Дегтярь Г.А. Устройства генерирования и формирования сигналов (2003) (1095864), страница 6

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

Текст из файла (страница 6)

Положительное значение активной мощности соответствует потреблению её на участке цепи, тогда как отрицательное значение активной мощностисоответствует отдаче её этим участком электрической цепи, необходимым условием чегоявляется наличие на этом участке источника мощности. Обратим внимание, что наличиеисточника на участке цепи является необходимым, но недостаточным условием отдачимощности этим участком цепи.

Как ниже увидим, в ГВВ на отдельном участке, несмотряна наличие в нём источника, происходит не отдача мощности этим источником, а потребление им мощности другого источника.Определим мощности1 в выходной (анодной, коллекторной) и входной (сеточной,базовой) цепях ГВВ, связанные с основными элементами схем рис.1.1.Основные участки, выделяемые в выходной цепи ГВВ: контур C К , LК ; источник питания анода E A или коллектора E К ; АЭ – лампа или транзистор.Мощность на контуре C К , LК можно определить какTPКОНТT111  p КОНТ dt   u КОНТ i КОНТ dt T 0T022uiКОНТ КОНТd t ,0где p КОНТ  u КОНТ i КОНТ - мгновенная мощность на контуре, определяемая мгновеннымнапряжением на контуре u КОНТ и мгновенным током через контур i КОНТ ; Т - период частоты выделяемого сигнала (Т=1/f=1/n f ВХ = 2π/nω, n=1 в режиме усиления, n ≥ 2 в режимеумножения частоты).В схемах рис.1.1 через контур протекает полный ток выходного электрода АЭ, тоесть ток анода i A или ток коллектора i К .

Следовательно, i КОНТ = i A или i КОНТ = i К . Вышемы приняли (см. лекцию 1), что сопротивление контура для всех гармоник выходного тока, кроме той, на частоту которой он настроен, равно нулю. Следовательно, на контуреприсутствует только напряжение одной гармоники, называемое колебательным напряжением на контуре и определяемое в общем случае выражениемu К  U МК cos n t ,где n = 1, 2, 3, … - в зависимости от режима ГВВ: усиление или умножение частоты.Обратим внимание, что мгновенная мощность на контуре p КОНТ  u КОНТ i КОНТ > 0, таккак напряжение и ток на участке контура согласно закону Ома имеют одинаковое направление.Таким образом, мощность на контуре в терминах, например, лампового ГВВ21PКОНТ Ucosnt(II An cos n t ) d t.МКA02 0n 11Речь будем вести об активных мощностях.

Определение «активная» принято опускать при рассмотрениивопроса.17Подынтегральное выражение, если раскрыть скобки, распадается на бесконечное числослагаемых, но отличный от нуля результат будет только от одного слагаемого, определяемого произведением напряжения на ток, изменяющийся с такой же частотой nω, то есть22111U МК cos n t  I An cos n t  d t U МК I An cos 2 n t  d t  U МК I An .2 02 02Согласно полученному результату при принятом подходе на контуре выделяетсямощность только одной гармоники, и именно той, на частоту которой контур настроен.Мощность РКОНТ носит название колебательной мощности и обычно обозначается P~ .

Этообозначение мы и будем использовать. Таким образом,1P~  U МК I An .2Так как U МК  I An Roe  U МА , то справедливы также соотношения:PКОНТ 221 21 U МК1 U МАI An Roe .22 Roe2 RoeЕсли контур настроен на первую гармонику (режим усиления), то2211 21 U МК1 U МАP~  U МК I A1  I A1 Roe .222 Roe2 RoeПолученный результат следовало ожидать: колебательная мощность определяетсяизвестным соотношением для мощности гармонического сигнала на активной нагрузке –резистивном сопротивлении.Очевидно, колебательная мощность транзисторного генератора в режиме усиления211 21 U МКP~  U МК I К 1  I К 1 Roe .222 RoeВ режиме умножения частоты вместо тока I К 1 будет ток соответствующей гармоники I Кn .Мощность на участке выходной цепи ГВВ, включающем только источник напряжения питания анода E A или коллектора E К ,P~ TPИСТ 11p ИСТ dt T022pИСТd t ,0где мгновенная мощность p ИСТ   Е А i A в ламповом ГВВ и p ИСТ   Е К i К в транзисторномГВВ.

Нетрудно видеть, что мощность на участке выходной цепи ГВВ, включающем только источник питания анода E A или коллектора E К , оказывается отрицательной, так какнаправление напряжения источника и направление тока через него противоположны. Этоозначает, что источник питания выходного электрода АЭ ГВВ отдаёт мощность. Отдаётон её, очевидно, во внешнюю относительно источника цепь, включающую контур C К , LКи АЭ. Действительно, на участке АЭ – контур C К , LК действует напряжение E A или E К , аток на этом участке i A или iK совпадает по направлению с напряжением.

Следовательно,мгновенная мощность на этом участке цепи положительна и участок потребляет мощность, которая оказывается по величине равной мощности, отдаваемой соответствующимисточником питания E A или E К . Величину мощности, отдаваемой источником питанияанода E A , коллектора E К , принято обозначать P0 .

В обозначениях лампового ГВВ получаемT22111P0  PИСТ   E A i A dt EidtEII An cos n t  d t  E A I A0 .A AA  A0T02 02 0 n 118Как видим, величина отдаваемой источником питания выходного электрода АЭ ГВВмощности равна произведению величины постоянного напряжения источника питания навеличину постоянной составляющей тока этого электрода, протекающей через источник.Мощность на участке выходной цепи ГВВ, включающем только АЭ – лампу илитранзистор, определяется, например, в терминах лампового ГВВ, выражениемT211PA   p A dt p A d t ,T02 0где мгновенная мощность на лампе p A  e A i A . Мгновенная мощность на транзистореp К  e К i К . Символы А и К в обозначениях мощностей обусловлены, соответственно,названиями электродов: Анод у лампы, Коллектор у транзистора.Учитывая, что мгновенное напряжение на аноде e A  E A  u К  E A  U МК cos n t ,получаем21PA EUcosntII An cos n t d t  P0  P~ .AМКA02 0n 1Мощность PA выделяется на аноде лампы и разогревает его.

Физически это обусловлено тем, что электроны, преодолевшие промежуток катод-анод в лампе, приобретают кинетическую энергию, которую передают аноду, ударяясь об его поверхность. Аналогичная мощность выделяется на коллекторе транзистора ГВВ:PК  P0  P~ .Сказанное объясняет введение в обозначение данной мощности символа соответствующего электрода АЭ: анода или коллектора.Таким образом, мощность, выделяемая на выходном электроде АЭ (аноде, коллекторе), равна разности мощностей, потребляемой от источника питания P0 и колебательнойP~ . Полученный результат отражает закон сохранения энергии в выходной цепи ГВВ иозначает, что мощность P0 , потребляемая от источника питания в этой цепи, преобразуется частично в колебательную мощность P~ , а оставшаяся часть выделяется на выходномэлектроде АЭ: на аноде или коллекторе.

Выделяемая на аноде, коллекторе мощность носит название рассеиваемой мощности, соответственно, на аноде лампы, на коллекторетранзистора.Эффективность преобразования энергии источников питания выходной цепи АЭГВВ в энергию переменного тока высокой частоты оценивается, соответственно, КПДанодной цепи, КПД коллекторной цепи, определяемом из соотношения2  А, КОЛ  P~ P0 .Для КПД анодной цепи получаем в режиме усиления1U IP~ 2 МА A1 1 I А1A   .(2.1)P0E A I A02 I A0В режиме умножения частоты, очевидно, вместо тока I A1 будет ток I An .

Аналогично определяется КПД коллекторной цепи  КОЛ .Как видно из (2.1), для увеличения КПД анодной (коллекторной) цепи необходимоувеличивать коэффициент использования анодного (коллекторного) напряжения ξ и отношение амплитуды тока выделяемой гармоники выходного тока к его постоянной составляющей. Использование параллельного колебательного контура в качестве нагрузки ввыходной цепи АЭ ГВВ позволяет существенно увеличить КПД анодной (коллекторной)цепи, соответственно и КПД генератора в целом, по сравнению с усилителем с нагрузкой– резистором и трансформаторной нагрузкой, так как, во-первых, колебательный контур,2Принято обозначать буквой греческого алфавита η – эта с соответствующим символом.19благодаря резонансным свойствам, принципиально позволяет получить большее значениеξ, нежели при трансформаторной нагрузке и особенно при нагрузке – резисторе, и, вовторых, реализовать большее отношение I A1 I A0 (в общем случае отношение I An I A0 ),что, как показано в лекции 5, имеет место при малых значениях нижнего угла отсечкианодного (коллекторного) тока θ.

Нежелательные гармонические составляющие выходного тока, уровень которых становится соизмеримым с уровнем выделяемой гармоники приуменьшении нижнего угла отсечки,3 отфильтровываются контуром благодаря его избирательным свойствам.Колебательная мощность P~ , выделяемая на контуре, частично расходуется (теряется) в элементах контура C К , LК из-за их неидеальности: помимо реактивного сопротивления в элементе присутствует и небольшое активное (резистивное) сопротивление, а большая часть колебательной мощности переходит в полезную нагрузку генератора и носитназвание полезной мощности P~ Н .

Отношение полезной мощности к суммарной мощности, расходуемой всеми источниками питания генератора (в случае лампы сюда относитсяи источник питания накала), определяет промышленный КПД генератора. Очевидно, промышленный КПД генератора всегда ниже, чем КПД анодной цепи  A или коллекторнойцепи  КОЛ . Величина последних, как следует из (2.1), ограничена в режиме усиления физическим пределомI  A1, К 1 < 2.I A0 , К 0В общем случае ГВВ – усилителя или умножителя частоты величина  A ,  КОЛ ограничивается пределомI  An , Кn < 2.I A0 , К 0Во входной цепи ГВВ выделяют участки: источник возбуждения; промежуток сеткакатод у лампы, база-эмиттер у транзистора; источник смещения с напряжениемEC или E Б .Мгновенная мощность на участке источника возбуждения, отображаемого в схемахрис.1.1 трансформатором Тр, определяется соотношениями: p ВОЗБ  u C iC в ламповомГВВ и p ВОЗБ  u Б i Б в транзисторном ГВВ.

Характеристики

Список файлов книги