ELEKTRONIKA 2 (BMEVIMIA027)
ZOLTAI
Az ún. (normál) kaszkád erősítő. A kapcsolás: Ut+
CB
=∞
RC
R3 T2 R2
Cc1
=∞
Cc2
uki
=∞
Rt
A tranzisztorok soros kapcsolása miatt egyforma a munkaponti áramuk (IB-t 0-nak véve, Ut+ R1-re való leosztásával kapható T1 bázis-potenciálja, majd a 0,6 V-os UBE-t levonva, az emitter-potenciálja, amiből Ohm-törvénnyel határozható meg a közös Ct munkaponti áram), emiatt g21(1) = g21(2) = g21. - A feszültségerősítés (g22 = 0): 1 Au = -g21 g21(RC x Rt) = -g21(RC x Rt) g 21
T1
Au FE Au FB A bemeneti ellenállás: R1 ube Rbe = R1 x R2 x h11 CE≈∞ A kimeneti ellenállás: RE Rki = RC - A nagyfrekvenciás viselkedés: Bemeneti kör: mivel a földelt emitteres T1 tranzisztor erősítése itt -1, a CB’C kapacitás csak kis mértékben (kétszeresére) transzformálódik fel, ezért Cbe Kaszkád « Cbe FE, vagyis: be Kaszkád » b eFE , ahol FE a szokásos, egytranzisztoros földelt emitteres erősítőre utal. Kimeneti kör: lényegében azonos FE kimeneti körével. Ezért a T2 alkalmazása akkor javítja a frekvenciamenetet, vagyis csak akkor növeli meg a felső határfrekvenciát, ha a bemeneti áramkör a domináns (miközben az erősítés nem változik).
Fej5-6FrTelj-Ea10
40
ELEKTRONIKA 2 (BMEVIMIA027)
ZOLTAI
6. fejezet TELJESÍTMÉNYERŐSÍTŐK Akkor beszélünk teljesítményerősítőről, ha a kimeneti teljesítménye legalább kb. 1 W. Alapfogalmak: - kivezérelhetőség (a maximális kimeneti amplitúdó: az eszköz működési határai és a csatolás módja határozza meg) - felvett teljesítmény (a tápegységekből felvett összes teljesítmény): P f (vagy Pt) - Kimeneti teljesítmény (a terhelésre leadott teljesítmény): P ki - disszipált teljesítmény (egy tranzisztoron): Pd - hatásfok: P % ki 100 Pf - a termikus viszonyok számítása (hűtőborda méretezése) A földelt kollektoros erősítő hatásfoka (levezetés nélkül)
Ut
Ut
∞ IC0
RL
-Ut
IC0 = =
VS RE RE
RL
opt =
1 = 6.25 % 16
opt = 8,35 %
-Ut Ut Ut RL RL
IC0 -Ut
Fej5-6FrTelj-Ea10
opt = 25 %
-Ut
opt = 50 %
41
ELEKTRONIKA 2 (BMEVIMIA027)
ZOLTAI
„Push-pull” (ellenütemű) teljesítményerősítők - FE fokozatokkal: Ut
Fogyatékosságai: - “lebegő” munkapont-beállító áramkör, - a tápfeszültségekre “ültetett” meghajtó generátorok (közvetlen csatolás esetén), - Nagy kimeneti ellenállás (áramgenerátoros kimenet).
Rt
-Ut
- FK fokozatokkal – komplementer emitter-követő Ut IC1 T1
ube
iki
UB
Rt
UB T2
uki
Az elemzés egyszerűsítő feltevései: - a tranzisztorok komplementer párok azonos paraméterekkel, - IB = 0, - maximális kivezérlésnél a munkapont tengelytől tengelyig mozoghat, - Ut stabil tápfeszültségek, - nincsenek emitter-ellenállások.
IC2 -Ut
A tranzisztorok munkapontját az UB generátorok állítják be. A beállítástól függően működési osztályokról beszélünk: A osztályú beállítás: a periódusidő 100 %-ában folyik áram a tranzisztorokon át. B osztályú beállítás: a periódusidő 50 %-ában folyik áram a tranzisztorokon át. AB osztályú beállítás: a periódusidőnek több mint 50 %-ában, de kevesebb mint 100 %-ában folyik áram a tranzisztorokon át.
Fej5-6FrTelj-Ea10
42
ELEKTRONIKA 2 (BMEVIMIA027)
ZOLTAI
A osztályú működés: A tranzisztor munka-egyenese:
IC
Ut Rt
~
RAC=2Rt
IC0 UCE Ut
2Ut
A működés időfüggvényei: ube
IC1 IC0
IC2 IC0
i0= IC1-IC2 (u0)
t
A tranzisztorokat az UB generátorok a normál aktív tartományon belüli munkapontba állítják be. A maximális kivezérelhetőség érdekében a munkapontot a munka-egyenes közepén vesszük fel, vagyis: 1 Ut IC0 = . 2 Rt Ha vezéreljük a fokozatot, az egyik tranzisztor árama növekszik, a másiké egyidejűleg csökken (például pozitív bemeneti feszültség esetén az n-p-n tranzisztor árama nő, a p-n-p-jé csökken), ami azzal egyenértékű, hogy ellentétes irányú áramváltozások szuperponálódnak a munkaponti áramokra. A terhelő ellenálláson az áramváltozások összege folyik. A különféle teljesítmények számítása: - Felvett teljesítmény: A periódusidőhöz képest hosszú idő átlagában, minthogy az átlagos áram IC0 U t2 Pf = 2Ut IC0 = = állandó. Rt - Kimeneti teljesítmény (a terhelésen): A kimeneti feszültség csúcs-értékével (ukip) kifejezve: 2 2 u kip U t2 u kip . Pki = = 2 R t 2 Rt U t A különféle teljesítménye a relatív kimeneti feszültség u kip ( ) függvényében, a teljesítményeket is normalizálUt va: Prel
P U t2 1 Rt
Pf
2Pd rel
rel
0.5 Pki
rel
u kip 0
1
Ut
Megállapítások: - A Pf rel és a Pki rel görbék közötti távolság a két tranzisztor együttes disszipációját adja meg (2Pdrel). - A disszipáció akkor maximális, ha nincs bemeneti feszültség, és minél nagyobb a kivezérlés, annál kisebb. - A hatásfok nő a kivezérléssel, és a maximális kivezérlésnél: max = 50 %. Fej5-6FrTelj-Ea10
43
ELEKTRONIKA 2 (BMEVIMIA027)
ZOLTAI
B osztályú működés: A töréspontos munka-egyenes: IC
~
RAC1=Rt
US/RL
RAC2=∞
UCE
A tranzisztorok munkapontja a normál aktív tartomány és a lezárási tartomány határára van beállítva úgy, hogy az UB generátorok feszültsége éppen a tranzisztorok küszöbfeszültségével egyezik meg: UB = UBE0. Bemeneti feszültség jelenlétében pozitív bemeneti feszültség esetén csak az n-p-n, negatív esetén pedig csak a p-n-p tranzisztor vezet áramot.
IC0=0 US
2US
A működés idődiagramjai: ube
IC1
IC2
Iki= IC1-IC2 (uki)
t
Teljesítményviszonyok: - Felvett teljesítmény (működés közben): most az átlagáramot (I0) kell megadni a kivezérlés függvényében 2u kip I0 Rt 2 Ezzel: 2 U t2 u kip Pf 2 I 0U t Rt Vt - A kimeneti teljesítmény (az A osztályhoz hasonlóan): 2 2 u kip U t2 u kip . Pki = = 2 R t 2 Rt U t Teljesítmény-diagramok: P Prel 2 Ut 1 Pf rel Rt 2Pd rel max 2Pd rel
2/ 0,5
Pki rel
u kip Ut A Pf rel és a Pki rel közti távolság most is a 2Pd rel-ot adja meg. Bebizonyítható, hogy a Pd rel-nak maximuma van. A maximum helye: U kip 2 Ut Az egy tranzisztoron disszipált teljesítmény maximuma: U2 1 U2 Pd max 2 t 0.1 t . Rt Rt A pillanatnyi teljesítmény maximumát a munka-egyenes ferde szakaszának középpontjában kapjuk (eltér az átlagos disszipációtól): . 0
Fej5-6FrTelj-Ea10
2/
1
44
ELEKTRONIKA 2 (BMEVIMIA027)
ZOLTAI
U 2t Rt Ha lassan változó bemeneti jel előfordulhat, amikor is a tranzisztorok hőmérséklete a pillanatnyi teljesítmény változásait követi, akkor a hűtőborda méretezésekor a pillanatnyi teljesítményt kell figyelembe venni. A B osztályban elérhető hatásfok (maximális kivezérlésnél): Pd pill max 0.25
max =
78 %. 4 A B osztályú működés hátránya: vázoljuk fel Az iki-ube transzfer karakterisztikát! Vegyük számításba, hogy a tranzisztoron folyó áram növekedésekor az UBE feszültség is növekszik.
A transzfer karakterisztika az A osztályban:
IC, iki ikiRt
iki
IC, iki
UBE-UB IC1
iki
IC1
ube
ube ube -IC2
-IC2
t
iki (uki)
t
A transzfer karakterisztika görbe szakasza nulla-átmeneti torzítást okoz. A torzítás csökkenthető az AB osztályban, ahol a tranzisztorok munkaponti áramát az A osztályú munkaponti áram töredék részére állítjuk be. A k torzítási tényező a munkaponti áram függvényében:
Az A osztályban a transzfer karakterisztika lineáris az origó körül széles tartományban. A transzfer karakterisztika az AB osztályban: IC, iki
k IC1
I CAB0 0 B
0,2
1 A
I CA0
uki
iki -IC2
Célszerű az AB osztály munkaponti áramát az A osztály munkaponti áramának 20 %-ára beállítani („optimális beállítás”).
Fej5-6FrTelj-Ea10
45
