Дегтярь Г.А. Устройства генерирования и формирования сигналов (2003) (1095864), страница 30

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

Текст из файла (страница 30)

Определение КПД контура в выходной цепигенератора.Очевидно, представление колебательной мощности генератора P~ в виде двух составляющих: мощности потерь P~ ПОТ и мощности в полезной нагрузке генератора P~ Нсправедливо при использовании любой ЦС, так как в основе этого представления лежитфундаментальный закон природы – закон сохранения энергии.

Задача сводится только ктому, как для конкретной ЦС определить P~ ПОТ .Любую ЦС можно характеризовать таким параметром, как отношение мощности вполезной нагрузке генератора, нагружающей ЦС, ко всей мощности, подводимой к ЦС,равной колебательной мощности генератора. Это отношение называют коэффициентом133полезного действия цепи согласования (КПД ЦС), который обозначим  ЦС . Таким образом,P ЦС  ~ Н .(10.18)P~Так как представление P~ в записи (10.17) справедливо для любой ЦС, тоP PP ЦС  ~ ~ ПОТ  1  ~ ПОТ .(10.19)P~P~Очевидно, значение  ЦС возможно в пределах 0…1.Применительно к ЦС – параллельному колебательному контуру КПД ЦС принятоназывать КПД контура и обозначать символом  К .

Используя (10.14), (10.15), на основании (10.18), (10.19) для ЦС – параллельного колебательного контура получаемrr К   ЦС  ВН  1  П ,(10.20)rrгде r  rП  rВН  - полное сопротивление потерь контура с учётом полезной нагрузки генератора при последовательном представлении включения его элементов (рис.10.5).Чем меньше собственные потери реактивных элементов контура, тем выше его КПД.При отсутствии собственных потерь в реактивных элементах контура вся колебательнаямощность генератора поступает в его полезную нагрузку.

В этом случае rП  0; r  rВН .При использовании параллельного колебательного контура в качестве ЦС АЭ ГВВ сполезной нагрузкой генератора различают нагруженную и ненагруженную добротностиконтура.Ненагруженная добротность контура Q0 определяется параметрами контура L, C,rП . Согласно (10.8)Q0 rПНагруженная добротность контура QНления, вносимого полезной нагрузкой:LC.rПопределяется с учётом активного сопротив-LC.r rП  rВНУ контуров с сосредоточенными параметрами ёмкость С образуется конденсатором(в общем случае несколькими), а индуктивность L - катушкой индуктивности.

Каждый изэтих элементов характеризуется своей добротностью:- добротность катушки индуктивностиLQL ,rLгде rL - сопротивление активных потерь катушки индуктивности;- добротность конденсатора1QC ,C  rCгде rC - сопротивление активных потерь конденсатора.На резонансной частоте контура из L, C L 1rL  P rC ;;QLQL P CQC QCQН 134rП  rL  rC  QL  QC,QL QCпри этомДобротность конденсаторов QCQL QC.rП QL  QCобычно на порядок и больше выше, чем доброт-Q0 ность катушек индуктивности QL .

Следовательно, практическиQ0  QL .Для контуров с сосредоточенными параметрами достижимое значение Q0  75...200.Более высокое значение ненагруженной добротности получить трудно.Ненагруженной и нагруженной добротностям контура соответствуют ненагруженное Roe 0 и нагруженное Roe Н эквивалентные сопротивления контура:Roe 0  Q0  2;Roe Н  QН  2.rПrВыражая КПД контура через нагруженные и ненагруженные параметры, получаемиз (10.20)RQ К  1  oe Н  1  Н .(10.21)Roe 0Q0Чем сильнее различаются нагруженная и ненагруженная добротности контура, темвыше его КПД.Нагруженная добротность контура зависит от связи полезной нагрузки генератора сконтуром.

Чем сильнее эта связь, тем больше вносимое в контур нагрузкой активное сопротивление rВН . Следует отметить, что с целью получения большего значения КПД контура целесообразно регулировать эквивалентное сопротивление контура Roe изменениемсвязи полезной нагрузки с контуром, нежели изменением коэффициента включения контура р.Действительно, если, например, обеспечивается критический режим работы генератора, то должно быть (см. (10.6), (10.7))Roe КР  p 2QН   p 2 Roe Н ,откудаRoe КРRoe Н ,p2тогда, согласно (10.21),R K  1  2oe КР .p Roe 0Как видно, чем меньше коэффициент включения контура, тем меньше его КПД, тем, следовательно, хуже эффективность передачи энергии согласующей цепью.

В то же время вряде случаев, в частности, в транзисторных ГВВ, как уже отмечалось, приходится специально применять неполное включение контура, хотя это и снижает его КПД.135Выбор КПД контура в ГВВЕсли АЭ ГВВ развивает колебательную мощность P~ , то величина мощности в полезной нагрузке генератора P~ Н зависит от КПД ЦС:P~ Н  P~ ЦС .В случае ЦС – параллельного колебательного контура, учитывая (10.21), Roe Н ,P~ Н  P~ K  P~ 1 Roe 0 где колебательная мощность, развиваемая АЭ генератора,211 U MKP~  I12 Roe Н ;22 Roe НI1 - амплитуда первой гармоники выходного тока АЭ ГВВ; U MK  I1 Roe Н - амплитуда колебательного напряжения, создаваемого на выходе АЭ, равная амплитуде напряжения навходе контура с нагрузкой.Таким образом, Roe Н 1.(10.22)P~ Н  I12 Roe Н 1 2Roe 0 Как показано в лекции 8, в недонапряжённом режиме работы генератора вплоть докритического развиваемая АЭ мощность растёт практически линейно с увеличением эквивалентного сопротивления контура, так как при этом I1  const.В перенапряжённом режиме работы генератора колебательная мощность, развиваемая АЭ, падает с ростом эквивалентного сопротивления контура, так как амплитуда первой гармоники выходного тока АЭ I1 при этом существенно уменьшается.Следовательно, можно считать, что (10.22) в недонапряжённом вплоть до критического режима работы генератора определяет в явном виде зависимость мощности в полезной нагрузке генератора от нагруженного эквивалентного сопротивления контура.

В перенапряжённом режиме работы генератора зависимость P~ Н Roe Н  , даваемая (10.22), неявная, так как I1 в этом режиме существенно зависит от эквивалентного сопротивленияконтура.Используя (10.22), можно найти оптимальное значение нагруженного эквивалентного сопротивления контура Roe Н , при котором в нагрузке будет максимальная мощностьпри работе генератора в недонапряжённом вплоть до критического режиме работы генератора.

Оптимальному значению Roe Н ОПТ соответствует оптимальный КПД контура К ОПТ .Наличие у зависимости (10.22) экстремума типа максимума в недонапряжённомвплоть до критического режима работы генератора объясняется тем, что в этом режиме сростом Roe Н растёт колебательная мощность P~ , но падает КПД контура  К , а мощностьв полезной нагрузке генератора P~ Н определяется произведением P~ K . При работе генератора в перенапряжённом режиме с ростом Roe Н падает мощность генератора P~ и падает КПД контура  К , следовательно, падает и мощность в нагрузке P~ Н = P~ K , и для этогорежима оптимального значения Roe Н , равно как и оптимального КПД контура, не существует.Для определения Roe Н ОПТ в недонапряжённом вплоть до критического режиме работы генератора воспользуемся условием136P~ Н 0.Roe НИспользуя (10.22), получаемRoe НP~ Н1 I12  I12.Roe Н 2Roe 0Приравнивая нулю правую часть последнего выражения, находим1Roe Н ОПТ  Roe 0 ,2чему соответствует К ОПТ  0,5.Учитывая, что критический режим работы генератора, когда АЭ развивает максимальную мощность, является оптимальным,4 условие оптимального КПД контура следуеттрактовать следующим образом.

Если ненагруженное эквивалентное сопротивление контура Roe 0 удовлетворяет условиюRoe 0  2 Roe КР ,(10.23)где Roe КР - значение сопротивления нагрузки АЭ ГВВ, при котором обеспечивается критический режим работы генератора, равное КР Е А, К,I А1, К 1то оптимальным значением КПД контура будет К ОПТ  0,5.Если же ненагруженное сопротивление контураRoe 0  2 Roe КР ,(10.24)то оптимальный КПД контура, при котором в нагрузке генератора обеспечивается максимум мощности, соответствует Roe Н  Roe КР и равен К ОПТ  1 Roe KP 0,5.(10.25)RoeНа рис.10.7 показаны зависимости КПД контура и мощности в полезной нагрузкегенератора при разных значениях ненагруженного эквивалентного сопротивления контураRoe 0 относительно Roe КР . Для общности и большей наглядности зависимости мощности внагрузке пронормированы относительно мощности P~ KP , развиваемой АЭ ГВВ в критическом режиме.

При построении зависимостей мощности в полезной нагрузке генератораиспользована обобщённая нагрузочная характеристика ГВВ B  P~ P~ KP , представленнаяна рис.8.4.5Приведенные зависимости наглядно показывают, что пока выполняется условие(10.23): Roe 0  2 Roe КР , максимальная мощность в полезной нагрузке генератора обеспечивается при работе его в недонапряжённом режиме при КПД контура, равном 0,5. Еслипринять большее значение КПД контура, то режим работы генератора будет более недонапряжённым и колебательная мощность, развиваемая АЭ, будет меньше, что приводит кменьшему значению мощности в полезной нагрузке, несмотря на большее значение КПДконтура. Если принять режим работы генератора более напряжённым, чем при  К  0,5 ,то колебательная мощность, развиваемая АЭ, будет больше, однако мощность в полезной4См.

лекцию 6.Зависимости рис.10.7,б при Roe0 ≥ Roe KP (кривые 3,4,5,6) в своей правой части после максимума носятусловный характер, но отражают факт, что при Roe Н = Roe0 имеют место значения ηК = 0 и P~ Н = 0.5137нагрузке будет меньше из-за меньшего значения КПД контура. Если выполняется условие(10.24): Roe 0  2 Roe КР , то максимальная мощность в полезной нагрузке генератора обеспечивается при значении КПД контура, определяемом (10.25). При этом генератор будетнаходиться в критическом режиме работы, когда АЭ развивает максимальную мощность вконтуре.

Если значение КПД контура больше, чем даваемое (10.25), то генератор переходит в недонапряжённый режим работы и развиваемая АЭ колебательная мощностьуменьшается, что приводит к уменьшению мощности в полезной нагрузке, несмотря нарост КПД контура. Если перевести генератор в перенапряжённый режим работы, тоуменьшаются колебательная мощность, развиваемая АЭ, и КПД контура, что приводит крезкому уменьшению мощности в полезной нагрузке генератора.ηКP~ / P~KPηК1P~ / P~KP1. Roe0 = 0,5Roe KP ;2.

Roe0 = Roe KP ;3. Roe0 = 1,5Roe KP ;5. Roe0 = 3Roe KP ;4. Roe0 = 2Roe KP ;6. Roe0 = 4Roe KP ;0,5120,5341,515632аRoe НRoe KP4P~Н /P~ KP = P~ ηK /P~ KP11…4 ηК ОПТ = 0,5;5 ηК ОПТ = 1 – 1/3 ≈ 0,67;0,756 ηК ОПТ = 1 – 1/4 = 0,75;0,5610,532141,5Roe НRoe KP52б34Рис.10.7На рис.10.7,б стрелками показано перемещение максимума мощности в полезнойнагрузке генератора с возрастанием ненагруженного сопротивления контура Roe 0 : приRoe 0  2 Roe КР , максимум мощности P~ Н приходится на недонапряжённый режим работыгенератора и смещается к критическому режиму работы генератора. При Roe 0  2 Roe КРмаксимум P~ Н приходится на критический режим работы генератора. Вплоть до этогомомента оптимальный КПД контура равен 0,5.

Характеристики

Список файлов книги