Нагрузочные характеристики генераторов с внешним возбуждением

Нагрузочными характеристиками (НХ) называются зависимости токов АЭ, энергетических показателей и напряжений на нем, от сопротивления нагрузки коллекторной цепи R _эк при неизменных значениях напряжений возбуждения U _б, смещения E_б и питания выходной цепи E_к, т.е. это зависимости U _к, I _к0, I _к1, P ₀, P ₁, P _к, η (R _эк). При постоянных напряжениях U_б и E_б угол отсечки θ, естественно, не изменяется.

Качественно нагрузочные характеристики можно получить, если воспользоваться динамическими характеристиками в выходной (коллекторной) системе координат, построенными для нескольких значений сопротивлений нагрузки (рис.1.3).

В недонапряженном режиме, т.е. при малых значениях сопротивления R _эк (R _эк0< R _эк1< R _эк2) напряжение на коллекторе мало, а импульс коллекторного тока имеет форму отрезка косинусоиды с практически неизменным максимальным значением амплитуды импульса коллекторного тока (см. рис.1.3). Следовательно, в недонапряженном режиме АЭ может быть приближенно представлен в виде генератора тока

I _к1= α ₁ (θ); I _к0 = α ₀ (θ).

Поскольку величина тока I _кm практически постоянна, а угол отсечки от сопротивления нагрузки не зависит, токи I _к1 и I _к0 в недонапряженном режиме практически постоянны I _к1≈ const; I _к0≈ const. В этом режиме по мере роста сопротивления коллекторной цепи от 0 до R _эк.гр напряжение U _к = I _к1 R _эк, коэффициент ξ = U _к/ Е _к и колебательная мощность P ₁ = 0, 5 I² _к1 R _эк, при постоянном токе I _к1 будут возрастать пропорционально величине сопротивления R _эк.

Поскольку в недонапряженном режиме (0< R _эк< R _{эк гр}) форма импульса тока, а следовательно, и коэффициент формы тока g₁ не изменяются, кривые I _к0 и I _к1 идут параллельно друг другу (рис.1.4).

При дальнейшем увеличении сопротивления R _эк генератор переходит из недонапряженного режима в граничный и перенапряженный. В реальном ГВВ этот переход происходит не в одной точке, а в некоторой области изменения R _эк≈ R _{эк гр} из-за плавности выходных характеристик АЭ. Поэтому для граничного режима характерно уплощение вершины импульса выходного тока АЭ вследствие возрастания базового тока.

В перенапряженном режиме (R _эк > R _{эк гр}) резко возрастает ток базы и в импульсе коллекторного тока появляется провал (см. рис.1.3), который увеличивается с ростом сопротивления R _эк, что приводит к быстрому уменьшению как постоянной составляющей тока I _к0, определяемой площадью импульса тока, так и первой гармоники I _к1 (рис.1.4). Поэтому амплитуда напряжения U _к = I _к1 R _эк в перенапряженном режиме практически постоянна, а колебательная мощность с ростом сопротивления R _эк уменьшается P ₁ = 0, 5 U _к ²/ R _эк.

Поскольку в перенапряженном режиме, напряжение на нагрузке U _к = I _к1 R _эк практически постоянно, эквивалентная схема УМ в этом режиме может быть представлена в виде генератора напряжения.

При дальнейшем увеличении сопротивления R _эк­ (R _эк4) выполняется неравенство U _к > E _к, коэффициент использования коллекторного напряжения ξ становится большим единицы и генератор переходит в резкоперенапряженный режим работы. При этом в течение части периода, когда u_{­ к}(t) < 0 рабочая точка находится в инверсной области ВАХ транзистора и ток коллектора становится отрицательным.

Рис.1.3. Зависимость формы импульса коллекторного тока от сопротивления нагрузки

 

Полученные нагрузочные характеристики составляющих токов I _к0 и I _к1, а также напряжения U _к позволяют определить зависимости мощностей P ₀, P ₁, P _к, и η от R _эк. Действительно, так как напряжение питания E _к постоянно, то график зависимости P ₀(R _эк­) = E _к I _к0 повторяет график I _к0(R _эк).

Колебательная мощность P ₁ = 0, 5∙ U _к ∙ I _к1 достигает максимального значения вблизи граничного режима

P ₁ = 0, 5 U _{к гр} I _{к1 гр}.

Мощность, рассеиваемая коллектором транзистора, равна

P _к = P ₀– P _1.

Коэффициент формы коллекторного тока g₁ = I _к1/ I _к0 в недонапряженном режиме можно считать постоянным, а в перенапряженном режиме с ростом R _эк он падает. Электронный КПД η _е = 0, 5g₁ξ возрастает практически линейно в недонапряженном режиме, имеет тупой максимум в слабоперенапряженном режиме и убывает в сильноперенапряженном режиме (рис.1.4).

Анализ нагрузочных характеристик ГВВ позволяет заключить, что по энергетическим характеристикам (P ₁, η _е) граничный режим является оптимальным.

Рис.1.4. Нагрузочные характеристики ГВВ