Динамические характеристики активного элемента

Из раздела 2.2 следует, что статические характеристики активного элемента представляют собой, либо зависимость коллекторного тока от управляющего напряжения е _у (при фиксированном напряжении на коллекторе е _к), либо от коллекторного напряжения е _к (при фиксированном значении е_у).

Но в работающем генераторе напряжения на коллекторе и на управляющем электроде меняются одновременно согласно волновой диаграмме

на рисунке 3.5. Причем, как установлено выше

е_у = Е_у + U_уcosωt

е_к = Е_к - U_кcosωt (3.10)

Значения коллекторного тока, соответствующие текущим значениям е _у и е _к на семействе статических характеристик, образуют линию, получившую название динамическая характеристика коллекторного тока.

Определим форму этой линии, полагая, что статические характеристики идеализированы, т.е. представляют собой отрезки прямых линий. Для этого в системе уравнений (3.10) выразим е _у через е _к, исключив из уравнений cosωt

Подставим (3.11) в уравнение коллекторного тока, соответствующее АО статических характеристик

Как видно из этих выражений, динамическая характеристика АЭ, для активной области во входной системе координат, совпадает со статической, т.к. в выражении (3.12), коллекторное напряжение отсутствует.

В выходной системе координат (уравнение 3.13) динамическая характеристика имеет отрицательный наклон и также представляет собой прямую линию, т.е. описывается уравнением первой степени относительно е _к.

Поэтому для построения динамической характеристики в АО достаточно определить координаты двух ее точек. Наиболее удобно использовать для этого экстремальные точки волновой диаграммы (рис.3.5).

Так, например, i_{к макс} соответствует е_{у макс} и е_{к мин,} а при U_к=0 и U_у=0, когда е_у=E_у и e_к=Е_к через АЭ протекает «ток покоя» J_П=S (E_у –E^/_у).

В зависимостии от соотношения E^/_у и E_у, J_п может быть положительным или отрицательным. Положительное значение J_П соответствует реальному току, тогда как отрицательное значение может быть использовано лишь для построения динамической характеристики в выходной системе координат.

Итак, для построения динамической характеристики имеем координаты двух точек

 

Рисунок 3.6 - Динамические характеристики коллекторного тока

 

Выберем из семейства выходных статических характеристик характе-

ристику соответствующую е _{у макс} (см. рисунок 3.6) и, отложив на горизонтальной оси е _{к мин}, найдем положение первой точки динамической характеристики (i _{к макс}).

Аналогично выбрав статическую характеристику для E _у и отложив на оси Е _к, получим вторую точку, соответствующую J _п. Соединив полученные точки прямой линией, получим динамическую характеристику коллекторного тока (прямая «а» на рисунке 3.6) в выходной системе координат.

Характеристика, совпадающая с горизонтальной осью координат, соответствует е_у=E^/_у (напряжению отсечки), поэтому пунктирная часть динамической характеристики «а» не имеет физического смысла; коллекторный ток при е_у ≤ E^/_у отсутствует.

Поскольку в рассматриваемом случае длительность импульса коллекторного тока больше половины периода, θ > 90^o.

Если E_у = E^/_у, вторая точка динамической характеристики ляжет на горизонтальную ось (прямая «б»). При этом длительность импульса коллекторного тока равна половине периода и θ = 90^o, а J_П=0. Динамическая характеристика соответствующая Е_у< E^/_у представлена на рисунке 3.7. В этом случае, ток покоя J _П не имеет физического смысла и используется лишь для построения динамической характеристики.

Итак, при выборе

Рисунок 3.7 - Динамическая характеристика для θ<90°

 

 

Если активный элемент в динамическом режиме заходит в область насыщения, коллекторный ток изменяется по линии критического режима и определяется выражением

i_к = S_кре_к (3.14)

 

Определим е _к из (3.11)

Подставим значение е _к в (3.14)

Таким образом, в области насыщения АЭ динамическая характеристика выходной системы координат совпадает с линией критического режима (ЛКР), а в активной области имеет отрицательный наклон.

Построим динамическую характеристику коллекторного тока для случая θ = 90^o (E_у = E^/_у ) при условии, что в динамическом режиме АЭ заходит в область насыщения (см. рисунок 3.8). Сначала строим динамическую характеристику полагая, что АЭ не заходит в область насыщения, т.е. определяем положение точек 1, 2 и проводим через них прямую. По мере роста i_к от точки 2 к точке 1, в точке 3 (на ЛКР) АЭ переходит в ОН и, как мы установили, в дальнейшем изменяется по линии критического режима от точки 3 до точки 4, соответствующей е_{к мин}. Перелом динамической характеристики приводит к появлению провала в импульсе коллекторного тока.

 

Рисунок 3.8 - Динамическая характеристика генератора при заходе

в область насыщения АЭ

 

 

Одним из параметров характеризующих динамический режим является коэффициент использования коллекторного напряжения ξ, представляющий собой отношение амплитуды U _к к напряжению коллекторного питания Е_к; ξ= U_к/Е_к.

Величина ξ может принимать значения от 0 до 1 и более в зависимости от сопротивления нагрузки (U_к=I_к1R_к).