Транзисторный генератор с внешним возбуждением в недонапряженном и критическом режимах

Режимы работы транзисторных генераторов

При анализе работы транзисторных генераторов их режимы работы различают по напряженности и углу отсечки.

Недонапряженный режим — это режим, при котором эмиттерный переход открыт и транзистор находится в активном состоянии. Он применяется при усилении колебаний с различной амплитудой и характеризуется низким КПД (0,2—0,4).

Критический или граничный режим — это режим, при кото­ром рабочая точка на динамической характеристике, соответству­ющая максимальному току, находится на границе между обла­стью насыщения и активной областью. Его используют при ра­боте транзистора с максимальной мощностью и высоким КПД (0,6-0,7).

Перенапряженный режим — режим, при котором транзистор последовательно переходит из области отсечки в активную и об­ласть насыщения. Используется он редко.

Ключевой режим — транзистор находится в области отсечки или в области насыщения. Применяется при усилении радиочас­тотных колебаний с постоянной амплитудой, обеспечивает высо­кий КПД (0,8—0,95) и хорошее использование транзистора по мощности.

В схемах генераторных каскадов транзистор можно включать по любой схеме. Однако, чаще всего используется схема с общим эмиттером, так как в ней коэффициент усиления по мощности зна­чительно выше, чем в двух других схемах.

На рис. 2.4 приведена схема транзисторного генератора по схе­ме с общим эмиттером (ОЭ). Рассмотрим физические процессы в этой схеме на достаточно низких частотах, т. е. когда Ѡ_раб≤0,3 Ѡß. Исходное положение рабочей точки выбирается включаемым в

Рис. 2.4. Схема транзисторного гене­ратора с общим эмиттером (а) и гра­фики режимов его работы (б, в)

цепь базы постоянным напряжением смещения Ео. В зависимости от положения рабочей точки различают режимы: колебаний пер­вого рода (режим А на рис. 2.4, б) и колебаний второго рода (ре­жим В —Ө=90°, АВ— 180°>Ө>90° и режим С —Ө<90° (на рис. 2.4, б).

Режим А из-за малого значения КПД в генераторных каска­дах не используется.

В транзисторных генераторах используется режим колебаний второго рода (В или С). Этот режим устанавливается включением в день базы постоянного напряжения смещения Е_б.

Для работы генератора на его вход последовательно с напря­жением смещения подается переменное напряжение возбуждения. Допустим, что оно имеет косинусоидальиую форму и_вх = U_BXcos Ѡt. Под действием этого напряжения в цепи базы появляется базо­вый ток, который проходя по сопротивлению r_б, создает на нем падение напряжения. В результате этого напряжение на эмиттер- но-базовом переходе оказывается меньше, чем на входных зажи­мах, на величину I_бо r_б.

Но обычно величинаI_бо r_б настолько мала, что ею можно пре­небрегать. Тогда можно считать, что напряжение на эмиттерно-ба- зовом переходе, являющееся напряжением возбуждения, будет равно напряжению на входных зажимах.

Результирующее напряжение на входном переходе будем счи­тать равным е_­б = Е_б — U_б cos Ѡt.

В коллекторной цепи при этом протекает импульсный ток, им­пульсы которого имеют косипусоидальную форму. Такие импуль­сы, как известно, можно представить в виде суммы гармониче­ских составляющих i_к = I_к0+I_к1 cos Ѡt + I_к2 cos 2 Ѡt +....

Если контур в цени коллектора настроен па первую гармони­ческую составляющую, то он оказывает большое активное сопро­тивление только для первой гармонической составляющей коллек­торного тока. Поэтому па контуре падение напряжения, создава­емое первой гармоникой, u_к = R_эI_к1 cos Ѡt = U_к cos Ѡt.

Очевидно, что мгновенное значение напряжения на коллекторе относительно эмиттера е_к= — Е_к; + и_к = —Е_к +U_Kcos Ѡt.

Минимальное значение мгновенного напряжения на коллекто­ре называется остаточным напряжением на коллекторе: е_кmin = e_Kост=-E_K+U_K.

Первая гармоника коллекторного тока выделяет в контуре ко­лебательную мощность Р_~ = 0,5I _к1U_K.

На создание этой мощности источник коллекторного питания затрачивает мощность Р₀=I _к0 Е _к называемую подводимой.

Тогда КПД коллекторной цепи генератора будет ƞ = Р_~/Р₀.

Мощность рассеяния на коллекторном переходе Рк = Ро — Р_~ выделяется в виде тепла, разогревая его.

Максимальная температура коллекторного перехода при исполь­зовании транзистора без радиатора t°_пmax = t_ср + P_к(R_пк+ R_кc)≤ t° _идоп не должна превышать допустимой температуры перехода. В этой формуле R_пк R_кc —тепловое сопротивление переход — кор­пус и корпус — среда.

Допустимая температура переходов указывается в справочни­ках по электронным приборам. Так, для германиевых транзисто­ровt° _идоп =75—85°С, для кремниевых 130—160°С. Применение теплоотводящих радиаторов позволяет использовать транзисторы в режиме с предельно допустимыми значениями токов и напряже­ний.

Дата добавления: 2014-01-15