Linia de încărcare

Linie dreaptă de încărcare sau linie dreaptă dinamică [1] în electronică și inginerie electrică - o linie pe graficul caracteristicii curent-tensiune , care arată dependența curentului de ieșire care curge printr-un dispozitiv de amplificare activ ( bipolar , tranzistor cu efect de câmp sau tub vid ), asupra tensiunii la electrozii săi de ieșire ( colector-emițător de tensiune , dren-sursă , anod-catod ) [2] . Pentru sarcini reactive liniare , dependența ia forma unei închiderielipse , pentru sarcini neliniare - forma curbei de sarcină.

Din punct de vedere istoric, scopul principal al utilizării liniilor de sarcină a fost calculul grafic al cascadelor care funcționează la amplitudini mari ale tensiunii de ieșire, când neliniaritatea caracteristicii de transfer nu poate fi neglijată , iar instrumentele de analiză a semnalului mic nu sunt aplicabile [3] . Metoda grafică a făcut posibilă calcularea cu precizie a tensiunilor și puterilor de ieșire introduse de treapta de distorsiune și optimizarea alegerii punctului de funcționare [3] .

DC Load Direct

Metoda liniei de încărcare este utilizată pentru a analiza grafic etapele amplificatoarelor cu tub vidat în modurile cu catod comun sau grilă comună , tranzistoarele bipolare în modurile cu emițător comun sau cu bază comună și FET -urile în modurile sursă comună sau poartă comună . Într-o astfel de cascadă, încărcată pe rezistență activă și alimentată de o sursă de tensiune , tensiunea dintre electrozii de ieșire și curentul care circulă între ei (curent anod, curent de colector, curent de drenaj [com. 2] ) sunt raportate prin ecuație $R_{H}$ $U_{bb)$ $U_x$ $I_{x)$

U_{bb}=U_{x}+I_{x}R_{H}

[4] [2] .

Soluțiile posibile ale ecuației se află pe linia de sarcină care leagă punctele și . Primul dintre ele corespunde unui scurtcircuit al electrozilor de ieșire, al doilea - modului de întrerupere (dispozitivul de amplificare este blocat) [1] [2] . Odată cu creșterea , panta dreptei de sarcină scade (linia dreaptă se deplasează în regiunea curenților inferiori), cu o scădere, panta crește [1] . În cazul limitativ (drenajul, colectorul sau anodul este scurtcircuitat la magistrala de alimentare), linia de sarcină este strict verticală [1] . În cazul limitativ, linia de sarcină este strict orizontală [1] . Dacă, în același timp, sarcina este o sursă activă de curent stabil , atunci linia dreaptă este separată de axa orizontală prin valoarea acestui curent. $(0,U_{bb}/R_{H})$ $(U_{bb},0)$ $R_{{H}}$ $R_{{H}}$ $R_{H}=0$ $R_{H}=\infty$

Curentul și tensiunea în punctul de intersecție a liniei de sarcină cu caracteristica curent-tensiune a unui tranzistor sau triodă pentru o anumită tensiune de control caracterizează modul de repaus al cascadei și sunt numite curent de repaus și respectiv tensiune de repaus [1] ] . Împreună, aceste valori formează un punct de repaus (punct de lucru) pentru o tensiune de polarizare dată [1] . , iar puterea alocată dispozitivului de amplificare nu trebuie să depășească valorile maxime admise pentru acest dispozitiv și . În plus, punctul de operare nu ar trebui să intre în regiunea de tensiuni de ieșire scăzute, în care distorsiunea formei de undă crește brusc [comm. 3] . Pentru tuburile cu vid receptoare-amplificatoare, nu este de dorit să se pătrundă în regiunea tensiunilor de control pozitiv [comm. 4] , pentru tranzistoarele cu efect de câmp, tensiunile de control sunt inacceptabile, la care se deschide tranziția dintre poartă și canal. $U_x$ $I_{x)$ ${\displaystyle U_{max})$ ${\displaystyle I_{max})$ $P_{max}$

În treptele cu semnal mic, alegerea punctului de funcționare este determinată de un compromis între costurile de putere și pierderea admisibilă a proprietăților de amplificare ale tranzistorului [5] . În circuitele discrete, curentul de colector al unui tranzistor bipolar de putere mică este de obicei ales în vecinătatea a 1 mA, curentul de scurgere al tranzistorului cu efect de câmp este de la 1 la 10 mA [5] . În etapele de amplificare a semnalului mare, în care amplitudinile tensiunilor și curenților alternativi sunt comparabile cu tensiunea și curentul de repaus, tensiunea optimă de repaus (punctul A) a tranzistorului cu efect de câmp este selectată la aproximativ jumătate din intervalul dintre limita de tranziție. de la modul liniar la modul de saturație și tensiunea de alimentare [6] . Pentru un tranzistor bipolar, tensiunea optimă de repaus este egală cu jumătate din tensiunea de alimentare [6] .

AC Load Direct

Sarcina utilă poate fi conectată direct la ieșirea dispozitivului de amplificare, sau printr-un condensator de izolare, sau printr-un transformator de izolare. În primul caz, rezistențele de sarcină AC și DC sunt egale, iar linia de sarcină AC coincide cu linia de sarcină DC. Când este conectat printr-un element reactiv, rezistența circuitului de ieșire la curent alternativ poate fi atât mai mare, cât și mai mică decât rezistența la curent continuu , prin urmare, liniile de sarcină ale curentului continuu și alternativ se intersectează în punctul de funcționare, dar nu coincid [ 7] . Linia de sarcină AC, ținând cont de diferența de la , este construită de obicei pentru o sarcină pur rezistivă ( ) și pentru domeniul de frecvență în care poate fi neglijată influența reactivității unui condensator de izolare sau a unui transformator de izolare [8] . $Z$ $R_{H}$ $Z$ $R_{H}$ $R_{\Pi )$

Cu cuplare capacitivă cu sarcina [7] . La frecvențe suficient de mari, când reactanța condensatorului scade la valori neglijabile, $Z<R_{H}$

Z=R_{H}||R_{\Pi }={\frac {R_{H}R_{\Pi }}{R_{H}+R_{\Pi }}}

[7] .

La conectarea transformatorului cu sarcina [7] . Ca o primă aproximare, putem presupune că rezistența activă a înfășurării primare și linia de sarcină de curent continuu rulează vertical. La frecvențele de funcționare ale transformatorului, când influența inductanței înfășurării sale primare și a inductanței de scurgere poate fi neglijată , rezistența la curent alternativ crește la $Z>>R_{H}$ $R_{H}=0$

Z=R_{H}+R_{2'}+R_{\Pi '}=R_{H}+{\frac {R_{2}+R_{\Pi }}{K^{2}} }

, unde este rezistența activă a înfășurării secundare, este raportul de transformare [7] .

R_{2}

K

Linii de sarcină AC pentru sarcină reactivă

Dacă sarcina are un caracter complex, atunci apare o defazare între curentul care curge prin ea și tensiunea care cade pe ea [9] . Caracteristica dinamică a unei astfel de cascade nu este sub forma unei linii drepte, ci a unei elipse înclinate centrate în punctul de repaus; una dintre axele elipsei coincide cu linia de sarcină pentru partea activă a sarcinii complexe [10] . Dacă sarcina este pur capacitivă sau pur inductivă, atunci axele elipsei sunt paralele cu axele de coordonate [10] .

Analiza grafică a elipselor de încărcare nu a fost utilizată din cauza complexității excesive [10] . În schimb, sarcina complexă a fost înlocuită cu o rezistență pur activă, a cărei valoare era egală cu modulul de rezistență total al sarcinii complexe [10] .

Comentarii

↑ Caracteristicile curent-tensiune ale tranzistoarelor bipolare, tetrodelor și pentodelor sunt similare calitativ, caracteristicile curent-tensiune ale triodelor de vid sunt caracterizate de o rezistență de ieșire relativ scăzută.
↑ Presupunând că circuitul de ieșire este izolat de circuitul de intrare, adică curentul de rețea, poarta sau de bază este zero.
↑ Pentru un tranzistor bipolar, modul de saturație este nedorit, pentru tuburile vidate - modul de funcționare cu curenți de rețea menționat mai jos, iar pentru un tranzistor cu efect de câmp - un mod liniar (inițial). Intrarea liniei de sarcină în modul liniar al tranzistorului cu efect de câmp duce la o creștere a distorsiunilor neliniare la granița modului liniar, nedorit și a modului de saturație (în care ar trebui să funcționeze amplificatorul cu tranzistor cu efect de câmp). Funcționarea cu polaritate inversă (inversarea polarității) a electrozilor de ieșire este exclusă pentru dispozitivele de toate tipurile.
↑ Mai precis, în domeniul tensiunilor de rețea-catod, la care apar curenți remarcabili de rețea - care apare de obicei atunci când tensiunea de rețea-catod este de aproximativ -1 ... -0,5 V și mai mare. Excepție fac amplificatoarele de putere special concepute pentru a funcționa cu curenții de rețea.

Note

↑ 1 2 3 4 5 6 7 Tsykin, 1963 , p. 62.
↑ 1 2 3 Popov și Nikolaev, 1972 , p. 369.
↑ 1 2 Tsykin, 1963 , p. 66.
↑ Tsykin, 1963 , p. 61.
↑ 1 2 Gavrilov, 2016 , p. 73.
↑ 1 2 Gavrilov, 2016 , p. 75.
↑ 1 2 3 4 5 Tsykin, 1963 , p. 64.
↑ Tsykin, 1963 , p. 65.
↑ Tsykin, 1963 , p. 67.
↑ 1 2 3 4 Tsykin, 1963 , p. 68.

Literatură

Gavrilov S. A. Circuiterie. Master-class. - St.Petersburg. : Știință și Tehnologie, 2016. - 384 p. — ISBN 9785943878695 .
Popov V.S., Nikolaev S.A. Inginerie electrică generală cu elementele de bază ale electronicii. - M .: Energie, 1972.
Tsykin, G.S. Amplificatoare electronice. - Ed. a II-a. - M . : Svyazizdat, 1963. - 512 p. — 21.000 de exemplare.