Alapkapcsolások (Attól függően, hogy a tranzisztor három csatlakozási pontja közül melyiket csatlakoztatjuk állandó potenciálú pólusra, megkülönböztetünk): földelt emitteres földelt bázisú földelt kollektoros alapkapcsolásokat.
Üzemmódok: Attól függően, hogy a tranzisztor munkapontját melyik karakterisztika szakaszon helyezzük el, működése kétféle lehet: lineáris és nemlineáris. Lineáris működés: a tranzisztoron folyó áram egyenesen arányos a vezérlőjel megváltozásával. Nemlineáris működés: a tranzisztoron folyó áram nem egyenesen arányos a vezérlőjel időbeni lefolyásával. A tranzisztor sztatikus üzemmódban működik, ha vezérlés hatására csak kimeneti árama változik, a kimeneti feszültség nem (ez rövidzárral lezárt kimenet esetén lehetséges). Dinamikus üzemmódban működik egy tranzisztor, ha vezérlés hatására a kimeneti feszültség változik (ilyenkor a kimenetet ellenállással zárjuk le). Fogalmak: Munkapont: A tranzisztor megfelelő működéséhez szükséges egyenáramok és egyenfeszültségek összessége. A munkaponti adatok meghatározására a tranzisztor karakterisztikáit használjuk fel. A munkapontot mindig úgy kell megválasztani, hogy a tranzisztor működési tartományának közepére essen, így a tranzisztort vezérelve a legnagyobb torzítatlan kimeneti jelet kapjuk (kivezérlés maximuma). Munka-egyenes: A tranzisztort vezérelve a kimeneti áram (IC, illetve ID) és kimeneti feszültség (UCE, illetve UDS) között lineáris az összefüggés, grafikus képe egy egyenes. Ez a munka-egyenes. A tranzisztorra bemeneti jelet adva a munkapont ezen az egyenesen mozog. Munkapont beállítás fő lépései: A tranzisztorhoz tápfeszültséget választunk, figyelembe véve a szükséges kimeneti feszültség nagyságát, A tranzisztor jelleggörbéin, a kivezérlési tartomány közepén kiválasztjuk a munkapontot, A jelleggörbéből leolvassuk a munkaponthoz tartozó munkaponti adatokat, A fenti adatok segítségével kiszámítjuk a munkapont beállításához szükséges ellenállások értékét. Erősítő jellemzők: Feszültségerősítés: Viszonyszám, a kimeneti- és a bemeneti feszültség hányadosa. Au=U2 /U1 decibelben:20 lg(U2 /U1))
Áramerősítés: Viszonyszám, a kimeneti áram és a bemeneti áram hányadosa. Ai= I2 /I1 decibelben:20 lg(I2 /I1)) Teljesítményerősítés: Az erősítő áram- és feszültségerősítésének szorzata. Ap=P2 /P1=Au. Ai decibelben:10 lg(P2 /P1)) Bemeneti ellenállás: Az erősítő négypólus ellenállása a bemenetről nézve, amit a generátor lát. Kimeneti ellenállás: Az erősítő négypólus ellenállása kimenetről nézve, amit a terhelés lát. FE alapkapcsolás:
Közös (földelt) emitteres kapcsolás Fizikai működés Ug nő Ube nő Ub nő UBE nő Uc /Ut-Urc/ csökken Uki csökken
a tranzisztor jobban nyit
IC nő
URC /Ic*Rc/ nő
(A bemenetre generátort kapcsolva, és feltételezve, hogy az Ube feszültség pozitív irányba nő, ez a változás növeli az UBE0 feszültséget és az IB0 áramot. A bázisáram növekedése felerősítve jelentkezik a kollektorkörben, vagyis I C0 nő és növekszik az Rc ellenálláson eső feszültség. Az Rc ellenálláson eső feszültsége előidézi az UCE0 feszültség csökkenését, amelyet a Cki csatolókondenzátor a kimenetre közvetít. Mivel az Uki feszültség változása ellentétes irányú az Ube feszültség változásához viszonyítva, az emitterkapcsolás fázist fordít ) Az erősítő fázist fordít. C1: bemeneti csatoló kondenzátor vezérlőjelet beengedi az erősítőbe az egyenfeszültséget leválasztja
C2 : kimeneti csatoló kondenzátor a C és a terhelés egyenáramú leválasztása a C potenciálváltozásokat átjuttatja a terhelésre CE: emitter hidegítő kondenzátor bekapcsolás után feltöltődik az E potenciálra nem befolyásolja a munkapontot (mintha ott sem lenne) vezérléskor megakadályozza, hogy az E potenciál ingadozzon AC szempontból rövidzárként viselkedik megszünteti az RE munkapont stabilizáló hatását R1,R2: munkapont beállító ellenállások a bázisosztót alkotják RE: emitter ellenállás stabilizálja a munkapontot RC: kollektor köri munkaellenállás áram-feszültség átalakító AC helyettesítő kép:
Megrajzolási szabályai: csatolók hidegítő rövidzár
rövidzárak rövidzár AC föld
Jellemzők összefoglalása fázist fordít Au nagy, Ai nagy, Ap a legnagyobb Rbe viszonylag közepes érték Rki átlagos Alkalmazása általános erősítőként ő a leggyakoribb erősítő láncoknak belső eleme Képletek:
Földelt kollektoros kapcsolás
Fizikai működés a generátor feszültsége nő Uki nő
Ube nő
UB nő
a tranzisztor jobban nyit
IE nő
UE nő
A bementi feszültség nem haladja meg a bázis-emitter dióda nyitófeszültségét, tehát számottevő kollektor áram nem indul meg. Ube>UBE felett a kollektor áram és az emitter áram is megindul, és az RE ellenálláson feszültségesés keletkezik, mely követi a bemeneti feszültség alakulását: Uki=Ube-UBE E „feszültségkövetési” tulajdonság miatt a kapcsolást gyakran emitter követőnek is nevezik. Az erősítő nem fordít fázist. Az UB változását az UE változása kb. 0,7 V-al lemaradva tőle. Az erősítés közelít 1-hez, gyakorlatban Au=0,95…0,999. C1: bemeneti csatoló kondenzátor C2 : kimeneti csatoló kondenzátor AC helyettesítő kép
Az IB ingadozása az emitter köri ellenállásokon jóval nagyobb U változásokat okoz, mint ami az emitter köri ellenállások tényleges értéből következne, mert az emitter körben az áram ingadozás 1+ szorosa a bázis köri áramingadozásnak. A generátor úgy érzi, mintha az emitter köri ellenállások 1+ szor nagyobbak lennének tényleges értéküknél. Az E és B kör áramai nem egyformák, a B kör köri ellenállások az E felől nézve 1+ ad csökkenek látszólag.
Érdekesség Az erősítő bemeneti ellenállása függ attól, hogy milyen terhelés van a kimenetére kötve. Átlátszó erősítésnek is szokták hívni. Jellemzők összefoglalása nem fordít fázist Au értéke1 rbe nagy, rki kicsi Alkalmazása erősítő láncok első és utolsó fokozataként impedancia transzformátorként
Földelt bázisú alapkapcsolás
Mint az ábráról látható, a meghajtó generátornak az IE emitter áramot kell táplálnia, mely -szorosa a földelt emitteres kapcsolás által igényelt IB bázisáramnak. Ez annyit jelent, hogy a földelt bázisú kapcsolás bemeneti ellenállása alacsony és erősen terheli a megelőző, meghajtó áramkört. Emiatt ezt a kapcsolást alacsonyabb frekvenciákon nem előnyös alkalmazni. Magas frekvenciákon a tranzisztorok szórt kapacitásai is szerepet kapnak, ezért, ha az ezeket is tartalmazó helyettesítő modelleket felrajzolnánk, kiderülne, hogy ilyen feltételek között a földelt bázisú kapcsolás alkalmazása előnyös. Jellemzők összefoglalása rbe: n *10Ω kicsi rki: nagy Alkalmazása nagyfrekvenciás, hangolt erősítőkben áramerősítése nincs, feszültségerősítése van. Helyettesítő képe: Feszültségerősítése nagy. Nincs fázisfordítása.
kiegészítés: Bázisellenállásos
Képletei: RB=(UT-UBE)/IB0 RC=(UT-UCE)/IC0 A két ellenállásnak az a feladata, hogy beállítsa a tranzisztor feszültségeit, áramait.
Bázisellenállásos, emitterellenállással
Képletei: RE=(UE)/(IB0+IC0) RC=(UT-UCE-UE)/IC0 RB=(UT-UBE-UE)/IB0
Mivel eggyel több ellenállás szükséges, ezért még egy adatot meg kell adni. Ez lehet: az emitterellenállás feszültsége, vagy ellenállása. Az emitterellenállás (RE) feladata, hogy biztosabbá, stabilabbá tegye a működést. Az RE egy negatív visszacsatolást hoz létre, amely korlátozza a tranzisztoron átfolyó áram nagyságát, nem hagyja a tranzisztor munkapontját melegedés hatására elmozdulni. Bázisosztós, emitter ellenállás nélkül
Képletei: RB1=(UT-UBE)/(IB+Io) RB2=UBE/Io RC=(UT-UCE)/IC0
Bázisosztós, emitterellenállással
Képletei: RC=(UT-UC)/IC0
RB1=(UT-(UBE+(UC-UCE)))/(IB+Io) RB2=UBE+(UC-UCE)/Io RE=(UC-UCE)/(IB0+IC0)
Visszacsatoló ellenállásos, emitterellenállás nélkül
Képletei: RC=(UT-UCE)/(IC0+IB+Io) RB2=UBE/Io RB1=(UCE-UBE)/(IB+Io)
Visszacsatoló ellenállásos, emitterellenállással
Képletei: RB2=(UBE+UE)/Io RE=(UB-UBE)/(IC+IB)
RB1=(UC-UB))/(IB+Io) RC=(UT-UC)/(IC0+IB+Io)
