Файл: 1 Классификация и физический механизм работы вч и свч генераторов.docx

Ключевые режимы генератора с внешним возбуждением

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Основные энергетические показатели генератора с внешним возбуждением – мощность и к.п.д. в значительной мере определяются формой импульса коллекторного тока и формой выходного напряжения. В обычном, моногармоничес-ком режиме класса «В», «С» при синусоидальной форме напряжения мощность тепловых потерь на активном элементе (лампе, транзисторе) в первом приближении может быть определена площадью взаимного перекрытия мгновенных значений выходного тока и напряжения (см. рисунок 3.29).





 

Рисунок 3.29 - Волновые диаграммы ГВВ в моногармоническом режиме.

 

Мощность потерь заметно падает, а к.п.д. растет с уменьшением угла отсечки θ.Однако, уменьшение θпри сохранении импульсного значения тока, которое ограничено допустимым значением для конкретного активного элемента, неизбежно приведет к падению величины первой гармоники, а значит и выходной мощности.

Практически работа генератора с углами отсечки менее 60˚ становится не желательной, или даже невозможной вследствие низкого использования активного элемента по мощности, снижения коэффициента усиления и перегрузки входной цепи.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что для повышения эффективности генератора необходимо, чтобы при прохождении тока через активный элемент напряжение на его электродах было близким к 0. При гармонической форме напряжения это возможно лишь при достаточно «узком» импульсе тока, а значит при относительно малой мощности генератора.

Чтобы получить от генератора номинальную мощность (т.е. при «широком» импульсе тока) необходимо соответствующим образом изменить форму выходного напряжения. Эта идея была реализована в ключевых режимах, получивших условное название класс «D» и «Е».

Для режима класса «D» характерна «прямоугольная» форма (меандр) либо выходного напряжения

---

, либо тока, либо напряжения и тока одновременно. При этом, как правило, используется угол отсечки 90⁰ и двухтактная схема генератора.

Варианты сочетания выходных напряжений и токов в генераторах класса «D» представлены на рисунке 3.30.



Рис. 3.30 – Волновые диаграммы токов и напряжений

в режимах класса «D»

 

В периодической литературе генератор, соответствующий варианту рисунок 3.30а, иногда именуют переключателем напряжения (ПН); варианту 3.30б - переключателем тока (ПТ); варианту рисунок .3.30в – переключателем тока и напряжения (ПТН).

На практике применение нашли варианты «а»и «в». В частности, режим аналогичный ПН реализуется в схеме последовательного резонансного инвертора (ключевой генератор с последовательным фильтрующим контуром).

 

Упрощенная схема этого генератора и его эквивалентная схема представлены на рисунке 3.31.



Рисунок 3.31 – Последовательный резонансный инвертор

 

В эквивалентной схеме транзистор представлен идеальным ключом S , с сопротивлением насыщения транзистора - rнас.Емкость Со– выходная емкость транзистора и емкость диода.Волновая диаграмма коллекторного напряжения и тока «нижнего» по схеме транзистора представлена на рисунке 3.32.

Благодаря формированию на транзисторах напряжения в форме меандра и режиму насыщения, потери мощности в транзисторах минимальны. Импульс коллекторного тока представляет собой отрезок синусоиды и определяется переходным процессом в контуре. Для нормальной работы генератора каждый транзистор должен быть открыт ровно половину периода (угол отсечки θ=90˚).



Рисунок 3.32 – Волновая диаграмма последовательного

резонансного инвертора

 

Если транзисторы будут открыты одновременно (θ>90º), возникает «сквозной» ток, т.е. источник питания оказывается короткозамкнутым через два транзистора. Величина сквозного тока может быть очень большой, что приведет к перегрузке транзисторов и выходу их из строя. Если транзисторы будут открыты меньше половины периода (

---

θ < 90º), то при запирании любого транзистора ток в индуктивности контура обрывается . Возникающая э.д.с. самоиндукции замкнет ток контура через второй транзистор, который переходит в опасный инверсный режим (ток протекает через прямо смещенный коллекторно-базовый переход). Для исключения инверсного режима параллельно каждому транзистору включаются «обратные» диоды, которые открываясь, замыкают контурный ток на себя. Аналогичная ситуация возникает и при расстройке контура, когда из-за фазового сдвига между током и напряжением запирание транзистора происходит при токе в контуре отличном от 0.

Ток в нагрузке генератора складывается из токов каждого транзистора и имеет чисто гармоническую форму.

Скачкообразная форма коллекторного напряжения в режиме класса «D» приводит к сильной зависимости энергетической эффективности ГВВ от частоты. Пока транзистор генератора находится в закрытом состоянии его паразитная емкость Со заряжается до напряжения источника питания Ек; после отпирания транзистора емкость разряжается на его внутреннее сопротивление (rнас). При этом в транзисторе выделяется мощность

Рк = 0,5(Со·Ек²·f) , которая приводит к дополнительным «коммутацион-

 

ным» потерям и снижению к.п.д.. Как следует из приведенной формулы коммутационные потери тем больше, чем больше паразитная емкость транзистора и рабочая частота f. Однако наиболее существенным фактором является напряжение источника питания. В связи с этим, ламповые схемы последовательного резонансного инвертора не находят практического применения. Из-за больших напряжений питания (до 10 – 15 кВ) высокий к.п.д. не удается получить уже на частотах 0,3 – 0,5 МГц.

У высокочастотных транзисторов напряжение питания обычно не превышает 20 – 40 В, поэтому они позволяют создавать эффективные ключевые генераторы на частотах до 100 МГц.

Яндекс.ДиректРасчет полупроводниковых системКомпьютерное моделирование p-n переходов, диодов, транзистров в COMSOL.Узнать большеcomsol.ru0+Скрыть рекламу:Не интересуюсь этой темойТовар куплен или услуга найденаНарушает закон или спамМешает просмотру контента

Спасибо, объявление скрыто.

Преобразователь частоты ONI M680Широкий ассортимент надежных моделей для насосного оборудования. От 0,75 кВУзнать большеoni-system.comСкрыть рекламу:Не интересуюсь этой темойТовар куплен или услуга найденаНарушает закон или спамМешает просмотру контента

---

Спасибо, объявление скрыто.

SMG-1016M. VoIP по оптовым ценамв Екатеринбурге! SMG-1016M в наличии на складе. ELTEX. Заходите!Узнать большеeltexcm.ruСкрыть рекламу:Не интересуюсь этой темойТовар куплен или услуга найденаНарушает закон или спамМешает просмотру контента

Спасибо, объявление скрыто.

Нужна микроволновка? от 2650 рубБольшой выбор микроволновых печей. Встраиваемые и отдельностоящие. Гриль. КонвекцияУзнать большеtechport.ruСкрыть рекламу:Не интересуюсь этой темойТовар куплен или услуга найденаНарушает закон или спамМешает просмотру контента

Спасибо, объявление скрыто.

Замечательной особенностью последовательного резонансного инвертора являются не перекрывающиеся спектры высших гармоник меандра напряжения и «полусинусоиды» коллекторного тока ( рисунок 3.33).

В результате мощность высших гармоник в схеме генератора не выделяется, т.е. электронный к.п.д. совпадает с к.п.д. по первой гармонике.

 



Рисунок 3.33 – Спектры коллекторного напряжения и тока

 

 

Определим энергетические параметры последовательного резонансного инвертора.

Колебательная мощность в нагрузке



Поскольку в течение каждого полупериода ток коллектора последовательно обтекает rнаси R, электронный к.п.д. генератора определяется очевидным соотношением



 

 

Мощность потребляемая генератором



Соответственно мощность потерь на коллекторе одного транзистора



Полученные соотношения не учитывают коммутационные потери, обусловленные выходной емкостью Со, поэтому полная мощность потерь в транзисторе составит

---

(3.52)

Полная потребляемая генератором мощность



В результате для полного к.п.д. генератора получим

(3.53)

Поскольку в номинальном режиме транзистора rнас << R, на частотах ниже 100 МГц к.п.д. генератора может составлять до 90 – 95 %.

 

3.14.2 Генератор «с вилкой фильтров» на выходе

 

Генератор этого вида относится к классу ПНТ(рисунок 3.30в). Упрощенная схема генератора представлена на рисунке 3.34.



Рисунок 3.34 – Схема генератора с вилкой фильтров на выходе

 

Фильтр нижних частот (ФНЧ) пропускает в нагрузку ток первой гармоники. Высшие гармоники через фильтр верхних частот (ФВЧ) отводятся на балластную нагрузку, где в виде тепла рассеивается их мощность. Частоты среза фильтров и волновые сопротивления в полосах пропускания

подбираются так, чтобы входное сопротивление фильтров было одинаковым для всех гармоник тока. Только при этом условии обеспечивается прямоугольная форма тока и напряжения характерные для ПНТ.Волновая диаграмма напряжения и тока нижнего по схеме ключа представлена на рисунке 3.35. Здесь же приведены графики напряжений в точках 1,2,3 схемы (рисунок 3.34).

Яндекс.ДиректSMG-1016M. VoIP по оптовым ценамв Екатеринбурге! SMG-1016M в наличии на складе. ELTEX. Заходите!Узнать большеeltexcm.ruСкрыть рекламу:Не интересуюсь этой темойТовар куплен или услуга найденаНарушает закон или спамМешает просмотру контента

Спасибо, объявление скрыто.

Генераторы сигналов KeysightРеволюционная технология Trueform. Гарантия 3 года. В наличии на складе в Москве.Узнать большеeriscom.ruСкрыть рекламу:Не интересуюсь этой темойТовар куплен или услуга найденаНарушает закон или спамМешает просмотру контента

Спасибо, объявление скрыто.

Нужна микроволновка? от 2650 рубБольшой выбор микроволновых печей. Встраиваемые и отдельностоящие. Гриль. КонвекцияУзнать большеtechport.ruСкрыть рекламу:Не интересуюсь этой темойТовар куплен или услуга найденаНарушает закон или спамМешает просмотру контента

---