MUNKAANYAG. Dr. Nemes József. Erősítő áramkörök, jellemzőik II. A követelménymodul megnevezése: Elektronikai áramkörök tervezése, dokumentálása

YA G

Dr. Nemes József

M

U N

KA AN

Erősítő áramkörök, jellemzőik II.

A követelménymodul megnevezése:

Elektronikai áramkörök tervezése, dokumentálása A követelménymodul száma: 0917-06 A tartalomelem azonosító száma és célcsoportja: SzT-040-50

ERŐSÍTŐ ÁRAMKÖRÖK, JELLEMZŐIK II.


ESETFELVETÉS – MUNKAHELYZET

YA G

Az erősítő áramkörök, jellemzőik I. részben megismertük az elektronikus erősítő

alapkapcsolásokat. Ez az egy fokozat azonban az esetek döntő részében nem elég nagy erősítést biztosít számunkra. Így, ha készítetünk egy hangfrekvenciás erősítő kapcsolást egy tranzisztorral egy fejhallgatóhoz, akkor tapasztalhatjuk, hogy a fejhallgató hangereje nagyon gyenge. Milyen lehetőségeink vannak, hogy az erősítésünk növekedjen?

_________________________________________________________________________________________

KA AN

_________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________

U N

_________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________

M

_________________________________________________________________________________________

SZAKMAI INFORMÁCIÓTARTALOM Többfokozatú erősítők

Visszacsatolások Az erősítők frekvenciafüggése Nagyjelű erősítők

1


1. Többfokozatú erősítők A gyakorlati alkalmazások nagy részében egyetlen erősítőfokozat erősítése nem elegendő.

Többfokozatú erősítőt kell alkalmazni akkor is, ha egy fokozat erősítése elegendő, de a bemeneti vagy a kimeneti ellenállás értéke nem megfelelő. Két erősítőfokozat összekapcsolását csatolásnak nevezzük.

1. RC csatolás;

2. Közvetlen csatolás (emittercsatolás);

3. Közvetlen csatolás (kollektorkapcsolás); 4. Transzformátoros csatolás.

M

U N

KA AN

RC csatolás

YA G

Csatolásfajták:

1. ábra RC-csatolású erősítő

A C2 kondenzátor egyenáramú szempontból elválasztja a fokozatokat egymástól. Minden egyes fokozat munkapontját saját bázisosztó állatja be.

Hátránya: az erősítés frekvenciafüggő, mivel C2 a 2. fokozat bemeneti ellenállásával felüláteresztő szűrőt alkot.

Előnye: a munkapontok egymástól függetlenek.

2

ERŐSÍTŐ ÁRAMKÖRÖK, JELLEMZŐIK II. Közvetlen csatolás (emittercsatolás) A T2 bázis-előfeszültsége a két emitter-ellenállás feszültségének különbsége. Hátránya: T2 munkapontja T1-től függ. Előnye: frekvenciafüggetlen csatolás, egyenfeszültség erősítéssel. T1 kis kimeneti ellenállású

KA AN

YA G

kollektor-kapcsolásban működik.

2. ábra Közvetlen csatolású erősítő

Közvetlen csatolás (kollektorkapcsolás)

U N

T2 bázis-előfeszültsége UCE1 (5.3 V) és URE1 (6 V) különbsége. Mindkét tranzisztor emitterkapcsolásban működik.

Hátránya: T2 munkapontja függ T1-től. T2 emitter-ellenállása nagy (feszültségveszteség).

M

Előnye: frekvenciafüggetlen csatolás, egyenfeszültség-erősítéssel.

3

YA G


3. ábra Közvetlen csatolás (kollektorapcsolás)

M

U N

KA AN

Transzformátoros csatolás

4. ábra Transzformátoros csatolású erősítő A transzformátor egyenáramú szempontból elválasztja egymástól a fokozatokat. Hátránya: a transzformátor drága, nagy és nehéz. A vasmag nemlineáris mágnesezési görbéje miatt az erősítendő szinuszos jel alakja eltorzul, nagyfrekvencián pedig a

transzformátor frekvenciafüggése miatt csökken az átvitel, vagyis a kimenőjel nagysága. 4

ERŐSÍTŐ ÁRAMKÖRÖK, JELLEMZŐIK II. Előnye: teljesítményillesztés lehetséges. A munkapontok függetlenek egymástól. Eredő erősítés A láncba kapcsolt erősítőfokozatok eredő erősítése az egyes fokozatok erősítésének szorzata: AUe  AU 1  AU 2  AU 3  ...  AUn Az eredő erősítés dB-ben kifejezett értéke: AUe

dB

 AU 1

dB

 AU 2

dB

 AU 3

dB

 ...  AUn

dB

Az eredő bemeneti ellenállás az első fokozat bemeneti ellenállása, a kimeneti ellenállás

Rebe  Rbe1 ;

YA G

pedig az utolsó fokozat kimeneti ellenállása lesz.

Reki  Rkiutolsó

2. Visszacsatolások

Ha egy erősítő kimeneti feszültségének egy részét visszavezetjük a bemenetre, akkor

U N

KA AN

visszacsatolásról beszélünk.

5. ábra A visszacsatolás hatáslánca

A hatáslánc elemei:

Az X mennyiségek a jelek, lehetnek feszültségek vagy áramok. Az Xbe bemeneti jel, az

M

-

Xv visszacsatolt jel, az X1 vezérlőjel.

-

Az erősítő, amelynek átvitele A 

-

A

visszacsatoló

hálózat,

X ki X1

amelynek

feladata

a

kimeneti

jel

egy

részének

Xv visszajuttatása a bemenetre. A visszacsatolási tényező B  X ki -

A visszacsatolással módosított jellemzőkkel rendelkező erősítő átvitele Av 

X ki . X be

5

ERŐSÍTŐ ÁRAMKÖRÖK, JELLEMZŐIK II. Ha a visszavezetett feszültség a bemeneten lévővel azonos fázisban van, akkor pozitív visszacsatolás van, ha ellenfázisban van, akkor negatív visszacsatolásról beszélünk. Negatív visszacsatolás Negatív visszacsatolás esetén a feszültségerősítés kisebb, mert a bázis-emitter feszültség és a visszacsatolt feszültség eredője kisebb, mint a bemeneti feszültség, vezérlőjel

X ki  A  ( X be

X 1  X be  X v , így az erősítő kimeneti jele, ennek erősítésszerese,  X v )  A  X be  A  X v  X ki  A  X be  A  B  X ki .

A visszacsatolt átvitel: Av 

X ki A  . X be 1  B  A

YA G

A

A visszacsatolás mértéke: 1+BA mennyiség, amely az erősítés csökkenését határozza meg. Hurokerősítés: H=BA.

KA AN

Negatív visszacsatolás esetén a torzítási tényező az erősítéssel azonos arányban csökken. Negatív visszacsatolás típusai: -

-

Áram-visszacsatolás,

feszültség-visszacsatolás.

Az áram-visszacsatolást az emitterkörben elhelyezett ellenálláson átfolyó emitteráram hozza létre. A váltakozó áramú visszacsatolással együtt egyenáramú visszacsatolás is létrejön, ezáltal a munkapont stabilizálódik. Ha a váltakozó áramú visszacsatolást kisebbre kívánják

beállítani, mint az egyenáramú visszacsatolást, akkor az emitterkörbe helyezett ellenállást

U N

részben vagy teljesen át kell hidalni egy kondenzátorral. A teljes áthidaláskor, feltéve, hogy

M

RE>>XC, a váltakozó áramú visszacsatolás megszűnik.

6

KA AN

YA G


6. ábra Negatív áram-visszacsatolás

A negatív áram-visszacsatolást soros visszacsatolásnak is nevezik, mert a bemenetre adott

feszültség és a visszacsatolt feszültség sorba kapcsolódik. Az eredő vezérlőfeszültség a visszacsatolás miatt kisebb, mint a bemeneti feszültség. Ezáltal a bemeneti ellenállás

U N

látszólag megnő. A soros negatív visszacsatolás speciális esete a kollektorkapcsolás. Feszültség-visszacsatolásnál a kimeneti feszültséget egy vagy két erősítőfokozattal előbbre

vezetik vissza. Az egy erősítőfokozattal való visszavezetést párhuzamos visszacsatolásnak is

nevezik, mert a bemenetre adott feszültség és a visszacsatolt feszültség párhuzamosan kapcsolódik. Ezért a bemeneti áram egy része átfolyik a visszacsatoló ágon is, és a bemeneti

M

ellenállás látszólag lecsökken.

7

KA AN

YA G


7. ábra Negatív feszültség-visszacsatolás

A visszacsatolt fokozat sávszélessége a visszacsatolás hatására megnő. Az alsó és felső határfrekvencia közelében az erősítés csökken, ezáltal a visszacsatolt feszültség is kisebb.

U N

Ennek következtében a határfrekvenciák kitolódnak és az átviteli tartományban a csillapítási

M

torzítások kisebbek.

8

YA G


8. ábra Erősítő átviteli karakterisztikája negatív visszacsatolással és anélkül

KA AN

A negatív visszacsatolás csökkenti a lineáris és nemlineáris torzítást. Pozitív visszacsatolás

Pozitív visszacsatolásnál a vezérlőjel értékét a visszacsatolt és a bemeneti jel összege adja: X1=Xbe+Xv

Tehát a visszacsatolt átvitel értéke:

Av 

A 1 B A

U N

A H=B*A hurokerősítés nagyságától függően három eset lehetséges: -

-

H > 1 eset fizikailag azt jelenti, hogy a visszacsatolt jel nagyobb, mint amekkora a

kimeneti jel létrehozásához szükséges lenne. Ennek következménye állandóan növekvő kimeneti feszültség.

H = 1, akkor a visszacsatolás mértéke éppen nulla, vagyis matematikailag a

M

-

H < 1. Ilyenkor a visszacsatolt átvitel nagyobb lesz, mint az eredeti átvitel.

visszacsatolt átvitel végtelen. Az erősítőnek erre az állapotára azt mondjuk, hogy az erősítő gerjed. Ez nem megengedett, így az erősítő nem használható.

Az erősítéstechnikában pozitív visszacsatolást nem használunk. Összefoglalás A visszacsatoláscélja, hogy az erősítő tulajdonságait az erősítő felhasználási céljának megfelelően módosítsa.

9

ERŐSÍTŐ ÁRAMKÖRÖK, JELLEMZŐIK II. A leggyakrabban előforduló célok: -

Nagy bemeneti ellenállású erősítő készítése.

-

Nagy bemeneti és kis kimeneti ellenállású erősítő készítése.

-

-

Kis kimenetű ellenállású erősítő készítése.

Nagy feszültségerősítést, nagy bemeneti és kis kimeneti ellenállás megvalósítása.

3. Az erősítők frekvenciafüggése Az erősítés változása kisfrekvencián közös

emitteres

erősítő

alapkapcsolásokban

kisfrekvenciás

tartományban

YA G

A

csatolókondenzátorok és az emitterkondenzátor okoz frekvenciafüggést és fázistolást. A

csatolókondenzátorok

hatásának

vizsgálata

kisfrekvenciás

helyettesítőkép

alapján

U N

KA AN

történik.

a

9. ábra A közös emitteres alapkapcsolás kisfrekvenciás helyettesítő képe

Az erősítő bemeneti körében a CC1 csatolókondenzátor, a bemeneti ellenállás és a

M

generátor-ellenállás soros RC-tagot alkot. A kimeneti körben a CC2 csatolókondenzátor, a

kimeneti ellenállás és a terhelés alkot soros RC-tagot. Ez alapján a bemeneti kör határfrekvenciája:

f1 

1 . 2    C C1  R be  R g 

A kimeneti kör határfrekvenciája:

f2  10

1 . 2    C C 2  R ki  R t 


U N

KA AN

YA G

Mindkét határfrekvencián külön-külön az átvitel éppen 3 dB-lel csökken.

10. ábra A csatolókondenzátorok hatása

M

A határfrekvenciánál kisebb frekvenciákon mindkét RC-tag 20dB/dekád értékkel változtatja az erősítő erősítését.

Az RC-tagok egyenként +45o-os fázistolást okoznak határfrekvenciájukon az erősítő eredeti

fázistolásához képest.

A határfrekvenciák környezetében a fázistolás változása 45o/dekád, a változás RC-tagonként

maximálisan +90o.

Az alsó határfrekvencia csökkentése érdekében lehetőleg nagy csatolókondenzátort és nagy

ellenállást kell alkalmazni.

11

ERŐSÍTŐ ÁRAMKÖRÖK, JELLEMZŐIK II. Az emitterkondenzátor az emitter-ellenállással párhuzamos RC-tagot alkot. A frekvencia

csökkenésével a kapacitív reaktancia egyre nő, egészen kis frekvenciákon olyan nagy értékűvé válik, hogy szakadásnak tekinthető az RE ellenállás mellett. Ilyenkor tehát az

emitter-ellenállás nincs rövidre zárva váltakozó áramú szempontból. Az a frekvencia, amely alatt ez igaz, az fE emitterköri határfrekvencia, amelynek értéke

fE 

1 2    C E  RE

rendelkező kapcsolás, amelynek erősítése

Auv 

Au h 1  21  RE h11

YA G

Az emitterköri határfrekvencia alatt az erősítő egy soros, negatív áram-visszacsatolással

Az fE frekvencia mellett, az erősítés 20 dB/dekád értékkel növekszik, addig, amíg eléri a

M

U N

KA AN

közepes frekvenciákon érvényes értéket.

12

U N

KA AN

YA G


11. ábra Az emitterkondenzátor miatti frekvenciafüggés

Az ehhez tartozó frekvencia az fhE törésponti frekvencia, amelynek értéke

Au Auv

M

f hE  f E 

A párhuzamos RECE-tag miatt a fázistolás az fE frekvencián -45o, csökkentve a frekvenciát

45o/dekáddal, maximálisan 90o-os fázistolást okozva. Az fE frekvencia környezetében a

fázistolás változása ellentétes irányú.

A közös emitteres erősítő erősítésének kisfrekvenciás változását a csatolókondenzátorok és az emitterkondenzátor együttesen határozzák meg.

A négy határfrekvencia közül a legnagyobb az erősítő alsó határfrekvenciája.

13

ERŐSÍTŐ ÁRAMKÖRÖK, JELLEMZŐIK II. Az erősítés változása nagyfrekvencián A kis- és közepes frekvenciák tartományában a tranzisztorok elektródái között meglévő

kapacitások reaktanciája olyan nagy, hogy szakadásnak tekinthető, ezért az erősítő működését nem befolyásolja. Nagyfrekvenciás tartományban a reaktancia egyre csökken,

ezért a tranzisztort vezérlő bemeneti váltakozó áram és a kimeneti áram egy része ezeken a kapacitásokon folyik el. Csökken ezért a tranzisztort ténylegesen vezérlő áram nagysága és a terhelésre jutó áram nagysága is. Az elektródakapacitásokon kívül befolyásolják az erősítő

működését az áramkörök megépítésekor jelentkező szerelés és szórt kapacitások, valamint a terhelő-ellenállás mellett jelentkező esetleges kapacitás. Ezek együttes hatását a

YA G

kimeneten jelentkező Ct terhelőkapacitással vesszük figyelembe. Az elektródakapacitások és

a terhelőkapacitás jelenléte miatt változnak a tranzisztorral felépített erősítők jellemzői. Az a frekvencia,

amely

határfrekvenciája.

felett

ezek

a

változások

már

számottevőek,

az

erősítő

felső

A változások vizsgálatához a felső határfrekvencia környezetében, ill. felette, a tranzisztorok

U N

KA AN

nagyfrekvenciás helyettesítő képét használjuk.

12. ábra A közös emitteres kapcsolás nagyfrekvenciás helyettesítő képe

A bemeneti körben a CBE és CM Miller-kapacitásból számítható bemeneti kapacitással

párhuzamosan kapcsolódnak az Rg, R1, R2 és h11 ellenállások, ezért a bemeneti kör

M

határfrekvenciája:

f be 

1 ahol 2    C be  R g  R be 

C be  C BE  C M és R be  R 1  R 2  h 11 .

A kimeneti kör határfrekvenciája a helyettesítő kép alapján:

f ki 

14

1 1 ahol C ki  C CB  C CE és R ki   RC. 2    C ki  C t   R ki  R t  h 22

ERŐSÍTŐ ÁRAMKÖRÖK, JELLEMZŐIK II. Mindkét határfrekvencia felett az erősítés külön-külön 20 dB/dekáddal csökken. A fázistolás mindkét

határfrekvencián

környezetében

45o/dekáddal

külön-külön

az

eredetihez

csökken, maximálisan

90o-kal.

képest

-45o-kal

változik,

Az erősítő felső határfrekvenciája a ki- és bemeneti határfrekvencia közül a kisebbik. Az erősítők sávszélessége, szélessávú erősítők. Az erősítők kis- és nagyfrekvenciás tartományban jelentkező frekvenciafüggés együttesen

figyelembe véve meghatározható az a frekvenciatartomány, amelyen belül az erősítés

YA G

mértéke frekvenciafüggetlen. Ezt a frekvenciatartományt az erősítő sávszélességének nevezzük, és B-vel jelöljük, és az eredményt Hz-ben kapjuk.

B  ff  fa .

A közepes frekvenciákhoz viszonyítva a határfrekvenciákon a mért erősítés -3 dB-lel

csökken. Viszonyszámban kifejezve az erősítés √2-ed részével 0,707 szeresére csökken. Az

erősítő fázistolása a közepes frekvenciákon mérhető fázistoláshoz képest 45o-kal változik.

KA AN

Sávszélesség növelése kompenzálással

Kompenzálással az alsó, ill. a felső határfrekvenciákon jelentkező erősítéscsökkenést

M

U N

egyenlítjük ki, az adott lehetséges határok között.

15

U N

KA AN

YA G


13. ábra Kompenzálás kisfrekvencián

M

A CK kompenzáló kapacitás párhuzamosan kapcsolódik az RK ellenállással váltakozó áramú

szempontból. A két kompenzáló elem értéke olyan, hogy az erősítő frekvenciafüggetlen tartományában a CK rövidre zárja váltakozó áramú szempontból RK-t, így az nem

befolyásolja az erősítő tulajdonságait. Az alsó határfrekvencia alatt azonban a frekvencia

csökkenésével egyre inkább nő az általa képviselt reaktancia. Ez párhuzamosan kapcsolódva az RK-val egy ZK impedanciát képvisel. Az RK munkaellenállás sorba kapcsolódó ZK növeli az

erősítő erősítését, mert a munkaellenállás értékével arányosan változik az erősítés is. Mivel a változást RC-tag (CK, RK) hozza létre, ezért a változás mértéke dekádonként 20 dB. A

frekvencia csökkenésével addig nő az erősítés, amíg a kapacitív reaktancia olyan nagy lesz,

hogy a párhuzamos kapacitás miatt ZK ≅ RK állandó. Az a frekvencia lesz az fak kompenzált

alsó határfrekvencia, amelyen ez bekövetkezik. 16


U N

KA AN

YA G

Nagyfrekvenciás kompenzálás

M

14. ábra Nagyfrekvenciás kompenzálás

A kompenzáló induktivitás párhuzamosan kapcsolódik a tranzisztor kapacitásaiból származó

Cki kimeneti kapacitással és a következő fokozat bemeneti kapacitásával, mint Ct terhelő

kapacitással. A Cki, Ct és LK elemek párhuzamos rezgőkört alkotnak. Helyesen megválasztva

LK értékét, a rezgőkör átviteli jelleggörbéjének kezdeti szakasza éppen kiegyenlíti az eredeti ff

frekvencián

kezdődő

erősítéscsökkenést.

A

rezonancia

LK-val

történő

helyes

megválasztása mellett a jó kompenzálás feltétele, hogy a rezgőkör jósági tényezője is megfelelő legyen. Az optimális jósági tényezőnél nagyobb túlkompenzálást okoz, a kisebbel pedig nem érhető el a legnagyobb felső határfrekvencia.

17


4. Nagyjelű erősítők Feladata: a terhelő-ellenállásra a lehető legnagyobb feszültséget, vagy teljesítményt adja le. Ennek megfelelően a nagyjelű erősítők két fajtája a nagyjelű feszültségerősítők és a

teljesítményerősítő. Jellemzőjük, hogy a felhasznált tranzisztorok vezérlésére nem a

munkapont kis környezetében történik, hanem igénybe vesszük a teljes kivezérlési tartományt.

A

nagyjelű

vezérlés

miatt

a

tranzisztor már

nem

tekinthető

erősítőelemnek, tehát nem helyettesíthető h paraméteres helyettesítő képével.

lineáris

Nagyjelű feszültségerősítők

YA G

A tranzisztorok vezérlése kis kollektoráram mellett olyan nagy bemeneti feszültséggel történik, amely a terhelésre jutó kollektor-emitter feszültséget a teljes kivezérlési tartományba változtatja. A kis kollektoráram miatt a terhelésre jutó teljesítmény kicsi, a feszültség

viszont

a

lehető

legnagyobb.

Az

ilyen

erősítőket

használunk

az

oszcilloszkópokban a katódsugárcsövek eltérítő lemezeinek vezérlésére, a televíziók képcsövének vezérlésére és ilyen erősítőket találunk az integrált műveleti erősítőkben kimeneti fokozatként.

KA AN

Teljesítményerősítők

Annak érdekében, hogy a terhelő-ellenállásra a lehető legnagyobb teljesítményt jusson, a munkapont helyes megválasztásával a maximális kivezérelhetőséget a tranzisztor kollektor

árama és kollektor-emitter feszültsége esetében is biztosítani kell. Ahhoz, hogy a tranzisztor által előállított teljesítmény teljes egészében eljusson a terhelésre, a terhelést illeszteni kell az erősítőhöz. A nagyjelű vezérlés miatt a tranzisztor jelleggörbéit már nem

tekinthetjük lineárisnak, ezért a kimeneti jel torzított lesz. A munkapont-beállításánál ezért

a maximális kimeneti teljesítmény elérése mellett törekedni kell a minimális torzításra is.

U N

A teljesítményerősítők a tápegységből felvett egyenáramú teljesítményből a vezérlés hatására váltakozó áramú teljesítményt állítanak elő.

A teljesítményerősítő hatásfoka az erősítő által szolgáltatott Pki kimeneti teljesítmény és a

tápegységből felvett Pf egyenáramú teljesítmény hányadosa.

Pki  100 % . Pf

M



A tápegységből felvett, de kimeneti teljesítményként nem hasznosított teljesítmény a tranzisztoron hővé alakul, disszipálódik. A disszipációs teljesítmény: Pd  Pki  Pf .

18

YA G


M

U N

KA AN

15. ábra "A" osztályú munkapont

16. ábra "B" osztályú munkapont

19

ERŐSÍTŐ ÁRAMKÖRÖK, JELLEMZŐIK II. A megismert jellemzők értékének mindegyike attól függ, hogy a jelleggörbén hol választjuk

meg a munkapontot. A munkapont helyétől függően a teljesítményerősítőket A, B, AB és C osztályba soroljuk. Az A, a B és az AB osztályú erősítőket legtöbbször hangerősítőként

használjuk, bemeneti jelük hangfrekvenciás szinuszos jel, terhelő-ellenállásuk pedig hangszóró. A C osztályú erősítők elsősorban a nagyteljesítményű adóberendezésekben

KA AN

YA G

használatosak.

M

U N

17. ábra "C" osztályú munkapont

18. ábra "AB" osztályú munkapont 20

ERŐSÍTŐ ÁRAMKÖRÖK, JELLEMZŐIK II. Ellenütemű kapcsolások Feladata: a hasznos teljesítmény növelése, ill. a hatásfok javítása. Megfelelő méretezéssel nemlineáris torzításuk kisebb, mint az A osztályú végfokozatoké. A tranzisztor munkaegyenesén felvett munkapont helyzetétől függő hatásfok főleg a telepes üzemű készülékeknél fontos szempont.

Vezérlés hatására mindkét tranzisztoron egy félperiódusnak megfelelő áram folyik, amelyek

I C max . 

YA G

középértéke: I CE 

Az erősítő kivezérlése használat közben a kivezérlés nélküli állapottól a maximális

kivezérelhetőség határáig változhat, ezért az éppen aktuális kivezérlés jellemzésére célszerű bevezetni a vezérlési tényezőt. A ν vezérlési tényező a mindenkori ube bemeneti feszültség és a maximális kivezérléshez tartozó ubemax bemeneti feszültség hányadosa.

u be u be max

.

KA AN



A tápegységből felvett teljesítmény a két tranzisztorra együttesen:

Pf  2    U T 

I C max . 

Ha nem vezéreljük a kapcsolást (ν=0), akkor Pf=0.

A kimeneti teljesítmény a tranzisztorok áramainak és feszültségeinek effektív értékéből számítható, mindkét mennyiség tényleges értékét függővé téve a vezérlés nagyságától



I CE max

2   U T  I C max . 2

U N

Pki   

U CE max 2

2

A "B" osztályú erősítő hatásfoka:

M

2  U T  I C max Pki  2     0.785   . 2 4 Pf    U T  I C max 

Maximális kivezérlésnél a kifejezés szerint, a B osztályú erősítő hatásfoka 78.5%-os. A teljes kivezérlésnél kisebb bemeneti jel esetén a hatásfok arányosan csökken. A disszipációs teljesítmény:

21


2 2  U T  I C max   U T  I C max ,  2  2 2          2 

PD  Pf  Pki    PD  U T  I C max

A tranzisztoron létrejövő disszipáció a ν = 0.6 (60%-os) vezérlés mellett a legnagyobb. Az ellenütemű B osztályú végfokozatok kivezérlés nélkül nem vesznek fel egyenáramú

M

U N

KA AN

YA G

teljesítményt. Hatásfokuk teljes kivezérlés esetén megközelítik a 70%-ot.

22


TANULÁSIRÁNYÍTÓ Ez a tananyagelem elméletigényes gyakorlat. Ez a tananyagelem igényli az előismereteket.

-

elektrotechnikai alapfogalmak,

-

a félvezető áramköri elemek,

-

passzív és aktív áramköri alkatrészek,  

-

-

tranzisztorok,

az elektronikai alapáramkörök ismerete 

kétpólusok,



négypólusok,

erősítő alapkapcsolások,

KA AN

-

félvezető diódák,

YA G

Ilyenek az

elektronikai áramkörök szerelési technológiái.

Az egyes fogalmak szorosan épülnek egymásra. Az elektrotechnikai alapok ismerete nélkül nem lesz érthető az anyag.

Ez a tananyagelem elméletigényes gyakorlattal sajátítható el. Az alapelvek nagyon fontosak, de nem érnek semmit sem, ha nem lehet azt a gyakorlatban is kipróbálni.

A tananyag-vázlat megmutatja azt a négy feladatcsoportot, amelyet végre kell hajtani a

U N

tananyag elsajátításához. -

Többfokozatú erősítők,

-

Az erősítők frekvenciafüggése,

-

-

Visszacsatolások,

Nagyjelű erősítők.

M

A tananyagelem feldolgozása során használja a következő elektronikus elérhetőséget!

http://eki.sze.hu/ejegyzet/ejegyzet/BorbelyG/keret.html http://www.elektroncso.hu/cikkek.php ezt az oldalt annak célszerű tanulmányozni, ha nem félvezető alapú, hanem elektroncsőből építendő erősítők érdekelnek. Nagyfrekvenciás

hangolt

erősítőkről

a

címen a 20-25. oldalon talál bővebb leírást.

http://www.puskas.hu/r_tanfolyam/erositok.pdf

A témakörhöz tartozó ismeretek gyakorlati alkalmazásához szükség az alábbi készségek fejlesztése:

1

ERŐSÍTŐ ÁRAMKÖRÖK, JELLEMZŐIK II. Írott szakmai szöveg megértése A témakörhöz tartozó ismeretek gyakorlati alkalmazásához szükség az alábbi személyes (Sze), társas (Tá), módszer (Mó) kompetenciák fejlesztéséhez: -

Mennyiségérzék,

-

Logikus gondolkodás,

-

Rendszerező képesség,

-

-

-

-

-

-

-

-

Tömör fogalmazás készsége, Áttekintő képesség,

Ismeretek helyén való alkalmazása,

Numerikus gondolkodás, matematikai készség, Módszeres munkavégzés,

Gyakorlatias feladatértelmezés,

Körültekintés, elővigyázatosság, Figyelem-összpontosítás, Figyelemmegosztás.

YA G

-

KA AN

Javasolt tanulói tevékenységforma az ismeretek feldolgozásához:

Az írott szakmai szöveg feldolgozása után az önellenőrző kérdések megválaszolása, a feladatok megoldása, internetről katalóguslapok letöltése.

Önállóan oldja meg az " Önellenőrző feladatok" című fejezet gyakorló példáit, majd ellenőrizze tudását a "Megoldások" c. fejezet tanulmányozásával! Gyakorlati példákon keresztül sajátítsa el a különböző egyenirányító kapcsolások felépítését.

M

U N

Bővítse ismereteit szakkönyvek, szakfolyóiratok, az internet, segítségével!

2


ÖNELLENŐRZŐ FELADATOK 1. feladat Egy RC csatolású, kétfokozatú erősítő esetében számítsa ki a munkapont beállító

ellenállások értékeit, az eredő be- és kimeneti ellenállást, a feszültségerősítést üresjárásban és terhelés mellett, valamint az áramerősítést!

YA G

Adatok:

U CE 01  5V , I C 01  3mA, B1  100, U BE 01  0.6V , U CE 02  6V , I C 02  5mA, B2  125,

U N

KA AN

U BE 02  0.7V , RC1  1k, RC 2  620k, R1  1k, U T  10V .

M

19. ábra RC csatolású kétfokozatú erősítő

A T1 tranzisztor h paraméterei: h111

 1.2k, h211  110, h221  5  10 5 S .

A T2 tranzisztor h paraméterei: h112

 2.4k, h212  150, h222  2  10 5 S .

3

M

U N

KA AN

YA G


2. feladat Számítsa

ki

a

képen

látható

soros negatív

áram-visszacsatolással

ellátott

erősítő

munkapont-beállító ellenállásainak értékét és a helyettesítőkép felrajzolása után a váltakozó áramú jellemzőket!

4

KA AN

YA G


U N

20. ábra Soros negatív áramvisszacsatolás

Adatok:

M

U T  12V , U CE 0  5.5V , I C 0  2mA, U BE 0  0.6V , I B 0  30 A, RC  2.7 k, RE 2  220, Rt  4k, h21  210, h11  3.2k, h22  10 5 S .

5

U N

KA AN

YA G


M

3. feladat

Számítsa ki az ábrán látható közös emitteres erősítő alsó határfrekvenciáját! Rajzolja fel az erősítő erősítésének és fázistolásának diagramját a határfrekvencia környezetében! Adatok:

RE  330, RC  820, R1  6.8k, R2  27 k, h11  2.7 k, h21  210, h22  5  10 5 S , Rt  4k, R g  200, C C1  20 F , C C 2  20 F , C E  100 F .

6

KA AN

YA G


M

U N

21. ábra Közös emitteres erősítő

7

4. feladat

KA AN

YA G


Rajzolja fel egy közös emitteres erősítő nagyfrekvenciás helyettesítőképét és számítsa ki a

U N

felső-határfrekvenciát! Rajzolja fel a kapcsolás nagyfrekvenciás átvitelét és fázistolását! Adatok:

R g  600, R 1  8.8k, R 2  42k, R C  2k, R t  4.7 k, h 11  3.5k, h 21  250,

M

h 22  5  10 5 S, C BE  4pF, C CB  6pF, C CE  12pF.

8

M

U N

KA AN

YA G


5. feladat

Egy B-osztályú beállításban működő ellenütemű teljesítményerősítőt 80%-os kivezérléssel működtetünk. Számítsa ki a tápegységből felvett, és a terhelésre leadott teljesítményt, ill az

erősítő disszipációját és hatásfokát! Határozza meg, hogy mekkora maximális disszipációs teljesítményű tranzisztorokat kell használni! Adatok:

9


M

U N

KA AN

YA G

I C max  4.5A, U T  30V,   0.8

10


MEGOLDÁSOK 1. feladat Az első fokozat munkapont-beállító ellenállásainak méretezése:

R E1 

U T  I C 01  RC1  U CE 01 10  3  5   667. I C 01 3  10 3

U B 01  I C 01  RE1  U BE 01  2  0.6  2.6V . I B 01 

I C 01 3  10 3   3  10 5  30A. B1 100

YA G

U T  I C 01  RC1  U CE 01  I C 01  RE1

U B 01 2.6   9.63  10 3  9.63k. 9  I B 01 2.7  10  4

R2 

U T  U B 01 10  2.6   2.466  10 4  24.66k. 10  I B 01 3  10  4

KA AN

R1 

A második fokozat munkapont-beállító ellenállásainak méretezése:

U T  I C 02  RC 2  U CE 02  I C 02  RE 2 RE 2 

U T  I C 02  RC 2  U CE 02 10  3.1  6   1.8  10 2  180. 3 I C 02 5  10

U B 02  I C 02  RE 2  U BE 02  0.9  0.7  1.6V . I C 02 5  10 3   4  10 5  40A. B2 125

U N

I B 02 

U B 02 1.6   4.44  10 3  4.44k. 4 9  I B 02 3.6  10

R4 

U T  U B 02 10  1.6   2.1  10 4  21k. 4 10  I B 02 4  10

M

R3 

A fokozatok be- és kimeneti ellenállásai:

Rbe1  R1  R2  h111  9.63  24.66  1.2  1.02k Rki1 

1  RC1  20  1  0.9523  952.3. h221

Rbe 2  R3  R4  h112  4.44  21  2.4  1.45k. Rki 2 

1  RC 2  50  0.62  0.6124  612.4. h222

A fokozatok feszültség- és áramerősítései: 11




Au 2ü   Au 2  



h211 110  Rki1  Rbe 2    952.3  1.45  10 3  52.64. 3 h111 1.2  10 h212 150  Rki 2    612.4  38.27 h112 2.4  10 3





h212 150  Rki 2  Rt     612.4  10 3  23.73 3 h112 2.4  10

Ai1  Au1 

Rbe1 1.02  52.64   37.03 Rbe 2 1.45

Ai 2  Au 2 

Rbe 2 1.45  23.73   34.41 Rt 1

Az eredő váltakozó áramú jellemzők:

Rbee  Rbe1  1.02k; Rkie  Rki 2  612.4.

Auüe  Au1  Au 2ü  52.64   38.27   2014.8 Aue  Au1  Au 2  52.64   23.73  1249.15 Rbee  Ai1  Ai 2  1274.13 Rt

2. feladat

KA AN

 Aie  Aue 

YA G

Au1  

U T  I C 0  RC  U CE 0  I C 0  R E1  RE 2  R E1  R E 2 

U T  I C 0  RC  U CE 0 12  2  2.7  5.5   0.55k 2 IC0

R E1  550  220  330

U N

U B 0  I C 0  RE1  RE 2   U BE 0  2  0.55  0.6  1.7V . U B0 1.7   6.29  10 3  6.3k. 9  I B 0 2.7  10 4

R2 

U T  U B 0 12  1.7   3.43  104  34.3k 10  I B 0 3  10  4

M

R1 

12

YA G


KA AN

22. ábra Az erősítő helyettesítőképe Az erősítő váltakozó áramú jellemzői visszacsatolás nélkül:

Rbe  R1  R2  h11  6.3  34.3  3.2  2k. Rki 

1  RC  100  2.7  2.63k. h22

  1 210  2.63  4  104.13.    RC  Rt    3.2   h22 R 2 Ai  Au  be  104.13   52.06 4 Rt h21 h11

U N

Au  

A visszacsatolt erősítő jellemzői:

M

 h   210   0.22  Rbev  R1  R2  h11  1  21  RE 2   6.3  34.3  3.21  3.2    h11  Rbev  4.8k Rkiv  RC  2.63k. Auv 

Au

1

h21  RE 2 h11

Aiv  Auv 



104.13  6.745 210 1  0.22 3.2

Rbev 4.8 6.745   8.1 4 Rt

13

ERŐSÍTŐ ÁRAMKÖRÖK, JELLEMZŐIK II. 3. feladat A csatolókondenzátorok hatásának számítása:

Rbe  R1  R2  h11  6.8  27  2.7  1.8k. 1  RC  20  0.82  0.787  787. h22

KA AN

YA G

Rki 

23. ábra A kapcsolás kisfrekvenciás helyettesítőképe

A határfrekvenciák a helyettesítőkép alapján:

f1 

1 1   3.98 Hz. 5 2    C C1  Rbe  R g  6.28  2  10  1.8  103  2  10 2

f2 

1 1   1.66 Hz 5 2    C C 2  Rki  Rt  6.28  2  10  7.87  102  4  10 3

U N







Az emitter-kondenzátor hatásának számítása:

1 1   4.82 Hz. 2    RE  C E 6.28  3.3  10 2  10  4

M

fE 

 1  210    RC  Rt     20  0.82  4   51.19 2.7  h22   20  lg 51.14  34.2dBr

Au  

AudBr

14

h21 h11




Auv 

Au  51.19   1.92 h21 210  0.33 1  RE 1  4.7 h11

AuvdBr  20  lg 1.91  5.66dBr FhE  f E 

Au 51.19  4.82   128.5Hz. Auv 1.92

Az erősítő alsó határfrekvenciája az f1, f2, fhE frekvenciák közül a legnagyobb. Tehát

M

U N

KA AN

YA G

fa=fhE=128.5Hz.

24. ábra Az erősítő diagramja 15


YA G

4. feladat

25. ábra Az erősítő nagyfrekvenciás helyettesítőképe

R be  R 1  R 2  h 11  8.8  42  3.5  2.36k. 1  R C  20  2  1.82k. h 22

Au  

KA AN

R ki 

h 21 250  R ki  R t     1.8  4.7   93.6 h 11 3.5

A dBr  20 lg 39.6  39.4dB r . u

C M  1  A u C CB  1  93  6  568pF. f be 

1

2    R be  R g   C M  C BE 





1



6.28  6  10  2.36  10  5.68  10 10  4  10 12 2

3



 5.79  10 5  579kHz 1

U N

f ki 

2    R ki  R t   C CE  C CB 

 6.74  10  6.74MHz 6

M

f f  f be  579kHz

16



1  6.28  1.82  10  4.7  10 3  1.2  10 11  6  10 12



3





KA AN

YA G


U N

26. ábra Az erősítő nagyfrekvenciás átvitele és fázistolása

5. feladat

M

Pf  2    U T 

I C max 4.5  2  0.8  30   68.79 W. 3.14 

2  U t  I C max  0.32  30  4.5  43.2 W. 2 PD  Pf  Pki  68.8  43.2  25.6 W. Pki 

  0.785 4   0.875    0.875  0.8  0.7    70%.  max 

A tranzisztor maximális disszipációja:

PD max  0.2  U T  I C max  0.2  30  4.5  67.5W. 17


IRODALOMJEGYZÉK FELHASZNÁLT IRODALOM Zombori Béla: Elektronika. Budapest, Nemzeti Tankönyvkiadó. 2004.

AJÁNLOTT IRODALOM

YA G

Zombori Béla: Elektronikai feladatgyűjtemény. Budapest, Nemzeti Tankönyvkiadó. 2003.

Bikki János - Pánczél Béla: Elektronikai gyakorlatok. Műszaki Könyvkiadó. Budapest. 2005. Réti Gyula: Elektronikus gyakorlatok, Analóg áramkörök. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2003.

KA AN

Szücs Lászlóné: Elektronikus áramkörök. Műszaki Könyvkiadó. Budapest. 1999.

U. Tietze –Ch. Scenk: Analóg és digitális áramkörök. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1990. http://bsselektronika.hu/

M

U N

http://eki.sze.hu/ejegyzet/ejegyzet/BorbelyG/keret.html

18

A(z) 0917-06 modul 040-es szakmai tankönyvi tartalomeleme felhasználható az alábbi szakképesítésekhez: A szakképesítés OKJ azonosító száma: 54 523 01 0000 00 00

A szakképesítés megnevezése Elektronikai technikus

A szakmai tankönyvi tartalomelem feldolgozásához ajánlott óraszám:

M

U N

KA AN

YA G

12 óra

YA G KA AN U N M

A kiadvány az Új Magyarország Fejlesztési Terv

TÁMOP 2.2.1 08/1-2008-0002 „A képzés minőségének és tartalmának fejlesztése” keretében készült.

A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. Kiadja a Nemzeti Szakképzési és Felnőttképzési Intézet 1085 Budapest, Baross u. 52. Telefon: (1) 210-1065, Fax: (1) 210-1063 Felelős kiadó: Nagy László főigazgató

MUNKAANYAG. Dr. Nemes József. Erősítő áramkörök, jellemzőik II. A követelménymodul megnevezése: Elektronikai áramkörök tervezése, dokumentálása

Recommend Documents