ГЗЗ із транзисторами у ключовому режимі (стр. 2 из 2)

.

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

Рисунок 5 – Епюри струмів і напруг у ГЗЗ з формуючим контуром

Розглянемо коротко роботу такого ГЗЗ у сталому режимі. Нехай транзистор закритий, а на ємності Ск максимальна напруга. З часом конденсатор Ск розряджається на індуктивність Lк. У залежності від внесеного опору втрат у контур

розряд може йти по одній із трьох траєкторій (рис. 5,6): 1 — загасання занадто велике; 2 — загасання мале; 3 — оптимальне загасання. При цьому загасанні в момент t1, коли UK = UCK виявляється рівним нулеві, також дорівнюють нулеві похідна dUК/dt = 0 і струм у котушці контуру Lк.

Струм збудження і його частота підібрані так, що в момент t1, відкривається транзистор, конденсатор Ск шунтуєьтся малим опором rнас і коливальний процес припиняється. З'являється струм через індуктивність і наростає пропорційно часу (рис. 5,в).

У момент t2 під впливом струму збудження транзистор зачиняється при напрузі на ньому еск = ік (t2)rнас. Починаючиз моменту Lк, що тече крізь Lк струм заряджає ємність Ск. У момент t3 ємність Ск знову зарядиться до максимальної напруги, струм через котушку Lк упаде до нуля і почнеться наступний цикл (рис. 5,г). Розглянутий ключовий режим ГЗЗ називають оптимальним. При цьому режимі втрати в транзисторі виявляються мінімальними.

З епюр на рис. 5 видно, що напруга ек на колекторі і, отже, на навантаженні Rн досить сильно відрізняється від гармонійного. Для того щоб зробити напругу на навантаженні Rн гармонійним, перед нею включають фільтр (у найпростішому випадку – послідовний коливальний контур, набудований на частоту fp).

Зміна режиму ГЗЗ при цьому виявляється незначним, оскільки внесений опір у контур LкCкCб2 на частоті першої гармоніки зберігається первісним, а рівні другої і вищої гармонік порівняно малі.

Експериментальні дослідження показують, що ККД по першій гармоніці ГЗЗ із формуючим контуром в оптимальному режимі практично дорівнює електронному ККД:

, а максимальна робоча частота такого ГЗЗ тобто в 2...15 разів вище, ніж для ГЗЗ з активним навантаженням. Показники ГЗЗ майже не змінюються в діапазоні робочих частот де — резонансна частота формуючого контуру.

Істотним недоліком ГЗЗ із формуючим контуром є досить високий пік–фактор напруги на транзисторі UK max

(3,3…4) ЕК, у зв'язку з чим приходиться вибирати знижені значення ЕК, що трохи знижує Р1, і ККД.