Уравнения идеализированных характеристик

коллекторного тока АЭ.

На рис. 2.7. приведены оба семейства статических характеристик АЭ для двух значений е_к (е_к', е_к'') и е_у (е_у', е_у''). На этих семействах обозначены характерные области (зоны).

Зона, в которой ток коллектора не зависит от управляющего напряжения, получила название области насыщения (ОН). На входных характеристиках это горизонтальные части характеристик, а на выходных – ЛКР.

Зона, в которой ток коллектора не зависит от коллекторного напряжения, но существенно зависит от управляющего, напряжения называется активной областью (АО), т.е. областью, где возможно управление током коллектора). На выходных характеристиках АО соответствуют горизонтальные участки характеристик, положение которых зависит от управляющего напряжения.

Наконец зона, в которой отсутствует коллекторный ток, называется областью отсечки ( ОО).

 

Рисунок 2.7.Идеализированные характеристики активного элемента

 

Обратимся теперь к рисунку 2.8 и запишем уравнение для коллекторного тока в АО. Для этого зададим произвольное значение i _к и рассмотрим заштрихованный треугольник с углом α. Ток i_к представляет собой катет прямоугольного треугольника, противолежащий углу α. Второй катет, обозначенный буквой В: В = е_у – Е_у'.

Тогда для i_к можно записать с учетом принятых ранее обозначений:

i_к = В×tg α = B×S = S×(е_у – Е_у') (2.3)

Это уравнение справедливо лишь для АО, т.е. для области, где е _у< е _у' (см. рисунок 2.8)

Рисунок 2.8 К определению уравнений статических характеристик

 

Для области насыщения удобно использовать выходную систему координат. Снова зададим произвольное значение i _к на ЛКР и рассмотрим

треугольник с углом δ. Совершенно очевидно, что теперь:

i_к = е_к×tg α = S_кр×е_к (2.4)

На границе АО и ОНi_к = I_m и согласно (2.3):

I_m = S×(e_у^/ – Е_у^/) = S_кр×е^/_к (2.5)

Таким образом, на границе АО и ОНе_у и е_к связаны определенным соотношением:

(2.6)

На основании полученных выражений математическую запись идеализированного коллекторного тока можно представить следующей системой уравнений:

(2.7)

 

Заметим, что уравнения (2.7) в равной степени отражает статические характеристики в проходной и выходной системах координат.

 

 

Глава 3

Основы теории генератора с внешним возбуждением.

Колебания I и II рода.

Для исследования режимов генератора (усилителя мощности) необходимо определить форму входного сигнала (сигнала возбуждения). В качестве такого сигнала в теории генераторов используется косинусоида:

u_У = U_У coswt (3.1)

где w - частота колебаний; U _У – амплитуда возбуждения.

Тогда согласно (2.1):

е_у = Е_у + U_У coswt (3.2)

Предположим, что АЭ работает только в активной области входных характеристик и ток коллектора существует в течении всего периода возбуждения. Такому режиму соответствует рис. 3.1.

Рисунок 3.1 Режим колебаний первого рода

 

В соответствии с выражением (2.3) для рассматриваемого сигнала получим:

i_К = S(е_У – Е_У') = S(E_У – Е_У' + U_У coswt) = I_СР + I_К1 coswt

В этом выражении:

I_СР = I_К0 – среднее значение (постоянная составляющая) коллекторного тока;

I _К1 – первая гармоника (амплитуда переменной составляющей) коллекторного тока.

Величина I _К1 – определяет полезную составляющую выходного тока (она определяет усиленный входной сигнал). Постоянная составляющая I _К0 определяет энергию, потребляемую от источника коллекторного питания.

Предположим, что величина входного сигнала U _У – уменьшается (см. пунктир на рисунке 3.1). Нетрудно заметить, что при этом среднее значение тока (I _К0) не изменится, т.е. потребление от источника питания будет прежним, хотя полезная составляющая I _К1 существенно уменьшится. Более того, при полном отсутствии входного сигнала (U_У = 0) потребление от источника также будет неизменным.

Рассмотренный режим работы получил название режима колебаний I рода. Его отличает низкий коэффициент полезного действия. Заметим, что при отсутствии на входе переменной составляющей сигнала, вся потребляемая генератором мощность от источника питания выделяется на активном элементе в виде тепла. Поскольку мощные активные элементы обычно не рассчитаны на такой режим, колебания I рода в мощных генераторах как правило не используются.

Изменим положение рабочей точки на характеристике (E _У) так как показано на рисунке 3.2. Из рисунка следует, что ток коллектора теперь существует лишь в течении части периода возбуждения, которая характеризуется ''углом отсечки'' q. Углом отсечки называется угол соответствующий половине времени существования импульса тока в течении одного периода, tu, где t _u – длительность импульса коллекторного тока.

Рисунок 3.2 -Режим колебаний второго рода

 

Уменьшим, как и предыдущем случае, амплитуду возбуждения (U_У). Нетрудно заметить, что в этом случае уменьшается одновременно и переменная составляющая коллекторного тока и его среднее значение (определяемое площадью импульса). Таким образом, при уменьшении полезной (переменной) составляющей тока уменьшается и среднее (потребляемое) значение тока. Отсюда следует, что такой режим работы более экономичен, и его целесообразней использовать в мощных генераторах. Режим работы с ''отсечкой'' тока получил название ''режим колебаний II рода''.