Duża rozbieżność między mocą teoretyczną a rzeczywistą za pośrednictwem mojego generatora impulsów

Próbuję nabyć umiejętności w zakresie generowania impulsów, ale nie jest to łatwe. Próbowałem uzyskać moc rozproszoną przez rezystor wejściowy w moim generatorze impulsów, ale okazuje się, że jest ona znacznie mniejsza niż rzeczywista moc (jeśli mam rację). Gdzie jest mój błąd?

Generator impulsów to prosty relaksacyjny generator tranzystorów lawinowych lawinowych.

Oto zdjęcie

Edycja: widoczne na obrazie oporniki 50Ohm są odłączone. Tylko 50 Ohm tłumika odgrywa tutaj rolę. Oto moja pochodna rozproszonej mocy:

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

Możemy wizualizować puls za pomocą oscyloskopu.

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

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} .

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

Aplikacja do mojego generatora (patrz zdjęcia powyżej):

$R_L = 50\ \Omega$

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

$\sigma = 10\ ns$

$\Delta = 40\ \mu s$

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

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

$V_{av} = 150\ V$

$U = 160V$

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 .

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

To znacznie więcej niż teoretyczna moc. Gdzie jest błąd / błędne założenie?

generator pulse microwave

— MikeTeX
źródło

Skąd wiesz, że aktualny miernik jest dokładny? Czy został ostatnio skalibrowany, czy próbowałeś w jakiś sposób zweryfikować dokładność miernika?

— Elliot Alderson

Humm Rzeczywiście nie sprawdziłem tego.

— MikeTeX,

Odpowiedzi:

Po tygodniu mam w końcu odpowiedź na zagadkę. Myślę, że odpowiedź jest interesująca, szczególnie dla osób, które zamierzają poradzić sobie z załamaniem lawinowym.

Pierwszą rzeczą, którą zrobiłem, zgodnie z radą Sunnyskyguy, było zwiększenie napięcia na zaciskach R2, aby sprawdzić, czy prąd zmierzony przez analogowy amperomierz jest nieprawidłowy. Zaskakujące jest to, że z poniższego obrazu można wywnioskować, że amperomierz był niezwykle dokładny: średni prąd rzeczywiście wynosi około 0,6 mA. Oto obraz napięcia na jednym zacisku R1 (między R1 i R2):

Jest sonda 1:10, więc napięcie jest sumą 125 V ze średnicą zęba piły o wysokości 25 V, czyli 125 V + 12,5 V = 137,5 V. Napięcie generatora wynosi 162 V, stąd średni prąd przepływający przez R1 wynosi (162 V - 137,5 V) / (R1 = 41k) = około 0,6 mA.

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

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

Aby to sprawdzić, zbudowałem szybki i brudny test z tranzystorem 2N3904, którego emiter pozostaje otwarty, a prąd zwrotny przepływający z kolektora do podstawy jest mierzony za pomocą amperomierza. Na pierwszym zdjęciu poniżej podstawa jest podłączona do ziemi za pomocą rezystora 10k (jak w pytaniu), a na drugim zdjęciu podstawa jest bezpośrednio podłączona do ziemi:

[ firstImg [2]

Tak więc 0,6 mA w pierwszym przypadku i 1,2 mA w drugim przypadku.

Zauważ, że skok napięcia następuje dokładnie przy napięciu lawinowym (150 V); wcześniej podstawa kolektora prawie nie przewodzi, a po tym progu złącze to staje się coraz bardziej przewodzące, a nawet przy pewnym napięciu zaobserwowałem ujemny opór. Oznacza to, że po napięciu przebicia lawinowego prąd bazowy kolektora jest coraz bardziej kontrolowany przez rezystor bazowy, dopóki nie osiągnie granicy prawa Ohma: I = 160 V / 10 k = 16 mA (że mój generator nie jest w stanie zasilić) .

Podsumowując tę odpowiedź, można dowiedzieć się z tego pytania, że prąd zwrotny na bazie kolektora staje się bardzo ważny po napięciu progowym przebicia lawinowego i należy go traktować bardzo poważnie w odniesieniu do rozpraszania mocy i prądu zasilania.

— MikeTeX
źródło

I_{C B}

$I_{CB}$

Dziękuję Daniele, a także za bardzo przydatną odpowiedź w innym artykule.

— MikeTeX,

Oczekuję teraz wykładniczo rosnącego prądu ładowania wejściowego i trójkątnego impulsu rozładowania.

Widzę okres oscylacji jako 40us, a puls jako 9 ~ 10ns z pozornym cyklem roboczym 10n / 40u = 250 ppm lub 0,025%, więc możemy pominąć ten błąd przyczyniający się do powyższego.

Jesteś pomiaru rozładowanego trójkątny kształt impulsu wyjściowego z <1 ns czas narastania i ~ 10ns bazową szerokości impulsu i spodziewa się, że cała moc rozpraszana w rezystorze obciążenia 50 Ohm jest 100% mocy dostarczanej przez generator prądu stałego o wysokim napięciu. Ale to tylko 1/3 mocy wejściowej. {0,32 = 5,8 mA / 18 mW}

Pytanie, które powinieneś sobie zadać, brzmi: jeśli moje pomiary są dokładne, to gdzie poszły pozostałe 2/3 mocy?

Nawet jeśli tranzystor rozproszył pewną część swojej ujemnej rezystancji i przy użyciu TO-92, ma różnicę rezystancji termicznej od otoczenia do przypadku Tca = 0,127 ['C / mW] {= Tja = Tjc [' C / W]} . Zatem przy braku tylko 12 mW nie należy zakładać, że można łatwo wykryć, ile tego jest rozproszone palcem!
- W tym celu wykorzystałem różnicę w oporze termicznym między skrzynką przyłączeniową a otoczeniem, aby to udowodnić.

Gdzie więc poszła energia? 98% wrzuciło rezystory ładujące. !!!

wskazówka: w rezystorach ładowania R1 i R2, a niektóre w ujemnej rezystancji Q1

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
źródło

ta rozmowa została przeniesiona do czatu. chat.stackexchange.com/rooms/95054/…

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Właśnie przeczytałem twoją odpowiedź. Dziękuję za ponowne udzielenie mi odpowiedzi! Nie wiem, kto wcześniej ocenił tę odpowiedź. Osobiście poświęcam czas pisarzowi na aktualizację odpowiedzi. Interesujące jest to, że mogłeś sprawdzić, czy niewiele energii zmarnowane jest w Q1. Jeśli chodzi o twoją odpowiedź, moje pytanie brzmiało dokładnie, dlaczego energia obliczona zmarnowana w R = R1 + R2 jest znacznie mniejsza niż energia zmierzona. Tak więc, chyba że się mylę, twoja odpowiedź nie może odpowiedzieć na pytanie.

— MikeTeX

Właśnie zauważyłem, że napisałem na początku pytania „moc rozpraszana w obciążeniu”, podczas gdy miałem na myśli „moc rozpraszaną w rezystorze wejściowym”, jak napisano na końcu pytania. Przepraszam, jeśli spowodowało to pewne zamieszanie. Zredagowałem moje pytanie.

— MikeTeX,

Zakładałem, że prąd 50 Ohm był twoim „obciążeniem” (impulsem), ale większe obciążenie to rezystory ładowania na kolektorze.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Dziwi mnie, że używasz miernika z ruchomą cewką do pomiaru średniego prądu, biorąc pod uwagę możliwość wystąpienia błędów przejściowych o dużej wartości dV / dt. Ale twoje oporniki ładunku (założę się, że to piwo lub single malt), były gorące !! i znacznie więcej niż obliczono z ruchomego prądu cewki => moc. Prąd początkowy wyniesie po prostu 160 V / 51 k ~ 3,1 mA, a prąd końcowy przy wyzwalaczu = (V + - Vaval.) / 51 k = (160-60) / 51 k ~ 2 mA, więc Vrms ~ 2,5 mA, a nie 0,6 mA. więc ponownie spodziewam się, że Pd (51k) = 2,5mA² * 51k = ~ 320 mW wytworzy impuls 5,8 mW. Ten stosunek 320 / 5,8 = 55 = 2% wydajności !! To ma dla mnie sens.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75