гвв. 1 Классификация и физический механизм работы вч и свч генераторов

• Название: 1 Классификация и физический механизм работы вч и свч генераторов
• Дата: 18.04.2023
• Размер: 5.65 Mb.
• Имя файла: гвв.docx
• Тип: Документы; #1070900
• страница: 11 из 40

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:

Яндекс.ДиректФото- и видеокольпоскопы!Эксклюзивный представитель. Со склада. Сервис! Видеокольпоскопы:Узнать большеmttechnica.ruЕсть противопоказания. Посоветуйтесь с врачом.Скрыть рекламу:Не интересуюсь этой темойТовар куплен или услуга найденаНарушает закон или спамМешает просмотру контента

Спасибо, объявление скрыто.

Диплом для вас - доступно!Круглосуточный прием заявок! Самовывоз или доставка! Выбирайте!Узнать большеkwevikas.ru18+Скрыть рекламу:Не интересуюсь этой темойТовар куплен или услуга найденаНарушает закон или спамМешает просмотру контента

Спасибо, объявление скрыто.

Генераторы сигналов KeysightРеволюционная технология Trueform. Гарантия 3 года. В наличии на складе в Москве.Серия 33500BСерия 33600Аeriscom.ru Скрыть рекламу:Не интересуюсь этой темойТовар куплен или услуга найденаНарушает закон или спамМешает просмотру контента

Спасибо, объявление скрыто.

Преобразователь частоты ONI M680Широкий ассортимент надежных моделей для насосного оборудования. От 0,75 кВУзнать большеoni-system.comСкрыть рекламу:Не интересуюсь этой темойТовар куплен или услуга найденаНарушает закон или спамМешает просмотру контента

Спасибо, объявление скрыто.

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_К1существенно 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''.

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_уи 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_учерез е_к, исключив из уравнений cosωt



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



Как видно из этих выражений, динамическая характеристикаАЭ,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 относительное_к.

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

Так, например, i_кмакссоответствует е_{у макс} и е_кмин,а при U_к=0 и U_у=0, когда е_у=E_у и e_к=Е_кчерез АЭпротекает «ток покоя» J_П=S (E_у –E^/_у).

В зависимостии от соотношенияE^/_у и E_{у ,} J_пможет 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 соответствующуюе_{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 дляE_уи отложив на осиЕ_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, соответствуете_у=E^/_у (напряжению отсечки), поэтому пунктирная часть динамической характеристики «а» не имеет физического смысла; коллекторный ток при е_у ≤ E^/_уотсутствует.

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

Яндекс.ДиректФото- и видеокольпоскопы!Эксклюзивный представитель. Со склада. Сервис! Видеокольпоскопы:Узнать большеmttechnica.ruЕсть противопоказания. Посоветуйтесь с врачом.Скрыть рекламу:Не интересуюсь этой темойТовар куплен или услуга найденаНарушает закон или спамМешает просмотру контента

Спасибо, объявление скрыто.

Диплом для вас - доступно!Круглосуточный прием заявок! Самовывоз или доставка! Выбирайте!Узнать большеkwevikas.ru18+Скрыть рекламу:Не интересуюсь этой темойТовар куплен или услуга найденаНарушает закон или спамМешает просмотру контента

Спасибо, объявление скрыто.

Генераторы сигналов KeysightРеволюционная технология Trueform. Гарантия 3 года. В наличии на складе в Москве.Серия 33500BСерия 33600Аeriscom.ru Скрыть рекламу:Не интересуюсь этой темойТовар куплен или услуга найденаНарушает закон или спамМешает просмотру контента

Спасибо, объявление скрыто.

Огнезащита кабеля с выгодой 30%Завод-производитель Tehstrong. Огнестойкость до 240 мин. Доставка по Москве и МОУзнать большеtehstrong.ruСкрыть рекламу:Не интересуюсь этой темойТовар куплен или услуга найденаНарушает закон или спамМешает просмотру контента

Спасибо, объявление скрыто.

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^/_упредставлена на рисунке 3.7. В этом случае, ток покоя J_Пне 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)

 

Определиме_к из (3.11)

Подставим значение е_кв (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 случаяθ = 90^o (E_у = E^/_у ) при условии, что в динамическом режиме АЭзаходит в область насыщения (см. рисунок 3.8). Сначала строим динамическую характеристику полагая, что АЭне заходит в область насыщения, т.е. определяем положение точек 1, 2 и проводим через них прямую. По мере роста i_кот точки 2 к точке 1, в точке 3 (на ЛКР) АЭпереходит в ОНи, 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.

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

РежимыАЭ принято классифицировать по напряженности в зависимости от формы коллекторного тока (с провалом или без провала).

Если АЭ работает только в АО и в области отсечки статических характеристик, режим называется недонапряженным (ННР). Для него характерна косинусоидальная форма импульсов коллекторного тока.

Если в импульсе появляется провал, т.е. АЭработает в области отсечки, АОи заходит в ОН, режим называется перенапряженным(ПНР).

Пограничный режим между ННР и ПНР получил название критического. В этом режиме, как и в ННР, импульс еще сохраняет косинусоидальную форму (у реального АЭ импульс коллекторного тока в критическом режиме уплощается, но не имеет провала).

Обозначим амплитуду коллекторного напряженияв критическом режимеU_ккр, тогда этот режим можно охарактеризовать критическим коэффициентом использования коллекторного напряжения ξ_кр=U_ккр/E_к.

Как было установлено ранее (2.7), АЭпереходит в ОНпри условии, что

е_у > е_к+Е^/_у.

В динамическом режиме этот переход наиболее вероятен при е_у = е_{у макс}и е_к= е_кмин; таким образом, условие перехода в ПНРможно записать в виде

е_умакс > е_кмин+Е^/_у

Знак равенства в последнем выражении будет соответствовать критическому режиму

е_умакс= е_кмин+Е^/_у.

Обратное неравенство определяетННР

е_умакс < е_кмин+Е^/_у.

Степень напряженности режима можно оценивать и по величине ξ. В частности очевидно, что ПНРсоответствует ξ > ξ_кр, аННР- ξ < ξ_кр.

Перенапряженный режим генератора имеет две разновидности. Слабоперенапряженному режиму соответствует импульс тока, у которого минимальное значение в центре провала больше 0 (см. рисунок 3.9а). Этому режиму соответствует 1> ξ > ξ_кр.



Рисунок 3.9 - Импульсы коллекторного тока в перенапряженном режиме

Если ток в провале равен 0 (ξ=1), или имеет отрицательное значение (ξ>1), режим называется сильноперенапряженным. Импульсы коллекторного тока для сильно перенапряженного режима представлены на рис. 3.9б и 3.9с. У лампового генератора ток анода не может быть отрицательным, поэтому импульс раскалывается на две части (рисунок 3.9г).

Недонапряженный, критический и перенапряженный режимы реализуются при гармонической форме управляющего и коллекторного напряжений. При использовании более сложной формы напряжений (например «меандра») возможен режим в котором АЭнаходится только в области насыщения, либо в области отсечки. Активная область статических характеристик проходится практически мгновенно. Такой режим получил название ключевой. В этом режиме АЭдействует подобно коммутационному реле (ключу), замыкающему или размыкающему электрическую цепь.

На рисунке 3.10а приводятся динамические характеристики коллекторного тока для всех разновидностей напряженности режима при θ=90^о.



Рисунок 3.10 - Идеализированные и реальные

динамические характеристики

 

У реальных динамических характеристик (рисунок 3.10б) резкого перелома нет и они имеют петлеобразный характер, вызванный асимметричной формой импульсов тока. Асимметрия импульсов обусловлена комплексным характером крутизны характеристики реального АЭи расстройкой нагрузочного контура относительно токов высших гармоник.

Недонапряженного режимов

 

Как установлено в предыдущем разделе, критическому и недонапряженному режимам соответствуют следующие условия

е_умакс ≤ е_кмин+Е^/_у; ξ ≤ ξ_кр