मेरी पल्स जनरेटर के माध्यम से सैद्धांतिक और वास्तविक शक्ति के बीच बड़ी विसंगति

मैं पल्स पीढ़ी के बारे में कुछ कौशल हासिल करने की कोशिश कर रहा हूं, लेकिन यह आसान नहीं है। मैंने अपने नाड़ी जनरेटर में इनपुट रोकनेवाला द्वारा विघटित शक्ति प्राप्त करने की कोशिश की है, लेकिन यह वास्तविक शक्ति की तुलना में बहुत कम निकला (यदि मैं सही हूं)। मेरी गलती कहाँ है?

पल्स जनरेटर एक साधारण विश्राम हिमस्खलन ट्रांजिस्टर पल्स जनरेटर है।

यहाँ एक तस्वीर है

संपादित करें: चित्र में दिखाई देने वाले 50Om प्रतिरोधों को काट दिया जाता है। केवल 50 ओम एटेन्यूएटर यहां एक भूमिका निभाता है। यहाँ मेरी विघटित शक्ति की व्युत्पत्ति है:

थरथरानवाला एक प्रतिरोधक ( योजना में ) एक संधारित्र ( योजनाबद्ध में ) को चार्ज करके और ट्रांजिस्टर के माध्यम से लोड प्रतिरोध (= R4 में योजनाबद्ध) का निर्वहन करके है । $R$ $= R1+R2$ $C$ $C_1$ $R_L$

हम आस्टसीलस्कप के साथ नाड़ी की कल्पना कर सकते हैं।

हम यहाँ यह मानेंगे कि नाड़ी में लगभग समकोण त्रिभुज का आकार है, जिसका समकोण कोण । को त्रिभुज की ऊँचाई पर (वोल्ट में), और इसका आधार (सेकंड में) मान लें । तो, नाड़ी के आकार का समीकरण लगभग $(0,0)$ $V$ $\sigma$

u (t) = V - \frac{V}{σ} t .

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

यह में ऊर्जा को एक नाड़ी द्वारा करता है: (1/3 ऊर्जा का एक वर्गाकार तरंग द्वारा , यह) समझ में आता है)। मान लें कि दालों की आवृत्ति , तो एक सेकंड में में ऊर्जा का होता है, जो कि औसत शक्ति भी है, $R_L$

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} .

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

अब, हम समाई के मूल्यांकन में रुचि रखते हैं । बता दें कि सबसे छोटा इनपुट सप्लाई वोल्टेज होता है जैसे कि हिमस्खलन ट्रांजिस्टर दोलन होता है। ट्रांजिस्टर में इसके निर्वहन से पहले कैपेसिटर का अंतिम वोल्टेज aproximatively , इसलिए इसकी ऊर्जा । लेकिन यह ऊर्जा लगभग पूरी तरह से पल्स द्वारा ट्रांजिस्टर और को प्रेषित की जाती है , इसलिए, ट्रांजिस्टर द्वारा बर्बाद की गई ऊर्जा की उपेक्षा करना (जो मैंने शांत रहने के लिए जाँच की है), यह ऊपर गणना की गई ऊर्जा बराबर है । यह आगे बढ़ता है: $C$ $V_{av}$ $V_{av}$ $E_{cap} = CV_{av}^2/2$ $R_L$ $E$

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

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

अंत में, आइए हम प्रतिरोधक द्वारा छोड़ी गई शक्ति का मूल्यांकन करें । याद रखें कि ऊर्जा एक बाधा में बर्बाद एक समाई चार्ज आपूर्ति वोल्टेज अप करने के लिए है (ऊर्जा संधारित्र में संग्रहीत के रूप में ही)। एक अच्छे सन्निकटन के लिए (चूँकि से बहुत बड़ा है ), माध्यम से बहने वाले सभी वर्तमान का उपयोग को चार्ज करने के लिए किया जाता । $R$ $C$ $U$ $CU^2/2$ $1/f$ $\sigma$ $R$ $C$

इसलिए, , हमारे पास अंततः यह है कि एक सेकंड में द्वारा ऊर्जा विसर्जित की जाती है , या औसत शक्ति, लगभग यह एक जिज्ञासु परिणाम है: इनपुट रोकनेवाला द्वारा छोड़ी गई शक्ति लोड रोकनेवाला द्वारा छोड़ी गई शक्ति के बराबर होती है। $U = V_{av}$ $R$

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} .

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

यदि , तो हमारे पास $U > V_{av}$

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} .

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

मेरे जनरेटर के लिए आवेदन (ऊपर चित्र देखें):

$R_L = 50\ \Omega$ ,

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

$\sigma = 10\ ns$ ,

$\Delta = 40\ \mu s$ ,

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

$V = 1.8\sqrt{1000} = 57\ V$ (ऑसिलेटर 30db के साथ आस्टसीलस्कप पर 1.8V),

$V_{av} = 150\ V$ ,

$U = 160V$

इससे

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;

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

लेकिन मैंने भी मापा है , $I_{supply} = 0.6\ mA$

जो

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 .

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

यह सैद्धांतिक शक्ति से बहुत अधिक है। गलती / गलत धारणा कहाँ है?

generator pulse microwave

— MikeTeX
स्रोत

आप कैसे जानते हैं कि वर्तमान मीटर सटीक है? क्या इसे हाल ही में कैलिब्रेट किया गया है, या आपने किसी तरह से मीटर की सटीकता को सत्यापित करने की कोशिश की है?

— इलियट एल्डरसन

Humm। वास्तव में, मैंने वह जाँच नहीं की है।

— माइकटेक्स

जवाबों:

इसलिए, एक हफ्ते के बाद, मेरे पास पहेली का आखिरी जवाब है। मुझे लगता है कि जवाब दिलचस्प है, विशेष रूप से उन व्यक्तियों के लिए जो हिमस्खलन टूटने से निपटने का इरादा रखते हैं।

Sunnyskyguy की सलाह का पालन करते हुए मैंने पहली चीज़ आर 2 के टर्मिनलों पर वोल्टेज की गुंजाइश की थी, ताकि यह जांचा जा सके कि क्या एनालॉग अमित्र द्वारा मापी गई धारा गलत थी। आश्चर्यजनक रूप से पर्याप्त है, यह नीचे दी गई छवि से घटाया जा सकता है कि एमीटर उल्लेखनीय रूप से सटीक था: मतलब वर्तमान में वास्तव में 0.6mA है। यहाँ R1 (R1 और R2 के बीच) के एक टर्मिनल पर वोल्टेज की छवि है:

एक 1:10 जांच होती है, इसलिए वोल्टेज 125V का योग होता है, जिसमें ऊँचाई 25V के आरी दाँत के साथ होती है, यानी 125V + 12.5V = 137.5V। जनरेटर का वोल्टेज 162 वी है, इसलिए आर 1 के माध्यम से बहने वाला वर्तमान प्रवाह (162 वी - 137.5 वी) / (आर 1 = 41k) = 0.6mA लगभग है।

उस के बारे में तय होने के बाद, मैंने देखा कि एक बड़ी समस्या है: प्रभार कहाँ बह रहा है? 1 एस में, हमने अभी देखा है कि 0.6 mC का एक चार्ज बह रहा है। लेकिन पल्स की छवि में एटेन्यूएटर के 50 ओम रोकनेवाला के माध्यम से बहने वाले चार्ज की गणना करना बहुत आसान है (प्रश्न देखें): पल्स की ऊंचाई 57 वी है, और आधार 10 के समकोण त्रिभुज का आकार ns, इसलिए एक एकल पल्स द्वारा लाया गया चार्ज और 1 सेकंड (25kHz) में दालों की संख्या से गुणा करने पर हमें लगभग 0.15 CC का चार्ज लगता है 1 सेकेंड। यह जनरेटर से बहने वाली 0.6 mC से बहुत कम है। तो, अधिकांश चार्ज कहां बह रहा है? वर्तमान प्रवाह कर सकते हैं केवल एक अन्य पथ है: थ्रस्ट बेस रिस्टोर R3।

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

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

यह जांचने के लिए, मैंने 2N3904 ट्रांजिस्टर के साथ एक त्वरित और गंदे परीक्षण का निर्माण किया है, जिसका एमिटर खुला छोड़ दिया गया है और कलेक्टर से बेस तक बहने वाले रिवर्स करंट को एमीटर के साथ मापा जाता है। नीचे दी गई पहली तस्वीर में, आधार 10k रेसिस्टर (प्रश्न के अनुसार) के माध्यम से जमीन से जुड़ा हुआ है, और दूसरी तस्वीर में, आधार सीधे जमीन से जुड़ा हुआ है:

[ firstImg [2]

तो, पहले मामले में 0.6 mA, और दूसरे मामले में 1.2 mA।

ध्यान दें कि हिमस्खलन वोल्टेज (150 वी) पर एक वर्तमान छलांग है; इससे पहले, कलेक्टर-बेस लगभग संचालन नहीं कर रहा है, और इस सीमा के बाद, यह जंक्शन तेजी से अधिक से अधिक आचरण हो जाता है, और मैंने कुछ वोल्टेज पर एक नकारात्मक प्रतिरोध भी देखा। इसका मतलब है कि हिमस्खलन टूटने के वोल्टेज के बाद, कलेक्टर-बेस चालू बेस रेज़र द्वारा अधिक से अधिक नियंत्रित होता है, जब तक कि यह ओम कानून की सीमा तक नहीं पहुंचता: I = 160V / 10k = 16mA (कि मेरा जनरेटर फ़ीड करने में सक्षम नहीं है) ।

इस उत्तर को समाप्त करने के लिए, इस सवाल से सीखा जा सकता है कि कलेक्टर-बेस रिवर्स करंट हिमस्खलन ब्रेकडाउन थ्रेशोल्ड वोल्टेज के बाद बहुत महत्वपूर्ण हो जाता है, और बिजली अपव्यय और आपूर्ति चालू के बारे में बहुत गंभीरता से विचार किया जाना चाहिए।

— MikeTeX
स्रोत

बहुत अच्छा काम! इसलिए, विश्राम हिमस्खलन ट्रांजिस्टर ऑसिलेटर्स के काम पर आधार अवरोधक के प्रभाव के बीच , हमें रिवर्स बायस करंट से संबंधित बिजली अपव्यय का नियंत्रण भी शामिल करना चाहिए । अच्छा पकड़ा!

I_{C B}

$I_{CB}$

— डेनियल टाम्परेई

धन्यवाद डेनियल, और अन्य लेख में आपके बहुत उपयोगी उत्तर के लिए भी।

— माइकटेक्स

मैं अब एक तेजी से बढ़ते इनपुट चार्ज करंट और त्रिकोणीय डिस्चार्ज पल्स की उम्मीद करता हूं।

मैं 10n / 40u = 250 ppm या 0.025% के एक स्पष्ट कर्तव्य चक्र के साथ 9 ~ 10ns के रूप में दोलन और 40us के रूप में दोलन की अवधि देखता हूं, इसलिए हम उपरोक्त में इस योगदान त्रुटि की उपेक्षा कर सकते हैं।

आप आकलन कर रहे हैं छुट्टी दे दी त्रिकोणीय उत्पादन पल्स आकार 10ns आधार नाड़ी-चौड़ाई ~ साथ <1ns समय और वृद्धि और उम्मीद है कि बिजली छितराया के सभी 50 ओम लोड बाधा में बिजली उच्च वोल्टेज डीसी जनरेटर द्वारा आपूर्ति की 100% है। फिर भी यह इनपुट शक्ति का केवल 1/3 है। {0.32 = 5.8mA / 18mW}

तो आप जो सवाल अपने आप से पूछ रहे हैं, अगर मेरा माप सही है, तो अन्य 2/3 शक्ति कहां गई?

भले ही ट्रांजिस्टर ने नकारात्मक प्रतिरोध में कुछ ऊर्जा को नष्ट कर दिया हो और TO-92 का उपयोग कर रहा हो, लेकिन यह Tca = 0.127 ['C / mW] {= Tja = Tjc [C / W]} के परिवेश से थर्मल प्रतिरोध अंतर है। । तो केवल 12mW गायब होने के साथ , आपको यह नहीं मान लेना चाहिए कि आप यह पता लगा सकते हैं कि आपकी उंगली से कितनी आसानी से भंग हो जाती है!
- मैंने इसे साबित करने के लिए जंक्शन-केस और एम्बिएंट के बीच थर्मल प्रतिरोध में डेटाशीट अंतर का उपयोग किया।

तो ऊर्जा कहां गई? 98% चार्ज प्रतिरोधों में फेंक दिया। !!!

संकेत: R1 और R2 चार्ज प्रतिरोधों में और कुछ Q1 के नकारात्मक प्रतिरोध में

— टोनी स्टीवर्ट Sunnyskyguy EE75
स्रोत

इस वार्तालाप को बातचीत में स्थानांतरित कर दिया गया है। chat.stackexchange.com/rooms/95054/…

— टोनी स्टीवर्ट Sunnyskyguy EE75

मैंने सिर्फ आपका जवाब पढ़ा है। मुझे एक बार फिर जवाब देने के लिए धन्यवाद! मुझे नहीं पता कि पहले किसने इस उत्तर को अस्वीकार किया है। व्यक्तिगत रूप से, मैं लेखक को अपना उत्तर अपडेट करने के लिए कुछ समय देने के लिए उपयोग करता हूं। यह दिलचस्प है कि आप Q1 में बर्बाद होने वाली कुछ ऊर्जा की जांच करने में सक्षम थे। आपके उत्तर के संबंध में, मेरा प्रश्न ठीक यही था कि गणना की गई ऊर्जा R = R1 + R2 में मापा ऊर्जा से बहुत कम क्यों बर्बाद होती है। इसलिए, जब तक मैं गलत नहीं होता, आपका जवाब सवाल को संतुष्ट नहीं कर सकता।

— माइकटेक्स

मैंने अभी ध्यान दिया है कि मैंने प्रश्न की शुरुआत में लिखा था "बिजली एक लोड में विघटित" जबकि मेरा मतलब था "इनपुट अवरोध में शक्ति का प्रसार", जैसा कि प्रश्न के अंत में लिखा गया है। क्षमा करें यदि इससे कुछ भ्रम हुआ हो। मैंने अपना प्रश्न संपादित किया है।

— माइकटेक्स

मैंने मान लिया कि 50 ओम वर्तमान आपका "लोड" (पल्स) था, लेकिन बड़ा भार कलेक्टर पर चार्ज प्रतिरोधक है।

— टोनी स्टीवर्ट Sunnyskyguy EE75

मुझे आश्चर्य है कि आप उच्च dV / dt क्षणिक त्रुटियों की संभावना को देखते हुए औसत करंट के लिए एक मूविंग कॉइल मीटर का उपयोग कर रहे हैं। लेकिन आपके चार्ज प्रतिरोधक, (मैं आपको एक बीयर या एक एकल माल्ट शर्त लगाता हूं), वे गर्म थे !! और अधिक से अधिक आप कॉइल करंट => पावर से आगे बढ़ने की गणना करते हैं। आरंभिक धारा केवल 160V / 51k ~ 3.1mA होगी और ट्रिगर = (V + - Vaval।) पर अंतिम धारा होगी / 51k = (160-60) / 51k ~ 2mA इसलिए Vrms ~ 2.5mA 0.6mA नहीं। इसलिए मैं फिर से एक पीडी (51k) = 2.5mA 51 * 51k = ~ 320 mW की अपेक्षा करता हूं कि वह 5.8 mW पल्स का उत्पादन कर सके। 320 / 5.8 = 55 = 2% दक्षता का यह अनुपात !! मुझे यह अर्थपूर्ण लग रहा है।

— टोनी स्टीवर्ट Sunnyskyguy EE75