Lastlinje

Ladda rät linje , eller dynamisk rät linje [1] inom elektronik och elektroteknik - en linje på grafen för ström-spänningskarakteristiken , som visar beroendet av utströmmen som flyter genom en aktiv förstärkaranordning ( bipolär , fälteffekttransistor eller vakuumrör ), på spänningen vid dess utgångselektroder (spänningskollektor -emitter , drain-source , anod-katod ) [2] . För linjära reaktiva laster tar beroendet formen av en sluten ellips , för icke-linjära laster tar det formen av en lastkurva.

Historiskt sett var huvudsyftet med att använda lastlinjer den grafiska beräkningen av kaskader som arbetar med stora amplituder av utspänningen, när olinjäriteten hos överföringskarakteristiken inte kan försummas och analysverktyg för små signaler inte är tillämpliga [3] . Den grafiska metoden gjorde det möjligt att noggrant beräkna utspänningarna och effekterna som introducerades av distorsionssteget, och att optimera valet av arbetspunkt [3] .

DC Load Direct

Lastlinjemetoden används för att grafiskt analysera vakuumrörsförstärkarsteg i common-catod- eller common-grid- lägen, bipolära transistorer i common-emitter- eller common-base- lägen och FET i common-source- eller common-gate- lägen . I en sådan kaskad, laddad på aktivt motstånd och driven av en spänningskälla , relateras spänningen mellan utgångselektroderna och strömmen som flyter mellan dem (anodström, kollektorström, drainström [komm. 2] ) med ekvationen $R_{H}$ ${\displaystyle U_{bb))$ $U_x$ $I_{x}$

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

[4] [2] .

Möjliga lösningar av ekvationen ligger på lastlinjen som förbinder punkterna och . Den första av dem motsvarar en kortslutning av utgångselektroderna, den andra - till cut-off-läget (förstärkarenheten är låst) [1] [2] . Med en ökning minskar lutningen på lastens raka linje (den räta linjen skiftar till regionen med lägre strömmar), med en minskning ökar lutningen [1] . I begränsningsfallet (avlopp, kollektor eller anod är kortsluten till kraftbussen) är lastlinjen strikt vertikal [1] . I begränsningsfallet är lastlinjen strikt horisontell [1] . Om samtidigt lasten är en aktiv källa till stabil ström , separeras den räta linjen från den horisontella axeln med värdet på denna ström. $(0,U_{bb}/R_{H})$ $(U_{bb},0)$ $R_{{H}}$ $R_{{H}}$ $R_{H}=0$ $R_{H}=\infty$

Strömmen och spänningen vid skärningspunkten mellan lastledningen och ström-spänningskarakteristiken för en transistor eller triod för en given styrspänning karakteriserar kaskadens viloläge, och kallas viloström respektive vilospänning [1 ] . Tillsammans bildar dessa värden en vilopunkt (arbetspunkt) för en given förspänning [1] . , och den effekt som tilldelas förstärkarenheten bör inte överstiga de högsta tillåtna värdena för denna enhet , och . Dessutom bör arbetspunkten inte gå in i området med låga utspänningar, där vågformsdistorsion ökar kraftigt [komm. 3] . För mottagande-förstärkande vakuumrör är det inte önskvärt att gå in i området för positiva styrspänningar [komm. 4] , för fälteffekttransistorer är styrspänningar oacceptabla, vid vilka övergången mellan grinden och kanalen öppnar. $U_x$ $I_{x}$ ${\displaystyle U_{max))$ ${\displaystyle I_{max))$ ${\displaystyle P_{max))$

I småsignalsteg bestäms valet av arbetspunkt av en kompromiss mellan effektkostnader och den tillåtna förlusten av transistorns förstärkande egenskaper [5] . I diskreta kretsar väljs kollektorströmmen för en lågeffekts bipolär transistor vanligtvis i närheten av 1 mA, dräneringsströmmen för fälteffekttransistorn är från 1 till 10 mA [5] . I förstärkningssteg med stora signaler, där amplituderna för växelspänningar och strömmar är jämförbara med vilospänningen och strömmen, väljs den optimala vilospänningen (punkt A) för fälteffekttransistorn vid ungefär halva intervallet mellan övergångsgränsen från linjärt läge till mättnadsläge och matningsspänningen [6] . För en bipolär transistor är den optimala vilospänningen lika med halva matningsspänningen [6] .

AC Load Direct

Nyttolasten kan anslutas direkt till utgången på förstärkaranordningen, eller genom en isoleringskondensator eller genom en isoleringstransformator. I det första fallet är AC- och DC-lastmotstånden lika, och AC-lastlinjen sammanfaller med DC-lastlinjen. När den är ansluten via ett reaktivt element kan utgångskretsens resistans mot växelström vara både större och mindre än resistansen mot likström , därför skär belastningslinjerna för lik- och växelström vid arbetspunkten, men sammanfaller inte [ 7] . AC-lastledningen, med hänsyn till skillnaden från , är vanligtvis byggd för en rent resistiv belastning ( ) och för det frekvensområde i vilket påverkan av reaktiviteten hos en isolationskondensator eller en isolationstransformator kan försummas [8] . $Z$ $R_{H}$ $Z$ $R_{H}$ ${\displaystyle R_{\Pi ))$

Med kapacitiv koppling med lasten [7] . Vid tillräckligt höga frekvenser, när kondensatorns reaktans minskar till försumbara värden, $Z<R_{H}$

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

[7] .

Vid transformatoranslutning med lasten [7] . Som en första approximation kan vi anta att primärlindningens aktiva motstånd och likströmsbelastningslinjen löper vertikalt. Vid transformatorns driftsfrekvenser, när påverkan av induktansen för dess primärlindning och läckinduktansen kan försummas , ökar resistansen mot växelström till $Z>>R_{H}$ $R_{H}=0$

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

, där är sekundärlindningens aktiva resistans, är transformationsförhållandet [7] .

R_{2}

K

AC-lastlinjer för reaktiv last

Om lasten har en komplex karaktär, uppstår en fasförskjutning mellan strömmen som flyter genom den och spänningen som faller på den [9] . Den dynamiska egenskapen hos en sådan kaskad är inte i form av en rak linje, utan av en lutande ellips centrerad vid vilopunkten; en av ellipsens axlar sammanfaller med lastlinjen för den aktiva delen av den komplexa lasten [10] . Om lasten är rent kapacitiv eller rent induktiv, är ellipsens axlar parallella med koordinataxlarna [10] .

Grafisk analys av lastellipser användes inte på grund av överdriven komplexitet [10] . Istället ersattes den komplexa belastningen av ett rent aktivt motstånd, vars värde var lika med den totala resistansmodulen för den komplexa belastningen [10] .

Kommentarer

↑ Strömspänningsegenskaperna för bipolära transistorer, tetroder och pentoder är kvalitativt lika, strömspänningsegenskaperna hos vakuumtrioder kännetecknas av ett relativt lågt utgångsmotstånd.
↑ Förutsatt att utgångskretsen är isolerad från ingångskretsen, det vill säga att nät-, grind- eller basströmmen är noll.
↑ För en bipolär transistor är mättnadsläget oönskat, för vakuumrör - driftsättet med nätströmmar som nämns nedan, och för en fälteffekttransistor - ett linjärt (initialt) läge. Inträdet av belastningslinjen i fälteffekttransistorns linjära mod leder till en ökning av icke- linjära distorsioner vid gränsen för den linjära, oönskade moden och mättnadsmoden (i vilken fälteffekttransistorförstärkaren bör fungera). Drift med omvänd polaritet (polaritetsomkastning) av utgångselektroderna är utesluten för enheter av alla typer.
↑ Närmare bestämt i intervallet nätkatodspänningar, vid vilka märkbara nätströmmar uppstår - vilket vanligtvis inträffar när nätkatodspänningen är cirka -1 ... -0,5 V och högre. Undantaget är effektförstärkare speciellt konstruerade för att fungera med nätströmmar.

Anteckningar

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

Litteratur

Gavrilov S. A. Circuitry. Mästarklass. - St. Petersburg. : Science and Technology, 2016. - 384 sid. — ISBN 9785943878695 .
Popov V.S., Nikolaev S.A. Allmän elektroteknik med grunderna i elektronik. - M . : Energi, 1972.
Tsykin, G.S. Elektroniska förstärkare. - 2:a uppl. - M . : Svyazizdat, 1963. - 512 sid. — 21 000 exemplar.