Определение недонапряженной, критической и перенапряженной области статической характеристики ГВВ. Определение граничного режима в электровакуумных приборах и транзисторах

1 – недонапряженная область, хар-ся линейной зависимостью Ia и Уа

2 – перенапряженная – область насыщения, в которой не соблюдается линейность

1 и 2 области между собой разделены граничной линией. Она определяется крутизной Sгр. Точки, хар-ные для «-» и относительно малых «+» значений Uс по сравнению с Uа, т.е. когда е_д< < е_а входят в 1 область. Точки хар-к при «+» Uс е_д > > 0 и напряжениях, превосходящий Uа е_д > е_а соответствуют 2 области. Режимы работы Г, когда I и U не выходят за пределы 1 области получили условное название недонапряженных. Граничная область, при которой I, U достигают мгновенных значений, соответствующих границе между 1 и 2 областями хар-к, получили название граничного режима. ГР определяется соотношением е_амин/е_дмакс =1, 5..2(для ламп). Когда соотношение больше, то считается что режим 2, меньше – 1. При эксплуатации РПдУ о напряженности режима судят по соотношению постоянных составляющих токов сетки и анода. Iдо/Iао=0, 1..0, 2 (соотношение > - режим 2, меньше - 1). При амплитудах напряжения на контуре близких к напряжению питания Еа (мин Uа) становиться малым и происходит резкий рост Iс. При макс Uс и малых Uа в вершинах импульсов Iа появляется впадина, длительность которой хар-ся углом верхней отсечки θ в (тета верхнее). Такие режимы называются 2, в отличии от режимов работы с малыми Iс и остроконечными импульсами Iа – 1 режим. Переход от 1 ко 2 режиму происходит, когда Iс возрастет до 10-15% Iа. При этом вершина импульса Iа становиться более поской. Такой режим называют граничным или периодическим. При этом динамич. хар-ка касается линии спада Iа, которую называют линией граничного режима(ГР)

Напряженность режима генератора

Напряженность определяется той областью ВАХ, в которой формируется вершина импульса I электрода. Область определяет перераспределение I исходного электрода между токами выходного и управляющего электродов. От напряженности режима во многом зависят энергетические хар-ки вых.цепи. напряж-ть режима зависит Ипит, амплитуды возбуж-го U, сопротивления нагрузочной системы. Если в работе ГВВ Ипит и амплитуда Uвозб поддерживается постоянной, то Н-ть режима меняться не будет. При перестройке резонансной нагрузочной системы изменяется ее сопротивление => Н-ть режима.

Динамические хар-ки изобразимпри переменном сопротивлении нагрузки, при условии Rэкв 1 режима < Rэкв критического режима < Rэкв 2 режима

При мин R – верхняя точка 2 активного участка в 1 области статич. хар-ки. Вершина импульса тока коллектора макс, остаточное Uк достаточно большое => перераспределение носителей в пользу базы не происходит. Если увеличить Rн до значения Rэкв критич наклон динамич хар-ки уменьшится и ее верхний конец достигнет т.3, лежащей в области критического режима статич хар-ки. В ГВВ установиться КР с меньшим размахом I и большей амплитудой Uк, чем в НР (остаточное Uк уменьш. => Iк увелич-ся) т.3 – граница между НР и ПР. дальнейшее увеличение Rн (при условии Rэкв 1< Rэкв 2) еще больше наклоняет активный участок к оси ОХ. В т.4 дин. хар-ка достигает линии КР, затем продолжается в виде ниспадающего участка. В ламповых ГВВ те же процессы, но участок 7-8 лежит на оси ОХ, т.к. Iа протекать в обратном направлении не может => в импульсе Iа нет «-» выброса => все электроны перехватывает управляющая сетка, Iс значительно больше, что приводит к чрезмерному разогреву сетки и выходу анода из строя.изменение формы импульса I выходного электродапозволяет классифицировать напряженность работы ГВВ. В НР импульс I имеет выпуклую вершину, когда θ верхнее=0. Плоская вершина импульса или с незначительным провалом θ в< 3° хар-ет КР, а в ПР имеется значительный провал θ > > 3°. В сильно ПР в импульсе Iк появляется обратный выброс, а импульс Iа раздваивается

Нагруз. хар-ми ГВВ наз-ся зав-ти I, P и КПД от сопр-я нагр. сист. Рассм- м I_к1m=f(Rн).

Амплитуда 1-ой гармоники I_к1m и постоян. сост-щей I_к0 по мере увелич. сопр-я нагруз.сист. сначала падет медленно до критич.реж., что объясн-ся незначит. изменением размаха имп-са I_к с увелич. Rнс(Rое). В области недонапряженного реж. с переходом в перенапряжен.реж. оба тока нач-т падать быстрее, т.к. в этой области статич.хар-к не только уменьш-ся размах имп-са I_к, но и появл-ся провал в его верх. части, глубина кот. увелич. по мере возростания напряжен.реж. ген-ра. Величина Um= I_к1m *Rнс.

Линейно связь с Rнс увелич. до знач-я критич.реж., т.к. амплитуда I_к1m увелич. незначительно и в произвед-и I_к1m *Rнс преобл-т второй сомножитель. В перенапряж.реж. это произвед-е, а с ним и ампл-да Um мен-ся в небольш. пределах. Это происх-т из-за того, что увелич. Rнс от части компенсир-ся резким спадом тока 1-ой гармоники.

Рассмотрим графики изменения P_о, P_колеб, КПД, P_{коллектора.}

График подводимой P_о повторяет форму кривой I_ко, что следует из выражения, что P_о= I_ко * U_пит. Колебат. P_колеб =0, 5* (I_к1m)²* Rнс. При Rнс=0 P_колеб тоже равна 0 следов-но вся потребляемая P рассеивается на коллекторе. По мере увелич. Rнс до критич.реж. P_колеб увелич., а затем падает, что объясн-ся преоблад-ем множителя Um в недонапряж.реж. и уменьш. ампл-ды I_к1m при относит. постоянстве Um в перенапряж.реж.

P_{рассеив} на коллекторе уменьш. по мере увелич. Rнс ее гр-к построен на разности ординат P_{рассеив} = P_о - P_колеб. Кривая для КПД (КПД= P_колеб / P_о ) опред-ся из анализа этого сопротивления. С увелич. Rнс до знач-я Rнс.кр. P_колеб увелич., а P_о уменьш., поэтому КПД растет. В пернапряж.реж.обе P уменьш., но P_колеб уменьш. несколько быстрее. Исслед-е реальных режимов работы показ-т, что мах КПД лежит в области слабонапряжен.реж.(после критического).

Анализ нагр.хар-к ГВВ позвол-т сделать ряд выводов: работа ГВВ в недонапряж.реж. сопровожд-ся больш. тепловыми потерями на коллекторе, что может послужить причиной его разрушения. В этом реж. низкие знач-я P_колеб, а от ист-ка коллект.пит-я потребляется больш. P. В сильноперенапряж.реж.невелики знач-я осн. показателей ГВВ. Для исп-я наиб. приемлемого критич.реж., кот. хар-ся мах P_колеб, большим КПД, и сравн-но малыми потерямина коллекторе. Слабонапряжен.реж. имеет мах КПД, но P_колеб меньше, чем при критич.реж. Для ламповых ген-ров нагр.хар-ки имеют такой же вид и приведенные выводы остаются справедливы. Но сильноперенапряж.реж. для ламп опасен из-за больших токов управл.сетки, что может вывести лампу из строя. У VT ген-ров с увелич. напряж-ти увелич. P_{рассеив} на базе, но уменьш. P_{рассеив} на коллекторе следов-но тепловой режим для п/п ген-ров сохраняется.

40 Нагрузочные хар-ки ГВВ. Графики изменения мощности Р и кпд η. Анализ нагрузочных хар-к, выгодных режимов ГВВ.

Нагрузочная хар-ка – зависимость токов, мощностей и КПД от сопротивления нагрузочной системы.

Амплитуда Ikm1 и постоянная составляющая Iко по мере возрастания Rнс сначала убывают медленно до КР, что объясняется незначительными изменениями размаха Iкс ростом Rнс в НР. С переходом в ПР ба тока начинают убывать быстрей, т.к. в этой области в соответствии со статич. хар-кой не только уменьшается размах Iк, но и появляется провал в верхней части, глубина которого увеличивается по мере возрастания напряженности режима ГВВ. Величина Um=Ikm1*Rнс (1) линейно связана с Rнс, возрастает до значения КР, т.к. амплитуда Ikm1 уменьшается незначительно и в (1) преобладает второй сомножитель. В ПР (1) и с ним амплитуда Um меняются в небольших пределах, т.к. продолжающее возрастать Rнс компенсируется более резким спадом Ikm1. График подводимой Ро повторяет форму кривой для Ikо, т.к. Ро= Ikо*Uпит (Uпит=const). Рколеб=0, 5* I²km1*Rнс. При Rнс=0 Ркуолеб тоже = 0 => вся потредляемая Р рассеивается на коллекторе => графики Ро и Ррасс выходят из одной точки. По мере возрастания Rнс до КРРколеб увеличивается, затем уменьшается, что объясняется преобладанием Um в НР и уменьшением амплитуды Ikm1 при относительном постоянстве um в ПР.Ррасс на коллекторе уменьшается по мере роста Rнс т.к. ее графики построены по Р расс=Ро-Рколеб. Кривая для КПД определяется η =Ркол/Ро. С увеличением Rнс до значения Rнс Крит Рколеб увеличивается, в Рпотребляемая уменьшается => КПД увеличивается. Исходя из реальных режимов работв макс КПД лежит в области слабоПР. Работа ГВВ в НР сопровождается большими тепловыми потерями. => в НР низки значения КПД и Рколеб, а от источника коллекторного напряжения потребляется большая мощность. В сильноПР невелики значения осн.эл.показателей ГВВ, а потери в цепи базы растут. Для использования в ГВВ приемлим КР, который хар-ся макс Рколеб, достаточно большим КПД и сравнительно малыми потерями на коллекторе. Следует обратить внимание на слабоПР, т.к. так макс КПД, хотя при этом Р колеб < чем в КР. Для ламповых Г нагр. хар-ки имеют такой же вид. Но сильноПРдля ламп опасен из-за больших токов управляющей сетки, что может вывести лампу из строя. У транзисторных Г с увеличением напряженности увеличивается Ррасс на базе, но уменьшается Ррасс на коллекторе => тепловой режим для тр-ров сохранен.

Динамич. хар-ки всегда располагаются на поле статических и именуются в соотв-ии с названием сист.коорд-т: проходные, выходные и входные. Задается U_см, при кот. нач.раб.точка нах-ся у основания статич.проходной хар-ки, снятой при напряжении на коллекторе, при U_к=U_пит. Ампл-ду U_возб примем такою, чтобы полностью использ-ть статич.хар-ку. При отриц.полуволне U_возб транзистор закрыт и I_к отсутствует, динамич.хар-ка располаг-ся горизонтально, совпадая с осью абсцисс (отрезок 1-2). В положит.полупериод транзистор открыв-ся, I_к увелич-ся по мере увелич.мгновенного напряжения U_возб =U_см +U_вх.м..

В динамич реж.увелич I_к, что приводит к увелич.падения напряжения на нагрузке в следствие чего мгновенное напряжение на коллекторе уменьш-ся и U_к =U_пит +U_м*sin wt.

I_к нарастает до мах значения, а динамич.хар-ка достигает наивысшей точки 3. Можно построить динамич.хар-ки в вых.системе. В положит.полупериод U_б увелич., транзистор откр-ся, I_к увелич-ся, U_к уменьш-ся, раб.точка перемещается вверх, при наибольшем значении U_возб раб.точка нах-ся в т.3’. В отриц.полупериод транз-р закр-ся U_н изменяет полярность, следовательно анод складывается с U_пит, а результирующее напряжение на коллекторе увелич-ся. Раб.точка перемещ-ся по оси абсцисс до т1’. В момент мах значения ампл-ды, U_к будет мах и равно U_мах =U_пит +U_м*sin wt.

В классе С при Ө н> 90° раб.точка распол-ся левее т.2 на проходной хар-ке и правее т.2’ на вых.хар-ке.

В классе АВ при 90°< Ө н< 180° раб.точка смещ-ся в противоположнуу сторону, т.о.при работе транзистора с отсечкой динамич.хар-ка имеет 2 участка: наклонный и горизонтальный (активный и пассивный).

Импульс I_к, образующая кот. имеет форму усеченной синусоиды. С увелич.нелинейности статич.хар-к наклонный участок динамич.хар-ки приобретает кривизну, а образующая коллекторного тока – колоколообразную форму. Этот эффект проявл-ся тем заметнее, чем больше I_б и хар-но для более мощных транзисторов. Такое же искажение формы в большей степени усиливается по мере приближения раб.частоты ГВВ к граничной частоте транзистора.