Динамические характеристики активного элемента
Из раздела 2.2 следует, что статические характеристики активного элемента представляют собой, либо зависимость коллекторного тока от управляющего напряжения еу (при фиксированном напряжении на коллекторе ек), либо от коллекторного напряжения ек (при фиксированном значении еу).
Но в работающем генераторе напряжения на коллекторе и на управляющем электроде меняются одновременно согласно волновой диаграмме
на рисунке 3.5. Причем, как установлено выше
еу = Еу + Uуcosωt
ек = Ек - Uкcosωt(3.10)
Значения коллекторного тока, соответствующие текущим значениям еу и ек на семействе статических характеристик, образуют линию, получившую название динамическая характеристика коллекторного тока.
Определим форму этой линии, полагая , что статические характеристики идеализированы, т.е. представляют собой отрезки прямых линий. Для этого в системе уравнений (3.10) выразим еу через ек, исключив из уравнений cosωt
Подставим (3.11) в уравнение коллекторного тока, соответствующее АО статических характеристик
Как видно из этих выражений, динамическая характеристикаАЭ,для активной области во входной системе координат, совпадает со статической, т.к. в выражении (3.12), коллекторное напряжение отсутствует.
В выходной системе координат (уравнение 3.13) динамическая характеристика имеет отрицательный наклон и также представляет собой прямую линию, т.е. описывается уравнением первой степени относительноек.
Поэтому для построения динамической характеристики в АОдостаточно определить координаты двух ее точек. Наиболее удобно использовать для этого экстремальные точки волновой диаграммы (рис.3.5).
Так, например, iкмакссоответствует еу макс и екмин,а при Uк=0 и Uу=0, когда еу=Eу и eк=Екчерез АЭпротекает «ток покоя» JП=S (Eу –E/у).
В зависимостии от соотношенияE/у и Eу , Jпможет быть положительным или отрицательным. Положительное значение JП соответствует реальному току, тогда как отрицательное значение может быть использовано лишь для построения динамической характеристики в выходной системе координат.
Итак, для построения динамической характеристики имеем координаты двух точек
Рисунок 3.6 - Динамические характеристики коллекторного тока
Выберем из семейства выходных статических характеристик характе-
ристику соответствующуюеу макс(см. рисунок 3.6) и, отложив на горизонтальной оси ек мин, найдем положение первой точки динамической характеристики (iк макс).
Аналогично выбрав статическую характеристику дляEуи отложив на осиЕк, получим вторую точку, соответствующую Jп. Соединив полученные точки прямой линией, получим динамическую характеристику коллекторного тока (прямая «а» на рисунке 3.6) в выходной системе координат.
Характеристика, совпадающая с горизонтальной осью координат, соответствуетеу=E/у (напряжению отсечки), поэтому пунктирная часть динамической характеристики «а» не имеет физического смысла; коллекторный ток при еу ≤ E/уотсутствует.
Поскольку в рассматриваемом случае длительность импульса коллекторного тока больше половины периода, θ > 90o.
Если Eу = E/у, вторая точка динамической характеристики ляжет на горизонтальную ось (прямая «б»). При этом длительность импульса коллекторного тока равна половине периода и θ = 90o, а JП=0. Динамическая характеристика соответствующая Еу< E/упредставлена на рисунке 3.7. В этом случае, ток покоя JПне имеет физического смысла и используется лишь для построения динамической характеристики.
 |
Итак, при выборе
Рисунок 3.7 - Динамическая характеристика для θ<90°
Если активный элемент в динамическом режиме заходит в область насыщения, коллекторный ток изменяется по линии критического режима и определяется выражением
iк = Sкрек (3.14)
Определимек из (3.11)
Подставим значение ек в (3.14)
Таким образом, в области насыщения АЭ динамическая характеристика выходной системы координат совпадает с линией критического режима (ЛКР), а в активной области имеет отрицательный наклон.
Построим динамическую характеристику коллекторного тока для случаяθ = 90o (Eу = E/у ) при условии, что в динамическом режиме АЭзаходит в область насыщения (см. рисунок 3.8). Сначала строим динамическую характеристику полагая, что АЭне заходит в область насыщения, т.е. определяем положение точек 1, 2 и проводим через них прямую. По мере роста iкот точки 2 к точке 1, в точке 3 (на ЛКР) АЭпереходит в ОНи, как мы установили, в дальнейшем изменяется по линии критического режима от точки 3 до точки 4, соответствующей ек мин. Перелом динамической характеристики приводит к появлению провала в импульсе коллекторного тока.
Рисунок 3.8 - Динамическая характеристика генератора при заходе
в область насыщения АЭ
Одним из параметров характеризующих динамический режим является коэффициент использования коллекторного напряжения ξ,представляющий собой отношение амплитуды Uк к напряжению коллекторного питания Ек ; ξ= Uк/Ек.
Величинаξ может принимать значения от 0 до 1 и более в зависимости от сопротивления нагрузки (Uк=Iк1Rк).