2018-04-17
Научно-исследовательский сайт Вячеслава Горчилина
Расчет усилителя тока на параметрической индуктивности
 Ключ SWR 
tfront = μs
timpuls = ms

Фаза:

Число импульсов за период:

Сопротивление открытого ключа, Ом:

 Генератор G1 

Частота, кГц:

Амплитуда, В:

Включение генератора:

Форма сигнала:

 Нагрузка Rn 

Активное сопротивление, Ом:

 Ключ SWL 
tfront = μs
timpuls = ms

Фаза:

Число импульсов за период:

Синхронизация данных SWL с SWR

 Индуктор L1 

Индуктивность, мГн:

Активное сопротивление, Ом:

Уменьшение индуктивности при открытом SWL, раз:

k12-k23 при закрытом SWL      k12-k23 при открытом SWL

 График 

Выводить периоды:

Мощность на Rn: Вт      Мощность G1: Вт      η1:      Kη2:

k12   k13

k22   k23

k12   k13

k22   k23

График IL1 График USWR График SWR График SWL График UG1
Подробнее Поделиться Сохранить в аккаунт
Данная ссылка будет работать только для авторизованных аккаунтов с рабочим абонементом:
Данный калькулятор предназначен для расчёта параметров различных схемотехнических решений усилителя тока. Его расчёты основаны на комбинированных параметрических цепях первого и второго рода и довольно точно отражают происходящие там явления. Также, калькулятор может применяться для исследования переходных процессов в параметрических и непараметрических RL-цепях.
Кроме подсчёта основных значений: мощности, отбираемой от задающего генератора G1, мощности, получаемой на нагрузке Rn и коэффициента усиления Kη2, калькулятор выводит 5 графиков: ток через параметрическую индуктивность L1, напряжение на ключе SWR, моменты открытого и закрытого ключа SWR, моменты открытого и закрытого ключа SWL и напряжение генератора G1. Их можно отключать и подключать нажатием на соответствующие тикеты под графиком.
Условная схемотехника рассчитываемых калькулятором параметров приведена на рисунках a и b. На них общими являются:
  • генератор G1, который может вырабатывать несколько видов сигналов: постоянное напряжение, классические синус и косинус, а также выпрямленные (однополупериодные) синус и косинус;
  • нагрузка Rn представляющая собой активное сопротивление;
  • ключ SWR, который имеет два состояния: открыт и закрыт. Калькулятором также учитывается переходной процесс между этими состояниями (tfront), и — ненулевое сопротивление ключа в открытом состоянии (RSWR);
  • катушка L1, значение индуктивности которой параметрически меняется при помощи второй катушки L2 и ключа SWL. На схеме на показано, но калькулятор учитывает не только индуктивность катушки L1, но и её активное сопротивление, которое, в некоторых случаях, может сильно влиять на выходные параметры;
  • ключ SWL, который должен менять значение индуктивности L1. Калькулятор учитывает два его состояния: открыт и закрыт, а также — переходной процесс между этими состояниями (tfront). Его сопротивление не учитывается, т.к. без реального конструктива о нём ничего не известно.
Различия между этими двумя схемами в том, что первая (рис. a) является точным подключением всех элементов, а вторая (рис. b) — упрощённая. Вторую можно рассматривать, если выполняется следующее условие: сопротивление открытого ключа SWR во много раз меньше сопротивления нагрузки Rn. В этом случае ключ просто ставится параллельно нагрузке.
Важным моментом является то, что катушка L2 и ключ SWL на схеме — довольно условны. В реальных схемотехнических решениях вместо SWL может выступать не только ключ, но и пороговый элемент или разрядник. Для механического варианта, вместо SWL и L2, может применяться периодически проходящий мимо L1 ферромагнитный (магнитный) сердечник. Все эти моменты: открытие порогового элемента, пробой разрядника или прохождение сердечника, в калькуляторе условно названы временем открытого ключа SWL. Важно, чтобы во время открытого ключа, значение индуктивности L1 уменьшалось, а во время закрытого ключа — возвращалось к исходному значению. В калькуляторе этот коэффициент вводится в поле «Уменьшение индуктивности при открытом SWL».
К слову, для достижения коэффициента усиления большего единицы, совсем необязательно менять значение индуктивности L1. Этого же эффекта можно достичь и при разных коэффициентах для кривой Столетова (k12-k23). Но об этом мы расскажем в отдельной заметке.
Включение генератора G1
Генератор может подключаться двумя способами: постоянное включение и включение при открытом ключе SWR. В первом случае всё точно соответствует схеме (рис. a), а во втором — генератор вырабатывает сигнал только, когда ключ SWR открыт. Во многих случаях, второй вариант включения даёт больший выигрыш, но требует более сложный генератор. Различия между этими вариантами можно увидеть, если включить «График UG1» и менять параметр «G1 → Включение генератора».
Абсолютные и относительные значения
Для упрощения ввода данных и более наглядного их отображения, в калькуляторе применяются некоторые относительные значения. Например, так сделано для ввода временны́х параметров ключей. Передвижением жёлтых кружков на самых верхних графиках, можно выставить длительность закрытия ключа и время закрытого ключа в относительных единицах. Эти параметры автоматически пересчитываются в абсолютные и выводятся, как tfront и timpuls соответственно. К слову, если ключ полупроводниковый, то время tfront должно примерно совпадать с соответствующим значением из справочника (datasheet), а если вместо L2 и SWL применятеся механическое изменение индуктивности, например, при помощи проходящего сердечника, то в качестве tfront будет выступать время отведения сердечника от L1 на расстояние, при котором её индуктивность перестаёт меняться. timpuls в этом случае — это время паузы между подходами серчечника.
Примерно также вводится и фаза начала закрытия ключа, но её значение приводится в градусах.
Ось времени t на главном графике также приведена в относительных единицах. Пересчитывать её в абсолютные — нет смысла, но, вообще говоря, сделать это довольно просто: при частоте задающего генератора в 1кГц, шкала оси t будет представлена в миллисекундах, а при частоте в 1МГц — в микросекундах. Если же частоту G1 установить в 0.001кГц (1Гц), то эта шкала будет откалибрована в секундах.
Все остальные величины — ток, напряжение, индуктивность и сопротивления — представлены в абсолютных значениях.
Как выбирать период вывода графика
Период вывода также представлен в относительных единицах и выбирается из соображений окончания периода на оси t. Например, если период явно просматривается между значениями: 1.2 и 2.2, то нужно вводить значения равные: 1.2, 2.2, 3.2 и т.п. Такой подход повышает точность подсчёта реальной выходной мощности и Kη2.
Обратите внимание, что увеличение периода вывода пропорционально увеличивает и время подсчёта (ответа сервера).
Число импульсов за период
Этот параметр позволяет менять число открытий и закрытий ключа за один период генератора G1. Обычно, для параметрических цепей оптимальное значение — 2, но для полноты картины можно выбрать и другие значения. Обратите внимание, что при выборе этого параметра меняется длительность фронта и время закрытого ключа.
КПД первого и второго рода
Данный калькулятор позволяет найти коэффициент приращения усилителя для КПД второго рода (Kη2). Но в реальном устройстве, для подсчёта общего коэффициента эффективности (COP), нужно учитывать и обычный КПД отдельных блоков, например, КПД задающего генератора и блока питания. Всё это — КПД первого рода, общее значение которого может находится в пределах 0.4 - 0.9, и которое можно ввести в поле η1, где по умолчанию стоит единица. После ввода значения в это поле, общий КПД будет пересчитан до более реального, который теперь можно назвать COP для всего устройства.
Сохранение данных
Этот калькулятор может сохранять полученные вычисления в ваш аккаунт. Для этого вы должны быть зарегистрированы на этом сайте. Вы можете сохранить результат вычисления, который здесь называется словом «проект», нажав на кнопку «Сохранить в аккаунт», а затем полностью восстановить данные из раздела «Мои проекты».
Абонемент
Для вывода одного запроса решается довольно сложная математическая задача с применением систем нелинейных дифференциальных и интегральных уравнений. Несмотря на оптимизацию, подключение нескольких процессоров и довольно большой объём опреративной памяти, её решение в реальном времени занимает несколько секунд. Всё это требует больших вычислительных мощностей, которые, к сожалению, не бесплатны. Поэтому, для пользования данным калькулятором мы вводим небольшую абонплату, которая, надеемся, покроет расходы на мощный сервер.
Зарегистрируйтесь и оплатите абонемент на 30 дней. После этого вы можете пользоваться всеми разделами этого ресурса без ограничений и без рекламы. Спасибо за сотрудничество!

Ошибка соединения с сервером. Попробуйте отправить запрос позже!
Данные, принятые от сервера, имеют неправильный формат. Обратитесь к администратору!
Пожалуйста, авторизуйтесь!
Пожалуйста, продлите абонемент!
Процесс вычисления вышел за допустимые процессором рамки: 10 в степени 200. Пожалуйста, измените параметры!
Пожалуйста, авторизуйтесь!
Пожалуйста, продлите абонемент!
Введите название или номер своего проекта
Проект не сохранён!
Данные успешно сохранены
Проект с такими параметрами уже был сохранён в течение последнего часа. Выберите другие параметры!
2009-2018 © Vyacheslav Gorchilin