Контрольная работа: ГЗЗ із транзисторами у ключовому режимі

.(4)

По першій гармоніці ККД . Підставивши в це вираження (4) і (1), знайдемо:

.(5)

Звідси випливає, що, хоча , як правило, не вище, ніж ККД ГЗЗ з резонансним навантаженням (дійсно, при = 0,9 = 0,72), потужність, що розсіюється на транзисторі у ключовому режимі, істотно нижче, оскільки тут сумарна потужність гармонік другої і вище розсіюється на баластовому опорі.

Режим збудження транзистора, що працює у ключовому режимі, вибирається звичайно з умов одержання = 90° і прямокутної форми імпульсу ік.

Перша умова виконується, якщо вибрати , друге — якщо обрати коефіцієнт насичення в ланцюзі транзистора дорівнює 2...4. Іншими словами, струм збудження ІБmax встановлюється в 2...4 рази більше, ніж у граничному режимі.

Максимальна напруга на виході транзистора буде UEmax = Е'Б + ІБmахrб, а коефіцієнт підсилення по потужності приблизно в Sн раз менше, ніж у граничному режимі. При виборі Ек звичайно виходять з умови еК mах = ЕК + UK < еК доп і UБ max < еБЕ доп .

Наведені вище співвідношення для потужності, ККД і Кр справедливі при роботі ГЗЗ на порівняно низьких частотах, де практично непомітний вплив ряду причин, що ускладнюють роботуГЗЗ у ключовому режимі на високих робочих частотах. Розглянемо вплив трьох таких причин.

1 Утрати через інерційність транзистора обумовлені тим, що перехід транзистора зі стану відсічення в стан насичення і назад, строго говорячи, займає якийсь час: — для переднього фронту і — для заднього фронту (зрізу).

Протягом цих інтервалів транзистор знаходиться в активній області, де втрати, тобто потужність, що розсіюється на колекторному переході, більше, ніж у режимі насичення. Тут сплески втрат на транзисторі відзначені цифрами 1. Середнє значення втрат через інерційності пропорційно час, коли вони мають місце: . Прийнявши передній і задній фронти імпульсів іК і UK у вигляді прямих, знайдемо відносну потужність втрат у транзисторі:

.(6)

Тут Т — період робочої частоти ГЗЗ: Т = 1/fр. Максимальна робоча частота, при роботі на якій ці втрати будуть не більше 3%, виходить з (6):

.

Комутативні втрати в ГЗЗ на транзисторах у ключовому режимі виникають через наявність у схемі ГЗЗ (див. рис. 1,я) паразитних елементів Сп і Lп.

Приведена до виходу транзистора ємність Сп майже дорівнює ємності колектор–база Ск, оскільки Ск Сд і Ск Се.

На інтервалі відсічення ємність Сп заряджається до напруги 2ЕК – еК ост, а потім відразу після переходу транзистора в режим насичення розряджається на опір rнас.

Унаслідок цього на початку кожного імпульсу колекторного струму виникає вузький розрядний імпульс U1, (див. рис. 2,6), а на епюрі потужності втрат з'являється додатковий сплеск 2 (див. рис. 2,6 унизу).

Потужність утрат через ємність Сп пропорційна цієї ємності, квадратові напруги Ек і частоті появи сплесків, тобто робочій частоті fp :

.(7)

Розподілена індуктивність монтажу колекторного ланцюга LП виявляється в момент переходу транзистора зі стану насичення в стан відсічення у виді сплеску напруги U2 на цій індуктивності. Запасена в LП енергія розсіюється при дозарядкці конденсатора Сп, а також на опорі транзистора під час проходження їм активного стану (на епюрі потужності втрат — сплеск 3).

Утрати потужності через Lп пропорційні величині індуктивності Lп, робочій частоті fp і квадратові прохідного струму ІKm:

.(8)

Потужність Р"п ком стає помітної на дуже високих частотах. Максимальні робочі частоти, при яких відносні втрати і виявляються близько 3%, можуть бути знайдені з виражень .

Збудження транзисторів, що працюють у ключовому режимі, звичайно виробляється гармонійним струмом з великою амплітудою, при якій імпульси іК мають майже прямокутну форму. Тому потужність, споживана базовим ланцюгом від попереднього каскаду, виявляється порівняно великий, а коефіцієнт підсилення по потужності Кр ГЗЗ у ключовому режимі помітно нижче чим КР ГЗЗ у ННР. Недоліки ГЗЗ у ключовому режимі з активним навантаженням — швидкий ріст утрат зі збільшенням робочої частоти і низьке значення КР — обмежують область їхнього застосування.

Істотно нижче втрати при роботі на високих частотах мають ГЗЗ у ключовому режимі з формуючим контуром. Ідея такого ГЗЗ полягає в тому, що паразитні елементи Сп і Lп у цьому ГЗЗ входять до складу коливального контуру CкLк (рис. 4), транзистор знаходиться в одному з двох станів: відсічення або насичення і відкривається і закривається в ті моменти часу, коли напруга на колекторі (на ємності Ск) дорівнює нулеві.

Схеми ГЗЗ у ключовому режимі з активним навантаженням (див. рис. 1) і формуючим контуром (рис. 4) однакові; розходження полягає лише в тім, що в другій схемі елементи Ск, Lк, Cб2 утворюють коливальний контур, набудований на частоту, близьку до робочої.

Рисунок 4 – Схема ГЗЗ з формованим контуром