Транзисторный генератор в ключевом режиме

В генераторе с внешним возбуждением в ключевом режиме транзистор попеременно переходит из состояния отсечки i_к=0 в состояние насыщения е_к = е_ост = 0.

Переключение транзистора из одного состояния в другое осу­ществляется очень быстро импульсным напряжением возбуждения прямоугольной формы.)

Упрощенная принципиальная схема генератора, работающего в ключевом режиме, показана на рис. 2.7. В момент времени, ког­да транзистор закрыт, т. е. находится в состоянии отсечки, ток от источника питания Е_к протекает через дроссель L_др и конденса­тор С и резистор нагрузки R_н заряжая конденсатор до напряже­ния, почти равного Е_к.

Когда транзистор открыт и насыщен, через него протекает ток I_к0 от источника питания и ток разряда конденсатора I_с=Е_к/R_H. Максимальный ток в области насыщения I_Kmax=21_к0. В области отсечки напряжение коллектора равно 2Е_к.

Последовательность импульсов, при которой длительности им­пульсов и пауз между ними равны между собой, называется меан­дром. В меандре первая гармоника оказывается максимальной, а четные гармоники отсутствуют. Напряжение на нагрузке имеет прямоугольную форму с амплитудой Е_к.

Нагрузка в ключевом генераторе подбирается так, чтобы она была активной для всех гармонических составляющих, включая первую. Такая нагрузка создается параллельным включением двух фильтров — верхних (ФВЧ) и нижних (ФНЧ) частот, как показа­но на рис. 2.8. Фильтр нижних частот ответвляет ток первой гар­моники в основную нагрузку, а фильтр верхних частот ответвляет все высшие гармоники в балластную нагрузку R_б. Генератор с та­кой нагрузкой оказывается широкополосным и может работать в диапазоне частот от Ѡ_н до Ѡ_в без перестройки фильтров. Выделе­ние основной (первой) гармоники осуществляется с помощью этих фильтров.

Из рассмотренного видно, что в ключевом режиме мощность источника питания преобразуется в мощность всех гармоник. Мощ­ность первой гармоники выделяется на полезном сопротивлении нагрузки, а мощность всех высших гармоник — на балластном со­противлении. Поэтому мощность потерь в самом транзисторе Р_к оказывается меньше: R_{к нот} = Р₀ – Р₁ -, где Ʃ Р_~вг- суммарная мощность всех высших гармоник.

Это позволяет получить в ключевом режиме выходную мощность в 2-3 раза больше чем в гармоническом режиме, не превышая допустимой для данного транзистора мощности рассеяния.

Достоинством ключевого режима генератора с резистивной нагрузкой является высокий КПД коллекторной цепи, который теоретически составляет ƞ = 0,815. Реально же этот КПД имеет меньшее значение из-за потерь мощности в транзисторе, обуслов­ленных его инерционностью, а также коммутационными потерями.

Переход транзистора из од­ного состояния в другое происходит за.некоторое ко­нечное время. В течение этого времени транзистор находится в активном со­стоянии и потери в нем оказываются значительно больше, чем в состоянии на­сыщения. Кроме того, в ключевом генераторе воз­никают ключевые потери вследствие наличия пара­зитных реактивностей. Эти потери возрастают с ростом частоты, что ведет к пони­жению КПД.

Ключевой генератор с резистивной нагрузкой применяется в транзисторных передатчиках на длинных, средних и коротких волнах.

В ключевом генераторе высшие гармоники молено выпрямить и эту мощность возвратить в цепи питания. Это дает дополнитель­ную возможность повысить эффективность ключевого режима.

Дата добавления: 2014-01-15