パルス発生器を介した理論上の電力と実際の電力の大きな不一致

パルス生成に関するいくつかのスキルを習得しようとしていますが、それは簡単ではありません。パルス発生器の入力抵抗で消費される電力を引き出しようとしましたが、実際の電力よりもはるかに小さいことがわかりました（正しければ）。私の間違いはどこですか？

パルス発生器は、単純な緩和アバランシェトランジスタパルス発生器です。

ここに写真があります

編集：画像に表示されている50Ωの抵抗器は切断されています。アテニュエーターの50オームのみがここで役割を果たします。消費電力の私の派生物は次のとおりです。

発振器は抵抗（回路図では）を介して給電され、コンデンサ（回路図では）を充電し、トランジスタを介して負荷抵抗（回路図では= R4 ）に放電します。$R$$= R1+R2$$C$$C_1$$R_L$

オシロスコープでパルスを視覚化できます。

ここで、パルスはほぼ直角三角形の形状を持ち、その直角コーナーはと仮定します。してみましょう（ボルトで）三角形の高さ、および（秒）その根拠。したがって、パルス形状の方程式はおおよそ $(0,0)$$V$$\sigma$

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

これにより、単一パルスによって消費されるエネルギーが得られます （方形波によって散逸されるエネルギーの1/3、これ理にかなっています）。パルスの周波数がであると仮定すると、で1秒間に消費されるエネルギーは平均電力でもあり、 $R_L$

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

ここで、静電容量評価に興味があります。LETアバランシェトランジスタ振動が発生するような最小の入力電源電圧です。トランジスタへの放電前のコンデンサの最終電圧はであるため、そのエネルギーはです。しかし、このエネルギーはパルスによってほぼ完全にトランジスターとに伝達されるため、トランジスターによって浪費されるエネルギー（私が冷たさを保つためにチェックした）を無視すると、上記で計算されたエネルギーと等しくなり ます。これは、 $C$$V_{av}$$V_{av}$$E_{cap} = CV_{av}^2/2$$R_L$$E$

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

最後に、抵抗によって消費される電力を評価します。キャパシタンスを電源電圧まで充電する抵抗器で浪費されるエネルギーは（コンデンサに保存されているエネルギーと同じ）であることを思い出してください。近似値（はよりもはるかに大きいため）では、流れるすべての電流が充電に使用されます。$R$$C$$U$$CU^2/2$$1/f$$\sigma$$R$$C$

したがって、、最終的にによって1秒間に散逸されるエネルギー、つまり平均電力はおよそ これは奇妙な結果です。入力抵抗によって消費される電力は、負荷抵抗によって消費される電力に等しくなります。$U = V_{av}$$R$

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

場合、その後、我々は $U > V_{av}$

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

私のジェネレーターへのアプリケーション（上記の画像を参照）：

$R_L = 50\ \Omega$、

$R = 41 +10 = 51\ k\Omega$、

$\sigma = 10\ ns$、

$\Delta = 40\ \mu s$、

$f = 1/\Delta = 25 \ kHz$、

$V = 1.8\sqrt{1000} = 57\ V$（オシロスコープで1.8V、アテニュエーター30dbを使用）、

$V_{av} = 150\ V$、

$U = 160V$

これにより、

$$P_{mean} = 5.4\ mW;$$ $$C = 19\ pF,$$ $$P_{mean}^{R} = 5.8 \ mW;$$

しかし、も測定しました 。$I_{supply} = 0.6\ mA$

これはを与え

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

これは理論上の力をはるかに超えています。間違い/間違った仮定はどこにありますか？

だから、一週間後、私は最後に謎の答えを持っています。特に雪崩の破壊に対処しようとする人にとって、答えは興味深いと思います。

Sunnyskyguyのアドバイスに従って私が最初にしたことは、アナログ電流計で測定された電流が間違っていたかどうかを確認するために、R2の端子の電圧を測定することでした。驚いたことに、下の画像から、電流計が非常に正確であったことが推測できます。平均電流は実際に約0.6mAです。R1の一方の端子（R1とR2の間）の電圧のイメージを次に示します。

1:10プローブがあるため、電圧は125Vと高さ25Vののこぎり歯の平均、つまり125V + 12.5V = 137.5Vの合計です。発電機の電圧は162Vであるため、R1を流れる平均電流は（162V-137.5V）/（R1 = 41k）=約0.6mAです。

それについて修正された後、私は大きな問題があることに気付きました：電荷がどこに流れているのですか？1秒で、0.6 mCの電荷が流れていることがわかりました。しかし、パルスの画像内のアッテネーターの50オーム抵抗を流れる電荷を計算するのは非常に簡単です（質問を参照）。パルスの高さは57 Vで、ベース10の直角三角形の形状です。 ns、したがって、単一パルスによってもたらされる電荷​​は あり、1秒（25kHz）のパルス数で乗算すると、約0.15 mCの電荷が見つかります1秒。これは、発電機を流れる0.6 mCよりもはるかに少ないです。それで、電荷のほとんどはどこに流れていますか？電流が流れるパスは他に1つしかありません：ベース抵抗R3を介して。

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

これを確認するために、2N3904トランジスタを使用した迅速でダーティなテストを作成しました。このトランジスタのエミッタは開いたままにして、コレクタからベースに流れる逆電流を電流計で測定します。以下の最初の図では、ベースは10k抵抗を介してグランドに接続されています（質問のように）。2番目の図では、ベースは直接グランドに接続されています。

[

したがって、最初のケースでは0.6 mA、2番目のケースでは1.2 mAです。

アバランシェ電圧（150 V）で正確に電流ジャンプがあることに注意してください。その前は、コレクターベースはほとんど導通しておらず、このしきい値を過ぎると、この接合部は急速にますます導通状態になり、ある電圧で負性抵抗さえ観測されました。つまり、アバランシェ降伏電圧の後、コレクターベース電流は、オームの法則の制限に達するまで、ベース抵抗器によってますます制御されます：I = 160V / 10k = 16mA（私の発電機は給電できません） 。

この答えを結論付けるために、この質問から、コレクタ-ベース逆電流がアバランシェ降伏しきい値電圧の後に非常に重要になり、電力消費と供給電流に関して非常に真剣に考慮されるべきであることがわかります。

現在、指数関数的に上昇する入力充電電流と三角放電パルスが予想されます。

発振周期は40us、パルスは9〜10nsで、見かけのデューティサイクルは10n / 40u = 250 ppmまたは0.025％であるため、上記の原因となる誤差を無視できます。

1ns未満の立ち上がり時間と10ns未満のベースパルス幅で放電した三角形の出力パルス形状を測定し、50オームの負荷抵抗で消費される電力はすべて、高電圧DCジェネレーターによって供給される電力の100％であると予想しています。 しかし、それは入力電力のわずか1/3です。 {0.32 = 5.8mA / 18mW}

それで、あなたが自分に問うべき質問は、私の測定が正確であれば、残りの2/3の電力はどこに行ったのでしょうか？

トランジスタが負抵抗でいくらかのエネルギーを消費し、TO-92を使用している場合でも、Tca = 0.127 ['C / mW] {= Tja = Tjc [' C / W]}の場合、周囲との熱抵抗差があります。 。そのため、わずか12mWが欠落しているだけで、その量が指で簡単に消散することを検出できると想定すべきではありません！
-そこで、ジャンクションケースと周囲温度の間の熱抵抗のデータシートの違いを使用して、これを証明しました。

それで、エネルギーはどこに行きましたか？98％が充電抵抗に投棄されました。!!!

ヒント：R1およびR2の充電抵抗器およびQ1の負性抵抗の一部