Teljesítmény-erősítők. Elektronika 2.

Hasonló dokumentumok
Teljesítményerősítők ELEKTRONIKA_2

Jelgenerátorok ELEKTRONIKA_2

Elektronika alapjai. Témakörök 11. évfolyam

Zh1 - tételsor ELEKTRONIKA_2

ELEKTRONIKA I. (KAUEL11OLK)

Attól függően, hogy a tranzisztor munkapontját melyik karakterisztika szakaszon helyezzük el, működése kétféle lehet: lineáris és nemlineáris.

FÉLVEZETŐ ESZKÖZÖK II. Elektrotechnika 5. előadás

Műveleti erősítők - Bevezetés

Elektronika Előadás

Gingl Zoltán, Szeged, dec. 1

Elektronika Előadás. Műveleti erősítők felépítése, ideális és valós jellemzői

Az ideális feszültségerősítő ELEKTRONIKA_2

Gingl Zoltán, Szeged, :44 Elektronika - Diódák, tranzisztorok

Áramkörök számítása, szimulációja és mérése próbapaneleken

Foglalkozási napló a 20 /20. tanévre

Műveleti erősítők. 1. Felépítése. a. Rajzjele. b. Belső felépítés (tömbvázlat) c. Differenciálerősítő

Érzékelők és beavatkozók

MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV. Felhasznált eszközök. Mérési feladatok

Elektronika I. Gyakorló feladatok

Hobbi Elektronika. Bevezetés az elektronikába: A tranzisztor, mint kapcsoló

07. mérés Erősítő kapcsolások vizsgálata.

Elektronika Előadás. Műveleti erősítők. Alapkapcsolások műveleti erősítővel.

Elektronika 11. évfolyam

Tranzisztoros erősítő vizsgálata. Előzetes kérdések: Mire szolgál a bázisosztó az erősítőkapcsolásban? Mire szolgál az emitter ellenállás?

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Az erősítés frekvenciafüggése: határfrekvenciák meghatározása ELEKTRONIKA_2

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Foglalkozási napló a 20 /20. tanévre

1. Egy lineáris hálózatot mikor nevezhetünk rezisztív hálózatnak és mikor dinamikus hálózatnak?

<mérésvezető neve> 8 C s z. 7 U ki TL082 4 R. 1. Neminvertáló alapkapcsolás mérési feladatai

Négyszög - Háromszög Oszcillátor Mérése Mérési Útmutató

1. Visszacsatolás nélküli kapcsolások

feszültség konstans áram konstans

Elektronika Előadás. Analóg és kapcsoló-üzemű tápegységek

Adatok: R B1 = 100 kω R B2 = 47 kω. R 2 = 33 kω. R E = 1,5 kω. R t = 3 kω. h 22E = 50 MΩ -1

A LED, mint villamos alkatrész

10.1. ANALÓG JELEK ILLESZTÉSE DIGITÁLIS ESZKÖZÖKHÖZ

M ű veleti erő sítő k I.

MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV. A szinuszos oszcillátorok főbb jellemzőinek mérése, az oszcillációs feltételek felismerésének

Lineáris és kapcsoló üzemű feszültség növelő és csökkentő áramkörök

Bipoláris tranzisztoros erősítő kapcsolások vizsgálata

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Nagyfrekvenciás rendszerek elektronikája házi feladat

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Tájékoztató. Használható segédeszköz: számológép

Elektronika Előadás. Műveleti erősítők táplálása, alkalmazása, alapkapcsolások

X. ANALÓG JELEK ILLESZTÉSE DIGITÁLIS ESZKÖZÖKHÖZ

Mérés és adatgyűjtés

2.Előadás ( ) Munkapont és kivezérelhetőség

ANALÓG ÉS DIGITÁLIS TECHNIKA I

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Logaritmikus erősítő tanulmányozása

DR. KOVÁCS ERNŐ MŰVELETI ERŐSÍTŐK MÉRÉSE

VILLAMOSIPAR ÉS ELEKTRONIKA ISMERETEK

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013 (III.28) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

MÉRŐERŐSÍTŐK EREDŐ FESZÜLTSÉGERŐSÍTÉSE

Integrált áramkörök/3 Digitális áramkörök/2 CMOS alapáramkörök Rencz Márta Ress Sándor

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Műveleti erősítők alapkapcsolásai A Miller-effektus

III. félvezetők elméleti kérdések 1 1.) Milyen csoportokba sorolhatók az anyagok a fajlagos ellenállásuk alapján?

Tájékoztató. Használható segédeszköz: számológép

Értékelés Összesen: 100 pont 100% = 100 pont A VIZSGAFELADAT MEGOLDÁSÁRA JAVASOLT %-OS EREDMÉNY: EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA 35%.

Teljesítményelektronika szabályozása. Összeállította dr. Blága Csaba egyetemi docens

Analóg áramkörök Műveleti erősítővel épített alapkapcsolások

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK II. 4. DC MOTOROK VEZÉRLÉS

Hobbi Elektronika. Bevezetés az elektronikába: Műveleti erősítők - 2. rész

A 2009-es vizsgákon szereplő elméleti kérdések

MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306

Ideális műveleti erősítő

Szimmetrikus bemenetű erősítők működésének tanulmányozása, áramköri paramétereinek vizsgálata.

ÁLTALÁNOS SZENZORINTERFACE KÉSZÍTÉSE HANGKÁRTYÁHOZ

Integrált áramkörök/2 Digitális áramkörök/1 MOS alapáramkörök. Rencz Márta Ress Sándor Elektronikus Eszközök Tanszék

1.zh Kösse össze a két oszlop egy-egy összetartozó fogalmát! pozitív visszacsatolás

Feszültségszintek. a) Ha egy esemény bekövetkezik akkor az értéke 1 b) Ha nem következik be akkor az értéke 0

11.2. A FESZÜLTSÉGLOGIKA

Mûveleti erõsítõk I.

Elektronika I. Dr. Istók Róbert. II. előadás

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

UNIPOLÁRIS TRANZISZTOR

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Műveleti erősítők. Előzetes kérdések: Milyen tápfeszültség szükséges a műveleti erősítő működtetéséhez?

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Elektronika II. 4. mérés. Szimmetrikus differencia erősítő mérése

VILLAMOSIPAR ÉS ELEKTRONIKA ISMERETEK KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

KÖZÖS EMITTERŰ FOKOZAT BÁZISOSZTÓS MUNKAPONTBEÁLLÍTÁSA

Bevezetés a méréstechnikába és jelfeldolgozásba 7. mérés RC tag Bartha András, Dobránszky Márk

Jelkondicionálás. Elvezetés. a bioelektromos jelek kis amplitúdójúak. extracelluláris spike: néhányszor 10 uv. EEG hajas fejbőrről: max 50 uv

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Tranzisztoros erősítő alapkapcsolások vizsgálata

Oszcillátor tervezés kétkapu leírófüggvényekkel

EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA

Áramgenerátorok alapeseteinek valamint FET ekkel és FET bemenetű műveleti erősítőkkel felépített egyfokozatú erősítők vizsgálata.

MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Átírás:

Teljesítmény-erősítők Elektronika 2.

Az erősítés elve Erősítés: vezérelt energia-átalakítás Vezérlő teljesítmény: Fogyasztó teljesítmény-igénye: Tápforrásból felvett teljesítmény: Disszipálódott teljesítmény: -

Teljesítmény-erősítők Végerősítő fokozat: ha P f >0,5 1W, akkor teljesítményerősítő Feszültségerősítés: 1 csak áramerősítés Hatásfok: 100% Teljesítmény-erősítés:

A tranzisztor A tranzisztor három kivezetésű vezérelhető eszköz Tranzisztorok Bipoláris: NPN és PNP - Emitter, Bázis, Kollektor (E,B,C) Unipoláris (térvezérlésű): JFET n/p csatornás és MOSFET n/p csatornás kiürítéses/növekményes (S,G,D)

Emitterkövető kapcsolás Földelt kollektoros (FC) kapcsolás az emitterfeszültség követi a bázisfeszültséget Áramátviteli tényező: Áramerősítési tényező: 1 Differenciális ellenállás: Termikus feszültség: 26 Feszültségerősítés: 1 Áramerősítés: 1 Teljesítmény-erősítés: 1

Terhelt emitterkövető kapcsolás A kimenet az emitter; R t terhelőellenállással lezárva Az áramkör akkor éri el a kivezérlés határát, amikor a tranzisztoron átfolyó áram nulla Szinuszos kivezérlés esetén a kimeneti feszültség szélsőértékei: Teljesítmény-maximum: esetén:, Az áramkör teljesítményfelvétele független a kivezérlés mértékétől és változó terhelés esetén is állandó: 2 Maximális hatásfok:,

Tulajdonságok Az áramkört két fő tulajdonság jellemzi: a tranzisztoron átfolyó áram sohasem 0. a kapcsolás összes teljesítményfelvétele állandó és a kivezérléstől független. Ezek a tulajdonságok az A osztályú beállítás jellemzői.

A komplementer emitterkövető kapcsolás Pozitív bemeneti feszültség esetén a T 1 tranzisztor emitter követőként működik, T 2 lezár. Negatív bemeneti feszültség esetén T 2 emitter követő, T 1 zár le.

A komplementer emitterkövető kapcsolás Szinuszos kivezérlés esettén a tranzisztorok fél perióduson ként felváltva vezetnek. Ha U be = 0, akkor mindkét tranzisztor lezár, ezért az áramkör nem vesz fel munkaponti áramot. Az ilyen működési módot ellenütemű B osztályú üzemnek nevezzük.

A komplementer emitterkövető kapcsolás A kimenet minden terhelés esetén ±Ut között kivezérelhető. A kimenő teljesítmény fordítva arányos Rt-vel és nincs szélsőértéke. Nincs szükség teljesítményillesztésre.

A komplementer emitterkövető kapcsolás A maximális kimenő teljesítményt a megengedett csúcsáram és a tranzisztor maximális veszteségi teljesítménye korlátozza. Maximális szinuszos kivezérlés esetében:

A komplementer emitterkövető kapcsolás a tranzisztoronkénti veszteségi teljesítmény: a felvett telepteljesítmény

A komplementer emitterkövető kapcsolás az áramkör hatásfoka:

A komplementer emitterkövető kapcsolás átváltási torzítása

A vs. B osztáljú üzemmód A B AB Hatásfok kicsi nagy nagy Torzítás kicsi nagy kicsi

AB osztályú teljesítményerősítő Az átváltási torzítás jelentősen csökken, ha a tranzisztorokat előfeszítjük. Az ilyen működési módot ellenütemű AB osztályú üzemnek nevezzük. Az átváltási torzítást ellenütemű AB osztályú üzemben olyan kicsire csökkenthetjük, hogy negatív visszacsatolás hatására már teljesen elenyészővé válhat.

Előfeszítési módszerek U U 1 3 = U = U 2 1 0,7V + U 2 1,4V

Gyakorlati megvalósítások

Gyakorlati megvalósítások 1 3 R 4 + 5 U12 0,7 1 R6 2 U U 34 34 R6 R6 + R 0,7V 5 U 12

Gyakorlati megvalósítások 2013.04.26. Dr. Buchman Attila 20

A osztályú emitterkövető kapcsolásműveleti erősítős meghajtása előerősítő emitter követő meghajtó

Miért A osztályú? Mert kivezérlés nélkül is a tranzisztor jelentős áramot vezet. A nyugalmi áram értékét részben a táp részben az emitter ellenállás értékei határozzák meg. 15 I C = 1, 88A 8-0,7V -15V 0V

Szimuláció (TINA) A ki és bemeneti jelalakok egyformák (emitterkövető) A bemeneti jel átlagértéke 0V, a kimeneti jel átlagértéke - 0,7V (0,7V offsetfeszültség)

A osztályú emiterkövető, globális visszacsatolással A visszacsatolást nem a műveleti erősítő hanem az emitterkövető kimenetéről vesszük.

Így eltűnik a 0,7V offszet 0V 0,7V A terhelő ellenálláson, nyugalmi állapotban, most már egyáltalán nem folyik áram. 0V 0V 15 I C = = 1, 88A 8

Szimuláció A ki és bemeneti jelalakok egyformák (emitterkövető) A be és kimeneti jelek átlagértéke 0V. (nincs offszet)

A globális visszacsatolás jobb A osztáljú erősítő Feszültség erősítés Kimeneti feszültség ofszet A terhelésen átfolyó nyugalmi áram Lokális visszacsatolás Globális visszacsatolás 1 1-0,7V 0 0,7V / Rt 0

B osztályú komplementer emitterkövető meghajtása

Miért B osztályú? 0V 0V Mert kivezérlés nélkül vagy kissjelű kivezérlés esetén a tranzisztorok nem vezetnek. I C = 0

Megjegyzések B-osztályú üzemmódra jellemzők az átváltási torzítások. Kis bemeneti feszültség esetében elfogadhatatlan ul nagy a torzítás.

B osztályú erősítő, globális visszacsatolással A visszacsatolást közvetlenül a terhelő ellenállásrol vesszük.

Szimuláció Az átváltási torzítások eltűntek! Fennáll e még a B osztályú üzemmód?

B osztályú erősítő, globális visszacsatolással 0V 0V Nyugalmi állapotban egyik tranzisztor sem vezet. 0V 0V

De akkor kivezérlés híján nincs visszacsatolás Visszacsatolás nélkül a műveleti erősítő a két bemenet közti feszültség különbséget erősíti. Ez elméletileg nulla de a valóságban nem.

A valóságban mindig létezik egy bemeneti ofszet feszültség Például:1mV ofszet esetében a nagy nyílthurkú erősítés miatt a kimeneti feszültség nagyot nőne, de ekkor egy tranzisztor vezetni fog és létrejön a visszacsatolás.

Tehát mégis AB osztályú az üzemmód? Nem, nert csak egy tranzisztor vezet. Hogy melyik, az a bemeneti ofszet pillanatnyi polaritásától függ.

Miért tűnt el az átváltási torzítás? Azért mert a kis jeleket az erősítő nagymértékben erősíti! (nyílthurkú erősítés). A meghajtó erősítési tényezője nem állandó!

Harmonikus torzítási tényezők

AB osztályú erősítő 2013.04.26. Dr. Buchman Attila 39

LT Spice szimuláció

Transzfer karakterisztika

A D-osztályú erősítő jellemzői A tranzisztorok kapcsoló üzemmódban működnek Előny: ennek következtében nagy a hatásfok (90% feletti) Előny: Egyszerű felépítésű kapcsolás (előfeszítésre nincs szükség) Hátrány: rossz a jel zaj viszony (szűréssel korrigálni lehet)

A tranzisztor kapcsoló üzemmódja N csatornás MOSFET esetében a küszöbfeszültség pozitív Ha UGS<UTH a tranzisztor lezár Ha UGS>UTH a tranzisztor vezet P csatornás MOSFET esetében a küszöbfeszültség negatív Ha UGS<UTH a tranzisztor vezet Ha UGS>UTH a tranzisztor lezár NPN bipoláris tranzisztor esetében Ha UBE<0,7V a tranzisztor lezár Ha UBE>0,7V a tranzisztor vezet PNP bipoláris tranzisztor esetében Ha UBE<-0,7V a tranzisztor vezet Ha UBE>-0,7V a tranzisztor lezár

Átviteli karakterisztika (NMOS ) küszöbfeszültség

A tranzisztor kapcsoló üzemmódja: zárt állapot Ha a tranzisztor nem kap vezérlő feszültséget, akkor lezár A kimeneti körben áram nem folyik. A tranzisztoron disszipálódó teljesítmény tehát gyakorlatilag 0

Ha a tranzisztort túlvezéreljük akkor telítésbe lép A kimeneti körben rövidzárlatként viselkedik: a tranzisztoron nulla a feszültségesés A tranzisztoron disszipálódó teljesítmény tehát gyakorlatilag 0 A tranzisztor kapcsoló üzemmódja: telített állapot

N-csatornás MOSFET kapcsoló Elméletileg a tranzisztor által felvett teljesítmény minden időpillanatban: 0 100%-os hatásfok

MOSFET kapcsoló szimulálása

Impulzusszélesség-moduláció (PWM) Kapcsolóüzemű tranzisztor vezérlése Négyszögjel kitöltési tényezőjének változtatása: PWM - Pulse Width Modulation Kitöltési-tényező (duty-time): 100%

Impulzusszélesség-moduláció u ki = a u ki ( u u ) be ref + Utáp, ha u = 0, ha ube = u Utáp, ha u megvalósítása a be ref be > u < u ref ref Egy feszültség komparátorral valósítható meg Az egyik bemenetre az erősítendő jelet, a másikra pedig egy nagyfrekvenciás háromszögjelet kapcsolunk

A bemeneti feszültség növekedik: a kimeneti impulzus szélessége is növekedik Impulzusszélesség-moduláció megvalósítása Uki Ube Uref

A bemeneti feszültség csökken: a kimeneti impulzus szélessége is csökken Impulzusszélesség-moduláció megvalósítása Uki Ube Uref

A PWM jel T Output 5.00 2.50 0.00-2.50-5.00 0.00 5.00m 10.00m 15.00m 20.00m Time (s) Alkalmas a végfokozat kapcsoló üzemmódbeli kivezérlésére. A periódusa állandóértékű (a referencia háromszögjel frekvenciája határozza meg). Minden periódus átlagértéke a bemeneti jel amplitúdójával arányos.

A PWM jel spektruma Alacsony frekvenciás összetevő (elsősorban az Ube hatására történő átlagérték változásoknak a következménye) magas frekvenciás összetevők (elsősorban a nagyfrekvenciás Uref jelnek köszönhetők)

A PWM jel szűrése Alul áteresztő szűrő karakterisztika Áteresztjük vágjuk 55

Ideális és elérhető kimeneti T 1.00 jelek 500.00m Output 0.00-500.00m -1.00 30.00m 40.00m 50.00m 60.00m 70.00m Time (s) 56

PWM jel szűrése T 1.00 szűrő Out1-1.00 800.00m Out3 Ube -800.00m 1.00-1.00 30.00m 40.00m 50.00m 60.00m 70.00m Time (s) T 5.00 Output 2.50 0.00 Az eredeti jel -2.50-5.00 0.00 5.00m 10.00m 15.00m 20.00m Time (s) PWM modulátor

D osztályú erősítő Bemeneti jel Magas frekvenciás referencia PWM modul átor D vég fok szűrő

PW M Kimenő teljesítmény növelése

Pozitív PWM jelre, 2 á PW M

Negatív PWM jelre, 2 á PW M

Végeredmény Két ellenütemben vezérelt fokozat esetén a kimeneti feszültség amplitúdója megduplázódik A terhelésre jutó maximális teljesítmény négyszer nagyobb lesz: p = u 2 R

Példa: 20W-tos, D osztályú, hangfrekvenciás IC 20W maximális teljesítmény 24V táp és 4Ω terhelő ellenállás esetén Teljes harmonikus torzítás (THD) + zaj = 0.04% @ 1W, 8Ω 93% hatásfok @ 20W Maximális PWM frekvencia1mhz 180mΩ a kapcsoló tranzisztorok veszteségi ellenállása

Torzítás - teljesítmény függvény 8Ω terhelés esetén 8W felett a torzítás rohamosan növekszik 4Ω terhelés esetén ez a határ 10W felett van

Hatásfok - teljesítmény függvény 8Ω terhelés esetén 8W felett haladja meg a 90% 4Ω terhelés esetén ez a határ 10W felett van

Erősítés - frekvencia függvény 8Ω terhelés esetén 30Hz az alsó határfrekvencia 4Ω terhelés esetén 40Hz A felső határfrekvencia mindkét esetben jóval nagyobb mint 20kHz