2.5. Недонапружений, критичний, перенапружений режими роботи генератора з зовнішнім збудженням.

В залежності від величин опору навантаження ГЗЗ, амплітуди вхідної напруги чи напруги живлення в схемі відрізняють три основні режими роботи активного елементу: недонапружений, критичний і перенапружений. Ці режими будуть розглянуті для роботи активного елементу в режимі коливань другого роду, який широко використовується в потужних каскадах.

При недонапруженому режимі схема ГЗЗ має такий опір навантаження, амплітуду вхідної напруги чи напругу живлення, що динамічна характеристика по змінному струму не перетинає лінію критичного режиму (ЛКР); імпульс струму активного елементу при цьому режимі неспотворений. Для лампових схем ГВВ при цьому режимі амплітуда вхідної напруги така, що не викликає появи сіткового струму (рис. 2.11).

Рис. 2.11 Недонапружений режим роботи в схемі ГЗЗ.

На рис. 2.11а показано, що в схемі транзисторного ГЗЗ використаний режим коливань другого роду (робоча точка А на вихідних характеристиках відповідає положенню, коли I_к = 0 при відсутності U_вх). Нахил динамічної характеристики (опір R_ер коливального контура як навантаження), такий, що при заданій величині U_вх, що вона не перетинає ЛКР. Це приводить до появи форми імпульсу колекторного струму в вигляді неспотвореної косинусоїди, відсіченої на половинному рівні. З ламповій схемі ГЗЗ, як було сказано вище, амплітуда U_вх така, що сітковий струм не з'являється (рис.2.11б), а форма анодного струму представляє собою при побудові неспотворений косинусоїдальний імпульс. Ще раз звертається увага на те, що форма вихідної напруги U_вих є неспотворена синусоїда, де негативний напівперіод виходить із побудови по динамічній характеристиці, а позитивний з'являється внаслідок використання в вигляді навантаження паралельного коливального контура, коли при закритому активному елементі заряджений до цього при проходженні струму конденсатор контуру розряжається через його індуктивність.

При критичному режимі схема ГЗЗ має такий опір навантаження, амплітуду вхідної напруги чи напругу живлення, що динамічна характеристика по змінному струму доторкається до лінії критичного режиму; імпульс вихідного струму активного елементу при цьому має сплощення вершини. Для лампових схем ГЗЗ при цьому режимі амплітуда вхідної напруги така, що викликає появу незначного струму сітки(рис. 2.12)

Сплощення вершини імпульсу в схемі транзисторного ГЗЗ пов'язана з тим, що при значній амплітуді вхідної напруги U_вх і появи значного базового струму частина носіїв струму, яка емітується з

Рис. 2.12. Критичний режим роботи в схемі ГЗЗ.

області емітера, перехоплюється базою, при цьому струм колектора зменшується, що приводить до сплощення вершини. До цього необхідно додати, що зменшення густини електронних носіїв на вершині пов'язано також зі зменшенням колекторної залишкової напруги U_з до 1 … З В, що зменшує притягувальний потенціал колектора при значному позитивному потенціалі бази.

При перенапруженому режимі в схемі ГЗЗ зростає опір навантаження (підвищується добротність коливального контуру і його R_ер) так що нахил динамічної характеристики по змінній складовій струму збільшується, зростає амплітуда вхідної напруги.

По формі імпульса вихідного струму активного елемента відрізняють при цьому два підрежими: слабко-перенапружений і сильно-перенапружений.

При слабко-перенапруженому режимі в імпульсі вихідного струму активного елемента з'являється впадина, а амплітуда вихідної напруги не перевищує Е_ж (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Слабко-перенапружений режим роботи в схемі ГЗЗ.

При збільшенні опору навантаження і кута нахилу динамічна характеристика перетинає лінію критичного режиму. При побудові форми вихідної напруги U_вих, яка є синусоїдальною, її амплітуда, як видно з рис. 2.13а, не перевищує Е_ж. Поява впадини в формі імпульсу пов'язано з тим, що появою U_вх і її збільшенням, колекторний струм збільшується до перетину характеристики з ЛКР. Подальше зменшення напруги колектора (точка А) приводить до подальшого зменшення колекторного струму (точка Б), появи впадини в імпульсі струму І_к. Збільшення амплітуди U_вх при цьому режимі приводить до різкого збільшення базового струму І_б при дуже малих залишкових напругах U_з = U_в, коли притягувальний потенціал колектора близький до нуля, а потенціал бази значний, що приводить до перерозподілу електронного потоку, збільшення базового струму і появи впадини в імпульсі колекторного струму.

В схемі лампового ГЗЗ значне збільшення амплітуди вхідної напруги U_вх приводить до появи значного сіткового струму І_с, появи впадини в імпульсі анодного струму за рахунок перерозподілу електронного потоку, перехоплення значної частини електронів сіткою і зменшення анодного струму, що спричиняється також зменшенням анодної напруги і зменшенням притягувальної дії аноду (рис. 2.13б).

При сильно-перенапруженому режимі проходить подальше збільшення опору навантаження ГЗЗ, зростає нахил динамічної характеристики по змінному струму, амплітуда вихідної напруги більша Е_ж.

Оскільки в схемі ГЗЗ на біполярному транзисторі і електронній лампі при цьому режимі проходять по-різному, є необхідність провести окремий аналіз процесів в цих схемах. Графічне зображення процесів при цьому режимі приведено на рис. 2.14.

В схемі ГЗЗ на біполярному транзисторі форма струму має зворотній викид (рис. 2.14а), оскільки зменшення колекторного струму при зменшенні вихідної напруги (з точки а до точки б) приводить спочатку до зменшення колекторного струму до нуля, а поява негативної напруги U_вих на колекторі (при значній позитивній напрузі U_вх на базі) приводить до відкриття переходу база-колектор транзистора, появи зворотного струму колектора (відповідає напрузі U_вих в точці в). Зворотній викид струму колектора обумовлюється також значним зростанням базового струму.

В схемі лампового ГЗЗ при сильно-перенапруженому режимі відбувається роздвоєння анодного імпульсу (рис. 2.14б), оскільки Е_а = 0 (точка б) і подальшій появі негативної напруги на аноді струм через лампу протікати не може. Відсутність струму в цей момент приводить до появи великого струму сітки, оскільки в цей момент сіткова напруга значна і позитивна, тому весь електронний потік лампи проходить через сіткове коло.

Неважко побачити, що реалізація не-до-напруженого, критичного і перенапруженого режиму роботи можна реалізувати зміною напруги живлення Е_ж (для реалізації не-до-напруженого режиму його треба збільшувати, а для реалізації

Рис. 2.14. Сильно-перенапружений режим роботи в схемі ГЗЗ.

перенапруженого - зменшувати).