LJSÍMÉNYRÕSÍÕK A cím alapján az Olvasó mos joggal gondolhaja: arról lesz szó, mikén és mekkorá erõsí egy áramkör a bemeneére érkezõ jel eljesíményén Sajnos, o még nem arunk; egyelõre könnyebben emészheõ, de nem kevésbé onos vizsgálaokkal kell beérnünk A szakzsargonban eljesíményerõsíõ ala olyan cél-áramkör érünk, melynek eladaa viszonylag nagy eljesíményû jel lérehozása egy elekromos ogyaszón Álalában valamely összeeebb, öbbokozaú erõsíõ uolsó egységekén kerül alkalmazásra, ezér gyakran hívják végokozanak is A ogyaszó lehe ejhallgaó, hangszóró, izzólámpa, villanymoor, sb, és a raja lérehozo "nagy" eljesímény is lehe 1mW, 1W vagy akár 1kW Mivel a környezõ elekronikus egységek álal megmozgao eljesíményhez képes nagy eljesíménnyel dolgozik a végerõsíõ, i onossá válnak egyébkén érdekelen ogalmak, például a haások bben a ejezeben a végerõsíõkben uralkodó eljesímény-viszonyok elemzésével ogunk oglalkozni: vizsgáljuk a ogyaszón lérehozo jel eljesíményé, a elepbõl elve, valamin a végerõsíõ ranziszorain disszipálódó eljesímény Az alábbiakban ismerejük az ellenüemû vezérlés ogalmá, majd különbözõ munkapon-beállíási sraégiák alkalmazása melle vizsgáljuk a eljesímény-viszonyoka Számpéldáinkban mindenki álal "apinhaó" ípusos esee veszünk alapul: egy ohoni használara szán hangrekvenciás végerõsíõ - ilyen van a Hi-Fi oronyban - ipikus paraméerei ogjuk használni A RANZISZOR MODLLJ Ugyanaz a modell ogjuk használni, ami a Kivezérelheõség émakörnél megismerünk Mivel a jelen eseben viszonylag nagy áramok olynak a ranziszoron, számpéldáinkban a megszokonál nagyobb, 1V nagyságú lesz a maradék eszülség (U m ) LLNÜMÛ VZÉRLÉS Kiejezeen eljesíményerõsíõ céljára olyan kapcsolás érdemes alkalmazni, amely a rendelkezésre álló ápeszülség melle a leheõ legnagyobb jel-eljesímény képes lérehozni a ogyaszón bbõl a szemponból nem úl sikeres a korábban megismer ranziszor + munkaellenállás + ogyaszó konsrukció 1 ábra Ügyelen kapcsolás eljesíményerõsíõ céljára - 1 -
Az R ogyaszón lérehozhaó jeleljesímény a jeleszülség ampliúdójának monoon üggvénye Vizsgáljuk meg ehá a kivezérelheõsége! Szembeûnõ az aszimmeria: Ha a ranziszor nyijuk, csaknem a negaív ápeszülség érékéig képes "lehúzni" a kimenõ eszülsége Ha a ranziszor lezárjuk (szakadáskén og viselkedni), akkor az R C - R ellenállásokon leoszo poziív elepeszülség kerül a kimenere gyérelmûen rosszabb a helyze a poziív kimenõeszülség kárára lvileg javíhaó az arány az R C ellenállás csökkenésével, ennek azonban ára van: haalmas áram og olyni R C -n, amikor negaív kimenõeszülsége hozunk lére a ranziszor nyiásával z nem öröm: a nagyobb kollekoráramo elviselõ ranziszor drágább, a nagyobb elepáram pedig pazarlás Megnyugaó megoldásra úgy juhaunk, ha vezérel eszközzel helyeesíjük az R C ellenállás Rakjunk oda is ranziszor! Kapcsolásunk így ké ranziszor aralmaz, a keõ ellenées irányba ogjuk vezérelni: a elsõ ranziszor elhúzza a kimenei pon eszülségé, az alsó pedig le, de nem egyszerre, hanem elválva, ellenées üemben Innen ered az ellenüemû elnevezés ábra a) példa ellenüemû, kéelepes eljesíményerõsíõre b) a eljesíményerõsíõ egyszerûsíe jelöléssel Az anyag árgyalása során ugyanaz a sraégiá alkalmazzuk, min a Kivezérelheõség -nél: a ranziszorok vezérlésé csak szimbolikusan jelöljük (Ponosan elõírjuk viszon az u ( ) jel alakjá, és számíásainka majd erre alapozzuk) A ábrán ké egyorma ranziszor alkalmazunk megoldás háránya, hogy a ké ranziszor ellenées üemû vezérléséhez ellenées üemû (ellenées ázisú) vezérlõ jel-párra van szükség gyszerûbb a vezérlõ jelek elõállíása, ha a eladahoz jobban illeszkedõ komplemener ranziszor-pár épíünk be a kapcsolásba - -
3 ábra llenüemû végok komplemener ranziszorpárral A ké ranziszor azonos ázisú jellel vezérelheõ A ölsõ ranziszor NPN, az alsó viszon PNP ípusú, eõl elekinve paraméereik közelíõleg egyormák (ilyen célra összehangol ípusválaszék áll rendelkezésre) Figyeljük meg, hogy mindké ranziszor bázisára azonos polariású vezérlõ jele kapcsolva az egyik ranziszor nyi, a másik pedig zár OSZÁLYBA SOROLÁS Alakhû jeláviel céljára A vagy B oszályú végokozao használunk A keõ közöi különbség a munkapon beállíásban (azaz az áramkör használaában, nem magában a kapcsolásban) rejlik A oszályú eseben akkorára állíjuk be mindké ranziszor munkaponi áramá, hogy kivezérlés melle is mindké ranziszor mindig normál akív arományban maradjon z ugyan pazarlás a elepárammal (vezérlés nélkül is jelenõs áramo vesz el a kapcsolás a eleprõl), de orzíás szemponjából elõnyös megoldás B oszályú eseben akarékosan bánunk a elepárammal A ranziszorok munkaponi árama zérus, azaz alapállapoban mindké ranziszor zárva van Aól üggõen, hogy a kimenei jel akuális pillananyi éréke milyen elõjelû, a ké ranziszor közül a megelelõ polariású elep elé esõ nyijuk, a másik ranziszor eközben lezárva marad (Pl: amikor az u ( ) jel pillananyi éréke poziív, akkor a elsõ ranziszoron olyik áram, az alsó ranziszoron nem) A B oszályú mûködés lényege ehá az, hogy egyelen pillanara sem olyik mindké ranziszoron egyszerre áram A megoldás háránya, hogy (ké-polariású u ( ) jele eléelezve) a ranziszorok idõben elválva normál akív, illeve lezár állapoban mûködnek, és az ámenei arományban a kapcsolás ranszer karakeriszikája erõsen nemlineáris mia alakhû jeláviel az u ( ) = V érék környezeében nehezen megvalósíhaó (Az oszcilloszkópos vizsgálaal is jól megigyelheõ jelensége szokák kereszezési orzíásnak nevezni) A probléma eloldására a gyakorlaban AB oszályú végokozao használnak Az AB oszályú végokoza munkapon beállíása olyan, hogy igen kicsi áramo olyaunk mindké ranziszoron nyugalmi állapoban Az u ( ) = V környezeében a mûködés A oszály jellegû (a kereszezési orzíás kisebb), nagyobb kimenei eszülségeknél a B oszályú mûködés dominál (elõnyeivel együ) ejezeben az AB oszály eljesímény-viszonyai külön nem vizsgáljuk; lényegében a B oszályra jellemzõ összeüggések érvényesek - 3 -
Mivel e ejezeben nem rajzoljuk meg a végokoza ranziszorai meghajó áramköri részeke, a kapcsolási rajzok alapján nem lehe megállapíani az egyes áramkörökrõl, hogy A vagy B oszályú üzemben mûködnek-e problémá úgy hidaljuk á, hogy minden eseben külön elünejük, melyik oszályban mûködik a végok A ejeze ovábbi részében a árgyalási sorrende didakikai szemponok igyelembevéelével alakíouk ki lõre vesszük a B oszályú mûködés, ezen belül négyszögjele elõállíó végok vizsgálaával indíunk Miuán ilyen "seril" körülmények közö bemuauk a ogalmaka és számíási módszereke, szinuszos jelekre ogjuk elvégezni a vizsgálao mindké mûködési módban Az alábbiakra lehe ehá számíani: B oszályú végok négyszögjellel B oszályú végok szinuszjellel A oszályú végok szinuszjellel Há akkor lássunk hozzá! B OSZÁLY NÉGYSZÖGJLLL A gyakorlaban nem jellemzõ, hogy eljesíményerõsíõvel négyszögjele állíanak elõ, de a számíások kezelheõsége érdekében, az új ogalmak és szemléle bevezeésére ez az ese kiválóan megelel Mivel a végoko meghajó áramkörrel nem oglalkozunk, elõírjuk a kapcsolás kimenei eszülségének jelalakjá (lényegében az u ( ) idõüggvény azzal a szabadsággal, hogy a jel ampliúdója ismerelen, szabadon megválaszhaó) Megadjuk az erõsíõ kapcsolási rajzá (4 ábra), amelyben ké új elem edezheõ el: az R ellenállások zek szerepe a ranziszorok vezérlésével kapcsolaos (munkapon beállíás, úláram elleni védelem), a unkció a késõbbi anyagrészek alapján iszázhaó 4 ábra a) példa ellenüemû végokra b) a kimenei jel Paraméerek: U = 15 V ; U m = 1 V ; R = 1 ohm ; R = 1 ohm - 4 -
A jobb érheõség kedvéér megrajzoljuk a ranziszorok áramának idõüggvényé is: 5 ábra A ranziszorok és a ogyaszó áramának idõüggvénye B oszályú eseben, négyszögjellel vezérelve Minden idõpillanaban a ranziszorokon olyó áramérékek közül az egyik zérus 1 A FOGYASZÓN LÉRHOZO LJSÍMÉNY Az R ogyaszón lérehozo jeleljesímény (rögzíe jelalak és R érék melle) a jelampliúdó monoon növekvõ üggvénye lsõ lépéskén ehá a leheséges maximális jelampliúdó (áram vagy eszülség) nagyságá, azaz a kivezérelheõsége kell megállapíani A kapcsolás szimmerikus elrendezésébõl kövekezik, hogy a kivezérelheõség poziív és negaív irányban azonos nagyságú Számísuk ki mos a poziív irányú kivezérelheõsége! Ha a 1 ranziszor nyijuk, akkor a B oszályú üzembõl kövekezõen a ranziszor zárva van, azaz I C = A 1 maximális nyiása eseén U C1 = U m Ismerjük ehá a 1 emierének poenciáljá, így a ogyaszón olyó áram ampliúdója Ohm-örvénnyel haározhaó meg - 5 -
6 ábra Helyeesíõ kapcsolási rajz a poziív irányú kivezérelheõség meghaározásához Az ábra alapján: I max = U R - U + R m ; illeve U max = I max R = (U - U m ) R R + R z a maximális ampliúdó poziív és negaív irányban azonos nagyságú a kapcsolás szimmerikus elépíésébõl kövekezõen A kivezérelheõség adaainak ismereében számíhaó a ogyaszón lérehozo jeleljesímény eszõleges képóluson (illeve egykapun) megadhaó a pillananyi eljesímény a eszülség és áram idõüggvények szorzaakén: P() = i()u() ipikusan azonban nem ez az idõüggvény érdekel bennünke, hanem az álageljesímény: P = lim 1 τ i() u() d, τ τ ami periodikus jeleknél egyelen periódusból is számíhaó: P = 1 i() u() d ; a periódusidõ Ha ellenálláson lérehozo eljesímény akarunk meghaározni, akkor az Ohm-örvény alapján a eszülség illeve az áram egymásból számíhaó, és P = 1 R i ( ) d = 1 u ( ) d R - 6 -
Az inegrálás nem szükséges a [, ] arományra végezni, bármilyen összeüggõ idejû arományon ugyanaz az eredmény ipikusan az R idõinvariáns elem (idõben állandó), és az inegrálás elé kiemelheõ A eniek szerin a ogyaszón lérehozo eljesímény: P = 1 i ( ) R d Az inegrál kiérékelése roppan egyszerû, ugyanis a négyszögjel idõüggvényû áram négyzee konsans, és az eredmény: P = I R Maximális kivezérlés eseén kapjuk a ogyaszón lérehozhaó maximális eljesímény: P max = I max U - U R = ( m) ( R + R ) R Vigyáza, az eredmény csak a 4 ábrán láhaó kapcsolásra, négyszögjel eseén érvényes! A számérékek a vizsgál kapcsolásra megado elemérékekkel: (U = 15 V ; U m = 1 V ; R = 1 ohm ; R = 1 ohm) I max = 1,73 A ; U max = 1,73 V ; P max = 16, W A LPBÕL FLV LJSÍMÉNY A elepbõl elve eljesímény ké szemponból is érdekes: Kiindulási paraméereke nyerünk a ápegység méreezéséhez Jellemzõ adao kapunk arról, milyen haásokkal alakíja á a végerõsíõ a elepbõl elve eljesímény kimenei jeleljesíménnyé - 7 -
Szimmeria okokból a ké elepbõl elve eljesímény egyorma Vizsgáljuk a poziív elepe! A elepbõl elve áram a 1 ranziszor árama, ehá: P + = 1 i C ( ) d 1 Az inegrál kiérékelése nagyon egyszerû U nem ügg az idõõl, az inegrálás elé kiemelheõ ic 1 ( ) a periódusidõ egyik elében zérus, a másik elében a ogyaszón olyó árammal egyezik meg, amely mos konsans érékû (lásd 5 ábra) Az eredmény: P + = U I zzel megegyezõ nagyságú a negaív elepbõl elve eljesímény, azaz a ké elepbõl összesen elve eljesímény: P = U I A elepbõl elve eljesímény a kivezérlés monoon üggvénye Maximális kivezérlésnél adódik a legnagyobb elepeljesímény: P max = U I max = U ( U - Um) R + R = 19, 1 W Önmagában a mos meghaározo mennyiség ismeree is jól hasznosíhaó, de igazán inormaív az az arányszám, mely megmondja, hogy a elepbõl elve eljesímény milyen hányadá irányíja á a kapcsolás a ogyaszóra z a elephaásoko úgy deiniáljuk, hogy a ogyaszóra juao maximális eljesímény viszonyíjuk a elepbõl ehhez elve eljesíményhez: η = P max P max [%] Példánkra alkalmazva: η = = U - U m R = 85 % U R + R - 8 -
A képlee srukúráluk: ké, egynél kisebb ényezõ szorzaa adja az eredmény Ideális a 1%-os haások lenne, ehhez képes veszeség kelekezik U m mia, valamin az R - R eszülségoszás kövekezében Isméelen elhívjuk a igyelme, hogy az imén meghaározo összeüggések csak B oszályú esere, és csak négyszögjelre érvényesek! 3 A RANZISZOROKON DISSZIPÁL LJSÍMÉNY A ranziszorokon hõvé alakuló eljesíményrõl van szó A ranziszorokon disszipál eljesímény ké módszerrel számíhajuk: Közvelen módszer Kiválaszjuk az egyik ranziszor, meghaározzuk áramának és eszülségének idõüggvényé, végül a eljesímény deiníciója szerin a ké mennyiség szorzaának álagá képezzük inegrálással A számíás menee elég macerás, különösen bonyolulabb jelalakoknál, szerencsére azonban nincs szükség ilyen kunszokra, mer egyszerûbb a Közvee módszer Az energia-megmaradás elve alapján: Példánk eseében az egyes összeevõk az I áram-ampliúdóval kiejezve: P = U I ; P = I R ; P = I R A eni részeredmények elhasználásával a ranziszorokon disszipál eljesímény a kivezérlés üggvényében: - 9 -
P D = P - P - P = U I - I R - I R (Ugyanez az eredmény lehe kapni a közvelen módszerrel is Aki nem hiszi, járjon uána!) Miuán az eredményünk (így vagy úgy) megvan, megállapíhajuk, hogy a P D ( I ) üggvény ordío állású parabola Léezik ehá egy maximális disszipáció ( P D max ), melynek kiszámíásához meg kell haározni a üggvény maximumhelyé Deriválással a kövekezõ adódik: P I D = U - I ( R + R ) =! Árendezés uán I D = U ( ) R + R =, 68 A I D az az áram-ampliúdó, amelynél a ranziszoron disszipál eljesímény maximális Vegyük észre, hogy a disszipáció maximum helye nem a maximális kivezérlésnél van! A maximum-hely ismereében meghaározhaó P D max éréke: P D max = P D ( I D ) = I D U - I D ( R + R ) = = U ( ) 4 R + R = 5, 11 W Ne eledkezzünk meg arról, hogy ez a eljesímény ké ranziszoron oszlik meg, ehá egy-egy ranziszornak a legkedvezõlenebb jelszinnél maximum,55 W eljesímény kell disszipálni A ranziszorok ípusá ennek alapján kell megválaszani (és a hõelvezeésrõl gondoskodni) Fonos mûszaki kérdés, hogy mikén viszonyul a ogyaszón lérehozhaó maximális eljesímény a ranziszorokon disszipálódó maximális eljesíményhez z a disszipációs eljesíményhányados lényegében arra nézve ad elvilágosíás, hogy milyen arányban oszlik meg a elepbõl elve eljesímény a ogyaszó és a ranziszorok közö, azaz milyen jól "gazdálkodik" a végokoza a ranziszorokkal (a nagyobb disszipációra képes ranziszor álalában drágább) η D = P max P D max [%] Vigyáza, P max és P D max éréké nem ugyanannál a kivezérlésnél számíjuk! - 1 -
Példánkra alkalmazva: η D = 4 ( U - U ) R m U R + R = 317 % Ne zavarjon össze senki, hogy 1%-nál nagyobb éréke kapunk Nem a beekee munka, és az abból nyer hasznos munka viszonyáról, hanem a hasznos munka, és a (ranziszorokon) elvesze eljesímény hányadosáról van szó, azaz a eljesímény megoszlásáról Ráadásul nem is azonos kivezérlésnél jelenkezik a képleben szereplõ ké érék, ehá igazán nem kell meglepõdni, bármilyen éréke kapunk is nnek a paraméernek a gyakorlai jelenõsége abban áll, hogy megadja: ado maximális eljesímény elõállíó végokba mekkora maximális disszipációs eljesímény elviselõ ranziszoroka kell beépíeni Végezeül megadjuk a 4 ábrán láhaó kapcsolás jellemzõ eljesímény-görbéi a kivezérlés (a ogyaszón olyó áram ampliúdója) üggvényében (7 ábra) 7 ábra B oszályban mûködõ végokoza jellemzõ eljesímény-görbéi a kivezérlés üggvényében A 4 ábrán láhaó kapcsolásra a diagramoka alakhûen rajzoluk meg B OSZÁLYÚ MÛKÖDÉS SZINUSZJLLL A szinuszjel onos szerepe jászik egy villamosmérnök éleében z részin a jelek spekrális elbonásához kapcsolódó világnézei deormációból adódik, emelle a szinuszjel jól használhaó különbözõ áramkörök paraméereinek összehasonlíásához, egyszerûen elõállíhaó mérõjel - 11 -
8 ábra a) példa ellenüemû végokra b) a kimenei jel Paraméerek: U = 15 V ; U m = 1 V ; R = 1 ohm ; R = 1 ohm A 4 ábrán megrajzol kapcsolás veük elõ, még a számérékek is válozalanok Annyi csak az elérés, hogy mos szinuszjele állíunk elõ a ogyaszón Az egyes paraméerek meghaározásának menee ugyanaz, min négyszögjel eseében, ezér az alábbiakban gyakran hivakozunk az elõzõ oldalakon leír megonolásokra A lényegi elérés abban van, hogy a eljesímény számíására szolgáló inegrálok szinuszjel eseében más eredmény adnak 1 MAXIMÁLIS KIMNI LJSÍMÉNY U max meghaározásához a 6 ábra használhaó: R U max = ( U Um) R + R A ogyaszón lérehozhaó eljesímény: P u ( ) 1 1 U sin ω = d = d = U sin R R R ω d A sin cosx x = rigonomerikus azonosság alapján az inegrál éréke, 1 és a végeredmény: - 1 -
P max U max 1 = = R R ( U Um) ( R + R ) = 8, 1 W Az elvi elsõ haár (szinuszjelre): U P max = 11, 5 W R A LPBÕL FLV MAXIMÁLIS LJSÍMÉNY ( P max ): Vizsgáljuk a poziív elepe! Deiníció szerin Az i ( ) áram a kövekezõ alakban adhaó meg: C 1 + 1 U P = ic ( ) U d = ic ( ) d 1 1 i C 1 ( ) = I sin ω ; ; Behelyeesíve a elepeljesímény kiejezésébe: + P / U I U I = = = sin ω d / cos ω U I U I = = ω π π Maximális kivezérlésnél I max = U R - U + R m, (a 6 ábra alapján) és + U I max U ( U U ) P P m max = max = = π π R + R ( ) - 13 -
A ké elepbõl összesen elve eljesímény: U ( U U ) P max + P max = + P m max = = 1 R + R, W π ( ) A elephaások: η P max = = P max m ( U U ) R ( R R ) + π U = U ( U Um) 4 π R + R ( ) U R m U R + R = 67 % Az elvi elsõ korlá (U m << U és R << R ): π η < 4 = 78, 5 % 3 MAXIMÁLIS DISSZIPÁCIÓS LJSÍMÉNY ( ) P Dmax A közvee módszer alkalmazzuk: PD = P P P Ké összeevõ lényegében már ismerünk: P = U I π ; P = I R A P összeevõ meghaározása mos (ha lehe) még nehezebb, min négyszögjelnél vol Ahelye, hogy nekiesnénk egy inegrállal, megpróbáljuk az eddigi eredményeke hasznosíva kiszámíani P éréké Vegyük az egyik R ellenállás! Ha ezen kereszül olyna a ogyaszó áramának eljes periódusa, akkor a raja lérejövõ eljesímény I R volna De az R ellenálláson csak egy élperiódus idejéig olyik áram, ehá a [ ; /] arományra kell inegrálni, és ez a eljes periódus idejével, -vel oszani Az eredmény nyilvánvalóan I R 4 Vegyük igyelembe, hogy ké R ellenállásunk van, ehá - 14 -
P = I R A részeredmények elhasználásával: I R I R PD = P P P = U I = U I π π ( ) I R + R Maximumhely keresése dierenciálással: P I D! = U I ( R + R ) = π Árendezés uán I D U = π R + R I D az az áram-ampliúdó, amelynél a ranziszoron disszipál eljesímény maximális nnek ismereében meghaározhaó a P D max érék: ( ) max = 4 15 W I D R + R U PD = PD ( I D) = U I D = π π + ( R R ), A disszipációs eljesíményhányados: P max ηd = = PD max ( U Um) R ( R + R ) π ( U Um) R = U 4 U R + R π + ( R R ) = 195 % Figyeljük meg, mos kisebb éréke kapunk, min négyszögjel eseében! Az elvi elsõ korlá: π ηd < 4 = 46 % - 15 -
"A" OSZÁLY Szinuszjellel Az "A" oszályú végerõsíõ ranziszorain I munkaponi áramo állíunk be Vezérlés haására a ranziszorok árama I I + sin ω, illeve I I sin ω ormában írhaó el 9 ábra a) példa ellemüemû végokra b) a kimenei jel Paraméerek: U = 15 V ; U m = 1 V ; R = 1 ohm ; R = 1 ohm; I = 1 A A ogyaszón olyó áram nagyságá a három ellenállás közös ponjára elír csomóponi egyenlebõl haározuk meg (a kapcsolási rajzba beíruk) 1 MAXIMÁLIS KIMNI LJSÍMÉNY Ahogy szokuk: elõször a maximális kivezérelheõsége kell megállapíani Ké korláo kell igyelembe venni Áramkorlá Az aláhúzo cím elég szerencsélen, inkább emlékezeõnek jó, a lényege kevésbé ejezi ki - 16 -
Mirõl is van szó? A korlá az "A" oszályú mûködésbõl adódik "A" oszálynál mindké ranziszor minden idõpillanaban normál akív arományban mûködik, ehá: i ( ) = I + I sin ω ; azaz I I C 1 A eléel a ogyaszó áramára megogalmazva: I I Példánk számérékeivel I max = A leheséges Az ehhez arozó eszülség-kivezérelheõség: U max = I max R = V? A kapo eredmény minimum gyanús Leheelen, hogy a kimenei eszülség ampliúdója nagyobb legyen, min a ápeszülség (nincs a kapcsolásban energiaároló) Feszülségkorlá Vezéreljük a ranziszoroka úgy, hogy a elsõ ( 1 ) ranziszor árama növekedjen! A dolgo addig lehe erõleni, míg a elsõ ranziszoron az U C eszülség a maradékeszülség érékéig (U m ) csökken Mekkora eszülség mérheõ ilyenkor a ogyaszón? A válasz nem riviális Írjunk el hurokegyenlee az U 1 R R körre! + + ( sin ) U Um I + I ω R I sin ω R = Az áram akkor maximális, amikor sin ω = 1, azaz a kövekezõ egyenle megoldása adja meg I maximumá: + ( ) U Um I + I 1 R I 1 R =, U U I R = R + R I m max =, 6 A, és számíhaó a eszülségkorlá: - 17 -
R U max = Imax R = ( U Um I R ) = 1, 4 V R + R z már szimpaikusabb érék iszázzuk, mi is számolunk ki valójában! Az áramkorlá nem azér "áram"-korlá, mer a ogyaszó áramá korláozza Gondoljuk meg, hogy a ogyaszó egy ellenállás, ezér az áram és a eszülség korláozása ekvivalens egymással ehá a "eszülségkorlá " és az "áramkorlá " nem ké külön mennyiség elsõ haára, hanem ugyanaz (valójában a ogyaszó eljesíményé) szabályozza Az már más kérdés, hogy a ké eléel közül melyik az erõsebb ermészeesen az a korláo kell igyelembe venni, amelyik kisebb áramo (eszülsége, eljesímény) esz leheõvé Példánkban a eszülségkorlá dominál Az Olvasóra bízzuk annak beláásá, hogy más paraméerek eseén (pl: I =,5 A) az áramkorlá lehe a szûkebb Nem maradunk adósok a megnevezések magyarázaával sem Az áramkorlá a ranziszorokon olyó maximális áram-ampliudóból számío elsõ haár, míg a eszülségkorlá a ranziszoron esõ legkisebb eszülségbõl kövekeze a ogyaszó legnagyobb áramára OPIMÁLIS MUNKAPONI ÁRAM A jel-áram ampliúdójára megado korláok üggnek a munkaponi áram nagyságáól: az áramkorlá I monoon növekvõ, a eszülségkorlá I monoon csökkenõ üggvénye A kivezérelheõség olyan munkaponi áramnál lesz maximális, ahol a ké görbe meszi egymás gyenleel kiejezve: I áramkorlá = U U I R R + R m eszülségkorlá és az opimális munkaponi áram explici alakban: I op U U = m R + R =, 636 A - 18 -
1 ábra Az opimális munkaponi áram meghaározása graikus úon Az opimális munkaponi áram eseén a kivezérelheõség: I max = I op = 1, 7 A ; és U max = I max R = 17, V A l ábráról leolvashaó, hogy az opimálisnál kisebb munkaponi áram eseén a kivezérelheõség rohamosan csökken Az opimálisnál nagyobb munkaponi áram eseén a kivezérelheõség csökkenése nem számoevõ, inkább azér nem célszerû az áram ovábbi növelése, mer eleslegesen nõ a elepbõl elve eljesímény A ovábbiakban minden paraméer I = I op éréknél ogunk kiszámolni! Példánkban a ogyaszón lérehozhaó maximális eljesímény (opimális munkaponi áramnál): 1 1 P = I R = I op R = U Um 1 ( ) ( ) ( R + R ) max max =, R 8 1 W Érdemes összehasonlíani az "A" oszályra kapo eredményünke a korábban "B" oszályra számío érékkel A ké kiejezés (és számérék) hajszálra megegyezik z nem vélelen Az "A" oszályú végokban (opimális munkaponi áramo eléelezve) abban a pillanaban, amikor a kimenei jel elveszi csúcséréké, akkor a kapcsolásban minden eszülség és áram ponosan ugyanolyan, min "B" oszályban A különbség azonnal megmuakozik, amin a kimene árama a maximálisól elér, azonban a kimenei jel minden pillanaban azonos marad (ermészesen csak maximális kivezérlésnél) A ll ábrán megrajzoljuk a ranziszorok áramá "A" ( I = I op ) és "B" oszályú eseben is A ké ábra alapján az elõzõ bekezdésben megogalmazo kijelenés ellenõrizheõ Figyeljük meg, hogy a kollekoráramok maximuma azonos érékû, mivel a csúcséréke a ranziszorok maradékeszülsége alapján haározuk meg - 19 -
11 ábra A ranziszorokon olyó áram idõüggvénye "A" és "B" oszályú eseben LPBÕL FLV LJSÍMÉNY Vegyük észre, hogy az "A" oszályú mûködésbõl adódóan ic + ic = I 1 a vezérlésõl üggelenül, ezér a elepekbõl elve eljesímény is állandó Vizsgáljuk a poziív elepe! + 1 P = ic ( ) U d 1 A ranziszor árama ké spekrális összeevõ összegekén írhaó el: i ( ) = I + I sin ω C 1 Behelyeesíés uán az inegrál ké részre bonhaó: ( ) + 1 P = U I + I sin ω d = U I - -
A kapo érék helyessége könnyen láhaó: mivel U konsans, ezér I U középérékû szinuszüggvény inegrálásáról van szó A ké elepbõl összesen elve eljesímény: P = I U = 19, 1 W ( I = I op ) P nem ügg a kivezérlés mérékéõl! A elephaások (opimális munkaponi áramnál): η P max = = P 1 I ( Iop ) op U R Iop R 1 U = = U U U m R R + R = 4, 4 % Az elvi haár: η < 5 % Érdemes az i kapo számérékeke összehasonlíani a "B" oszályú mûködésre meghaározo eredményekkel! 3 MAXIMÁLIS DISSZIPÁCIÓS LJSÍMÉNY A közvee módszerrel: PD = P P P P konsans, P és P pedig monoon növekvõ üggvénye a kivezérlés nagyságának bbõl kövekezik, hogy "A" oszályban mûködõ végokozaban a ranziszorokon kivezérlés nélküli eseben, munkaponban disszipálódik a legnagyobb eljesímény Munkaponban IC I C = U I R, és a ké ranziszoron összesen ( I = I op eléelezésével): U Um ( U Um) R PD max = I ( U I R ) = U, R + R R + R = 18 8 W ( ) - 1 -
A disszipációs eljesíményhányados: η D P max I R I R ( U Um) R = = = = P I ( U I R ) U I R U R + R + U R Dmax ( ) m = 44, 3 % Az elvi korlá: η D < 5 % 1 ábra "A" oszályú végokoza jellemzõ eljesímény-görbéi a kivezérlés üggvényében A diagramoka alakhûen rajzoluk meg a 9 ábrán láhaó kapcsolásra, I = eléelezve I op ÖSSZFOGLALVA l Meghaározzuk a kivezérelheõsége "B" oszály: csak eszülségkorlá "A" oszály: az áram-, és eszülségkorlá érékei közül a kisebbe kell venni Ha kérdés az opimális munkaponi áram, akkor a ké korlá egyenlõségé kiejezõ egyenlebõl számíhaó llenõrzés: ha a kimeneen nincs ranszormáor, akkor U max < U Kiszámíjuk a maximális kimenei eljesímény Az eredmény ügg a jelalakól! 3 Meghaározzuk a maximális elepbõl elve eljesímény "B" oszály: a elepbõl elve eljesímény akkor maximális, ha a legnagyobb jele állíjuk elõ a kimeneen Az eredmény ügg a jelalakól llenõrzés szinuszjel eseén: η <78, 5 % "A" oszály: a elepbõl elve eljesímény nem ügg a kivezérlés mérékéõl és a jelalakól P a munkaponi érékekbõl számíhaó - -
llenõrzés szinuszjel eseén: η < 5 % 4 Meghaározzuk a maximális disszipációs eljesímény "B" oszály: el kell írni a eljesímény a kivezérlés üggvényében, és meg kell keresni a üggvény maximumhelyé Az eredmény ügg a jelalakól llenõrzés szinuszjel eseén: η D < 46 % "A" oszály: a ranziszorokon kivezérlés nélkül, munkaponban disszipálódik a maximális eljesímény Éréke nem ügg a jelalakól llenõrzés: PD max < P, szinuszjel eseén η D < 5 % 5 Ha a kapcsolás meg akarjuk épíeni, kiválaszjuk a ranziszor ípusá A kaalógusban megado paraméerek közül az alábbiakra kell ekineel lenni: I C max "A": I (ha I = I op ) "B": I max U C max P D max (1 ranziszor) U = P D max - 3 -