Elektronika Előadás. Teljesítmény-erősítők

Átírás

1 Elektronika 1 9. Előadás Teljesítmény-erősítők Irodalom - Megyeri János: Analóg elektronika, Tankönyvkiadó, U. Tiecze, Ch. Schenk: Analóg és digitális áramkörök, Műszaki Könyvkiadó, Borbély Gábor: Elektronika I, 2006

2 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: Feszültségerősítés: A u = 1; Áramerősítés: A i = b/2. Kivezérlés határain belül (például szinuszos gerjesztés, telítés nélkül) a tranzisztor mindig vezet.

3 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 (2U T2 /R E ).

4 A osztályú erősítők hatásfoka A osztályú erősítő hatásfoka szinuszos vezérlésnél, teljes kivezérlés esetén.

5 Komplementer emitterkövető ellenütemű erősítő Soros kapcsolású komplementer emitterkövető Hídkapcsolású emitterkövető

6 Komplementer emitterkövető ellenütemű, B osztályú erősítő leadott teljesítmény egy tranzisztorban hővé alakuló teljesítmény Nulla kivezérlésnél mindkét tranzisztor zár (az erősítő torzít). A kivezérlés határai U T. A leadott teljesítmény fordítottan arányos a terhelőellenállással (nincs szélsőérték, teljesítményillesztés). A tápfeszültség-forrásból felvett teljesítmény arányos a kimenőjel-amplitúdóval:

7 Ellenütemű AB osztályú erősítők B osztályú erősítő feszültség-torzítása a tranzisztorok nemlineáris ki-be kapcsolása miatt AB osztályú üzem segédfeszültségforrásokkal. R 1 és R 2 a hőmegfutás elleni védelmet biztosítják (a munkaponti áram a tranzisztorok melegedésével pozitív visszacsatolással nő). Vezetésátvétel a két tranzisztor között B osztály AB osztály

8 Ellenütemű erősítők munkapont-beállítása B osztály: AB osztály

9 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).

10 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

11 Erősítő osztályok hatásfoka Tranzisztorok vezetési szöge és hatásfok különböző erősítő osztályok esetén

12 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.

13 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.

14 Ellenütemű erősítők hatásfoka Teljesítményviszonyok a kivezérlés függvényében

15 Ellenütemű erősítők hatásfoka Teljesítményviszonyok a kivezérlés függvényében különböző munkaponti előfeszítések (nyugalmi áram/maximális kollektoráram fele) esetén (AB osztály).

16 Komplementer Darlington-kapcsolás Kvázikomplementer kapcsolás (mindkét kimeneti tranzisztor npn típusú). Ha U 1 = 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.

17 Komplementer forráskövető kapcsolás Nagyobb frekvenciákon (100 khz 1 MHz) használható, mint a bipoláris tranzisztoros végfokok ( khz).

18 Elektronikus áramkorlátozás A kimeneti tranzisztorok rövidzárlati terhelése a normál üzemmódbeli 5-szöröse:

19 Feszültségfüggő áramkorlátozás Akkor alkalmazható, ha a terhelő impedancia adott értékű ohmos ellenállás. Ezzel a módszerrel nagy kivezérelhetőség mellett alacsony rövidzárlati áramerősség biztosítható.

20 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.

21 Végerősítő-méretezés Terhelőellenállás: R f = 5 W; Teljesítmény: P f = 50 W; Munkapontban a végtranzisztorok nem vezetnek (U BE = 0.4 V) Nyugalmi munkaponti áram: 30 ma