Контрольные вопросы.

1. Что понимается под коэффициентом использования коллекторного напряжения ξ?

2. В каком режиме генератора коэффициент формы тока g₁ больше 1?

3. Почему в режиме с отсечкой коллекторного тока нагрузка генератора должна быть избирательной?

4. Дайте определение понятию «угол осечки» тока.

5. Изобразите график зависимости модуля сопротивления параллельного колебательного контура Z_к от частоты ω.

Глава 3 аппроксимация статических характеристик генераторных приборов

В мощных генераторах с внешним возбуждением в качестве активных приборов используются биполярные, полевые транзисторы и электронные лампы.

Транзисторные усилители мощности в настоящее время имеют выходную мощность до 10 кВт. Достоинства транзисторных ГВВ очевидны:

– мгновенная готовность к работе по причине отсутствия накала,

– низковольтные (десятки вольт) напряжения питания,

– малые требуемые сопротивления нагрузки,

– большой срок эксплуатации.

В то же время транзисторным ГВВ свойственны и серьезные недостатки:

– меньший коэффициент усиления мощности в сравнении с ламповыми ГВВ,

– повышенная склонность к самовозбуждению,

– выход из строя транзисторов в нештатных режимах усилителей (при коротком замыкании нагрузки или в режиме холостого хода).

Ламповые генераторы применяют в радиопередатчиках с мощностью более 10 кВт.

Высокие рабочие напряжения (до 10 кВ), необходимость в накале катодов, требуемые высокие сопротивления нагрузки генераторов, ограниченный срок службы – в этом отношении лампы проигрывают транзисторам.

К достоинствам ламповых ГВВ можно отнести высокий коэффициент усиления мощности, меньшую в сравнении с транзисторами склонность к самовозбуждению, повышенную надежность усилителей мощности при отклонениях режима от нормального.

Для расчетов электрических режимов генераторов нужно располагать статическими характеристиками активных приборов, применяемых в проектируемом устройстве. Реальные статические характеристики транзисторов и ламп имеют сложную форму и описываются громоздкими аналитическими выражениями.

Для расчетов ГВВ статические характеристики АЭ аппроксимируют (заменяют) отрезками прямых. Соотношения при этом получаются достаточно простыми, а погрешности расчетов не превышают 10-15 %. Сравнивая статические характеристики лампового триода ГУ-5Б (рис. 3.1), биполярного транзистора КТ-912 (рис. 3.2), полевого транзистора КП-904 (рис. 3.3), отметим, что они качественно похожи и могут быть описаны одинаковым образом.

Аппроксимация статических характеристик электронных ламп

На рис. 3.1,а показаны условное обозначение электровакуумного триода на принципиальных схемах, а также положительные направления токов и напряжений на его электродах: i_c, i_а, i_s – сеточный, анодный и эмиссионный (катодный) токи.

Из закона Кирхгофа следует: i_s = i_а + i_c.

Известно, что катодный ток можно определить как ток эквивалентного диода, анод которого расположен в плоскости сетки, а напряжение на нем заменено управляющим напряжением:

e_у = е_с +De_а, (3.1)

где D – проницаемость сетки для поля анода. D показывает, во сколько раз поле анода ослаблено сеткой в области катода.

Рис. 3.1

Рис. 3.2

Рис. 3.3

График тока катода эквивалентного диода изображен тонкой линией на рис. 3.4,а. Заменим (идеализируем) эту статическую характеристику двумя отрезками прямых линий

i_s = S(e_у – E_{с 0}) при e_у>E_{с 0}; (3.2)

i_s= 0 при e_у < E_{с 0},

где E_{c 0} – конструктивный параметр лампы. Подставив выражение (3.1) в (3.2), получим зависимость катодного тока от напряжений е_c и e_а:

i_s = S(е_c + De_а – E_c0). (3.3)

Соотношение (3.3) изображено в сеточной и анодной системах координат на рис. 3.4,б и 3.4,в. Ток катода равен нулю, если равно нулю напряжение на аноде эквивалентного диода:

i_s = 0 = S( + DE_а –Е_С0).

Откуда Е_c0= + DE_а или = – DE_а+ Е_c0, (3.4)

где – напряжение отсечки тока катода по идеализированной характеристике. Подставив формулу (3.4) в (3.3), получим i_s= S[(е_С – + D(e_а – E_а)].

Рис. 3.4

Рассмотрим статические характеристики в анодной системе координат (рис. 3.4, в).

До тех пор пока напряжение на аноде больше сеточного (е_а >> е_c), анодный ток также много больше сеточного тока (i_а >> i_c). Считают, что анодный ток при этом совпадает с эмиссионным i_а = i_s (отрезок жирной прямой с малым наклоном на рис 3.4, в).

При уменьшении анодного напряжения до е_{а гр} и ниже сетка перехватывает большую часть тока эмиссии. В зоне, где е_а < е_{а гр} , анодный ток зависит только от анодного напряжения (жирная прямая с крутизной S_ГР, исходящая из начала координат называется граничной линией).

i_аГР = S_ГР е_а. (3.5)

В точке излома справедливы оба соотношения (3.3) и (3.5):

i_аГР = S(е_{С ГР} +Dе_а – Е_{С 0}) = S_ГР е_{а ГР},

откуда

где – коэффициент, показывающий во сколько раз напряжение на аноде должно превышать напряжение на сетке, чтобы сеточным током можно было пренебречь.

Если принять D = 0, для аппроксимации статических характеристик ламп имеем два простых уравнения:

i_a= S(E_C – ), если e_a > e_{a ГР}, (3.6)

i_a = S_ГР e_a , если e_a < e_{a ГР}