TRNZSZTOROS KPSOLÁSOK KÉZ SZÁMÍTÁS 1. gyenáramú számítás kézi számításokhoz az ábrán látható egyszerű közelítést használjuk: = Normál aktív tartományban a tranzisztort bázis-emitter diódáját az feszültségforrással helyettesítjük, a kollektor és az emitter közé pedig egy vezérelt áramgenerátort kapcsolunk: a kollektor áram szerese a bázisáramnak. (dióda helyettesítés ld. 5. előadás, 17,26. slide, tranzisztor működés és karakterisztika ld. 6. előadás 4-10 slide, 7. előadás 19-21 slide) Normál aktív tartományban Telítésben = S = + =(+1) Telítésbe akkor kerül a tranzisztor, ha a kollektor-emitter feszültség lecsökken.telítéses üzemben a bázis-emitter diódát feszültségforrással helyettesítjük, a kollektor és az emitter közé pedig egy konstans S feszültségforrást kapcsolunk. telítés határhelyzetén = S, és = egyenlet még éppen teljesül, telítéses üzemmódban viszont (kisebb), a munkaponti áramokat a tranzisztort körülvevő passzív elemek határozzák meg. Lezárt állapotban a pn átmenetek záróáramát elhanyagoljuk, azaz = = =0. általában 0.6 0.7V, 40-400, S 0.1-0.3V között van, a példákban adottnak tételezzük fel. 1 számítás menete gyenáramú számításoknál a kondenzátorokat szakadással, a tekercset rövidzárral helyettesítjük. diódás áramkörökhöz hasonlóan feltételeznünk kell egy működési módot, amire vonatkozóan alkalmazzuk a helyettesítő képet. számítás végeztével feltétlenül ellenőrizni kell, hogy a tranzisztor valóban a feltételezett üzemmódban dolgozik-e. Általában, ha van bázisáram, akkor normál aktív működési módot feltételezünk, és kiszámoljuk a helyettesítő kép alapján a munkaponti áramokat, az áramok ismeretében pedig a tranzisztor kollektor emitter feszültségét. Ha > S a feltételezés helyes volt, ha azonban < S, akkor a tranzisztor telítéses üzemmódban van, tehát újra kell számolni az áramkört a telítésben alkalmazott helyettesítő kép segítségével. 1 Megjegyzés: az S,, paraméterek meghatározása az adatlapból illetve karakterisztikákból lehetséges. z ellenállások és tápfeszültségek értékeiből meg lehet becsülni a kollektoráramot (pl. a 4. példa esetén a tápfeszültség 15V és a tranzisztorral egy Ω és egy Ω ellenállás van sorbakötve, ezért a tranzisztor árama 15/50=0.3m nél biztosan kisebb. Mivel ezek a paraméterek számottevően csak nagyságrendi kollektoráram változásokra változnak (ld. adatlap), így ezzel a becsléssel jó közelítést kapunk...
1. példa V=10V Állapítsuk meg, hogy milyen üzemállapotban dolgozik az ábra szerinti kapcsolásban a tranzisztor és határozzuk meg az, és értékét, ha = 100, =0.7V telítésben pedig S = 0.2 V, S = 0.8V a) R = 300 kω, b) R = 150 kω, a) R = 300 kω, az ábrából látható, hogy az emitter-bázis átmenet nyitóirányban van előfeszítve, azaz a tranzisztor vagy normál aktív vagy telítéses tartományban működik. Normál aktív működést feltételezve, az arra vonatkozó helyettesítőképpel kell számolni. Rb z emitter-bázis körre felírható huroktörvény, ebből a bázisáram számítható + R + = 0 10 0.7 = = = 0.031m = 31, R 300 µ = = 100 0.031= 3. 1 a kollektoráram pedig m llenőrizni kell, hogy a tranzisztor a feltételezett üzemmódban működik-e, ehhez meg kell határozni feszültséget. kollektor-emitter körre felírt huroktörvény alapján: + R + = 0, ebből a kollektor-emitter feszültség: = R = 10 3.1 2 = 3. V. cc be Rb *b 8 Mivel > S, a feltételezés helyes volt, és a tranzisztor tényleg normál aktív tartományban működik. b) R = 150 kω esetén az előzőek alapján 10 0.7 = = 0.062m = 62µ 150 = 100 0.062 = 6.2m = 10 6.2 2 = 2.4V adódik, azaz < 0.2 V, tehát a tranzisztor telítésben van. (z is nyilvánvaló, hogy pozitív tápfeszültség és földelt emitter esetén negatív kollektor emitter feszültség lehetetlen.) Telítésben S = 0.8 V és S = 0.2 V értékekkel számolva: 10 0.8 = = 0.0613m 150 V Vsat 10 0.2 = = = 4.9m R 2 Rc 2k Rc cc 2. példa Határozzuk meg az ábrán látható kapcsolásban a tranzisztor működési tartományát (üzemállapotát) és az, és munkaponti áram és feszültség értékeket. tranzisztorra = 100, =0.7V, S =0.2V. R Normál aktív működést feltételezünk, az ábra szerinti áramirányokkal. báziskörre felírt huroktörvény alapján: R + + R = 0 és felhasználva azt, hogy = ( +1) = 0. 025m R + ( + 1) R =, ennek ismeretében R 270k R -V=10V = = 2. 5m és = + = 2. 525m. llenőrizni kell, hogy a tranzisztor valóban a feltételezéseknek megfelelően normál aktív tartományban működik-e, ehhez szükség van a kollektor-emitter feszültség meghatározására. kollektor körre felírt huroktörvény alapján: R + R = 0, ebből + = R R 5 V >, tehát a tranzisztor nem kerül telítésbe, a feltételezés helyes volt. S
3. Példa a) Határozzuk meg az ábra szerinti kapcsolásban és értékét. b) Mekkora R minimális értéke amivel a tranzisztor telítésbe kerül? R1 =12V R tranzisztorra =150, =0.7V, S =0.3V 1 1.8k a) R 1 és R 2 feszültségosztót alkot, amelyet a bázisáram terhel, így a bázis feszültsége a bázisáram függvényében a Thevenin helyettesítőkép alapján (ld. 1. előadás 12-14 slide): R2 = ( R 1 R2) (1) R + R 1 2 másrészt a bázispont feszültsége a bázis-emitter feszültség és az emitterellenálláson eső feszültség összege: = + R = + ( +1) R (2) két egyenletből meghatározható a bázisáram: = 2µ, a bázisáram ismeretében pedig a munkaponti áramok: = = 0. 3m és = + = 0. 302m kollektorkörre felírt huroktörvény alapján = R + + R (3) a kollektor-emitter feszültség számítható: = R R =11. 1V mivel > S, a tranzisztor valóban normál aktív üzemmódban működik. R2 R b) a telítés határhelyzetén = S bázisköri munkapont beállító kapcsolásban nincs változás, ezért értéke ugyanannyi mint az előző esetben. telítés határhelyzetén még igaz az = egyenlőség, tehát és áramok megegyeznek a számítottal. (3) egyenletbe helyére S helyettesítve meghatározhatjuk R ellenállást: R S R = = 37. kω 8
4. Példa Határozzuk meg az adott erősítő paramétereit! (1. előadás 20. slide) Ha az erősítő bemenetére az ábrán látható 10mV ampitudójú feszültséggenerátort kapcsoljuk, mekkora feszültséget mérhetünk a terhelő ellenálláson? tranzisztor adatai: =130, =0.6V, a kondenzátorok az erősítő frekvenciatartományában rövidzárnak tekinthetőek. V=15V rősítő R1 1.4Meg R 2 RG Q1 100n 1 360n Q2N2222 VG 10 mv R2 330k R 100u 100k. gyenáramú analízis gyenáramú számításhoz a kondenzátorokat szakadással helyettesítve az ábrán látható kapcsoláshoz jutunk. z előző példa eredményeit felhasználva: R2 ( R 1 R2 ) = + ( + 1) R R + R 1 2 egyenletből a bázisáram meghatározható. =1.4µ, a bázisáram ismeretében a további munkaponti áramok: =182µ, =183.4µ. R1 1.4Meg =15V R kollektor emitter feszültség: = R R = 5. V, tehát a tranzisztor valóban normál aktív 9 tartományban üzemel. R2 330k R. Kisjelű analízis munkaponti áramok ismeretében meghatározhatjuk a tranzisztor földelt emitteres kisjelű helyettesítő képét (7. előadás 39.slide, bármelyiket használhatnánk, de így a legegyszerűbb a számítás) helyettesítő kép elemei: T 0.026 0.182 re = = = 0. 142kΩ, g m = = = 7mS 0.1834 0.026 T (+1)re gm*ube kapacitásokat és az egyenáramú feszültségforrást rövidzárral helyettesítve felrajzolhatjuk az erősítő kisjelű helyettesítő képét: (az erősítő bemenetére kerülő váltakozó feszültséget u in, a kimenetet u out jelöli) tranzisztor u in R1 R2 u (+1)r e g m *u be R be 1.4Meg 330k 18.6k u out kimeneten a vezérelt áramgenerátor az R ellenálláson uout = g mube R feszültséget ejt és mivel u be = uin, ezért uout = g muin R névleges erősítés tehát: uout 0 = = g m R = 280 u in
bemenő ellenállás a bázis ellenállások és a tranzisztor bemenő ellenállásának párhuzamos eredője: R = R R ( + 1) r = 17. kω N 1 2 e 4, a kimeneti ellenállás megegyezik a kollektor ellenállással: R = R = kω OT 40 z adott generátor és terhelő ellenállásokkal az erősítés: RN 17.4 100 V = 0 = 280 = 127 RG + RN + ROT 10 + 17.4 100 + 40 tehát a terhelő ellenálláson kb. 1.27V amplitudóju szinuszjelet mérhetünk.