Terhelési vonal

Terhelési egyenes , vagy dinamikus egyenes [1] az elektronikában és az elektrotechnikában - az áram -feszültség karakterisztika  grafikonján lévő egyenes , amely az aktív erősítő eszközön ( bipoláris , térhatású tranzisztor , ill . vákuumcső ), a kimeneti elektródáin lévő feszültségre (feszültségkollektor - emitter , drain-source , anód-katód ) [2] . Lineáris reaktív terhelések  esetén a függés zárt ellipszis , nem lineáris terhelés esetén terhelési görbe formájában történik.

Történelmileg a terhelési vonalak alkalmazásának fő célja a kimeneti feszültség nagy amplitúdóján működő kaszkádok grafikus kiszámítása volt, amikor az átviteli karakterisztika nemlinearitása nem elhanyagolható , és a kisjel-elemző eszközök nem alkalmazhatók [3] . A grafikus módszer lehetővé tette a torzítási fokozat által bevitt kimeneti feszültségek és teljesítmények pontos kiszámítását, valamint a működési pont megválasztásának optimalizálását [3] .

DC Load Direct

A load-line módszert a vákuumcsöves erősítők fokozatainak grafikus elemzésére használják közös katód vagy közös rács módban, bipoláris tranzisztorokat közös emitteres vagy közös bázisú módban, valamint FET -eket közös forrású vagy közös kapu módban . Egy ilyen, aktív ellenállásra terhelt és feszültségforrásról táplált kaszkádban a kimeneti elektródák közötti feszültség és a közöttük folyó áram (anódáram, kollektoráram, leeresztőáram [2] ) az egyenlettel függ össze.

[4] [2] .

Az egyenlet lehetséges megoldásai a és a pontokat összekötő terhelési vonalon találhatók . Az első a kimeneti elektródák rövidzárlatának felel meg, a második a lekapcsolási módnak felel meg (az erősítő eszköz le van zárva) [1] [2] . Növekedéssel a terhelési egyenes meredeksége csökken (az egyenes az alacsonyabb áramok tartományába tolódik), csökkenésével a meredekség nő [1] . Határesetben (a lefolyó, a kollektor vagy az anód rövidre van zárva a tápbusszal) a terhelési vonal szigorúan függőleges [1] . Határesetben a tehervonal szigorúan vízszintes [1] . Ha egyidejűleg a terhelés a stabil áram aktív forrása , akkor az egyenes vonalat ennek az áramnak az értéke választja el a vízszintes tengelytől.

A terhelési vonal metszéspontjában a tranzisztor vagy trióda áram-feszültség karakterisztikájával adott vezérlőfeszültséghez tartozó áram és feszültség jellemzi a kaszkád nyugalmi üzemmódját, és nyugalmi áramnak , illetve nyugalmi feszültségnek nevezzük [1 ] . Ezek az értékek együttesen nyugalmi pontot (munkapontot) alkotnak egy adott előfeszítési feszültséghez [1] . , és az erősítő eszközhöz kiosztott teljesítmény nem haladhatja meg az eszközre megengedett maximális értékeket , és . Ezenkívül a működési pontnak nem szabad az alacsony kimeneti feszültségek tartományába kerülnie, ahol a hullámforma-torzulás meredeken növekszik [comm. 3] . Fogadó-erősítő vákuumcsöveknél nem kívánatos a pozitív vezérlőfeszültség tartományába lépni [comm. 4] , a térhatású tranzisztorok esetében elfogadhatatlanok a vezérlőfeszültségek, amelyeknél megnyílik a kapu és a csatorna közötti átmenet.

Kisjelű fokozatokban a működési pont megválasztását az energiaköltségek és a tranzisztor erősítő tulajdonságainak megengedhető elvesztése közötti kompromisszum határozza meg [5] . A diszkrét áramkörökben a kis teljesítményű bipoláris tranzisztor kollektoráramát általában 1 mA környékén választják, a térhatású tranzisztor leeresztőárama 1-10 mA [5] . A nagy jelű erősítési fokozatokban, amelyekben a váltakozó feszültségek és áramok amplitúdója összevethető a nyugalmi feszültséggel és áramerősséggel, a térhatású tranzisztor optimális nyugalmi feszültségét (A pont) az átmeneti határ közötti intervallum felénél választják ki. a lineáris módról a telítési módra és a tápfeszültségre [6] . Bipoláris tranzisztor esetén az optimális nyugalmi feszültség egyenlő a tápfeszültség felével [6] .

AC Load Direct

A hasznos teher közvetlenül az erősítő készülék kimenetére, vagy leválasztó kondenzátoron, vagy leválasztó transzformátoron keresztül csatlakoztatható. Az első esetben az AC és DC terhelési ellenállások egyenlőek, és az AC terhelési vonal egybeesik az egyenáramú terhelési vonallal. Reaktív elemen keresztül csatlakoztatva a kimeneti áramkör váltakozó árammal szembeni ellenállása lehet nagyobb és kisebb is, mint az egyenárammal szembeni ellenállás , ezért az egyenáram és a váltakozó áram terhelési vonalai a működési pontban metszik egymást, de nem esnek egybe [ 7] . A váltakozó áramú terhelési vonalat a -tól való eltérés figyelembevételével általában tisztán rezisztív terhelésre ( ) és arra a frekvenciatartományra építik, amelyben elhanyagolható egy leválasztó kondenzátor vagy egy leválasztó transzformátor reaktivitásának befolyása [8] .

Terheléssel való kapacitív csatolással [7] . Megfelelően magas frekvenciákon, amikor a kondenzátor reaktanciája elhanyagolható értékre csökken,

[7] .

Amikor a transzformátor csatlakoztatva van a terheléshez [7] . Első közelítésként feltételezhetjük, hogy a primer tekercs aktív ellenállása és az egyenáramú terhelési vonal függőlegesen fut. A transzformátor üzemi frekvenciáin, ha a primer tekercs induktivitásának és a szivárgási induktivitásának a hatását elhanyagoljuk , a váltakozó árammal szembeni ellenállás növekszik

, ahol a szekunder tekercs aktív ellenállása, az átalakítási arány [7] .

AC terhelési vonalak reaktív terheléshez

Ha a terhelés összetett jellegű, akkor a rajta átfolyó áram és a rá eső feszültség között fáziseltolódás lép fel [9] . Egy ilyen kaszkád dinamikus jellemzője nem egyenes vonal, hanem egy ferde ellipszis , amelynek középpontja a nyugalmi pontban van; az ellipszis egyik tengelye egybeesik a komplex terhelés aktív részének terhelési vonalával [10] . Ha a terhelés tisztán kapacitív vagy tisztán induktív, akkor az ellipszis tengelyei párhuzamosak a koordinátatengelyekkel [10] .

A terhelési ellipszisek grafikus elemzését a túlzott bonyolultság miatt nem alkalmaztuk [10] . Ehelyett a komplex terhelést egy tisztán aktív ellenállás váltotta fel, amelynek értéke megegyezett a komplex terhelés teljes ellenállási modulusával [10] .

Megjegyzések

  1. A bipoláris tranzisztorok, tetódák és pentódok áram-feszültség karakterisztikája minőségileg hasonló, a vákuumtriódák áram-feszültség karakterisztikáját viszonylag alacsony kimeneti ellenállás jellemzi.
  2. Feltételezve, hogy a kimeneti áramkör el van szigetelve a bemeneti áramkörtől, vagyis a rács, a kapu vagy az alapáram nulla.
  3. Bipoláris tranzisztor esetén a telítési mód nem kívánatos, vákuumcsöveknél - az alábbiakban említett rácsáramokkal való működési mód, és térhatású tranzisztoroknál - lineáris (kezdeti) mód. A terhelési vonal belépése a térhatású tranzisztor lineáris üzemmódjába a nemlineáris torzítások növekedéséhez vezet a lineáris, nemkívánatos mód és telítési mód határán (amelyben a térhatású tranzisztoros erősítőnek működnie kell). A kimeneti elektródák fordított polaritással (polaritásváltással) történő működtetés minden típusú készülék esetében kizárt.
  4. Pontosabban a rács-katód feszültségek tartományában, ahol észrevehető rácsáramok lépnek fel - ami általában akkor következik be, ha a rács-katód feszültség körülbelül -1 ... -0,5 V és magasabb. Kivételt képeznek a kifejezetten hálózati árammal való működésre tervezett teljesítményerősítők.

Jegyzetek

  1. 1 2 3 4 5 6 7 Cikin, 1963 , p. 62.
  2. 1 2 3 Popov és Nikolaev, 1972 , p. 369.
  3. 1 2 Tsykin, 1963 , p. 66.
  4. Cikin, 1963 , p. 61.
  5. 1 2 Gavrilov, 2016 , p. 73.
  6. 1 2 Gavrilov, 2016 , p. 75.
  7. 1 2 3 4 5 Tsykin, 1963 , p. 64.
  8. Cikin, 1963 , p. 65.
  9. Cikin, 1963 , p. 67.
  10. 1 2 3 4 Tsykin, 1963 , p. 68.

Irodalom