Elektronika 1 9. Előadás
Teljesítmény-erősítők
Irodalom - Megyeri János: Analóg elektronika, Tankönyvkiadó, 1990 - U. Tiecze, Ch. Schenk: Analóg és digitális áramkörök, Műszaki Könyvkiadó, 1999 - Borbély Gábor: Elektronika I, 2006
Emitterkövető teljesítményerősítő Teljesítményerősítők jellegzetes tulajdonságai: • feszültségerősítés 1; • a teljesítményerősítés az áramerősítésből származik; • a kimeneti feszültség és kimeneti áram pozitív és negatív is lehet; • általános (induktív, kapacitív) terhelés esetén négynegyedes működés. Kivezérlés határai: Alsó feszültségkorlát (zárt tranzisztorral, ez a kivezérléshatár torzításmentes működéshez): Kimeneti feszültség amplitúdója maximális kivezérlésnél: Kivezérlés határain belül (például szinuszos gerjesztés, telítés nélkül) a tranzisztor mindig vezet. Feszültségerősítés: Au = 1; Áramerősítés: Ai = b/2.
Emitterkövető – A osztályú erősítő Teljesítményviszonyok szinuszos vezérlésnél Maximális kivezérlés
Tetszőleges konfiguráció:
Teljesítményillesztés
a leadott teljesítmény: a tranzisztorban hővé alakuló teljesítmény: az emitterellenálláson hővé alakuló teljesítmény:
A tranzisztorban hővé alakuló teljesítmény akkor a legnagyobb, amikor nincs bemenő jel. A tápfeszültség-forrásból felvett teljesítmény a vezérléstől függetlenül állandó (2UT2/RE).
A osztályú erősítők hatásfoka A osztályú erősítő hatásfoka szinuszos vezérlésnél, teljes kivezérlés esetén.
Komplementer emitterkövető – ellenütemű erősítő
Soros kapcsolású komplementer emitterkövető
Hídkapcsolású emitterkövető
Komplementer emitterkövető – ellenütemű, B osztályú erősítő
leadott teljesítmény egy tranzisztorban hővé alakuló teljesítmény
Nulla kivezérlésnél mindkét tranzisztor zár (az erősítő torzít). A kivezérlés határai UT . A leadott teljesítmény fordítottan arányos a terhelőellenállással (nincs szélsőérték, teljesítményillesztés). A tápfeszültség-forrásból felvett teljesítmény arányos a kimenőjel-amplitúdóval:
Ellenütemű AB osztályú erősítők
B osztályú erősítő feszültség-torzítása a tranzisztorok nemlineáris ki-be kapcsolása miatt
AB osztályú üzem segédfeszültségforrásokkal. R1 és R2 a hőmegfutás elleni védelmet biztosítják (a munkaponti áram a tranzisztorok melegedésével pozitív visszacsatolással nő).
Vezetésátvétel a két tranzisztor között B osztály AB osztály
Ellenütemű erősítők munkapont-beállítása
B osztály:
AB osztály
C osztályú erősítő
Jó hatásfok (>80%). Erős torzítás (nem alkalmazható audió erősítőként). Nagyfrekvenciás oszcillátorokban vagy rádiófrekvenciás erősítőkben alkalmazzák (itt a kollektorköri rezgőkörrel hangolt erősítőként működik).
D osztályú erősítő
D osztályú, kapcsoló-üzemmódú (PWM – impulzusszélesség-modulációs) erősítő - nagy hatásfok (közel 100%, mivel csak zárt és telített állapotok váltakoznak) - megfelelő szűréssel és pontos kapcsolás-időzítéssel alacsony torzítás is elérhető
Erősítő osztályok hatásfoka
Tranzisztorok vezetési szöge és hatásfok különböző erősítő osztályok esetén
AB osztályú erősítők munkapont-beállítása
Diódás előfeszítés
Tranzisztoros előfeszítés (nagyobb bemeneti ellenállás)
Az előfeszítő diódákat/tranzisztorokat a végfok-tranzisztorok hűtőbordáira szerelve a munkaponti áram hőmérsékletfüggése csökkenthető.
AB osztályú erősítők
T0 – aktív terheléses közös emitteres meghajtó fokozat, nagy feszültségerősítéssel. R1-R2-T5 – feszültségszabályozó munkapont-beállításhoz; R3-T3, illetve R4-T4 – túláram-védelem.
Ellenütemű erősítők hatásfoka
Teljesítményviszonyok a kivezérlés függvényében
Ellenütemű erősítők hatásfoka
Teljesítményviszonyok a kivezérlés függvényében különböző munkaponti előfeszítések (nyugalmi áram/maximális kollektoráram fele) esetén (AB osztály).
Komplementer Darlington-kapcsolás
Kvázikomplementer kapcsolás (mindkét kimeneti tranzisztor npn típusú). Ha U1 = 2.2 V, a kimeneti tranzisztorok kis kivezérlésnél zárva maradnak, csak a meghajtó tranzisztorok vezetnek. Ez kizárja a hőmegfutást. Nagy kivezérlésnél az ellenállások csak a kimeneti tranzisztorok bázis-emitter feszültségének megfelelő áramot vezetnek, a fennmaradó meghajtó-emitteráram a kimeneti tranzisztorok bázisára jut. Az ellenállások szerepet játszanak a kimeneti tranzisztorok bázistöltésének kiürítésében is, növelve a zárási sebességet.
Komplementer forráskövető kapcsolás
Nagyobb frekvenciákon (100 kHz…1 MHz) használható, mint a bipoláris tranzisztoros végfokok (10…100 kHz).
Elektronikus áramkorlátozás
A kimeneti tranzisztorok rövidzárlati terhelése a normál üzemmódbeli 5-szöröse:
Feszültségfüggő áramkorlátozás Akkor alkalmazható, ha a terhelő impedancia adott értékű ohmos ellenállás.
Ezzel a módszerrel nagy kivezérelhetőség mellett alacsony rövidzárlati áramerősség biztosítható.
Elektronikus áramkorlátozás négynegyedes üzemmódhoz
A kimeneti tranzisztorok kollektorpotenciálját a bemeneti feszültség vezérli. Így nem fordulhat elő a kollektor-emitter feszültség kétszereződése a terhelésből visszapumpált telítési áram esetén.
Általános terhelőimpedancia (kapacitív, induktív, villanymotor) megengedett. Mindkét irányú pillanatnyi teljesítmény-átadás előfordulhat.
Végerősítő-méretezés Terhelőellenállás: Rf = 5 W; Teljesítmény: Pf = 50 W;
Munkapontban a végtranzisztorok nem vezetnek (UBE = 0.4 V) Nyugalmi munkaponti áram: 30 mA
