Félvezető eszközök és áramkörök I Analóg elektrónika jegyzetek

Átírás

1 Sapnta-M Maosvásály kaok Vllamosménök tanszék Gmán Zoltán Félvztő szközök és áamköök nalóg lktónka jgyztk tomatzálás és Számítástcnka év-. élév lktónks omátm (lső változat, nm tljs!!!) 005

2 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm 005 vztés atalomjgyzék (vázlat). Félvztő szközök. p-n átmnt. Félvztő dódák.3 polás tanzsztook Flépítés. Főbb jllmzők Nagyjlű (bs-moll) modll. Jllggöbék )bmnt, átvtl, kmnt) Működés pont. Polazálás Dnamks jllmzők Ksjlű modll.4 Záóétgs tévzélésű tanzsztook (jf) Flépítés. Főbb jllmzők Jllggöbék (bmnt, átvtl, kmnt) Működés pont. Polazálás. Ksjlű modll.5 évzélésű tanzsztook (MSF) Flépítés. Főbb jllmzők Jllggöbék (bmnt, átvtl, kmnt) Működés pont. Polazálás. Ksjlű modll.6 öbbátmntű élvztő szközök Pnpn (Scockly) dóda. Működés. Jllggöbék Dac. Működés. Jllggöbék szto. Működés (gyújtás, lzáás). Jllggöbék ac gyátmntű tanzszto.7 ptolktonka szközök Fényllnállás, énydóda, énylm, ototanzszto, ototszto Fénykbocsátó dóda, optocsatoló. lktonks áamköök. ősítők.. ősítő paamétk (ősítés, kvncatatomány)).. Ksjlű ősítők (közös mttű, közös bázsú, közös kollktoú, Dalngton kapcsolások)..3 Dncálősítők..4 Vsszacsatolt ősítők..5 ljsítményősítők..6 Művlt ősítők. gynányítók.3 Fszültségstablzátook.4 szcllátook

3 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm 005 vztés ámly állandó paamétű, lnás álózat (és lyttsíttő kapcsolása, áamkö) lépíttő áom passzív (llnállás, kondnzáto, tkcs) és két aktív lmtíps (szültség- és áamgnáto) összkapcsolásaként. z dáls llnállás gy olyan koncntált paamétű, passzív, lnás kétpóls, amlynk az lktomos áamköbl vslkdését a ρ állandó G l gynlttl mgatáozott vztőképsség jllmz. Éték állandó és kvncaüggtln. gyakolatban asznált llnállások lső kozlítésbn dálsaknak tknttők. z llnállásokon az lktomos nga ővé alakl át. nmlnás llnállásokat nmlnás () üggvény íja l. z dáls kondnzáto gy olyan koncntált paamétű, passzív, lnás kétpóls, amlynk a vslkdését lktomos áamköbn a Q ε állandó l gynlttl mgatáozott kapactása jllmz. dőbn változó vszonyok között a kondnzáto vslkdését a () t ()dt t összüggés, változó kvncájú, amonks vszonyok között az ( ω ) ( ω ) jω kjzés íja l. kondnzáto lktomos nga (töltés) táolásása képs. kapactás a kondnzáto télétsítő képsségét jllmz. nmlnás kondnzáto kapactása szültségüggő. z dáls tkcs gy olyan koncntált paamétű, passzív, lnás kétpóls, amlynk a vslkdését az ψ n µ állandó l gynlttl mgatáozott ndktvtása jllmz. dőbn változó vszonyok között az ( ω) jω( ω) kjzés íja l. tkcs mágnss nga táolásáa képs. z ndktvtás a tkcs télétsítő képsségét jllmz. nmlnás tkcsk ndktvtása áamüggő. z dáls szültséggnáto gy olyan koncntált paamétű, passzív, lnás kétpóls, amlynk a vslkdését az állandó gynlttl mgatáozott lktomotoos és gybn kapocsszültség jllmz. z ttszőlgs tlés stén csak akko ltségs a a gnáto blső llnállása zéó. valóságos szültséggnátonak blső llnállása zéónál nagyobb, d a tlőllnállásnál jóval ksbb. z dáls áamgnáto gy olyan koncntált paamétű, passzív, lnás kétpóls, amlynk a vslkdését az állandó gynlttl mgatáozott áamősség jllmz. z ttszőlgs tlés stén csak akko ltségs a a gnáto blső llnállása végtln (azaz blső vztőképsség zéó). valóságos áamgnátook blső vztőképsség zéónál nagyobb, d a tlés vztőképsségénél jóval ksbb. z lktonks áamköökbn gyakoak a szültséggl vagy áammal vzélt gnátook, zk négypólsnak tknttők. z ddg lít alapvtő (lktomos) áamkö lmkn kívül az lktonks áamköök gy so jllgztsn lktonks lmt s tatalmaznak. z aktív szp s alkalmas lmkt szköznk nvzzük. bbn a jgyztbn élvztő szközökkl és zkkl alkotott áamköökől lsz szó 3

4 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm 005 FÉVZŐ SZKÖZÖK. p-n átmnt lgtöbb bpolás (az lktomos áamot kétél töltésodozó ozza lét) élvztő szköz az úgynvztt p-n átmnt épül. élvztő gykstályokban (monokstályokban) p-n átmnt alatt azt a atáétgt étjük, amly gy kstály két llntéts lőjlű onokkal sznnyztt tatománya között alakl k. z átmnt a kstályszkztt nm bontja mg. sznnyzésn a tszta (ntnszk) élvztő (S, G, s, stb) kstályácsában bzonyos számú (példál mndn százzdk) a élvztő atomnak a pódsos ndsz amadk, lltv ötödk oszlopában lvő valamlyk lm atomjával való lyttsítését étjük. amadk oszlopbl (áom vgyétékú) atom a négyvgyétékű atomokból álló kstályácsban lktont akcptálva (logadva) ngatív onná válk és zzl gydőbn a kstályácsban lktonányt, azaz poztív töltésű téészt, lykat oz lét. z ötödk oszlopbl ötvgyétékű atom a négyvgyétékű atomokból álló ácsba bkülv, könnyn onzálódk, azaz könnyn lad gy lktont (dono atom), amlynk kövtkzményképpn a ácsban gy ngatív töltésű szabad lkton és gy poztív töltésű kötött on jlnk mg. z akcptook által sznnyztt p étgbn a lykak, az n étgbn az lktonok a többség töltésodozók... p-n átmnt tmks gynsúlyban Mndkét zónában a őmozgás okozta tmks onozácó kövtkztébn kssbség töltédodozók s kltkznk. atálült gyk oldalán llyszkdő mozgékony lykak és a másk oldalán llyzkdő szntén mozgékony lktonok a élvztő gész téogatában gynlts töltéssűűség tökdv a dúzós áamsűűségt ozzák lét (Fck tövény). p étgből a lykak az n étgb, az n étgből az lktonok a p étgb dndálva ozzák lét zt az áamsűűdűségt. z gymással szmbn áamló llnkző lőjlű töltésk a atálült könyztébn kombnálódnak gymással. atálült könyztébn a p oldalon kompnzálatlanl maadt akcpto onok ngatív, az n oldalon kompnzálatlanl maadt dono onok pdg poztív tétöltést, ggyüttsn pdg lktomos kttősétgt alkotnak. zt a atálült könyztébn kalakló, mozgó töltésodozóktól mnts (küíttt) lktomos töltésétgt nvzzük övdn záóétgnk (p-n átmnt)... p-n átmnt jllggöbé p-n átmnt áam-szültség jllggöbéj a kövtkzőképpn alakl -nytóányú lőszítés amko > 0 > 0 (owad) -záóányú lőszítés amko < 0 < 0 ( vs) Nytóányú lőszítés stén a jlölés F ş F, míg záóányú lőszítés stén ş q xp mk aol q-lktomos töltés, -az átmnt szültség, m-anyagállandó (,) között étékkl k- oltzmann állandó, - abszolút őméséklt 4

5 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm 005 Gaksan : q xp xp mk Nytóányú lőszítés stén a dúzós jlnségk mk domnálnak, az átmnt szültség >> így q a jllggöb mgközlíttő gy xponncáls gynlttl: q F xp (a jllggöb az lső ngydbn) mk Záóányú lőszítés stén, amko s az átmnt adott ngatív szültség abszolút éték mk >> az átolyó áam gyakolatlag nm ügg a szültségtől q p-n átmnt nytószültség élvztő anyagtól üggőn köülblül 0,7V (S), valamnt 0,3V (G, s)...3. p-n átmnt átütés z szültségnél, a vsszáam nagyon nagy étékt vsz l, a töltésodozók lavnaszű többszööződés kövtkztébn. M, aol M n aol n ( 4,7) Ha külső áamkö nm atáolja az áamot, a p-n átmnt tönkmgy..4 Zn kts. Nagy töltésodozósűűség stén (>0 8 cm -3 ) a p-n átmnt átütés nm a a töltésodozók lavnaszű többszööződés kövtkztébn jön lét anm Zn kts soán. Zn kts aánylag ks szültségnél jön lét, a külső té atásása lbomlanak kovalns kötésk, amnk kövtkztébn mgnő töltésodozók száma. zn kts soán nm mgy tönk at átmnt, ltév a külső áamkö nm atáolja az áamot. jllggöbén látató, ogy a amadk ngydbn a szültség gyakolatlag nm változk, míg az áam nagy étékkt vsz l. zt a tlajdonságot szültségstablzálása asználjk l.. Félvztő dódák dóda gy a p-n átmnt épülő élvztő szköz, kvztés anón (), katód (K).. gynányító dódák Általában a kskvncás (50/60 Hz) álózat szültség gynányításáa szolgálnak. gontosabb paamétk a maxmáls nytóányú áam ( FM ) és a maxmáls záóányú szültség 5

6 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm 005 ( M ) amnél még működk a dóda. zk a tcnológák ma állásánál több száz ampt, lltv többz voltot jlnt. z gynánytó dóda jllggöbéj, valamnt gynlt mggyzk a p-n atmntéjévl.. Zn (szültségstablzáló) dódák Zn dódákat az átmnt szakítás záóányú szültségénél asználjk, amko Z gyakolatlag állandó, tát a mnkapont a jllggöbéjük ltöés tatományábn van. stablzált szültség éték tpsonként, általában 00 V között változk. lkalmazás z alább áamköbn µ ş m. Számítsk k a dóda működés pontját (mnkapontot) mnkapont ( ), az alább gynlt mgoldása: q xp mk mgoldás tanszcndns gynltz vzt, zét soozatos mgközlítéskkl póbálkoznk. Fltétlzzük, ogy 0 ; bből 0 m. zkkl az étékkkl újaszámoljk a szültségt m k 4 ln 0. 06ln ( 0 ) 0. 39V z áam új éték 976. m és q V. zkt a lépéskt addg végzzük, amíg két gymástán kövtkző éték között különbség bzonyos lő mgadott éték alá csökkn. z ábán látató a mgközlítésk gaks ábázolása 6

7 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm polás tanzszto.3. Flépítés. Főbb jllmzők tanzszto szó a NS és a SS angol szavak összvonásából kltkztt. Napjankban szó alatt a élvztő szközök néps családját étjük, mlyb a tévzélésű (F, Fld ct tanssto), bpolás étg és az gyátmntű (J, n-joncton anssto) tanzsztook tatoznak. bpolás tanzszto lső, űgynvztt tűs változatát K. adn és W. H. attan találta l, vslkdését pdg lőszö W. Scockly magyaázta mg. tűs tanzsztoól néány év múlva áttétk a stablabb étgtanzsztoa, amly gy kétátmnts áomlktódás élvztő szköz. bpolás jlző azt mtatja, ogy bbn a tanzsztoban mnd a kétél (többség és ksbbség) töltésodozók ontos szpt játszanak. bpolás tanzszto lénygébn gy kététmnts (két dóda), áom lktódás gykstály, vagy n-p-n, vagy p-n-p étggymástánsággal. z gys étgkz tatozó lktódákon ksztül az gyk átmnt nytóányban (mtt-bázs átmnt), a másk záóányban (kollkto-bázs átmnt) lőszíttt. z gys lktódák nd mtt (), bázs() és kollkto () nvt kapnak. oz, ogy a bpolás tanzszto n két dódaként, anm tanzsztoként vslkdjék, még az s szükségs, ogy a bázsétg nagyon vékony ( m ) kll lgyn. lapkapcsolásban, a tanzszto négypólsknt kzljük, nnk kövtkytébn áom típsú kapcsolás létzk: a közös mttű, közös bázsú, közös kollktoú kapcsolások. tanzszto jllggöbét s zk alapján dnáljk, és létznk (az ába sznt közös bázsú kapcsolásban, példaként:, - bmnt: ( ), aol, ( ) (, ) c c paamétk - átvtl : ( ), aol, - kmnt: ( ) paamétk,, paamétk.3. tanzszto működés (tanzszto-kts) tanzsztoban olyó áamok össztvő (ltétlzv, ogy az mtt átmnt nytóányú, míg a kollkto átmnt záóányban lőszíttt) a kövtkzők p, p, p, p, n 0 7

8 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm 005,,,,, p, p z mtt atékonysága: γ, p, n p, p, Átvtl tényző: β ( β ) p n p 0 n 0, p p, ( γ ), p, n γ β 0 α F 0 aol αf γ β az áamősítés tényző Szokásos tanzsztook stébn α tanzszto atékony működés még mgkövtl a kövtkző ltétlt : 0 0. z átmntk lőszítés alapján a tanzsztook négy ltségs üzmmódját különbözttjük mg: lőszítés Állapot átmnt átmnt Nomál (aktív) nytóányú záóányú líttt nytóányú nytóányú zát záóányú záóányú Fodított (vs) záóányú nytóányú M gylő csak a nomál aktív állapottal ognk oglalkozn. tlíttt és lzát állapotok tágyalásáa az mplzs-üzmű áamkööknél kítünk alkalmat. odított állapot lvbn ltségs d a tanzsztook lépítés sajátossága matt gyakolatlag lttln. z aktív állapotban a bmnt mpdanca az mtt és bázs között kcs, míg a kmnt mpdanca gn nagy. bázs-mtt bmnt szültség változásanak atásáa a bmnt köbn létsülő áam a tanzszto-kts olytán a kmnt köb kül, aol annak nagy llnállásán olyan szültségváltozást oz lét, amly a bmntnél jóval nagyobb. Így a bpolás tanzszto szültség, áam és tljsítmény ősítésé képs..3.3 Működés nomál aktív tatományban Közös bázsú kapcsolás (K) K K >>, q < 0, >> αf 0 q, aol α F, állandó 0 Közös mttű kapcsolás állandó, lvégzzük a blyttsítést β aol α F 0 β F áamősítés α F 0 tényző (közös mttű kapcsolásban), míg 0 ( β F ) 0 0 zdáls αf záóányú áam 8

9 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm bpolás tanzszto nagyjlű (S - M) modllj a). kvztésk áama által vzélt áamgnátoos modll q αf 0 xp K, asonlóképpn líatjk vsszal az áamokat q q α( ) 0 xp K sa α 0 xp K aol α odított ányú áamősítés tényző, míg 0 a átmnt záóányú áama. z gynltknk mgllő áamkö modll b). dódaáamok által vzélt áamgnátoos modll q αf 0 xp K a mgoldjk az gynltt gy másk gynltndszt kapnk q α 0 xp K q q S xp S K α xp K q q αfs xp S K xp K 0 aol S αα ; 0 S P αα, míg S az mtt-bázs dóda vsszáama övdzát F kollkto-bázs stén, valamnt S a kollkto-bázs dóda vsszáama övdzát mtt-bázs stén. z gynltknk mgllő áamkö modll aol α α tát a négy paamét nmgymástól üggtln. F S S 9

10 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm bpolás tanzszto jllggöbé Közös bázsú kapcsolás (K) bmnt jllggöbék S α F S q xp K q xp K q S α xp K S q xp K az lső gynltt ( )tknttjük bmnt jllggöbénk a < 0 q K S xp K dódajllggöb, a < 0 >> q kapjk S q xp K q S S S α xp K ( α ) F Átvtl jllggöbék ( ) q q α xp S K xp K a ct. F S q q q α xp S FS S( ) FS K α xp K α α xp K F S Kmnt jllggöbék a állandó, a állandó q állandó stébn : αf 0 xp K q a 0 akko: 0 xp K 0

11 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm Közös mttű jllggöbék (K) kapjk z alább gynltk kvonásával q S xp K α F S q xp K q S α xp K q S xp K q q ( ) ( ) ( ) K K F S F S α xp α xp bmnt jllggöbék ( ) a állandó z 0 jllggöb szntén dóda tpsú: q [( αf) S ( α) S] xp K Átvtl jllggöbék c ( ) a állandó. q q α xp xp ( ) K K F S S k a léggé nagy és ngatív étékű (pnp) és >>,akko az átvtl jllggöb q q αfsxp. K lapvtó tlajdonsága a bpolás tanzsztonak az xponncáls (nmlnás) jllggöb. Kmnt jllggöbék gnkább az (- ) a állandó típst asználjk αf 0 q ( ) K F F xp α α q ( ) ( ) K βf βf xp 0 ; β αf F α F vagy z aktív tatományban > 0, állandó.

12 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm bpolás tanzszto lőszítés (mnkapont polazálás) βf 0 (*) működés pont az állandó jllggöb,aol mtszéspontja lsz és a mnkagyns (*) [ ( F ) ] β β ( ) ( β ) F F, lgltjdtbb lőszítés áamkö aol,

13 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm mnkapont stablzálása ; βf (βf )0 (βf ) (βf )0 ( ) ( β ) - (βf ) (βf )0 ( βf ) 0 ( β ) ( β ) ( ) ( β ) ( ) ( β ) F ( β ) ( β ) F βf βf F 0 βf ( βf ) 0 ( βf ) 0 β F F ( βf ) F F F 0 és ( ) << β akko:, a ( ) F.3.8.Dnamks üzmmód.3.8. Ksjlű modll (tmészts, Gacoltto) ' b ' g ' g b η g ' bc η g ' b ' bc b d b d ' bc d bc bc g c η gm ' b ' g ' g b η g ' bc η g ' b Hbd paaméts modll ' bc b d b d ' bc d bc bc g c η gm g g ; 0; ; m 3

14 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm Számítás példa. Közös mttű kapcsolás. ( t) ( t) t g t g o() m b m b ' () ' t () ' ' bs b ' ' () t bs b.3.9 Dnamks jllggöb. Kvzélés ' b 0( t) () t g ' () t ' () t t b () m b ' bs ' b ' b t g t c() m ' () b g m ' β t g t b F () () b ' bc váltóáamú lyttsítő kapcsolás ' ( ) azaz a két llnállás pazamos kapcsolása ( ) ( t) ( t) c ( t) ( t) c ( ) () t ( ) () t c c ' c() t c () t 3.0 mnkapont mgválasztása Mvl sat 05. V zét: ( 0 05, V) max < MX 4

15 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm évzélsű tanzsztook Záóétgs tévzélésű tanzszto (j-f).4. Szkzt. Gaks szmbólm. Működés npolás szközök, amlykél az lktomos áam gy blső csatonán jön lét Külső szültséggl (lktomos té) szabályozott csatona vztőképsség Soc (oás), Dan (nylő), Gat (kap) kap-csatona átmnt gy (mndg) záóányban lőszíttt p-n átmnt őáam a soc-dan áam Főbb lőnyök: Nagy bmnt mpdanca, ks zaj (tmks) Gyng őmésékltüggőség (nncs ksbbség töltésodozó) Jllggöbék a. Kmnt jllggöbék ( ) GS paamét nás tatomány D D DS D GS G d DS Nmlnás tatomány b. Átvtl jllggöbék ( ), paamét D D GS DS > 0 K DS <, DS sat lítttség tatomány DS DS, sat,, GS D D, sat DSS DSsat GS DS sat DS sat GS n csatonás jf GS DS, DS, sat GS DS sat D D, sat DSS GS [,0] GS 5

16 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm 005 j-f polazálása (Mnkapont bállítás) Mnkapont (működés pont) a találkozásánál van GS mnkagyns és a kmnő jllggöb ( ) S D D D GS GS D S GS GG DS GG DD Ksjlű paamétk ( ), dncálva d D D GS DS j-f mdkség (tanszkondktanca): g dan-vztőképsség : g d D δd δd dgs d δ δ GS m DS δd δ GS δd D δ DS nomál (tlíttt) üzmmódban a mdkség: g m GS DS GS DS d DS D GS δd DSS GS gm0 δ DS aol a maxmáls éték g DS m0 DS g g D m GS d DS azaz dan-llnállás GS δd DSS > 0, < 0 δ GS GS 0 kskvncás ksjlű modll nagykvncás ksjlű modll 6

17 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm évzélsű tanzsztook MS tanzsztook (MS-F).5. Szkzt. Gaks szmbólm. Működés npolás szközök Mtal-xd-Smcondcto lktomos áam gy blső csatonán jön lét Külső szültséggl (lktomos té) szabályozott csatona vztőképsség Soc (oás), Dan (nylő), Gat (kap). Szgtlt kap (ém-l). S Főbb lőnyök Jllggöbék Nagy bmnt mpdanca Gyng őmésékltüggőség (nncs ksbbség töltésodozó) Ks zaj (tmks) a. Kmnt jllggöbék ( ) GS paamét D D DS Kvázlnás tatomány DS D β GS DS,0 < DS < ( ) DS sat, lítés tatomány D β m ( ) ; GS ( ) β > DS > DS, sat D GS ; DS DS, sat b. Átvtl jllggöbék ( ), paamét D D GS DS > DSsat növkménys módú n csatonás MSF növkménys módú p csatonás MSF 7

18 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm 005 küítéss módú n csatonásmsf küítéss módú p csatonásmsf MSF polazálása (Mnkapont bállítás) Mnkapont a mnkagyns és a kmnő jllggöb ( ) mtszéspontjában találató D D GS növkménys módú n csatonás MSF küítéss módú n csatonásmsf GS DD GS DD S D DS DD DD Ksjlű paamétk δd δd D D( GS, DS) dncálva dd dgs d δgs δds g g j-f mdkség (tanszkondktanca): dan-vztőképsség: g d D m GS d DS g m δd δ GS δd D δ DS GS DS GS m a mdkség: βm ( ) ( ) DS d D GS DS DS ( ) β D GS azaz dan-llnállás m δβ g d GS g GS d m g d δ DS d m m D m δβ D δβ gm βm ( GS ) ( GS ) δ β δ GS d DS DS m ksjlű modll kskvncás modll nagykvncás modll 8

19 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm Félvztő tanzsztook - szntézs Név/Gaks szmbólm mnt jllggöbék Átvtl jllggöbék Kmnt jllggöbék polás tanzszto pnp polás tanzszto npn l j s í t m é n y v z é l t ö n z á ó s z k ö z ö k J-F ( n csatona) J-F ( p csatona) MS-F n küítéss MS-F p küítéss Ö n v z t ő s z k ö z ö k MS-F n növkménys MS-F p növkménys F s z ü l t s é g v z é l t s z k ö z ö k ö n z á ó s z k ö z ö k

20 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm öbbátmntű élvztő szközök.5. Pnpn dóda (sztodóda, ggdóda) (Scockly) α F 0 α ( α α ) F 0 F F.5. D (Dod ltnatv nt) Váltakozóáamú kapcsoló-dóda, a szültség polatás-váltása szmmtksan vslkdk Mgvalósításáa kétányú tsztodóda lltv áométgű kétányú dóda áll ndlkzés.5.3 szto (tsztotóda) Kapa (Gat) adott jlll (kapáam, poztív mplzs) a tmészts gyújtószültségnél ksbb étékű szültségnél s bgyújtató gyújtás tán a kap (Gat) lvszt vzélőlktóda jllgét záás a az áam (szültség) gy adott ) (mgtató Hold) éték alá csökkn. H ( H 0

21 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm 005 gyújtás ltétl áamkö modll ( G ) 0 F 0 α α F α F α F ( ) G 0 α F G F F ( α α ) szto-ttóda Újabb kvztés (katód-kap) amlyn a bgyújtás llntéts ányú áammal töténk Gyosabb működés.5.4 lkalmazás: Váltakozóáamú tljsítményszabályozó

22 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm gyátmntű tanzszto (njoncton anssto) J η J alkalmazások szclláto dőzítő áamkö P η ln ln η P

23 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm ptolktonka alkatészk z mb szm ézékln tdja a nm llámosszú lktomágnss llámokat. színéztt a llámossz, a ényősségéztt a mgvlágítás ősség atáozza mg Fzka mnnységk Összüggés Métékgység Fényáam Φ ( nm) lm cd s.47 mw λ 555 Fényősség Fénysűűség Mgvlágítás ősség dφ d Ω d df n dφ df n lm mw cd. 47 s s cd 4 sb lambt 0 apostlb cm 99 ootlambt lm µ W m cm lx.6. Fényllnállások (otollnállások) Záóétg (p-n átmnt) nélkül élvztő (kadmmszld,kadmmszlnd, ólomszld, ndmantmond), amlynk llnállása a mgvlágítás ősségétől ügg (lax cég). Kadmmalapú otóllnállások nm llámossztatmányban ézéknyk ólomszld, ndm-antmond alapúak navöös sgázása ézéknyk (3-7 µm) ρ l wd.6. Fotodódák Záóányban lőszíttt pn átmnt (dóda) amlynk vsszáama mgvlágítás atásáa mgnő. S otodódák 0.6 µm, míg a G otodódák µm llámossztatományban asználatók o q xp mk 3

24 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm 005 Fénylm (naplm) énydódák nm csak ényméés (záóányú lószítés), anm lktomos nga lőállításáa s alkalmasak (nagy lültű otodódák nytóányú lőszítéssl) mk ln F 0 q F F Fototanzsztook ototanzszto bázs-kollkto átmnt otodódaként működk. otodódán átolyó áam bázsáamot oz lét és nnk kövtkztébn lősíttt kollktoáam kltkzk. Áamkö jlölésk, lyttsítő áamkö, Dalngton ototanzszto optokapcsolók (kapcsolóüzmmód) Fénykbocsátó dóda lktomos nga alakl át ényngává. Főbb alkalmazások : kjlzők (pld 7 szgmns kjlző) átató (pos, sága, zöld, kék, é) tatományban, lltv navöös tatományban (nad) énykbocsátó dóda gy nytóányban lőszíttt pn átmnt, dóda (gt mttng Dod), - jllggöb, spktáls jllggöb (dódaáam llámossz üggvényébn) ptocsatolók Fénykbocsátó (vagy navöös) dóda (D) és ototanzszto (stlg ototszto, optotak) gyütts kapcsolása Jó átvtl atásokot általában navöös tatományban lt lén gőbb alkalmazások: szgtlt jlátvtl, vzélés, ézéklők 4

25 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm 005. KNKS ÁMKÖÖK. ősítők Paamétk () t x( t τ ) y Y X xp( ϕ) ( ω) ( ω) xp ϕ( ω) j j j cosθ,, cosθ P P N, P S N S P GP P d 0lg 0lg P d P [ ] [ ] G [ d] 0lg, G [ d] 0lg - dáls ősítők N N g a N g N g >> zét N g 5

26 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm g N g g N mt g N << zét g N Fszültséősítés: N Vztőképsségősítés: N Y Áamősítés: N mpdancaősítés: N Z Közös mttű ksjlű ősítő : o N aol o ' bből kövtkzk ' N N ' N N a >> o a o >>

27 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm Közös kollktoú (mttkövtő) ksjlű ősítő ( ) ( ) o o N ( ) ( ) N N N dacă ( ) >> atnc Közös bázsú ksjlű ősítő. ( ) >> N, aol ( ) ( )

28 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm Kaszkódősítő ( közös mttű közös bázsú kapcsolás) N N Dalngton kapcsolás Közös kollkto - Közös kollkto gynétékű (kvvalns) tanzszto

29 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm Dncálősítő (n 937), α α α α α ( ) S S S S α α α α d S α α α ( ) m g α t α gontosabb paamétk: bmnő dncálszültség d kmnő dncálszültség d közösmódosú bnnőszültség c közösmódosú kmnőszültség c dncálősítés 0 c d d dd közösmódosú ősítés 0 d c c cc közösmódosú ősítés a d. jlnk 0 c d c cd dncálősítés a közös módosú jlnk 0 c d c cd dszkmnácós tényző: cc dd F közösmódosú lnyomás dc dd MM c dc d dd c d dd d d cd c cc d c cc c M DM

30 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm Hlyttsítő áamkö Dncálüzmmód étozzk a dncálősítő gyszűsíttt (az mtt köbn lvő áamgnátot gy mttllnállással lyttsítjük) változatának a lyttsítő áamköét (tmészts ksjlű modll) Dncálúzmmódban az alább éláamkö événys (mvl tszta dncál üzmmódban N, a üggőlgs szmmtatngly mntén nlla potncál lsz), a szültségősítés a kövtkző lsz ( ) β g g m m d d dd d Közösmódosú üzmmód Közösmódsú üzmmódban c, ltávolítjk azon áamkö lmkt amlyk két végén azonos potncál van, a közösmódosú szültségősítés

31 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm 005 c cc g m c c ( ) ( g ) ( β ) m g ( β ) >> m β g m..5 Vsszacsatolt ősítők X ; aβ (okősítés) X globáls ősítés: a a a aβ β X ax ; X βx poztív vsszacsatolás a > a, aβ < ngatív vsszacsatolás a < a, aβ > ngatív vsszacsatolás lőny d d a d da da Ézéknység: da da aβ ( aβ ) aβ a F a aol a ok átvtl tényzőj F aβ. ngatív vsszacsatolás a vsszacsatolt ndsz átvtl tényzőjénk latív változását csökknt a vsszacsatolatlanoz képst (csökknt az ősítő ézéknységét) vsszacsatolás atása a zavaó jlk aa xg Hasznos jl: aa β ax ; Zaj: n aa β a Jl/zaj vszony: aa aa β S N a x x g n a βa a vsszacsatolás atása a tozításoka

32 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm 005 vsszacsatolás atása a kvncaválasza a ( jω ) ( jω ) a j a ω ω j a β j ω ω S S ω ω S ; a a ω 0 S a βa ω - atákvnca ω j ω S ω j ( βa ) ω sökkn az ősítés d a kvncatatomány (kvncasáv) ( βa ) szsé mgnövkszk Vsszacsatolás topológák (áamkö lndzésk). vsszacsatolt ősítők ndszzés S a kmntn a bmntn ok (a közös jl az áam) csomópont (a közös jl a szültség) ok (soosan kapcsolódó soos-áam vsszacsatolás soos-szültség vsszacsatolás lmk) csomópont (az lmk pázamosan kapcsolódnak) pázamos-áam vsszacsatolás pázamos-szültség vsszacsatolás Y a a Y Z Z ay β a Z Z β Y a a Y β a a β ngatív vsszacsatolás atása a k és bmnt mpdancáka 3

33 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm 005 ngatív vsszacsatolás ősn bolyásolja a bmnt és a kmnt mpdancát Soos kapcsolás stén a bmnt mpdanca: Z Z (mgnő) ( ) N N Pázamos kapcsolás stén a bmnt mpdanca Z Z ( ) N N (csökkn) kmnt mpdanca áamvsszacsatolás stén Z Z (mgnő) ( ) kmnt mpdanca szültségvsszacsatolás stén Z Z ( ) csökkn) Példák vsszacsatolása Fszültség-szültség vsszacsatolás Áam-áam vsszacsatolás Fszültség- áam vsszacsatolás 33

34 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm 005 Áam szültség vsszacsatolás..6 ljsítményősítők Főbb jllmvonások: Nagy kmnő tljsítmény szültségősítés kvésbé jlntős szmpont tanzsztook működtnk,,,, D osztályban Közös mttű kapcsolásban a lgnagyobb a szültségősítés, mttkövtőbn a lggyszűbbk az áamköök, míg közös bázsú kapcsolásban a lgksbbk a tozítások osztályú ősítők mnkapont az átvtl (és kmnő) jllggöb aktív szakaszán lyzkdk l, bíztosítva záltal a maxmáls kvzélést mnő jl ányában a ( ) ( ) P P 0, 0 mnkapont max ' n 0 n c c η max ş max 0 0 η max 0.5 tanzsztoon átolyó áam soasm 0 kapcsolás összs tljsítménylvétl állandó és kvzélésüggtln 34

35 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm 005 llnütmű ( ps-pll ) ( osztályú) ősítők mnkapont az ogóban lyzkdk l, csak akko van tljsítménylvétl a létzk bmnő jl P d max ( ) P η P P 0 d osztályú ősítők sn ωt dt 4 max max max 4 max max 78.5% mnkapont az ogóból lmozdl az osztályú mnkapont l (tanzsztook lőszítés) z mttllnállások csökkntk a asznos tljsítményt mnkapont lőszültség lőállítása 35

36 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm 005 z lső két kapcsolásnál az lőszítés szültségt dódákkal, lltv tanzsztookkal és allandó áamú gnátook sgítségévl kapjk amadk kapcsolásnál ( szozott dóda ) az lőszültség (és nnk őméséklt gyüttatója) széls atáok között változk 3 4 Komplmnt Dalngton kapcsolások Kvázkomplmnt llnütmű kapcsolás, a és tanzsztook pnp tanzsztoként működnk nás áamköök művlt ősítőkkl Fodító ősítő v v 0 NV Nmodító ősítő v 0 v ( ) NNV 36

37 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm smétlőokozat nmodító ősítő sajátos st o ; ; 0 dncál ősítő v v Sajátos stbn 3 4 ; a kmnőszültség ( ), Összadó ősítő n n n v v 0 z n ' llnállás kompnzálja a polazáló áamokból adódó bákat

38 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm Összadó-kvonó ősítő ( ) v v ntgáló ősítő dt dt t t 0 0 mvl Dváló (dncáló) ősítő dt d aol Kapcsolóüzmmódú áamköök művlt ősítőkkl Fodító kompaáto (küszöb-sznt ézéklő) V V H ;

39 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm Nmodító kompaáto V V H ; blak-kompaáto Fodító Scmtt tgg (poztívan vsszacsatolt kompaáto) llnés ltétl: v v G G G G v v F H H H H F K KÜSZÖ N F N,,,, ( ) H H K K H ; V V V V H V H Sajátos stbn F 0 a jllggöb szmmtks,, H K H

40 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm 005 Nmodító Scmtt tgg v ;... llnés ltétl : v v F v F, H KÜSZÖ, H v F K, H F H, ( ) H K H K H V V V Sajátos stbn F 0 a jllggöb szmmtks: ; V V H H PH H,, GYNÁNYÍÓK gytas gynányítók M snωt 0 0 ω ω M snωt k coskωt ( k )( k ),4,

41 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm M M 57, γ ( ) sn 0 0 M M F t td dt ω ω ( ) 40% 4 < F η Kéttas gynányítók ( )( )...,4,6 cos 4 sn k M so Fo M k k t k t ω ω M 3 4 M 3 γ ( ) 80% 8 < F F η lapvtő átány a középpontlágazásostanszomáto

42 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm Hídkapcsolású gynányító z gynányított jl szűés Kapactív szűő FSZÜSÉGSZÁK ( ),, S S d d d d δ δ δ δ δ δ ct S, -SZÁÁS GYÜHÓ ct, -KMNŐ NÁÁS ct S, - HŐMÉSÉK GYÜHÓ

43 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm 005 Paamtks szültségstablzáto Z z llnállás métzés alapvtő ladat : m n Z MX Z mn max mn Z Z max m ax Z Z mn Z Soos baősítő nélkül szültségstablzáto z alább áamköbn a lgontosabb lm az llnállás, amlyk bíztosítja a tanzszto, mnt vzélőlm, lnás üzmmódoz szükségs bázsáamát, valamnt a ncaszültségt adó Zn dóda stablzálásoz szükségs áamát. z alábbakban látató az llnállás métzés Z m n Z ; max max Z Z mn ( β F ) ( βf mn ) m ax Z mn mn Z max β ( ) F max Soos baősítős szültségstablzáto ( Z ) tanzszto vzélőlmként működk, a tanzszto gysz összasonlító és baősítő szpt tölt b. bajl Z a kmnt gy észénk és a nca szültségnk a különbség. lősíttt bajl a tanzszto kollktoáama az Pázamos baősítőnélkül szültségstablzátook Mndáom stbn látató az llnállás amly átvsz a bmnt szültség ngadozásat, a kmnőszültség állandó maad. kmnő szültség ngadozása az llnálláson ksztül az mttbázs átmnt külnk, mnk kövtkztébn a vzélő lm kssé jobban nyt vagy zá, zzl növlv lltv csökkntv a t llnálláson létjött szültségsést, ozzájálva a kmnő szültség stablzálásáoz. z lső két áamkö azonos, ncaszültség étékéz közl álló kmnőszültségt 43

44 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm 005 dményznk, a amadk áamkö stébn a kmnőszültség éték jóval nagyobb lt mnt a ncaszültség, Z Z, Z ( ) Javított paamétű szültségstablzátook oz, ogy a bmnt szültség llámzása n jsson b a vzélőlm ( tanzszto), lőstablzátot alkalmaznk. z p és DZp lmkből álló paamtks stablzáto má stablzált szültségt továbbt az áamkönk mlléklt ábán az lőstablzáto a má stabl kmnőszültségz képst stablzál Ha állandó áamot adó gnátoól tápláljk a stablzálódódát, sokkal jobb paamétű (stablzálás tényzőjű) szültségstablzátot kapnk. z állandó áamot az 5, 3, 4, valamnt DZ3 lmkből álló gnáto adja 44

45 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm 005 Művlt ősítők alkalmazása szültségstablzátookban Soos stablzáto Pázamos stablzáto Fszültségstablzátook védlm Z Z max D D sc sc max D sc max ' o sc övdzá stén o 0 ' sc sc szcllátook vztés ( t) snωt P s s 45

46 Gmán Z. : Félvztő szközök és áamköök analóg lktónka jgyzt pd omátm 005 szcllátook mnt poztívan vsszacsatolt ősítők. akasn él összüggés X X X X g X β X X g X β X X X g akasn él ltétl β z a ltétl alapvtőn a vsszacsatoló kon a zgés létjöttét lltv annak a nntatását jlnt Általában (jω) ş β β (jω), xp j, j β β xp j ϕ ϕβ β (ampltdó-ltétl) φ φ 0,, 4, (ázs-ltétl) Mgjgyzndő, ogy a sznszosan váltakozó jl ay gytln, amly nm változtatja omáját a aktív áamköökön mgy át. X X (jω) β(jω) jl kvncája tmésztsn mgygyzk az X kvncájával. Sok stbn ltétlztjük ogy valós. lyanko φ 0 vagy, stnként. ázs-ltétlből ϕ ϕ ( ω) 0,,... mgatáozató a zgéskvnca, ωosc. szcllátook lmzés lgontosabb poblémák amlyk az oszcllátook működésévl kapcsolatosak, a kövtkzők - zgéskltés-ltétl létozása ; - zgéskvnca oszc ωoszc / ; - zgés ampltdója oszc (lltv annak atáolása) - zgésk dnamks stabltása ; Ha valós (kvncaüggtln). akasn-ltétlből β ( jω) kövtkzk, ogyβ (jω) valós azaz m β ( jω) ωωosc 0. bből kövtkzk, β ( jω ) a ksbb lsz mnt a nt mgszabott éték, a zgésk csllapodnak és ltűnnk ; a nagyobb lsz mnt a nt mgadott éték, a zgés ampltúdója nagyon mgnőt osc 46