51. A földelt emitteres kapcsolás és munkaegyenes, munkapont

Átírás

1 51. A földelt emitteres kapcsolás és munkaegyenes, munkapont Munkaponti adatok meghatározása: A kapcsolás munkapontját bázisellenállással vagy bázisosztó alkalmazásával állíthatjuk be. A bemenet a bázis-emitter, a kimenet a kollektor-emitter, a közös elektróda az emitter. A kapcsolást felépítõ elemek, és az ok szerepe: R1, R2 munkapont-beállító RE munkapont-beállító és munkapont-stabilizáló RC munkapont-beállító, és munkaellenállás Cbe, Cki egyenfeszültség-leválasztó, valamint váltakozó feszültség csatoló CE, az RE ellenállást váltakozó áramú szempontból rövidrezárja T tranzisztor az erõsítõ elem A munkaponti adatokat szerkesztéssel az alkalmazott tranzisztor IC = f(uce) karakterisztikái alapján, az egyenáramú munkaegyenes segí6ségével határozhatjuk meg. A szerkesztésnél az M-munkapontot az A-osztályú beállításra érvényesen, a munkaegyenes közepén kell felvenni. A kapcsolás egyenáramú munkaellenállása ebben az esetben RC+RE. Ha az UT, RC és az RE értékét ismerjük, a tranzisztor négy munkaponti adata (IC, UCE, IB, UBE) a karakterisztikáról leolvasható. Munkapont beállítása: A bázisosztót alkotó ellenállások értéke, a munkaponti adatok segítségével meghatározható. %EDt%F5.html 1

2 52. A visszacsatolás szerepe a tranzisztoros kapcsolásoknál (torzítás) Torzítás- A tranzisztorkarakterisztikák non-linearitása miatt az átvitt jelek eltorzulnak. A torzulás mértékét a torzítási tényezővel jellemzik, amely kifejezi az Un felharmonikusok effektív értékének viszonyát az U1 alapharmonikusokhoz képest, bemeneti színuszjel esetén. Visszacsatolások- A torzítási viszonyok javítására negatív visszacsatolást alkalmazunk, vagyis oly módon módosítjuk az eredeti kapcsolást, hogy a kimenő jel bizonyos hányadát ellentétes fázisban visszavezetjük a bemenetre. Az erősítés némileg csökken, de az átvitel jósága javul. 53. Földelt bázisú kapcsolás A generátor IE = βib áramot kell hogy biztosítson Kis bemenő ellenállás, nagy terhelés generátor felé, Kis frekvenciákon rossz kapcsolás, nagyobb fr.-on előnyös Bemeneti ellenállás: rbe = 1 Kimeneti ellenállás: rki = RC Feszültségerősítés: Au = S S RC rce RC + rce 54.Földelt kollektoros kapcsolásó Ube<UBE0, Ic~0 Ube>UBE0, Uki=Ube-UBE0 Ha Ube>>UBE0, akkor Uki~Ube emitterkövető rbe~rbe+βre~βre Rki=(1/S+Rg/β)xRg feszültségerősítés Rg=0 akkor rki=1/s Impedencia transzformátor,mert rki nagyon kicsi rbe-hez képest 55. Darlington kapcsolás 2

3 Nagy áramerősítésnél két földelt kollektoros kapcsolás kombinációja. Mivel I EI = I EII Az áramerősítési tényező AI = β D = βi β II 56. Tranzisztoros kapcsolóeszközök I. IB=0, Pd=UCEIC=0 I. és II. között aktív tart. Pd nagy II. Telítési tartomány, tranzisztor kinyit, kicsi UC, kicsi Pd III. Túlvezérlődés, lassul a kapcsolás Shhottky dióda nyitóesz. kisebb, így nem lesz túlvezérlés 57. JFET tranzisztor karakterisztikái (bemeneti, kimeneti), felépítése S-Source (forrás) D-Drain (nyelő) G-Gate (kapu) A vezérlés telje- sítményt nem igényel Egy záróréteges FET, melynél egy n típusú kristályt két p 3

4 típusú zóna fog közre. Az n ristály két végpontjára S és D kivezetések csatlakoznak, a p zónák egy G kivezetéssel rendelkeznek. Az elrendezésre kapcsolt tápfeszültségek hatására a pn-np határokon záróréteg alakul ki, melyben nem lehetnek töltéshordozók, így az S-D irányú töltéshordozó-áramlás csak a semleges csatornán keresztül valósulhat meg. Ha a G-S közötti UGS feszültség negatívabbá válik, akkor a zárórétegek kiszélesednek és a csatorna beszűkül, ellenállása megnövekszik, vagyis UGS-sel a csatornán átfolyó ID áramot vezérelni lehet. 58. MOSFET tranzisztor karaterisztikái (ki és bemenet), felépítése Növekményesvezérlés teljesít- ményt nem igényel Kiürítéses (depletion) S és D közé enyhe n szennyezés vezérlés teljesít- ményt nem igényel Up (pinchoff) küszöb-feszültség FET paraméterek U I D = I DS 1 GS Up 2 Az ID áram képlete érvényesminden előzőkapcsolásra, figyelembe véve az eltolódásokat S= Transzfer meredekség: ID U GS = U GS = const. 2 I DS 2 (U GS U p ) = 2 Up Up A kimeneti karakterisztika az UK=UGS-Up könyökfeszültség alatt: ID = I DS U DS (2 U K U DS ) U p2 A könyökfeszültség felett ID csak UGS-tő függ A differenciális kimeneti ellenállás: rds = 4 U DS ID U GS = const. I DS I D

5 Bemeneti kapacitás1~6 pf, bemeneti ellenállás rgs > 1014 Ω Ezért a felhalmozódó statikus töltések következtében kialakuló magas feszültség átütheti a dielektrikumot. Hömérsékletfüggés: I DZ = 0,4 U 2 I DS = 120 ~ 580mA U p2 59. CMOS tranzisztor karakterisztikái Egy szubsztráton p- és n-csatornás eszközök összeéítésébőlkeletkezik Tp és Tn tranzisztorok ellenütemben dolgoznak Katalógusban milyen adatokat adnakmeg? Határadatok: Drain-source feszültség, draináram, gate-source feszültség, disszipáció Jellemzők: Elzáródási feszültség., draináram,maximális meredekég, minimális ellenállás,maximális gate-záróáram, maximális drain-záróáram, bemeneti kapacitás, kimeneti kapacitás,visszaható kapacitás,meredekség határfrekvencia. Kapcsoló üzemmód, működési sebesség Elektronok mozgékonyabbak a lyukaknál, tervezési probléma, csatornahossz csökkentés négyzetes sebességnövekedés 5

6 60. Térvezérlésű tranzisztoros kapcsolóeszközök Például kapcsoló üzemmódban négyszögjellel vezérelve, lényegében RGCG integráló tagot működtetünk. Az ID áram tt indulási késleltetését az a holtidő jellemzi, mely addig tart, amíg az UGS feszültség felfutásában el nem éri az Ut küszöbfeszültséget. Kikapcsolási idő általában rövidebb a bekapcsolásnál. 61. Földelt source-ú alapkapcsolás Az ábrán látható kapcsolás megegyezik a földelt emitteres kapcsolással, azzal a különbséggel, hogy a gate csatorna dióda záró irányba működik, ezért bemenő áram gyakorlatilag nem folyik, és a bemeneti ellenállás is nagyon nagy. Munkaponti beállítás: negatív áram visszacsatolással oldjuk mega kiürítéses típusoknál a munkaponti gate feszültség 0 is lehet. Előre felvesszük a drain áramot, majd a transzfer karaterisztika segítségével meghatározzuk a hozzátartozó UGS feszültséget. 62. Földelt drane-ű alapkapcsolás Az áramkör bemeneti ellenállása nagyobb, mint a föld3elt source-ú kapcsolásé. Előnye, hogy a bemeneti kapcsolás kisebb. 63. Bipoláris és térvezérlésű tranzisztorok hűtése, hővezetés és hőellenállás Környezeti hőmérséklet, kollektoráram, veszteségi teljesítmény miatt melegszik. A hűtése hűtőbordákkal történik. Gth- hővezetés: a záróréteg és a hűtőkörnyezet közötti hőmérsékletkülönbség miatt Ptot- veszteségi teljesítmény, időegység alatt keletkező hőmennyiség. Rth- hőellenállás Rth = 1 Gth Rth = Tj T Ptot 0 [C W ] Tj- a záróréteg legnagyobb megengedett hőmérséklete, Rthja = Rthjc + Rthca Tk- a környezet hőmérséklete (gyakorlatban ) Rthjc- a záróréteg és a tranzisztortok közötti hőellenállás Rthac- a tranzisztortok és a hűtőfelület közötti hőellenállás 6 Rthja = Rthjc + Rthca + Rthah

7 Rthah- a hűtőfelület és a környezeti levegő közötti hőellenállás 64. Elektromágneses hullámok az informatikában (hullámhossz, frekvencia) 65. Jeltovábbítás (koaxiális kábel, optikai szálak, sodrott érpát, mikrohullámú antenna) A koaxiális kábel Pont-pont és üzenet szórásra is alkalmas Tipikus TV és LAN alkalmazás, Ethernet üzenetszórásos Felépítés: rézmag, szigetelő dielektrikum, fonott külső vezető, műanyag burok Tipikus hullámimpedancia o 50: adat és rádiós kábel o 75: TV koax o 93: ARCNET kábel Jó zavarvédettség, jó megbízhatóság Sodrott érpár: Elsősorban pont-pont kapcsolatra. Ilyen a telefon vonal is: Közeli központig (2-4km) modulált átvitel 7

8 Néhány Mbps Közepes zavarvédettség és megbízhatóság Olcsó Sodrás: nem sodrott vezetők antennák ; a sodrás csökkenti a köztük az interferenciát Optikai szál Hajszálvékony üveg (szilikát) szál, ami fényhullámokat vezet Kiváló zavarvédettség, jó megbízhatóság Mbps szinten már természetes, de már demonstrálják a 4Gbps-t 10km-en Tipikus pont-pont kapcsolásra Mikrohullámú antenna: Közepes vagy nagy távolságok áthidalása (költséges kábel helyett) Stabil állomások között, ahol van mikrohullámú rálátás Nagy sebesség, időjárás függő 66. Fénytani alapfogalmak, a látható fény és az optikai elemek tartománya Fotonok: Áram hatására elektromágneses hullámokat bocsátanak ki. Elektromágneses sugárzás elnyelésével elektromos jeleket generálnak (feszültség, áram) 8

9 67. Fotoellenállás karakterisztikája, alkalmazása Alkalmazás: fényképezőgépben automata fényrekesz működtetése, fényerősség, megvilágítás elektromos úton való megmérésére 68. Fotodióda karakterisztikája Negatív tartományban előfeszített dióda p-n átmenetét megvilágítva megnő a diódaáram 69. Fotoelem működése, alkalmazása A fotoelemek olyan szilárdtest eszközök, amelyek a fénysugárzás energiáját közvetlenül villamos energiává alakítják. Az energiaátalakítás alapja, hogy a fény elnyelődésekor mozgásképes töltött 9

10 részecskéket generál, amiket az eszközben az elektrokémiai potenciálok, illetve az elektron kilépési munkák különbözőségéből adódó beépített elektromos tér rendezett mozgásra kényszerít. Alkalmazás: Kerti lámpákban Napelemben Napelemes autó 10