Большое расхождение между теоретической и фактической мощностью через мой генератор импульсов

Я пытаюсь приобрести некоторые навыки по генерации пульса, но это не легко. Я пытался получить мощность, рассеиваемую входным резистором в моем генераторе импульсов, но оказалось, что он намного меньше, чем фактическая мощность (если я прав). Где моя ошибка?

Генератор импульсов представляет собой простой релаксационный лавино-транзисторный генератор импульсов.

Вот картинка

Изменить: видимые на рисунке резисторы 50 Ом отключены. Здесь играет роль только 50 Ом аттенюатора. Вот мой вывод рассеянной силы:

$R$ $= R1+R2$ $C$ $C_1$ $R_L$

Мы можем визуализировать пульс с помощью осциллографа.

$(0,0)$ $V$ $\sigma$

u (t) = V - \frac{V}{σ} t .

$u(t) = V - {V\over \sigma}t.$

$R_L$

E = \frac{1}{R_{L}} \int_{0}^{σ} u^{2} (t) d t = \frac{1}{R_{L}} [- \frac{σ}{3 V} (V - \frac{V}{σ} t)^{3}]_{0}^{σ} = \frac{σ}{3 R_{L}} V^{2}

$E = {1\over R_L}\int_0^\sigma u^2(t) dt = {1\over R_L} \bigg[ -{\sigma\over 3V}\bigg(V - {V\over \sigma} t\bigg)^3\bigg]_0^\sigma = {\sigma\over 3R_L}V^2$

f

$f$

R_{L}

$R_L$

P_{m e a n} = f E = \frac{f σ}{3 R_{L}} V^{2} .

$P_{mean} = fE = {f\sigma\over 3R_L}V^2.$

$C$ $V_{av}$ $V_{av}$ $E_{cap} = CV_{av}^2/2$ $R_L$ $E$

C = \frac{2 σ}{3 R_{L}} \frac{V^{2}}{V_{a v}^{2}} .

$C = {2\sigma\over 3R_L}{V^2\over V_{av}^2}.$

$R$ $C$ $U$ $CU^2/2$ $1/f$ $\sigma$ $R$ $C$

$U = V_{av}$ $R$

P_{m e a n}^{R} = \frac{1}{2} f C V_{a v}^{2} = \frac{f σ}{3 R_{L}} V^{2} = P_{m e a n} .

$P^R_{mean} = {1\over 2} f C V_{av}^2 = {f\sigma\over 3R_L}V^2 = P_{mean}.$

$U > V_{av}$

P_{m e a n}^{R} = \frac{f σ}{3 R_{L}} \frac{U^{2}}{V_{a v}^{2}} V^{2} = \frac{U^{2}}{V_{a v}^{2}} P_{m e a n} .

$P_{mean}^{R} = {f\sigma\over 3R_L}{U^2\over V_{av}^2} V^2 = {U^2\over V_{av}^2} P_{mean}.$

Приложение к моему генератору (см. Изображения выше):

$R_L = 50\ \Omega$

$R = 41 +10 = 51\ k\Omega$

$\sigma = 10\ ns$

$\Delta = 40\ \mu s$

$f = 1/\Delta = 25 \ kHz$

$V = 1.8\sqrt{1000} = 57\ V$

$V_{av} = 150\ V$

$U = 160V$

P_{m e a n} = 5.4 m W;

$P_{mean} = 5.4\ mW;$

C = 19 p F,

$C = 19\ pF,$

P_{m e a n}^{R} = 5.8 m W;

$P_{mean}^{R} = 5.8 \ mW;$

$I_{supply} = 0.6\ mA$

P_{m e a n a c t u a l}^{R} = R I_{s u p p l y}^{2} \approx 18 m W .

$P^R_{mean \ actual} = R I^2_{supply} \approx 18\ mW.$

Это намного больше, чем теоретическая сила. Где ошибка / ошибочное предположение?

generator pulse microwave

— MikeTeX
источник

Откуда вы знаете, что измеритель тока точен? Был ли он откалиброван в последнее время, или вы пытались каким-то образом проверить точность измерителя?

— Эллиот Олдерсон

Хамм. На самом деле, я не проверял это.

— MikeTeX

Ответы:

Итак, через неделю я наконец получил ответ на загадку. Я думаю, что ответ интересен, особенно для людей, которые намереваются справиться с лавинным прорывом.

Первое, что я сделал, следуя совету Sunnyskyguy, это включил напряжение на клеммах R2, чтобы проверить, был ли ток, измеренный аналоговым амперметром, неправильным. Удивительно, но из изображения ниже можно сделать вывод, что амперметр был удивительно точным: средний ток действительно составляет около 0,6 мА. Вот изображение напряжения на одной клемме R1 (между R1 и R2):

Зонд 1:10, поэтому напряжение представляет собой сумму 125 В со средним значением зуба пилы высотой 25 В, то есть 125 В + 12,5 В = 137,5 В. Напряжение генератора составляет 162 В, следовательно, средний ток, протекающий через R1, составляет (162 В - 137,5 В) / (R1 = 41 кОм) = 0,6 мА прибл.

\frac{1}{2} \frac{57}{50} \cdot 10 n s

${1\over 2}{57\over 50} \cdot 10 ns$

Чтобы проверить это, я построил быстрый и грязный тест с транзистором 2N3904, эмиттер которого оставлен открытым, а обратный ток, протекающий от коллектора к базе, измеряется с помощью амперметра. На первом рисунке ниже база подключена к земле через резистор 10 кОм (как в вопросе), а на втором рисунке база напрямую подключена к земле:

[ firstImg [2]

Так, 0,6 мА в первом случае и 1,2 мА во втором случае.

Обратите внимание, что происходит скачок тока именно при лавинном напряжении (150 В); до этого коллектор-база практически не проводил, а после этого порога этот переход быстро становится все более и более проводящим, и я даже наблюдал отрицательное сопротивление при некотором напряжении. Это означает, что после лавинообразного напряжения пробоя ток коллектора все больше контролируется базовым резистором, пока он не достигнет предела закона Ома: I = 160 В / 10 к = 16 мА (что мой генератор не может подавать) ,

Чтобы завершить этот ответ, из этого вопроса можно узнать, что обратный ток на базе коллектора становится очень важным после лавинообразного порогового напряжения пробоя, и его следует очень серьезно рассматривать в отношении рассеивания мощности и тока питания.

— MikeTeX
источник

I_{C B}

$I_{CB}$

Спасибо Даниэле, а также за ваш очень полезный ответ в другой статье.

— MikeTeX

Теперь я ожидаю экспоненциального роста входного зарядного тока и треугольного разрядного импульса.

Я рассматриваю период колебаний как 40 мкс, а импульс - как 9 ~ 10 нс с кажущимся рабочим циклом 10 н / 40 ед = 250 частей на миллион или 0,025%, поэтому мы можем пренебречь этой вносящей ошибку в приведенном выше.

Вы измеряете форму разряженного треугольного выходного импульса с временем нарастания <1 нс и шириной базового импульса ~ 10 нс и ожидаете, что вся мощность, рассеиваемая в нагрузочном резисторе 50 Ом, составляет 100% от мощности, подаваемой генератором постоянного тока высокого напряжения. Тем не менее, это только 1/3 входной мощности. {0,32 = 5.8mA / 18mW}

Таким образом, вопрос, который вы должны задать себе: если мои измерения точны, куда делись остальные 2/3 мощности?

Даже если транзистор рассеивает некоторую энергию в своем отрицательном сопротивлении и использует TO-92, он имеет разницу теплового сопротивления от окружающей среды до случая Tca = 0,127 ['C / мВт] {= Tja = Tjc [' C / W]} , Таким образом, при отсутствии только 12 мВт , вы не должны предполагать, что можете легко определить, сколько из этого рассеивается с помощью пальца!
- Там я использовал разницу в технических характеристиках теплового сопротивления между Junction-Case и Ambient, чтобы доказать это.

Так куда же делась энергия? 98% сброшено в зарядные резисторы. !!!

подсказка: в зарядных резисторах R1 и R2 и некоторых в отрицательном сопротивлении Q1

— Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75
источник

этот разговор был перенесен в чат. chat.stackexchange.com/rooms/95054/…

— Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75

Я только что прочитал ваш ответ. Спасибо, что ответили мне еще раз! Я не знаю, кто ранее отрицал этот ответ. Лично я использую, чтобы дать некоторое время автору, чтобы обновить свой ответ. Интересно, что вы смогли проверить, сколько энергии потрачено впустую в первом квартале. Что касается вашего ответа, мой вопрос был точно, почему вычисленная энергия теряется в R = R1 + R2 намного меньше, чем измеренная энергия. Так что, если я не ошибаюсь, ваш ответ не может удовлетворить вопрос.

— MikeTeX

Я только что заметил, что написал в начале вопроса «мощность, рассеиваемая в нагрузке», в то время как я имел в виду «мощность, рассеиваемая во входном резисторе», как написано в конце вопроса. Извините, если это вызвало некоторую путаницу. Я отредактировал свой вопрос.

— MikeTeX

Я предположил, что током 50 Ом была ваша «нагрузка» (импульс), но большая нагрузка - это зарядные резисторы на коллекторе.

— Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75

Я удивлен, что вы используете измеритель с подвижной катушкой для среднего тока с учетом вероятности переходных погрешностей высокого dV / dt. Но ваши зарядные резисторы, (держу пари, пиво или солод), они были горячими !! и намного больше, чем вы рассчитали по току движущейся катушки => мощности. Начальный ток будет просто 160 В / 51 кОм ~ 3,1 мА, а окончательный ток при триггере = (В + - Вавал.) / 51 кОм (160-60) / 51 кОм - 2 мА, поэтому Vrms ~ 2,5 мА не 0,6 мА. поэтому я снова ожидаю, что Pd (51k) = 2,5 мА ² * 51k = ~ 320 мВт будет давать импульс 5,8 мВт. Это соотношение 320 / 5,8 = 55 = 2% эффективности! Это имеет смысл для меня.

— Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75