4Соотношению (6.5) соответствует коэффициент использования анодного напряжения701 I MA КЗ,2 S AEAзначение которого при S A  0 оказывается много больше единицы, что физически не может быть достигнуто.5 Поэтому, если принять, что достижимое максимальное значение MAKC  1, при этом U MA  E A , то при использовании в ГВВ ламп, у которых S A  0 , максимальная мощность в нагрузке будет в критическом режиме, которому в этом случае соответствуют практически максимальные значения тока и колебательного напряжения(рис.

6.5). Колебательная мощность, обеспечиваемая при этом лампой,11P~  I MA 1U MA KP  I MA КЗ 1 E A .22iAкритическая линияI МА КЗeC MAKCI MA0U MA KPEAeAРис. 6.5Таким образом, в целом можно считать, что все лампы в ГВВ обеспечивают внагрузке максимальную мощность вблизи критического режима, имея при этом высокийКПД анодной цепи, благодаря относительно большому значению коэффициента использования анодного напряжения ξ.Всё изложенное выше относительно оптимального режима работы лампового ГВВ,когда в нагрузке обеспечивается максимальная колебательная мощность, полностью применимо к транзисторному ГВВ.Рассмотрим, какими соображениями следует руководствоваться при выборе нижнегоугла отсечки выходного тока АЭ ГВВ.

Режим работы ГВВ по напряжённости полагаемкритическим:    KP .Чем меньше нижний угол отсечки выходного тока АЭ, тем больше будет КПДанодной, коллекторной цепи, если значение  KP не будет изменяться.Действительно,I A1, K 1 1I MA, MK   1   11 A, КОЛ   KP  KP  KP  1   ,2I A0, K 0 2I MA, MK   0   2а значение коэффициента 1 растёт с уменьшением угла θ (см.

рис.5.5,в). Однако, суменьшением θ уменьшается амплитуда первой гармонической составляющей выходноготока АЭ при неизменной амплитуде импульсов тока за счёт уменьшения коэффициента 1и, соответственно, снижается колебательная мощность, создаваемая АЭ, например, лампой:5В ламповых ГВВ практически возможно получение ξ несколько больше единицы, но не более 1,1…1,2.В транзисторных ГВВ практически всегда ξ < 1. О возможных значениях ξ см. лекции 1, 3, 4.711P~   KP E A I MA 1 .(6.11)2Очевидно, чтобы сохранить величину колебательной мощности, необходимо увеличивать амплитуду импульсов выходного тока, но при этом будет несколько уменьшатьсязначение  KP (рис.6.6), что может привести к снижению КПД анодной, коллекторной цепи. Следовательно, существует значение нижнего угла отсечки выходного тока АЭ, прикотором обеспечивается максимальное значение КПД анодной, коллекторной цепи присохранении колебательной мощности P~ .iAeС МАКС 2I MA КР 2eС МАКС 1I MA КР1ДХ при   90;  КР 2ДХ при   90;  КР10e A МИН КР1 e A МИН КР 2EAeAРис 6.6Для критического режима справедливо соотношение, вытекающее из рассмотрениярис.6.6,I MA  S KP e A МИН  S KP E A  U MA KP   S KP E A 1   KP ,из которого следуетI KP  1  MA .(6.12)S KP E AТак как I MA  I A1 / 1 , тоI A1.(6.13) KP  1 1 S KP E AЕсли учесть, что2 P~2 P~I A1 ,U MA KP  KP E Aто из (6.13) получается следующее выражение для коэффициента использования анодногонапряжения в критическом режиме:8P~1 1 KP   1 .(6.14)2 21 S KP E A2Согласно полученному результату возможны два значения  KP , удовлетворяющихвыбранному значению нижнего угла отсечки анодного тока и требуемой мощности.

Характеристики

Список файлов книги