Режимы работы ГВВ

Режим усилителя мощности радиочастоты при θ = 180° называется режим пер­вого рода (они соответствуют классу А в апериодических усилителях). В режиме колебаний первого рода ГВВ применяют крайне редко из-за невысокого КПД, не превышающего 50 %.

В этом режиме (его называют режимом без отсечки анодного тока) амплитуда входного напряжения и напряжение смещения подобраны так, что работа происходит на линейном участке характеристики лам­пы (или транзистора) (рис. 2.2, а). При этом кроме переменной со­ставляющей тока в цепи протекает большой постоянный ток I _o, кото­рый обусловливает энергетические потери. Полная потребляемая мощность источника Р_о = I₀Е_а определяется этим током и напряже­нием питания Е_а. Полезная мощность связана только с переменной составляющей тока I₁.

Нелинейный режим обеспечивается при θ < 180° (режим вто­рого рода). При этом форму импульсов анодного (коллекторного) тока характеризуют амплитуда I_am (I_km) и угол отсечки θ. Угол отсечки(см. рис. 2.2, б) меньше 180^◦.

Энергетические соотношения в ГВВ рассмотрим на примере тран­зисторного каскада (рис. 2.3). Основными энергетическими характе­ристиками являются:

мощность, потребляемая от источника, Р_о = 0,5I_к0Е₀; полезная (колебательная) мощность, выделяемая в нагрузке, Р_к =0,5I_к1U_к; мощность источника возбуждения P_вх=0,5I_бU_C; коэффициент полезного действия (электронный КПД)

η= Р_к /P₀ = 0,5 (I_к1/ I_k0) (U_k/ E₀)=0,5.

где - коэффициент формы импульса тока; -коэффициент использования коллекторного (анодного) напряжения, характеризующий напряженность режима.

2.3. Транзисторный ГВВ

Коэффициент усиления по мощности

К_р =P _к /P_вх=(I_k1U_k)/(I_б1U_c) или (P _к /P_вх)

Из приведенных соотноше­ний видно, что η и К_р определяются гармоническими составляющими токов транзистора, которые, в свою очередь, являются функциями углов отсечки θ. Графики зависимости коэффициентов разложения косинусоидального импульса α₀, α,, α₂, α₃ и козффициента формы тока от угла отсечки θ приведены на рис. 2.4.

Из графиков видно, что для каждой гармоники существуют опти­мальные углы отсечки, при которых их содержание в импульсах мак­симально. Максимум полезной мощности соответствует выражению θ_опт≈120°/n. Для первой гармоники n = 1 и θ_ОПТ ≈120°, для второй n = 2 и θ_опт ≈ 60° и т.д.

Амплитуда тока n-й гармоники всегда меньше амплитуды тока гармоники более низкого порядка. Следует также отметить, что при θ = 90° коэффициент α₃ = 0, т.е. в спектре тока отсутствует третья и все нечетные гармоники выше третьей.

Эффективность преобразования энергии источника Е_о в энергию радиочастотных колебаний количественно оценивают электронным КПД (η_э). Если I_k0 = I_km α₀, а I_k1 = I_km α₁ то η = 0,5α₁ U_k/ α₀ E₀=0,5 ,

где α₁/ α₀= I_km α₁ / I_km α₁ = - коэффициент формы импульса тока,

2.4. Зависимость коэффициентов разложения от угла отсечки

U_k/U₀ = - коэффи­циент использования коллекторного (анодного) напряжения.

Как следует из графика, при 0 < θ < 120° и =const полезная мощность падает с уменьшением θ, а и, следовательно, η растет, достигая своего максимума при θ = 0. Однако такой ре­жим не имеет физического смысла, так как Р_к и Р_о принимают нуле­вые значения. На практике выбирают θ ≈ 90°. При этом полезная мощность меньше максимально возможной на 7 %, а η выше почти в 1,2 раза (η ≈ 73 %). Более высокое значение можно получить в транзисторных ГВВ, работающих в ключевом режиме, когда импульс тока формируется в состоянии насыщения транзистора. Это повы­шает надежность работы схемы, так как при заданной генерируемой мощности потери в транзисторе минимальны; параметры транзистора мало влияют на генерируемую мощность; упрощается настройка ге­нератора в производстве. Следует заметить, что форму импульса анодного тока могут искажать сеточные токи, так как при низком анодном напряжении, когда напряжение на сетке положительно, зна­чительная часть общего катодного тока может ответвляться на сетку. Степень влияния сеточного тока характеризует напряженность режи­ма работы генератора. По напряженности различают три режима ра­боты: недонапряженный режим, характеризующийся остроконечной формой импульса анодного тока; критический режим, когда импульс анодного тока несколько усечен в верхней части, и перенапряженный режим, при котором возникает провал на вершине импульса анодного тока (рис. 2.5).

Рис.2.5.Недонапряженный (а, б), критический (в) и перенапряжёный (г) режимы

Напряженность режима в значительной мере определяется вели­чиной нагрузочного сопротивления (эквивалентным сопротивлением контура R₃), так как от него зависит напряжение на аноде лампы. За­висимости мощностей и КПД анодной цепи от сопротивления нагрузки выражаются нагрузочными характеристиками (рис. 2.6). Колебатель­ная мощность в контуре

Р_к1=0,5U_k1I_k1 максимальна в критическом режиме (R_э≈R_экр). В недонапряженном режиме напряжение на кон туре U_K1 мало, так как сопротив­ление контура R_э невелико. В об­ласти перенапряженного режима в импульсах анодного тока появляются повалы, что приводит к уменьшению первой гармоники тока I_a1.

Из характеристик также видно, что при возрастании сопротивле­ния нагрузки потребляемая мощ­ность Р_о уменьшается. Однако в об­ласти недонапряженного режима это уменьшение незначительно, так как форма импульса анодного тока почти не изменяется.

При увеличении сопротивления R₃ в пере­напряженном режиме подводимая мощность резко уменьшается вследствие появления провала в импульсах анодного тока и соответ­ственного уменьшения постоянной составляющей анодного питания

Рис. 2.6. Зависимость мощности и КПД оконечного каскада от

сопротивления нагрузки

Мощность рассеяния на аноде Р_а представляет собой разность подводимой и колебательной мощностей

Р_а = Р₀ - Р_к.

В области недонапряжен­ного режима рассеиваемая мощность может быть настолько велика, что анод лампы расплавится. Это, в частности, происходит, если вы­ключить задающий генератор при работе усилителя мощности в ре­жиме с малым углом отсечки.

Дата добавления: 2014-10-17