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 R_n и коэффициента усиления K_η2, калькулятор выводит 5 графиков: ток через параметрическую индуктивность L₁, напряжение на ключе SW_R, моменты открытого и закрытого ключа SW_R, моменты открытого и закрытого ключа SW_L 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 R_n представляющая собой активное сопротивление;
• ключ SW_R, который имеет два состояния: открыт и закрыт. Калькулятором также учитывается переходной процесс между этими состояниями (t_front), и — ненулевое сопротивление ключа в открытом состоянии (R_SWR);
• катушка L₁, значение индуктивности которой параметрически меняется при помощи второй катушки L₂ и ключа SW_L. 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 SW_L, который должен менять значение индуктивности L₁. Калькулятор учитывает два его состояния: открыт и закрыт, а также — переходной процесс между этими состояниями (t_front). 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 SW_R во много раз меньше сопротивления нагрузки R_n. В этом случае ключ просто ставится параллельно нагрузке.

Важным моментом является то, что катушка L₂ и ключ SW_L на схеме — довольно условны. В реальных схемотехнических решениях вместо SW_L может выступать не только ключ, но и пороговый элемент или разрядник. Для механического варианта, вместо SW_L 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 SW_L. 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.

Генератор может подключаться двумя способами: постоянное включение и включение при открытом ключе SW_R. В первом случае всё точно соответствует схеме (рис. a), а во втором — генератор вырабатывает сигнал только, когда ключ SW_R открыт. Во многих случаях, второй вариант включения даёт больший выигрыш, но требует более сложный генератор. Различия между этими вариантами можно увидеть, если включить «График U_G1» и менять параметр «G₁ → Включение генератора».

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 t_front и t_impuls соответственно. К слову, если ключ полупроводниковый, то время t_front должно примерно совпадать с соответствующим значением из справочника (datasheet), а если вместо L₂ и SW_L применятеся механическое изменение индуктивности, например, при помощи проходящего сердечника, то в качестве t_front будет выступать время отведения сердечника от L₁ на расстояние, при котором её индуктивность перестаёт меняться. t_impuls 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.

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).

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.

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.

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».

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!