- 1 - Tubics József K. P. K. P

Forrás: http://www.doksi.hu

-1-

Tubics József

1.A. CSOPORTOSÍTSA A KÉTPÓLUSOKAT ÉS ÉRTELMEZZE AZ EGYES CSOPORTOK JELLEMZŐ TULAJDONSÁGAIT! MAGYARÁZZA EL A NORTON ÉS A THEVENIN TÉTELT, MUTASSON PÉLDÁT ALKALMAZÁSUKRA! ISMERTESSE A GYAKORIBB R-C, R-L ÉS R-L-C KÉTPÓLUSOK JELLEMZŐIT! Kétpólusok: tetszőlegesen bonyolult villamos hálózat, amely két villamos csatlakozóponttal rendelkezik. Aktív (generátor jellegű) kétpólus: elektromos energia leadására képes. Passzív (fogyasztó jellegű) kétpólus: elektromos energiát csak felvenni képes. I

K. P. Aktív kétpólus

I

U

U

K. P. Passzív kétpólus

Aktív kétpólusok: 1. Ideális feszültséggenerátor: az Rb=0, vagyis terhelőáram független kimeneti feszültség jellemzi. Az ideális feszültséggenerátor váltakozó áramú szempontból rövidzárnak tekinthető, mivel belső ellenállása 0.

Helyettesítő képe

Karakterisztikája

2. Valóságos feszültséggenerátor: egy ideális feszültséggenerátor és egy soros veszteségi ellenállás (Rg) kapcsolásából épül fel. Jellemző adatok: üresjárási feszültség (Uü=Ug); rövidzárási áram (Ir=Ug/Rg); belső ellenállás (Rb=Rg).


Karakterisztikája

3. Ideális áramgenerátor: jellemzője, hogy Rb=∞ határérték. Az ideális áramgenerátor váltakozó szempontból szakadásnak tekinthető, mivel belső ellenállása végetlenül nagy.


Karakterisztikája

4. Valóságos áramgenerátor: egy ideális áramgenerátor és egy párhuzamos veszteségi ellenállás (Rg) kapcsolásából épül fel. A valóságos áramgenerátor jellemzői: üresjárási feszültség (Uü=Ig*Rg); rövidzárási áram (Ir=Ig); belső ellenállás (Rb=Rg).


-2-

Tubics József


Karakterisztikája

Passzív kétpólusok: a karakterisztika meghatározható, bármely összetartozó U-I értékből: tgα=I/U

Passzív kétpólusok karakterisztikája

1. Soros RL kapcsolás: U 2 = UR +UL 2

R=

UR I

2

XL =

Z = R2 + X L

UL I

2

X L = 2 *π * f * L y ω UL

U

ϕ x I

UR

2. Párhuzamos RL kapcsolás: I 2 = IR + IL 2

2

Y 2 = G 2 + BL G=

1 R

2

BL =

1 XL

Y=

1 Z


-3U

Tubics József

IR

x

ϕ IL

I ω

y

3. Soros RC kapcsolás:

R=

UR I

XC =

Z = R2 + X C

I

UC I

2

x

UR α

UC

U ω

y

4. Párhuzamos RC kapcsolás: G=

IR U

BC =

Y 2 = G 2 + BC Z=

1

y ω IC

I α x U

IR

Y=

I U

Y = G 2 + BC

2

G 2 + BC

IC U

2

2


-4-

Tubics József

5. Soros RLC kapcsolás:

U 2 = U R + (U L − U C ) 2 2

Z = R2 + (X L − X C )2 U = U R + (U L − U C )

6. Párhuzamos RLC kapcsolás:

I = I R + (I C − I L )

Y = G 2 + ( BC − BL ) 2


-5-

Tubics József

Thevenin tétel: bármely aktív kétpólus helyettesíthető egy valóságos feszültséggenerátorral. Elemeit úgy határozzuk meg, hogy kiszámítjuk a helyettesítendő kétpólus üresjárási feszültségét és eredő belső ellenállását. A meghatározott két adat megfelel a Thevenin generátor forrásfeszültségének és belső ellenállásának. Norton tétel: meghatározása úgy történik, hogy kiszámítjuk a helyettesítendő kétpólus rövidzárási áramát és eredő belső ellenállását. A meghatározott adatok megfelelnek a Norton generátor forrásáramának és belső ellenállásának.


-1-

Tubics József

1.C. MAGYARÁZZA MEG AZ ALÁBBI JOGI FOGALMAKAT: JOGI SZEMÉLY, MUNKAVISZONY LÉTESÍTÉSE ÉS MEGSZÜNTETÉSE, MUNKÁLTATÓ ÉS MUNKAVÁLLALÓ JOGAI ÉS KÖTELESSÉGEI, ÉRDEKEGYEZTETÉS! ÉRTELMEZZE A KOLLEKTÍV SZERZŐDÉS FONTOSABB TARTALMI ÖSSZETEVŐIT! Természetes személy: maga az ember, jogokat szerezhet és kötelezettségeket vállalhat Jogi személy: azok a szervezetek, amelyek meghatározott céllal jönnek létre; jogszabály vagy alapszabály szerint működnek; elkülönült vagyonnal rendelkeznek; jogok illetik meg; kötelezettséget vállalhat; kötelezettségeiért elkülönített vagyonával felel. Munkajog: a munkavégzéssel és a munkajogi problémákkal foglalkozó törvény, a munka törvénykönyve amely a Magyar Köztársaság alkotmányából van. -

Mindenkinek joga van a munkához, a szabad munkavállaláshoz, és szabadon foglalkoztathat

-

Egyenlő munkáért mindenkinek megkülönböztetés nélkül egyenlő bér jár

-

Minden munkavállalónak joga van a jövedelemhez, amely arányos a munka mennyiségével és minőségével.

-

Mindenkinek joga van a szabadsághoz és a pihenéshez

Külön törvény szabályozza a közalkalmazottak és a köztisztviselők által végzett tevékenységeket. A munka törvénykönyv egy általános leírások tára, a munkaviszony és a munkavállalásról. Az adott munkahelyeken a kollektív és a munkahelyi szabályzatok lesznek azok, amelyek a munkaadóra és munkavállalóra vonatkoznak. Ezek nem lehetnek ellentétesek a felsőbb jogszabályokkal, a munka törvénykönyvével. Érdekképviseletek alakulnak ki (szakszervezetek, üzemi tanács, üzemi megbízott). Munkaviszony létesítése: munkaviszony a munkáltató és a munkavállaló között munkaszerződéssel jön létre. 5 napnál hosszabb időtartamra írásbeli munkaszerződést kell kötni. Ez nem állhat ellentétben a munkatörvénykönyvvel és a kollektív szerződéssel, de tartalmát a felek határozzák meg. A munkaszerződés kötelezően tartalmazza: -

A személyi alapbért, ami nem kevesebb a mindenkori minimálbérnél

-

A munkakört (azok a feladatok, amit köteles a munkavállaló elvégezni)

-

A munkavégzés helye

-

A munkába lépés napja

-

A munkaviszony minősítését (határozott vagy határozatlan idejű)

A munka kezdetén létezik a próbaidő. Ha kikötik a munkaszerződésben, akkor ezen idő alatt bármelyik fél indoklás nélkül felbonthatja a szerződést. A próbaidő 30 nap, de nem haladhatja meg a 90 napot. A munkakör betöltésének feltételei: általában pályázattal történik. A közalkalmazásban lévő állások meghirdetése kötelező a Magyar közlönyben. Munkaviszony megszűnése: a munkavállaló halálával, a munkáltató jogutód nélküli megszűnésével (ebben az esetben végkielégítés jár a munkavállalónak), a határozott időtartamú munkaszerződés lejártával, a munkaviszony megszűnik. A munkaviszony megszűntethetésének négy csoportja: közös megegyezéssel, rendes felmondással, rendkívüli felmondással, azonnali hatállyal a próbaidő alatt.


-2-

Tubics József

Rendes felmondás: -

A munkavállaló részéről: indokolnia nem kell, nem jár neki végkielégítés

-

A munkáltató részéről: indokolni kell, világosan ki kell derülnie az oknak (létszámleépítés), végkielégítés jár a munkavállalónak

Rendkívüli felmondás: akkor beszélünk róla, ha valamelyik fél kötelezettségeit szándékosan, vagy súlyosan gondatlanul elmulasztotta. -

A munkavállaló részéről: ittasan jelenik meg a munkahelyén, nem tartja be a munkavédelmi szabályokat

-

A munkáltató részéről: nem a szerződésben leírt munkakörben foglalkoztatja a munkavállalót, nem biztosítja a munkavégzés feltételeit, nem fizeti ki a munkabért

Másik feltétel, ha valamelyik fél olyan magatartást tanúsít, amely a munkaviszony fenntartását lehetetlenné teszi (zaklatás, alapvető magatartási szabályok sértése). Megvalósulás: mindkét esetben indoklás szükséges -

Ha a rendkívüliség megállja a helyét, akkor a munkavállaló végkielégítést kap

-

Ha ezt a munkáltató teszi, akkor nem jár a végkielégítés és még kártérítést is követelhet.

A kiváltó ok után 15 napon belül ezt a felmondást meg kell tenni, de legfeljebb 6 hónapon belül. Egy esetben nem évül ez el, ha bűncselekmény volt a kiváltó ok. Felmondási idő 30 nap, de az 1 évet nem haladhatja meg. Végkielégítés függ a kollektív szerződéstől is. A munkaviszony megszűnése esetén kiadandó okmányok: -

Az utolsó munkanapon ki kell fizetni a munkavállaló bérét, összes járandóságát

-

Igazolások: a munkaviszony megszűnéséről; igazolólap a munkanélküli járadék megállapításához; a személyi jövedelemadó bevallásához; társadalombiztosítási igazolás

Kollektív szerződés: a munkaviszony létesítésével kapcsolatos törvényi szabályozó a Munka Törvénykönyve. Helyi szabályozó egy adott munkahelyen a kollektív szerződés. A kollektív szerződés a gazdasági szervezet és az érdekképviselet között jön létre, amelyet mindkét fél aláír. Kollektív szerződést minden gazdasági egységnek kötelező megkötni. A megkötött kollektív szerződés a gazdasági egységen belül mindenkire vonatkozik kivétel nélkül. A gazdálkodó és a munkavállaló jogait és kötelezettségeit tartalmazza, oly módon miként a Munka Törvénykönyve rendelkezik. Létrehozásának folyamata: 1. A munkáltató és az érdekképviselet felállítja a munkabizottságot 2. Megvitatják a kérdéseket és megalkotják a kollektív szerződést 3. A két fél aláírja 4. Ki kell függeszteni mindenki számára elérhető helyen A kollektív szerződés hatálya lehet határozott vagy határozatlan idejű. Kollektív szerződés részei: -

Bevezető rész (általános dolgok)


-3-

Tubics József

-

Általános rendelkezések

-

A dolgozók részvétele a gazdálkodásban (érdekképviselet jogai)

-

A munkaviszonnyal kapcsolatos rendelkezések (létesítés, megszűnés)

-

A munkavégzéssel kapcsolatos előírások (munkára képes állapot, sajátságok, könnyítések)

-

A munka díjazása

-

Anyagi felelősség és kártérítés

-

Juttatások (szociális ellátások)


-1-

Tubics József

2.A. CSOPORTOSÍTSA A NÉGYPÓLUSOKAT ÉS ÉRTELMEZZE AZ EGYES CSOPORTOK JELLEMZŐIT! ISMERTESSE A NÉGYPÓLUSOK PARAMÉTERES EGYENLETRENDSZEREIT! ÉRTELMEZZE A NÉGYPÓLUSOK ÁTVITELI JELLEMZŐIT, AZ ABSZOLÚT SZINT FOGALMÁT! Négypólus: olyan tetszőlegesen bonyolult elektromos hálózat, amely 4 villamos csatlakozóponttal rendelkezik. 1. Aktív négypólusok: legalább egy aktív áramköri elemet tartalmaznak 2. Passzív négypólusok: csak passzív áramköri elemeket tartalmaznak 3. Lineáris négypólusok: minden áramköri elemük lineáris 4. Nemlineáris négypólusok: tartalmaznak nemlineáris áramköri elemeket is 5. Szimmetrikus né gypólusok: kimenetük és bemenetük minden következmény nélkül felcserélhető 6. Földszimmetrikus négypólusok: bemeneti ezzel egyidejűleg kimeneti kapcsaik minden következmény nélkül felcserélhetők

Négypólus rajzjele

Szimmetrikus négypólus

Földszimmetrikus négypólus

Négypólus paraméterei: egy négypólus meghatározottnak tekinthető, ha bemeneti és kimeneti feszültsége (U1, U2) és árama (I1, I2) ismert. A négypólusok paraméterei olyan állandók, amelyek segítségével a kimeneti és a bemeneti jellemzők közötti függvényrendszerek felírhatók. Ezek az egyenletrendszerek a négypólus karakterisztikus egyenletei. 1. Impedancia (z) paraméterek: u1 = z11 * i1 + z12 * i2 z11 = z12 = z 21 = z 22 =

u1 i1

i2 = 0

u1 i2

i1 = 0

u2 i1

i2 = 0

u2 i2

i1 = 0

Bemeneti impedancia nyitott kimenet esetén

Átviteli (transzfer) impedancia nyitott bemenet esetén

Átviteli (transzfer) impedancia nyitott kimenet esetén

Kimeneti impedancia nyitott bemenet esetén

2. Admittancia (y) paraméterek: i1 = y11 * u1 − y12 * u 2 y11 =

i1 u1

u 2 = z 21 * i1 + z 22 + i2

i2 = − y 21 * u1 + y 22 * u 2

Bemeneti admittancia rövidrezárt kimenet esetén u2 =0


-2y12 = − y 21 = −

y 22 = −

i1 u2

u1 = 0

i2 u1

u2 =0

i2 u2

u1 = 0

Átviteli (transzfer) admittancia rövidrezárt bemenet esetén

Átviteli (transzfer) admittancia rövidrezárt kimenet esetén

Kimeneti admittancia rövidrezárt bemenet esetén

3. Hibrid (d) paraméterek: u1 = h11 * i1 + h12 * u 2 h11 =

h12 =

u1 i1

u2 =0

u1 u2

i1 = 0

h21 = −

h22 =

Feszültség visszahatás nyitott bemenet esetén

i2 i1

Áramerősítési tényező rövidrezárt kimenet esetén u2 =0

i2 u2

i1 u1

d12 = −

d 21 =

d 22 =

i2 = −h21 * i1 − h22 * u 2

Bemeneti impedancia rövidrezárt kimenet esetén

Kimeneti admittancia nyitott bemenet esetén i1 = 0

4. Inverz hibrid (d) paraméterek: i1 = d11 * u1 − d12 * i2 d11 =

Tubics József

u 2 = d 21 * u1 + d 22 * i2

Üresjárási bemeneti vezetőképesség ([d11]=S) i2 = 0

i1 i2

Rövidzárási áramvisszahatás u1 = 0

u2 u1

i2 = 0

u2 i2

u1 = 0

Üresjárási feszültségerősítési tényező

Rövidzárási kimeneti ellenállás ([d22]=ohm)

Négypólusok átviteli jellemzői: -

A bemeneti jel amplitúdó változását a négypólus erősítése határozza meg. Meghatározás szerint a feszültségerősítés (Au) egy mértékegység nélküli mennyiség, u amely a kimeneti feszültség és a bemeneti feszültség hányadosával egyenlő: Au = 2 . u1


-3-

Tubics József

-

Ha a feszültségerősítés egységnyinél kisebb, akkor csillapításról van szó, és ezt a feszültségcsillapítás fejezi ki. A feszültségcsillapítás a feszültségerősítés reciprokával u 1 egyenlő: = 1. Au u 2

-

A bemeneti és kimeneti áram nagysága közötti összefüggést, az áramerősítés fejezi ki: i Ai = 2 . i1

-

A feszültség és áramerősítés együttes hatását, a négypólus teljesítményerősítése fejezi ki. A teljesítményerősítés a kimenő teljesítmény és a bemenő teljesítmény hányadosa: P A p = 2 = Au * Ai P1


-1-

Tubics József

3.A. ÉRTELMEZZE A FÉLVEZETŐ EGYKRISTÁLY TULAJDONSÁGAIT ÉS A SAJÁT VEZETÉS FOGALMÁT! ISMERTESSE A FÉLVEZETŐK SZENNYEZÉSÉNEK MÓDJÁT ÉS A SZENNYEZÉSES VEZETÉST! MAGYARÁZZA EL A P-N ÁTMENET MŰKÖDÉSÉT! A legfontosabb félvezető elemek a germánium ( Ge) és a szilícium ( Si). Atomjaik kovalens kötéssel kapcsolódnak egymáshoz. A kristályszerkezet minden egyes atomja megosztja négy vegyértékelektronját a szomszédos atomokkal úgy, hogy egy-egy elektronja a legközelebbi atom egyik elektronjával összekapcsolódva párt alkot. A kovalens kötések egy szimmetrikus tetraéderes szerkezet felépítéséhez vezetnek, amely a kristálynak erősséget és stabilitást biztosít. Az alapvető félvezető anyagokat (Ge, Si) az alapanyagokból, fizikai és vegyi tisztítás révén nyerik. A félvezető eszközök gyártására nagytisztaságú monokristályos (egykristályos) anyagokat használnak. A félvezetők saját vezetése: Az olyan félvezetőt, amelyben a szabad töltéshordozók kizárólag úgy jönnek létre, hogy egyes elektronok a v egyértéksávból a v ezetési s ávba ker ülnek, szerkezeti félvezetőnek nevezzük. A szilícium egykristály kristályszerkezetében minden elektront lekötnek a kovalens kötések. A szilárd halmazállapotú anyagokban az áramvezetés, csak szabad elektronok útján jöhet létre. Így tehát a szilícium egykristály ideális szigetelő lehetne. A valóságban ez csak T=0 K esetén, vagyis abszolút nulla hőmérsékleten van így, mert nincs olyan energia, amely mozgásban tartaná az elektronokat. Amikor a hőmérséklet az abszolút nullapontból kiindulva emelkedni kezd, az anyagba jutott hőenergia révén szétbomlik egyAz elektronok és lyukak mozgása egy kovalens kötés. Szobahőmérsékleten már akkora a hőenergia, hogy számos vegyértékelektron kiszabadul a kovalens kötésből, s ez az anyag vezetőképességét megnöveli. A kiszabaduló elektron egy szétszakított kovalens kötést (elektronhiányt) hagy maga után, lyuk keletkezik. A lyuk egy negatív töltés hiányát jelenti, ezért a szomszédos elektronok egyikéből magához vonz egy elektront. Ez az elektron szintén lyukakat hagy maga után, vagyis elektromos tért hatására az elektron a pozitív, a lyuk pedig a negatív pólus felé mozog, vándorol. A szétszakadt kovalens kötésekből származó elektron és lyuk, elektron-lyuk p árt alkot és a l eírt f olyamatot elektron-lyuk pár hőátadás révén történő (termikus) képzésének nevezik. A k ristályban minden szabályosság nélkül, véletlenszerűen mozgó elektron ha egy lyukkal t alálkozik, a s zétbomlott, hi ányzó k ovalens k ötés új ra l étrejön é s az e lektron é s az elektron, valamint a lyuk mint szabad töltéshordozó megszűnik. Az ilyen folyamatot rekombinációnak v agy ú jraegyesülésnek nevezzük. A félvezető anyagon belül mindig találunk az adott hőmérsékletre jellemző számú szabad töltéshordozó párokat. Ezek a hőhatással előidézett elektron-lyuk pár ok hoz zák l étre, a félvezető saját vezetését. A szerkezeti félvezetők saját vezetése, amely egyenesen arányos a termikus töltéshordozók számával, exponenciálisan növekszik a hőmérséklettel. A szennyezéses félvezetők tulajdonságai: A tiszta félvezetőket negatív hőmérsékleti tényezőjű (NTC-ellenállásként) alkalmazzák. A félvezető anyag vezetőképessége – alacsony hőmérsékletfüggés mellett – idegen atomokkal való szennyezéssel növelhető. Ha az i degen at om m int t öbblet s zorul b e a k ristály at omjai


-2-

Tubics József

közé, ak kor intersticiális szennyezésről, ha pe dig be i s é pül a r ácsszerkezetbe, a kkor helyettesítő szennyezésről beszélünk. A négy-vegyértékű Si és Ge kristályrácsba olyan atomok épülhetnek be, amelyek három vagy öt vegyértékelektronnal rendelkeznek. Az alapvető félvezetők esetén kéttípusú szennyezésnek van jelentősége: öt-vegyértékű szennyező atomok (foszfor, antimon, arzén, bizmut); három-vegyértékű szennyező atomok (bór, alumínium, indium, gallium). A szennyező atomok kiszorítják helyükről a félvezető kristály alapatomjait, de számos vegyértékelektronjuk nem alkot kovalens kötést a szomszédos atomokkal. A kristályban ezek a kötetlen elektronok vehetnek részt az áramvezetésben, ezért a szennyezett félvezető a hőmérséklettől függetlenül jól vezeti az áramot. N-típusú szennyezés: Feltételezzük, hogy egy Si-kristályba öt vegyértékelektronnal rendelkező szennyező atom (P - foszfor) épül be. A szennyező P atom négy elektronja részt vesz a szomszédos Si atomok elektronjaival létesített összeköttetésekben. Az ötödik elektron, amelyik nem tud rácskötést létrehozni, csak lazán kötődik atomtörzséhez és így már nagyon csekély energiaközelítéssel vezetési elektronná válik. Az öt-vegyértékű szennyezőatomok mindegyike tehát egy szabad elektront hoz létre a kristályban anélkül, hogy egyúttal lyuk is keletkezne, mivel hiányos kötés nem marad vissza. Ha a kristályban előforduló szabad elektronok száma sokkal nagyobb, mint a lyukak száma, akkor N-szennyezésű Si-ról beszélünk. Az ötvegyértékű foszfor atomot mivel elektront ad le donor atomnak, magát a s zennyezést donorszennyezésnek is nevezzük. Az elektronokat ebben az esetben többségi töltéshordozónak, a l yukakat pedig kissebségi töltéshordozóknak nevezzük. P-típusú szennyezés: A szerkezeti félvezető anyagok vezetőképességének növelése három vegyértékű szennyezőatomok kristályrácsba való beépítésével is elérhető. A bóratom a Si-hoz hasonló nagyságú, és egy Si-atomot helyettesít a kristályrácsban. Ekkor csak három kovalens kötés jöhet létre, a negyedik kötésből hiányzó elektron helyén egy lyuk keletkezik. Már kis energiaközelítéssel is lehetővé válik, hogy valamelyik közeli atom egyik elektronja erre az üres helyre beugorjon és így saját helyét hagyja betöltetlenül hátra. A keletkezett lyuk másik elektron számára válik betölthetővé, és így a lyuk a szokásos módon vándorolhat a kristályba. A három vegyértékű szennyezőatomok a lyukak létrehozásával elektronokat vesznek fel, ezért akceptor vagy P-típusú szennyezőanyagoknak nevezzük őket. A félvezetőt Pszennyezettségűnek nevezzük. A P -típusú félvezetők esetében a lyukak a többségi, az elektronok kissebségi töltéshordozók. Áramvezetés a félvezetőkben: Homogén (egynemű) szennyezettségű félvezetőkben a töltéshordozók a rács-atomok külső elektronhéjával vagy más szabad töltéshordozókkal való ütközéseik miatti hőmozgás révén rendezetlenül, véletlenszerűen mozognak a kristályban. A töltéshordozók mozgásának félvezetőkben, a hőmozgáson kívül két oka lehet: a töltéshordozók változó koncentrációja; egy belső, vagy külső elektromos tér jelenléte. Az inhomogén szennyezettségű félvezetőkben a töltéshordozók mozgása nem véletlenszerű, hanem arra irányul, hogy egyenletesen kitöltsék a rendelkezésre álló teret. Az olyan töltéshordozó áramlást, amely koncentráció különbségből adódik, diffúziós ár amnak nevezzük. Az elektronok diffúziója következtében a félvezető kristály egyes részei között felborul az elektromos töltések egyensúlya, viszont az anyag egészében nézve elektromos szempontból semleges marad. Az elektromos töltéseloszlás változása olyan belső villamos


-3-

Tubics József

teret hoz létre, amelynek hatása a töltéshordozókat eredeti helyükre kényszeríti vissza. Ez a jelenség egy újabb elektromos áramot hoz létre, amelynek iránya a diffúziós áraméhoz képest ellentétes, de nagyságuk megegyezik. Ha a félvezető kristályban a töltéshordozók kitüntetett irányú mozgása külső vagy belső elektromos t ér hat ására j ön l étre, ak kor e zt az ár amot sodrási áramnak vagy driftáramnak nevezzük. A PN-átmenet működése: A félvezetőelemek felépítésében P-típusú és N-típusú rétegek egyaránt megtalálhatók. Ezek között a különböző elektromos vezetőképességű rétegek között, a szennyezőatomok eloszlásának változása lép fel. Ha ez a változás nagy távolságon jön létre, akkor a két szennyezett félvezető réteg viselkedése egymástól független. Abban az e setben v iszont, amikor a szennyezőatomok koncentrációjának változása a vezetés típusának megváltozásával egy maximálisan 1μm szélességű zónán jön létre, egy PN-átmenetet kapunk.

Egy P és egy N-szennyezésű félvezető hasábból kialakítunk egy félvezetőt. Kezdeti időpontban a két réteg elektromosan semleges. Az N-réteg szabad elektronjait a kristályszerkezetben rögzített helyzetű és ötvegyértékű donor ionok töltése, a P-rétegben található lyukakat a három-vegyértékű akceptor ionok töltése semlegesíti. A két réteg közvetlen érintkezési felületénél a töltéshordozók koncentrációkülönbsége miatt bizonyos mértékű diffúzió indul meg: •

az N-szennyezésű rétegből elektronok diffundálnak az átmeneten keresztül a Pszennyezettségű rétegbe,

•

a lyukak viszont a P-szennyezettségű rétegből átdiffundálnak az Nszennyezettségű rétegbe.

Amikor az N-szennyezettségű rétegből diffundáló elektron áthalad az átmeneten, egy olyan tartományba kerül, ahol igen nagy a lyukak sűrűsége. A rekombináció valószínűsége olyan nagy, hogy az elektron, mint szabad töltéshordozó rövid idő alatt megszűnik. Hasonló körülmények közé kerül a lyuk is az N-szennyezettségű rétegben. Ily módon az átmenet környezetében a félvezető kristály töltéshordozókban elszegényedik és egy tértöltésű tartomány keletkezik, amelyet helyhez kötött donor-, illetve akceptor ionok alkotnak. Ez az Nréteg pozitív töltésű donorionjaitól, a P-réteg negatív akceptorionjai felé irányuló elektromos teret hoz létre. A többségi töltéshordozókból álló diffúziós áram nagysága az átmenet környezetében kialakuló erőtér gyors növekedésének hatására fokozatosan csökken. Az elektromos tér által átsodort kisebbségi töltéshordozók úgynevezett sodródási árama igen csekély. A többségi töltéshordozók további diffúziója a szomszédos területek felé megszűnik és kialakul egy energiaegyensúly, amely állandó szinten tartja az átmeneten a potenciálkülönbséget.


-1-

Tubics József

4.A. ISMERTESSE AZ EGY P-N ÁTMENETES FÉLVEZETŐ ESZKÖZÖK FIZIKAI FELÉPÍTÉSÉT ÉS MŰKÖDÉSÉT! CSOPORTOSÍTSA A FÉLVEZETŐ DIÓDÁKAT ALKALMAZÁSI TERÜLETEIK ALAPJÁN! RAJZOLJA LE A JELLEMZŐ KARAKTERISZTIKÁKAT ÉS ÉRTELMEZZE A FELHASZNÁLÁS SZEMPONTJÁBÓL FONTOS PARAMÉTEREKET! A félvezető dióda olyan elektronikai félvezető eszköz, a mely egy f ém-, ü veg- vagy műanyagtokba zárt kivezetésekkel ellátott PN-átmenetet tartalmaz. A rajzjel háromszögrésze a P-tartományt (anód) szimbolizálja, míg a függőleges vonalrésze az Ntartományt (katód). A PN-átmenet a rákapcsolt feszültség polaritásától függően nyitó-, vagy záróirányban működtethető. Nyitóirányú a félvezető dióda előfeszítése, ha a P tartomány az N-réteghez képest pozitív feszültséget kap, ellenkező polaritás e setében záróirányú előfeszítésről beszélünk. Ha a félvezető dióda nyitóirányú polarizálással van bekötve a dióda által képviselt ellenállás nagyon kis értékű. Záróirányú polarizálás esetén a dióda ellenállása igen nagy értékű. A dióda tehát nyitóirányban átengedi az e lektromos áramot, záróirányban pedig lezárja, ezért a félvezető diódának egyenirányító hatása van. A félvezető dióda nyitóirányú előfeszítése (polarizálása): A dióda nyitóirányú előfeszítése esetén a tértöltési tartományban kialakult villamos térerősség (E0) egy alacsonyabb E0-EF szintre gyengül, míg a potenciálgát értéke egy UD-UF értékre csökken. A nyitóirányú előfeszítés csökkenti a diffúziós feszültséget, amely megakadályozza a többségi töltéshordozók vándorlását.

Kis nyitóirányú feszültség esetén (UF < 100mV) csak nagyon kis erősségű áram folyik, azaz a PN-átmenet még viszonylag nagy ellenállású. A feszültség növelése eleinte kis mértékű áramnövekedést eredményez, majd egy bizonyos feszültségszinttől (Si-diódánál 0,6V) nagyon erős áramnövekedés figyelhető meg. Ameddig a külső UF feszültség nem egyenlíti ki a diffúziós-feszültség értékét, a dióda árama a nyitófeszültség függvényében exponenciálisan nő. A nyitóirányú feszültséget tovább növelve, a dióda ellenállásként viselkedik és a karakterisztika lineáris jelleget mutat. Ha a külső feszültség értéke kompenzálja a diffúziós feszültség értékét, a belső potenciálgát megszűnik és a PN-átmenet ellenállásként viselkedik. A feszültség-áram karakterisztika UF > UD feszültségértékre gyakorlatilag lineárisnak tekinthető. A nyitóirányú áram értéke függ a hőmérséklettől, mivel a hőmérséklet


-2-

Tubics József

növekedésével a t ermikus t öltéshordozók s záma exponenciálisan nő, a dióda nyitóirányú karakterisztikája balra tolódik. A félvezető dióda záróirányú előfeszítése (polarizálása): A dióda záróirányú előfeszítése esetén a tértöltési tartományban kezdetben kialakult villamos térerősség (E0) egy E0 + ER szintre felerősödik, míg a potenciálgát értéke UD + UR értékre nő. A tértöltési zóna a félvezetőben a záróirányú feszültség függvényében kiszélesedik. A PN -átmeneten záróirányú polarizálása esetén nagyon kis értékű áram halad át, amelynek értéke független a rákapcsolt zárófeszültségtől. Ezt az áramot záróirányú áramnak vagy visszáramnak nevezzük. A záróirányú áram nagysága a hőmérséklet növekedésével exponenciálisan nő. Állandó hőmérsékleten nulla záróirányú feszültség esetén a visszáram is nulla.

A kisebbségi töltéshordozók áramlása már igen kis záróirányú feszültség esetén megindul és a visszáram néhány tized voltnál telítésbe kerül. Az U R záróirányú f eszültséget tovább n övelve a ka rakterisztikán eg y kr itikus f eszültségértéket ér ünk el ( UZ – letörési feszültség), ahol a visszáram először kismértékben, majd rohamosan növekszik. A karakterisztikának e zt a s zakaszát letörési ta rtománynak nevezzük. A gyors áramnövekedés két jelenség, általában együttes fellépésének tulajdonítható: 1. Zener-letörés: a kialakuló villamos tér erőhatása elektronokat szabadít ki a félvezető kristály kötéséből, amelyek szabad töltéshordozóként részt vesznek az áram létrehozásában. A Zener-letörés mindkét oldalon erősen szennyezett zónájú diódákban lép fel (Zener-diódák). 2. Lavinaletörés: ha a záróirányú feszültség túllép egy kritikus értéket (UZK), a félvezetőben jelenlevő szabad elektronok akkora mozgási energiára tesznek szert, hogy ütközéseik révén további elektronokat szabadítanak ki az atomi kötésekből. Ennek következtében lavinaszerű töltéshordozó-sokszorozás indul meg. A félvezető dióda teljes karakterisztikája: A félvezető diódák I=f(U) karakterisztikájának meghatározására alkalmas kapcsolásban alkalmazott feszültségforrás, változtatható kimeneti feszültséget kell biztosítson. A jelleggörbéből meghatározható a diódák ellenállása: egyenáramú el lenállás ( RF = U F / I F); differenciális ellenállás (rF = ∆UF / ∆IF).


-3-

Tubics József

A dióda teljes karakterisztikáján négy különböző tartományt különböztetünk meg: I. Letörési ta rtomány: kis záróirányú feszültségváltozás hatására nagy áramváltozás következik be. Az egyenáramú- és differenciális ellenállás értéke gyakorlatilag nullának tekinthető. Az átmeneten átfolyó visszáram igen nagy értéket vehet fel, amelyet korlátozni kell. II. Zárási t artomány: a visszáram telítési jelleget mutat. Az egyenáramú- és differenciális ellenállás értéke nagyon nagy. A dióda egyenfeszültség és váltakozófeszültség esetén is szakadásként viselkedik. III. Nyitóirányú t artomány, e xponenciális s zakasza ( UF ≤ UD): a diódán átfolyó áram a nyitóirányú feszültség növekedésével exponenciálisan nő. A PN-átmenet egyenáramú ellenállása ugyanakkor egyre kisebb lesz. IV. Nyitóirányú ta rtomány, l ineáris s zakasza ( UF ≥ UD): a diódán folyó áram minimális mértékben függ a nyitóirányú feszültség változástól. A dióda kis értékű elektromos ellenállásként viselkedik.


-4-

Tubics József

A félvezető diódák csoportosítása: a. Egyenirányító di ódák: váltakozó áram egyenirányítására, azaz egyenárammá való átalakítására használják. b. Zener diódák: feszültségstabilizálásra és feszültséghatárolásra használják. c. Tűsdiódák: főleg híradástechnikában alkalmazzák magas frekvenciás detektorokban, frekvenciaváltó áramkörökben és kapcsoló áramkörök alkotóelemeként. d. Kapacitásdiódák: rezgőkörök feszültségvezérelt hangolására és frekvenciamodulációt megvalósító áramkörökben használják. e. Alagútdiódák: magas frekvencián alkalmazzák detektálásra, rezgéskeltésre és erősítésre. f. Schottky di ódák: gyorsműködésű digitális integrált áramkörök részegységeként alkalmazzák.


-1-

Tubics József 13. b

5.A. ISMERTESSE A ZENER DIÓDA MŰKÖDÉSÉT, ÉRTELMEZZE A KARAKTERISZTIKA ALAPJÁN LEGFONTOSABB JELLEMZŐIT! RAJZOLJA FEL A ZENER DIÓDÁS ELEMI STABILIZÁTOR KAPCSOLÁSI RAJZÁT ÉS MAGYARÁZZA EL MŰKÖDÉSÉT! ISMERTESSE A KAPACITÁSDIÓDA, A NAGYFREKVENCIÁS DIÓDA, A SCHOTTKY DIÓDA ÉS AZ ALAGÚTDIÓDA KARAKTERISZTIKÁJÁT, LEGFONTOSABB HASZNÁLATI JELLEMZŐIT! Zener-dióda működése: A Zener-diódák a PN-átmenet azon tulajdonságát használják ki, hogy közelítőleg állandó értékű a záróirányú feszültség a ki vezetései között, ha l etörési tartományban működik. Nyitóirányú működésük megegyezik a nor mális Si -diódákéval. Z áróirányban a PN-átmenet szennyezésétől függő UZK Zener-feszültségig n agy e llenállást, a Z enerfeszültség el érése u tán ki s el lenállást kép viselnek. A Zener-dióda félvezető rétegeinek szennyezése erősebb, mint más diódák esetében, mivel a letörési feszültségszintet csökkenteni kell és megfelelően kis értékű differenciális ellenállás csak így érhető el. A le törési tartományban t apasztalható k is e llenállású ál lapot a Zener-hatás és lavinahatás (lásd: 4atétel) együttes következménye. Zener-dióda jelleggörbéje, tulajdonságai: I. Nyitótartomány: nyitó irányú polarizálás esetén a Zener-dióda karakterisztikája megegyezik egy közönséges Si-dióda karakterisztikájával (UD=0,7V). II. Zárótartomány: nagyon kis értékű zárási áram folyik, amely a diódának nagyon nagy záróirányú ellenállást biztosít. III. Könyöktartomány: ebben a tartományban kezdődnek meg a letörési jelenségek. Erősen szennyezett szilíciumdiódák letörési feszültsége 6V-nál kisebb, és a letörési mechanizmus alapja a Zener-letörés. Ha gyengébben szennyezett az átmenet, akkor a lavinaletörés lesz a fellépő jelenség. IV. Letörési tartomány: kis feszültségváltozás nagy áramváltozást eredményez. Ezek a változások határozzák meg a Zener-dióda, nagyon kis értékű rZ differenciális ellenállását. A differenciális ellenállás értéke a letörési tartományban meghatározza a Zener-dióda feszültségstabilizálási képességét. Minél kisebb a differenciális ellenállás, annál jobb a feszültségstabilizálási képesség.


-2-


Jelleggörbét jellemző mennyiségek: kis értékű záróirányú áramok esetén a feszültség erőteljesen változik az áram változásával, tehát a differenciális ellenállás nagy értékű, ezért a Z ener-dióda működési tartományának alsó határát egy, IZmin minimális Z ener-áram határozza m eg. A fellépő áram értéke nem lépheti túl az IZmax maximális Z ener-áram szintet a d ióda m aradandó k árosodása né lkül, ezért célszerű áramhatárolást alkalmazni, melyet legegyszerűbb egy ellenállással megvalósítani. Az UZK jellemző Zener-feszültségen általában azt a feszültséget értjük, amely esetén egy meghatározott IZK záróirányú ár am folyik. A m inimális (IZmin) és m aximális ( IZmax) Z ener-áram között elhelyezkedő jelleggörbe szakaszt működési tartománynak nevezzük. Zener-diódás elemi stabilizátor: A letörési tartományban működő Zener-dióda kis differenciális belső ellenállásán (rZ), nagy ár amváltozás m ellett i s c sak k is f eszültségváltozás j ön l étre. Az R előtét ellenállást (a bemeneti feszültségingadozásokat veszi fel) és a dióda típusát a következő szempontok szerint kell megválasztani: 1. Ikimin és Ubemax esetén, a diódán átfolyó áram a megengedhető maximum alatt legyen 2. Az Ikimax és az Ubemin együttes értéke mellett a dióda árama nullánál nagyobb legyen, mert így a dióda munkapontja a lineáris Zener-tartományban marad. A Zener-dióda munkapontja a bemeneti feszültségváltozástól függetleníthető, ha az R helyére áramgenerátort kapcsolunk. Ha a beállítás olyan, hogy Iki << IZ, akkor a munkapont állandó, legfeljebb IZ hőmérsékletfüggése miatt változhat csekély mértékben.

Kapacitásdióda: A félvezető dióda tértöltési tartománya a diódával párhuzamosan kapcsolt kapacitásként viselkedik. Az átmenet két oldalán található különböző típusú töltéshordozók páronként elemi kondenzátorokat képeznek. Ezeknek az elemi kondenzátoroknak a párhuzamos kapcsolásából alakul ki az átmenet eredő kapacitása, melyet Cs záróréteg-kapacitásnak nevezünk. A záróréteg-kapacitás a legtöbbször károsan befolyásolja a dióda működését, mivel magas frekvencián kicsi impedanciája rövidrezárja a PN-átmenetet, megszüntetve ennek egyenirányító tulajdonságát. A kapacitás diódák különleges felépítésű Si-diódák, amelyek feszültséggel szabályozható kapacitásként működnek. Éles PN-átmenet esetén a záróréteg-kapacitás a zárófeszültség négyzetének reciprokával egyenlő.


-3-


A kapacitásdióda rezgőkörök feszültségvezérelt hangolására és frekvenciademodulációt megvalósító áramkörökben szokták alkalmazni (TV vevőkészülék hangoló egysége).

A záróréteg-kapacitás feszültségesése

Nagyfrekvenciás dióda (tűsdióda): A félvezető alapanyagból (Ge, Si) kis lemezt készítenek, amelynek felületére egy rugós alakra hajlított hegyes huzalt (tűt) helyeznek és áramimpulzus segítségével összehegesztik a kristállyal. A huzal ötvözőanyagként megfelelő akceptoratomokat tartalmaz (Wolfram), amelyek az áramimpulzus hatására bekövetkező erős felhevülés során behatolnak az N-típusú félvezetőkristályba, és nagyon kis átmérőjű és mélységű P-típusú tartományt alakítanak ki. A tű hegye körül így alakul ki a mikro-átmenet. A tűs diódák nagy előnye, hogy az átmenet kicsiny felülete miatt igen kicsi a rétegkapacitása. Ezért alkalmas nagyfrekvenciás működésre is. A semleges rétegek soros ellenállása meglehetősen nagy, ezért karakterisztikája elég erősen eltér az ideálistól. A tűsdiódák egyik különleges típusa az aranytűs dióda, amely egyesíti a tűs és a rétegdióda előnyeit. Az aranytűs dióda 30÷50 MHz frekvenciahatárig alkalmazható. Főleg a híradástechnikában al kalmazzák m agasfrekvenciás de tektorokban, f rekvenciaváltó áramkörökben és kapcsoló áramkörök alkotóelemeként. Schottky-diódák: A Schottky-diódák egy fém-félvezető közötti átmenet tulajdonságait használják ki. Az N-szennyezettségű félvezető rétegre vékony aranybevonatot visznek fel a fém vákuumban történő párologtatásával. A f ém-félvezető felületen keresztül diffúziós folyamatok indulnak el, amelynek során az N-rétegből elektronok vándorolnak át a fémrétegbe. A diffúzió k övetkeztében a z é rintkezési fe lület k ét o ldalán té rtöltési-zóna é s e bben e gy potenciálgát alakul ki. A záróirányú áram értéke igen csekély. A Schottky-diódák nagyon magas frekvenciákig működnek kielégítően (GHz). Nyitóirányú feszültségesésük csupán 0,3÷0,4 V. A gyakorlatban a gyorsműködésű digitális integrált áramkörök részegységeként alkalmazzák. Alagútdiódák: Az alagútdióda egy nagymértékben szennyezett P++N++ -átmenetből áll. A félvezető rétegek erős szennyezése következtében, már kis záróirányú feszültségek esetén is kis ellenállású ál lapotba k erül. N yitóirányú polarizálás e setén j elleggörbéjén e gy ne gatív jelleggörbe-tartomány i s k ialakul (PV-szakasz). A jelleggörbe P és V pontja között a dióda differenciális ellenállása negatív előjelet vesz fel. Ezt a jelenséget nagyon előnyösen használják ki rezgőkörök csillapításának megszüntetésére. A megfelelő hatásfok el érése érdekében főleg magasfrekvencián (1÷100 GHz) alkalmazzák detektálásra, rezgéskeltésre és erősítésre.


-4-

Alagútdióda jelleggörbéje



-1-


6.A.ISMERTESSE A BIPOLÁRIS TRANZISZTOROK FELÉPÍTÉSÉT ÉS MŰKÖDÉSI ELVÉT! RAJZOLJA FEL KARAKTERISZTIKÁIT, MAGYARÁZZA EL A KARAKTERISZTIKA MÉRÉSSEL TÖRTÉNŐ FELVÉTELÉNEK MENETÉT! JELLEMEZZE A TRANZISZTORT ALAPEGYENLETEIVEL, NÉGYPÓLUS-PARAMÉTEREIVEL! HELYETTESÍTŐ KÉP ALAPJÁN ISMERTESSE FREKVENCIAFÜGGŐ TULAJDONSÁGAIT! Felépítés, működési elv: A bipoláris tranzisztor háromelektródás eszköz amely három, egy kristályban kialakított N-P-N vagy P-N-P elrendezésű, szennyezett félvezető tartományból áll. Ennek megfelelően megkülönböztetünk N PN, i lletve P NP t ranzisztorokat. Az eg yes t artományok: e mitter ( E) – töltéshordozókat k ibocsátó e lektróda; báz is ( B) – vezérlő elektróda; kollektor (C) – töltéshordozókat gyűjtő elektróda.

NPN tranzisztor

PNP tranzisztor

Az emitter és kollektor megközelítőleg azonos szennyezettségű és mindkét típusú tranzisztornál erősebben szennyezett, mint a bázistartomány. A bázis alacsony szennyezettsége miatt a szabad töltéshordozók száma kicsi, ezért a bázisrétegnek kicsi a vezetőképessége. Normális működés esetén az emitter és a bázis közötti PN-átmenet vezetési irányban, a bázis és a kollektor közötti PN-átmenet pedig záró irányban kell üzemelnie. Kis jelű Si-tranzisztorok esetén az UBE=0,6÷0,8V, az UCE=5÷18V.

NPN tranzisztor PNP tranzisztor A bipoláris tranzisztorok előfeszítése

Az NPN és PNP tranzisztor elvi működése megegyezik. A PNP tranzisztor többségi töltéshordozói a lyukak, kisebbségi töltéshordozói az elektronok. Az NPN tranzisztorok esetén az e lektronok a t öbbségi t öltéshordozók, a l yukak p edig k isebbségi t öltéshordozóként viselkednek. A bázis-emitter átmenet nyitó irányú előfeszítése lehetővé teszi az emitter tartományban található lyukak rendezett mozgását (IE). A bázistartomány kiürített rétegnek tekinthető a kollektor-bázis átmenet záróirányú előfeszítése, a bázisréteg kicsi szennyezettsége és vékonysága miatt. Ennek következtében a bázistartományba jutott lyukak elenyésző része rekombinálódik az itt található elektronokkal és létrehozza a kis értékű bázisáramot (IB). Mivel a lyukak a bázistartományban kisebbségi töltéshordozónak számítanak, diffúzióval a kollektor tartományba áramlanak és létrehozzák a kollektor elektródán keresztül az IC áramot. A tranzisztor többségi töltéshordozói áramelágazást hoznak létre, melynek összetevői az emitteráram, a bázisáram és a kollektoráram. Az e mitteráram a k ollektor- és a báz isáram összegeként adódi k: IE= IB+ IC. A tranzisztorban létrejövő áramelágazást, egy árameloszlási


-2-


IC i egyenáram és α = C váltakozó ár am e setén. A a tranzisztor IE iE nagyjelű, vagy egyenáramú áramerősítési tényezője,α pedig a kisjelű vagy váltakozó áramú áramerősítési tényezője. Számértékük közelítően megegyezik. tényezővel fejezik ki: A =

A t ranzisztorokon há rom f eszültség l ép f el: a z U CE, a z U BE és az U CB feszültség. Kirchhoff második törvényének megfelelően: UCE=UCB+UBE. A tranzisztort az UBE feszültség révén az IB bázisáram vezérli. Segítségével változtatható az emitterben áramló lyukak, illetve elektronok mennyisége, ami az emitter és a kollektoráram értékét meghatározza. Ha UBE=0 akkor, IB=0 és IC=0. Ekkor a kollektor és az emitter szakasz ellenállása nagy. Ha a báz is-emitter fe szültség tú llépi a b ázis-emitter hat árréteg z árófeszültségét, m egindul a bázisáram. Az UBE feszültség és az IB növelésével az IC kollektoráram nő és a kollektor-emitter szakasz e llenállása f okozatosan c sökken. A z U BE és I B adott é rtékén a tranzisztor te ljesen kivezérelté válik és a kollektor-emitter szakasz ellenállása eléri a legkisebb értékét. Tranzisztor karakterisztikái: A négypólusként ábrázolt tranzisztor egyértelműen jellemezhető a ki- és bemenetén fellépő feszültségekkel és áramokkal. A négy jellemzőt összekapcsoló függvények grafikus ábrázolása révén kapjuk a tranzisztor karakterisztikáit. Tranzisztor jelleggörbéi báziskapcsolásban:

Báziskapcsolásban fellépő feszültségek és áramok, NPN tranzisztor esetén

-

Bemeneti j elleggörbék: a bemeneti karakterisztika az IE és az UBE közötti kapcsolatot ábrázolja, ha UCB biztosított. A jelleggörbe exponenciális változást mutat.

-

Kimeneti jelleggörbék: az IC és az UCB közötti kapcsolatot ábrázolja, különböző emitteráramoknál. A jelleggörbe megközelítően vízszintes egy adott IE értékre, tehát a kollektoráram nagyon kis mértékben függ a kollektor-bázis feszültség nagyságától.

bemeneti jelleggörbe

kimeneti jelleggörbék


-3-


Tranzisztor jelleggörbéi emitter kapcsolásban:

Emitter kapcsolásban fellépő feszültségek és áramok, NPN tranzisztor esetén

-

Bemeneti jelleggörbék: az UBE és az IB közötti kapcsolatot ábrázolja. Hasonló a nyitóirányú dióda jelleggörbéhez.

-

Kimeneti j elleggörbék: az IC és az UCE közötti viszonyt ábrázolja. Az egyes jelleggörbék meghatározott bázisáram értékekre érvényesek, amelyet a karakterisztika felvétele során állandó értéken kell tartani.

bemeneti jelleggörbe

kimeneti jelleggörbe

Áramokra vonatkozó átviteli (transzfer) jelleggörbék: Ezt a jelleggörbét áramvezérlési jelleggörbének is nevezik. A kollektoráram és a bázisáram összetartozó értékeit adják meg, állandó UCE feszültségnél.

Áramvezérlési jelleggörbék

Tranzisztor alapegyenletei, négypólus paraméterei: Aktív működés közben folyó áramokra IC=A*IE+ICB; IB=(1-A)*IE-ICB. Négypólus paraméterek (hibrid): h11 =

u BE iB

vonatkozó alapegyenletek: IE=IC+IB; ; h21 =

uCE = 0

iC iB

; h 22 = uCE = 0

iC u CE

. iB = 0


-4-

hibrid paraméteres helyettesítő kép


admittancia paraméteres helyettesítő kép

Tranzisztor frekvenciafüggése: A belső kapacitások miatt a tranzisztor vezérelhetősége nagyfrekvenciás irányban romlik, ugyanakkora bemeneti áramváltozás kisebb kimeneti áramváltozást hoz létre, vagyis az áramerősítési tényezők nagyfrekvencián csökkennek. A váltakozó áramú helyettesítő kapcsolásban a csatoló kondenzátorokat közepes frekvencián, váltakozó áramú szempontból rövidzárnak tekintjük. Alacsonyabb frekvenciákon ezek a k ondenzátorok s zintcsökkenést okoznak, mivel frekvenciafüggő feszültségosztót alkotnak az őket terhelő ellenállással. A s zintcsökkenés ál talában nem l ehet nagyobb mint 3 dB.

C be =

1 2 * π * f a * (rbe + R g )

C ki =

1 2 * π * f a * (rki + Rt )

Bemeneti csatolókondenzátor áramköre

Kimeneti csatolókondenzátor áramköre


-1-


7.A. CSOPORTOSÍTSA A TÉRVEZÉRLÉSŰ TRANZISZTOROKAT FELÉPÍTÉSÜK SZERINT, MAGYARÁZZA EL MŰKÖDÉSÜKET! KARAKTERISZTIKÁJUK ÉS HELYETTESÍTŐ KÉPÜK ALAPJÁN ÉRTELMEZZE JELLEMZŐIKET! SOROLJON FEL TIPIKUS ALKALMAZÁSOKAT! Felépítés, működési elv: 1. Záróréteges térvezérlésű tranzisztor ( JFET): a JFET csatornáját a félvezető térfogatában két záróirányban polarizált PN-átmenet határolja. Ezt a fajta tranzisztort N é s P c satornás v áltozatban k észítik. A csatorna két végére fémezéssel kapcsolt elektródák a D d rain és a z S s ource. A vezérlőelektróda a G gate. A JFET tranzisztor szerkezetét egy nagyon vékony gyengén szennyezett réteg alkotja, amely két erősen szennyezett, a csatornával ellentétes szennyezettségű félvezető réteg között helyezkedik el. Ha a csatorna két elektródájára feszültséget kapcsolunk (UDS) és a gate elektróda feszültsége (UGS) nulla, a két PN-átmenet záró irányú polarizálást kap. Az N -típusú csatornában a D dr ain e lektródától az S s ource e lektróda f elé ár amló e lektronok árama U GS= 0 f eszültségnél a l egnagyobb, mivel e bben az e setben a c satorna szélessége m aximális. Ezen t ulajdonsága m iatt, a z áróréteges térvezérlésű tranzisztorokat önvezetőknek is nevezzük.

Elvi felépítés

Zárórétegek

Minél nagyobb a zárófeszültség annál kisebb a vezetőréteg keresztmetszete, tehát az ellenállása is. A csatorna-ellenállás növekedése a csatornán folyó ID áram csökkenését eredményezi. A zá róréteg szé lessége a z UGS feszültség s egítségével vezérelhető. A szükséges vezérlőteljesítmény minimális értékű, mivel a kisebbségi töltéshordozók mozgásának eredményeképpen egy elhanyagolható nagyságú záróirányú áram folyik. Az UGS feszültségnek a vezérelhetőség biztosítása miatt N csatornás JFET esetén negatívnak, míg P csatornás eszköz esetén pozitívnak kell lennie. Az UDS feszültség N csatornás JFET esetén pozitív, P csatornás esetén negatív. 2. Növekményes ( önzáró) t ípusú M OSFET: a tranzisztor aktív része egy P-típusú, gyengén szennyezett Si alapkristályból áll, amelyet szubsztrátnak neveznek. Az alapkristályban kér erősen szennyezett N-típusú vezető szigetet alakítanak ki, amelyek csatlakozással ellátva a tranzisztor S source- és D drain-elektródáját alkotják. A kristály külső felületén termikus oxidációval nagyon jó szigetelő tulajdonsággal rendelkező szilícium-dioxid fedőréteget növesztenek, amelyen az S és D csatlakozások számára ablakot hagynak. A szigetelő rétegre vékony fémréteget visznek fel, ez lesz a gate vezérlőelektróda, amely ily módon elszigetelődik a kristálytól. Ha a gate elektróda szabadon van, bármilyen polaritású feszültséget kapcsolunk a drain é s a s ource k özé, a t ranzisztor zárva m arad, az az ne m f og ár am folyni a k ét


-2-


kivezetés között. A gate-elektródára pozitív feszültséget kapcsolva a source-hoz képest a szubsztrátban elektromos tér keletkezik. A külső elektromos tért hatására a szubsztrátban található elektronok közvetlenül a SiO2 szigetelőréteghez vándorolnak, és az S és D elektróda között egy N-típusú vezetőcsatornát alkotnak. Az ID drain áram megindul. A csatorna vezetőképessége az UGS feszültséggel szabályozható.

Elvi felépítés

Rajzjel

A M OSFET t ranzisztornak az a j ellegzetessége, hogy U GS= 0 f eszültségnél l e va n zárva, ezért nevezik önzáró tranzisztornak. A növekményes elnevezés arra utal, hogy a csatorna elektrondúsulás révén keletkezik. 3. Kiürítéses (önvezető) típusú MOSFET: ha az SiO2 szigetelőréteg alatti szubsztrátban gyenge N-típusú szennyezést valósítanak meg, akkor vezetőképes összekötés lép fel az S é s D között ané lkül, hogy a gat e-elektródára f eszültséget k apcsolnánk. Az ilyen felépítésű tranzisztort önvezető MOSFET-nek nevezik. Az önvezető MOSFET esetén ID≠0, ha UGS=0. Vezérlése mind pozitív, mind negatív gate-feszültséggel lehetséges. Két üzemmódban működhet: -

Dúsításos ü zemmód ( UGS>0): a pozitív gate-feszültség a csatorna elektronokkal való feldúsulásához és nagyobb vezetőképességhez vezet.

-

Kiürítéses ü zemmód ( UGS<0): a negatív gate-feszültség a csatorna elektronokban való elszegényedéséhez és vezetőképességének csökkenéséhez vezet.

Elvi felépítés

Feszültségviszonyok

A működés elvek érvényesek a P csatornás típusra is, ha megfordítjuk az alkalmazott feszültségek polaritását. Karakterisztikák: 1. JFET: mivel a bemeneti vezérlőáram gyakorlatilag 0-nak tekinthető, nem határozható meg bemeneti jelleggörbe. Az átviteli jelleggörbe esetén az UGS feszültségtartomány negatív. Azt a z UGS feszültséget, a melynél a z ID nulla, Up elzáródási feszültségnek nevezik. A kimeneti jelleggörbék, egyenként egy adott UGS feszültség mellett érvényesek. Megfigyelhető, hogy az U DS feszültség növekedésével nő az ID. Az U DS=Uk (könyökfeszültség) feszültségértéknél a cs atorna ker esztmetszete a d rain kö zelében eléri m inimumát, és ennek kö vetkeztében a f eszültség t ovábbi n övelése n em befolyásolja I D értékét, amely elér egy telítési értéket. A kimeneti karakterisztikát két tartományra osztjuk:


-3-


-

Elzáródás mentes t artomány ( UDS≤Uk): kis értékű UDS feszültségnél ID közelítően egyenesen arányos az UDS feszültséggel.

-

Elzáródásos tartomány (UDS>Uk): a tranzisztor drain árama csak az UGS feszültség függvénye.

Átviteli jelleggörbe

Kimeneti jelleggörbe

Jellemző adatok: -

Egy P munkapontra vonatkoztatva a JFET meredekségét (S), az átviteli ∆I D jelleggörbe meredekségével definiáljuk: S = ∆U GS U = állandó DS

-

Az ID áram, UDS-től való függését a differenciális kimeneti ellenállás ∆U DS (rDS) határozza meg: rDS = ∆I D U = állandó GS

-

A bemeneti ellenállás (rGS) nagyon nagy és közelítőleg állandó értéket képvisel

2. Növekményes M OSFET: az I D áram c sak ak kor j elenik m eg, ha az U GS feszültség túllép eg y h atárértéket, amely ahhoz szükséges, hogy az elektrondúsulás nagysága a csatornában megfelelő értéket érjen el és kialakuljon a vezető híd. Az U DS feszültéség növelésével a z I D áram eg y t elítési ér téket ér el. Ez a jelenség a gate és a drain közelében lévő csatorna potenciálkülönbségének csökkenésével magyarázható, amely a csatorna elektronokban való szegényedéséhez vezet.



Jellemző adatok: -

Az átviteli jelleggörbe S meredeksége egy P munkapontban a MOSFET ∆I D vezérlési tulajdonságát jellemzi: S = ∆U GS U = állandó DS


-4-


A kimeneti jelleggörbe meredeksége egy P munkapontban az eben a pontban érvényes, rDS differenciális kimeneti ellenállást adja meg: ∆U DS rDS = ∆I D U = állandó GS

3. Kiürítéses MO SFET: UGS=0V feszültségen egy bizonyos értékű ID áram folyik. Ha UGS>0, akkor a csatorna vezetőképessége és az ID nő. A kimeneti jelleggörbék magasabban helyezkednek el. Ha UGS<0, akkor a csatorna vezetőképessége és az ID csökken. A kimeneti jelleggörbék alacsonyabban helyezkednek el.



Helyettesítő kép: admittancia paraméterek source és drain kapcsolásokra vonatkozóan y11 =

i1 u1

y12 = − y 21 = −

y 22 =

⇒ u2 =0

i1 u2 i2 u1

i2 u2

y11s =

⇒

y12 s =

u1 = 0

⇒

y 21s =

u2 =0

⇒

y 22 s =

u2 =0

Inverz hibrid helyettesítő kép

iG u GS iG u DS iD u GS

iD u DS

≈0

⇒

y11d =

u DS = 0

≈0

⇒

y12 d =

uGS = 0

⇒

y 21d =

u DS = 0

⇒ uGS = 0

y 22 d =

iG u GS

≈0 u DS = 0

iG u DS

uGS = 0

iD u GS

u DS = 0

iD u DS

uGS = 0

≈0

Admittancia helyettesítő kép


-5-



-1-


8.A. ISMERTESSE A NÉGYRÉTEGŰ DIÓDA, A KÉTBÁZISÚ DIÓDA, A DIAC FELÉPÍTÉSÉT, MŰKÖDÉSI ELVÉT ÉS HASZNÁLATI JELLEMZŐIT! MAGYARÁZZA EL A TIRISZTOR ÉS A TRIAC MŰKÖDÉSÉT, RAJZOLJA FEL KARAKTERISZTIKÁJUKAT ÉS ÉRTELMEZZE LEGFONTOSABB JELLEMZŐIKET! SOROLJON FEL ALKALMAZÁSI PÉLDÁKAT! Felépítés, működési elv: 1. Négyrétegű dióda: szilícium alapú eszköz, amely négy egymás után kapcsolódó PNPN félvezető rétegből áll, három váltakozó irányú PN-átmenetet alkotva.

Elvi felépítés

Áramköri jelölések

A három PN-átmenet mindegyike egy-egy diódát alkot, amelyeket D1, D2 és D3 jelöl. A négyrétegű dióda anódja (A) erősen szennyezett P réteg, katódja (K) erősen szennyezett N réteg. A kö ztes r étegek s zennyezettsége l egalább két n agyságrenddel kisebb, ami záróirányban kis visszáramot és nyitóirányban nagy billenési feszültséget (UB) eredményez. 2. Tirisztortetróda: olyan négyrétegű tirisztor szerkezet, amelynek anódoldali és katódoldali kapuelektródáját is kivezették. Működésének jellegzetessége, hogy gyújtása illetve o ltása m indkét vezérlőelektródáján keresztül kiváltható. Rajzjel

3. DIAC: kétirányú, félvezető kapcsolóeszköz. Két s tabil üz emi ál lapota van, egy nagy ellenállású állapot, amelyet zárási vagy blokkolási állapotnak is neveznek és egy kis ellenállású állapot, amelyet vezetési állapotnak is neveznek. A vezetési állapotba való átmenet a rákapcsolt feszültség polaritásától függetlenül egy meghatározott UB0 feszültségnél, az áttörési feszültségnél következik be.

Kétirányú dióda

Kétirányú tirisztordióda

A D IAC al kalmazásai: a triac vezérlésére dolgozták ki. Leginkább érintkező nélküli kapcsolóelemként alkalmazzák. 4. Tirisztor: megegyezik a négyrétegű dióda felépítésével azzal a különbséggel, hogy egy további kivezetéssel, vezérlőelektródával rendelkezik. Két stabil üzemi állapotuk van: eg y nagy- és e gy k is e llenállású á llapot, am elyek k özött az át kapcsolás a vezérlőelektródán keresztül valósítható meg. Az elektródák elnevezése: anód (A); katód (K); vezérlőelektróda, vagy kapu (G). A vezérlőelektróda csatlakozási pontjától függően megkülönböztetünk, P vez érelt va gy katódvezérlésű tirisztorokat, é s N vezérelt vagy anódvezérlésű tirisztorokat.


-2-

Katódoldalról

anódoldalról vezérelhető


Rajzjel (általános, katód-, anód-vezérlésű)

Miután a tirisztor bekapcsol, megmarad ebben az állapotban függetlenül a kapuelektróda potenciáljától. Ez a tény különbözteti meg alapvetően egy tirisztor kapuelektródájának szerepét és egy tranzisztor bázisának szerepétől. A t irisztor nagy ellenállású állapotban van mindaddig, amíg az anód-katód feszültsége túl nem lépi az UB0 billenési f eszültséget é s anódár ama e l ne m éri az I L reteszelési á ramértéket. A vezetés megszűntetésére két lehetőség van: az anódáram csökkentése az IH tartóáram értékére; az anódfeszültség negatív polaritásának biztosítása.

Feszültség-áram jelleggörbék

Alkalmazása: váltakozó áramú körben gyújtásvezérlésre használják. 5. TRIAC: szerkezeti felépítése két antiparalell kapcsolású tirisztor egy kristályban való elhelyezésével. A Ti2 tirisztor csak akkor válik vezérelhetővé, ha a kapuelektróda kivezetése alá egy kis méretű N-típusú réteget visznek be.

Tirisztor antiparalell kapcsolása

Egyesítés egyetlen kristályba

Közös elektróda létrehozása

A tirisztorhoz has onlóan, a t riac k arakterisztikáján i s m egkülönböztetünk az anódfeszültség m inkét i rányában: vezetési ta rtományt; á tmeneti ta rtományt; blokkolási tartományt. A nyitott állapotba vezérlés négy különböző módon történhet. Ezeket gyújtási módusoknak nevezzük: az I. m ódusban a t riac a k arakterisztika I . térnegyedében működik. A II. m ódusban a vezérlőelektródára negatív feszültséget kapcsolnak. A III. m ódusban a triac a karakterisztika III. térnegyedében működik A IV. módusban a vezérlőelektródára pozitív feszültséget kapcsolnak. Alkalmazása: kis teljesítményű izzólámpa, elektromos fűtés vagy az egyfázisú váltakozó áramú motorok szabályozása. Konkrét alkalmazás: teljes hullámú szabályzó.


-3-

Áram-feszültség jelleggörbe



-1-


9.A. ÉRTELMEZZE AZ OPTOELEKTRONIKA ALAPFOGALMAIT! MAGYARÁZZA EL A FOTOELLENÁLLÁSOK, FOTODIÓDÁK, FOTOTRANZISZTOROK MŰKÖDÉSÉT, ÉS ÉRTELMEZZE JELLEMZŐ TULAJDONSÁGAIKAT! ISMERTESSE AZ OPTIKAI KIJELZŐK FELÉPÍTÉSÉT, MŰKÖDÉSÉT ÉS HASZNÁLATI JELLEMZŐIKET! MUTASSON BE PÉLDÁT AZ OPTOCSATOLÓ ALKALMAZÁSÁRA! Optoelektronikai alapfogalmak: Fényáram (fluxus, jele: φ): a fény terjedésére merőleges, tetszőleges nagyságú felületen időegység alatt áthaladó fényenergia mennyiség. Fénytechnikai mértékegysége a lumen (lm). Pontszerű fényforrás fényerőssége (jele: I): az a fényenergia mennyiség határozza meg, ∆φ amelyet időegység alatt az 1m sugarú gömb 1m2 felületén át kisugároz: I = , ahol Ω a ∆Ω térszög nagysága. Mértékegysége a candela (cd). A megvilágítás erőssége ( jele: E ): a szemlélő előtt megjelenő, megvilágított A felület ∆φ világosságára jellemző: E = . Mértékegysége a lux (lx). ∆A Fotoellenállás: A fotoellenállás egy záróréteg nélküli passzív félvezető elem, amely fénysugárzás hatására változtatja az ellenállását. Megvilágítás nélkül a fotoellenállásra nem esik fény, a töltéshordozók nincsenek gerjesztve, emiatt a fotoellenállás nagy ellenállást képvisel. Megvilágítás alatt a fény töltéshordozókat gerjeszt, így a fotoellenállás ellenállása kisebb értékű lesz. A fotoellenállás ellenállása a megvilágítás erősségének függvénye, és igen széles határok között változik. Állandó fényerősség esetén a fotoellenállás ellenállásának értéke a következőktől függ: a f otoellenállás al apanyagától é s szennyezettségének mértékétől; a megvilágított felület nagyságától; a vezető pálya alakjától. A fotoellenállások fontos jellemzője a sötétellenállás és a világos-ellenállás, valamint a maximális f otoérzékenység hullámhossza és a megszólalási idő. Az R0 sötétellenállás a fotoellenállás sötétben mért ellenállása. Az R1000 világos-ellenállás az 1000 lux megvilágítási erősség esetén mért ellenállásérték. A tr megszólalási idő az az idő, amely a sötét állapotot követően 1000 lux erősségű fénnyel megvilágított fotoellenállás esetén addig telik el, amíg az áram az R1000-nél érvényes értékének a 65%-át el nem éri. Alkalmasak lassú változást igénylő szabályozás- és vezérléstechnikai feladatok ellátására. Pl.: fénysorompók, közvilágítás-kapcsolók, megvilágítási erősség mérőkben és vészjelzőkben. A PN-átmenet viselkedése fényhatás esetén: H a megvilágítás hatására megfelelő energiával rendelkező fotonok hatolnak be a PNátmenetbe, akkor belső fényelektromos hatás következtében helyi töltéshordozó párok keletkeznek. A tértöltési tartományban jelenlevő villamos erőtér a keletkezett töltéshordozó párokat szétválasztja. A szétválasztott töltéshordozók kifelé folyó áramként megjelenhetnek a külső áramkörben. A fotoáram mind nyitóirányú, mind záróirányú külső feszültség esetén is záróirányban folyik. Fotodiódák: Különleges felépítésű félvezető diódák, amelyek PN-átmenete fénysugárzással megvilágítható. A fotodiódákat leggyakrabban záróirányban működtetik. Záróirányban pol arizálva, a m egvilágítás hat ására z áróirányú áramuk megnő. A zárási áram növekedése egyenesen arányos a megvilágítás erősségével. A


-2-


fotodióda S fényérzékenységét a zárási fotoáram és a megvilágítás hányadosaként határozzuk I  µA  meg: S = R   . E  lx  A fotodióda záró árama a megvilágítás erősségével arányosan növekszik, ezért különösen jól alkalmazhatók fénymérésre. Sok helyen alkalmazzák még a szabályozás- és vezérléstechnikában. Fototranzisztorok: Megvilágítható bázis-kollektor átmenettel rendelkező speciális szilíciumtranzisztorok. A záróirányban előfeszített PN-átmenet megfelelő megvilágítása esetén, a fellépő elektromos hatás révén keletkező töltéshordozók megnövelik ezt az áramot és IB=0 beállításban ennek az áramnak a (B+1)-szerese jelenik meg a kollektor körben. Tehát közös emitter kapcsolásban a kollektor a fototranzisztor B egyenáramú áramerősítési tényezőjének megfelelően megnövelt fotoáramot állít elő. Alkalmazási területei megegyeznek a fotodiódákéval, azonban nagyobb érzékenységet, de alacsonyabb határfrekvenciát biztosítanak.

Rajzjele és helyettesítő kapcsolása

Fénykibocsátó dióda (LED): Speciális felépítésű diódák, amelyek az elektromos energiát fényenergiává alakítják. Ezeknek a diódáknak az alapanyaga vegyület típusú félvezető. A ki s hatásfok ellenére számos előnyös tulajdonsággal r endelkeznek: hasznos k imeneti fényelőállításhoz alacsony áramot és feszültséget igényelnek; majdnem késedelem nélkül reagálnak a vezérlő jelre; n agyon ki csi h elyen el férnek, ü tésállók és élettartamuk nagy on na gy. A fotodióda fényerőssége egy bizonyos nyitóirányú áramértéken felül már nem változik számottevően. Mivel a fénydióda nagyon kis értékű dinamikus ellenállással rendelkezik nyitófeszültsége fölött, ezért általában áramgenerátoros táplálást alkalmaznak. Elsődlegesen jelző és kijelző-elemként kerülnek felhasználásra különböző műszerelőlapokon, hétszegmenses és alfanumerikus kijelzőkben. Lézer dióda: A lézer fény kibocsátására és erősítésére alkalmas eszköz, amelynek működése a kényszerített fénykibocsátás jelenségén alapszik. A dióda alapanyaga vegyület típusú félvezető. A hagyományos fénydiódákhoz viszonyított előnyük: nagy, 20% f eletti át alakítási hatásfok; v iszonylag nagy s ugárzási te ljesítmény; a kibocsátott f ény r endkívül ki csi széttartása. Alkalmazzák információk digitális rögzítésére és olvasására alkalmas berendezésekben (CD lemezjátszó, CD ROM) és az üvegszálas digitális információátvitelben. Folyadékkristályos (LCD) kijelzők: Eltérően a fénydiódáktól nem bocsátanak ki fényt, hanem csak külső megvilágítás esetén láthatók. Működésük a folyadékkristályok azon tulajdonságán alapszik, hogy külső elektromos feszültség hatására változtatják fénytani tulajdonságaikat. A folyadékkristály külső feszültség nélkül átlátszó, külső feszültség esetén pedig sötét. A f olyadékkristályok ol yan s zerves


-3-


vegyületek, a melyek s zilárd- és f olyékony h almazállapotban i s úgy v iselkednek, m int a kristályok. Térvezérlésű folyadékkristályos kijelzők: alapállapotban a folyadékkristályok átengedik a fénysugarakat. Ha a folyadékkristályokat megfelelően nagy erősségű elektromos térbe helyezzük, a folyadékot alkotó molekulák térbeli elhelyezkedése megváltozik, és az anyag zavaros lesz. Megvilágítás hatására a zavaros folyadék tejfehérnek látszik. Ez a jelenség a villamos tér megfelelő térbeli alkalmazásával, tetszőleges karakterek megjelenítését teszi lehetővé. A kijelzőket kondenzátorszerűen alakítják ki; a két fegyverzetre feszültséget kapcsolva állítják elő a szükséges elektromos teret. A vezérléshez váltakozó feszültséget használnak, mivel az egyenfeszültség elektrolízist indít el, ami a folyadékkristály élettartamát jelentősen csökkenti. A váltakozó feszültség frekvenciája legalább akkora legyen, hogy a szem számára ne legyen érzékelhető a villódzó hatás. Dinamikus szórás elvén működő folyadékkristályos kijelzők: működésükhöz nagy vezérlőteljesítmény szükséges. Az elektromosan vezető folyadékkristályban a rákapcsolt váltakozó feszültség hatására részecskemozgás indul meg, aminek következtében a folyadék zavaros lesz. Megvilágítás hatására a zavaros részek kifehérednek. Főleg nagyméretű kijelzők esetén kerülnek felhasználásra. Numerikus kijelzők: Decimális számok kijelzését teszik lehetővé. A legegyszerűbb megoldás az úgynevezett hétszegmenses kijelző, amely több egyedi elem felhasználásával több számjegy egyidejű megjelenítésére alkalmas. A nagyszámú csatlakoztatás csökkentése miatt a hétszegmenses kijelzők egyik kivezetése közös mindegyik szegmens-elem esetén. A szegmensek vezérlését integrált áramkörös dekódolókkal oldják meg. Alfanumerikus kijelzők: Számjegyek és betűk megjelenítésére használják. Az alfanumerikus kijelzők csoportjában két típust különböztetünk meg: 16 szegmenses és pont-mátrix kijelzőket. A 16 szegmenses kijelző vezérlése speciális, digitális integrált áramkörökkel történik. A pontmátrix kijelzők jobb felbontással rendelkeznek, mint a 16 szegmenses kijelzők. A nagyszámú kijelző elem gazdaságos vezérlése az oszlopok multiplexelésével oldható meg.

16 szegmenses kijelző

35-ös pont-mátrix kijelző


-1-

Tubics József

10.A. ISMERTESSE A FÖLDELT EMITTERES ALAPKAPCSOLÁS MUNKAPONT-BEÁLLÍTÁSÁNAK SZEMPONTJAIT ÉS MÓDSZEREIT! MAGYARÁZZA EL A KISJELŰ VEZÉRLÉS JELLEMZŐINEK MEGHATÁROZÁSI MÓDJÁT HELYETTESÍTŐ KÉP ALAPJÁN! ÉRTELMEZZE A KAPCSOLÁS FREKVENCIAFÜGGÉSÉNEK OKAIT KIS- ÉS NAGYFREKVENCIÁS TARTOMÁNYBAN! Munkaponti adatok meghatározása: A kapcsolás munkapontját bázisellenállással vagy bázisosztó alkalmazásával állíthatjuk be. A bemenet a bázis-emitter, a kimenet a kollektor-emitter, a közös elektróda az emitter. A kapcsolást felépítő elemek, és az ok szerepe: -

R1, R2 munkapont-beállító

-

RE munkapont-beállító és munkapont-stabilizáló

-

RC munkapont-beállító, és munkaellenállás

-

Cbe, Cki egyenfeszültség-leválasztó, valamint váltakozó feszültség csatoló

-

CE, az RE ellenállást váltakozó áramú szempontból rövidrezárja

-

T tranzisztor az erősítő elem

Földelt emitteres erősítő

A munkaponti adatokat szerkesztéssel az alkalmazott tranzisztor IC = f(UCE) karakterisztikái alapján, az egyenáramú munkaegyenes segí6ségével határozhatjuk meg. A szerkesztésnél az M-munkapontot az A-osztályú beállításra érvényesen, a munkaegyenes közepén kell felvenni. A kapcsolás egyenáramú munkaellenállása ebben az esetben RC+RE. Ha az UT, RC és az RE értékét ismerjük, a tranzisztor négy munkaponti adata (IC, UCE, IB, UBE) a karakterisztikáról leolvasható.

A tranzisztor IC=f(UCE) karakterisztikái


-2-

Tubics József

Munkapont beállítása: A bázisosztót alkotó ellenállások értéke, a munkaponti adatok segítségével U − U BE − I E * RE U + I E * RE meghatározható: R1 = T ; R2 = BE I0 + IB I0 Kisjelű vezérlés jellemzői:

Hibrid paraméteres helyettesítő kapcsolás

-

Feszültségerősítés: közepes működési frekvencián (1kHz) dolgozunk, tehát a kondenzátorok rövidzárnak tekinthetők. A feszültségerősítés a kimeneti fesz. és a bemeneti fesz. hányadosa:

  1 u ki = − h21 * i B *  × RC × Rt  , tehát   h22

u be = i B * h11

AU = − -

h21 h11

 1  × RC × Rt  *    h22

aU = 20 * lg AU

Áramerősítés: a kimeneti áram és a bemeneti áram hányadosa:

ibe =

u be R1 × R2 × h11 Ai = − AU *

iki = −

u ki Rt

R1 × R2 × h11 Rt

ai = 20 * lg Ai

-

Teljesítményerősítés: a teljesítményerősítés és áramerősítés abszolút értékének szorzata: A p = Au * Ai , a p = 10 * lg A p

-

Bemeneti e llenállás: az az ellenállás, amely az erősítő bemenetét lezárja, ha a meghajtó generátort nem vesszük figyelembe: rbe = R1 × R2 × h11

-

Kimeneti e llenállás: az az ellenállás, amely az erősítő kimenetét lezárja, amikor a 1 terhelő ellenállás nem terheli a kimenetet: rki = × RC h22

Frekvenciafüggés: A váltakozó áramú helyettesítő kapcsolásban a csatoló kondenzátorokat közepes frekvencián, váltakozó áramú szempontból rövidzárnak tekintjük. Alacsonyabb frekvenciákon ezek a kondenzátorok szintcsökkenést o koznak, mivel frekvenciafüggő feszültségosztót alkotnak az őket terhelő ellenállással. A s zintcsökkenés ál talában nem l ehet nagyobb mint 3 dB.


-3-

C be =

1 2 * π * f a * (rbe + R g )

C ki =

Tubics József

1 2 * π * f a * (rki + Rt )

Az e mitter k ondenzátor al acsony f rekvencián m ár s zakadás. K isfrekvenciás erősítéscsökkenést okoz, de megnöveli a kapcsolás bemeneti ellenállását is. Méretezésnél az a cél, hogy az erősítő alsó határfrekvenciáján is közelítően zárja rövidre az emitter ellenállást. CE =

10 2 * π * f a * RE


-1-

Tubics József

11.A. ISMERTESSE A FÖLDELT KOLLEKTOROS ÉS A FÖLDELT BÁZISÚ ALAPKAPCSOLÁSOK MUNKAPONT-BEÁLLÍTÓ MÓDSZEREIT! MAGYARÁZZA EL, HOGYAN HATÁROZHATÓK MEG A KAPCSOLÁSOK VÁLTAKOZÓ ÁRAMÚ JELLEMZŐI ÉS A FREKVENCIAFÜGGÉSÜK HELYETTESÍTŐ KÉP ALAPJÁN! SOROLJON FEL ALKALMAZÁSI TERÜLETEKET! Kollektor kapcsolású erősítőfokozat: A kollektor váltakozó áramú szempontból földpotenciálon van a t ápfeszültséget szolgáltató generátor pozitív pólusával együtt. A bemeneti jelgenerátor ebben a kapcsolásban a bázis és kollektor közé kapcsolódik, a kimeneti jel az emitter és a kollektor elektródák között áll rendelkezésre. Az el emek s zerepe és a kapcsolás m űködése: R1 és R2 munkapont-beállító; RE munkapont-beállító, munkapont-stabilizáló és munkaellenállás; Rt terhelő-ellenállás; Cbe, Cki egyenfeszültég-leválasztó és váltakozó feszültség csatoló kondenzátorok; T tranzisztor erősítő elem. Feltételezve, hogy a bemeneti feszültség a pozitív félperiódusban nő, ez a bemeneti csatolókondenzátoron keresztül növeli az UBE feszültségét és az IB áramot. A növekvő bázisáram felerősítve jelenik meg az emitter körben és az IE növekedése előidézi az RE emitterellenálláson eső feszültéség növekedését, tehát az uki kimeneti feszültség nő. A bemeneti jel az erősítő fokozaton keresztül, nem szenved f ázisfordítást. Megállapítható, hogy a z e mitterpotenciál k öveti a báz ispotenciált, ezért a ka pcsolást emitterkövető erősítőnek nevezzük. A tranzisztor egyenáramú munkapont beállítása ugyanúgy történik, mint az emitter kapcsolású erősítő fokozatoknál. Váltakozó feszültségű jellemzők: -

-

Feszültségerősítés: a kapcsolás feszültségerősítése megközelítően egységnyinek tekinthető és az erősítés során nincs fázisfordítás:   1 S *  × RE × Rt   .  h22 Au =   1 1 + S *  × RE × Rt    h22 Bemeneti ellenállás: rbe = R1 × R2 × [h11 + h21 * (RE × Rt )] r Áramerősítés: Ai = − Au * be Rt

-

Teljesítményerősítés: A p = Au * Ai

-

Kimeneti ellenállás: rki =

1 × RE h22

 h11 + R g × R1 × R2 ×  h21 

  


-2-

Tubics József

Alkalmazás: a közös kollektoros erősítőfokozatot, jellemzői alkalmassá teszik, hogy erősítők utolsó fokozataként alkalmazzák. A kapcsolás kis kimeneti ellenállása, jó illesztést valósít meg a terhelő-ellenállás és az erősítő között. Báziskapcsolású erősítőfokozat: Az egyenáramú munkapont-beállítás feszültségosztós megoldású, a munkapont hőmérsékletváltozás okozta eltolódásának kompenzálását emitterellenállás biztosítja. A báziskondenzátornak köszönhetően váltakozó áramú szempontból a bázis földpotenciálon van. Az elemek szerepe és a kapcsolás működése: R1, R2 munkapont-beállító; RE munkapont-beállító és munkapontstabilizáló ellenállás; RC munkapontbeállító és munkaellenállás; Rt terhelőellenállás; Cbe, Cki egyenfeszültégleválasztó és váltakozó feszültség csatoló kondenzátorok; CB a tranzisztor bázisát váltakozó áramú szempontból földeli; T tranzisztor erősítő elem. A bemeneti jel pozitív félperiódusában az emitterpotenciál nő, ami az UBE feszültség csökkenéséhez vezet, mivel a bázispotenciál állandó. A z U BE csökkenésének következményeként cs ökken a z I E és a z I C, am i az R C kollektorellenálláson eső feszültség csökkenéséhez vezet. Ez a kollektorpotenciál csökkenését eredményezi, és így az uki kimeneti feszültség növekszik. Megállapítható, hogy a k apcsolás nem fordít fázist. Váltakozó feszültségű jellemzők: -

Bemeneti ellenállás: rbe = RE ×

-

Kimeneti ellenállás: rki =

h11 h21

-

1 × RC h22 Feszültségerősítés: Au = S * (RC × Rt )

-

Áramerősítés: Ai = −

RC × Rt Rt

Alkalmazás: előnytelen be- és kimeneti ellenállás-viszonyai miatt általában magasfrekvenciás, hangolt erősítőkben alkalmazzák. A nagyfrekvenciás hangolt erősítők bemenetének és kimenetének transzformátoros illesztése viszonylag könnyen megoldható. A bemenet és a kimenet között elhelyezkedő bázisréteg hatására, csökken a bemenet és a kimenet között fellépő káros visszahatás.


-1-

Tubics József

12.A. MAGYARÁZZA EL A TÉRVEZÉRLÉSŰ TRANZISZTOROKKAL FELÉPÍTETT ALAPKAPCSOLÁSOK MUNKAPONT-BEÁLLÍTÁSÁNAK MÓDJÁT! ISMERTESSE HOGYAN HATÁROZHATÓK MEG HELYETTESÍTŐ KÉP ALAPJÁN A KAPCSOLÁSOK VÁLTAKOZÓ ÁRAMÚ JELLEMZŐI! Source kapcsolású erősítőfokozat: A ka pcsolás be menete a gat e-source, a k imenet a dr ain-source, a k özös e lektróda a source. A működés során a tápegység egyenáramú teljesítménye alakul át a vezérlő ug generátor által meghatározott ütemben váltakozó áramú teljesítménnyé, és az így felerősített feszültséget az Rt terhelés használja fel. Feltételezve, hogy az ube bemeneti feszültség pozitív irányban nő, ez a változás csökkenti az UGS záróirányú feszültséget, és az ID csatornaáram növekszik. A csatornaáram növekedése előidézi az RD ellenálláson eső feszültség növekedését, amely ugyanakkor az UDS feszültség csökkenését eredményezi. Ezt a változást a Cki csatolókondenzátor a kimenetre közvetíti, és így a kimeneti feszültség csökken. Mivel az u ki feszültség változása ellentétes irányú az ube feszültség változásával, a source-kapcsolás fázist fordít. Munkapont be állítása: a munkaponti adatokat I D = f (U DS ) U = állandó karakterisztikái alapján az GS

egyenáramú munkaegyenes segítségével határozzuk meg. A sze rkesztésnél a z M -munkapontot a z A osztályú be állításra é rvényesen, a m unkaegyenes közepén kel l f elvenni. A kapcsolás egyenáramú munkaellenállása eben az esetben: RD+RS. Ha a tápfeszültség, és az egyenáramú munkaellenállás értékét ismertnek tekintjük, a tranzisztor három munkaponti adata a karakterisztikáról leolvasható. A két munkapont-beállító ellenállás értéke, a munkaponti adatok ismeretében számítással meghatáU rozható: RS = GS ; RD = (RD + RS ) − RS . ID Váltakozó áramú jellemzők:

-

  1 Feszültségerősítés: Au = − y 21 *  × RD × Rt    y 22 r Áramerősítés: Ai = − Au * be Rt

az

alkalmazott

tranzisztor


-2-

Tubics József

Bemeneti e llenállás: az az ellenállás, amely az erősítő bemenetét lezárja, ha a meghajtó generátort nem vesszük figyelembe. rbe = RG Kimeneti ellenállás: az az ellenállás, amely az erősítő kimenetét lezárja, amikor 1 a terhelő ellenállás nem terheli a kimenetet. rki = × RD y 22

Drain kapcsolású erősítőfokozat: A kapcsolás bemenete a gate-drain, a kimenet a source-drain, a közös elektróda a drain. Az ube bemeneti feszültség pozitív irányban nő, ez a változás csökkenti az UGS záróirányú feszültséget, és az ID csatornaáram növekszik. A csatornaáram növekedése előidézi az RS ellenálláson eső feszültség növekedését. Ezt a változást a Cki csatolókondenzátor a kimenetre közvetíti, és így a kimeneti feszültség pozitív irányban változik. Mivel az u ki feszültség változása követi az ube feszültség változását, a drain-kapcsolás nem fordít fázist. Munkapont be állítása: a munkaponti adatokat I D = f (U DS ) U = állandó karakterisztikái alapján, az GS

egyenáramú munkaegyenes segítségével határozzuk meg. A sze rkesztésnél a z M -munkapontot a z A osztályú be állításra é rvényesen, a m unkaegyenes k özepén k ell felvenni. A kapcsolás egyenáramú munkaellenállása eben az esetben: RS. A gate-osztó két ellenállásának értéke a munkaponti adatok ismeretében U − U GS − I D * RS kiszámítható: R1 = T ; I0 U + I D * RS R2 = GS I0 Váltakozó áramú jellemzők:

-

  1 y 21 *  × RS × Rt    y 22 Feszültségerősítés: Au =   1 1 + y 21 *  × RS × Rt    y 22

az

alkalmazott

tranzisztor


-3-

Tubics József

rbe Rt Bemeneti ellenállás: rbe = R1 × R2 1 1 Kimeneti ellenállás: rki = × RS × y 22 y 21 Áramerősítés: Ai = − Au *

Gate kapcsolású erősítőfokozat: A kapcsolás bemenete a source-gate, a kimenet a drain-gate, a k özös elektróda a gat e. Az ube bemeneti feszültség pozitív félperiódusában növekszik az UGS záróirányú feszültség, és az ID csatornaáram csökken. A csatornaáram növekedése előidézi az RD ellenálláson eső feszültség növekedését. Ezt a változást a Cki csatoló kondenzátor a kimenetre közvetíti, és így a kimeneti feszültség pozitív irányban változik. Mivel a z u ki feszültség v áltozása k öveti az u be feszültség v áltozását, a gat ekapcsolás nem fordít fázist.


-112.B ISMERTESSE AZ ELEKTRONIKUS KÉSZÜLÉKEK DOBOZAINAK KIALAKÍTÁSI MÓDOZATAIT! JELLEMEZZE A RACK RENDSZERT ÉS TÉRJEN KI ALKALMAZÁSÁNAK ELŐNYEIRE! MUTASSA BE A HŰTŐBORDÁK TERVEZÉSI ÉS SZERELÉSI LÉPÉSEIT! Az elektronikai berendezések mechanikai felépítése eltér a hagyományos technológiától. Az alkatrészek gyártását már nem egyedi vagy tömeggyártási eszközökkel, berendezésekkel gyártják, hanem számítógéppel vezérelt eszközökkel. Ezek lehetnek: -

Leszabó gépek Widemann jellegű lyukaszók CNC vezérlésű hajlító CNC vezérlésű eszterga – maró gépek

A professzionális berendezés mechanikai felépítése: -

Előlap: olyan mechanikai építőelem, amelyben a műszeregység üzemeltetéséhez szükséges kezelő- és jelző-elemek, csatlakozók, szerelvények, valamint feliratok helyezhetők el. Pl.: rekeszelőlap – kártyarendszereknél alkalmaznak; fiókelőlap – kártya-, rekeszkészülék és vegyes fióknál alkalmaznak.

-

Váz: az a térben erősen tagolt mechanikai építőelem, amely alkatrészek, alkatrészcsoportok, keretek, ill. egyéb szerelvények egybefogására alkalmas és ezeknek részleges mechanikai védelmet biztosít.

-

Burkolat: többnyire olyan lemezekből készült építőelem, amely a kész szerkezet befedése, árnyékolása, védelme mellett esztétikai követelményt is kielégít.

-

Ajtó: olyan építőelem, amely a készülékszekrény kezelőelemeinek, csatlakozóinak, szerelvényeinek az elzárhatóságát biztosítja üzem közben, kinyitva viszont megkönnyíti az ellenőrzést, javítást.

Építőegységek: -

Rekesz: olyan szerelési építőegység, amelynek méretei a fiókméreteknél kisebbek, ezáltal a fiókban elhelyezhetők. Dobozba helyezve önálló készülék építésére alkalmas. Építőelemei szerint lehet: o Kártyarekesz: olyan szerelt építőegység, amely áramköri kártyák befogadására alkalmas o Készülék-, műszerrekesz /plug-in/: olyan szerelési építőegység, amely önálló készüléknek, műszeregységnek tekinthető

-

Fiók: olyan szerelési építőegység, amelynek magassági és szélességi méretei illeszkednek a dobozok és burkolt szekrényvázak belső méreteihez, és a teljes készülék, műszer vagy a készülék egyes funkcionális egységeinek elhelyezésére és rögzítésére alkalmasak: o Készülék-, műszerfiók: olyan szerelési építőegység, amely készülékdobozba vagy szekrényvázba helyezve a teljes készülék, ill. annak befogadására alkalmas o Kártyafiók: olyan építőegység, amely készülékdobozba, vagy szekrényvázba helyezve áramköri kártyák külön befogadására alkalmas

-

Burkolt szekrényváz: burkolattal bíró szilárd szerkezet, amely a rekeszek, ill. fiókok befogadására alkalmas. Villamos szerelvények esetén felületvédelemmel kell ellátni.

-

Asztali készülék: rekeszeket vagy fiókokat befogadó készülékdoboz.

-

Fiókos szekrény: rekeszeket vagy fiókokat befogadó burkolt szekrényváz.


-2A műszeriparban rendkívül elterjedt a 19” (colos) vázszerkezet rendszer. A KGSZ 81.0207-es szabványsorozat foglalkozik. A 19”-os vázrendszer előírásainak megfelelően kialakított műszerek, készülékek esetében az előlapnak a készülék felerősítésére szolgáló oldalt kiálló részét több cég külön levehető szegletként képezi ki. A szegleteket eltávolítva a műszer asztali készülékként használható. Az asztali készülékeknek vázrendszerbe behelyezhető kialakítása az alábbi előnyökkel jár: -

Egyféle típust kell csak gyártani, amely asztali készülékként és vázrendszerbe behelyezve egyaránt használható

-

A készülék mindkét felhasználási mód esetén azonos körülmények között működik. A készülék doboza, burkolata a vázrendszerben is teljesíti feladatát, pl. árnyékol, környezeti hatások ellen védelmet nyújt.

-

Levehető felerősítő szeglet alkalmazása esetén kedvező térkihasználás érhető el mindkét alkalmazási móddal.

A műszeriparban a Kontakta gyár által „Kontasett” néven forgalomba hozott 19”-os vázrendszer, egyre jobban elterjed. A rendszer előnye, hogy tömegben, extrudálással alumíniumötvözetből gyártható idomdarabokból készül, és ezért könnyű, gazdaságos konstrukció. Hőtani alapfogalmak: Hővezetés: a hőnek részecskéről részecskére való továbbítása, a részecskék kinetikai energiájának kicserélése útján. Átmeneti e llenállás: a szabályos vezetéses hőkezelés egyik változata a határfelületen fellépő hővezetés. A határfelület felszíne elsősorban a fizikailag néhány ponton érintkező felületek közötti egyenetlenségekből áll. Az érintkező felületek között a hőközlés a légrésen és a fizikailag érintkező pontokon keresztül egyaránt hővezetés útján megy végbe. Az elektronikai készülékekben használt kitöltő anyagok: szilikonzsírok, híg szilikongumik és a lágy fémek, mint például az indium. Hőszállítás (konvekció): szilárd test és a vele érintkező áramló gáz vagy folyadék közötti hőátadás. A felülettel érintkező közeg részecskéi viszik fel a hőenergiát, majd tovaáramolnak. Ha a közeg áramlása a felmelegedés okozta sűrűségváltozás miatt jön létre, a hőszállítási folyamatot természetes konvekciónak nevezzük. Hősugárzás: a hősugárzó hőcsere a testek által, hőmérsékletüktől függő mértékben kisugárzott, ill. elnyelt elektromágneses hullámok útján jönnek létre. A hőátadás hősugárzás útján anyagi közvetítő közeg nélkül, elektromágneses hullámok segítségével jön létre. A 0,1 és 100 μm közötti hullámhosszak tartományát hősugárzási tartománynak nevezik. Egy testnek az a képessége, hogy valamilyen hullámhosszon hőenergiát sugározzon, a test hőmérsékletétől és a sugárzó felület jellemzőitől függ. Hűtőbordák: A hűtőbordák alkalmazásának célja, hogy a felület nagyságát járulékos hőátadási felülettel megnöveljük. Alakjuk igen változatos, így többek között négyszögletes, parabolikus, hiperbolikus és hengeres hűtőbordák vannak. A legáltalánosabb geometriai alakzat a függőleges négyszögletes hűtőborda. Egy hűtőborda felülete és a környezeti hőnyelő közti hőátadásra a Ф=ηKA/tfel-tk/ egyenlet vonatkozik. A hűtőborda η hatásfoka annak mértékét adja meg, hogy a hűtőborda mennyire képes külső csúcsának hőmérsékletét a bordahő hőmérsékletével azonos értéken tartani. Állandó hőmérsékletprofilú hűtőbordák esetében a külső hőátadási egyenlet általános alakjára redukálódik: Ф=KA/tfel-tk/. A hűtőbordák hatásfoka diagrammok segítségével határozhatók meg. A görbék használatához szükség van a hűtőborda magasságának, vastagságának, hővezető-


-3képességének, valamint a teljes konvekviós és hősugárzási együtthatónak az ismeretére vagy legalább ezek becsült értékére. A hűtőborda egészére vonatkozó KA érték a sugárzási és a szabad konvekciós hővezetőképességből tevődik össze, és a KA=αAfel+αrAr összefüggéssel írható fel. Az α szabad korrekciós tényező a bordák magasságával és egymástól való távolságával van kapcsolatban, amennyiben α a hűt őborda teljes Afel konvekciós felületére vonatkozik. A maximálisan elérhető érték a lapos lemezhez tartozik, ezért általános tervezési szabálynak tekintendő, hogy a bordákat egymástól olyan távolságban kell elhelyezni, hogy az egyes bordafelületek konvekciós áramlási profilja ne hason egymásra. A borda magasság – távolság arányánál /h/k az 1:1…2:1 értékek jó szabad konvekciós hőátadást biztosítanak. Anyagtakarékosság céljából olyan lapos keresztmetszetet kell választani, hogy nagy legyen a kerület adott területű keresztmetszet esetén. Különös gondot kell fordítani a hűtőborda és a hőforrás, pl. tranzisztor közötti hőellenállás minél kisebb értéken való tartására. Nagyobb teljesítmények esetén jól meghúzható csavaros kötést kell alkalmazni és az érintkező felületeket a hőt viszonylag jól vezető, az üzemi hőmérsékleten ki nem olvadó szilikonzsírral kell bevonni. A fémesen érintkező pontok közül a szilikonzsír az összeszorító erő hatására kiszorul, ott nem zavarja a hőátadást, a levegő kiszorításával a többi helyen viszont javítja.


-1-

Tubics József

13.A. MAGYARÁZZA EL KARAKTERISZTIKÁK ALAPJÁN A BIPOLÁRIS ÉS A TÉRVEZÉRLÉSŰ TRANZISZTOROK MŰKÖDÉSÉT KAPCSOLÓÜZEMBEN! RAJZOLJON FEL TIPIKUS INVERTER KAPCSOLÁSOKAT, ELEMEZZE MŰKÖDÉSÜKET, RAJZOLJA FEL ÁTVITELI KARAKTERISZTIKÁJUKAT ÉS ÉRTELMEZZE IMPULZUS-ÁTVITELI TULAJDONSÁGAIKAT! Bipoláris tranzisztor kapcsolóüzemben: Logikai áramkörben közös emitteres alapkapcsolásban, mint kétállapotú kapcsolóelem működik. A t ranzisztor telített é s le zárt á llapota megfelel e gy b ekapcsolt, ille tve k inyitott kapcsolónak. Az RC kollektor ellenállás munkaegyenese a tranzisztor kimeneti jelleggörbéiből kimetszi a telített, illetve a lezárt állapotnak megfelelő A és B munkapontokat. A telített tranzisztor kollektorán egy kis UL maradék feszültség lép fel. Emiatt az alacsonyabb logikai feszültségszint értéke, UL sohasem l ehet pon tosan 0V , hanem annál egy kissé pozitívabb. A lezárt tranzisztoron keresztül mindig folyik a kollektor-emitter m aradékáram. Ezért a nagyobb feszültségszint értéke UH sohasem éri el az U T tápfeszültség ér tékét, hanem a maradékáram által az RC munka-ellenálláson létrehozott feszültségeséssel ennél kisebb.

Elvi és helyettesítő kapcsolás

Kimeneti jelleggörbe-sereg

MOS térvezérlésű tranzisztor kapcsolóüzemben: Az integrált logikai áramkörökben a MOS térvezérlésű tranzisztorokat alkalmazzák. A bipoláris tranzisztorhoz hasonlóan használható kétállapotú üzemmódban is. Ha az U GS kisebb mint az U T0 küszöbfeszültség, ak kor a M OS t ranzisztor lezárt ál lapotban v an, a dr ainfeszültség az U T-tápfeszültséggel egyenlő. Abban az esetben, ha UGS egy adott mértékben nagyobb U T0-nál, akkor a t ranzisztor telítési tartományban vezet, és a dr ain-feszültsége m ajdnem nulla.

Elvi kapcsolás

N-csatornás MOS átviteli jelleggörbéi

Inverterek: A negáció művelet legegyszerűbben egy kapcsoló üzemű emitter-kapcsolású tranzisztorral valósítjuk meg. A –Us segédfeszültség a tranzisztor stabil lezárását biztosítja. Ha az A bemenet L szinten van a tranzisztor zárt állapotban v an é s k ollektorán k özel t ápfeszültség ( H szint) mérhető. Ha A bemenetre pozitív feszültség (H szint) kerül a tranzisztor vezetni fog. A vezető tranzisztor kollektoremittere között L szint mérhető. Tehát teljesül a NEM kap-


-2-

Tubics József

csolat. Az inverter kimeneti feszültsége függ a terhelő áram nagyságától, így a kimeneti feszültség széles tartományban változhat. Ezért ezt a k apcsolást szabad szintű inverternek nevezik. Az inverterek másik fajtája a megfogott szintű inverter. A kimeneti feszültség terheléstől való függetlenségét egy DM jelű „megfogó” diódával küszöböljük ki, mely dióda a kimeneti feszültséget eg y Uki=UM+0,6V s zinten r ögzíti. H a a t erhelőáram megnő, a dióda kinyit, így a kimenet feszültségét a terhelő áramtól függetlenül állandó értéken tartja.


-1-

Tubics József

14.A. INDOKOLJA A TÖBBFOKOZATÚ ERŐSÍTŐK ALKALMAZÁSÁNAK SZÜKSÉGESSÉGÉT! ISMERTESSE AZ ERŐSÍTŐFOKOZATOK CSATOLÁSÁNAK MÓDJAIT ÉS HATÁSUKAT A MUNKAPONT BEÁLLÍTÁSÁRA! ISMERTESSE AZ EREDŐ ERŐSÍTŐJELLEMZŐK MEGHATÁROZÁSÁNAK MÓDJÁT! Többfokozatú erősítők: A gyakorlati alkalmazások esetén szükséges igen nagy feszültségerősítést egyetlen erősítőfokozat általában nem képes teljesíteni. A nagy erősítés és az egyéb jellemzők biztosítása, csak több megfelelő típusú erősítőfokozat láncba kapcsolásával valósítható meg. A fokozatok egymás után kapcsolt négypólusoknak tekinthetők. Közvetlen csatolás rövidzárral: Az alsó határfrekvenciát (fa=0) és az erősítő stabilitását figyelembe véve a közvetlen csatolás a többfokozatú erősítők legkedvezőbb csatolási módja. Ez az egyetlen csatolási mód egyenfeszültségű jelek erősítésére. Ugyanakkor váltakozó feszültségű jelek erősítésére is alkalmas. A közvetlen csatolt erősítőket DC-erősítőknek nevezzük.

Többfokozatú, közvetlen csatolású erősítő

A második erősítőfokozat munkapontját az első fokozat állítja be. Feltételezve, hogy a két tranzisztor azonos munkapontban dolgozik, ez csak úgy állítható be ha RE2>RE1 és RC2
Az egyenfeszültség megfelelő leosztását az R3, R 4 ellenállásokból álló f eszültségosztó biztosítja. A kapcsolás hátránya, hogy az erősítendő jelet is osztási arányának függvényében leosztja.


-2-

Tubics József

Közvetlen csatolás diódás szinteltolóval: Kis egyenfeszültség-különbségek esetén alkalmazhatók eredményesen. A k apcsolás a dióda nyitóirányú t artományának l ineáris s zakaszát h asználja ki . Az R e llenállás a di óda munkapontját állítja be. Az egyenfeszültségű szinteltolás mértéke megegyezik a di óda nyitóirányú feszültségével. Több diódát sorba kapcsolva 2-3V-ig hozható létre szinteltolás az átviteli jellemzők jelentősebb romlása nélkül.

A diódás szinteltoló előnye, hogy a T1 kollektor-feszültség változását csillapítás nélkül továbbítja a T2 tranzisztor bázisára, mivel a dióda kis értékű differenciális ellenállásán elhanyagolható feszültségesés jön létre. Közvetlen csatolás Zener-diódás szinteltolóval: Nagyobb szinteltolás megvalósítására alkalmas. A Z ener-dióda m unkapontját az R e llenállás, a letörési tartományban állítja be. Ebben az esetben a diódán a Zener-feszültséggel azonos feszültségesés jön létre. A Zener-dióda differenciális ellenállása nagyon kicsi, ezért a hasznos jelet csillapítás nélkül viszi át a T2 bázisára.

A kapcsolás hátránya, hogy a Zener-dióda működése a letörési jelenségek következtében nagy zajtényezővel rendelkezik, ezért nagy erősítésű fokozatoknál nem célszerű alkalmazni. Közvetlen csatolás tranzisztoros szinteltolóval: A T2 PNP-tranzisztor a T1 kollektor-feszültségét ellentétes irányban tolja az RC2 és RE2 ellenállások értékeinek függvényében, így a T3 tranzisztor bázisának előfeszítése megfelelően alacsony szintű lesz.


-3-

Tubics József

A közvetlen csatolt erősítők legnagyobb problémája a munkapont eltolódás, vagy a drift. A munkapont eltolódása, vándorlása azért okoz gondot, mert az egyenfeszültség és a jel között nincs semmilyen különbség. A bemeneti áram kicsiny változása mindenképpen nagy változásokat idéz elő a kimeneti teljesítményben. RC csatolás: A Ccs2 csatoló kondenzátor reaktanciája az első fokozat kimeneti ellenállásával és a második fokozat bemeneti ellenállásával feszültségosztót képez. Ez a leggyakrabban alkalmazott csatolási mód váltakozó feszültségű jelek erősítésére. Az ilyen csatolású erősítőket ACerősítőknek nevezzük.

Ahhoz, hogy a csatoló kondenzátor ne befolyásolja a hasznos jel átvitelét, reaktanciája sokkal kisebb kell legyen a második fokozat bemeneti ellenállásánál. A megengedhető szint1 csökkenés 3dB. Ekkor a kondenzátor kapacitása: C cs 2 = . Az első és 2 * π * f a * (Rki1 + Rbe 2 ) második fokozat feszültségerősítése:  1   1  Au1 = − S *  × RC1 × Rbe 2  ; Au 2 = − S *  × RC 2 × Rt  h  h   22(1)   22(2 ) 

Az erősítő feszültségerősítése: Au=Au1*Au2. Transzformátoros csatolás:

N1 . A transzformátoros csatolást N2 főleg magasfrekvenciás váltakozó feszültség erősítőkben használják. Alkalmazásának előnye, hogy illesztést valósít meg az erősítő fokozatok között. Nagy stabilitás érhető el vele és a transzformátor tekercseiben nem nagy az egyenáramú veszteség. Feltételezzük, hogy a két transzformátor áttétele a =


-1-

Tubics József

15.A. ÉRTELMEZZE A VISSZACSATOLÁS FOGALMÁT, FAJTÁIT! CSOPORTOSÍTSA A NEGATÍV VISSZACSATOLÁSOKAT ÉS ISMERTESSE AZ EGYES TÍPUSOK HATÁSÁT AZ ERŐSÍTŐK JELLEMZŐIRE! RAJZOLJON FEL TIPIKUS KAPCSOLÁSI MEGOLDÁSOKAT!

Visszacsatolás fogalma, fajtái: A v isszacsatolás lényege, hogy az erősítő kimeneti jelének egy részét visszavezetjük a bemenetére egy vi sszacsatoló n égypólus s egítségével. A bemeneti jel és a visszacsatolt jel fázishelyzetének függvényében megkülönböztetünk: -

Negatív visszacsatolást: a visszacsatolt jel fázisa ellentétes a bemeneti jel fázisával, a két jel egymás ellen hat

-

Pozitív visszacsatolást: a kimeneti jelnek a bemenetre visszavezetett része fázisban van a bemeneti jellel, a két jel összeadódik. A nagyobb mértékű visszacsatolás begerjedést idéz elő, ezért erősítőkben nem alkalmazzák

Ha Uv és Ube azonos fázisúak, a hurokerősítés pozitív előjelű és pozitív visszacsatolásról beszélünk. Ha Uv és Ube ellentétes fázisúak, a hurokerősítés negatív előjelű és negatív visszacsatolás jön létre. A p ozitív visszacsatolás jelerősítésre nem alkalmas, mivel kedvezőtlenül befolyásolja az erősítő jellemzőit. Jelentősége viszont annak tulajdonítható, hogy erős pozitív visszacsatolás esetén a β*Au hurokerősítés megközelíti az 1-et, és a visszacsatolt erősítés végtelen nagy értékű lehet. Ez azt jelenti, hogy az erősítő begerjed és bemeneti jel nélkül is képes kimeneti jelet szolgáltatni. Ezen az elven működnek az oszcillátorok. Negatív visszacsatolás: Attól függően, hogy a visszacsatolt jel a kimeneti feszültséggel vagy a kimeneti árammal arányos, megkülönböztetünk feszültség- és áram-visszacsatolást. További felosztás szerint lehet soros és párhuzamos visszacsatolás. A kimeneti feszültség kevésbé változik a negatív visszacsatolás következtében, ez csak úgy lehetséges, ha az erősítő kimeneti ellenállása csökken. A n egatív f eszültségvisszacsatolás az erősítő kimeneti ellenállását csökkenti. Negatív áram-visszacsatolás estén, az erősítés csökken, tehát a kimeneti feszültség is csökken. Megállapítható, hogy a kimeneti feszültség nagyobb mértékben változik a negatív visszacsatolás következtében. Ez csak úgy lehetséges, ha az erősítő kimeneti ellenállása nő. A negatív áram-visszacsatolás az erősítő kimeneti ellenállását növeli. A soros negatív visszacsatolás növeli az erősítő bemeneti e llenállását: rbev = (1 + β * Au ) * rbe . A párhuzamos negatív visszacsatolás csökkenti az erősítő bemeneti rbe ellenállását: rbev = . 1 + β * Au


-2-

Tubics József

Az ideális erősítő bemeneti ellenállása végtelenül nagy, kimeneti ellenállása pedig végtelenül k icsi. Ezért az erősítőknél a bemeneti ellenállás növelése és a kimeneti ellenállás csökkentése a cél. Ennek megvalósítására az erősítő bemenetén soros-, kimenetén feszültségvisszacsatolást alkalmaznak. ibe Ube’

AU

Uki

Rt

AR

Uki

βS

Uki

Rt

iv

Ube Uv

βU

Uki

Soros feszültség-visszacsatolás rbe-nő; rki-csökken; Au-csökken; Ai- --

Párhuzamos feszültség-visszacsatolás rbe-csökken; rki-csökken; Au- --; Ai- csökken

iki Ube’

ibe

AS

Ube

Ai iv

Rt Uv

iki

βR

Soros áram-visszacsatolás rbe-nő; rki-nő; Au-csökken; Ai- --

Rt

Βi Párhuzamos áram-visszacsatolás rbe-csökken; rki-nő; Au- --; Ai-csökken

Soros negatív áram-visszacsatolás: Az áramerősítés független a visszacsatolástól, a feszültségerősítés viszont csökken. A bemeneti ellenállást és a kimeneti ellenállást egyaránt növeli a visszacsatolás.

Párhuzamos negatív feszültség-visszacsatolás: Párhuzamos feszültség-visszacsatolás alkalmazásakor a feszültségerősítés független a visszacsatolástól, az áramerősítés pedig csökken. Ennek a visszacsatolásnak a hatására mind a bemeneti, mind a kimeneti ellenállás csökken.


-3Soros negatív feszültség-visszacsatolás: Ha az ube bemeneti feszültség nő, nő az uki kimeneti feszültség, tehát az uv visszacsatoló feszültség is nő. A visszacsatoló feszültség növekedése a T1 tranzisztor vezérlőjelét csökkenti, tehát a b emeneti j el n övekedése el len hat.

Párhuzamos negatív áram-visszacsatolás: A T1 tranzisztor nyugalmi bázisáramát feszültségosztós megoldással az R1, R2 ellenállások állítják be, felhasználva az RE2 és R’E2 soros eredőjén fellépő feszültségesést. Ezáltal egy egyenáramú negatív v isszacsatolást is lé tesítünk, a mit a munkapont s tabilitásának a n övelésére al kalmaznak (hőmérsékletváltozás esetén).

Tubics József


-1-

Tubics József

16.A. ISMERTESSE A BIPOLÁRIS ÉS TÉRVEZÉRLÉSŰ TRANZISZTOROKBÓL FELÉPÍTETT DIFFERENCIÁLERŐSÍTŐ KAPCSOLÁSI MEGOLDÁSAIT, A MUNKAPONT-BEÁLLÍTÁS MÓDJÁT ÉS A KISJELŰ VEZÉRLÉS LEHETŐSÉGEIT! MAGYARÁZZA EL, HOGYAN TÖRTÉNIK A VÁLTAKOZÓ ÁRAMÚ JELLEMZŐK MEGHATÁROZÁSA HELYETTESÍTŐ KÉP ALAPJÁN! Differenciál erősítő: A műveleti erősítők bemeneti fokozati az eredő áram- és feszültségdrift lehetőleg kis szinten tartására a bemeneten differenciál fokozatokat alkalmaznak. A differenciálerősítők két szimmetrikus erősítőfokozatból épülnek fel.

Bipoláris tranzisztorral

Térvezérlésű tranzisztorral

A tranzisztorok bázisa (FET-nél a kapuelektródái) képezi a földhöz képest a szimmetrikus bemeneti pontokat. A szimmetrikus kimeneti feszültség (Ukis) a két kollektor (FET-nél a két drain-elektróda) között jelenik meg. A differenciálerősítő ideálisnak tekinthető, ha a két tranzisztor paraméterei és a megfelelő ellenállások tökéletesen egyformák, tehát felépítésében és tulajdonságaiban szimmetrikus a kapcsolás. A valóságos differenciálerősítők esetén is a szimmetrikus felépítésre törekszünk, de a tökéletes szimmetria csak megközelítő. Azonos bemeneti feszültség beállítása nem eredményez azonos kollektoráramot. A n emkívánatos aszimmetria m iatt n ulla b emeneti je lnél is Ukis≠0. Ennek a kompenzálása ellentétes aszimmetria létesítésével lehetséges, amelyet nullázásnak, vagy ofszetkiegyenlítésnek nevezünk.

Differenciálerősítő nullázási lehetőségei

Differenciális vezérlés: A két bázist, illetve vezérlőelektródákat a földhöz képest különböző jelek vezérli. Tökéletes szimmetriát feltételezve, a két tranzisztor áramainak változása is azonos nagyságú és fázisú, azonosan változik tehát a két kollektor potenciálja is. Ezért szimmetrikus kimeneti jel nincs: U kis = − Aus * (U be1 − U be 2 ) = 0 .


-2-

Tubics József

Differenciálerősítő vezérlése

Feltételezzük, hogy a differenciálerősítőt az Ube1 és Ube2 feszültségek vezérlik. A két bemeneti feszültséget mindig felbonthatjuk egy Ubek közös módusú és egy Ubes szimmetrikus (differenciális) feszültség-összetevőre: U be1 = U bek + 1 * U bes , U be 2 = U bek − 1 * U bes . Ebből a 2 2 szimmetrikus és a közös módusú bemeneti feszültség: U bes = U be1 − U be 2 , 1 U bek = * (U be1 + U be 2 ) . 2 A bemenetekre kapcsolt vezérlő jelek hatására a kimeneteken keletkező feszültségek is két összetevőkre bonthatók. A tranzisztorok úgy működnek, mintha terheletlen em itter1 kapcsolású f okozatok lennének, amelyek erősítése: Aus = − * S * rki , m egegyezik a s zim2 metrikus (differenciális) erősítéssel. Közös módusú vezérlés: A differenciálerősítő két párhuzamosan kapc solt, e mitter-kapcsolású f okozatnak tekinthető. A kimeneten fellépő feszültségváltozás mindkét kollektoron azonos fázisú: R ∆U ki1 = ∆U ki 2 = − C * ∆U k . 2 * RE ∆U ki1 ∆U ki 2 R A közös módusú feszültségerősítés: Auk = = =− C . ∆U k ∆U k 2 * RE A közös módusú feszültségerősítés ideális es etben 0 . A valóságos differenciálerősítők esetén a kimeneti közös módusú feszültség nem marad tökéletesen állandó, hanem a bemeneti jel hatására változik. Ugyanakkor a közös módusú erősítés sem nulla. A valóságos differenciálerősítők minőségét a differenciális és közös módusú feszültségerősítések hányadosa fejezi ki, amelyet közös módusú feszültség-elnyomási tényezőnek (KME) neveznek.


-1-

Tubics József

17.A. ISMERTESSE A TELJESÍTMÉNYERŐSÍTŐKÉNT HASZNÁLT TRANZISZTOROK KIVEZÉRLÉSÉNEK KORLÁTAIT, AZ ERŐSÍTŐOSZTÁLYOKAT ÉS AZOK JELLEMZŐIT! RAJZOLJON FEL TELJESÍTMÉNYERŐSÍTŐ KAPCSOLÁSOKAT, MUTASSA BE A MUNKAPONT BEÁLLÍTÁSÁNAK ÉS A VEZÉRLŐJEL ELŐÁLLÍTÁSÁNAK LEHETSÉGES MÓDJAIT! MAGYARÁZZA EL AZ EGY- ÉS ELLENÜTEMŰ ÜZEMMÓDOKAT, ISMERTESSE JELLEMZŐIKET, TERHELÉSHEZ VALÓ ILLESZTÉSÜKET! Tranzisztor vezérlése sztatikus üzemmódban: A munkapont beállításához meghatározott egyenfeszültséget kell vezetni a tranzisztor kimeneti és bemeneti kapcsaira. A kapcsokkal sorba kapcsolt ellenállások szablyák meg a bemeneti és kimeneti körben folyó egyenáram nagyságát. Ha el akarjuk kerülni a nagy amplitúdójú v áltakozó ár amú jelek t orzulását, a m unkapontot a j elleggörbe e gyenes s zakaszának közepére kell helyezni. Ilyenkor képes a tranzisztor a legnagyobb bemenőjelet lineárisan feldolgozni. Ez a beállítás biztosítja a legnagyobb kimenőjelet, tehát a legnagyobb kivezérelhetőséget is.

Elvi kapcsolás

Jelleggörbék

Annak függvényében, hogy a tranzisztor munkapontja vezérlés nélküli állapotban a karakterisztika melyik szakaszán helyezkedik el, a következő beállításokat különböztetjük meg: -

A osztályú beállítás: a munkapont a karakterisztika lineáris szakaszán van elhelyezve (MA) és vezérlés alatt a lineáris szakaszon mozog. A tranzisztor működése lineárisnak tekinthető.

-

B osztályú beállítás: a munkapont (MB) a jelleggörbe zárási pontjában van. A tranzisztor működése csak az egyik félperiódusban tekinthető lineárisnak.

-

AB o sztályú b eállítás: a munkapont (MAB) az A- és B osztályú beállításnak megfelel két munkapont között helyezkedik el. A tranzisztoron a fél periódusidőnél hosszabb ideig folyik áram vezérlés esetén.

-

C osztályú beállítás: a munkapont (MC) a jelleggörbe zárási szakaszán helyezkedik el. A tranzisztoron a fél periódusidőnél rövidebb ideig folyik áram vezérlés esetén.


-2-

Tubics József

A tranzisztor munkapont-beállítása

Teljesítmény-tranzisztor kivezérlésének korlátai: Teljes kivezérlésnek nevezzük a tranzisztor telítődéséig és lezárásáig történő vezérlését. A munkapont és a kivezérlés megválasztásának korlátai: PD = I C * U CE -

Legnagyobb veszteségi teljesítmény (PDmax vagy P tot) hiperbolája (kollektor disszipációs hiperbola). Ez a környezeti hőmérséklettől és a hőelvezetéstől függ.

-

Legnagyobb kol lektor-feszültség ( UCEmax), amelyen túl már a letörés következik

-

Legnagyobb kollektoráram (ICmax), amely fölött megnő a torzítás

-

Telítési tartomány, amely kisebb feszültségeken a kivezérelhetőséget korlátozza

-

Lezárási tartomány, amely kis áramerősségek esetén határt szab a kivezérlésnek

A-osztályú teljesítményerősítő: Az alacsony hatásfok miatt viszonylag kis jelteljesítmény előállítására alkalmazzák. Nagyon kis torzítása miatt, nagyobb teljesítményű fokozatok vezérlésére használják. Ellenütemű teljesítményerősítő: Két teljesítménytranzisztort két egyenlő nagyságú de fázisban 180°-kal eltérő feszültség vezérli. Ebben az esetben hol az egyik, hol a másik tranzisztor vezet, miközben a másik lezárt állapotban van. A vezérlésnek ellenütemben kell bekövetkeznie, így a terhelésen egy-egy


-3-

Tubics József

tranzisztor váltakozó áramának a kétszerese jelenik meg. Az ilyen teljesítményfokozatok csak alacsony minőségi követelményeket képesek kielégíteni a transzformátoros csatolások miatt. Olyan helyeken alkalmazzák, ahol a rendelkezésre álló tápfeszültség túl kicsi (zsebrádiók). Komplementer teljesítményerősítő: A megvalósításnál alkalmazott két tranzisztor ellentétes réteg-elrendezésű. Ebben az esetben nincs szükség a bemeneti fázisfordító transzformátorra, mivel a vezérlőjel pozitív félperiódusa az NPN, negatív félperiódusa a PNP tranzisztort nyitja ki és vezérli. Működés: -

Ha nincs vezérlőjel, mindkét tranzisztor lezár, ezért az áramkör nem vesz fel egyenáramú teljesítményt

-

A vezérlőjel pozitív félperiódusában T1 nyit (T2 lezár), a terhelésen a vezérlőjel nagyságától függő I1 áram folyik

-

A vezérlőjel negatív félperiódusában T2 nyit (T1 lezár), a terhelésen a vezérlőjel nagyságától függő I2 áram folyik

A teljesítménytranzisztorok munkapontját a D1 és D2 nyitóirányban polarizált diódák állítják be. A diódák kis értékű differenciális ellenállása váltakozó áramú szempontból gyakorlatilag rövidre zárja a két tranzisztor bázisát. Az áramkör stabilitását az R5 ellenállással megvalósított negatív visszacsatolás is növeli, ami hatékonyan csökkenti a fellépő torzításokat.


-1-

Tubics József

18.A. ISMERTESSE AZ EGYENFESZÜLTSÉG ERŐSÍTÉSÉNEK PROBLÉMÁIN KERESZTÜL AZ INTEGRÁLT MŰVELETI ERŐSÍTŐK FELÉPÍTÉSÉT ÉS JELLEMZŐ RÉSZÁRAMKÖREIT! RAJZOLJA FEL A MŰVELETI ERŐSÍTŐS ALAPKAPCSOLÁSOKAT, ÉRTELMEZZE VÁLTAKOZÓ ÁRAMÚ JELLEMZŐIKET! ISMERTESSE A MUNKAPONT-BEÁLLÍTÁS MÓDJÁT ÉS ÁRAMKÖREIT! SOROLJON PÉLDÁKAT MŰVELETI ERŐSÍTŐK ALKALMAZÁSÁRA. Felépítés:

A bemeneti fokozatban egy differenciálerősítő helyezkedik el. Feladata az eredő áramés feszültségdrift kis szinten tartása a bemeneten. Két szimmetrikus erősítőfokozatból épülnek fel. A következő fokozatban fázisösszegzőt helyeznek el, ami a differenciálerősítő szimmetrikus kimeneti jelét aszimmetrikussá alakítja át. Ezt az aszimmetrikus jelet szintillesztés után egy újabb feszültségerősítő fokozat erősíti megfelelő szintre. A kimeneten elhelyezkedő végerősítő fokozat egy újabb szinteltoló fokozaton kapja a vezérlőjelet. Az újabb integrált műveleti erősítők kimenetét a túlterhelés ellen áramkorlátozó elektronika védi. A „-” jellel jelölt bemenetet invertáló vagy fázisfordító bemenetnek nevezik, mivel erre a bemenetre kapcsolt feszültség a kimeneten fordított pol aritással, illetve 1 80°-os f ázistolással jelenik meg. Az erősítő az invertáló bemenetére kapcsolt feszültséget felerősíti és invertálja. A „+” jellel jelölt bemenetet neminvertáló vagy fázist nem fordító bemenetnek nevezik, mivel a rákapcsolt feszültség azonos polaritással, ille tve a zonos f ázishelyzetben jelenik meg a kimeneten. Az erősítő neminvertáló bementére kapcsolt feszültséget felerősíti, de nem invertálja. Működés szempontjából a műveleti erősítő a vonatkoztatási ponthoz képest szimmetrikus t ápfeszültséget i gényel. Ha a műveleti erősítő két bemenetére különböző feszültséget kapcsolunk, akkor a kimeneten a két feszültség felerősített különbsége jelenik meg. Ideális műveleti erősítő: Au 0 = ∞ ; Rbe = ∞ ; Rki = 0 ; Auk = 0 . Nem invertáló alapkapcsolás: A bemeneti jel (U be ) ebben az esetben a nem invertáló bemenetre van kapcsolva, és fázisfordítás nélkül felerősítve jelenik meg a kimeneten. A műveleti erősítő negatív visszacsatolással van ellátva, amelyet az R1, R2 ellenállásokból álló osztó alkot. Az erősítés pozitív előjele azt mutatja, hogy az áramkör a felerősített jel fázisát nem fordítja meg. Mivel értékét csak a visszacsatoló hálózatban lévő ellenálRs lások határozzák meg. u be = u ki *  R s + Rv u R + Rv R Au = ki = s = 1+ v u be Rs Rs Egy különleges nem invertáló erősítő kapcsolás a feszültségkövető. Ez egy olyan nem invertáló erősítő, amelyben R2=0 és R1=∞. Ennek megfelelően Auv=1, vagyis a kimeneti jel


-2-

Tubics József

reprodukálja a bemeneti jelet. Előnye ennek a kapcsolásnak, hogy a bemeneti jelet magas impedancián fogadja, és alacsony impedancián áll rendelkezésre a kimeneten.

Invertáló alapkapcsolás: A bemeneti jelet (U be ) az invertáló bemenetre kapcsoljuk és a kimeneten egy olyan felerősített kimeneti feszültség (U ki ) jelenik meg, amelynek fázishelyzete ellentétes a bemeneti feszültség fázisával. Feszültségerősítés: I s + I v = 0 ; I s = − I v ; I s =

u ki , ezekből Rv u R Au = ki = − v u be Rs

Iv = −

az

egyenletekből

u be ; Rs

következik:

Bemeneti ellenállás: Rbe = Rs Kimeneti ellenállás: Rkiv = Rki *

Auv Au 0

Alkalmazások: I-tag, D-tag, felüláteresztő szűrő, aluláteresztő szűrő


-1-

Tubics József

19.A. ISMERTESSE A SZINUSZOS JEL ELŐÁLLÍTÁSÁNAK MÓDJÁT ÉS AZ OSZCILLÁCIÓ FELTÉTELEIT! RAJZOLJON FEL R-C ÉS L-C OSZCILLÁTOR KAPCSOLÁSOKAT, ELEMEZZE MŰKÖDÉSÜKET ÉS ISMERTESSE MINŐSÉGI JELLEMZŐIKET! Oszcillátorok működési elve és felépítése: Az oszcillátorok vagy rezgéskeltők olyan elektronikus áramkörök, amelyek egyenáramú energiát felhasználva csillapítatlan periodikus elektromos feszültséget vagy áramot állítanak elő. Az előállított periodikus jel alakja lehet: nem szinuszos, összetett, nagy felharmonikus tartalmú jel; szinuszos időbeli lefolyású. A szinuszos elektromos rezgéseket előállító áramköröket harmonikus, vagy szinuszos oszcillátoroknak nevezzük. Bármilyen oszcillátornál szükség van egy frekvencia-meghatározó elemre, amely megszabja az előállított rezgés frekvenciáját és a frekvencia időbeli stabilitását. Ha egy feltöltött kondenzátor energiája egy induktivitáson keresztül kisül, csillapított elekt1 romos rezgések keletkeznek, amelyek frekvenciája: f 0 = . 2 *π * L * C A rezgőkör energiatartalma a veszteségek következtében folyamatosan csökken. A rezgések fenntartása csak úgy lehetséges, ha a rezgőkör egy aktív elem áramkörébe kerül, amely képes a veszteségek kompenzálására: negatív ellenállású karakterisztika-szakasszal rendelkező elem alkalmazásával; pozitív visszacsatolással ellátott erősítő felhasználásával. Oszcillátorok működési elve és felépítése: Pozitív visszacsatolás esetén egy erősítő eredő erősítése növekszik a visszacsatolásAu mentes állapothoz képest: Auv = , ahol az Au az eredeti erősítő erősítése és Auv a 1 − β * Au visszacsatolt rendszer erősítése. Ha a hurokerősítés értéke megközelíti az egyet ( (β * Au → 1) , az erősítés nagysága az előbbi összefüggés szerint végtelen nagy értékűvé válik. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a visszacsatolt erősítő a β * Au = 1 érték elérésekor bemeneti jel nélkül is szolgáltat kimeneti jelet. LC oszcillátorok: Az LC oszcillátorok frekvencia-meghatározó eleme egy LC-kör; a rezgőkör csillapításának kompenzálását egy erősítő biztosítja. Az LC oszcillátorokat főleg magas frekvenciás tartományokban alkalmazzák, mivel alacsony frekvencián a szükséges kapacitások és induktivitások nagyon nagyok. A nagy jósági tényezőjű rezgőkörök a nagyfrekvenciás technikában könnyen megvalósíthatók. Ebben az esetben a rezgőkör feszültsége igen szélsőséges működési feltételek mellett is szinuszos. Meissner-oszcillátor: jellegzetessége, hogy transzformátoros visszacsatolással működik, és a frekvencia-meghatározó elem a primer tekercsel párhuzamosan kapcsolt kondenzátorral kialakított rezgőkör. A rezgőkört alkotó L tekercs és C kondenzátor képviseli a váltakozó áramú munkaellenállást. A maximális kimeneti feszültség, a t ranzisztor k ollektorán rezonanciafrekvencián l ép f el: 1 . f0 = 2 *π * L * C A pozitív visszacsatolás megvalósítására a kimeneti feszültség egy bizonyos részét az L2 tekercsel lecsatolják, és az RV, CV soros tagon keresztül visszavezetik a tranzisztor bázisára. A visszacsatolási tényezőt a visszacsatoló tekercs (L2) és a rezgőköri tekercs (L) menetszámarányával,


-2-

Tubics József

a csatolás nagyságával és az RV ellenállás változtatásával állíthatjuk be. Hartley-oszcillátor: a közös emitteres kapcsolásban működő, bipoláris tranzisztorból épül fel. Az oszcillátor különlegessége, hogy a rezgőkörhöz a tekercs három ponton kapcsolódik. A rezgőkör induktivitását megosztva alakítunk ki harmadik csatlakozási pontot. Az L és C elemekből álló rezgőkör határozza meg a rezonanciafrekvenciát és az oszcillátor kimeneti feszültségének a frekvenciáját. Colpitts-oszcillátor: a pozitív visszacsatolás nagyságát kapacitív feszültségosztó határozza meg. A visszacsatolás annál nagyobb, minél nagyobb Cb, Ca-hoz viszonyítva. A hangolókapacitás értéke: C = C a × C b . RC oszcillátorok: Kisfrekvenciás tartományban olyan oszcillátorokat alkalmaznak, amelyekben RC hálózatok határozzák meg a rezgési frekvenciát, kiküszöbölve a nagy értékű és mértékű induktivitásokat. Előnyük az LC oszcillátorokhoz viszonyítva, hogy sokkal szélesebb frekvenciatartományt képesek lefedni egy adott Cmax/Cmin arány esetén. Fázistolós R C oszcillátor: a berezgés fázisfeltételét, vagyis a 180°-os fáziseltolást három RC tag hozza létre egy bizonyos frekvencián. Ahhoz, hogy a berezgés bekövetkezzen, a csillapítást erősítéssel kell ellensúlyozni, méghozzá akkora erősítéssel, mint amekkora a csillapítás. Az oszcilláció frekvenciája olyan értékű lesz, amelynél az RC tagokból álló lánc pontosan 180°-os fázist fordít. A berezgési frekvencia értéke három, azonos elemekből álló ( R1 * C1 = R2 * C 2 = R3 * C 3 ), 1 fázistoló láncnál: ω 0 = . 6 * R *C Mindkét kapcsolás a kapu ill. a bázis-karakterisztika görbültségét használja fela kimeneti jelszint szabályozására.

Bipoláris tranzisztorral

Térvezérlésű tranzisztorral

Wien-hidas RC oszcillátor: a híd kimeneti feszültsége rezonanciafrekvencián nulla. Ebben az esetben a Wien-híd nem használható visszacsatoló hálózatként, mivel az erősítő bemenetére nem jut feszültség. Az oszcillátoroknál ezért a Wienhidat kismértékben kiegyenlítetlenné teszik és az R3, R4 frekvenciafüggetlen osztó megválasztásával az erősítő bemenetére jutó jel szabályozható. Ha a frekvenciafüggetlen osztó osztásarányát a kimeneti jelszinttől függővé tesszük, hatékony szintszabályozás valósítható meg. A pozitív visszacsatolást a Wien-híd R1C1, R2C2 elemeivel valósítják meg, amelyek a rezgési frekvenciát is meghatározzák. A negatív visszacsatoló hálózat feladata a rezgési amplitúdó határolása és stabilizálása. Az itt található R4 változtatható ellenállástól függ a létrehozott rezgések amplitúdójának nagysága. Ha R1=R2=R és C1=C2=C, a kapcsolás rezgési


-3frekvenciája a következő összefüggéssel határozható meg: f 0 =

Tubics József

1 . A berezgési 2 *π * R * C

R4 1 . Az oszcillátor rezgési frekvenciáját folya= 3 R3 + R 4 matosan tudjuk változtatni egy kettős potenciométer alkalmazásával, vagy a fokozatokban a C1 és C2 kapacitások értékének átkapcsolásával. feltétel akkor teljesül, amikor: Auv =


-1-

Tubics József

20.A. ÉRTELMEZZE AZ IMPULZUSOK JELLEMZŐIT! CSOPORTOSÍTSA A JELFORMÁLÓ ÁRAMKÖRÖKET, ISMERTESSE FELÉPÍTÉSÜKET ÉS MŰKÖDÉSÜKET! RAJZOLJON FEL NEM SZINUSZOS JELET ELŐÁLLÍTÓ ALAPÁRAMKÖRÖKET ÉS MAGYARÁZZA EL MŰKÖDÉSÜKET! Impulzusok jellemzői: Az impulzus olyan áram, vagy feszültség melynek értéke két nyugalmi állapot között ugrásszerűen változik.

Az elektronikus áramkörök állapotának bármilyen megváltozása berezgési és lecsengési folyamatokkal jár együtt, amelyek hatása a jel időtartamához képest vagy elhanyagolható, vagy nem hanyagolható el. Ennek következtében a valóságban csak bizonyos pontossági határok között léteznek szabályos impulzusalakok.

Paraméterek: -

Amplitúdó (Umax)

-

Periódusidő (TA): a 0,1*Umax amplitúdó értékhez tartozó időtartam

-

Impulzus idő (Ti): a 0,5*Umax amplitúdó értékhez tartozó idő

-

Felfutási idő (Tf): azon időtartam, amíg az impulzus amplitúdója 0,1*Umax értékről 0,9*Umax értékre változik

-

Lefutási idő (Tl): azon időtartam, amíg az impulzus amplitúdója 0,9*Umax értékről 0,1*Umax értékre csökken

-

Felfutási meredekség (vf): a felfutási idő alatt bekövetkezett amplitúdó változás: 0,9 * U max − 0,1 * U max vf = Tf

-

Lefutási m eredekség (vl): a lefutási idő alatt bekövetkezett amplitúdó változás: 0,1 * U max − 0,9 * U max vl = Tl

-

Tetőesés (ε2): az Ut és Umax viszonya %-ban kifejezve: ε 2 =

U max − U t * 100 U max


-2-

Tubics József

U ε − U max * 100 U max

-

Túllövés (ε1): az Uε és Umax viszonya %-ban kifejezve: ε 1 =

-

Kitöltési tényező (k): az impulzusidő és a periódusidő viszonya: k =

Ti TA

Differenciáló négypólus: Feltételezzük, hogy a kezdeti időpillanatban a kondenzátor töltetlen. A négyszögimpulzus értéke t=0 időpillanatban 0 V-ról egy pozitív U értékre változik. A kondenzátor rövidzárként viselkedik, mivel nem tudja követni a feszültség gyors változását, így a teljes U feszültség megjelenik az ellenálláson. A kondenzátor a töltőáram hatására elkezd töltődni az ellenálláson pedig csökken a feszültség. A kondenzátor t öltési f olyamata e xponenciális gör bével írható le, aminek következtében az ellenálláson folyó áram exponenciális változású feszültséget hoz létre. A kondenzátor töltődésének, valamint az ellenálláson eső feszültség csökkenésének sebességét az RC szorzat értéke határozza meg. Ezt a szorzatot időállandónak nevezzük: τ = R * C . A négyszögimpulzus értéke t1=0 időpillanatban az U értékről 0 V-ra változik. A kondenzátor kisül, de mivel ez a folyamat olyan gyors mint az impulzus változási sebessége, az impulzus lefutó éle megjelenik az ellenálláson. A kondenzátor exponenciális kisülési folyamatának megfelelően az ellenálláson is változik a feszültség. Integráló négypólus: Feltételezzük, hogy a kezdeti időpillanatban a kondenzátor töltetlen. A négyszögimpulzus felfutó élének megjelenésekor a kondenzátor rövidzárként viselkedik és kivezetésein 0V feszültség al akul ki . A kondenzátor fokozatosan feltöltődik és rajta közel U feszültség lesz mérhető. A négyszögjel lefutó élének megjelenésekor az előző folyamat fordítva játszódik le. A kondenzátor töltődésének illetve az ellenálláson eső feszültség csökkenésének a sebességét itt is az RC szorzat határozza meg.

Differenciáló négypólus

Differenciáló négypólus ki- és bemeneti jellemzői

Integráló négypólus

Integráló négypólus ki- és bemeneti jellemzői


-3-

Tubics József

Diódás vágóáramkörök: Olyan impulzusformáló négypólusok, amelyek az impulzusok amplitúdó-határolását valósítják meg. Ezekben az áramkörökben a dióda kapcsolóelemként működik. A nyitóirányban előfeszített félvezető dióda úgy viselkedik, mint egy kis értékű ellenállás, a záróirányban előfeszített dióda, pedig mint egy nagy értékű ellenállás.

Diódás vágóáramkör

Diódás vágóáramkör

Astabil billenőkapcsolás: Egyetlen stabil állapottal sem rendelkezik, négyszögfeszültséget állít elő. Feltételezzük, hogy a T1 tranzisztor vezet, a T2 zárva van. A C2 kondenzátor az R2 ellenálláson keresztül töltődik. Amikor a kondenzátor feszültsége eléri a T2 tranzisztor nyitófeszültségét, a T2 kinyit és lezárja a T1 tranzisztort. Vagyis az áramkör átbillen a másik állapotába. A T2 tranzisztor csak addig vezet, amíg a C2 kondenzátor az R1 ellenálláson keresztül nem töltődik fel annyira, hogy a T1 tranzisztort kinyissa. Ha a T1 tranzisztor kinyit, lezárja a T2-t és az áramkör újra átbillen. A kapcsolás folyamatosan a két állapot között billeg. Az időtartamok az időzítő elemek értékétől függenek: t1 = 0,7 * R1 * C1 ; t 2 = 0,7 * R2 * C 2 .

Astabil billenőfokozat

Feszültség-idő ábra


-4-

Tubics József

Bistabil billenőkapcsolás: Bistabil multivibrátornak, vagy flipflopnak is nevezik. Két stabil állapota van. A kimenet állapota csak akkor változik, ha az átbillenési folyamatot egy bemeneti jel kiváltja. Monostabil billenőkapcsolás: Egyetlen stabil állapota van, azaz bemeneti vezérlőimpulzus nélkül a kimeneti feszültség egy rögzített értéken marad. Ha egy külső vezérlőjellel a másik állapotába billentjük, ezt az állapotát csak meghatározott ideig tartja meg, majd visszabillen stabil állapotába. Schmitt-trigger: Olyan bistabil billenőkör, melynek kimeneti jele a bemeneti jel amplitúdójának nagyságától függ. Ez az áramkör egy küszöbérték kap csoló. A billenések nem ugyanazon a feszültségszinten következnek be. Ezt a jelenséget az áramkör h iszterézisének nevezzük.


-1-

Tubics József

21.A. RAJZOLJA FEL A STABILIZÁLT TÁPEGYSÉGEK TÖMBVÁZLATÁT ÉS ISMERTESSE AZ EGYES RÉSZÁRAMKÖRÖK FELÉPÍTÉSÉT, MŰKÖDÉSÉT! MAGYARÁZZA EL A DISZKRÉT ALKATRÉSZEKBŐL ÉS INTEGRÁLT ÁRAMKÖRÖKBŐL FELÉPÍTETT, ANALÓG ÉS KAPCSOLÓÜZEMŰ STABILIZÁTOROK MŰKÖDÉSÉT! KÉSZÍTSEN MÉRÉSI UTASÍTÁST A STABILIZÁLÁSI JELLEMZŐK MEGHATÁROZÁSÁRA! Stabilizált tápegység:

-

Hálózati transzformátor: a hálózati feszültséget ez egyenirányító számára szükséges értékre változtatja. Ha az egyik tekercsre váltakozó feszültséget kapcsolunk, a létrejövő váltakozó áram fluxusváltozást idéz elő, amely a másik tekercsben indukált váltakozó feszültséget hoz létre. A bementi oldalon lévő tekercset primer tekercsnek, a kimeneti oldalon lévőt pedig szekunder tekercsnek nevezzük.

-

Egyenirányító: a bementére kapcsolt váltakozó feszültséget egyenirányítja (szűretlen egyenfeszültséget állít elő).

-

Szűrő áramkör: feladata az egyenirányított feszültség ingadozásainak csökkentése és a váltakozó áramú összetevők kiszűrése. Lehet pufferkondenzátor, RC és LC szűrő.

-

Stabilizátor: a stabilizált tápegységekben alkalmazzák, feladata a kimeneti áram vagy feszültség stabilizálása. o Feszültség s tabilizátor: olyan áramkörök, amelynek feladata, hogy egy fogyasztó feszültségét állandó értéken tartsa a tápfeszültség, a terhelőáram és a környezeti hőmérséklet változása esetén. Két fajtája van: 

soros s tabilizátor: a szabályzó elem a terheléssel sorosan van kapcsolva



párhuzamos s tabilizátor: a szabályzó elem a terheléssel párhuzamosan van kapcsolva

o Áram s tabilizátorok: olyan négypólus típusú áramkörök, amelynek feladata, hogy egy adott terhelésen átfolyó áramot a bemeneti feszültségtől, a terhelő ellenállás nagyságától és a környezeti hőmérséklet változásától függetlenül állandó értéken tartson. Zener diódás elemi feszültség-stabilizátor: lásd 5. A tétel Áteresztő tranzisztoros feszültségstabilizátor: Egy közös kollektoros alapkapcsolásnak felel meg, amelynek az egyik munkapontbeállító eleme egy Zener-dióda, az emitter-ellenállás szerepét, pedig az Rt terhelő-ellenállás tölti be. Az R1 ellenállás és a Zener-dióda elemi stabilizátort alkot.


-2-

Tubics József

A terhelő áram azonos az emitter árammal és megváltozása a bázis áram és a bázis-emitter feszültség megváltozását okozza. A bázisáram megváltozása változtatja az elemi stabilizátor terhelőáramát, a bázis-emitter feszültség megváltozása, pedig a tranzisztor áteresztő-képességét befolyásolja. A két jelenség a kimeneti feszültség változását eredményezi. Integrált feszültségstabilizátor: Visszacsatolással és soros szabályzó elemmel rendelkező feszültség-stabilizátoroknak tekinthetők. Az első generációs integrált feszültségstabilizáló áramkörök jellegzetessége, hogy minden belső áramköri egység bemenete és kimenete a felhasználó számára hozzáférhető. Ezek a típusok kis teljesítményű, több mint három kivezetéses tokozásban kerülnek forgalmazásra. A második generációs integrált feszültség-stabilizátorok több előnyös tulajdonsággal rendelkeznek az előző típushoz képest: beépített túláramvédelem, beépített frekvenciakompenzálás, az alkalmazásokban maximum három külső diszkrét elem beépítését igénylik, maximális terhelőáramuk amper nagyságrendű. Kapcsoló üzemű feszültségstabilizátor: Felépítés szempontjából három fő részből áll: 

Teljesítmény-kapcsoló: általában egy tranzisztor vagy tirisztor



Szűrő: aluláteresztő karakterisztikája van és a kimeneti feszültség időbeli középértékét képzi



Vezérlőegység: feladata a teljesítménykapcsoló vezérlése és a kimeneti feszültség stabilizálása

A kapcsoló periodikusan zár viszonylag magas frekvenciával. A teljesítménykapcsoló kimenetén négyszögjel alakú feszültségimpulzusokat kapunk, amelyek amplitúdója közelítően megegyezik a bemeneti feszültség amplitúdójával. Kitöltési tényezője olyan, hogy időbeli középértéke megegyezzen a kívánt stabilizált feszültség értékével. Az LC szűrő feladata, hogy elektromos energiát tároljon, amíg a teljesítménykapcsoló zár, és a tárolt energiát az Rt terhelésének leadja, miközben a teljesítménykapcsoló kinyit. A stabilizátor legfontosabb egysége a vezérlőegység. A kapcsolójel előállítását két modul végzi: referencia-feszültséggel ellátott szabályzó és az impulzusszélesség-modulátor. A felerősített hibajelet a következő egységek állítják elő: referencia-feszültségforrás, kimeneti feszültségfigyelő áramkör, különbségképző és erősítő áramkör. A impulzusszélesség-modulátor fűrészgenerátorból és komparátorból áll. A komparátor által bekapcsolt teljesítménykapcsoló vezetési ideje, a hibajel előjelétől és nagyságától függően változik. A stabilizátor fő hátránya, hogy a kapcsoló üzemű működés erős rádiófrekvenciás zavart okoz. A megfelelően magas kapcsolási frekvencia és a megfelelő árnyékolás alkalmazása hatékonyan csökkenti ezeket a zavaró hatásokat.


-1-

Tubics József

24.A. ISMERTESSE A VILLAMOS JELEK KÉPI MEGJELENÍTÉSÉNEK ELVÉT! RAJZOLJA FEL AZ OSZCILLOSZKÓP TÖMBVÁZLATÁT, MAGYARÁZZA EL MŰKÖDÉSÉT! RÉSZLETEZZE A SZINKRONIZÁCIÓT BIZTOSÍTÓ ÁRAMKÖRÖK MŰKÖDÉSÉT! ISMERTESSE TÖBB JEL EGYIDEJŰ MEGJELENÍTÉSÉNEK ELVÉT ÉS FONTOSABB ÁRAMKÖREIT! SOROLJON FEL PÉLDÁKAT AZ OSZCILLOSZKÓPOK MÉRÉSTECHNIKAI ALKALMAZÁSÁRA! Képi megjelenítés: A vizuális megjelenítő olyan elektronikus készülék, amely a fizikai folyamatokat vagy állapotokat látással teszi érzékelhetővé. A készüléken megjelenített kép csak bizonyos ideig szemlélhető, rövid idő után eltűnik, vagy megváltozik. A vizuális megjelenítő elsődleges feladata a folyamat időbeli változásának, valamely állapotának vagy jellemzőjének a bemutatása, mérése. Katódsugárcső: Az elektronágyúból nagy sebességgel érkező elektronok az ernyőnél egy pontban találkoznak, és az ernyő falán lévő fénypor bevontba csapódnak. Az elektronok mozgási energiáját a fénypor atomjai felveszik, gerjesztett állapotba kerülnek, majd a felvett energiát fényként kisugározzák. A jelenséget lumineszkálásnak nevezik. Oszcilloszkóp felépítése működése: A katódsugárcső eltérítő egysége erősítőkkel vezérelhető. Megkülönböztetünk függőleges (Y), és vízszintes (X) erősítőt. Az ernyőn megjelenő ábra x vagy y irányú méretét, vagyis az eltérítés mértékét az erősítők előtti osztóval állíthatjuk be. A legnagyobb érzékenységet leosztás nélküli állapotban kapjuk. Ekkor a vizsgálható feszültség nagyságát az erősítés mértéke határozza meg. Nagyobb feszültség esetén az erősítő bemenetére jutó feszültséget a kívánt mértékben leosztjuk.

Az osztó és a függőleges bemenet között AC/DC kapcsoló van. A vizsgálandó jelet mindig a függőleges erősítő bementére (YIN) kell csatlakoztatni, a vízszintes bemenetet (XIN) csak különleges célra használjuk. Álló vagy szinkronizált ábrát akkor kapunk, ha az időlap-generátorral a vizsgált jelet mindig ugyanabban a fázishelyzetű pontban kezdjük rajzoltatni, vagyis a jelet abban a pillanatban indítjuk el, amikor a vizsgált jelnél új periódus kezdődik. Erre való a szinkron- vagy triggeráramkör, amely vezérelhető az Y-erősítő jelével és valamilyen külső jellel.


-2-

Tubics József

Szinkronizáló-, trigger-áramkör: Az időlap-generátor indításához meredek felfutású impulzus szükséges, amelyet a triggeráramkör állít elő az Y-erősítő jeléből vagy a külső szinkronbementre adott jelből. Követelmény, hogy az indítási szintet szabályozni lehessen, továbbá a pozitív és negatív indítást is megvalósítsa. Az indító tűimpulzust erősítés és formálás után differenciálással állítják elő. A triggerjel forrását kiválasztó K1 kapcsolóról a jel egy elválasztó erősítőre jut. Kimeneti feszültségének szabályozásával állítják be a triggerszintet, majd erősítik egy differenciáló erősítővel. Az erősítő kimenetéről két ellentétes fázisú jel vehető le, amelyek közül K2 kapcsolóval lehet választani. A jel alakja a kapcsoló kimenetén még megegyezik a K1 kapcsolóval kiválasztott jel alakjával, a formálás csak ezután következik egy Schmitt-triggerrel, majd a kimenetén lévő differenciáló-áramkörrel. Több jel egyidejű megjelenítése: Erre a kétcsatornás oszcilloszkópok alkalmasak. A kétcsatornás azt jelenti, hogy egyszerre két jel vizsgálható. Gyakrabban használják az elektronkapcsolós megoldást, amelynél a függőleges erősítőnek csak egy részét kell megkettőzni (AC/DC kapcsolót és a bemeneti csatlakozót). A két csatorna jelét elektronikus kapcsoló felváltva kapcsolja a közös függőleges erősítőre olyan gyorsan, hogy a szemünk észre sem veszi. Többsugaras oszcilloszkópokban a triggeráramkörhöz egy új kapcsoló tartozik, amely belső szinkron üzemmódban a szinkronjel forrását választja ki. Szinkronozni az A és B csatorna jelével egyaránt lehet. Áramkörei: katódsugárcső áramköre; függőleges erősítőrendszer; időlap-generátor; vízszintes erősítőrendszer; triggeráramkörök; hitelesítőosszcillátor; elektronkapcsoló. Méréstechnikai alkalmazás: Feszültségek, frekvenciák, rezgések mérése. Erősítők kimeneti jeleinek vizsgálata. Négypólusok jelátviteli jellemzőinek meghatározása. Impulzusok tulajdonságainak mérése. Szabályzási tagok bemeneti és kimeneti jeleik közötti összefüggések vizsgálata.


-1-

Tubics József

25.A. ISMERTESSE AZ ANALÓG MULTIMÉTEREKBEN ALKALMAZOTT ANALÓG-DIGITÁL ÁTALAKÍTÓK ELVI MEGOLDÁSI LEHETŐSÉGEIT, ÁRAMKÖREIKET ÉS MŰKÖDÉSÜKET! RAJZOLJA FEL A DIGITÁLIS MULTIMÉTER TÖMBVÁZLATÁT. ÉRTELMEZZE AZ EGYES RÉSZEGYSÉGEK FELADATÁT ÉS MŰKÖDÉSÉT! HASONLÍTSA ÖSSZE AZ ANALÓG ÉS A DIGITÁLIS MÉRÉST! Az analóg-digitális átalakítás elve: Az analóg-digitális átalakítás két jellegzetes szakaszra bontható: mintavételre és digitális kódol ásra. Azokban az átalakítókban, amelyekben mérés közben a vett minta nagysága nem változhat meg, külön áramkörrel a szinttartásról is gondoskodni kell. A mintavétel bizonyos időközönként történik, amelyet az átalakítóra jellemző átalakítási vagy konverziós idő határoz meg. A konverziós idő az átalakító működési módjától függően lehet állandó érték, de a mért feszültség nagyságával arányosan növekvő is. A mintavételezés folyamata során a mérendő és folytonos analóg mennyiséget – általában feszültséget – tartományokra (egységekre) bontjuk. Az egységek lehetnek azonosak, de különböző nagyságúak is.

Az A/D átalakító azt állapítja meg, hogy a mért mennyiség hányszorosa az egységnek, vagyis a mért mennyiség mérőszámát adja. Ha a mérőszámot nem lehet a kvantum egész számú többszörösével kifejezni, akkor az átalakító a hozzá legközelebb eső számhoz kerekít, és a mérési elvből származó hiba keletkezik, amelyet a kijelző utolsó számjegyénél a ±1 digites eltérés fejez ki. A hiba arányos a kvantum nagyságával, különböző nagyságú kvantumok esetén a legkisebb kvantumhoz tartozó értékkel. A kvantumokat nagy stabilitású UR referenciafeszültségből állítjuk elő, azonos kvantumok esetén annak N = 2n részre osztásával. A referenciafeszültség értéke megegyezik az A/D átalakító bemenetére adható legnagyobb feszültséggel.


-2-

Tubics József

Átalakítási módszerek Az átalakítás módja szerint megkülönböztetünk közvetlen és közvetett átalakítót. Közvetlen módszer esetén a mérendő feszültséget egyetlen lépésben alakítjuk digitális jellé, míg közvetett módszernél előbb vele arányos idővé vagy frekvenciává, majd ezt kódoljuk digitális számértékké. Közvetlen(komparátoros) átalakítók: a párhuzamos vagy komparátoros A/D átalakítóban az UR referenciafeszültséget egy nagy pontosságú osztóval N = 2 n darab ∆U eg ységre bontjuk, majd az így kapott feszültségeket egy-egy komparátor bementére vezetjük. A komparátorok másik bemenete össze van kötve, és erre a közös bemenetre csatlakozik a mérendő Ux feszültség. Ux hatására mindazok a komparátorok átbillennek, amelyek pozitív bemenetére nagyobb feszültség jut, mint az osztó kimeneteiről érkező feszültség. A kódoló az átbillenéseket logikai 1 szintként érzékeli és a mintavételt engedélyező STROBE jel hatására egy logikai kapukból álló hálózattal binárisan kódolt számmá alakítja. A legkisebb értékű bitet LSB-nek, legnagyobbat MSB-nek nevezik.

A működési elvből következik, hogy a kódoló kimenetén minden engedélyező jel hatására azonnal megjelenik a mért érték, vagyis a komparátoros átalakító rendkívül gyorsan működik. Nagy hátránya azonban, hogy az elkészítéséhez soktagú és pontos osztó, és ugyanennyi komparátor szükséges. Ha pl. a felbontóképességet és ezzel együtt a kimeneti jel bitjeinek a számát növelni akarjuk, akkor minden további bitnél kétszeresre kell növelni az osztó elemeinek és a komparátoknak a számát is. A komparátoros átalakítót főleg hang- és képjelek digitalizálására alkalmazzák. A számláló típusú A/D átalakító: minden mérés a számláló nullázásával kezdődik, ami a digitális kimeneti jelet, és ezzel együtt a D/A átalakító bemeneti jelét is nullára állítja. Ennek következtében az utóbbi kimenetén és a Ko komparátor invertáló bemenetén UD = 0 V jelenik meg. A komparátor másik bementére a pozitív polaritású UX feszültség jut, ezért átbillen, és az ÉS kapu egyik bemenetére H szintet ad. A számlálási folyamat mindaddig tart, amíg UD el nem éri UX értékét. Ekkor a komparátor átbillen, és megakadályozza további órajel impulzusok átjutását, a számláló kimenetén pedig az UX = UD-nek megfelelő bináris érték lesz.


-3-

Tubics József

Számlálás közben az átalakító kimenetére csatlakozó kijelző egyre nagyobb és gyorsan változó értéket mutat. A mért értéket emiatt csak akkor lehet elolvasni, ha a számlálás befejezése után egy bizonyos ideig kijelezzük. Erre szolgál a várakozási idő. A mérési és várakozási idő miatt ezzel az átalakítóval gyors mérés nem végezhető, nagy előnye viszont az egyszerű felépítés, valamint az, hogy a mérés pontossága nem függ az órajel frekvenciájától. Digitális multiméter: A digitális multiméterek ma már az analóg multimétereknél is elterjedtebbek, mert szervizcélokra használható változataik kis méretben és olcsón előállíthatók, üzemi és laboratóriumi változataikkal, pedig nagy mérési pontosság érhető el, sőt a mérés automatizálható. A digitális multiméter jellemző szolgáltatásai: −

Egyenfeszültség mérése

−

Váltakozó feszültség mérése

−

Egyenáram mérése

−

Váltakozó áram mérése

−

Ellenállás mérése

−

Dióda, tranzisztor, valamint szakadás és zárlat vizsgálata, sőt több típus alkalmas frekvencia, kapacitás, tranzisztorparaméter stb. mérésére is. A leggyakoribb és legjellemzőbb megoldás az 5-14. Ábrán látható

Az ellenállásmérő egység: az ellenállásmérő minden multiméternek, így a digitális multiméternek is fontos üzemmódja. Az analóg multiméterek többsége az ellenállást feszültségmérős elven méri, amelyhez nemlineáris skála tartozik. Digitális műszerekben ezt nem lehet megvalósítani, vagyis olyan ellenállás-feszültség átalakítási módszert kell választani, amely esetén a kimeneti feszültség arányos a mért ellenállással. A digitális műszerek általában áramgenerátoros módszerrel mérnek, amelynek az a lényege, hogy állandó áramerősség esetén, az ellenálláson fellépő feszültség arányos az ellenállás értékével.


-4-

Tubics József


-1-

Tubics József

26.A. ISMERTESSE A FREKVENCIA- ÉS IDŐMÉRÉS ELVÉT! RAJZOLJA FEL A DIGITÁLIS FREKVENCIA- ÉS IDŐMÉRŐK TÖMBVÁZLATÁT ÉS ELEMEZZE MŰKÖDÉSÜKET! SOROLJON FEL PÉLDÁKAT MÉRÉSTECHNIKAI ALKALMAZÁSUKRA. Digitális frekvencia- és időmérés elve: A digitális frekvencia- és időmérők univerzális műszerek. Különböző fizikai mennyiségeket lehet velük mérni: frekvencia, periódusidő, időtartam, frekvenciaarány, fázisszög. A műszer feladata jelimpulzusok megszámlálása, amelyhez mérési hibát nem okozó digitális áramkörök állnak rendelkezésre. Digitális időmérésnél egy ismert frekvenciájú jelből származó i mpulzusokat s zámlálnak ismeretlen i deig egy számlálóval. Digitális f rekvenciamérésnél fordítva, ismeretlen frekvenciájú jelből származó impulzusokat számlálnak meg ismert ideig. Digitális frekvencia- és időmérő felépítése: A digitális frekvenciamérő minden mérendő jelet a jelformáló erősítővel előbb meredek felfutású impulzusjellé a lakít, majd ennek 1s al att l ejátszódó pe riódusait s zámolja meg és jelzi ki, amely éppen a frekvencia. A mérési elvet emiatt számláló típusú mérésnek is nevezik.

A mérés a vezérlőegység által meghatározott időszakonként történik, és mindig a számláló nullázásával, majd a kapu nyitásával kezdődik. Az időalap által nagyon pontosan meghatározott idő letelte után a kapu zár, és a számlálás befejeződik. Ha az időalap 1s-ig tarja nyitva a kaput, akkor a mérés végén a számlálóban pontosan a frekvenciának megfelelő érték lesz. A számlálóban lévő érték kétféle módon használható fel: 1. Tároló nélkül: a kijelző közvetlenül a számlálóra csatlakozik. Ekkor a kijelzőn látszik a számlálási folyamat, a mérés befejeződéséig egyre nagyobb értéket mutat A kapu zárása után a számláló tartalmát egy bizonyos ideig ki kell jelezni, és a következő mérés csak ennek letelte után kezdődhet. A kijelzés időtartamát a felhasználó saját igénye szerint potenciométerrel választhatja meg. 2. Tárolóval: a tároló a mérést gyorsítja, mert a kapu zárása után a vezérlőegység a számláló tartalmát azonnal átírja a tárolóba, és amíg a kijelzés tart, megkezdődhet a következő mérés. A kijelző mindig a számlálóban lévő értéket veszi fel, vagyis az átírással a régi érték automatikusan törlődik. Az időalap-áramkör nagy pontosságú kristály-oszcillátorból és frekvenciaosztóból áll. Az időalap értéke általában 1s, de túl nagy frekvencia esetén ennél kisebbet, míg túl kicsi frekvencia esetén ennél nagyobbat célszerű használni. Méréstechnikai alkalmazások: Periódusidő mérése: főleg kis frekvencia esetén mérünk, mert ekkor a frekvenciamérés nagyon pontatlan lenne. Periódusidő mérésekor a kaput nem az időalap, hanem a mért jel vezérli, és éppen T ideig tartja nyitva.


-2-

Tubics József

Időtartam mérése: a számlálás és a periódusidő-mérés kombinációjával keletkezik oly módon, hogy az időalap impulzusait számoljuk a START és STOP jelek által meghatározott időben. A START és STOP jelet a vizsgált jelekből állítjuk elő. Frekvenciaarány mérése: két frekvencia összehasonlítására alkalmas. A kijelzőn megjelenő érték azt mutatja meg, hogy az egyik frekvencia hányszor nagyobb a másiknál. A mérésnek csak akkor van értelme, ha az egyik frekvencia a másiknak sokszorosa, különben nagy mérési hiba keletkezik.

Digitális frekvenciamérő jelei


-1-

Tubics József

22.A. RAJZOLJA FEL AZ ANALÓG MULTIMÉTER TÖMBVÁZLATÁT! ISMERTESSE AZ EGYENFESZÜLTSÉG-MÉRŐ ÉS A MÉRŐÁTALAKÍTÓK KAPCSOLÁSI MEGOLDÁSAIT! ÉRTELMEZZE AZ ANALÓG MULTIMÉTER JELLEMZŐIT! Analóg multiméter felépítése: Az elektronikában leggyakrabban használt műszerek az univerzális feszültségmérők vagy multiméterek. Megoldástól függően mérnek: − − − − −

Egyenfeszültséget; Váltakozó feszültséget legfeljebb néhány MHz-ig; Ellenállást; Egyenáramot; Váltakozó áramot;

Tartozékokkal: − Nagyfrekvenciás feszültséget 1-2 GHz-ig; − Egyenáramú nagyfeszültséget 30 kV-ig. A felsorolás a kialakítások gyakoriságát is kifejezi. A legtöbb multiméter csak az első három (esetleg négy) mennyiség mérésére alkalmas, de egyes különleges megoldásokkal minden felsorolt mennyiséget mérnek. A műszer alapja az egyenfeszültség-mérő. Ezt egészítik ki a többi mennyiség mérésére alkalmas áramkörök és tartozékok. Emiatt fontosabb jellemzői (bemeneti ellenállás, mérési tartomány stb.) is az előzőekben megismert egyenfeszültség-mérőével egyeznek. Az üzemmódválasztó kapcsoló első két állása (+;-) egyenfeszültség mérésekor polaritásváltásra alkalmas. Ha a mért egyenfeszültséget téves polaritással csatlakoztattuk volna, nem kell a mérővezetékeket levenni és felcserélés után újra csatlakoztatni, elegendő a kapcsolót átváltani. Az egyenfeszültség-mérő hitelesítésére a P1 trimmerpotencióméter szolgál.

Váltakozó üzemmódban az egyenfeszültséget mérő műszer elé egyenirányítót iktatnak (mérés közvetlen módszerrel). Ebben az állásban a rendszer P2-vel hitelesíthető. A következő üzemmódban a műszer ellenállást mér, amire az elektronikában rendkívül nagy szükség van. Ebben az állásban nemcsak az ellenállás értéke ellenőrizhető 1-5% pontossággal, hanem a zárlatok és szakadások helye is könnyen meghatározható, sőt diódák és tranzisztorok hibái is megállapíthatók. Az ellenállás méréséhez U0 segédfeszültség


-2-

Tubics József

szükséges, amelynek értéke idővel változhat. Korrigálására – lényegében az ellenállásmérő hitelesítésére – való a P3 potenciométer, amely forgatógombbal a műszer előlapján állítható. Néhány műszer áramerősség mérését teszi lehetővé, sőt ebben az üzemmódban külön csatlakozó szükséges. Oszcilloszkópokban, monitorokban és tévékészülékekben 1-30 kV-os egyenfeszültség is előfordul, amelyet valamilyen módon mérni szükséges. Az univerzális feszültségmérő ezt a feladatot kiegészítő előtét-ellenállással oldja meg, amely a műszer tartozékaként ún. nagyfeszültségű mérőfejet alkot, és amely a mérési tartományt egészen 30 kV-ig növeli. Analóg multiméter áramkörei: A v áltakozófeszültség-mérő rész: a műszer, váltakozó feszültséget közvetlen módszerrel mér, az egyenirányító a bemenet és az egyenfeszültség-mérő rész között önálló egységet alkot. Ebben az üzemmódban a műszer legkisebb méréshatára általában 1 V, a legnagyobb 300V. Általában csúcs-egyenirányítót al kalmaznak, amelyben szilícium- és vákuumdióda egyaránt lehet. Szilíciumdióda esetén csak néhány kHz-ig, vákuumdióda esetén 5-20 MHz-ig mér. Még akkor is, ha az egyenirányító a műszer házán belül helyezkedik el, és mérővezetékkel kell csatlakozni a mért áramkörhöz. Nagyobb frekvenciájú jelek mérésére is alkalmas műszereknél a mérő-egyenirányító a műszer házán kívül mint nagyfrekvenciás mérőfej helyezkedik el, de más megoldásokban beépített egyenirányító és külső nagyfrekvenciás mérőfej is van, és ekkor a műszerrel néhány Hz-től több GHz-ig lehet mérni. A csúcs-egyenirányítónál a csúcsérték és az effektív érték közötti 2 -es korrekciót közelítő pontossággal az egyenirányítóban lévő soros ellenállás és az egyenfeszültség-mérő bemeneti ellenállása által alkotott osztó végzi el, a rendszer a P2 potenciométerrel hitelesíthető. Az ellenállásmérő rész: ellenállás mérésére a műszerek többsége a feszültségmérő módszert használja. Ennek lényege: az ismeretlen RX ellenállásból és egy nevezetes értékű RN ellenállásból feszültségosztót készítenek, amelynek bemenetére egységnyi feszültséget adnak, és az osztó kimeneti feszültséget feszültségmérővel mérik. Az árammérő rész: ilyen szolgáltatása csak kevés műszernek van, ugyanis jó minőségű árammérő univerzális feszültségmérővel nehezen készíthető. A tömbvázlata szerint áramerősség mérésekor külön bemenetre kell csatlakozni. Ide kapcsolódnak a méréshatárváltó kapcsolóval kiválasztható söntellenállások is. A mutató kitérése arányos a söntön kialakuló U = I ⋅ R feszültséggel, vagyis a söntön átfolyó árammal, ezért a feszültségmérő skálája áramerősség mérésekor is használható. Analóg egyenfeszültség-mérők felépítése: Az egyenfeszültség-mérő a leggyakrabban használt műszer, azonban olyan változata, amely csak egyenfeszültség mérésére alkalmas, rendkívül ritka. Néhány egyszerű áramkörrel kiegészítve sokoldalú univerzális feszültségmérővé alakítható. A műszer jellemző méréshatárai 1, 2, 10, 30, 100, 300 és 1000 V, de ritkán a 0,01 V-os és a 0,1 V-os méréshatár is előfordul. A kijelzője 20…1000 µA alapérzékenységű lengőtekercses műszer, amelyen a méréshatárokhoz igazodó 100-as és 30-as osztású skála


-3-

Tubics József

van, ezáltal nem kell műszerállandót számítani, a leolvasás és a mért értek megállapítása egyszerű.

Analóg egyenfeszültség-mérők áramkörei: Feszültségosztó: a műszer bemenetén a méréshatárok előtét-ellenállásokkal vagy feszültségosztóval válthatók. A mai FET-es bemenetű mérőerősítők bemeneti ellenállása kellően nagy, ezért gyakoribb a feszültségosztós megoldás. Váltakozófeszültség-szűrő: ha a műszerrel olyan feszültséget mérünk, amelynek nagy váltakozó összetevője is van, vagy mérés közben a bemenetére a környezetből túl nagy 50 Hzes hálózati feszültség kerül, akkor a választott méréshatárban az erősítő túlvezérlődik, és emiatt a kijelző hibás értéket mutat. A váltakozó komponens hatását legegyszerűbben alulátersztő szűrővel csökkenthetjük. Mérőerősítő: a mérőerősítő a műszer legfontosabb része. Követelmény, hogy bemeneti ellenállása az osztó ellenállásánál sokszorta nagyobb legyen, az erősítő s hőmérséklet és a tápfeszültség ingadozásira ne változzon. Erre legjobb a differenciálerősítő, amely két teljesen azonos erősítőlemezt tartalmaz. Legegyszerűbb esetben a műszer a kimeneti körben helyezkedik el, mert akkor az erősítés nagy. Védőáramkörök: − Zéner-diódás védelem − Ellenpárhuzamos diódás védelem az erősítő bemenetén, kimenetén


-1-

Tubics József

23.A. CSOPORTOSÍTSA AZ ELEKTRONIKUS JELGENERÁTOROKAT AZ ELŐÁLLÍTOTT JELALAK ÉS A MŰKÖDÉSI FREKVENCIATARTOMÁNY SZERINT! RAJZOLJA FEL AZ EGYES CSOPORTOKBA TARTOZÓ GENERÁTOROK TÖMBVÁZLATÁT, ISMERTESSE MŰKÖDÉSÜKET! ÉRTELMEZZE A GENERÁTOROK JELLEMZŐ ADATAIT! Jelgenerátorok csoportosítása: A jelgenerátorok elektronikus jelforrások. Működésük alapja elektronikus rezgéskeltő (Oszcillátor). A jelgenerátorokat az elektronikában passzív és aktív két- és négypólusok frekvencia-átvitelének és –erősítésének mérésére használják. A frekvencia változtathatósága szerint lehet: állandó és szabályozható frekvenciájú. Frekvencia szerint megkülönböztetünk: -

Infrafrekvenciás

-

Hangfrekvenciás: 20Hz-20kHz

-

Széles sávú

-

Rádiófrekvenciás: 0,1-30MHz

-

URH-TV

-

Mikrohullámú

Jelalak szerint lehetnek: -

Szinusz-generátor

-

Négyszög- és háromszög-generátor

-

Impulzusgenerátor

-

Zajgenerátor

Felhasználhatóság szerint: -

Hanggenerátor

-

Szignálgenerátor

-

Impulzusgenerátor

-

Függvénygenerátor

-

Zajgenerátor

Hanggenerátor: Hangfrekvenciás erősítők és más négypólusok frekvencia-átvitelének és –erősítésének mérésére, hangszórók ellenőrzésére, valamint hidak táplálására használják. Jellemző frekvenciatartománya 20Hz-20kHz.


-2-

Tubics József

Oszcillátor: a teljes frekvencia tartományt három sávra osztva fogja át. A sávokon belül a frekvencia folyamatosan változtatható. Az oszcillátorral szemben támasztott követelmény, hogy torzítása legyen kicsi és a frekvencia változtatása közben az amplitúdó csak ±1dB-nél kisebb mértékben ingadozzon. A feltételek legkönnyebben Wien-hidas oszcillátorral teljesíthetők. Folyamatos osztó: a kimeneti feszültség pontos beállítására való. Általában két lineáris potenciométer alkotja, amelyek egymással sorban vannak kapcsolva, és értékük jelentősen különbözik. A nagyobb a durva, a kisebb a finom szabályzó. Erősítő: az erősítő 1…10W-os kiváló minőségű hangfrekvenciás teljesítményerősítőnek felel meg. Frekvencia-átvitele a kívánt tartományban csak 0,1…1dB-t ingadozhat, és torzítása nem haladhatja meg az oszcillátor torzítását. Ezt úgy érjük el, hogy a szükségesnél nagyobb teljesítményűre tervezzük, de teljes mértékben nem használjuk ki, és negatívan erősen visszacsatoljuk. Szakaszos osztó: a legkisebb impedanciájú illesztett kimenet táplál, a jelet 0,1…1mV-ig képes leosztani. A váltás 20dB-es lépésekben történik. A nagy leosztás miatt π-kapcsolást használnak. Feszültségmérő: a kimeneti feszültség mérésére általában nagyon egyszerű hangfrekvenciás feszültségmérőt használnak. Felhasználáskor előnyösebb az analóg rendszerű, mert ennek dB skálája is van, amely lehetővé teszi a kimeneti jel értékének közvetlen dB-es leolvasását is. Négyszöggenerátor: A jelet közvetlen módszerrel, vagyis relaxációs oszcillátorral állítja elő. Ennek megfelelően astabil multivibrátorból, erősítőből és osztóáramkörökből áll.

Az astabil multivibrátor szimmetrikus felépítésű. A frekvenciasávokat a kapacitások cseréjével lehet kiválasztani, a sávon belüli hangolást együttfutó kettős potenciométerrel. A sok felharmonikus miatt széles sávú és kis kimeneti impedanciájú erősítő szükséges, amely az oszcillátortól a kimenetig DC csatolású. Impulzusgenerátor: A négyszög- és függvénygenerátoroktól abban különböznek, hogy a frekvencián és az amplitúdón kívül az impulzusszünet-arányt, vagyis a kitöltési tényezőt, sőt a kimeneti jel késleltetését is képesek szabályozni. Általános impulzus csak ilyen generátorokkal állítható elő.


-3-

Tubics József

A frekvenciát belső oszcillátor vagy külső generátor határozza meg, azonban jelalakja bármilyen lehet, a jelformáló áramkör tűimpulzussá alakítja. Ez lesz az alapjel, ezzel egyezik meg a kimeneti jel frekvenciája, és ehhez képest történik a késleltetés is. Az elválasztó f okozatról ez a jel mindkét polaritással levehető, és az oszcilloszkópos mérésekhez szükség esetén felhasználható. A késleltető-áramkör az alapjel tűimpulzusának hatására Tk időtartamú impulzust ad, amelyből jelformáló áramkör a felfutás pillanatában negatív, lefutáskor pedig pozitív tűimpulzust állít elő. Ezzel indítjuk az impulzusidőt meghatározó ár amkört, amelynek kimenetén Ti időtartamú impulzus jelenik meg. A multivibrátor kimeneti jeléből az erősítő és az osztó állítja elő a kívánt nagyságú és polaritású jelet a kimenetek számára. Jelgenerátorok jellemzői: -

Frekvenciatartomány

-

Frekvenciapontosság és –stabilitás

-

A kimeneti feszültség nagysága, pontossága, állandósága

-

A kimeneti feszültség terhelhetősége

-

A kimeneti feszültség torzítása

-

A kimeneti impedancia nagysága

-

Modulálhatóság

- 1 - Tubics József K. P. K. P

Recommend Documents