Файл: Лапицкий Е.Г. Радиопередающие устройства. Основы теории нелинейных цепей [учебное пособие].pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.04.2024
Просмотров: 57
Скачиваний: 0
сопротивлениями. На рис. 1.20 изображено семейство коллек торных вольтамперных характеристик транзистора П-401 для схемы с общим эмиттером, аналогичное семейству анодных характеристик ооычного триода, Из этих характеристик видно, что коллекторный ток зависит не только от напряжения на
коллекторе (ик), но и от величины тока базы (управляющей сетки в. обычном триоде), который может использоваться в качестве управляющего параметра. “ Рассмотрим работу усилителя по стоянного тока на тран-
-u^[s] зисторе, схема которого изображена на рис. 1.21.
Изменение входного напряжения, приложен ного к зажимам 1—1', при водит к изменению тока
базы, который связан с выходным напряжением следующим соотношением :
1 х ~-—
Гб+ Г*
где гб—сопротивление оазы; гэ—сопротивление эмиттера.
Изменение тока базы вызывает соответствующие изменения нелинейного сопротивления, а следовательно, и величины тока в коллекторной цепи. При этом изменяется и падение напря жения на сопротивлении в кол лекторной цепи. При опреде ленном выборе параметров схемы можно получить изме нения выходного напряжения
^ВЫХ |
/-'Я Г' |
|
значительно |
превосходящие |
|
изменения входного напряже |
|
|
ния, т. е. обеспечить усиление |
Рис. 1.21. |
|
входного напряжения. |
|
Величина коэффициента усиления может быть определена, если построить на семействе статических характеристик дина мическую, как это было сделано в предыдущем параграфе. На рис. 1.20 приведена динамическая характеристика для слу чая сопротивления нагрузки r = 1 ком и напряжения источника коллекторного напряжения Ек= —6 в.
22
Согласно определению
Д « в ь , х |
■Аи* I _ |
И / - и / |
Л « в х |
д«* г |
|
|
|
|
Так как |
|
|
uK'—EK--iit—EK~ i j
и
ч6=1в (г3+ г 6),
то выражение для коэффициента усиления можно записать так:
И / - и / |
( E K- i ' |
r ) - ( E K- i |
K" r ) |
W ( г б -г: Д - / / ( / - 0-+ г 9) |
|
или
К
( h ' - i / ) (foJrr.9)
Подставляя в полученное выражение значения соков, опре деляемые из графика рис. 1.21, будем иметь:
__0'5 - |
и) |
г |
\ |
. ]4 |
/- |
j |
“ i (250-100)-10 |
i: (г,; |
/у) |
i “ ! |
Tr^\-TB) |
j ' |
Таким образом, коэффициент усиления усилителя на тран зисторе зависит от отношения сопротивления нагрузки к вход ному сопротивлению транзистора
(гб+ гэ).
Особенностью транзисторов яв ляется малая величина входного сопротивления. Для большинства современных транзисторов входное сопротивление транзистора, вклю ченного по схеме с общим эмитте ром, не превышает 300-т-1000 ом. Учитывая это обстоятельство, можно считать, что в рассматриваемом слу
чае К--- 14-Т-42, т. е. больше, чем в обычном ламповом усили
теле, Если сопротивление нагрузки включить не в коллекторную
цепь, а в цепь эмиттера, будем иметь усилитель с отрицатель ной обратной связью, эмиттерный повторитель (рис. 1.22), ана логичный катодному повторителю. Эмиттерный повторитель обладает теми же свойствами, что и катодный повторитель: малое выходное сопротивление, более высокое входное сопро-
23
тивление но сравнению с усилителем, в котором сопротивление включено в цепь коллектора, коэффициент усиления меньше единицы. Однако входное сопротивление эмиттерного повто рителя значительно меньше входного сопротивления катодного повторителя.
§ 1.6. Аппроксимация характеристик нелинейных элементов
До сих пор, рассматривая нелинейные элементы, мы поль зовались графическим представлением их характеристик. На практике часто желательно иметь не графическое представле ние характеристики, а аналитическое. С этой целью реальные характеристики аппроксимируются (заменяются) такими функ циями, графики которых- с достаточной степенью точности совпадают с графиком реальной характеристики.
Существуют различные методы аппроксимации реальных характеристик: аппроксимация степенным полиномом, кусочнолинейная аппроксимация, аппроксимация тригонометрическими или гиперболическими функциями и др.
Выбор того или иного способа аппроксимации определяется
целым |
рядом соображений: |
|
— |
видом реальной (аппроксимируемой) характеристики; |
|
- |
требуемой |
степенью точности аппроксимации; |
— пределами |
возможных изменений напряжений и токов, |
протекающих через нелинейный элемент.
Для большинства практических случаев не требуется высо кой точности аппроксимации, так как современные электронные лампы и транзисторы обладают большим разбросом параметров и изменением их в процессе эксплуатации. В то же время стремление к более точной аппроксимации может в значитель ной степени затруднить решение поставленной задачи.
Поэтому чаще других применяются следующие два способа аппроксимации реальных характеристик: аппроксимация степен ным полиномом и кусочно-линейная аппроксимация.
Аппроксимация ламповой характеристики степенным поли номом заключается в замене реальной характеристики ia —/ ( муир) степенным полиномом п -й степени вида:
т Iа а О ~"<Д м упрТ ~ а ->и ''упр " • |
■ • |
упр- |
( 6 ) |
Степень полинома выбирается исходя |
из |
требуемой |
точности |
аппроксимации: чем выше степень полинома, тем больше сов падение графика аппроксимирующей функции с реальной харак теристикой.
Чаще всего ограничивают степень полинома либо третьей, либо пятой степенью.
Значения коэффициентов a0j аи а2 и т. д. зависят от вида характеристики, положения рабочей точки и протяженности
24
аппроксимируемого участка. Известно несколько способов на хождения коэффициентов полинома. Наиболее простым является так называемый интерполяционный способ. На реальной ха рактеристике выбирается несколько точек, через которые дол жен проходить график аппроксимирующей функции. Количе
ство точек должно быть равно |
числу неизвестных |
коэффици |
||||||
ентов полинома |
(6). |
Значения |
токов и напряжений |
в выбран |
||||
ных точках реальной характеристики представляются |
в аппрок |
|||||||
симирующий полином (6). |
|
|
|
|||||
Получают систему алгеб |
|
|
|
|||||
раических уравнений, ре |
|
|
|
|||||
шая |
которую |
находят |
|
|
|
|||
ис.комые |
коэффициенты |
|
|
|
||||
а 0, |
а,, а2. .. |
При таком |
|
|
|
|||
■способе нахождения ко |
|
|
|
|||||
эффициентов |
|
полинома |
|
|
|
|||
оказывается |
удобным пе |
|
|
|
||||
реносить |
начало коорди |
|
|
|
||||
нат в рабочую точку, а |
|
|
|
|||||
точки на реальной харак |
|
|
|
|||||
теристике выбрать через |
|
|
|
|||||
равные |
промежутки |
по |
|
|
|
|||
оси |
абсцисс |
в |
пределах |
|
|
|
||
ожидаемого (требуемого) |
|
|
|
|||||
изменения управляющего |
|
|
|
|||||
напряжения. |
|
■конкрет |
|
|
|
|||
Рассмотрим |
|
|
|
|||||
ный |
пример. |
Пусть |
тре |
|
|
|
||
буется апироксимировать |
|
|
|
|||||
хара ктеристику, |
график |
|
|
|
||||
которой |
представлен на |
|
|
|
||||
рис. |
1.23, |
полиномом |
|
|
|
|||
третьей |
степени |
относи- |
Рис. |
1.23. |
|
|||
телы-ю рабочей точки, со |
этом будем |
считать, |
что реак |
|||||
ответствующей tigj-- - 8 в. При |
||||||||
цией напряжения на аноде можно пренебречь (т. е. |
uynp—-ugl), |
а возможные пределы изменения напряжения на сетке не пре высят t 6 в, Для удобства перенесем начало координат в точку, определяемую в старой, системе координатами»^--—8 в; ia—0. Так как нас будет интересовать участок характеристики, огра
ниченный |
напряжением на сетке |
от —6 до |
+ 6 |
в (в новых |
ко |
||
ординатах), то |
выберем четыре точки (по |
числу |
неизвестных: |
||||
«о> «ь а -2 |
и а,), |
равноудаленные |
одна от другой по оси абсцисс |
||||
и соответствующие следующим |
напряжениям |
на |
сетке: |
—6, |
|||
— 2, 2 '!! |
6 н. |
|
|
|
|
|
Подставляя поочередно значения этих напряжений и соот ветствующих им токов в . исходное уравнение (6), получаем систему четырех алгебраических уравнений с четырьмя неиз-
25
вестными:
о - 1О~3 = а 0 —б ^+ Збад —-216а3;
23Ю_3= «0—2ах+ 4а 2— 8а3;
(7)
64• 10 3—«g-f~2£Zj4а24- 8«з;
111- Ю_3--а 0+6а!1-г36а2+21ба;з.
Вычитая из четвертого уравнения первое и из третьего— второе, получаем систему двух уравнений с двумя неизвест ными:
|
|
|
|
106-10 -8 = 12^-1-43203; ( |
( 8) |
||
|
|
|
|
41-10-*= 4 ^ + 16а3. | |
|||
|
|
|
|
|
|||
|
Решим |
полученную систему методом определителей. Тогда |
|||||
|
|
|
106-1СГ3 |
432 J |
|
|
|
|
i\ax |
j |
41 ■10-3“ |
161 |
106-16-41-432 |
Ю“ 3 —10,4-10~8; |
|
<?| |
Л |
|
12 |
|
432 |
12-16— 4-432 |
|
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
12 |
106-10-т3 |
|
|
|
а. |
__ |
4 |
41 •10~3 |
12-41-4-106 |
-0,044 -10“ 8. |
||
д |
|
12 |
432 |
|
12-16-4-432 |
||
|
|
|
|
||||
|
|
|
4 |
16 |
|
|
|
Складывая четвертое уравнение системы (7) с первым, а третье со вторым, получаем систему двух уравнений, решая которую аналогичным способом найдем значения неизвестных коэффициентов
а0= 4 Ы О -“ и а2=0,46 • 10_3.
Таким образом, характеристика, изображенная на рис. 1.23, может быть аппроксимирована в области, ограниченной напря жением на сетке —6 < a ffl< + 6 в, следующим полиномом тре тьей степени:
ia= 41 • 10-*-j-10,4- 10-*иг1+0,46- 10-*и9г1-0,044 - \0~гиьgl. |
(9) |
В качестве упражнения представляем право убедиться, что если в рассмотренном примере рабочую точку выбрать при напряжении на сетке не ..-8 в, а —6 в, то аппроксимирующий полином примет вид:
61 10-*+12,2- 10-*ивг+0,296 - 10-*иаг1-0,054- 10--8«sgl.
Помимо приведенного выше метода определения коэффи циентов полинома, существуют и другие, более сложные, кото рые здесь не рассматриваются.
26
Кусочно-линейная аппроксимация реальных характеристик заключается в замене реальных нелинейных характеристик от резками прямой линии. Этот метод широко применяется на
практике для технического расчета ламповых схем, |
работаю |
|||||||
щих при |
больших |
|
изменениях 'управляющего напряжения, |
|||||
в тех случаях, |
когда мельчайшие |
|
|
|||||
детали реальной характеристики |
|
|
||||||
не являются существенными. |
|
|
|
|||||
Вчастности, кусочно-линейная |
|
|
||||||
аппроксимация |
широко исполь |
|
|
|||||
зуется при изучении и расчете |
|
|
||||||
элементов радиопередающих уст |
|
|
||||||
ройств. |
|
простейший |
при |
|
|
|||
Рассмотрим |
|
|
||||||
мер линейно-кусочной аппрокси |
|
|
||||||
мации, когда реальная характе |
|
|
||||||
ристика может быть представлена |
|
|
||||||
ломаной линией с одним изломом. |
|
|
||||||
Если пренебречь реакцией на |
|
|
||||||
пряжения на аноде лампы, то ха |
|
|
||||||
рактеристика, |
изображенная |
па |
|
|
||||
рис. 1.24, может быть аппрокси |
|
|
||||||
мирована двумя отрезками при |
|
в области |
||||||
мой линии. Один из |
них совпадает с осью абсцисс |
|||||||
ug,< E gn, |
а второй |
спрямляет |
реальную |
характеристику. Ана |
||||
литически |
это можно |
записать следующим образом: |
|
|||||
|
|
1а |
!! |
при |
п,;1 |
1 |
(luj |
|
|
|
V ' |
S |
..lSgh) при ugl> E g„, ! |
|
где S --крутизна характеристики, определяющая тангенс угла наклона характеристики к оси абсцисс;.
Eg# —напряжение запирания лампы по спрямленной дарактеристике.
Несколько сложнее аппроксимируются семейства характе ристик, что детально рассматривается в курсе „Радиопередаю щие устройства“.
В последующих главах будут даны примеры использования аппроксимированных характеристик для анализа различных радиотехнических устройств.