Динамические характеристики выходного тока электронных приборов в ГВВ.

Статические характеристики ЭП позволяют определять ток в цепях любых электродов ЭП при любых произвольных комбинациях напряжения на электродах. Например, по СХ анодного тока триода можно определить значение тока анода для произвольно выбранной комбинации напряжений на сетке е_с и на аноде е_а.

Если же ЭП включен в схему ГВВ, то напряжения на электродах такого ЭП оказываются не произвольными, а функционально и однозначно связанными посредством выходного тока. Другими словами, для входного и выходного напряжений и выходного тока ЭП, работающего в ГВВ, могут быть написаны следующие соотношения: , . Подставляя первое уравнение во второе, получим . Последнее уравнение можно переписать в виде двух формул: ; .

Полученные зависимости для выходного тока в виде функций только одной переменной называются динамическими (иногда нагрузочными) характеристиками. В дальнейшем увидим, что динамические характеристики (ДХ) можно построить для тока в цепи любого электрода ЭП, работающего в ГВВ.

В качестве примера рассмотрим, как строятся ДХ анодного и сеточного токов триода, работающего с ГВВ, собранного по схеме на рисунке 1.

Рисунок 1.Схема лампового ГВВ (а) и эквивалентная схема анодного контура (б).

Здесь на управляющую сетку подаются напряжение смещения Е_С и гармоническое возбуждение , при этом линейное значение на сетке

В анодной цепи включен в колебательный контур, настроенный на частоту w и индуктивно связанный с нагрузкой R_Н. Анодная цепь питается от источника анодного питания с напряжением E_a. Анодный ток лампы в таком ГВВ может быть непрерывным (режим класса A) либо в виде отдельных импульсов с углом отсечки 90⁰ (режим класса В) или с углом отсечки меньше 90⁰ (режим класса С).

Колебательный контур восстанавливает гармоническую форму колебаний на нагрузке не зависимо от угла отсечки анодного тока.

Колебательный контур содержит емкость С, индуктивность L и сопротивление потерь R, включающее в себя соответствующие потери в контуре r_П и внесенное сопротивления нагрузки. Эквивалентное сопротивление такого контура переменному тока с частотой w определяется сопротивлением двух параллельно включенных цепей с сопротивлениями и . Выполнив несложные преобразования и пренебрегая величиной j по сравнению с wL/R>>1, получаем .

Если рабочая частота w совпадает с резонансной , то в этом случае , , а эквивалентное сопротивление контура , т.е. представляет собой активное сопротивление.

Для гармонических колебаний рабочей частоты (2, 3, … n-ой гармоник) сопротивление контура, по крайне мере, в Q_P раз меньше и имеет емкостной характер (т.е. ток с частотой гармоник протекает в основном через емкостную ветвь контура).

При работе ГВВ в случае, если лампа работает в режиме класса B или C, анодный ток представляет собой последовательность импульсов и содержит кроме постоянной составляющей и первой гармоники, также составляющие других гармоник. Следовательно, напряжение на колебательном контуре состоит из напряжения первой гармоники и напряжений других гармоник , где Z_n – сопротивление контура для других гармоник.

Определим соотношение этих напряжений U_k1 и U_kn, чтобы решить, насколько полное напряжение на контуре U_k близко к гармоническому. Для этой цели рассмотрим достаточно не благоприятный случай: выходной каскад передатчика средней мощности ( ; лампа работает с колебаниями в режиме класса B, амплитуда тока второй гармоники, обычно наиболее мощной, составляет 40% от амплитуды первой гармоники). Расчет отношения составляет 0,03 – 0,013.

Таким образом, даже для довольно неблагоприятного случая наибольшая гармоника напряжения на контуре оказывается не более 3% от первой. Ее влияние на режим ГВВ практически незаметно, и поэтому будем считать, что напряжение на анодном контуре в ГВВ имеет гармонический характер, т.е. , а напряжение на аноде лампы .

Т.к. на аноде и на контуре амплитуда переменного напряжения одна и та же ( ), то линейное напряжение на аноде .

Для изучения связи между параметрами режима ГВВ, их ДХ и формами импульсов i_a и i_c можно изменять параметры режима и строить соответствующие графики (рисунок 2а,б).

Рисунок 2.Динамические характеристики (а) и форма импульсов сеточного тока (б).

Из графиков следует:

1. При малых U_a (графики 1-3) ДХ анодного тока имеют круто возвышающуюся часть и частично совпадают с осью абсцисс. Импульсы анодного тока при этом имеют почти косинусаидальную форму, а импульсы сеточного тока – малую амплитуду. Каждый из режимов называется недонапряженным режимом (ИНР), в следствии того, что мощности, рассеиваемые на управляющую сетку в этих режимах, малы.

2. Графики 4 соответствуют граничному режиму (ГРР). Здесь насколько изгибается верхняя часть ДХ анодного тока, его импульс приобретает плоскую вершину. Амплитуда импульса тока сетки становиться заметно больше, при этом вершина его несколько приподнята.

3. Графики 5 относятся к перенапряженному режиму (ПИР). Здесь верхняя часть ДХ анодного тока загнута вниз. Импульс анодного тока имеет провал в средней части. Амплитуда импульса тока сетки резко увеличена.

4. Графику 6 соответствуют сильноперенапряженному режиму. В этом режиме (U_a>E_a). ДХ анодного тока достигает начала координат и имеет участок, совпадающий с осью абсцисс при е_a<0, импульс анодного тока раздваивается. Амплитуда импульса тока сетки велика, при этом импульс сильно деформирован.

Изменение формы графиков ДХ и формы импульсов анодного и сеточного токов вблизи граничного и перенапряженного режимов объясняется явлением перераспределения катодного тока между анодом и сеткой. Важным достоинством графоаналитического метода расчета ГВВ является достаточно высокая точность; поэтому его элементы использованы при математическом модулировании ламп.