7/28/2019 3_04_erositok

1/40

3.7. Tranzisztoros erstk

3.7.1. Az erst feladata, s f jellemzi

A hradstechnika egyik leggyakrabban elfordul feladata a vltakozfeszltsgek erstse.A jelforrsok (rdivtel esetn az antenna, hangtvitel esetn a mikrofon stb., rszletesen ld. a ksbbifejezetekben) elektromosan olyan vltakozfeszltsg genertorral modellezhetk, amelyek

forrsfeszltsge sokszor csak nhny tized V vagy mV, ezeket a jeleket feldolgozsuk sorn V (esetleg 10vagy 100 V) nagysgrendre kell ersteni.

Az erst egszt az 1. bra szerinti tmb mutatja (az sszetett ramkrk mkdst ilyentmbkbl sszelltott tmbvzlaton szoktk bemutatni). Az erstend ube vltakozfeszltsget az erstbemenetre kapcsoljuk, az erst kimenetn uki erstett feszltsg jelenik meg.

1.bra

FeszltsgerstsA feszltsgersts a kimen s bemen feszltsg hnyadosa, jele Au, kiszmtsa:

be

ki

uu

uA =

Megjegyzs: 1. A bemenetre kapcsolt, s a kimeneten megjelen feszltsg fzishelyzete az erst

tulajdonsgaitl fggen - klnbzhet. Ha Au pozitv szm, az arra utal, hogy ube s uki fzisban van (ubenvekedsekor uki is n). Ha az erst fzisforgatsa (mint a 3.6.4. pont pldjban) 180-os, akkor ubenvekedsekor uki cskken, amit a kpletbe helyettestett uki negatv eljelvel jelznk, s gy Au erstsrtke negatvra addik.

2. Az erst vizsglatakor bemen jelknt szinuszos vltakozfeszltsget tteleznk fel.Mint Fouriermatematikai formban kimutatta, minden periodikus jel sszellthat klnbz frekvencij sfzis szinuszos jelek sszegeknt, gy ha az erst tulajdonsgait klnbz frekvencij szinuszosjelekre megismertk, e tulajdonsgokat tetszleges periodikus jelre vonatkoztatni tudjuk.

BemenellenllsA bemenetre kapcsolt ube feszltsg hatsra ibe bemen ram folyik, e kt mennyisg hnyadosa

hatrozza meg az erstbemenellenllst(Rbe):

be

be

bei

uR =

Az erst bemen kapcsai teht ube feszltsget szolgltat genertort Rbe ellenllssal zrjk le, agenertor az erst bemenett, mint Rbe nagysg lezr ellenllst ltja.

Kimen feszltsg s kimenellenllsHa az erstt nem zrjuk le terhel ellenllssal, nem folyik kimen ram (iki = 0). Jelljk az ekkor

mrhet kimen feszltsget uki0 -al, a feszltsgerstst pedig Au0-al:

be

kiuuuA 00 =

1

7/28/2019 3_04_erositok

2/40

Amikor az erst kimenetre Rt terhel ellenllst csatlakoztatunk, a kimen feszltsg uki-recskken, s Rt ellenllson iki (=uki/Rt) kimen ram alakul ki. Teht az erst kimenete gy viselkedik, mintegy valsgos feszltsggenertor: van forrsfeszltsge (uki0 = Au0ube) s bels ellenllsa [Rki = (uki0-uki)/iki].

Az ersthelyettestkpeFentiek alapjn az erst 1. brn lthat tmbjnek belseje gy modellezhet, mint- a bemen kapcsok felli Rbe ellenlls,- a kimen kapcsok fell egy valsgos feszltsggenertor, melynek forrsfeszltsge

uki0 = Au0ube, bels ellenllsa pedig Rki (ez az erst kimen ellenllsa).

E modell szerint az erst egsze (a be- s kimen kapcsaihoz csatlakoz ramkrk szempontjbl) a 2.bra szerinti ramkrrel helyettesthet (ezrt azt az erst vltakozram helyettestkpneknevezik).

2. bra

ramerstsHa a kimenet terhel ellenllssal le van zrva, folyik kimen ram, s rtelmezhet az erst

ramerstse:

be

ki

i

i

iA =

TeljestmnyerstsAz erst a bemenetn Pbe = ubeibe teljestmnyt vesz fel, mg a kimenetre kapcsolt Rt lezr

ellenllson Pki = ukiiki teljestmnyt ad le. gy a teljestmnyersts

iu

be

ki

be

ki

bebe

kiki

be

ki

P AAi

i

u

u

iu

iu

P

PA ====

Megjegyzs: Az erst mkdshez kls energiaforrst (tpfeszltsget) ignyel, ebbl veszi fel anagyobb kimen teljestmny ellltshoz szksges energit.

3.7.2. Az erstsek dB (decibel) logaritmikus egysgben

Az er

sts kifejezse logaritmikus egysgbenA ki- s bemen feszltsgek (ramok, teljestmnyek) ltal meghatrozott ersts mrtkegysgnlkli mrszm. Gyakran clszer, ha az ersts mrtkt logaritmikus egysgekbenfejezzk ki. Ekkor az ersts mrtkegysgt dB-ben (decibel-ben) kapjuk.

A megllapods szerint a teljestmnyersts logaritmikus szmtsa:

][lg10][

dBP

PA

be

kidB

P=

Plda:Egy amatrad teljestmnyerstje a bemenetn 10W teljestmnyt vesz fel, a kimenetre kapcsoltantennt pedig 100W teljestmnnyel hajtja meg. Mekkora a teljestmnyerstse?Megolds:

dBPPA

PPA

be

kidB

P

be

ki

P 1011010lg1010100lg10lg10,10

10100 ][ ========

2

7/28/2019 3_04_erositok

3/40

Ha az erst bemen ellenllsa R, s szintn R ellenllssal zrjuk le a kimenett is, a bemen ram

R

ui bebe =

a bemen teljestmny pedig

Ru

RuuiuP bebebebebebe

2

===

ugyangy szmolva, a kimen teljestmny

R

uP kiki

2

=

a teljestmnyersts pedig

2

2

2

2

2

===be

ki

be

ki

be

ki

be

ki

u

u

u

u

R

u

R

u

P

P

gy

be

ki

be

ki

be

kidB

u

u

u

u

P

PA lg20lg10lg10

2

][ =

==

addik.

Az ersts teht a ki- s bemen feszltsgekbl kzvetlenl is meghatrozhat az

be

kidB

uu

uA lg20

][ =

kplet segtsgvel.

Megjegyzs: A dB-ben val ersts szmtsnl a be- s kimen feszltsg abszolt rtkthelyettestjk akpletbe (az esetleges fzisforgatsra utal negatv eljelet nem vesszk figyelembe), teht uki/ube mindenesetben pozitv szm, melynek a logaritmusa rtelmezhet.

Plda:

Egy rdiad vgerstjnek bemen ellenllsa 50, a kimenetre szintn 50-os ellenllst mutatantennt kapcsolunk. A bemen feszltsg 5V, a kimeneten 50V feszltsg jelenik meg. Mekkora afeszltsgersts, a teljestmnyersts, illetve fejezzk ki az erstst dB-ben!Megolds:

105

50===

be

ki

uu

uA

1001022

==

==be

ki

be

ki

Pu

u

P

PA

dBu

uA

be

ki 2012010lg20lg20 ====

Megjegyzs: Figyeljk meg, hogy ugyanez az eredmny addott volna, ha az ersts dB-ben kifejezettrtkt nem a feszltsgek, hanem a teljestmnyek arnya alapjn hatrozzuk meg:

dBP

PA

be

ki 20210100lg10lg10 ====

gy a dB-ben val szmols egy elnyt mr ltjuk: (azonos bemen s lezr ellenlls esetn) ugyanaz adB rtk addik, akr a ki- s bemen teljestmnyek, akr a feszltsgek alapjn vgezzk a szmtst.

3

7/28/2019 3_04_erositok

4/40

Szmols logaritmikus egysgekkel

Ha az erst tnylegesen erst (a kimen teljestmny nagyobb, mint a bemen teljestmny), azersts 1-nl nagyobb, s mivel az 1-nl nagyobb szmok logaritmusa pozitv a dB-ben kifejezettersts rtke is pozitv lesz.

Ha az erst erstse kisebb, mint 1 (teht tnylegesen nem erst, hanem csillapt), a dB-benkifejezett ersts negatv eljel lesz, tekintettel arra, hogy az 1-nl kisebb szmok logaritmusa negatv.

Nhny teljestmnyviszonyhoz tartoz dB rtkeket rdemes megjegyezni, mert gy fejben isknnyen vgezhetnk kzelt dB/teljestmnyviszony, ill. dB/feszltsgviszony tszmtsokat:

dB Pki/Pbe Uki/Ube-60 10-6 0,001

-40 10-4 0,01-20 0,01 0,1-10 0,1 0,32-6 0,25 0,5-3 0,5 0,7-1 0,8 0,9O 1 11 1,3 1,1

3 2 1,46 4 210 10 3,220 100 1040 104 10060 106 1000

A decibel/teljestmnyviszony vagy decibel/feszltsgviszony fejben val szmtsnak alapja, hogya logaritmusok sszeadsa a szorzsnak, a logaritmusok kivonsa pedig az osztsnak felel meg.gy ha decibelben megadott rtkeket sszeadjuk, azzal a teljestmny (vagy feszltsg-)arnyokatsszeszorozzuk, mg a decibelben megadott rtkek kivonsa a teljestmny (feszltsg-) arnyok osztstjelenti.

Plda:1. Mekkora feszltsgviszonynak felel meg 14 dB?Vlasz: 14 dB = 20 dB 6 dB; a tblzatbl mr megjegyeztk, hogy 20 dB 10-szeres, 6 dB pedig 2-szrsfeszltsgviszonynak felel meg, a dB-ek kivonsa pedig a feszltsgviszonyok osztsnak, teht

20 dB - 6 dB = 14 dB10 : 2 = 5

azaz 14 dB megfelel tszrs feszltsgviszonynak.

2. Hny dB-nek felel meg 200-szoros feszltsgviszony?Vlasz: 200 = 100 2; a tblzatbl mr megjegyeztk, hogy 100-szeres feszltsgviszonynak 40 dB, 2-szrs feszltsgviszonynak 6 dB felel meg, s tudjuk, hogy a feszltsgviszonyok szorzsa a dB rtkeksszeadsnak felel meg, gy

100 2 = 20040 dB + 6 dB = 46 dB

azaz 200-szoros feszltsgviszonynak 46 dB felel meg.

3. Egy hlzat kimeneti teljestmnye a bemen teljestmny nyolcada. Hny dB-es erstsnek felel meg eza teljestmnyviszony?Vlasz: 1/8= . A tblzatbl mr megjegyeztk, hogy teljestmnyviszonynak 6 dB, teljestmnyviszonynak 3 dB felel meg, a szorzs pedig a dB-ek sszeadst jelenti:

= 1/8-6 dB + (-3 dB) = - 9 dB

Az eredmny 9 dB; a negatv eljel jelzi, hogy a hlzat nem erst, hanem csillapt.

Nmi gyakorls utn fejben is 15% krli pontossggal meg tudjuk hatrozni egy dB rtkheztartoz feszltsg (teljestmny-) viszonyt, s fordtva.

4

7/28/2019 3_04_erositok

5/40

3.7.3 Elvi erst alapkapcsolsok

Elvi s gyakorlati kapcsolsokAz erst alapkapcsolsok elvivizsglatnl csak a kapcsols legalapvetbb, jellemz

vltakozram tulajdonsgaival (ersts, be- s kimen ellenlls) foglalkozunk.Tnylegesen mkdkpes erst sszelltshoz be kell lltani az erstmunkapontjt(ld.

3.6.4. s 3.7.4. pont), azaz biztostani kell a tranzisztor mkdshez szksges egyenram belltsokat,gondoskodni kell a be- s kimen vltakoz feszltsgeknek az egyenfeszltsgtl val elvlasztsrl,valamint az ramkr megfelel pontjainak vltakozram fldelsrl is.

Az elvi erstkapcsolsok jellemziA tanzisztoros erst alapkapcsolsok aszimmetrikus zemben dolgoznak, azaz be- s kimen

feszltsgket a fldhzkpest mrjk. Attl fggen, hogy a tranzisztor melyik elektrdja van(vltakozramlag!) a fldpotencilon, hrom fle alapkapcsolst klnbztetnk meg:

Fldelt emitteres kapcsolsFldelt emitteres kapcsolsban (melynek vzlatt a 4. bra mutatja) a tranzisztor emittere

vltakozramlag fldpotencilon van (az brn az emitter tnylegesen le van fldelve). A bemenfeszltsg a bzisra (azaz a bzis s a fldpont kz, gy a bzis s az emitter kz) kerl. A kimenfeszltsget a kollektorram R munkaellenllson ejti.

4. braTranzisztor fldelt emitteres alapkapcsolsa

A fldelt emitteres kapcsols jellemzi:Ersts: >1, fzist fordtBemen ellenlls: kzepesKimen ellenlls: kzepes

Fldelt bzis kapcsolsA 5. brn bemutatott fldelt bzis kapcsolsban a bzis van vltakozramlag (az brn

tnylegesen is) lefldelve. Ennek megfelelen a bemen feszltsget az emitterre (azaz az emitter s a fld,teht az emitter s a bzis kz) adjuk, a kimen feszltsget itt is a kollektorram ejti R munkaellenllson.

5. braTranzisztoros erst fldelt bzis alapkapcsolsa

5

7/28/2019 3_04_erositok

6/40

7/28/2019 3_04_erositok

7/40

7. bra

Fldelt emitteres erst (munkapontbellts: bzisosztval)

A szmtsok egyszerstse cljbl ttelezzk fel, hogy Q1 szilcium tranzisztor ramerstsitnyezje () igen nagy, pl. = 500.

A munkaponti bzisfeszltsg meghatrozsaA munkaponti adatok meghatrozst a bzisfeszltsg kiszmtsval kezdjk.(Minden pont potenciljt a fldponthoz kpest adjuk meg.)Felttelezsnk szerint az alkalmazott tranzisztor ramerstsi tnyezje (azaz a kollektorram s

a bzisram viszonya) igen nagy, emiatt a bzisram igen kicsi. Ha a bzisram elhanyagolhat az R1 - R2ellenllsokbl ll bzisosztn foly ramhoz kpest, akkor az egyszersg kedvrt gy tekinthetjk, hogya bzisram 0. A bzisoszt rama

I0 = Ut / (R1 + R2) = 12V / 100k = 120 A,

a bzis UB munkaponti feszltsge pedig az I0 ram ltal R2 ellenllson ejtett feszltsg:

UB = IB 0 R2 = 120 A 18k = 120 10 18 10 = 2,16V-6 3

(Az ramot amperben, az ellenllst ohmban rtuk a kpletbe, gy az eredmnyt voltban kaptuk.)

A munkaponti emitterfeszltsg meghatrozsaA tranzisztor mkdshez szksges, hogy emitterdidja nyitva (kollektordidja pedig zrva)

legyen. A szilciumtranzisztor nyitott emitterdidjn 0,5...0,7V feszltsg esik. A pontos feszltsg csak azadott tranzisztor EB didja karakterisztikjnak ismeretben lenne meghatrozhat, ennek hinyban aztfelttelezzk, hogy a bzis-emitter didn es nyitfeszltsg 0,6V.

A bzis fldhz kpest mrt feszltsge 2,16V. Ez a feszltsg kt rszre oszlik: a 0,6V-nak

felttelezett UBE feszltsgre, valamint az UE emitterfeszltsgre (8. bra).

8. braA bzis- s emitterfeszltsg alakulsa

7

7/28/2019 3_04_erositok

8/40

Kirchhoff huroktrvnyt alkalmazva

UB = UB BE + UEamibl

UE = UB - UBE

Jelen esetbenUE = UB - UBE = 2,16V - 0,6V = 1,56V

addik.

A munkaponti emitterram meghatrozsaAz emitterfeszltsg az emitter s a fld kztt esik, teht ppen RE ellenllson. gy Ohm trvnye

segtsgvel kiszmthat az RE ellenllson foly ram, amely (mivel CE kondenztoron egyenram nemfolyik) megegyezik az emitterrammal.

IE = UE / REAz adott kapcsolsnl

IE = UE / RE = 1,56V / 1,5k = 1,04 mA

A munkaponti kollektorram meghatrozsaA tranzisztor ramaira vonatkoz

IE = IC + IB

egyenletben a tranzisztor nagy ( = 500) ramerstse miatt a bzisram a kollektorramhoz kpestelhanyagolhat, gy j kzeltssel

IC = IEazaz jelen esetben

IC = IE = 1,04 mA

A munkaponti kollektorfeszltsg meghatrozsaA kollektorfeszltsget megkaphatjuk, ha a tpfeszltsgbl kivonjuk az RC ellenllson esfeszltsget:

UC = Ut - IC RC = 12V - 1,04 mA 5,6 k = 12V - 5,82V = 6,18V

Ezzel a munkaponti adatokat meghatroztuk:

UB0 = 2,16VUE0 = 1,56VUC0 = 6,18VIC0 = 1,04 mA

Az erst jelalakjaiA munkaponti adatok megadjk az erst jellemz egyenfeszltsgeit, s ramait kivezrls nlkl,

azaz akkor, amikor az erst bemenetre nem kapcsolunk erstend vltakozfeszltsget.Az erstend vltakozfeszltsget ube genertor szolgltatja. Ez a fldponthoz kpesti

szinuszfeszltsg, teht a bemen feszltsg elektrolitikus kzprtke 0, azaz a bemen feszltsgegyenfeszltsg szempontbl fldpotencilon van. A munkapont belltshoz azonban a bzist 2,16Vegyenfeszltsgre emeltk, ezrt az erst bemen pontja s a tranzisztor bzisa kz olyan alkatrszt kellhelyeznnk, amely az egyenfeszltsget nem engedi t, viszont a vltakozfeszltsget igen. Ez azalkatrsz C1 elektrolitkondenztor, amelynek 100F kapacitsa elg nagy ahhoz, hogy a mkdsifrekvencin tanstott reaktancija elhanyagolhatan kicsi legyen. (Figyeljk meg, hogy az ELKO pozitvkivezetse van a bzissal sszektve, hiszen a bzis potencilja a fldnl 2,16V-al pozitvabb.)

Az erst kimenete a tranzisztor kollektora, amelynek munkaponti feszltsge 6,18V. Rt terhel

ellenllsra csak a felerstett vltakozfeszltsget bocstjuk; a megolds szintn egy, azegyenfeszltsget levlaszt, de a vltakoz feszltsg szmra elhanyagolhatan kis reaktancit tanstcsatol elektrolitkondenztor (C2) alkalmazsa. (Itt a tranzisztor kollektora a pozitvabb, ezrt az ELKOpozitv kivezetse a kollektorhoz csatlakozik.)

8

7/28/2019 3_04_erositok

9/40

Ahhoz, hogy a bemen feszltsg a tranzisztor bzisa s emittere kz kapcsoldjon, az emittertfldelni kell. A munkapont belltsnak rszeknt azonban az emitter a fldhz kpest 1,56Vegyenfeszltsgen van, teht a fldels csak vltakozram szempontblvgezhet el, ezt biztostja CEELKO, amelynek a mkdsi frekvencin szintn elhanyagolhatan kicsi a reaktancija.

Az erst feszltsgerstse (valamint be- s kimen ellenllsa) matematikai mdszerekkelmeghatrozhat, de terjedelmnk nem ad lehetsget a vltakozram vizsglat elvgzsre. gy be kellrnnk a szmts eredmnyvel, mely szerint az erst feszltsgerstse Au = 75,6. A negatv eljel aztjelzi, hogy az erst fzist fordt: a bemen feszltsg nvekedsekor n a bzisfeszltsg (mg azemitterfeszltsg vltozatlan), gy n a bzis-emitter feszltsg, ez pedig a tranzisztor kollektorramnaknvekedst okozza. A kollektorram nvekedse miatt n a kollektorellenllson es feszltsg, skevesebb feszltsg jut a tranzisztor kollektorra (vagyis a kollektor s a fldpont kz). Teht a bemenfeszltsg nvekedsekor a kimen feszltsg cskkent, ez a fzisfordts.

Az erst pontjain mrhet jelalakokat ubemax=10 mV-os, 1 kHz-es frekvencij (T = 1 ms) szinuszosjel esetn a 9. brn lthatjuk.

Mint ltjuk, a bemen feszltsg a fldpont krl vltakozik 10 mV amplitdval. C1 kondenztoronkeresztl e feszltsg vltakoz komponense a bzisra kerl (UB), ezrt a szinuszjel rl a munkapontiB2,16V-os bzisfeszltsgre (annak maximlis rtke 2,17, minimuma 2,15V lesz). A kollektoron (UC) afelerstett jel (melynek amplitudja Au ube= -75,6 10 mV = -756 mV, a negatv eljel mutatja, hogy abemen feszltsg nvekedsekor a kimen feszltsg cskken) a munkaponti kollektorfeszltsgreszuperponldik ( = l r). Az egyenfeszltsget C2 levlasztja, s Rt ellenllson megjelen uki feszltsg

mr a fldponthoz kpesti 756 mV amplitudj vltakozfeszltsg.

9. bra

9

7/28/2019 3_04_erositok

10/40

Fldelt bzis kapcsolsA fldelt bzis kapcsolsban a tranzisztor bzisa vltakozramlag fldelve van, az erst

bemenete a tranzisztor emittere. A kimen jelet (ugyangy, mint a fldelt emitteres erstnl) a kollektorrlvesszk le.

A tranzisztor munkapontjt ugyangy lltjuk be, mint a fldelt emitteres erstnl, pl. az 10. brnbemutatott kapcsolsban ez bzisosztvaltrtnik. Abbl a clbl, hogy a szmts eredmnyeit knnyenssze lehessen hasonltani a fldelt emitteres erst szmtsnl addott eredmnyekkel, a kapcsolselemei azonos rtkek a 7. brn megadottakkal.

10. braFldelt bzis erst (munkapontbellts: bzisosztval)

A bzis vltakozram fldelst CB kondenztor vgzi. A szmts egyszerstse rdekbenismt ttelezzk fel, hogy a tranzisztor ramerstsi tnyezje igen nagy.

B

A munkaponti adatok meghatrozsa

Tekintettel arra, hogy a kapcsols egyenramlag megegyezik a 7. brn bemutatottal, munkapontiadatai is azonosak az ott kiszmtottakkal:

UB0 = 2,16VUE0 = 1,56VUC0 = 6,18VIC0 = 1,04 mA

A kt hasonl kapcsols kzt klnbsg csak a vltakozram mkdsben van. A fldeltemitteres erst emitterpontjt fldeltk (hidegtettk) egy nagy kapacits (azaz a mkdsi frekvencinvltakozram szempontbl rvidzrnak tekinthet) kondenztorral, s egy msik ugyanilyenkondenztorral vezettk a bemen jelet a tranzisztor bzisra, addig a fldelt bzis kapcsolsban a bzistfldeljk vltakozram szempontbl, s a bemen jelet az emitterre vezetjk.

A bemen jel a fldelt bzis kapcsolsban is a tranzisztor bzisa s emittere kz krl, de most abemen feszltsg nvekedsekor az emitterfeszltsg n, teht (vltozatlan bzisfeszltsg mellett) abzis-emitter feszltsg cskken. Ezrt a tranzisztor kollektorrama s a kollektorellenllson es feszltsgcskken, a kollektorfeszltsg pedig n, azaz a fokozat nem fordt fzist. A feszltsgersts nagysga - azazonos egyenram bellts miatt ugyanakkora, mint a fldelt emitteres kapcsolsban. A kapcsolsjelalakjait a 11. bra mutatja.

A 10 mV amplitudj bemen feszltsg vltozatlan, de a csatol kondenztoron keresztl vltakozkomponense UE emitterfeszltsgre szuperponldik, gy annak rtke 1,551,57V cscsrtkek kzttvltozik.

10

7/28/2019 3_04_erositok

11/40

A kollektoron a vltakoz feszltsg szintn 75,6-szorosra ersdik (amplitudja 756 mV), defzisfordts nincs; a jel azonos fzis a bemen jellel, s a munkaponti 6,18V kollektorfeszltsgreszuperponldik. gy a kollektorfeszltsg minimuma 5,424V, maximuma 6,936V.

C2 kimeneti csatol kondenztor levlasztja a kollektor 6,18V-os munkaponti feszltsgt, s aterhel ellenllsra csak a vltakoz komponens, uki = 756 mV amplitudj szinuszjel kerl.

11. bra

Fldelt kollektoros kapcsolsAz ramkr kapcsolst a 12. bra mutatja. A munkapontbellt elemek rtke azonos a fldelt

emitteres illetve fldelt bzis kapcsolsban alkalmazottakkal, azzal az eltrssel, hogy a fldelt kollektoroskapcsols sajtossgainak megfelelen nincs kollektorkri ellenlls. A kollektor kzvetlenl a(vltakozram szempontbl fldpotencilon lv) tpfeszltsgre csatlakozik.

Az erst bemenete a tranzisztor bzisa, kimenete a tranzisztor emittere.A fokozat munkapontjnak szmtsa (a kollektorfeszltsg kivtelvel) megegyezik a bzisosztval

belltott fldelt emitteres (illetve fldelt bzis) kapcsolsnl alkalmazottal. Mivel az alkatrszek azonosak, aszmszer eredmnyek is megegyeznek:

UB0 = 2,16V

UE0 = 1,56VIC0 = 1,04 mAKivtelt kpez a kollektorfeszltsg, amely megegyezik a tpfeszltsggel:UC0 = Ut = 12V

11

7/28/2019 3_04_erositok

12/40

12. bra

Fldelt kollektoros kapcsols (emitterkvet)

A kapcsols egyszerstett mkdse a kvetkez: ube bemen feszltsget C1 (azegyenfeszltsget levlaszt) kondenztoron keresztl juttatjuk a bzisra. Ha ugyangy, mint amunkaponti feszltsgek szmtsnl gy tekintjk, hogy a bzis feszltsge mindig 0,6V-al magasabb,mint az emitter, akkor az emitter feszltsge kveti a bzis feszltsgt (mindig 0,6V-al alacsonyabbannl). Ezrt ezt a kapcsolst msknt emitterkvetneknevezik. gy az emitterrl C2 kondenztorralkicsatolt kimen jel ugyanolyan amplitudj vltakozfeszltsg lesz, mint ube, azaz a fokozatfeszltsgerstse

1==be

ki

u

u

uA

Megjegyzs: Tnylegesen a bzis-emitter feszltsg nem lland, mint a fenti egyszerst felttelezsszerint, hanem a pillanatnyi emitterram fggvnyben kis mrtkben vltozik (ezt mutatja a tranzisztorbemen karakterisztikja, ld. 3.6.3. pont 31. bra), ezrt az emitterkvet erstse 1-nl valamivel kisebb:

Au < 1

Felvetdik a krds, hogy mi indokolja az emitterkvet alkalmazst, ha az a feszltsget nemersti, hanem csillaptja. A magyarzat az, hogy a fokozat teljestmnyt erst: nagy bemen ellenllsamiatt a meghajt genertorrl kis teljestmnyt (ube

2/Rbe) vesz fel, mg a kimen ellenllsa kicsi, ezrt nagyteljestmnyt tud leadni.

Ha pl. egy nagy bels ellenlls genertorhoz kis terhel ellenllst kell csatlakoztatni. Kzvetlen

sszekapcsols esetn a genertor forrsfeszltsgnek nagy rsze a bels ellenllsn esne, a terhelellenllsra alig jutna feszltsg. A genertor s a terhels kz emitterkvett helyezve, az nagy bemenellenllsval terheli csak a genertort, gy a genertor forrsfeszltsgnek nagy rsze az emitterkvetbemenetre kerl. Kzel ugyanez a feszltsg jelenik meg a kimenetn, kis kimen ellenllsa miatt akkoris, ha a terhel ellenlls kicsi.

Az emitterkvet jelalakjait a 13. bra mutatja. A bemen jel tovbbra is 10 mV amplitudj, 1 kHz-es (T = 1 ms) szinuszjel, amely C1 kondenztoron keresztl jut a tranzisztor bzisra, s ott a 2,16V-osmunkaponti feszltsgre szuperponldik (UB), gy cscsrtkei 2,15V s 2,17V lesznek. Az emitterenfelttelezsnk szerint a bzisfeszltsgnl mindig 0,6V-al kisebb feszltsg jelenik meg (U

B

E), ennekmegfelelen itt a feszltsg cscsrtkei 1,55V ill. 1.57V. C2 kondenztor az egyenfeszltsget levlasztja,s Rt ellenllsra csak az emitterfeszltsg vltakoz komponenst, a 10 mV amplitudj szinuszjeletengedi.

12

7/28/2019 3_04_erositok

13/40

13. bra

A 12. bra szerinti emitterkvet kapcsolsban a fokozat bemen ellenllst cskkenti a bzisosztR1 s R2 ellenllsainak - vltakozram szempontbl a bemenet s a fldpont kztt mutatkoz ellenllsa, ez kedveztlen az elvrt nagy bemen ellenlls szempontjbl.

Az emitterkvet bemen ellenllsnak nvelse rdekben gyakran alkalmazzk a 14. braszerinti kapcsolst. A mkdsi frekvencin vltakozram rvidzrnak tekinthet C kondenztor rvn akimen feszltsg (amely gyakorlatilag azonos a bemen feszltsggel) a bzisoszt kzs pontjra jut, gyRB bzisellenlls mindkt sarkra kzel azonos vltakozfeszltsg kerl. Ezrt az ellenllson nem folyika bemenetet terhel vltakozram, azaz a fokozat bemen ellenllsa jelentsen megn. Egyebekben afokozat mkdse azonos a 12. bra kapcsolsval.

B

13

7/28/2019 3_04_erositok

14/40

14. bra

3.7.5. Unipolris (trvezrls, FET) tranzisztorokkal felptett erstk

Mindhrom elvi erstkapcsols kivitelezhet trvezrls tranzisztorokkal is. Termszetesen aFET elektrda elnevezseinek megfelelen a kapcsolsok elnevezse vltozik (fldelt source, fldelt gate,fldelt drain). Az alapkapcsolsok tulajdonsgai nmikppen klnbznek a bipolris tranzisztorosvltozathoz kpest (pl. a FET igen nagy bemen ellenllsa miatt a fldelt source-s kapcsols bemenellenllsa is nagyon nagy).

A munkapont belltsa JFET s kirtses MOSFET esetnAz n-csatorns JFET s kirtses MOS FET egyarnt olyan munkapontot ignyel, amelyben a

gatefeszltsg negatvabb a sourcefeszltsgnl.

A szoksos kapcsolst mr az elektroncsves technikban is alkalmaztk automatikusrcselfeszltsg bellt ramkr nven. A kapcsolst a 15. bra mutatja.

15. bran csatorns JFET (s kirtses MOS FET) munkapontbelltsa

Az alapvet problma, hogy - mikzben az n csatorns eszkz a fldhz/source-hoz kpest pozitvdrainfeszltsget ignyel, a megfelel munkapont belltshoz negatv gatefeszltsgre van szksg.Azrt, hogy ne kelljen ezrt kln negatv tpfeszltsget alkalmazni, a negatv gatefeszltsget a kvetkez

mdon lltjk el:

14

7/28/2019 3_04_erositok

15/40

A gate RG ellenllson keresztl a fldre van ktve. RG-n csak a gate egyenram folyik keresztl,amely elenysz nagysg, ezrt gy lehet tekinteni, hogy (br RG viszonylag nagy rtk) rajta mgsemesik feszltsg. Ezrt a gate egyenfeszltsge megegyezik a fldpont feszltsgvel.

IS source ram (amely, mivel a gate ram elhanyagolhat, megegyezik a drain rammal), RSellenllson folyik keresztl, s azon

US = IS RSfeszltsget ejt, teht a source a fldhz kpest +US egyenfeszltsgen van. Ez egyttal azt jelenti, hogy afld a source-nl US feszltsggel negatvabb. A gate egyenfeszltsge viszont a fld feszltsggel egyezikmeg, teht a gate US-el negatvabb, mint a source feszltsg, azaz a munkapontot belltottuk.

Ha a FET karakterisztikja ismert, az IS0 munkaponti ram belltshoz szksges RS ellenllst akvetkez mdon hatrozhatjuk meg (ld. a 16. brt).

16. braRS meghatrozsa

Ttelezzk fel, hogy a belltand munkaponti ram 5 mA. A FET karakterisztikjbl leolvassuk,hogy ID= 5 mA ramhoz UGS= -2,35V feszltsg tartozik.

Mivel a 2,35V UGS feszltsg RS ellenllson IS=ID=5 mA ram hatsra esik,

=== kmA

V

I

UR

D

GS

S 47,05

35,2

addik.Vltakozram szempontbl a source-t CS fldeli. A bemen jel C1-en keresztl jut a gate-re. A

fokozat bemen ellenllsa Rbe=RG (ez M nagysgrend szokott lenni), mert maga a FET gategyakorlatilag vgtelen bemen ellenllst tanst.

A munkapont belltsa nvekmnyes MOS FET esetn

A n csatorns nvekmnyes MOS FET munkapontjnak a belltshoz pozitv tpfeszltsg mellett

pozitv gate-elfeszltsget kell biztostani. Egy szoksos mdszert a 17. bra mutat.

17. bran csatorns nvekmnyes MOS FET munkapontbelltsa

15

7/28/2019 3_04_erositok

16/40

Mivel gate egyenram nem folyik, R1 s R2 ellenllson nem esik egyenfeszltsg, ezrt UGS=UDS.Ez a munkapontbellts ltalban kedvez a nvekmnyes MOS FET esetn. Ha a FET karakterisztikjaismert, a kvnt ID munkaponti ramhoz tartoz UGS feszltsget a 16 brn bemutatott szerkesztssel lehetmeghatrozni, majd

D

GSt

D

DStD

IUU

IUUR ==

alapjn RD rtkt. kiszmtani. CH hidegt kondenztor megakadlyozza, hogy a DC munkapontstabilizlvisszacsatols vltakozram szempontbl is rvnyesljn.

R1 s R2 meghatrozsnl azt kell figyelembe venni, hogy a fokozat bemen ellenllsa R1 lesz.

3.7.6. Tbb fokozat erstk

Az egy tranzisztorral felptett (egyfokozat) erstvel az esetek nagyobb rszben nem lehet

kielgteni az er

sts, be- ill. kimen

ellenlls (esetleg kis torzts) irnti ignyeket. Ilyen esetben tbberst fokozatot kapcsolnak egyms utn olyan mdon, hogy az els erst kimen jele szolgltatja amsodik erst bemen jelt, a msodik kimen jele a harmadik bemen jelt, s gy tovbb. Az erstkilyen sszekapcsolst kaszkd(vagy lnc) kapcsolsnak nevezik. A 18. brn egy hromfokozat ersttmbvzlatt ltjuk.

18. braLncba (kaszkdba) kapcsolt erstk

Ha az els erst erstse Au1, s bemenetre ube feszltsget kapcsolunk, kimenetn Au1ubefeszltsg jelenik meg, ez kerl a msodik fokozat bemenetre. Ha a msodik fokozat erstse Au2, annakkimenetn a jel nagysga Au1Au2ube, ez lesz az Au3 ersts harmadik fokozat bemen jele. A kimeneten gyAu1Au2Au3ube jel jelenik meg, azaz az egsz erstlnc erstse

Au = Au1Au2 Au3

azaz az egyes fokozatok erstsnek szorzata lesz.

A szmts mg egyszerbb vlik, ha az erstst dB-ben szmoljuk, ekkor ugyanis (tekintettelarra, hogy a szorzat logaritmusa a szorztnyezk logaritmusnak sszege) az egyes fokozatokerstsnek dB-ben megadott rtkt egyszeren ssze kell adni:

AudB = Au1

dB + Au2dB + Au3

dB

Az egyes erstfokozatokat galvanikusan, RC csatolssal, illetve transzformtoros csatolssallehet

egyms utn (kaszkdba, lncba) kapcsolni.

Galvanikus csatolsA legegyszerbbnek ltsz (s egyenfeszltsg erstsre egyedl alkalmas) megolds, ha az

erstfokozatokat egyenramlag, galvanikusan csatoljk egymshoz (19. bra).

16

7/28/2019 3_04_erositok

17/40

19. braGalvanikus csatols ktfokozat erst

A T1 tranzisztor munkapontjt az R1-R2 bzisoszt s RE1 emitterellenlls lltja be, a T2tranzisztort viszont T1 munkaponti kollektorfeszltsge s RE2 emitterellenlls. (Mivel a fokozatokmunkapontjt az elz fokozat munkapontja lltja be, tbb fokozat erstnl nehezen oldhat meg, hogyvalamennyi fokozat optimlis munkapontban zemeljen.)

Ha a fokozattal egyenfeszltsget is ersteni kvnunk, nem alkalmazhatunk az emitterellenllsttblokkol kondenztort, hiszen az egyenfeszltsgen szakadsknt viselkedik, nem hidegt.

A galvanikus csatols hibja, hogy az els fokozat munkaponti feszltsgnek (pl. a krnyezetihmrsklet megvltozsa miatti) kis vltozsai is ersdnek a tovbbi fokozatokon (gy a kimen feszltsgfolyamatosan vltozik), s ha az erstlnc erstse nagy, az utols fokozat munkapontja gy eltoldhat,hogy az egsz erstlnc mkdskptelenn vlik. Pl. ha egy hromfokozat erst fokozatai egyenknt50-et erstenek, s az els tranzisztor kollektorn csak 5 mV-ot vltozik a munkaponti feszltsg, az amsodik tranzisztor kollektorn 250 mV, a harmadik tranzisztor kollektorn mr 12,5V feszltsgvltozsteredmnyez(ne), azaz, ha a tpfeszltsg 12V, az utols tranzisztor teljesen kinyit vagy lezr, teht analgzemmdjbl kikerl, nem erst.

A problmt specilis, tbb tranzisztort ignyl kapcsolssal (differencilerst), illetve ers negatvvisszacsatolssal lehet megoldani (ld. a 3.7.8. s 3.7.11. pontban).

RC csatolsA diszkrt (=nem integrlt) ramkrkbl sszelltott erstkben leggyakrabban alkalmazott

csatolsi md az RC csatols (20. bra).

Az egyes erstfokozatok munkapontjt egymstl fggetlenl lehet belltani, teht valamennyitranzisztor optimlis munkapontba llthat. Az erstend jel C1, C2, C3 csatolkondenztorokon keresztljut a kvetkez fokozatra illetve a terhelsre. A csatolkondenztorok (s az emitterellenllsokat tblokkolkondenztorok) alkalmazsa miatt az ersts a kis frekvencikon cskken. Az eddigiekben gy tekintettk,hogy a csatol s hidegt kondenztorok a mkdsi frekvencin rvidzrnak tekinthetk. A frekvenciacskkensvel azonban a kondenztorok reaktancija XC=1/C sszefggs alapjn n, gy ez a kzeltskis frekvencikon mr nem alkalmazhat. (Pl. kis frekvencikon a 20. bra kapcsolsban a bemenetrekapcsolt feszltsgnek csak egy rsze jut Q1 tranzisztor bzisra, msik rsze C1 kondenztoron esik.Ugyangy, a Q2 tranzisztor kollektorn megjelen kimen feszltsgnek egy rsze C3 kondenztoron esik, scsak msik rsze jut Rt terhelsre.)

17

7/28/2019 3_04_erositok

18/40

20. braRC csatols ktfokozat erst

Az erstlnc az egyenfeszltsget rtelemszeren nem ersti, gy egy fokozatmunkaponti feszltsgek megvltozsa nem hat ki a kvetkez fokozat munkapontjra.

Transzformtoros csatolsTranszformtoros csatols esetn az erstfokozatok munkaellenllsa a csatol transzformtor

primer tekercse, mg a kvetkez fokozat bemenetre vagy a terhelsre a jel a transzformtor szekundertekercsbl jut (21. bra).

21. braKtfokozat transzformtoros csatols erst

A munkapont belltsa fokozatonknt trtnik. A msodik tranzisztor munkapontjt az R3 - R4bzisoszt s RE2 emitterellenlls lltja be. A bzisoszt ltal leosztott feszltsg a Tr1 transzformtor(egyenramlag rvidzrnak tekinthet) szekunder tekercsn keresztl jut a bzisra. A szekunder

tekercsben indukldott vltakozfeszltsg erre az egyenfeszltsgre szuperponldik, ezt er

sti T2tranzisztor. A tranzisztor kollektorkrben Tr2 transzformtor primer tekercse tallhat, a szekundertekercsre Rt terhel ellenlls kapcsoldik.

18

7/28/2019 3_04_erositok

19/40

3.7.7. Az erstk frekvenciamenete

Az RC csatols erstk tulajdonsgai kztt emltettk, hogy a csatol s hidegt kondenztorokalkalmazsa miatt az ersts kis frekvencikon cskken (ez egy fokozat erstre is igaz, ha abban csatolill. hidegt kondenztort hasznlunk). Az erstals hatrfrekvencijnak(fa) azt a frekvencit nevezik,

ahol az ersts 3 dB-el (azaz a kimen feszltsg 1 2/ -ed rszre, a kimen teljestmny pedig a

felre) cskken.

Megjegyzs: galvanikusan csatolt erst az egyenfeszltsget is ersti, teht als hatrfrekvencija fa = 0.

Az ersts a frekvencia nvekedtvelis cskken, a csatols mdjtl fggetlenl Ennek oka, hogyaz ellenllsokkal - gy az erstfokozat munkaellenllsval s a terhel ellenllssal is - szrt kapacitsokilletve az erst elemek bels kapacitsai kapcsoldnak prhuzamosan. (Szrt kapacitsnak nevezzkazokat a kapacitsokat, amelyek szndkunk ellenre elkerlhetetlenl jnnek ltre az ramkrben: ilyen pl.az egymssal prhuzamosan fut vezetkek vagy alkatrsz kivezetsek kztt fellp kapacits. Ezeknek aszzad vagy tized pF nagysgrend kapacitsoknak a reaktancija kisebb frekvencikon szinte vgtelen,azonban a frekvencia nvekedtvel sszemrhetv vlik az ramkr egyb ellenllsaival, s ekkorhatsuk mr nem hanyagolhat el.)

A 22. bra szerinti kapcsolsban a tranzisztor i kollektorrama kt rszre oszlik: iR ram folyik Rvvltakozram munkaellenllson, s iC a vele prhuzamos Csz szrt kapacitson.

22. braramviszonyok a tranzisztoros erstben a fels hatrfrekvencin

A prhuzamosan kapcsold Rv s Csz elemeken ugyanaz az u feszltsg esik (ugyanez afeszltsg ellenkez eljellel lesz az erstfokozat kimen feszltsge); az Rv ellenllson foly iR ram efeszltsggel azonos fzis, mg a Csz kapacitson foly ram 90 fokkal siet az u feszltsghez kpest, minta vektorbra mutatja.

A frekvencia nvekedsvel a kondenztor reaktancija cskken, ezrt rajta az i kollektorram egyrenagyobb hnyada folyik t, s ezrt iR s ezzel egytt u = IR Rv kimen feszltsg egyre kisebb lesz.

A fels hatrfrekvencia az a frekvencia, ahol a kimen feszltsg a kzepes frekvencis rtkhezkpest 3 dB-el, azaz 2/1 -ed rszre cskken. A 22. bra vektorbrja ppen ezt az llapotot mutatja:

ezen a frekvencin iR = iC= i / 2 . A fels hatrfrekvencin teht Rv ellenllson s Csz kapacitson azonos

kapocsfeszltsg mellett azonos ram folyik keresztl, azaz impedancijuk is megegyezik:

szfv C

1R

=

ebbl kifejezve a fels hatrfrekvencia

szvf CR

1=

szv

f

fCR

f

=

=2

1

2

19

7/28/2019 3_04_erositok

20/40

A fels hatrfrekvencin a kimen feszltsg, gy az ersts is 3 dB-el cskken.

Az erst erstsnek frekvencia fggvnyben val vltozst (az erstfrekvenciamenett)grafikonon szoks brzolni, amelynek vzszintes tengelyre a frekvencit logaritmikus lptkben mrik fel,fggleges tengelye szintn logaritmikus egysgben (dB) mutatja az ersts vltozst (23. bra).

23. bra

3.7.8. Visszacsatols

Visszacsatols alatt az erst kimen jele egy rsznek a bemenetre val visszajuttatst rtjk. Azerstt gy az eredetileg a bemenetre adott jel s a visszacsatolt jel eredje vezrli.

Amennyiben a visszacsatolt jel a bemenetre adott jellel azonos fzis, (ilyenkor a kt jel eredje azsszegk)pozitv, mg ha ellenttes fzis (ekkor a jelek eredje a klnbsgk), negatv visszacsatolsrlbeszlnk.

Negatv visszacsatolssalaz erst klnbz tulajdonsgai (erstse, hatrfrekvencii, be- skimen ellenllsa, munkapontjnak stabilitsa) elnysen befolysolhatk.

Pozitv visszacsatolstltalban rezgs keltse cljbl, szinuszos oszcilltoroknl alkalmaznak.

3.7.9. Nagyfrekvencis hangolt erstk

Hangolt erstSokszor nem szksges, hogy az erst kis frekvencikon is mkdjn, hanem kifejezetten egy

frekvencin s annak a krnykn (pl. egy rdiad adsi frekvencijn) kell ersteni. Ilyen esetben, ha mra szrt kapacitsokat nem tudjuk cskkenteni, felhasznljuk azokatolyan mdon, hogy az erstfokozatmunkaellenllsval prhuzamosan egy prhuzamos rezgkrtkapcsolunk, melyben a kondenztorkapacitsa magba foglalja a szrt kapacitsokat is. (24. bra)

24. braHangolt erst

20

7/28/2019 3_04_erositok

21/40

A prhuzamos rezgkr impedancija rezonanciafrekvencin elvileg vgtelen, teht ha a rezgkrt

az erst kvnt mkdsi frekvencijra hangoljuk, akkor ezen a frekvencin csak R munkaellenllsrvnyesl.

A rezonanciafrekvencia krnyezetben a rezgkr impedancija cskken. Annak a kt frekvencinak

a klnbsge, ahol az impedancia 2/1 rszre cskken, a rezgkrB svszlessge (ld. 3.2.4. pont). A25. bra a rezgkr impedancijt mutatja a krfrekvencia fggvnyben (a krfrekvenciban kifejezett

svszlessgetB-vel jellik, B=B/2.B

25. bra

A prhuzamos rezgkr svszlessge annl nagyobb, minl kisebb a rezgkr R vesztesgiellenllsa.

A 24. bra szerinti erst tranzisztornak kollektorrama a rezgkr impedancijn ejt feszltsget,(ez a kimen feszltsg), gy a kimen feszltsg, s ezzel a fokozat erstse ugyanolyan mdon vltozik afrekvencia fggvnyben, mint a rezgkr impedancija. Az erst frekvenciamenete teht megegyezik a25. brn lthat grbvel.

A valsgos rezgkr mint munkaellenlls

A hangolt erstk tnylegesen a 24. bra szerint llthatk ssze, azonban a szmtsoknlfigyelembe kell venni, hogy a rezgkr nem idelis, hanem valsgos ramkri elemekbl ll, ezrt magnaka rezgkrnek is vesztesgei vannak. A prhuzamos rezgkr vesztesgei egy, a rezgkrrel szintnprhuzamosan kapcsold vesztesgi ellenllsba vonhatak ssze. Ezt a vesztesgi ellenllst mutatja aprhuzamos rezgkr rezonanciafrekvencijn az idelis vgtelen helyett.

Ezrt a svszlessg szmtshoz meg kell hatrozni a rezgkr most emltett prhuzamosvesztesgi ellenllst, amely a munkaellenllssal prhuzamosan kapcsoldik, ezzel cskkenti az erststs nveli a svszlessget.

A rezgkr vesztesgei a tekercs s a kondenztor vesztesgeibl tevdnek ssze. A kondenztorvesztesgei ltalban elhanyagolhatak a tekercshez kpest.

A valsgos tekercs jl kzelthet mint egy idelis tekercs s egy azzal sorba kapcsolt ellenlls(illetve a menetek kztti kapacits mintegy hozzaddik a rezgkri kondenztor kapacitshoz). A sorosellenlls megegyezik a tekercs vgpontjai kztt mrhet ellenllssal. A tnyleges rezgkr teht a 26.a

bra szerinti kapcsolssal kzelthet.

a) Tnyleges rezgkr b) A tekercs soros vesztesgi

ellenllsnak tvltsaprhuzamos vesztesgi ellenllss

26. bra

21

7/28/2019 3_04_erositok

22/40

A feladat a 26.b. bra szerint a tekercs rs soros ellenllst) tszmtani egy, a tekerccsel

prhuzamos Rp ellenllss, amely a rezgkr prhuzamos vesztesgi ellenllsa lesz.

A szmtst arra alapozzuk, hogy L tekercs s a vele soros rs ellenlls ugyanolyan jsg kell hogylegyen, mint L tekercs s a vele prhuzamos Rp ellenlls. (Jsg alatt, ugyangy, mint a rezgkrnl, areaktns s a vesztesgi teljestmny viszonyt rtjk.) Megjegyezzk, hogy ez az egyszer tszmtsabban az esetben ad elfogadhat eredmnyt, ha a tekercs jsga nagy.

A soros L-rs elemeken azonos is ram folyik. A tekercsen a reaktns teljestmny:

Pr= is2L

Az ellenllson disszipld vesztesgi teljestmny:

Pv = is2 rs

A soros ramkr jsga:

sss

s

v

r

sr

L

ri

Li

P

PQ

===

2

2

A prhuzamos L-Rp elemeken azonos feszltsg esik. A tekercsen a reaktns teljestmny:

L

uP

2p

r =

A prhuzamos ellenllson disszipld vesztesgi teljestmny:

p

2p

v R

uP =

A prhuzamos ramkr jsga:

L

R

R

u

L

u

P

PQ

p

p

p

p

v

r

p

===2

2

Felttelezsnk szerint Qs=Qp, ezrt = o frekvencin

L

R

r

L

o

p

s

o

=

s a rezgkrre rezonanciafrekvencin rvnyesC

L

1o

o

=

egyenlet behelyettestsvel

pos

o CRr

L=

addik, amelybl Rp-t kifejezve

RL

C rp s=

22

7/28/2019 3_04_erositok

23/40

Teht egy C kapacitsbl, s rs soros ellenlls L induktivitsbl sszelltott prhuzamos rezgkr(amennyiben a jsga elg nagy), egyenrtk egy C kapacitsbl, idelis L induktivitsbl s Rpprhuzamos vesztesgi ellenllsbl sszelltott rezgkrrel.

Szkin (br-) hatsA tekercs jsgnak szmtsnl azt is figyelembe kell venni, hogy a nagyfrekvencin mkd

tekercsek soros vesztesgi ellenllsa nagyobb az egyenramon mrt rs

rtknl. Ennek az az oka, hogy anagyfrekvencis ram ltal keltett, s a vezetkben az nindukci folytn indukldott feszltsg ltalltrehozott mgneses tr klcsnhatsaknt a nagyfrekvencis ram nem a vezetk teljeskeresztmetszetn, hanem csak annak kls felletn folyik. Minl nagyobb a frekvencia, a vezetsben rsztvev keresztmetszet annl inkbb cskken (27. bra). A vezet keresztmetszet cskkense miatt a vezetknagyfrekvencin tanstott ellenllsa megnvekszik. Ez a szkin(br-) hats.

27. braA vezet keresztmetszet

egyenramon kzepes nagy frekvencin

A klnbz frekvencikhoz (s vezet anyagokhoz) meghatrozhat, hogy az ram a vezet klsfellethez kpest mennyire hatol be a vezet anyagba. Pl. rz vezet esetn a kvetkez eredmnyekaddnak:

Frekvencia Behatolsimlysg (mm)

60 Hz 8,57

1 kHz 2,0810 kHz 0,66100 kHz 0,211 MHz 0,0610 MHz 0,02100 MHz 0,006

1GHz 0,002

A szkin hatst figyelembe vve a nagyfrekvencis vezetkeket, tekercseket gy ksztik, hogy- az ram ltal tjrt kls felletet megnvelik (Litze-huzal: egymstl elszigetelt, igen kis

tmrj huzalokbl ksztett sodrat; a nagyfrekvencis ram az egymstl elszigetelt elemi

szlak mindegyiknek felletn folyik. Pl. a 200,05 -s Litze-huzal 20 elemi szlnak tmrje0,05mm, ami azt jelenti, hogy 0,025 mm behatolsi mlysgig (nhny MHz) a huzal teljeskeresztmetszete rszt vesz a vezetsben. Nhny MHz feletti frekvencin azonban az elemiszlak kzti kapacits miatt az ram mint ha az elemi szlak nem is volnnak egymstlelszigetelve a kteg felletre szorul ki, ezrt Litze-huzalt nagyobb frekvencin nemalkalmaznak.)

- a rz vezet fellett a behatolsi mlysgig kisebb fajlagos ellenlls anyaggal (ezst) vonjkbe, ez ltal cskkentve a vezet keresztmetszet ellenllst,

- nagyobb teljestmny alkalmazskor (tbb 100 kW-os rdiadk vgfokozatai) a tekercset rzcsbl ksztik, hiszen az ram gyis csak a cs felletn folyik; a cs belsejben ht folyadkramoltathat.

Kaszkdba kapcsolt hangolt erstkKaszkdba kapcsolskor a kvet fokozat bemen ellenllsa terheli az elz fokozat kimenetirezgkrt, azaz cskkenti a prhuzamos vesztesgi ellenllst. A rezgkri tekercs megcsapolsval aterhelst autotranszformtorknt az tttel ngyzetnek arnyban lehet nvelni (28. bra).

23

7/28/2019 3_04_erositok

24/40

28. bra

Terhels autotranszformtoros csatolsa

Ha az erst elem kimen impedancija, amely maga is prhuzamosan kapcsoldik a rezgkrrel,s cskkenti a prhuzamos vesztesgi ellenllst, tl kicsi, szintn a rezgkri tekercs megcsapolsval,autotranszformtorknt lehet a csatolst elvgezni (29. bra):

29.braTranzisztor s terhels autotranszformtoros csatolsa

Tbb fokozat erstnl az egymst kvet erstk rezgkrei vagy azonos frekvencira vannak

hangolva (szinkron hangolt erstk), ekkor az erst erstse nvekszik s svszlessge cskken; vagyegymshoz kzeli, de klnbz frekvencikra (szthangolt erst), ekkor kisebb ersts mellett nagyobbsvszlessg rhet el. (30. bra)

30. bratviteli grbe

a) szinkron hangolt erst b) szthangolt erst

24

7/28/2019 3_04_erositok

25/40

Kaszkdba kapcsolt nagyfrekvencis erstk csatolt rezgkrkkelA nagyfrekvencis jelet az erst fokozatok kztt RC csatolssal is lehet tovbbtani (29. bra), de

sokkal inkbb szoksos ezt csatolt rezgkrktjn megvalstani. A csatols azt jelenti, hogy kt rezgkregyikbl (primer kr) a msikba (szekunder kr) valamilyen mdon energia kerl t.

A csatols mdja lehet transzformtoros (31.a. bra), ekkor az egymssal csatolsban lvtekercsek rvn jut a feszltsg a primer krbl a szekunder krbe.

Az als kapacitvcsatolsnl (31.b. bra) Cac kondenztor mindkt rezgkrnek eleme, a primerrezgkrben foly ram e kondenztoron feszltsget ejt, ez a feszltsg kelti a szekunder ramot. Acsatols annl szorosabb, minl kisebb Cac (rtke ltalban egy-kt nagysgrenddel nagyobb, mint C1 ill.C2).

Felskapacitvcsatolsnl (31.c. bra) a primer krn keletkezett feszltsg Cfc-n keresztl jut aszekunder krre. A csatols annl szorosabb, minl nagyobb C fc (szoksos rtke 1-2 nagysgrenddelkisebb, mint C1 ill. C2).

31. bra

A kval jellt csatolsi tnyezazt fejezi ki, hogy a primer kr feszltsgnek milyen hnyada kerlt a szekunder krbe. Pl. als ill. fels kapacitv csatolsnl

acC

CCk

21 , illetve21CC

Ck

fc

A csatolt rezgkrket ltalban egyforma jsgra (Q) ksztik. A kimen feszltsg (a primer krtminden frekvencin azonos rammal gerjesztve) a rezgkrkn az impedancijuk arnyban alakul, sfrekvenciafggse kQ szorzat rtktl fgg (32. bra).

32. bra

A rezgkr grbe egy nll rezgkr rezonanciagrbjt mutatja, a tbbi klnbz csatolsrezgkrkt. Lthat, hogy laza csatols (kQ1)esetn az tviteli grbe szlesedik, ugyanakkor rezonanciafrekvencin mr cskken a kimen feszltsg. Afeszltsg cskkense kQ=2,4 rtknl mr 3 dB, ezrt ennl szorosabb csatolst nem szoktak alkalmazni.

25

7/28/2019 3_04_erositok

26/40

3.7.10. Nagyjel erstk

A nagyjelerst fogalmaA nagyjel erst feladata a kvnt (lehet legnagyobb) feszltsg vagy teljestmny tadsa a

terhel ellenllsnak.

A nagy kimen teljestmny (vagy feszltsg) elrse rdekben az erstt maximlisan ki kellvezrelni.

A tranzisztor kivezrelhetsgt a hatradatokkorltozzk (33. bra):

- UCEmax: a tranzisztor kollektora s emittere kztt megengedett legnagyobbfeszltsg, amely mellett mg nem kvetkezik be a kollektordida letrse(UCEmax rtkt a katalgusban sokszor UCE0-al jellik).

- Icmax: a tranzisztor megengedett legnagyobb kollektorrama,- Pdmax: a tranzisztor kollektorn dissziplhat maximlis teljestmny. Atranzisztor kollektora-emittere kztt es feszltsg s a kollektorram szorzataltal adott teljestmny a tranzisztor kollektorn hv alakul, ezrt a tranzisztor

felhevl. Ha a kristly h

mrsklete a megengedett zrrtegh

mrskletettllpi, a tranzisztor tnkremegy. Ezrt a teljestmnytranzisztorokat(htcsillaggal, htbordval stb.) htik. A (hts mdjtl is fgg) megengedettmaximlis dissziplhat teljestmnyt a katalgusban megadjk. A Pdmax = UCEIClland teljestmny grbt a 33. brn lthat hiperbolval lehet megadni.

33. braA tranzisztor kivezrlsi terlete

A megadott hatradatok korltain bell a nagyjel erstben maximlis kivezrlsre trekednek,ezrt - a korbban trgyalt erstktl eltren, ahol a munkapont kzelben trtn kis kivezrls esetn atranzisztor jelleggrbit rintjkkel, egy egyenessel helyettestettk - a tranzisztort itt nem tekinthetjklineris elemnek.

Teljestmnyerst mretezsnl a feszltsgersts szinte kzmbs, a cl az, hogy az ersta tpegysgbl felvett egyenram teljestmnytminl jobb hatsfokkal alaktsa t vltakozramteljestmnny.

26

7/28/2019 3_04_erositok

27/40

TorztsokTorztsnak nevezik, ha az ramkr kimen jelnek alakja eltr a bemen jel jelalakjtl. A torzts

lehet lineris s nemlineris.

Lineris torztsAz erstk kis- s nagyfrekvencis tvitelnek vizsglatakor lttuk, hogy az ersts nem minden

frekvencin egyforma.

Az erst bemenetre egy szinuszosjeletltalban csak mrs cljbl kapcsolnak. Egyhangerst bemenetre pl. a beszd- vagy zenei hangnak megfelel jel kerl, amely tbb klnbzfrekvencij s amplitdj jelkomponensbl ll.

Pl. a 34.a bra szerinti U jel az f1 frekvencij U1 alapharmonikus, s a hromszoros (3 f1)frekvencij U3 harmadik harmonikus komponensekbl tevdik ssze.

Ha erstnk erstse nem azonos f1 s 3f1 frekvencin, a kt jelkomponens nem egyformamrtkben kerl erstsre. Ha pl. az ersts 3f1 frekvencin csak fele az f1 frekvencis erstsnek, azerst kimen jelben (34. b. bra) U3 harmadik harmonikus amplitdjnak U1 els harmonikushozviszonytott rtke a fele lesz csak annak, mint amennyi az erst bemenetre adott jelben (34.a. bra).Ezrt az sszegkknt add U kimen jel alakja szemmel lthatan klnbzik a 34.a. brn szerepl U

jeltl, azaz az erstnk torzt.

Ezt, az erstnek a jel klnbz frekvencij komponenseinek eltr mrtk erstsblszrmaz torztst nevezik lineris torztsnak. A torzts azrt lineris, mert ktszer akkora amplitudjbemen jel esetn a kimen jel amplitudja is ktszer akkora lesz, teht a torzts nem fgg a jelamplitdjtl.

34. braLineris torzts

A lineris torztst az erst frekvenciamenetnek (amplitd/frekvencia karakterisztikjnak)megadsval lehet jellemezni.

27

7/28/2019 3_04_erositok

28/40

Nemlineris torzts (harmonikus torzts)Nemlineris (harmonikus) torzts akkor keletkezik, ha az ersteszkz tviteli karakterisztikja

grbe (35. bra). Az brbl lthat, hogy egyetlen szinuszos bemen jel esetn is a kimen jelalak eltr aszinuszostl.

A torzts nemlineris, mert fgg a bemen jel amplitdjtl: ktszer akkora bemen jelhez nemktszeres rtk kimen jel tartozik.

A kimen jel torztott szinuszjel. Matematikailag kimutathat, hogy minden periodikus jel (gy atorztott szinuszjel is) elllthat egy alapharmonikusbls harmonikusokbl. A egyes harmonikusokfrekvencija az alapharmonikus frekvencijnak egsz szm tbbszrse (ktszerese, hromszorosa stb.),amplitdjuk s fzisszgk pedig harmonikusonknt vltoz.

Mivel a nemlineris torzts folytn a kimeneten a bemenetre kapcsolt szinuszjel harmonikusai ismegjelennek, szoks harmonikus torztsnak is nevezni.

35. braNemlineris torzts

A nemlineris torzts szmszeren jellemezhet a harmonikus torztsi tnyezvel, ez a definciszerint

ku u u u

u u u u uh

n

n

=+ + + +

+ + + + +2

232

42 2

12

22

32

42 2

100...

...(%)

ahol u1 az alapharmonikus, u2 a msodik, u3 a harmadik, un az n-edik harmonikus amplitudja.

28

7/28/2019 3_04_erositok

29/40

ErstosztlyokA munkapont belltstl fggen a kvetkezerstosztlyokatklnbztetjk meg:

A osztly erstA osztly erstben (36. bra) a munkapont belltsa olyan, hogy a kivezrls teljes ideje alatt

folyik kollektorram (az eddig trgyalt erstk mind A osztlyak voltak).

36. braA osztly erst

Tekintettel arra, hogy a szinuszos vezrljel egy teljes peridusnak 360 fokos szgelfordulsfeleltethet meg, jelen esetben a kivezrls 360 fokos tartomnyban folyik kollektorram, azt mondjuk,hogy a kollektorram folysi szge 360 fok. (Egyes szerzk ennek a szgnek a felt, a folysi flszgetnevezik folysi szgnek, ez jelen esetben 180 fok).

Szinuszos vezrls esetn a kollektorram tlagrtke gyakorlatilag folyamatosan (a kivezrlstlfggetlenl) a munkaponti ram, ezrt a fokozat llandan jelents teljestmnyt disszipl. A fokozathatsfoka a leadott vltakozram, illetve a tpegysgbl felvett egyenram teljestmny hnyadosa:

%50=DC

AC

P

P

ezrt teht nagyon alacsony, maximlisan 50% lehet.

A munkapont helyes megvlasztsa, s kis kivezrls esetn (a 36. bra nem ilyen esetet mutat) azA osztly erst torztsa kicsi.

B osztly erstAz A osztly erst rossz hatsfokt az okozza, hogy a tranzisztoron (tlagosan) folyamatosan a

maximlis kollektorram kb. felt kitev munkaponti ram folyik keresztl.A hatsfokot javtani lehet, ha a munkaponti ramot kzel 0-ra cskkentjk. Ekkor a munkapont a

tranzisztor karakterisztikjn a 37. bra szerinti helyzetbe kerl; ez a B osztly munkapontbellts.B osztly erstben a munkapont a tranzisztor IE -UBE karakterisztikjnak knykpontjba van

lltva, ennl fogva ebben a belltsban csak a vezrl jel egyik flperidusban folyik kollektorram (azaza kollektorram folysi szge 180 fok, flszge 90 fok). Ezrt a teljes jel erstshez a teljestmnyerstt

29

7/28/2019 3_04_erositok

30/40

kt B osztlyba lltott tranzisztorbl lltjk ssze, melyek kzl egyiken a vezrls negatvflperidusban, a msikon pedig a vezrls pozitv flperidusban folyik ram.

A B osztly erst munkaponti rama 0, csak a tpegysgbl csak kivezrls esetn vesz felramot, gy hatsfoka j, teljes kivezrlsnl elrheti a 78,5%-ot.

A B osztly erst torztsa (mindkt flperidust egy-egy tranzisztorral erstve) kzepes.

37. braB osztly erst

AB osztly erstMivel a tranzisztor U

BE/I

Ekarakterisztikja a knykpont krl, a munkapont kzelben a

leggrbbb, kis jeleknl, a munkapont kzelben B osztly munkapontbelltsnl jelents harmonikustorzts lp fel. A torztst gy cskkentik, hogy egy csekly munkaponti ramot lltanak be, gy kiskivezrlsnl a fokozat mintegy A osztlyban dolgozik, kisebb torztssal. Ha a jel kt flperidustellentemben dolgoz tranzisztorokkal erstjk, ezek kollektorramnak eredje lineriss tehet (38.bra), gy a torzts cskken (de a hatsfok romlik: max. 60-65%).

38. braAB osztly munkapontbellts

30

7/28/2019 3_04_erositok

31/40

C osztly erstC osztly erstben (39. bra) a munkapont gy van belltva, hogy kollektorram a vezrl

jelnek kevesebb, mint fl peridusa alatt folyik; a kollektorram folysi szge kisebb, mint 180 fok (flszgekisebb, mint 90 fok).

39. braC osztly erst

C osztly erstt nagy torztsa miatt - csak hangolt nagyfrekvencis erstben alkalmaznak.A kollektorram impulzusok a fokozat munkaellenllst kpez rezgkrbe tpllnak energit; amikor atranzisztor nem vezet s nem folyik kollektorram, a kimen szinuszos feszltsg a rezgkr rezgservn jn ltre.

A C osztly erst hatsfoka nagyon j.

IllesztsA 40. bra szerinti ramkrben az Uf forrsfeszltsg genertor bels ellenllsa Rb. Mekkora

legyen az Uk kimen feszltsgre kapcsolt Rt terhel ellenlls rtke, hogy a genertorbl a maximlisteljestmnyt vegye fel?

40. bra

A terhel ellenlls ltal felvett teljestmny P = Uk I. Nyilvnval, hogy a felvett teljestmny akkor is0 lesz, ha Rt = 0 (ekkor ugyan a genertor ltal leadhat maximlis, rvidzrsi rama alakul ki, de U k = 0),s akkor is, ha Rt szakads, (ekkor ugyan Uk maximlis, megegyezik a forrsfeszltsggel, de I = 0).

Szmtssal kimutathat, hogy a terhel ellenlls akkor veszi fel a maximlis teljestmnyt, amikorellenllsa megegyezik a genertor belsellenllsval, teht Rt = Rb. Ezt nevezik illesztsnek.

Nagyjel erstk esetn sok alkalmazsban (klnsen a terhels transzformtoros csatolsakor)illesztssel biztostjk a teljestmny optimlis tvitelt.

31

7/28/2019 3_04_erositok

32/40

A osztly teljestmnyerstramkri megvalstsaA hagyomnyos A osztly teljestmnyerst ramkri kapcsolsnak rszlett a 41. bra

mutatja (a munkapontbellt elemek nem lthatk). Az optimlis teljestmnytads rdekben a terhelstillesztenikell a vgfokozathoz, az illesztst a kimen transzformtorbiztostja.

41. bra

A terhel ellenlls a kollektorkrbe vltakozram szempontbl a transzformtor tttelnek

ngyzetvel transzformldik (ld. 3.2.5. pont). Ezt azrt is fontos megjegyezni, mert ha a terhel

ellenllsmegszakad (pl. egy hangerst kimenetre nem csatlakoztatjk a hangszrt), az azt jelenti, hogy atranzisztor kollektorkrben a vltakozram terhel ellenlls szintn vgtelenn vlik, gy a primertekercs nagy induktv reaktancijn kis kollektorramvltozs hatsra is olyan nagy feszltsg keletkezhet,amely meghaladja a tranzisztor megengedett maximlis kollektor-emitter feszltsgt, s a tranzisztortnkremegy. Ez nem csak A osztly (s nem csak tranzisztoros) erst esetben igaz, hanem mindenesetben, amikor a terhels kimen transzformtoron keresztl csatlakozik az erstre, teht ilyen erstnlgyelni kell arra, hogy zem kzben a terhels legyen rkapcsolva.

B osztly teljestmnyerstramkri megvalstsa kimen tanszformtorralB osztly munkapontban a tranzisztoron csak a vezrl szinuszjel egyik flperidusban folyik

ram, ezrt a teljes szinuszjelet erst kapcsolst kt B osztlyba lltott tranzisztorbl lltjk ssze,

melyek kzl egyiken a vezrls negatv flperidusban, a msikon pedig a vezrls pozitvflperidusban folyik ram. Az ramkri megvalsts a 42. brn lthat.

a) a flperidusban T1 vezet b) a flperidusban T2 vezet

42. braB osztly teljestmnyerst elvi kapcsolsa s mkdse

32

7/28/2019 3_04_erositok

33/40

a) Egyenram munkapontbellts: a tpfeszltsget R1 s R2 ellenllsokbl ll bzisoszt osztja

le. A leosztott feszltsg a Tr1 un. fzisfordt transzformtorszekunder tekercsnek kzpkivezetsrekerl, a szekunder tekercseken keresztl T1 s T2 tranzisztor bzisra jut. E kapcsolsban a tranzisztorokemitterei fldelve vannak. gy R2 ellenllson megjelen feszltsg egyttal a tranzisztorok bzis-emitterfeszltsge is. R1 s R2 rtkt gy vlasztjk meg, hogy R2-n ppen a tranzisztor nyitshoz szksgesegyenfeszltsg (Si tranzisztornl kb. 0,5-0,6V) essen. gy mindkt tranzisztor a nyits hatrn van, anyugalmi kollektorramuk kzel 0. (Megjegyzs: a gyakorlatban olyan feszltsgosztt alkalmaznak,melynek leosztsa a hmrskletnek is fggvnye, s kveti a tranzisztorok UBE /IE karakterisztikjnakhfokfggst.)

b) Vltakozram mkds: A fzisfordt transzformtor primer tekercsre a 42. a bra szerintiirny vezrl feszltsget kapcsolva, a szekunder tekercsn az brn jellt irny feszltsgek jelennekmeg. A szekunder kzpkivezetsnek feszltsghez kpest T1 bzisra pozitvabb, T2 bzisranegatvabb feszltsg kerl, ezrt T1 bzisfeszltsge meghaladja a nyitshoz szksges feszltsget, sT1-en az brn jellt irny kollektorram indul meg, amely Tr2 kimen transzformtorprimer tekercsnekfels feln halad t. Ugyanekkor T2, melynek bzisfeszltsge cskkent, lezrva marad. Tr2 szekundern, Rtterhel ellenllson a megjellt irny feszltsg keletkezik.

A vezrl jel msik flperidusban a 42. b bra szerinti, az elzhz kpest fordtott fzisfeszltsg kerl a fzisfordt transzformtorra, gy annak szekunder tekercsn is az elzhz kpest

fordtott irny feszltsgek keletkeznek. Most a T1 tranzisztor bzisa lesz negatvabb, teht T1 zrva marad,mg T2 bzisra pozitvabb feszltsg kerl, ezrt T2 megnyit, kollektorrama tfolyik a kimentranszformtor primer tekercsnek als feln. Az brn lthat, hogy Tr2 primer tekercsn most ellenkezirny ram folyik, mint a 42. a bra szerinti meghajt jelnl, ezrt a szekunder tekercsen is ellenttes irnyfeszltsg indukldik.

Teht a meghajt feszltsg egyik flperidusban T1, msik flperidusban T2 tranzisztoron folytram, mg kivezrls nlkl mindkt tranzisztor kollektorrama B osztly belltsban 0.

A fokozat t AB osztlyba R2 rtknek (s ezzel az azon es feszltsgnek) kismrtknvelsvel llthat, amikor is nyugalomban is mindkt tranzisztoron csekly munkaponti ram folyik. Kiskivezrlskor az egyik tranzisztoron ez az ram cskken, a msikon n, gy mintegy A osztlybanmkdnek, cskkentve a B osztlyba lltott tranzisztor karakterisztikja knykpontja krli kis kivezrlsnljelentkez torztst.

Komplementer tranzisztoros B osztly teljestmnyerstKt klnbz (npn s pnp) struktrj tranzisztor alkalmazsval fzisfordt s kimen

transzformtor nlkl is lehet B osztly teljestmnyerstt kszteni (41. bra). A kapcsols azonosrtk pozitv s negatv tpfeszltsget is ignyel.

43. braKomplementer teljestmnyerst elve

33

7/28/2019 3_04_erositok

34/40

D1 s D2 didn (valamint R1 s R2 ellenllson) keresztl ram folyik, amely a didkonfeszltsget ejt. Egy-egy szilciumdidn kb. 0,5-0,6V nyitfeszltsg esik, a pontos rtket a nyitrammal(a nyitramot pedig R1 s R2 ellenllssal) lehet belltani.

D1 andfeszltsge kerl T1 tranzisztor, D2 katdfeszltsge pedig T2 tranzisztor bzisra. A kttranzisztor emittere (kis rtk, nhny tized ohmos) RE ellenllsokon keresztl ssze van ktve. A ktszilciumtranzisztor bzisa-emittere gy kt, sorba kapcsolt didnak felel meg, amelyeken ppen kt (D1 sD2) szilciumdida ltal ellltott nyitfeszltsg esik. Helyes bellts esetn mindkt tranzisztor bzis-emitter didja a megnyits hatrn van (a torzts cskkentse rdekben a tranzisztorokon kevs ramnyugalomban is folyhat).

Ha az ramkr bemenetre nem kapcsolunk jelet (lefldeljk), D1 andjn a feszltsg a didn es+0,6V, a nyits hatrn lv T1 bzis-emittern ugyanekkora feszltsg esik (44.a bra), gy T1emitterfeszltsge 0V. D2 katdjn a feszltsg ekkor -0,6V, de ugyanez a feszltsg esik T2 bzisa-emitterekztt is, ezrt T2 emitterfeszltsge szintn 0V. gy a kimen feszltsg is 0V.

44.a. braKomplementer teljestmnyerst 0 bementi feszltsggel

Ha a bemenetre +Ube pozitv feszltsget kapcsolnak, a 44.b. bra szerinti feszltsgek alakulnak ki.D1 andjn a feszltsg +Ube+0,6V lesz, de ugyanekkora feszltsg esik ellenkez irnyban T1 bzisa-emittere kztt is, ezrt T1 emitterfeszltsge +Ube lesz, T1-en keresztl Rt ellenllson ram folyhat (azaz T1mint emitterkvet mkdik). T2 emitterfeszltsge szintn +Ube, de T2-n nem folyik ram, hiszen T2-n (mintaz emittern a nyl irnya mutatja is) csak ellenkez irny ram folyhat.

34

7/28/2019 3_04_erositok

35/40

44.b. braA flperidusban T1 vezet

A bemenetre negatv -Ube feszltsget adva (44.c bra) hasonl mdon a T2 tranzisztor nyit ki, aterhelsen -Ube feszltsg jelenik meg, s a kimen ramot T2 tranzisztor biztostja.

44.c. bra

A flperidusban T2 vezetEmltst rdemel RE ellenllsok szerepe. Ezek negatv visszacsatolst jelentenek, s a hmegfuts

ellen jelentenek vdelmet. Ha ui. a flvezetk felmelegednek, n a rajtuk tfoly ram. A nagy ram nagyobb

35

7/28/2019 3_04_erositok

36/40

dissziplt teljestmnyt jelent, ezrt a vgtranzisztorok mg jobban felmelegednnek, kollektorramuk mgtovbb nne s gy vgl tlhevlve, a megengedettnl nagyobb ram alakulhatna ki, ami a tranzisztorokattnkretenn. A kollektorram (s gy az emitterram) nvekedse azonban az RE ellenllson es feszltsgnvekedst is jelenti, ami azt jelenti, hogy a bzis-emitter kz nem a D didn es, hanem annlkevesebb feszltsg jut, ezrt a tranzisztor kollektorrama cskken.

Megjegyzs:Nagyfrekvencis hangolt erst is bellthat A vagy AB osztlyba. Ebben az esetben amunkaellenlls a mkdsi frekvencira hangolt rezgkr, amely (ugyangy, mint a C osztly erstesetben) a vezrl jelnek abban a flperidusban (vagy kzel flperidusban), amikor nem folyikkollektorram, rezgsvel hozza ltre a kimen feszltsg teljes peridust. Ezrt nagyfrekvencis hangolterst esetn nincs szksg B vagy AB osztlyban sem arra, hogy az ramkrt a vezrl jel ktflperidusa alatt ellentemben mkd tranzisztorokkal ptsk meg.

3.7.11. Mveleti erstk

Az integrlt mveleti erst

Mveleti erstnekeredetileg az analg szmtgpekben a szmtsi mveletek vgzshezhasznlt, nagy ersts egyenfeszltsgerstket neveztk. Ezeknl az erstknl galvanikus csatolst(ld. 3.7.6. pont), s az ilyenkor fellp problmk megelzse rdekben nagymrtk negatvvisszacsatolst alkalmaztak.

Ugyanez az elv az elektronika ms terletein is alkalmazhat, de elterjedse csak akkor vltlehetv, amikor az olcs s j minsg integrlt mveleti erstk megjelentek. (Az un. monolit integrltramkrkben az erst mkdshez szksges szinte valamennyi ramkri elemet: tranzisztorokat,didkat, ellenllsokat, st mg kisebb kapacits kondenztorokat is) egyetlen miniatr flvezet lapknalaktjk ki.)

Az ltalnosan alkalmazott mveleti erst (45. bra) szimmetrikus bemenets aszimmetrikuskimenet.

Az ltalunk eddig vizsglt erstk aszimmetrikusakvoltak, amennyiben a be- s kimen

feszltsget is az erst egy pontja s a fldpont kztt rtelmeztk. A szimmetrikus bemenetazt jelenti,hogy az erstnek kt bemenete van, s a bemen feszltsget e kt (a + al jellt nem invertl s a - aljellt invertl)bemen pont kz kell kapcsolni. A kimenet itt is aszimmetrikus, azaz a kimen feszltsg akimenet s a fldpont kztt mrhet.

45. braMveleti erst

A mveleti erst be- s kimen feszltsge kztti kapcsolat:

Uki = Ao (Ubep -Uben) = Ao Ubes

ahol Ao a mveleti erstnylthurk (visszacsatols nlkli) erstse,

Ubep a pozitv bemenetre kapcsolt aszimmetrikus (a fldhz kpest mrt) jelUben a negatv bemenetre kapcsolt aszimmetrikus (a fldhz kpest mrt) jel

36

7/28/2019 3_04_erositok

37/40

Ubes a pozitv s a negatv bemenetek kztt mrhet (szimmetrikus) jel.

A kpletbl lthat, hogy ha Ubes pozitv (azaz a 45. brn jellt irny), a kimen jel is pozitv afldhz kpest, ha pedig Ubes negatv (a 45. brn jellttel ellenttes irny, a --tl a + bemenet felmutat), Uki a fldhz kpest negatv lesz. Ez csak gy lehetsges, ha a mveleti erstt a fldhz kpestpozitv s negatv tpfeszltsggel is elltjuk. A kt tpfeszltsget +Ut s -Ut -vel jelljk.

Kiolvashat tovbb a kpletbl, hogy (idelis mveleti erstnl) nincsen jelentsge annak, hogyUbep s Uben a fldhz kpest milyen rtk, a kimen feszltsg csak a kt feszltsg klnbsgtlfgg.

Az idelis mveleti erst Ao nylthurk erstse vgtelen, a valsgos erstk jellegzetesen1000...100000 -es nagysgrend, s a tpfeszltsgnek is fggvnye.

A mveleti ersttranszfer karakterisztikja (a be- s kimen feszltsg kztti sszefggs) a 46.brn lthat.

46. braMveleti erst transzfer karakterisztikja

Mint a karakterisztikbl lthat, az Uki = Ao Ubes sszefggs csak addig rvnyesl, amg a kimenfeszltsg el nem ri a pozitv illetve a negatv tpfeszltsget. A mveleti erst nyilvnvalan nem tud atpfeszltsgnl nagyobb kimen feszltsget produklni, ezrt, ha a kimen feszltsg elrte atpfeszltsget, Ubes bemen feszltsg tovbbi nvekedse mr nincs hatssal a kimen feszltsgre.

Legyen pl. +Ut = +12 V s -Ut = -12 V valamint Ao = 10000 (a 44. bra ezzel a felttelezsselkszlt).

Ha Ubes=0V, akkor a Uki=0V. Ubes nvelsekor Uki is n, s akkor ri el a pozitv tpfeszltsget,

amikor Ubes elri az 1,2 mV (=12V/10000) rtket. Ha Ubes>1,2 mV, a kimen feszltsg Ubes rtktlfggetlenl 12V. Hasonl a helyzet negatv bemen feszltsg esetn is.

A fentiek figyelembevtelvel a mveleti erst zeme kt szakaszra bonthat:

a) lineris szakasz, analg zem amikor a kimen feszltsg mg nem rte el atpfeszltsget, s az Uki = Ao (Ubep -Uben) = Ao Ubes sszefggs rvnyes,

b) kompartor zem, amikor a kt bemenet kztti szimmetrikus feszltsg (Ubes)meghaladja azt az rtket, amikor Uki elri a tpfeszltsget, ekkor

Uki = +Ut , ha Ubep > UbensUki = -Ut , ha Ubep < Uben

azaz az erst sszehasonltja, komparlja a nem invertl s az invertlbemenetre adott feszltsget, s ha a nem invertl bemenet feszltsgszintjemagasabb, a pozitv, ellenkez esetben a negatv tpfeszltsget adja a kimenetre.

37

7/28/2019 3_04_erositok

38/40

Amikor a mveleti erstt erstknt kvnjuk hasznlni, karakterisztikjnak lineris szakasznkell maradnunk, amikor a kimen feszltsg s a bemen feszltsg kzti arnyossg fennll. Mint a 46.bra pldjn ltjuk, ekkor a kt bemenet kztt legfeljebb nhny tized millivolt feszltsg lehet, ezt (azramkrben mrhet egyb feszltsgekhez kpest igen csekly) feszltsget a gyakorlati szmtsokmegknnytsre el szoktuk hanyagolni, s azzal a kzeltssel lnk, hogy a mveleti erstbemenetei kztti feszltsg 0.

Az integrlt mveleti erstk bemen ellenllsa igen nagy, a bemen ram csak nA vagy pAnagysgrend. Ez az ramkrben foly tbbi ramkz kpest rendszerint elhanyagolhat, ezrt a gyakorlatiszmtsoknl alkalmazott msik kzelts, hogy a mveleti erstbemenrama 0.

A mveleti erstmunkapontjnak belltsa negatv visszacsatolssalA mveleti erst munkapontjt negatv visszacsatols segtsgvel lltjk be (azaz a kimenetrl

az erst negatv (-) bemenetre jelet vezetnek vissza. Pldaknt vizsgljuk meg a 47. brn lthat,mveleti ersts ramkrt.

47. braMveleti erst negatv visszacsatolssal

A mveleti erst nem invertl bemenete fldelve van. A bemen jelet R1 ellenlls s a fldpontkz kapcsoljuk.

Elszr vizsgljuk meg, miknt alakul az erst kimen feszltsge, ha a bemenetet szabadonhagyjuk, azaz a munkaponti feszltsg (48. bra).

48. braVisszacsatolt mveleti erst szakadt bemenettel

Ebben az esetben R1 ellenllson nem folyhat ram. Mivel felttelezsnk szerint a mveleti erstbemen rama 0, Kirchhoff csomponti trvnye rtelmben R2 ellenllson sem folyhat ram, azaz rajtanem esik feszltsg, ezrt az invertl bemeneten Uki kimen feszltsg jelenik meg.

A 48. brbl kiolvashat, hogy

Ube = - Uki

ugyanis Ube feszltsg irnya a mveleti erst nem invertl bemenettl az invertl bemenet fel, mgUki irnya jelenleg az invertl bemenettl a nem invertl bemenet fel mutat.

Tovbb minden mveleti erstre igaz:

38

7/28/2019 3_04_erositok

39/40

Uki = A0 Ube

Ez azt jelenti, hogy az esetnkben

Uki = - A0 Ukiami (mivel A0 0) csak gy lehetsges, ha

Uki = 0.A negatv visszacsatols teht nmagnak lltja be a kivezrls nlkli 0V munkaponti feszltsget.

Ha ugyanis a kimen feszltsg valamilyen okbl 0-nl kicsit pozitvabb lenne, az invertl bemenetre ez apozitv feszltsg kerlne, mr pedig ha az invertl bemenet a pozitvabb, a kimen feszltsg negatvirnyba vltozik, egszen 0-ig cskken. Ha a kimen feszltsg valamilyen okbl negatvabb vlna, ez afeszltsg az invertl bemenetre visszajutva a kimen feszltsget pozitvabb tenn. Egyensly ekkor iscsak akkor llhat be, ha a kimen feszltsg 0. A negatv visszacsatols a 49.a. bra szerint modellezhet: agoly az edny legals pontjn ll meg. Ha valamilyen okbl kitrtik, (nhny ingzs utn) nmagtlugyanebbe a helyzetbe kerl.

49. braNegatv s pozitv visszacsatols modellje

(Ha a mveleti erst invertl s nem invertl bemenett felcserlnnk, pozitv visszacsatols ramkrtkapnnk. Ebben az esetben is 0V kimen feszltsg esetn a munkapont fennmarad. Viszont ha a kimenfeszltsg egy kicsit pozitvabb vlna, ez a nem invertl bemenetre jutva a kimen feszltsget mgpozitvabb tenn, ezrt a kimen feszltsg kilne a pozitv tpfeszltsgre. Ha pedig a kimen feszltsg

valamilyen oknl fogva negatvv vlna, az a nem invertl bemenetre visszajutva a kimen feszltsgetmg negatvabb tenn, ezrt az kilne a negatv tpfeszltsgre. Ez a 47.b. bra modelljnek felel meg: agoly - ha pp az edny tetejre helyezik - megll ott, de brmely irnyban kibillentik az egyenslyillapotbl. legurul valamelyik irnyban.)

A negatv visszacsatols teht biztostja a mveleti erst munkapontjnak bellst gy, hogyannak kimen feszltsge kzel 0 legyen, ekkor pedig a mveleti erstanalgzemmdjban mkdik,teht a kt bemenete kztti feszltsgklnbsg 0-val kzelthet.

Mveleti ersterstsnek belltsa negatv visszacsatolssalPldaknt vizsgljuk meg a 47. bra szerinti kapcsols Uki/Ube feszltsgerstsnek alakulst!

Abban az esetben, ha az invertl erst bemenetre Ube feszltsget kapcsolunk, a kimeneten Uki

feszltsg jelenik meg. Az erstst a kvetkez mdon hatrozhatjuk meg:

1) A nem invertl bemenet fldelve van, teht a (fldhz kpesti) potencilja 0. Mivel a ktbemenet kztti feszltsgklnbsg felttelezsnk szerint 0, az invertl bemenet is 0potencilon van.

2) R1 ellenlls az Ube bemen feszltsg, s a 0 potencil invertl bemenet kz vankapcsolva. Ezrt R1 ellenlls sarkai kztt Ube feszltsg esik, s Ohm trvnye szerint rajta

1

be1 R

UI =

ram folyik.3) I1 ram elvileg kt irnyban folyhat tovbb: a mveleti erst invertl bemenete, illetve R2

ellenlls fel. Kzeltsnk szerint azonban a mveleti erst bemen rama 0, ezrt I1 ram

csak R2 ellenllson keresztl folyhat, s azon Ohm trvnye szerint

UR = I1 R2

39

7/28/2019 3_04_erositok

40/40

feszltsget ejt. A feszltsg irnya az ram irnyval megegyez, azaz azellenlls bal oldala a pozitvabb, jobb oldala a negatvabb.

4) Tekintettel arra, hogy az ellenlls bal oldala a mveleti erst invertl bemenete, melynekpotencilja 0, jobb oldala pedig az erst kimenete, melynek potencilja Uki, a kimen feszltsgppen az ellenllson es feszltsggel egyezik meg, irnya pedig a fldhz kpest negatv:

21

be

21kiR

R

URIU ==

5) Az erst feszltsgerstse

1

2

be2

1

be

be

kiu R

R

U

1R

R

U

U

UA ===

A negatv eljel azt fejezi ki, hogy a bemen s a kimen feszltsg eljele klnbzik, azaz azerst fzist fordt, invertl, ezrt a 45. bra szerinti alapkapcsolst invertl erstnek nevezik.

Az ersts nagysga a visszacsatol elemektl: R1 s R2 ellenllstl fgg, s (legalbb is,ameddig kiindulsi kzeltsnk alkalmazhat) nem fgg a mveleti erst nylthurk erststl s annak

pl. a tpfeszltsgtl fgg vltozsaitl.

Az nyilvnval, hogy a mveleti erst feszltsgerstst negatv visszacsatolssal csakcskkenteni lehet, nvelni nem. A visszacsatolt erst Au erstse teht (R1 s R2 viszonytl fggetlenl)csak kisebb lehet, mint Ao. Ameddig Au