. IIAZMAN ISTV AN-KOV A.CS FERENC TRANZISZTOROS RÁDIÓT ÉPÍTÜNK r.m.cyar HONV!DELMI SPORTSZöVETStG 1961
ELOSZ(),,Tranzisztoros rádiót épftünk" Ez jeszava ma sok ezer rádióamatőrnek, aki feismerve az ú; erősítőeem számtaan eőnyét, a egkiönféébb franzisztoros kisrádiókat építik meg, fogakoznak, kíséreteznek franzisztoros kapcsoásokka. A kapcsoások rengetegében azonban nem könnyú eigazodni, és a kezdő rádióamatőr gyakran tanácstaanu á egy bonyoutabb tranzisztoros áramkör eőtt. Az új erősítőeem, a tranzisztor megismerésének útja nem ez. A egegyszerűbb áramkörtő fokozatosan, tervszerűen a egbonyoutabbakig - ez a tudás megszerzésének heyes módszere, mint azt annak idején az eső eektroncsöves kapcsoásokka kíséretező rádióam.atörök tették. Ezt a cét kívánja ez a kis füzet is szogáni, amey jó társ ehet ebbp-n a munkában. Segítségéve a kezdő amatót a egegyszerűbb áramkörbő kiinduva fokozatosan ismerheti meg a franzisztoros vevökészüékeket, hogy üy módon szerzett tudásáva, tapasztaatáva Jt.yugodtan kezdhessen neki a vaóf:>an bonyout, szuperrendszerű vevőkészüék építésének. Az utat tehát végig ke járni, s reméjük a könyvecske j6 segítség esz azok számára, akik franzisztoros ismereteik bővítésének ezt a t:aán assúbb, de sokka eredményesebb út;át váasztották. Budapest, 1961. m6jus hó. A szerzők. '
I. KRISTALYEGYENIRANYITOS VEVO A rádiótechnika rohamos fejödése könnyen azt a gondoatot >bn sztheti bennünk, hogy a egegyszerűbb, "ősrégi" rnódszer, a kr io;\yegyenirányítós véte és az ezze vaó fogakózás túhaadott, ft>h :-;h g<>s az égitestek közötti rádiózás korszakában. Tranzisztoros tu nmkörökke vaó ismerkedésünket mégis ezen egegyszerűbb kapcsn\ s megismeréséve -sőt megépítéséve - ke kezdenünk, egyri~' ' mert az áramkör tanumányozása kapcsán több aapvető proui.-mát tisztázhatunk, másrészt azért, mert a detektoros vevő burko formában - részeteiben vagy egészében - szinte minden bonyoj ut kapcsoásban megvan. Az áramkör feadata ~. " A ud.ektoros vevő ényegében egy átaakító, -8mey természetem-n minden erősítőeem nékü, a rádiófrekvenciás jeró a moduá6 hanhfn kvcnciút evúasztja. Mive a kapcsoás a bejövő jeet erősíteni n~m tudja, ezért csak oyan áomások vétee.. váik ehetövé, amt yek eég nagy térerősségge rendekeznek a v-éte heyén.. A dett k tm os vevő f'zért ebben a formá jában manapság nem hasznáatos, uzonban dc m oduátorként, mint a szuper~ék ényeges foko1atúva, gyakran taákozunk vee. Aapos megismerése már ezért is fontos. - A detektoros vevő tehát egy egyszerű átaakító: a jeforr~ - az antenna - rádiófrekvenciás ampitudómoduác. )eet száít, a fogyasztó - a fejhagató- pedig ha~?gfrekvenciás áramot igénye. Az átaakítást végző áramkörre szemben támasztott--követemények a következők: 1. Jó hatásfokka végezze e a rádiófrekvenciás je demoduáását. -- ' 2. Biztosítson megfeeő szeekci6t a venni nem-kívánt áuomá sok számára. _,. 3. Tegyen ehetővé optimáis tejesítmény-átvitet a generátor (antenna) és a fogyasztó (fejhagató} között. ""'- A fenti feadatokat többé-kevésbé tejesíti a ~táyegyenirinyftós kapcsoás. (. ábra.) \.\c:: A je az antennáró egy rezgőkörre kerü. ameyik a szeekciót biztosítja. A rezgőkör átaában fix induktivitássa rendekezik, a kapacitás pedig vagy szintén áandó értékű - iyenkor a rezr!őkör természetesen a h eyi adóra van hangova - vagf ~átoztathat6,....
L 1. 4b1'G: Kristátegteni7'ántftó veoo 7'a;za tehát egy forg6konderzátor. Utóbbi esetben a kondenzátor vátozta.. tásáva az egész középhuáanú sáv áthangoható. Szeektivitúi tuajdonságok Vizsgájuk meg közeebbrő, miyen szeekciót biztosít egyeten ~kör hasznáata. A rezgőkört saját veszteségein kivü nyiván a diódakör bemenő eenáása is csiapítja, a kor terhet jósága tehát kisebb esz a terheeten Qo értéknél Rezgőkörök átvitei görbéjét tünteti fe a 2. ábra, küönböző terhet Q,-k esetén. A rezonanciagörbének két jeemző adata van: sávszéesség és ~rezektivitás. A sávszéessé~et azon két frekvencia küönbsége adja t Q,., -JOkHz -20 '. '<. -10 )L o r- 10 20.JOkHz A{ J. 4fm: P47'huza,..aa f'fz{16köf' 7'e%01Uncf4Qörbije küumb6zc5 körfóságok esetén
meg, ameyeken a kör impendanciája a rezonanciaeenáás értékének 0,7-ed részére csökken e. A szeektivitás a ezokásos meghatározás szerint az a frekvencia, ameyen a köreenáás egy tizedére esik e. Látható a görbékbő, hogy kisebb Q t -j ű rezgőkör sávszéessége ugyan nagyobb - ez a han gminőség szempontjábó eőnyös - a szeektivitás viszont szintén nagy, ami igen kedvezőten, mert a vett áomáshoz köze fekvő adók is jeentkezni fognak a véteben. Küönösen keemeten ez akkor, ha a heyi adó frekvenciajához köze eső, kisebb erősségű (p küfödi) áomást kivánunk hagatni. Iyenkor a heyi adó, mive jee a másikná több nagyságrendde nagyobb, "beeszó" a vétebe, egyeten rezgőkör tehát a kívánt szúrést nem tudja biztosítam. Mint rezgőkör rezonanciagörbéibő is kitűnik, nagyobb jóság köröket akamazva, a szeektivitás javu. Ennek azonban határt szab egyrészt maga a megvaósítható terheeten körjóság (ez tekercskivitető függően vátozó, de túnagy érték nem érhető e), másrészt a diódakör terheő hatása ezt az értéket még tovább csökkenti. Vizsgájuk meg, miyen terheést képvise a diódakör. Fogjuk fe a diódakört úgy, mint egy egyszerű átaakítót, ameyi,k a rádiófrekvenciás (moduáatan) jebő egyenfeszütséget áít eő. A rádiófrekvenciás tejesítmény, ameyet a diódakör fevesz, az Rbe bemenőeená ásan jeenik meg, az egyentejesítmény pedig az Rm munkaeenááson. Ha a munkaeenáás eég nagy a dióda besó eenáásához képest ~ es a ~jövő je is vot nagyságrendű, akkor az átaakítás hatásfoka 100 /o-os.nak vehető, és az Rbe bemenóeenáás egyszerűen a két tejesítmény egyenőségébő számítható. A jeen esetben azonban más a heyzet. Egyrészt a bejóvó feszütség szintje kicsi (hiszen a je közvetenü az antennáró jön, nincs feerősítve), másrészt az Rm munkaeenáás értéke is kicsi, e dióda eenáásáva összemérhető. Az átaakítás hatásfoka így nem vehető 100 /o-osnak, és a számítás sem végezhető e iyen egyszerúen. A 3. ábrán germánium tűd iódás demoduátorkör bemenőeenáását áthatjuk a bejövő jeszínt függvényében, küönbözó Rm munkaeenáások meett.,.. Az ábrábó adott munkaeenáás és bej övő feszütség meett eovasható a bemenőeenáás értéke. Az így kapott eenáás fogja a kört terheni, ha a demoduátort közvetenü a rezgökör két végpontjára kötjük. Ataában a diódát nem magára a rezgőkörre; hanem az induktivitás vaamiyen megcsapoásár a kötjük. Ezze két eredményt érünk e. Az egyik az, hogy a diódakör kevésbé terhei be a rezgőkört, hiszen a transzformáció miatt az áttéte négyzetéve megnövekedett eenáás kapcsoódik párhuzamosan a rezgőkörrel Az eőzőekben a szeektivitásró emondottak értemében ez kedvező, hiszen a kör terhet jósága így a fetranszformáás miatt nagyobb. mint anékü enne. A másik hatás, hogy a rezgőkörart evő feszütség 8
11.,/!42] r 40 r-----,r---r------. ~ 1D ~~+~.:.:.::...---J 20 ~~~F:::::::3 " j----t!!!r.?l=~4~1tf?!.4---j ~~~--~----~--~L 10 100 1000 - J~ int~ J 3. 4bra: DiódaköT bemenóeenáása küönbözö Rm munk4euenááso: meuett nem jut egészében a diódára, hanem etranszformáódik, így kisebb je kerü demoduáasra. Kérdés mármost az, hogyan váasszuk meg a megcsapoás mértékét ahhoz, hogy a kapcsoás ehetőeg minded szempontbó optimáisan működiék. Tejesítmény-iesztés A gyakoratban akkor járunk e heyesen, ha a két szempont, a szeektivitás és optimáis tejesítményátvite közi az utóbbit váasztjuk méretezés1 kiinduásként; a sávszéesség és szeektivitás értékei ugyanis nagymértékben amúgy sem vátoztathatók, és az optimáis tejesítményátvite meett másodiagos szerepüt van. A céunk tehát az áttétet úgy meghatározni, h ogy a diódára maximáis tejesítmény jusson. Fogjuk fe a probémát a következőképpen : egy generátor (antenna + rezgőkör) dogozik rá egy fogyasztóra (diódakör bemenőeenáása). A eegyszerűsített kapcsoási vázat a ~ ábrán átható. t.) ~ --:R.o t ~ 4. 41m1: A te1eitm:in11ieaztéa fetétee: genet'átoreuenázá.-a te1'hef. eenáás '
A generátor-eenáás (az antennát figyemen dvii hagyv.a) a rezgökör rezonancia-eeriáása, ameynek értéke -~ -- - Rp = 2n.f.I!..Qo Az ismert iesztési téte értemében akkor vehetünk ki a generátorbó maximáis tejesítményt, ha a generátor és a foiyasztó. eenáása megegyezik, vagyis Rp -= Rbe Mive ez a fetéte igy átaában nem tejesfthetó (hiszen a rezgőkör rezonancia-eenáása jóva nagyobb a diódakör bernenóe- enáásáná), ezért a diódát az induktivitás egy megcsapoására kötjük. Iymódon a fetransz.fonnát érték esz egyenő a rezonanciaeenáássa. vagyis 1 r 0 ) Rp = n Rbe 1 aho no a tejes, n, pedig a megcsapoás menetszáma. Ez az iesztés adja tehát tejesítmény szempontjábó az optimáis átvitet. Kérdés, hogyan aakunak a rezgökör szeekciós tuajdonságai? A rezgőkört egy éppen akkora eenáás terhei e, mint a saját veszteségébő adódó eenáás. A rezonancia-eenáás így a feere csökken (mive a kettő párhuzamooan kapcsoódik), és ezze a kör terhet jósága.is éppen fee esz a terheeten értéknek: Qt=~ 2 Látható, hogy a körjóság erosen ecsökken, a.szeektivitás 'QSSZ esz. Ha a menetszámok arányát oyannak váasztjuk meg, hogy a diódakör bete~:heése kisebbmértékü egyen, jobb esz a szeektivitás, viszont vaamive csökken a diódára jutó tejesítmény. Méretezés, kiviteezés Ezekután térjünk rá egy kristáy-egyenirányftós vevő gyakorati k1viteezésére. ~~ - A rezgőkör induktivitása egyen áandó (nem vátoztatható) értékű. Légmagos, porvasmagos, ferrites megodások egyaránt szóba jöhetnek, egegyszerubb a tekereset magára az antennaként szogáó ferritrúd ra fecsévé ni. Amennyiben a rezgökör.. ~angohat6. és a hangoó kapacitás maximáis értéke 500 pf, \ÍgYr' ~ középhuámú sáv véteéhez L -= 200ttH szükséges. Az I. tába tartamazza a eggyakrabban hasznát tekercsmegodások szi~~ menetszámát és megva!6sitható körjóságát..'' Hasznájuk a tábázatban megadott 160 ~!es ferrit-rudat, ameyen kb. Q 0 = 200-as kö1 jóságot tudunk megv8ósftani. A rezonancia-eenááb értéke ebben az esetben. 8 ' r -ic
L táb~t: Néhány középhuámú tekercs-kivitel Tekercs kivite Menetszám Eérhető kör- L: 200 ph hez jóság Qo. t2j to ferrit-rúd 115 mm hosszú. 48 ~ t5 x 0,05 i~, soros tekercseés 0 to-ferrit-rúd t 40 mm hosszú, 15 x 0,05 itze, soros tekercseés - 48 o 200 r;:, 8 bakeit test, M t-vas 0,15 mm Zs, tekercsho&sz 5 mm keresztek.er- uo DO > cse és, r;:, to bakeit-test M - vas 0,15 mm Zs, teke"cshossz 5 mm keresztte- 80 100 kercseés, -'... t2j 10 troitu-test, M U- vas 0,15 mm Zs, tekercshossz. 5 mm kereszte- too 70 kercseés ' R p= 2.n./. L.Q 0 = 6,28.520. 10 3.200.1~.200 = i 30 k.q esz. Hogy a megcsapoás heyét meg tudjuk határozni, ismerni ke a diódakör bemenőeenáásá t, ehhez viszont a dióda munkae -~ n á~na~ ismerete szükséges. Képezze a munkaeenáást egy 4000 D.-os fejhagató, vagyis egyen Rm = 4 k [J, amit egy C = 50 nf -os kapacitássa bokkounk át. A 2. ábra aapján, fetéteezve, hogy a diódára jutó je néhány miivot, a diódakör bemenőeenáása kb. Rte = 30 k Q esz. A eágazás menetszámát a következöképpen számíthatjuk ki: ' \ :;. no j R 130 k.q ~. n1 -b V R:e - - 30 kq - 2 vagyts Mive a k~rdéses ferrit-rudra középhuámon no = 48 menet szükséges, így ~ ;eágazás menetszáma n 1 = 24 esz.. A kristáy.egyenirányítós veyő egcé szerűbben germánium tűsdiódáva épíhetó meg, az MHS Rádi óamatőr Fűzete i 13. számáan mégadott bármey tipussa. Abban az esetben, ha a nagyobb érzékenység végett~~as-antennát kívánunk hasznáni, ugy készítsünk eágazásokat a te(ercsre, az antennát pedig kössük a egjobb vétet biztosíto megcsapoásra. t.
n. EGYFOKOZATú HANGEROS~ A KRISTALYEGYENIRANYTóS VEVOHÖZ Tranzisztor karakterisztikák A detektoros vevő egyik egnagyobb hibája, hogy nem eéggf érzékeny, s ezért többnyire csak a heyi adó vétee váik vee ehe. tővé. A gyengébb áomások véteére nem akamas, s ez természetes, h~n 5emmiyen erösitőeemet nem tartamaz. Jeentős mértékben megnövehetjük a kis vev6k~üék érzé. kenységét, ha egyeten tranzisztorbó áó erősítőfokozatta egészitjük ki; ez az erősítöfokozat-cészerűségi okokbó- egyen hangfrek venciás fo'kozat, tehát a már demoduét jeet eréi&ftse. Jymódon az erősítés közönséges hangfrekvenciás tranzisztorra megodható, nincs szükség drágább, manapság még nehezen hozzáférhető nagyfrekvenciás tranzisztorra. Nem árt, ha egy kicsit átaánosan megnézzük, mi a jatszódik Ie egy eektromos je erösítésekor. Az erősítőfokozatra vaamiyen vátótejesítményt adva - ez a vezérötejesitmény -, a fokozat kimenetén jóva nagyobb, feeró. sitett vátótejesítményként jeenik meg. A két tejesítmény küönbségét, mive az magátó nem keetkezhet, nyivan a teepfeszütség adja, egyentejesítmény formájában. Az erősítőeem tehát tuajdon képpen a teep egyenáramú tejesítményét aakítja át vátóáramú tejesitménnyé a vezérés hatására. Ebbő rögtön következik az is, hogy a fokozatbó maximáisan kivehető vátóáramú tejesitményt a teep feszütsége (pontosabban tejesítménye) határozza megt mint a későbbiekben ezt átni fogjuk. Az érzékenység növeése céjábó tehát a demoduát hangfrekvenciás ' feszütséget egy tranzisztorra erősítjük fe, és igy vezetjük a fejhagatóhoz. Vizsgájuk meg egy kissé részetesebben, hogyan jeemezhet6 a tranzisztor mint áramkör eem, vagyis hogyan kapcsoódik az áramkör többi részéhez, a feszütségek hatásáramiyen áramok fognak foyni az egyes eektródákon. Meg ke küönböztetni a tranzisztoroo erősítő bemenö odaátaho a vezérés történ ik - és a kimenő odat, aho a feerősített je megjeenik. A két oda között étesit kapcsoatot maga az erösités ténye, hogy az egyik odaon beadott je a másikor feerősítve jeenik meg. Ezekután vegyük sorra m indhárom tran ~sztor-tuajdonságot, a be- és kimenöodat, vaamint a kettót ~kapcsoó er&itési jeens~get. Födet emitteres kapcsoást véve aapu, a bázis esz (heyesebben a bázis-emitter kapocspár) érteemszerűen a bemenö oda, aho a vezér és történi'k, a kimenő oda pedig a koektoremitter kapocspár. A tranzisztor bemenö odaát vizsgáva tuajdonképpen arra vagyunk kíváncsiak, hogy vaamiyen U BE bázis-emitter feszütség 10
hatására miyen bázisáram fog foyni a tranzisztoron., A viszonyok a tranzisztor úgynevezett bemenőkarakterisztikájá1t. áthatók cs~ ábra). ~ IDO 50.J j ' o ~ O,f ""' y \)t'y J,'f j 0,2 -Ust[V] 5. ábra: TnnrzisztM bemen6karakterisztikája U ce ==- -4,5 V kouektorr teszütség meett A görbe tuajdonképpen egy dióda nyitóirányú karakterisztikája. Következik ez abbó is, hogy a trdnzisztor bázis-emitter köze tuajdonképpen egy nyitóirányba feszített févezető dióda. Mive a karakterisztika erős 'görbütséget mutat, nagy vezérőfe szütségek esetén - amikor a működés egy nagyobb görbeszakaszra terjed k1 - igen nagy torzítások épnek fe, hiszen tiszta szinuszos vezéröfeszt1tséget fetéteezve, a bázisáram erősen torzított esz. A tranzisztor bemenő odaa tehát egyérteműen ieemezhetö ezze a karakterisztikáva, ameyrő m inden U BB feszü~séghez tartozó bizisáram-érték eovasható. A tranzisztor kimenő odaát tekintve. fefogható úgy. mnt egy vátóáramú generátor (ameyik a feeu"ösftett áramot szogátatja), vaamint a generátor besöeenáása~ amit más szóva kimenőeenáásnak 1s nevezünjt (6. abra). Céunk ezen besőeenáás értékenek tanumányozása. J Végezzük e -.a következő kf~retet: adjunk a tranzisztor bazisára vaamiye Use feszütséget (kb. -0,15 V-ot). a koektorára 6. ábra: TranziBztot heyettesitése áramgenerátorra és kimenóeendásb41
) pedig nagy negativ feszütséget. Vátoz~ ezután a koektor feszütségét, miközben a koektoráramot mérjük. Azt fogjuk tapasztani, hogy a feszütség vátoztatásáva a koektoráram aig vátozik, az áram tehát gyakoratiag nem függ a koektorfeszütségta Hasonó jeenséget észeünk pen tódák esetében,.aho a csó anódárama aig függ az anódfeszütségtől A tranzisztor karakterisztikája tehát (ameyik a kimenőfeszütség és a kimenőáram közti kapcaoarot adja meg) a pentódáéhoz hasonó, mint azt a 7. ábrán áthatju~ -k -I. [ma]i--4-.._.,_.+-+-+-+-+-+--1 10 _.",.."f!/-a ~~~~~-~~~~~~~uo -...",. ",.. ~ --' "" -1t IDO [ma] _... 10 60 s 1/ sg,.. ---""", 5 z.r j 'D ID ~ o ~ 10 o Q ' tu-u., d JctfV}.,. t..tbra.: T1"anzisztor kimenóka1"ttkterisztikája födet emfttne kapcsoásban _. cibta: Koektorcir4m 11 Mm-em.itte,- feuüúég fügqvénvibn Végezetü nézzük meg, hogyan határozható meg a tranzisztor erősítése, ami a két oda között a kapcsoatot Iétr.ehozza. Az erősítés jeemzésére szogá az úgynevezett áramer5sítési tényezö, jeöése födet emitteres kapcsoásban "~"-A bázist ib vátóáramma vezéreve, a koektoron ennek a ts-szorosa fog küoyni. v~ ic= b.p... Az á1"amerösítési tényező tehát a két á1"am hdnyodosa, értéke a uokásos tranzisztorokná 30 és 150 között van. ' Térjünk most vissza egy pianatra a tranzisztor bemenő karakterisztikájához. A függöeges tengeyen a bázisáram', 'is szerepe. Ha minden bázisáram értékét megszorozzuk az árarrietősítési tényezö "{:s" értékéve, akkor egy oyan görbét kapunk, á'mey a bemenófeszütség és koektoráram között ad összefüggésf. ~. ábra). Ezze a két, ietöeg három karakterisztiká~a. 1. vaamint az áramerősítési tényezö ismeretében a tranziszto~ 'f~köröket már számítani tudjuk. Le s - ~ ~ 12.,
. Az airamkör múködése --~-. Ezen kitérő után, ameyben a tranzisztorra magáva ismerkedtünk meg, térjünk vissza vevökészüékünkhöz. A demoduát hangfrekvenciát tranzisztoros erősítőfokozatta erősítj ük fe, a 9. ábra -szerinti kapcsoásban, aho a fogyasztást képviseö Rt a fejhagató eenáása. Nézzük meg, hogyan is müködik tuajdonképpen az áramkör... S. áb1'4: Kristát~euuenirányit6s vevő egufokozatú t1'anzisztoros hangerösítőve A egszembetűnőbb az, hogy a tranzisztor bázisa egyenáramúag a diódán keresztü v::.n a före kapcsova. Vizsgájuk e.öször azt az esetet, amikor rádiófrekvenciás je nem érkezik az antennáró, a dióda tehát nem egyenirányít semmiyen jeet. Mive a dióda záróiránybán van eőfeszítve, (erre még részetesebben visszatérünk); a záróirányú dióda eenáása igen nagy, ezért tekintsük úgy, mintha a tranzisztor egyenárumúag szabadon enne hagyva (másszóva vegyük a dióda-eenáást végteen nagynak). Ebben az esetben a tranzisztor bázisárama zérus ke, hogy egyen. Határozzuk meg, miyen munkapontba á be a tranzisztor iyen esetben. A kimen().karakterisztikán átható, hogy a egasó koektoráram-görbe s = O, vag-.{is zérus bázisáramhoz tartozik, és ez fee meg a mi esetünknek. A tranzisztor koektoráramát úgy kapj uk meg, hogy a kirnenökarakterisztika s = O áramhoz tartozó görbéjé.bó1 az U CE koektorfeszütségné eovassuk a koektoráram érték ét. A 7. ábrábó áthatóan a koektoráram eovasott értéke p. UcE = - 2,5 V-ná Ie. G'; 100 p,a -esz. Ugyanakkor a bázison is feép egy kisértékű egyenfeszütség, ami kb. U BE = -50 m V -ra adódik. Ebbő is áható, hogy a demoduátor dióda eőfeszítése nagyfrekvenciás je néküi áapotban záróirányú, hiszen a dióda anódja, ameyik a bázisr:a van kötve, negatív feszütségen van. Ez az áapot jön tehát étre, ha a rezgökörön nincs nagyfrek venciás feszütség. Vizsgájuk meg, mi történik akkor, ha az antennáró je érkeei~ _és a dióda demoduáni kezd. A demoduwás eredményeképpen a dióda munkaeenáásán étrejön egyrészt; ~gy egyenfeszütség (a vivőhuám következtében); másrészt han~r~kvenciás feszütség, a moduációnak megfeeóen. A jeen esetben11. diódának küön munkaeenáása nincs, a munkaeenáást maia~ tranzisztor képezi, mégpedig az az eenáás, amit az emifter-baz1s'köz mutat, egyszóva a tranzisztor bemenóeen-,. áása. A heyzetet még tovább egyszerűsít i, hogy a munkaee:máás- 13
sa párhuzamosan kapcsoódó kondenzátorra sincsen szükség, mert magában a tranzisztorban jeenevő beső kapacitás éppen oyan ér.. tékű, hogy erre a céra megfee, a küső kapacitás tehát feeseges. A dióda múködése iymódon vátozatan, a tranzisztor bázisán a fentemitett egyen- és vátófeszütség éppúgy megjeenik. Miyen hatássa esz a két feszütség a tranzisztorra? Könnyen beátható, hogy a megjeenő egyenfeszütség a tran... zisztor munkapontját etoja. Mive a dióda poiritása oyan, hogy a nagyfrekvenciás je a katódjára kerü, ezért a negatív féperiódusokat engedi át, következésképp a bázison megjeenő egyenfeszütség is negatív esz. A bemenőkarakterisztika aapján, ha növekszik a bázis negatív eöfeszütsége, növekedni fog a bázisáram is. A bázisáramma viszont a koektoráram is meg fog nőni, mint az a kimenökarakterisztikábö átható. A bejövő nagyfrekvenciás je hatására ennéfogva a tranzisztor munkapontja etoódik, mégpedig úgy, hogy a tranzisztor kinyit, az áramok megnönek. Nézzük meg. mi történik abban az esetben, ha a nagyfrekven- -Ic (ma] s ;,5 o ~ ~ ~, ) - i..., J, J: Ii r -. r - -L-.,._ - ' ~ - ~--~ ~o-.- to. """: T1"tJnziroros fokozat erősítésének szemitetéae tn U B!-e k4-rakteriszttkán.,,.. 14
ciás je moduáva van, vagyi5 a bázic;on e16bb ern1ftett hangfrt-kvenciás je is feép. A bázisra kerüő vátófeszütség hang frekv~nciás ütemben vezéri a tranzisztort, a vezérés eredményeképpen a hangfrekvencia a koektoráram ingadozásában fog jeentkezni. A viszonyokat a 10. ábra tünteti fe. Látható, hogy ha a hangfrekvenciás feszütség nagy, vagyis a r ád iófrekvenciás je erősen ki van moduáva, akkor a görbüt karaktensztika miatt igen erős tor-~i.. tá.sok éphetnek fe. Az áramkör sajátossága, hogy az eőfeszítés és a vezérés együtt történik, m i ndkettőt a bejövő je végzi e. Mive a tranzisztor egyenárama az eőfeszítés függvénye, ezért az egész áramkör tejesitményfevéteét, fogyasztását is a bejövő je nagysága határozza meg. Kivehető tejesítmény A tranzisztor koektorárama, amey hangfrekvenciás ütemben vátozik, a fejhagatón, mint fogyasztán foyik át, és ott hahatóvá váik. Rajzojuk be a fejhagató R, eenáását a kimenökarakterisztikába, mint a tranzisztor munkaegyenesét (. ábra). A mmdenkori munkapont ezen az egyenesen fog vándorom, attó függően, hogy mekkora a bejövő rádiófrekvenciás je. Zérus rádiófrekvenciás feszütség esetén, vagyi.s zérus bázisáramma a munkapont egészen enn heyezkedik e, az ábrán Ma-e jeöve. Látszik az is. hoey a tranzisztorra kerüö egyenfeszütség majd nem egyenö magava a tápfeszütségge, Ur-e; attó csak azza a feszütségge tér e, amit a kis nyugami áram az Rt eenááson ej t..,.,. c{ma] t -. ",-...:11. """" ~ -- : -113 -i-- HO _pa -",- /20 -~ -r-,_. -- (}(},_80 - - 60 ' rrr <:; H. () r' o s " ~o--- 3. 11. ábra: A munkaegyenes és a munkapont eheyez kedése a kimenc5- karakterisztikán 15
.. rovekv5 jené megn6 a bázis-egyenáram, a munkapont fefeé vándoro, ugyanakkor a megnövekedett koektoráram II\~tt nagyobb feszütség esik a fejhagatóra, így a tranzisztorra ju~ koektorfeszütség kisebb esz. Kérdés, meddig vándorohat a munkapont fefeé a munkaegyenesen, másszóva mekkora bejövő jeet tud a kapcsoás még fedogozni? A határt nyiván a torzítás, ietőeg a kivehető tejesítmény fogja megszabni.. Tegyük fe, hogy a munkapont éppen a muhkaegyenes feez6- pontjára csúszott fe, amit az ábrán M2-ve jeötünk. Nézzük meg, mi történik, ha a moduációs százaék eéri a százszázaékot, vagyis a vivőhuám ampitudója ho kétszeresére, növekszik, ho megszűnit. Ha a vivőhuám ampitudója megkétszereződik, akkor az M3 pont, zérus ampitudó esetén pedig, mint már eőbb megáapítottuk, az M 1 pont adja meg a pianatnyi áram- és feszütségértéket. A. ábra fetünteti a koektor-vátófeszütség és vátóáram eheyezkedését a kimenőkarakterisztikán a kérdéses esetben. - Könnyen beátható, hogy a bejövő je további növeéséve a munkapont még fejebb csúszik. Ez az áapot azonban már nem megfeeő, hiszen 100 /o-os moduáció esetén a kapcsoás a je feső csúcsait (az M3 pontná) evágja, igy erös torzítás jön étre. A kijövő je szintje tehát gyakoratiag az Mz munka~ntban nyerhetö értékhez képest nem növehetó. Számítsuk ~ mekkora az a maxi-. máis tejesítmény, ameyik még a je vágása, vagyis erős torzitás nékü kivehető. Mint az eőzőekben áttuk,.a maximáis tejesítmény akkor vehető ki, ha a munkapcmt Mz heyére csúszik fe.. Az egy~rűség kedvéért téteezzük fe, hogy az M 1 és M3 ponto~ a. koprdinátatengeyeken fekszenek, vagyis a munkaegyenesnek a két tengey közé eső szakasza tejes egészében kihasznáható: Ez egyrészt azt jeenti, hogy az M3 ponthoz tartozó koetkorfeszüt_ség kicsi ur-hez viszonyítva, másrészt az Mt munkaponthoz tartom koektoráram kimi a maximáis, Imax-a jeöt ára,mhoz képest..;: A maximáisan kivehető vátótejesítmény értéke - tennészetesen 100 /o-os moduációt fetéteezve -.. :. P max - _ CSUCS u csuc 2 ' (;:; Mive a vátófeszütség csúcsértéke tejes kivezéréskor u,".u = = U r L2. hasonóan az áran1 csúcsérteke..,. J: if. ;)!. nua r: C8UCS = ~ 2.. - ~ [~.!J..;. ~~.~ s_ :.~ ezért a maximáis tejesítmény, v _ max U-r -s9]..t P max- [<)i értékű esz. 8 18.,
Számítsuk ki, mekkora esz Imax, vagyis az Ms munkaponthoz tartozó koektoráram. Imax értékét nyiván a terheőeenáás határozza meg, hiszen Ur feszütségértékb ő húzott munkaegyenes metszi ki. a koetoráram-tengeyen. Mive a munkaegyenes hajásszögét a terheóeenáás adja, írhatjuk. UT max=- Rt Beheyettesítve ezt az értéket P max képetébe, kapjuk a maximáisan k ivehető tejesítmény értékét j 2 P max= BRt A k i vehető tejesítmény tehát esődegesen a tápfeszütségtő függ, azza négyzetesen arányos. Függ ezenkívü a terheőeenáás üeen esetben a fejhagat ó- enáás) értékétő is, mégpedig ~gy, hogy kisebb ohm-számú fejhagatóva nagyobb tejesítményt képes a kapcsoás szogátatni. Számojuk ki, mekkora tejesítményt kapunk a 4000 {J -os fejhagatón, Ur = 3 V-os teep esetén:. 32 Pm"... = ~ 0,3mW.... 8.4 - ami egy fejhangatóhoz bőségesen eegendő. Taán szójunk néhány szót a r ró is, hogy miyen tranzisztortípusok feenek m~ erre a céra. Nyugodtan kimondhatjuk, hogy rnindenfée "kis-tranzisztor", vagyis ameyiknek disszipációja 100 m W körü van, fehasznáható az egyfokozatú erősítő ben. Mive a tranzisztor erősítését (3 adja meg, ezért jó, ha magas!3-jú tranzisztorokat akamazunk, mert így a fokozat erősítése is nagy esz. Viszont a túmagas áramerősítési tényező kedvezőten abbó a szempontbó, hogy nagy esz a tranzisztor nyugami (vezérés néküi) árama, másszóva a M 1 munkaponthoz tartozó koekt oráram. Ezért a egcészerűbb közepes (3-jú tranzisztorokat fehasznáni, ameyek á~amerősítés i tényezője 30 és 60 között van. A kapcsoásban a P13-A, OC 1070, OC 1071, OC 1072 típusok egyaránt akamazhatók. Diódaként természetesen a detektoros rádióban akamazott típusok.hasznáhatók fe. A kis vevő készüék tejes kapcsoási rajza a 12. ábrán átható. A m intakészüék induktivitását ferrit-rúdra tekercsejük, ami a heyi adóhoz közeeső heyeken nagyantenna néküi vétet is ehetővé tesz. T~vc;> abb az adóktó természetesen jó magasantenna szükségés a vétehez, az antennát ezesetben a egjobb hangminőséget adó eágazásra kapcsojuk. 2 T ra nzsztoroa rác.ót épitunk
III. HANGSZÖRÚS VEGFOKOZAT Az eőző fejezetben ismertetett kis vevőkészüék egfőbb hiányos sága 1:12, hogy fejhagatóva működik. Ez egyrészt áandó kötött,. séget jeent a fejhagató vezetéke miatt, másrészt a műsort csak egy szeméy hagathatja. Ezenkivü a fejhagató hangvisszaadási tuajdonsága is eég rossz, küönooen méy hangoknál A rádióépítés következő épése az, hogy sok szempontbó eőnyteen fejhagató heyett vaamiyen hangszórót akamazunk. Ez természetesen az áramkör ényeges me gvátoztatásét "eenti, hiszen ' hangszóró eenáása ényegesen kisebb, ezenkívü jóva nagyobb tejesítményt kíván, mint a fejhagató, 12. á'bra.: Egy tra1!zisztoros vevőkészüék tejes kapcsaási rajza Tekintsük át röviden, miyen hangfrekvenciás tejesítményekre v~n.átaában szükség, és ez miyen áramkörijkke vaósítható meg.. Z~rt heyiségben, nagyobbmére tű h.angs2órót fetéteezve, ameynek hatásfoka eég jó, már 5-10 m\v hangfrekvenci~s tejesítmény jó\ évezhető. Kism éretű hangszórók átaakítási hatásfoka én~..:gesen r osszabb, ezekné 30--60 m W az az érték, ami egy szob~ban meg.. fej_~ő hangerőt biztosít. Tegyük fe, hogy terv~zendö készüékünk hqrdozható kiviteű esz, és ezért kisméretű hangszóró keri beépít~sre. Figyeembevéve azt is, hogy a vevő szabadtérben is jó hangerőt szogátasson, vegyük fe a kimenőtejesítményt a szok~ P k; = 50 m W értekűre. 1\ egkézenfekvőbb nek átszik, hogy ezt a tejesítményt egyszerű "A"-osztáyú erősítövei áítsuk eő. Kérdés, miyen egyenáramú tejesítmény szükséges ahhoz, hogy a fokozat 50 m W hangfrekvenciás j~et szogátatni tudjon?. Mive a hangszorú igen kis eenáású, ezért vaamiyen módon ie.szteni ke a tranzisztorhoz. Az iesztést átaában transzformátorra végezzük e, ameyik maga is t ejesítményt emészt fe. A kimenő-transzformátor primérjébe vaójában nagyobb tejesítményt ke beadnunk: a tényegesen eadott hangszóró-tejesítmény és ' p'imérodaon fevett tejesítmény viszonya Y;tr, a transzform~tor 18
ijatásfoka. Ezt kb. YJtr = 80.o értékre ves,,..,\ "p' ie tőeg a méretezésné ennek m egvaósítására törekszü nk. Ismeretes, J:ogy "A"-osztáyú erősítök hatásfoka optimáis esetben YJo pt = 50 /u, vagyis a fevett egyent2je.sítm ény fee aaku csak át hasznos vátótejesítm énnyé, a másik fee hőveszteséggé vátozik. A két hatásfok aapján m á r m eg tudjuk határozni azt az egyenáramú tejesítményt, am it a v evőkészüék fevesz P ki = 50 mw tejesitmény esetén ' p egyen = _ P :_:;.: kt :::: 125 m W o 1Jt1 'Y]opt Attó függöen, hogy m iyen teepfeszütségge dogozunk, más és más esz a fevett áram. Ha a teepfeszütség Ur = 4,5 V, ;r{kor a teepbő fevett áram I -r = 28 ma, 9 V teepfeszütségné termésretesen a fee, tehát 14 ma áram szükséges a kívánt tejesítményhez. Ez tehát a k észü ék áandó fogyasztása, s áthatóan magas érték. K üönö..c;en soknak tűni k ez, ha arra gondou nk, hogy ez a fogyasztás függeten a müsortó, te hát műsorsz üne tben is nagy tejesítményt vesz fe a k apcsoás, ami nem gazdaságos. T ovábbi hátránya a z "A"- osztáyú üzemnek, hogy a kimenótra nszformátor egyenár amúag eő van mágnesezve, emiatt mérete nagy, a hatásfoka pedig kicsi. Ezek a hát rány ok indokoják azt, h ogy a végfokozatot másképpen próbájuk meg k iaakítani. A egcészerűbbnek az eenütemű.,b'' osztáyú végerösítő átszik. Nézzük meg, miyen eőnyöket, hátrányokat jeent a két tranzisztorbó áó, eenütemű erösítő akam azása. Mive az e rősítöfok ozat két tranzisztorra működik, ezért ez az,.a''-osztáyú k özönséges er6sítöh öz k épest egy további tranzisztort jeent. Ehhez a hátrányhoz járu m ég ~z is, hogy egy küön meghajtó transzform átor szükséges, h isze n a két végtranzisztor eenütemű vezérése c:;ak így vaósítható meg gazdasa gosan. Eze n hátrány ok meett az áramkör ényeges eőnyökke rende ~ezi k, a hatásfok. k ivehető tejesítm ény. torzítás tekintetében. A következők ben egy " B''-o.sztáyú, een ütem ű erösítő működését vizsgájuk meg. és azokat a szempontokat, ameyek aapján egy iyea végfokozat méretezése e végezhe tő. "B" -~sztáyú eenütemű végfokozat Az een ütem ű,.. B"-osztáyú végerősítök m űködésének könnyebb megér tése céjábó.vizsgájuk eőbb küön a z egy ik tranzisztort. Tegyük fe. hogy a franzisztor eőfesz ütsége (amit majd a késöbb ism ertetett m ódon áítunk be) oyan értékű, hogy a tranzisztor éppen ezárt áapotban van. Ez megfee annak a heyzetnek, amit az eőző fe_;ezetben az M t munka pontta jeemeztünk (. ábra). Mi történi:k akkor, ha a tranzi;,;ztor vezérést kap, a bázisára tehát vátófeszüt.wg 2*
~- kerü. M i v~ a bázis egyenfeszütséget nem kap (szemben az eö~ö fejezetben emonciottakka), ezért a munkapont nem toódik e, hanem az M 1 pontban marad. Ebbő következik, hogy a vezérője negatív féperiódusaira a tranzisztor kinyit, és szabáyszerűen erösiti ezeket, a pozitív iéiperiódusok viszont még jobban ezárják a tranzisztor t, ezen idöszakban tehát a tranzisztor nem erősít. A kimeneten ennéfogva a szinuszjenek C'sak a féperiódusai jeennek meg, a tranzisztor mintegy egyenirányítja a jeet. Nem tisztáztuk ezideig, hogy m iyen eenááron jeenik meg a kimenőfeszütség, miyen terheés kapcsoódik a tranzisztor koek torára. Mive a kompett végerősí tőt kimenőtranszformátorra tervezzük meg, ezért a terheőeenáás értékét az szabja meg, hogy az iesztő transzformátor miyen m éctékben transzformája fe " a hangszóró eenáását. Magáró az iesztésrő és az áttéterő a k ésőb biekben még bőven esz szó, ezért csak annyit jegyzünk meg, h ogy a terheőeenáás ényegében egy áttrans.zformát (vátóáramú) eenáás. Térjünk v issza a.,b"-osztáyú üze m vizsgáatához. Láttuk azt, h ogy a tranzisztor csak a negatív f éhuámokat erősíti 1 egyenirányítja. a jeet. ami igen nagy torzitásokat eredmé:1yez. Igen nagy eőnye azonban a fok ozatnak, hof!y nyugami árama csekéy, és a tranzisztor tejesítményfevétee csak akkor nő meg, ha a bázist vezérés éri. A fogyasztás tehát arányos esz a bejövő jee, s egyben a kim enőfeszü t ségge, ietve tejesítménnye is, tt"jesen hasonóan az eőző fejezetben tárgyat erősí tőfokozathoz. Ez vaóban igen nagy eőnyt jeent, h iszen müsorszünetben a fogyasztás csekéy, így ehetövé váik a teep gazdaságos k ihasznáása. Kérdés, hogyan odható meg az, hogy ne csak féperiodusonként rnűködjön a tranzisztor, és ezáta az igen nagy torzítás ekerühető egyen. Eenütemű működés Magátó adódik a megodás: a kimenőjeben hiányzó féperiódusokat áítsu k eő egy másik tranzisztorra, ameyik éppen akkor erős í t, amikor az eőbbi ezárt áapotban van. Iyenkor ezen tranzisztor k imenetén éppen a hiányzó fészinusz fog megjeenni. A két tranzisztor vátakozó m űködése úgy ~ósítható meg, hogy a k ét bázist eenütemben vezérejük, vagyis, amikor az egyiket kinyitjuk, ugyanakkor még jobban ezárjuk a másik tranzisztort. A kimenő odaon tehát mindkét féperiódus meg fog jeenni, kérdés már csak az, hogyan ehet ezeket összeadni, heyesebben összeieszteni, h ogy ismét egy tejes szinuszgörbét kapjtink. Legegyszerűbb megodás az, ha oyan kimenő-transzformátort akamazunk, ameynek primérje két szimmetrikus tekercsfébó á (13. ábra). és a teepet a tekercs középeágazására kötjük. Vezéréskor ho az egyik, ho a másik fétekercsen jeenik meg a fészinu.sz aakú je. Mive1 azonban a két tekercs szeros csatoásban van, ezért úgy vehető, hogy az egész primertekercsen ' a tejes szinuszaakú 20 (
feszütség étrejön. A kimenó-transzformátor másik szerepe, hogy a hangszóró ki sértékű eenáását fetranszformája, erre tehát es)éij. ként is szükség van. 13. áb-ra: TranzisztOTos eenütemű végfokozat A 14. ábrán át hatjuk, hogy tevődik össze a tejes szinuszgörbe a két tranzisztor áta erősített féperiódusokból A 14/a. ábrán az egyes tranzisztorok koektorán foyó áramot küön-küön, egymás aá rajzova tüntetjük fe, a b) ábra a két je eredőjét mutatja, ami a k imenőtrans zformátor primértekercsén feép. Mieött az így kapott huámaak vizsgáatára rátérnénk, nézzük meg, hogyan ábrá-t zoható ez az eenütemű müködés a kimenö-karakterisztikákons örhpont 14. ábf'a: aj A két tranzi&ztor áta erősitett féperiódusok, b) A ~t je eredöje, ami a. primértekercsen feép. A 15. ábrán a kéte tranzisztor kimenő-karakterisztikáját rajzotuk fe oymódon. hogy az egyiket fordított heyzetben a másik aá heyeztük. Lényeges, hogy a két kara kterisztika Ur teepfeszütségértéke éppen egymásra_ essen; a két munkaegyenes így egybeesik, egyeten munka egyenesi képez. Számítsuk ki a 13. ábra jeöéseive, mekkora esz a kö:!ös munkaegyenes hajásszöge, vagyis a terhe().. eenáás... Mive fetéteezésüqk érte_mében a két tranzisztor egyszerre sohasem erősít, ezér t tpi;if.den időpianatban csak az egyik primér- /).) \ 21
... ~. ' ~ r - _..._ "'-. \.. " y R; ',Ur -2Ur. " " ' ' " "', j'. S. ábra: Eenüterni "B''-osztá1/Ú végerósító összetett kimenökaraktetisztikája tekercsfé vesz részt aktivan a múködésben, ezért az áttétei arányt is erre a tekercsfére ke számoni. A müködés tehát úgy egyszerűsíthető e, m intha m indegyik tranzisztor küön egy R',=::f.R, értékű fetranszfonnát terheőeenáásra dogozna. Mive a két tekercsfé menetszáma egyaránt n 1, ezért a két munkaegyenes vaóban egy egyenesbe fog esni.,, Nézzük meg egyátaán mi érteme van annak, hogy a karakterísztikákat iymódon összetéve rajzotuk fe. Könnyen beátható, hogy ha a két bázist eenütemben vezérejük, a koektoráram és feszütség pianatnyi értékei a közös munkaegyenes mentén fognak vátozni. Megfigye~etó, hogy az áramot ho az egyik, ho a másik karakterisztkán óvashatjuk e, hiszen a két tranzisztor fevátva száítja az áramot. A másik érdekes doog, ami kiovasható az összetett karakterisztiká.bó, hogy a koektoron feépő pianatnyi feszütség értéke közeítöeg i'm11a- és 2.Ur között vátakozik. Az ábra aapján könnyen ~magyarázha tó ez a jeenség. Amikor az egyik;c.p. az asó tranzisztor. 22 Ic.
maximáisan ki van vezéreve, koektorán a feszütség köze zérusra esik e. Ez annyit jeent, hogy majdnem a tejes U r teepfeszütség jeen van ezen tranzisztorhoz tartozó fé-primértekercsen. Mive a csatoás a két fétekercs között szoros, ezért ez a fes züség a másik fétekeresbe is áttranszformáódik. Ha az asó tranzisztorná a fesziiség a teepfeszütségbő evonódott, érteemszerűen a feső tranzisztorná ez az átindukáódott feszütség ho zzáadódik a teephez, ebben az időpianatban tehát egy köze 2.Ur nagyságú feszütség ép fe a feső ~ranzisztor koektorán. Erre a megáapításra azért van szükség, mert a tranzisztor nem bír e bármekkora értékű koektorfeszütséget az átütés miatt. Az áramkör tervezéséné tehát ügyeni ke arra, hogy a maximáisan megengedhető koektorfeszütség, amit a kataógusbó ovashatunk ki vaamey tranzisztortípusra, nagyobb egyen, mint a teepfeszütség kétszerese, vagy másképp fe írva: Ur< Ucmeg 2 A kivehető tejesítmény Vi7.5gájuk meg, mekkora tejesítmény vehető ki az eenütemű "B"-oszta~ú végfokozatbó, továbbá hogyan váasszuk meg az áttranszformát terheóeenáás R' t értéké t. Éjünk ismét azza a fetéteezésse, hogy az I cmax koektoráramhoz tartozó feszütség zérus értékű (vagyis az M3 munkapont a tengeyen fekszik), vaamint az U r feszü tségű ponthoz tartozó koektoráram zérus értékű (másszóva az M, pont is a koordinátatengeyen van). Ebben az esetben a vátófeszütség csúcsértéke maximáis Itivezéréskor Ur, az áram csúcsértéke pedig I cnaax, igy a fokozatbó maximáisan kivehetó tejesítmény függést _ UT cmax P Jcj - 2 Ismét fehasznáva a munkaegyenes hajásszögébő adódó össze.. kapjuk a kivehetö tejesítményt v c - R,-- UT t - cmax A fenti össu-cüggésbő átható, hogy adott teepfeszütséget fetéteezve, a kiveheto tejesítmény a terheőeenáás értékéve fordítottan arányos. Ebba az következne, hogy n t értékét erosen e- ' 23
csökkentve, igen nagymértékben n6vehetó a kivett tejesítm~ny. Ez természetesen nincs fgy, mert a m aximáis tejesítményt további tényezök is korátozzák. Tejesen hasonóan a koektorfeszütséghez, aho egy bizonyos U eme g feszütség feett a tranzisztort nem vejtetjük igénybe, a koektoráram sem vehet fe túnagy értékeket. Tranzisztortípústó függöen egy bizonyos I cmer maximáisan megengedett koektoráramná nagyobb áramérték a tranzisztort tönkreteheti, ezért működés közben mindig ezen érték aatt ke maradni. Márpedig~, nagymértékű csökkentése épp azt eredményezné, hogy az áram csúcsértéke erősen megnövekedne, amí tehát a fenti megkötés miatt nem engedhető meg minden határon tú. Végü korá tozza a kivehető tejesítmény értékét a tranzisztorra megadott disszipációs tejesít m ény. Ahogy növejük a kivett tejesítményt, úgy nö természetesen a tranzisztoron hővé aakuó tejesítmény is. Mive ez egy bizonyos határon (kis tranzisztorokná kb. 150 mw) tú nem éphet, ezért a kivehető tejesítménynek ez is határt szab. A tervezés menete Az igen sok szempont kissé áttekinthetetenné teszi a végfokozat tervezését. K övessük végig ezért még egyszer a végerős ítő kiaakításának menetét, a gyakoratban eőforduó viszonyökat figye Lembevéve. Tegyük fe, hogy a készüéket müködtetó teep feszütsége adott. Erre egyeten kikötésünk az, hogy feszütsége kisebb egyen, mint a fehasznáni kívánt tranzisztorra megengedett maximáis koektorfeszütség fee. A szokásos teepfeszütségekné (6 v. 9 V) ez a fetéte m indig tejesü. A következő épés a terheö eenáás- R' t -meghatározása a kivánt kimenötejesí tménybö: R, - v~ t- 2. Pkt A terheö eenáást tehát nem "iesztjük" a tranzisztorhoz, rnint triódák esetében, hanem egyszerűen a kimen ő tej esítménybő határozzuk meg. Ezek után ke megvizsgánunk, hogy ezen terheőeenáás eseté'. nem épjük~ tú a megadott csúcsáram, ietőeg disszipáció értékét. Amennyiben iyen szempontbó a beáítás megfee, úgy a méretezés kész, már csak a k imen őtranszformátor áttéteét ke meghatározni az aábbi egyenetbő: n1 _ v -R=-:- ' t- -- - a n2 - Rt - Megj egyzendő, hogy a végtranzis~torok disszipációs tejesftménye némieg növehető, ha azokat hűtőfeü!etr~ heyezzük. Kis tran- 24
-; zisztorok szokásos hú tófeiete az úgynevezett "zászó", amey ~ kéy mértékben ugyan, de eösegíti a tranzisztoron hövé aakuó tejesítmény jobb evezetését. Egy ényeges körüményrő ezideig szándékosan hagattunk; arró ugyanis, hogy a 41b. ábrán átható je, amit a két féperiódus összerakása útján kapt unk, megehetösen torz. Ez.onnan adódik. hogy a kimenő-karakterisz ti ka az egészen kis koektoráramokná e t:jrzu; ezért a Itijövő je sem ideáis fészinuszgörbe aakú esz, hanem torzított. Az így kapott jeaak nyiván nem megfeeő, ezen tehát vaamiyen módon segíteni kel Lényeges javuás t kapunk, ha a két tranzisztort nem zárjuk e tejesen, vagyis a nyugami (vezérés néküi) áramot kicsit nagyobbra vesszük. Iymódon, bár közeedünk az "A"-osztáyú üzemhez, az áramkör ényegében "B"-osztáyú erő-,itö marad, viszont az átmenetekné jeentkező törés - ami k üönösen kis jeekné igen keemeten - szinte tejesen k i küszöböhető. A kis nyugami áram beáítását -, ameynek értéke tra nzisztoronként kb. 1-2 ma, - az e őfeszütségge végezhetjük e. Az eőfeszütc;ég eóáításáró a későbbiekben még részetesen szó esz, ezért ezze itt nem fogakozunk. Tranzisztorok összeváogatása Miután gondoskodtunk ar ró, hogy a két fészinusz között i atmenet törésmentes egyen, m ég gondoskodnunk ke arró is, hogy a két féperiódus tökéetesen egyforma egyen, vagyis a két tranzisztor egyformán erősítsen. Nyiván bármiyen két tranzisztort a kapcsoásba betéve, a két fé.szinusz nem esz egyenő nagyságú, a k i j övő je féodaas, torz esz. A dogon úgy segíthetünk, ha a végfokozatha két oyan tranzisztort ("tranzisztor-párt") teszünk. ameyn2k karakterisztikái eéggé' fedik egymást, erősítésü k tehát azonos. A kereskedeemben a végfokozatokba akamas tranzisztorok már eeve így "párosítva'' kerünek forgaomba, ezeket tehát eőbb megvzsgáják, ietőeg párosítják. A párosítás rendszerint úgy történik, hogy két oyan tranzisztort váogatnak össze, ameynek k imenő karakterisztikájában adott mun-kaegyenes mentén azonos bázisár ctm ér tékekhez azonos koektoráramok tartoznak. Kimenö-transzformátor méretezése A kimenő-transzformá tor méretezése ényegében a következő adatok meghatározását jeenti: induktit>itás, vaskeresztmetszet, menetszám, huzavastagság. Nézzük meg sorjában, miyen szempontok s'erint ke kiaakítani a transzformátör egyes jeemzöit. Miyen befoyása van az áramkör müködésére a k i menö-tran~z- 25
o Joekor uheéje R.' t 18. cibra: A kimenőtranszformátor áta képviset terheés a koektoron formátor induktivitása? Tudjuk azt, h ogy a tekercs vátóáramú eená11ása aránya& az induktivitásáva, szá mszerűen XL = 23f f. L Könnyen beátható, hogy a primér odaró nézve, az áttranszformát R' t eenáássa párhuzamosan jeen van a tekercs eenáása ia (16. ábra), aminek nagyságát a fenti képet adja meg. Az ideáis eset az vona, ha a tekercs iymódon számított eenáása jóva nagyobb enne az R' t eenáás értékéné, ez esetben ugyanis egyszerűen ehanyagohatnánk, és a hasznos terheóeenáást semmi nem söntöné. Ez nyiván akkor vaósuna meg, ha a tekercs induktivitását oyan nagyra készítenénk, hogy az eőbbi fetéte még a egkisebb frekvencián is (aho f minimáis) tejesüjön. Ehhez azonban igen nagyméretű transzformátorra enne szükség, ami egyéb szem pontokbó nem eőnyös. A gyakoratban tehát a kimenőtranszformátor induktivitásábó adódó eenáás (heyesebben impedancia) nem hanyagoható e, hanem párhuzamosan kapcsoódva a Jaasznos terheő eenáássa mindig jeen van. Ennek a következménye az esz, hogy az aacsony frekvenciák feé, aho az eenáás a egkisebb, egyre jobban fogja söntöni az R' t eenáást, a kijövő je tehát csökkenni fog. A kimenó-transzformátor primértekercsének induktivitását ezek ezerint az fogja meghatározni, hogy miyen aacsony frekvenciákat akarunk még a végerősítő fokozatta átvinni. Matematikaiag igazoható, hogy ha fa az az asó frekvencia, aho :1 kijövő je a közepes frekvendán mért értékének 0,7-ed részére csökken, akkor a kimenőtra~zfcrmátor p'imértekecsének induktivitását :z ~1»'=0,16 képet aapján számíthatjuk ki. Kérdés, mekkorá_ra váasszuk az asó frekvenciahatárt, fa-t. Hangminőség szempontjábó miné kisebbre!en ne cészerűbb vá~..sztani, azonban a kisméretű hangszórók, ameyeket átaában a tranzisztoros vevökhöz hasznáunk, a méyhangokat kisugározni nem tudják, így nem érdemes fa-va tú méyrc menni. A II. tábázat tartamazza, miyen asó frekvenciahatárt váasszunk küönböző hangszóró-típusok esetén. J R't fa ",_..
~.,. a.. tábázat: Asó frekvenciabatár -- Hangszóró típus Asó határfrekvencia nagy hangsz. 100Hz Sonett 200 Hz bangszt'rótipusok esetén. Tünde 400 Hz ; Vaskeresztmetszet, rnenetszárn Ahhoz, hogy a menetszámoka t ki tudjuk számítani, a következő épés a ' vaskeresztmetszet meghatár ozása. Közismert, h ogy a vasmag ke-esztmetszetét az határozza meg, hogy mekkora tejesítményt visz át a transzformátor. A vasmagkeresztmetszet (q) kiszámítására szogáó közeí tö képet q =,5 VP pr (cm:!) aho P ", a transzformátor primérodaán evő tejesítmény. Ez a végfokozat kime n őtejesítm ényé né vaamive kisebb, mive a tr anszformátoron is feépnek veszteségek. Ha a k imenőtra nszformá tor hatásfokát eőre fevesszük 0,8 értéküre, akkor a primértejesítrné-ny a névegesné 25 / 0 -ka esz nagyobb; ezt az értéket a képetbe heyet-: tesítve a vasmagke resztmetszet már szám ítható. Ha megvan a vaskeresztmetszet, akkor tuaj donképpen már az egész vasrnag adott, h iszen a emezméret kiváasztását úgy végezzuk e, hogy a étrejövő vaskeresztmetszet ehetőeg négyzetaakú egyen. A következő épés kiszámítani azt, hogy az adott transzformátorvasra miyen menetszám szükséges a kívánt induktivitás, L", e1éréséhez. A me netszámot az fogja m eghatározni, hogy mekkor a a vas- mag úgynevezett induktivitási-tényezöje. Ez egy oyan, a vasanyagtó és geomet riai méretektö függö szám, amit megszorozva a -menetszám négyzetéve, a tekercs induktivitásátkapjuk meg. Ha az ~n., duktivitási-ténye7.öt AL-e jeöjük, akkor a fenti összefüagés képet formájában feirva L = AL.n:.:. Ahhoz tehát, hogy a menetsl.ámokat számoni tudjuk, s~emi' ke a vas i ndukt iv i fasi-tényezőjét. A egegyszerűbben úgy járunk. ~, ha bizonyos számú menetet a vas magra fecsévéve, megmér jük v.á- Iamiyen módon a tekercs nduktivitását. A menet.szám bó1 és a m ert induktivitásbó már megkaphatjuk a vasmag induktivitási-tény~z.ő:: iét a fenti összefüggés segítségéve!...
Induktivitást mérő müszer hiányában az aábbi, egyszerü módon mérhetjük meg egy tekercs induktivitását. Kapcsojunk sorba a mérendö tekerecse egy ismert értékű eenáást, a két szabad végre pedig adjunk rá néhány vot vátófes~ t.séget (p. háózati-50 peri~ dust), a 17. ábra szerint. Legyen a sorbakötött eenáás értéke jóva nagyobb, mint a tekercs eenáá sa az adott frekvencián, így a körben foyó áramot az eenáás fogja megszabni, vagyis írható, hogy. u t. = - R R=JJ052 17. ábra: Induktivitás mérése teszütségmérésre visszavezetve A tekercsben feépő U 2 feszütség egyenő esz az áram és a tekercs vátóáramú eenáásának szorzatáva : V 2 = i.2n.f L = U 1.2n.f b R aho az áram értékét is beheyettesítettük az eőző képetbö. Az egyenetet átrendezve kifejezhetjük a keresett induktivitás értékét ~ = R u 2 [ha U 2 <<U1] 2n.f u vagyis vátóáramú müszerre mérve az U t és U2 feszütségeket, az R, vaamint f ismeretében a tekercs induktivitása meghatározható. A probéma még az, hogyan váasszuk meg R értékét, hogy vaóban nagy eenáást képvisejen a tekercshez képest (hogy tejesüjön az u2 > u. fetéte.) Gyakorati útmutatásu szagájon a következő módszer. Csévéjünk fe az adott vasmagra pontosan 100 menetet. Az eőfordu ó vasmagokná ez akkora induktivitást jeent, hogy háózati 50 Hz-et hasznáva, a tekercs eenáása 10 ohm körü mozog. Váa sszuk az R eenáás értékét enné jóva nagyobbra, 330.ohm-ra. Ha most az eőbbi képetben az induktivitást a.. }~n~_tszámma és az induktivi- 28
tási tényezőve AL-tényezőre fejezzük ki, akkor ismét átrendezve a form uát, 'iz a következő összefüggést kapjuk AL = 100. u 2 p,h fmenet 2 u fetéteezve természetesen, hogy a m~rési ősszeáu ítá~b a n R = 330 ohin, f = so Hz, és a rrienetszám pontosan n = 100. Ha az akamazott U 1 feszütség néhány V (amit transzformátorró vehetünk e), akkor közönséges vátóáramú műsze rre mérhetjük a két feszütséget, a műszer az áramkört nem fogja terheni. A gyakoratban eőforduó kis k imenőtran szfo rmátorok m du ktivitásitényezöje AL = 5-10 t-lh/menet2 érték körü mozog. természetesen a vasanyagtó és a geometriai méretektö függően. Térjünk vissza k i tűzött feada tun khoz, a kime nő-tra nszfot mátor méretezéséhez. A k iváasztott vasmag AL-jét a fenti m ódszerre meghatározva, a primértekeres menetszáma a k övetkezőképpen számmitható (LPf': p.h-ben!) A primérmenetszámbó a szekunder már adódik, a korábbi összefüggés aapján n2 = Ezze tehát megvan a két tek~rcs menetszáma, nem biztos azonban, hogy a transzformátor vaóban megfee. Gondojunk ugyanis a következőre : a vátófeszütség a tekercsen áramot foyat keresztü, ez az áram.pedig a vasban mágneses indukciót hoz étre, jeöjü k B-ve. Ez az indukció egy bizonyos érték föé nem nőhet, a veszteségek és a tor zítások m iat t. Azt a maximáis indukció-értéket, Bmax-t, amit még megengedünk, küönböző vasanyagokra a III. tábázat tartamazza. n1 - a m. tábázat: Maximásan megengedhető mágneses indukci6 néhány vasanyagra. ' Vasanyag Si-vas Max. indukció B max 8000 gauss ~., --'------1----- --- PermaHoy-c 3000 gauss --~ ---------- Ferrit! --------------- 1 2~ gauss y~ ~
Ha tehát már kiszámítottuk a vaskeresztmetazetet, menetszá.. 1ot és a primértekercsen feépő egnagyobb vátófeszütség effektív értéke U, akkor az indukciót az ismert képetbő számíthatjuk: u B = ---- 4,44 fa. n1q aho fa a egaacsonyabb átvitt frekvencia. Az igy kiszámított B-értéknek kisebbnek ke ennie, mint az adott vasra a III. tábázatban meradott B max érték. Amennyiben ez nem tejesü, úgy vátoztatni ke a transzformátor adatain, egcészerűbben úgy, hogy nagyobb vaskeresztmetszetet veszünk. TranszformBátor-veszteségek Hátra van még a huzavastagságok meghatározása. Ez azért ényeges, mive a huza egyenáramú eenáása (rézeenáása) tejesítményveszteséget okoz, tehát csökkenti a transzformátor hatásfokát. A kimenó-transzformátor tejes kapcsoási rajzát mutatja a 18. ábra, aho a tekercsek induktivitásáva sorba az egyenáramú eenáásokat is berajzotuk. Látható, hogy a szekunder-tpkeres rézeenáása r 2 sorbakapcsoódik a hasznos Rt hangszóró-eenáássa. Szokásos a szekunde'!;' t f, - If Rt 18. ábra: Kímenótranformó.tor te;es kapcao~ rajza, fetüntetve a rézveszteségeket u tekercs huzaátméröjét úgy megváasztani, hogy az r 2 eenáas a terheés tizedrésze egyen, vagyis Rt rj = - 10 Ez annyit jeent, hogy a szekunder-tekercsen a vátótejesítménynek éppen a 10 11 /o-a vész e. Vizsgájuk a viszonyokat a primér odaró. Könnyen beátható. hogy ha a primér-tekercs rézeenáását az ' =r. r~ r 30