Attól függően, hogy a tranzisztor munkapontját melyik karakterisztika szakaszon helyezzük el, működése kétféle lehet: lineáris és nemlineáris.

Átírás

1 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))

2 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 U BE nő a tranzisztor jobban nyit IC nő U RC /Ic*Rc/ nő Uc /Ut-Urc/ csökken Uki csökken (A bemenetre generátort kapcsolva, és feltételezve, hogy az U be feszültség pozitív irányba nő, ez a változás növeli az U BE0 feszültséget és az I B0 áramot. A bázisáram növekedése felerősítve jelentkezik a kollektorkörben, vagyis I C0 nő és növekszik az R c ellenálláson eső feszültség. Az R c ellenálláson eső feszültsége előidézi az U CE0 feszültség csökkenését, amelyet a Cki csatolókondenzátor a kimenetre közvetít. Mivel az U ki feszültség változása ellentétes irányú az U be feszültség változásához viszonyítva, az emitterkapcsolás fázist fordít ) Az erősítő fázist fordít. C 1 : bemeneti csatoló kondenzátor vezérlőjelet beengedi az erősítőbe az egyenfeszültséget leválasztja

3 C 2 : kimeneti csatoló kondenzátor a C és a terhelés egyenáramú leválasztása a C potenciálváltozásokat átjuttatja a terhelésre C E : 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 R E munkapont stabilizáló hatását R 1,R 2 : munkapont beállító ellenállások a bázisosztót alkotják R E : emitter ellenállás stabilizálja a munkapontot R C : 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:

4

5 Földelt kollektoros kapcsolás Fizikai működés a generátor feszültsége nő Ube nő U B nő a tranzisztor jobban nyit I E nő U E nő Uki nő A bementi feszültség nem haladja meg a bázis-emitter dióda nyitófeszültségét, tehát számottevő kollektor áram nem indul meg. Ube>U BE felett a kollektor áram és az emitter áram is megindul, és az R E ellenálláson feszültségesés keletkezik, mely követi a bemeneti feszültség alakulását: Uki=Ube-U BE E feszültségkövetési tulajdonság miatt a kapcsolást gyakran emitter követőnek is nevezik. Az erősítő nem fordít fázist. Az U B változását az U E változása kb. 0,7 V-al lemaradva tőle. Az erősítés közelít 1-hez, gyakorlatban Au=0,95 0,999. C 1 : bemeneti csatoló kondenzátor C 2 : kimeneti csatoló kondenzátor AC helyettesítő kép Az I B 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.

6 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 értéke 1 r be nagy, r ki kicsi Alkalmazása erősítő láncok első és utolsó fokozataként impedancia transzformátorként

7 Földelt bázisú alapkapcsolás Mint az ábráról látható, a meghajtó generátornak az I E emitter áramot kell táplálnia, mely -szorosa a földelt emitteres kapcsolás által igényelt I B 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.

8

9 kiegészítés: Bázisellenállásos Képletei: R B =(U T -U BE )/I B0 R C =(U T -U CE )/I C0 A két ellenállásnak az a feladata, hogy beállítsa a tranzisztor feszültségeit, áramait. Bázisellenállásos, emitterellenállással Képletei: R E =(U E )/(I B0 +I C0 ) R C =(U T -U CE -U E )/I C0 R B =(U T -U BE -U E )/I B0

10 Mivel eggyel több ellenállás szükséges, ezért még egy adatot meg kell adni. Ez lehet: az emitterellenállás feszültsége, vagy ellenállása. Az emitterellenállás (R E ) feladata, hogy biztosabbá, stabilabbá tegye a működést. Az R E 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: R B1 =(U T -U BE )/(I B +Io) R B2 =U BE /Io R C =(U T -U CE )/I C0 Bázisosztós, emitterellenállással Képletei: R C =(U T -U C )/I C0

11 R B1 =(U T -(U BE +(U C -U CE )))/(I B +Io) R B2 =U BE +(U C -U CE )/Io R E =(U C -U CE )/(I B0 +I C0 ) Visszacsatoló ellenállásos, emitterellenállás nélkül Képletei: R C =(U T -U CE )/(I C0 +I B +Io) R B2 =U BE /Io R B1 =(U CE -U BE )/(I B +Io) Visszacsatoló ellenállásos, emitterellenállással Képletei: R B2 =(U BE +U E) /Io R E =(U B -U BE )/(I C +I B )

12 R B1 =(U C -U B ))/(I B +Io) R C =(U T -U C )/(I C0 +I B +Io)