CC BY
28
23 декабря 2011 г. 11:27
ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА
О петлевых динамических характеристиках (ДХ) ГВВ на биполярных транзисторах в недонапряженном (НДР) и критическом (КР) режимах
Обсуждаются причины появления петлеобразных участков в ДХ ГВВ на биполярных транзисторах (БТ). На ВЧ БТ импульс тока коллектора ГВВ, работающего с отсечкой тока имеет характерный, растянутый по времени фронт нарастания и укороченное время слада. Показывается, что такая форма тока вместе с отставанием по фазе пикового значения импульса коллекторного тока, с противофазно совмещенным с ним в НДР и КР ГВВ минимумом синусоидального напряжения на коллекторе и формируют петлеобразные участки в ДХ ГВВ.
Груздев В.В.
Метод ДХ эффективен и общепринят при исслед овании колебательных процессов в ГВВ, построенных кок на электронных лампах, так и транзисторах [1,2]. Вместе с тем поведение, транзисторного ГВВ из-за специфических особенностей их вольтамперных характеристик (ВАХ) и инерционных свойств биполярного транзистора остаются малоизученным.
Работа биполярного транзистора на большом сигнале, когда рабочая точка на ВАХ может переходить из одного режима (активный, отсечка, насыщение, инверсный) в любой другой из этих режимов сложна для исследования. Здесть наиболее целесообразен метод выравнивания [3,4] (Method of Alignment), тх исследование других приближенных методов анализа, чревато потерями наиболее эффективных для практики режимов и схем.
Режимы с колебательной LCR нагрузкой, которые и используются в резонансных ГВВ, приводят к необходимости описания колебательных процессов системами линейных дифференциальных уравнений, в каждом их режимов транзистора. При этом моменты переключения определяются граничными условней в начале и конце каждого режима в цикле работы ГВВ.
Наиболее исследован режим ГВВ на низких чостотах транзистора с настроенной в резонанс колебательной LCR нагрузкой, когда сдвиг фаз между 1 -й гармоникой тока коллектора и колебательным напряжением между коллектором и эмиттером, близок к нулю.
Инерционные свойства биполярного транзистора начинают проявляться, уже на низких частотах рабочего диапазона как пока-
зано на рис. 1. Форма импульса коллекторного тока имеет все более удлиненный фронт нарастания и более быстрый спад а амплитуда импульса, уменьшается, с ростом частоты (0.
Так как колебательный Ю-контур настроен на частоту, близкую к первой гармонике тока коллектора 1к, а нагруженная добротность его достаточна велика, и лежит в пределах 6:15, то колебательное напряжение на коллекторе ек близко к синусоидальной форме.
На рис 2 приведена ДХ транзисторного ГВВ когда амплитуда импульса |к совпадает с минимумом колебательного напряжения ек в КР. Из-за растянутости фронта нарастания |к транзистор в ГВВ открывается при большом напряжении ек и закрывается при малом. Форма ДХ отображает это тем, что генераторный транзистор открывается в точке 1 и закрывается в точке 4. При этом рабочая точка движется против часовой стрелки, достигая максимума в точках
2,3. Площадь, лежащая между точка 1,2,3,4 говорит о том, что такой режим характеризуется большой мощностью рассеивоемой в транзисторе и относительно низком КПД
На рис 3 приведена форма ДХ в транзисторном ГВВ при опережении максимумом 1к на угол ? по отношению к минимуму колебательного напряжения между коллектором и эмиттером ек. В этом случае генераторный транзистор в ГВВ открывается при относительно малом колебательном напряжении ек в точке 1 и закрывается при большом в точке 4 форма ДХ на рис За показывает, что рабочая точка движется по ВАХ транзистора по часовой стрелке, достигая максимума, в точке 3, при этом кривая между точками 3 и 4 будет передвигаться вправо по мере увелкнения сдвига фаз <р. Площадь лежащая между точками 1, 2, 3, 4 эквивалентна дополнительной мощности рассеиваемой в транзисторе.
Такой режим ГВВ имеет пониженный КПД и неэффективен.
U)> 12 3 4
feel . /НХ генераторного биполярного транзистора и характер изменения формы импульсов тока коллектора при увеличе»**и рабочей частоты
66
T-Comm, #9-2011
ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА
На рис. 4 приведена ДХ в транзисторном ГВВ при отставании максимума 1к от минимума ек. Сдвиг фаз ф на рис 46 показывает, что пиковое значении тока отстает по времени от минимального значения колебательного напряжения между коллектором и эмиттером генераторного биполярного транзистора. Из рис 4 видно что транзистор в ГВВ открывается в точке 1 при большом напряжении на коллекторе ек, однако и ток 1к еще мал. В точке 2 ток коллектора достигает максимума, но напряжение ек мало приближается к минимуму. В точке 3 колебательное напряжение ек достигает минимума, но ток коллектора попадает в фазу быстрого уменьшения. В результате ДХ ГВВ описывает характерную для биполярною транзистора петлевую кривую, которая позволяет значительно уменьшить мощность рассеиваемую в генераторном транзисторе, так как отодвигает ДХ между точками 2 и 3 влево ближе к линии граничного режима.
Таким образом отставание максимума 1к по отношению к минимуму колебательного напряжения ек позволяет снизить потери в генераторном биполярном транзисторе и увеличить выходную мощность ГВВ и его КПД При этом в ДХ ГВВ появляется петлеобразный участок, который говорит о компенсации инерционных свойств транзистора.
Выводы
1. Опережение по фазе пикового значения |к по отношению к
минимуму колебательного напряжения на коллекторе ГВВ уменьшает выходную мощность ГВВ и снижает его КГЩ.
2. Колебательная LCR-нагрузка, обеспечивающая отставание максимума ik по отношению к минимуму ек, позволяет реализовать НД Р и КР Транзисторного ГВВ более высокоэффективный режим роботы и снизить потери в транзисторе.
3. Реализация колебательно LCR нагрузки которая обеспечивает отставание максимума ik по отношению к минимуму колебательного напряжения, в НЩР и КР транзисторного ГВВ на БТ позволяет улучшить его энергетические показатели, но в форме ДХ появляются петлеобразные участки, которые являются следствием эффекта компенсации инермиальных свойств генераторного БТ.
Литература
1 ХмалывмФ* ЬП. Работа лампового генератора на расстроетый контур. — М.: Сввэьиэдат, 1962. — 111 с
2 Кстсиов ВЛ. Транзисторные радиопередатчики издание 2 -е перебо-льанное и доп. — М.: Энергия, 1976. — 448 с.
3 ГЬсиихш КН Симиницо*й ЛА Анализ электрических цепей с магнитными и гтолугроеодожоеыми элементами. — Киев: Наукова думка 1969.-434с
4 Никалоевсиий Н.Ф, Игумав Д& Параметры и режимы работы транзисторов. — М.: Советское радио, 1971. — 384 с
68
T-Comm, #9-2011
