Файл: Фабрикант, В. Л. Элементы устройств релейной защиты и автоматики энергосистем и их проектирование учеб. пособие.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 225

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Коэффициенты распределения kv\ и kP 2 меньше единицы и сни­ жают общий коэффициент усиления по току. Преимуществом схе­ мы с трансформаторной связью является возможность увеличения тока трансформацией.

При получении большой выходной мощности,

что часто требует­

ся от последней ступени усилителя, возникают

некоторые допол­

нительные соотношения, которые необходимо учитывать. Очевидно,

знак

суммарного тока

коллектора

tK и суммарного напряжения

«э.к

не может меняться.

Так как

каждая из этих величин пред­

ставляет сумму постоянной слагающей рабочего режима Ua.к.р, /к.р и переменной слагающей с действующим значением Ug,K / к, то амплитуда переменной слагающей должна быть меньше постоян­

ной, т. е. б^э.к.р^”^э.к V 2 и / к.р>/к V~2-

Однако и эти условия являются недостаточными. При Ua.K,p—

= Ua.K]/r2 напряжение на коллекторе должно быть равно нулю в моменты отрицательного максимума переменной слагающей. В дей­ ствительности напряжение коллектора, достигая определенного минимума Uэ.ко в режиме насыщения, практически больше не умень­ шается. Поэтому необходимо, чтобы

Us.K.p Us. к 1 ^ 2 Us.kO-

С другой стороны, в момент положительного максимума пере­ менной слагающей суммарное напряжение иак не должно превы­ шать допустимое:

£Л,к.р4-<Л.к)/Т < и доп.

Кроме того, необходимо учитывать возможное колебание рабо­ чего значения Uэ.к.р от (1—6) t/3.K.P до (1 +6) Ua,K,v.

Вводя некоторый коэффициент надежности kH<], получаем:

Ua.к / 2 < К [(1 - 8) и 9 к.р - (Уэ.ко];

(6.39)

U3.к 1/2" < М ( / доп- ( 1 + 6 )(У Э.К.Р].

(6.40)

Условия (6.39) и (6.40) показаны графически на рис. 6.12. Если условие (6.39) будет нарушено, то нижние части кривой

напряжения опустятся. Так как напряжение не может быть меньше 1/э.ко, произойдет нарушение синусоидальной формы кривой, как показано на рис. 6.13. Такое нарушение вызвано выходом за пре­ делы линейной части характеристики ыВых=/(Ывх).

Аналогичное положение имеет место и в отношении тока кол­ лектора. Максимум тока не должен превышать допустимых зна­ чений для данного триода; минимум же ограничивается условия­ ми линейности. Обычно в качестве допустимого минимального зна­ чения принимается ток /э.ко, т. е. ток коллектора при токе базы, равном нулю. Следует отметить, что такое значение минимально допустимого тока (как и напряжения Uэк0 в качестве минимально

253


допустимого напряжения), условно.

В

действительности строгой

линейной зависимости /к= /( / б) нет

ни

при каком значении / б.

С уменьшением /б отклонение от линейности возрастает. Однако

и при

/ к</в.ко, т.

е. при

Iб<0 приближенная линейная зависи­

мость

сохраняется.

Как

известно, обратный ток коллектора /б.ко

4

___

 

 

и

_

 

 

-

Т№о

 

 

 

 

 

 

 

д'а,Кп

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

^

 

V,Kn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

£

 

 

 

 

 

t

Рис.

6.12. Ограничения переменной

слагающей

Рис. 6.13. Искажение фор-

 

 

напряжения Ua.K

 

мы

выходного

напряжения

 

 

 

 

при выходе за

пределы ли­

 

 

 

 

 

 

 

нейности

 

значительно

меньше, чем /э.ко, и достигается

при

/ э= 0,

т.

е. при

/б=

I К =

/б.ко “С 0.

 

 

 

 

 

 

 

При принятых допустимых пределах ограничения для перемен­

ной слагающей тока коллектора принимают вид:

 

 

 

 

 

A t V ^

— 6 ) / к.р

/».ко1;

 

 

 

(6.41)

 

 

IKV 2 -С^н[^доп (1

+ 5 ) At/pl-

 

 

(6.42

 

§

6.6. Выбор оптимальных значений U3.K.р,

 

 

 

 

/ к.р и и э.к для схемы с /?С-связью

 

 

 

 

 

при заданной мощности нагрузки

 

 

 

 

Как уже указывалось, напряжение

 

на

входе

схемы

уменьшается с уменьшением тока на входе схемы. При данном коэффициенте усиления по току ток на входе тем меньше, чем меньше ток на выходе. Поэтому следует стремиться к уменьшению тока на выходе / к (см. рис. 6.10).

Основной составляющей тока на выходе является в ряде слу­ чаев ток нагрузки /вагр. В таких случаях для уменьшения / Нагр при

заданной

мощности

Р Нагр = ГА.кЛюгр

следует, очевидно, стремиться

к максимальному

значению

t/э.к-

Значение U3,K

ограничивается

условиями

(6.39)

и

(6.40).

Графически условия

изображены на

рис. 6.14. Соответствующая точка в кординатах UB.K.р, t/э.к должна

254


находиться ниже обеих прямых, указанных на рисунке, т. е. внутри жирно обведенного угла. Очевидно, что наибольшее значение USK может быть получено в точке пересечения этих прямых. Для оты­ скания соответствующего значения U3,K.p=U3M,pi необходимо ре­ шить уравнения двух прямых совместно, т. е. приравнять правые части неравенств (6.39) и (6.40). Из уравнения находим

t/ .. K . p l = («/доп+ ^э.ко)/2.

(6.43)

При этом из (6.39) и (6.40), заменяя знак неравенства знаком равенства, получим

и , „ =

.

(6.44)

2у Т

Однако в ряде случаев целесообразно принять U3,K.p<U 3.K,pU Действительно, переменная составляющая тока в цепи коллектора /к, как видно из рис. 6.10,

 

 

 

 

 

 

/к = /нагр + U3.k/R k-

 

(6.45)

Составляющая

U3,JR K уменьшается с

уменьшением

U3,„ и с

увеличением

RK■ В

свою очередь, сопротивление RK, как следует

из рис. 6.9, зависит от

 

 

напряжения

 

U3.K.P.

Чем

 

 

меньше

тем

напряжение

 

 

t^a.K.p,

 

 

больше

 

 

падение

 

напряжения

 

 

£Лшт—U3.к.р на сопротив­

 

 

лениях R3 и

RK

и

тем

 

 

большими

 

могут

быть

 

 

приняты эти

 

сопротивле­

 

 

ния

при

заданном токе

 

 

/к.р. Поэтому оптималь­

 

 

ные значения

t/э.к.р и И3.к

 

 

могут

оказаться

и мень­

 

 

шими, чем соответствую­

 

 

щие

точке

 

пересечения

 

 

прямых рис.

6.14.

 

Рис. 6.14. Ограничения напряжения на на­

В прил.

1

дан

вывод

грузке

 

оптимального

значения

 

 

(/эк=£/эк2

[см. (П.

1.7)]. Следует отметить, что при достаточно

больших значениях

напряжения питания

сопротивление RK полу­

чается большйм

и

может оказаться U3,K2> U 3K\. Это показывает,

что оптимальное напряжение U3,к2 лежит выше прямой

(6.40) (см.

рис. 6.14),

что недопустимо. В этом случае Изкр и Uэ.к должны

приниматься равными U3,wр! и U3,Ki по (6.43) и (6.44).

из (П.1.5).

После выбора

U3.K.P и 0 ЗК значение / кр находится

255


§ 6.7. Выбор сопротивлений схемы

После определения Ua.K ток и сопротивление нагрузки легко находятся по заданной мощности:

/нагр ^нагр/^э. к>

/?нагр = ^э.к//нагр = Us.k/Pнагр-

(6.46)

Сопротивление в цепи коллектора определяется по (П.1.2), по­ скольку значения / к.р и Ua,Kр уже известны.

Сопротивление в цепи эмиттера можно найти с достаточной точ­ ностью, предположив /э.р ~ /к.р- Тогда

( 1 kK) (Unит ^э.к.р)

Я,

71

‘э.р

(1 -* к) (Un

•^э.к.р)

(6.47)

/к.р

Дальнейший расчет с целью большей наглядности проведен гра­ фически (рис. 6.15).

В верхней части рисунка дана зависимость в рабочем режиме тока в коллекторе / к.р от тока в базе /б.р:

/к.р = /э.кО "Г ^21s ^б.р»

 

 

 

Значения h2\a и

/ э.ко

зависят от

 

 

 

температуры и от экземпляра трио­

 

 

 

да. На рис. 6.15 даны две крайние

 

 

 

характеристики: верхняя 2 — для

 

 

 

максимальных, а нижняя / — для

 

 

 

минимальных значений

h2\a и / э.ко.

 

 

 

Минимальное значение /э.ко принято

 

 

 

равным нулю. Поэтому нижняя ха­

 

 

 

рактеристика проходит через начало

 

 

 

координат.

 

 

 

 

 

 

 

Очевидно, что при условиях, со­

 

 

 

ответствующих верхней

характери­

Рис. 6.15. Графический расчет

стике, ток /к.р будет иметь макси­

мальное значение,

а

при условиях,

усилителя:

 

 

соответствующих нижней характери­

/—характеристики /К=Д/g), Уэ.б=/(/б)

для минимальной температуры и

экзем­

стике, — минимальное.

С другой

пляров триодов с наименьшим значением

стороны, было принято,

что ток кол­

коэффициента усиления; 2—те же харак­

теристики для максимальной

температуры

лектора

колеблется

 

в пределах

и экземпляров триодов с

наибольшим

 

значением коэффициента усиления

/к.р(1—6)-т-/к.р(1+б).

Таким обра­

ние /к.Р1 =/к.р( 1 —б)

 

 

зом, минимальное принятое значе:

определяет точку на

нижней, а

максимальное

/к.р2 = /к.р ( 1 + S) —

на

верхней характеристике.

Соответственно

определяются токи /б.pi и /б.Р2, необходимые для получения задан­ ных токов в коллекторе /K.pi и / к.р2.

256


В нижней части рис. 6.15 даны зависимости U0.6=f(h)- Зави­ симости даны также для двух крайних режимов, учитывающих изменение температуры. По этим характеристикам по найденным значениям /6.pi и / б.рг могут быть определены £/э.o.pi и U0.с.Р2 соответственно.

По схеме рис. 6.9 для рабочего режима получаем:

 

 

А>.р =

/1.

(6.48)

 

//пит — 1\Я\

I-2.Ri'

(6.49)

 

/э.р Я3 и э.б.р — IiRi-

(6.50)

Исключая

из этих уравнений токи / х

и /2, найдем

 

 

/э. р Я3 ■"!“ 6/э.б.р — Еб

/б.р Яб>

(6.51)

где

 

 

 

 

 

 

 

Р

_

Rl + Rt

I I

(6.52)

 

6

 

UnHT'

 

 

Rs = R iR A R i + Ri)

 

[см. (6.32)].

 

Написав уравнение

(6.51) для

максимального и

минимального

режимов,

найдем

 

 

 

 

 

 

/s.pi Я3+

t/э.б.р! = Еб— As.pi/?в>

(6.53)

 

/ Э.р2 Rs +

Uэ.б.р2 =

Е-6

1б.р2 Кб-

(6.54)

Значения Я3, Iб.рь /б.рг? 1/э.б.р.ь /А.б.рг?

 

 

/ э.р!

Л5.р1 ■+■ А<.р1

 

И

/ э.р2 —

/б.рг + /к.р2

 

известны.

Решая

уравнения

 

(6.53) и (6.54)

совместно,

находим

неизвестные Еб и Яб:

 

 

 

 

 

 

 

Г,

Кэ (/э.р2 /б.р1

A.pl /б.рг! Т" Uэ б.р2 /б.р1

^э.б.р1 /б.р2

(6.55)

Ей

 

 

 

F

 

 

_ I

 

 

 

 

 

Уб.р1

 

о.р2

 

 

 

 

 

п

 

R*(/э.р2

А-рР 4“ ^э.б.р 2

//э.б.р1

(6.56)

 

 

Кб~

 

 

 

1

—1

 

 

 

 

 

 

 

 

'б.р! 'бр2

 

 

 

Так

как

t / 3.G.pi

> //э.о.рг,

 

 

то

при

недостаточном

значении

/8 р2—/ зр1 может

получиться

отрицательное

(или положительное,

но слишком

малое)

значение Яб- Малое значение Яб снижает ко­

эффициент распределения kp\

 

(см. выражение (6.36) и рис. 6.10].

Это ограничивает возможность уменьшения колебания коллектор­

ного тока, характеризуемого величиной 6.

После

определения Еб

и Яб значения Я\ и R2 легко находятся из

(6.52)

и (6.32):

Яг — б/пИТЯь!Ей-

 

(6.57)

9 Зак. 216

257