ГЗЗ із транзисторами у ключовому режимі

Генераторні транзистори в сучасних передавачах працюють, як правило, з повним використанням за потужністю, особливо у вихідних каскадах.

Вимога високої надійності роботи транзисторів у цих каскадах зводиться насамперед до вибору режимів, у яких струми і напруги свідомо нижче максимально допустимих, а потужності розсіювання мінімальні. Остання вимога – мінімізація потужності розсіювання на транзисторах головним чином відноситься до біополярних транзисторів (БТ), однак і для полярних транзисторі (ПТ) воно не може бути зайвим.

Проблема мінімізації потужності, що розсіюється, на ЕП у ГЗЗ зводиться, по–перше, до максимального наближення форми імпульсів колекторного (стокового) струму і напруги на колекторі (стоці) до меандру і, по–друге, до створення таких умов для транзистора, при яких він знаходиться або в стані відсічення, або в стані насичення.

   а)

б)

Рисунок 1 – Схема транзисторного ГЗЗ у ключовому режимі

Реалізація цих умов можлива, наприклад, у ГЗЗ на БТ за схемою рис. 1,а. Якщо в ланцюг бази подати великий струм збудження ІБ, то при порівняно великому RH транзистор буде знаходитися практично тільки в одному з двох станів: відсічення або насичення. Такий режим роботи ЕП називається ключовим.

Еквівалентна схема ГЗЗ має вигляд, зображений на рис. 1,б. Тут транзистор замінений ключем Кл з послідовно уключеним rнас. У цій схемі в сталому режимі через дросель LK тече незмінний по величині струм ІК0. При замиканні ключа струм ІКm = ІК0 + ІК~ спрямовується крізь транзистор, на якому створюється спадання напруги еост = ІКmrнас.

На цьому інтервалі заряджений конденсатор Ср2 і навантаження RH включені паралельно джерелу постачання і дроселеві. При розмиканні ключа на колекторі транзистора виникає напруга еКmах = ЕК + UK = EK + RнІК~ (рис. 2,а). На цьому інтервалі заряджений дросель уключений послідовно з джерелом постачання колекторного ланцюга.

Думаючи, що імпульси колекторного струму мають прямокутну форму (рис. 2,а) з кутом відсічення , можна послідовність цих імпульсів розкласти у ряд Фур'є:

Тут n — номер гармоніки;  — коефіцієнти розкладання для прямокутного імпульсу:

; .

Амплітуда першої гармоніки колекторного струму  при  = 90° має максимум і дорівнює . При цьому від ГЗЗ можна одержати найбільшу потужність на першій гармоніці. Максимум же ККД по першій гармоніці виходить при 65°, тобто при максимальному відношенні

.

Розглянемо випадок, коли кут відсічення колекторного струму  = 90°. Стан насичення має місце, якщо ІКm = SгреКгр. Складового колекторного струму ІК0=ІК~=ІКm/2. Амплітуда напруги на колекторі UК = ІК~Rн = ІКmRн/2 = Ек–ІКmrнас. Споживана колекторним ланцюгом потужність від джерела постачання:

Р0 = ІК0ЕК = ЕКmІКm/2(1)

Потужність, що розсіюється на транзисторі, дорівнює потужності втрат на опорі

Рпот = І2Кmrнас/2 = Р0еКост/ЕК; (2)

де коефіцієнт 1/2 враховує, що  = 90°. Для колекторного ланцюга ККД

,(3)

а)                                                      б)

Рисунок 2 – Епюри струмів і напруг у ключовому ГЗЗ

Тут корисною потужністю на навантаженні є потужності всіх гармонік колекторного струму. На відміну від раніше уживаного ККД, де в якості корисної потужності враховується тільки потужність першої гармоніки , ККД, введений у (3), будемо називати електронним і позначимо .

Розрахунки показують, що для сучасних БТ еКост/ЕК  0,03.. ............