ISMERTESSE A TELJESÍTMÉNYERŐSÍTŐKÉNT HASZNÁLT TRANZISZTOROK KIVEZÉRLÉSÉNEK KORLÁTAIT, AZ ERŐSÍTŐOSZTÁLYOKAT ÉS AZOK JELLEMZŐIT! RAJZOLJON FEL TELJESÍT

Tranzisztor vezérlése sztatikus üzemmódban:
A munkapont beállításához meghatározott egyenfeszültséget kell vezetni a tranzisztor kimeneti és bemeneti kapcsaira. A kapcsokkal sorba kapcsolt ellenállások szablyák meg a bemeneti és kimeneti körben folyó egyenáram nagyságát. Ha el akarjuk kerülni a nagy ampli-túdójú váltakozó áramú jelek torzulását, a munkapontot a jelleggörbe egyenes szakaszának közepére kell helyezni. Ilyenkor képes a tranzisztor a legnagyobb bemenőjelet lineárisan fel-dolgozni. Ez a beállítás biztosítja a legnagyobb kimenőjelet, tehát a legnagyobb kivezérelhe-tőséget is.
Elvi kapcsolás Jelleggörbék
Annak függvényében, hogy a tranzisztor munkapontja vezérlés nélküli állapotban a ka-rakterisztika melyik szakaszán helyezkedik el, a következő beállításokat különböztetjük meg:
- A osztályú beállítás: a munkapont a karakterisztika lineáris szakaszán van el-helyezve (MA) és vezérlés alatt a lineáris szakaszon mozog. A tranzisztor mű-ködése lineárisnak tekinthető.
- B osztályú beállítás: a munkapont (MB) a jelleggörbe zárási pontjában van. A tranzisztor működése csak az egyik félperiódusban tekinthető lineárisnak.
- AB osztályú beállítás: a munkapont (MAB) az A- és B osztályú beállításnak megfelel két munkapont között helyezkedik el. A tranzisztoron a fél periódus-időnél hosszabb ideig folyik áram vezérlés esetén.
- C osztályú beállítás: a munkapont (MC) a jelleggörbe zárási szakaszán helyez-kedik el. A tranzisztoron a fél periódusidőnél rövidebb ideig folyik áram vezér-lés esetén.
A tranzisztor munkapont-beállítása
Teljesítmény-tranzisztor kivezérlésének korlátai:
Teljes kivezérlésnek nevezzük a tranzisztor telítődéséig és lezárásáig történő vezérlését. A munkapont és a kivezérlés megválasztásának korlátai:
- Legnagyobb veszteségi teljesítmény (PDmax vagy Ptot) hiperbolája (kollek-tor disszipációs hiperbola). Ez a környezeti hőmérséklettől és a hőelveze-téstől függ.
- Legnagyobb kollektor-feszültség (UCEmax), amelyen túl már a letörés kö-vetkezik
- Legnagyobb kollektoráram (ICmax), amely fölött megnő a torzítás
- Telítési tartomány, amely kisebb feszültségeken a kivezérelhetőséget kor-látozza
- Lezárási tartomány, amely kis áramerősségek esetén határt szab a kivezér-lésnek
A-osztályú teljesítményerősítő:
Az alacsony hatásfok miatt viszonylag kis jelteljesítmény előállítására alkalmazzák. Na-gyon kis torzítása miatt, nagyobb teljesítményű fokozatok vezérlésére használják.
Ellenütemű teljesítményerősítő:
Két teljesítménytranzisztort két egyenlő nagyságú de fázisban 180°-kal eltérő feszültség vezérli. Ebben az esetben hol az egyik, hol a másik tranzisztor vezet, miközben a másik lezárt állapotban van. A vezérlésnek ellenütemben kell bekövetkeznie, így a terhelésen egy-egy tranzisztor váltakozó áramának a kétszerese jelenik meg. Az ilyen teljesítményfokozatok csak alacsony minőségi követelményeket képesek kielégíteni a transzformátoros csatolások miatt. Olyan helyeken alkalmazzák, ahol a rendelkezésre álló tápfeszültség túl kicsi (zsebrádiók).
Komplementer teljesítményerősítő:
A megvalósításnál alkalmazott két tranzisztor ellentétes réteg-elrendezésű. Ebben az esetben nincs szükség a bemeneti fázisfordító transzformátorra, mivel a vezérlőjel pozitív félperiódusa az NPN, negatív félperiódusa a PNP tranzisztort nyitja ki és vezérli.
Működés:
- Ha nincs vezérlőjel, mindkét tranzisztor lezár, ezért az áramkör nem vesz fel egyenáramú teljesítményt
- A vezérlőjel pozitív félperiódusában T1 nyit (T2 lezár), a terhelésen a vezérlőjel nagyságától függő I1 áram folyik
- A vezérlőjel negatív félperiódusában T2 nyit (T1 lezár), a terhelésen a vezérlőjel nagyságától függő I2 áram folyik
A teljesítménytranzisztorok munkapontját a D1 és D2 nyitóirányban polarizált diódák ál-lítják be. A diódák kis értékű differenciális ellenállása váltakozó áramú szempontból gyakor-latilag rövidre zárja a két tranzisztor bázisát. Az áramkör stabilitását az R5 ellenállással meg-valósított negatív visszacsatolás is növeli, ami hatékonyan csökkenti a fellépő torzításokat.

ISMERTESSE A BIPOLÁRIS ÉS TÉRVEZÉRLÉSŰ TRANZISZTOROKBÓL FELÉPÍTETT DIFFERENCIÁLERŐSÍTŐ KAPCSOLÁSI MEGOLDÁSAIT, A MUNKAPONT-BEÁLLÍTÁS MÓDJÁT ÉS A KISJE

Differenciál erősítő:
A műveleti erősítők bemeneti fokozati az eredő áram- és feszültségdrift lehetőleg kis szinten tartására a bemeneten differenciál fokozatokat alkalmaznak. A differenciálerősítők két szimmetrikus erősítőfokozatból épülnek fel.
Bipoláris tranzisztorral Térvezérlésű tranzisztorral
A tranzisztorok bázisa (FET-nél a kapuelektródái) képezi a földhöz képest a szimmetri-kus bemeneti pontokat. A szimmetrikus kimeneti feszültség (Ukis) a két kollektor (FET-nél a két drain-elektróda) között jelenik meg. A differenciálerősítő ideálisnak tekinthető, ha a két tranzisztor paraméterei és a megfelelő ellenállások tökéletesen egyformák, tehát felépítésé-ben és tulajdonságaiban szimmetrikus a kapcsolás.
A valóságos differenciálerősítők esetén is a szimmetrikus felépítésre törekszünk, de a tökéletes szimmetria csak megközelítő. Azonos bemeneti feszültség beállítása nem eredmé-nyez azonos kollektoráramot. A nemkívánatos aszimmetria miatt nulla bemeneti jelnél is Ukis≠0. Ennek a kompenzálása ellentétes aszimmetria létesítésével lehetséges, amelyet nullá-zásnak, vagy ofszetkiegyenlítésnek nevezünk.
Differenciálerősítő nullázási lehetőségei
Differenciális vezérlés:
A két bázist, illetve vezérlőelektródákat a földhöz képest különböző jelek vezérli. Töké-letes szimmetriát feltételezve, a két tranzisztor áramainak változása is azonos nagyságú és fázisú, azonosan változik tehát a két kollektor potenciálja is. Ezért szimmetrikus kimeneti jel nincs:.
Differenciálerősítő vezérlése
Feltételezzük, hogy a differenciálerősítőt az Ube1 és Ube2 feszültségek vezérlik. A két bemeneti feszültséget mindig felbonthatjuk egy Ubek közös módusú és egy Ubes szimmetrikus (differenciális) feszültség-összetevőre:,. Ebből a szimmetrikus és a közös módusú bemeneti feszültség:,.
A bemenetekre kapcsolt vezérlő jelek hatására a kimeneteken keletkező feszültségek is két összetevőkre bonthatók. A tranzisztorok úgy működnek, mintha terheletlen emitter-kapcsolású fokozatok lennének, amelyek erősítése:, megegyezik a szimmetrikus (differenciá-lis) erősítéssel.
Közös módusú vezérlés:
A differenciálerősítő két párhuzamosan kapcsolt, emitter-kapcsolású fokozatnak te-kinthető. A kimeneten fellépő feszültségváltozás mindkét kollektoron azonos fázisú:.
A közös módusú feszültségerősítés:.
A közös módusú feszültségerősítés ideális esetben 0. A valóságos differenciálerősítők esetén a kimeneti közös módusú feszültség nem marad tökéletesen állandó, hanem a bemeneti jel hatására változik. Ugyanakkor a közös módusú erősítés sem nulla. A valóságos differenci-álerősítők minőségét a differenciális és közös módusú feszültségerősítések hányadosa fejezi ki, amelyet közös módusú feszültség-elnyomási tényezőnek (KME) neveznek.

ÉRTELMEZZE A VISSZACSATOLÁS FOGALMÁT, FAJTÁIT! CSOPORTOSÍTSA A NEGATÍV VISSZACSATOLÁSOKAT ÉS ISMERTESSE AZ EGYES TÍPUSOK HATÁSÁT AZ ERŐSÍTŐK JELLEMZŐI

Visszacsatolás fogalma, fajtái:
A visszacsatolás lényege, hogy az erősítő kimeneti jelének egy részét visszavezetjük a bemenetére egy visszacsatoló négypólus segítségével. A bemeneti jel és a visszacsatolt jel fázishelyzetének függvényében megkülönböztetünk:
- Negatív visszacsatolást: a visszacsatolt jel fázisa ellentétes a bemeneti jel fázisával, a két jel egymás ellen hat
- Pozitív visszacsatolást: a kimeneti jelnek a bemenetre visszavezetett része fázisban van a bemeneti jellel, a két jel összeadódik. A nagyobb mértékű visszacsatolás begerjedést idéz elő, ezért erősítőkben nem alkalmazzák
Ha Uv és Ube azonos fázisúak, a hurokerősítés pozitív előjelű és pozitív visszacsatolásról beszélünk. Ha Uv és Ube ellentétes fázisúak, a hurokerősítés negatív előjelű és negatív vissza-csatolás jön létre.
A pozitív visszacsatolás jelerősítésre nem alkalmas, mivel kedvezőtlenül befolyásolja az erősítő jellemzőit. Jelentősége viszont annak tulajdonítható, hogy erős pozitív visszacsato-lás esetén a β*Au hurokerősítés megközelíti az 1-et, és a visszacsatolt erősítés végtelen nagy értékű lehet. Ez azt jelenti, hogy az erősítő begerjed és bemeneti jel nélkül is képes kimeneti jelet szolgáltatni. Ezen az elven működnek az oszcillátorok.
Negatív visszacsatolás:
Attól függően, hogy a visszacsatolt jel a kimeneti feszültséggel vagy a kimeneti áram-mal arányos, megkülönböztetünk feszültség- és áram-visszacsatolást. További felosztás sze-rint lehet soros és párhuzamos visszacsatolás.
A kimeneti feszültség kevésbé változik a negatív visszacsatolás következtében, ez csak úgy lehetséges, ha az erősítő kimeneti ellenállása csökken. A negatív feszültség-visszacsatolás az erősítő kimeneti ellenállását csökkenti.
Negatív áram-visszacsatolás estén, az erősítés csökken, tehát a kimeneti feszültség is csökken. Megállapítható, hogy a kimeneti feszültség nagyobb mértékben változik a negatív visszacsatolás következtében. Ez csak úgy lehetséges, ha az erősítő kimeneti ellenállása nő. A negatív áram-visszacsatolás az erősítő kimeneti ellenállását növeli.
A soros negatív visszacsatolás növeli az erősítő bemeneti ellenállását:. A párhuzamos negatív visszacsatolás csökkenti az erősítő bemeneti ellenállását:.
Az ideális erősítő bemeneti ellenállása végtelenül nagy, kimeneti ellenállása pedig vég-telenül kicsi. Ezért az erősítőknél a bemeneti ellenállás növelése és a kimeneti ellenállás csök-kentése a cél. Ennek megvalósítására az erősítő bemenetén soros-, kimenetén feszültség-visszacsatolást alkalmaznak.
Soros negatív áram-visszacsatolás:
Az áramerősítés független a visszacsatolástól, a feszültségerősítés viszont csökken. A bemeneti ellenállást és a kimeneti ellenállást egyaránt növeli a visszacsatolás.

Párhuzamos negatív feszültség-visszacsatolás:
Párhuzamos feszültség-visszacsatolás alkalmazásakor a feszültségerősítés független a visszacsatolástól, az áramerősítés pedig csökken. Ennek a visszacsatolásnak a hatására mind a bemeneti, mind a kimeneti ellenállás csökken.

Soros negatív feszültség-visszacsatolás:
Ha az ube bemeneti feszültség nő, nő az uki kimeneti feszültség, tehát az uv visszacsatoló feszültség is nő. A visszacsatoló feszültség növekedése a T1 tranzisztor vezérlőjelét csökkenti, tehát a bemeneti jel növekedése ellen hat.

Párhuzamos negatív áram-visszacsatolás:
A T1 tranzisztor nyugalmi bázisáramát feszültségosztós megoldással az R1, R2 ellenál-lások állítják be, felhasználva az RE2 és R’E2 soros eredőjén fellépő feszültségesést. Ezáltal egy egyenáramú negatív visszacsatolást is létesítünk, amit a munkapont stabilitásának a növelésére alkalmaznak (hőmérsékletváltozás esetén).

INDOKOLJA A TÖBBFOKOZATÚ ERŐSÍTŐK ALKALMAZÁSÁNAK SZÜKSÉGESSÉGÉT! ISMERTESSE AZ ERŐSÍTŐFOKOZATOK CSATOLÁSÁNAK MÓDJAIT ÉS HATÁSUKAT A MUNKAPONT BEÁLLÍTÁ

Többfokozatú erősítők:
A gyakorlati alkalmazások esetén szükséges igen nagy feszültségerősítést egyetlen erő-sítőfokozat általában nem képes teljesíteni. A nagy erősítés és az egyéb jellemzők biztosítása, csak több megfelelő típusú erősítőfokozat láncba kapcsolásával valósítható meg. A fokozatok egymás után kapcsolt négypólusoknak tekinthetők.
Közvetlen csatolás rövidzárral:
Az alsó határfrekvenciát (fa=0) és az erősítő stabilitását figyelembe véve a közvetlen csatolás a többfokozatú erősítők legkedvezőbb csatolási módja. Ez az egyetlen csatolási mód egyenfeszültségű jelek erősítésére. Ugyanakkor váltakozó feszültségű jelek erősítésére is al-kalmas. A közvetlen csatolt erősítőket DC-erősítőknek nevezzük.

Többfokozatú, közvetlen csatolású erősítő
A második erősítőfokozat munkapontját az első fokozat állítja be. Feltételezve, hogy a két tranzisztor azonos munkapontban dolgozik, ez csak úgy állítható be ha RE2>RE1 és RC2
Közvetlen csatolás feszültségosztós szinteltolóval:
A szinteltolók olyan négypólusok, amelyek az egyes fokozatok közé kapcsolva úgy hozzák létre a szükséges egyenfeszültség esést, hogy közben a felerősítendő jelet minimális értékben csillapítják.

Az egyenfeszültség megfelelő leosztását az R3, R4 ellenállásokból álló feszültségosztó biztosítja. A kapcsolás hátránya, hogy az erősítendő jelet is osztási arányának függvényében leosztja.
Közvetlen csatolás diódás szinteltolóval:
Kis egyenfeszültség-különbségek esetén alkalmazhatók eredményesen. A kapcsolás a dióda nyitóirányú tartományának lineáris szakaszát használja ki. Az R ellenállás a dióda munkapontját állítja be. Az egyenfeszültségű szinteltolás mértéke megegyezik a dióda nyitó-irányú feszültségével. Több diódát sorba kapcsolva 2-3V-ig hozható létre szinteltolás az átvi-teli jellemzők jelentősebb romlása nélkül.

A diódás szinteltoló előnye, hogy a T1 kollektor-feszültség változását csillapítás nélkül továbbítja a T2 tranzisztor bázisára, mivel a dióda kis értékű differenciális ellenállásán elha-nyagolható feszültségesés jön létre.
Közvetlen csatolás Zener-diódás szinteltolóval:
Nagyobb szinteltolás megvalósítására alkalmas. A Zener-dióda munkapontját az R el-lenállás, a letörési tartományban állítja be. Ebben az esetben a diódán a Zener-feszültséggel azonos feszültségesés jön létre. A Zener-dióda differenciális ellenállása nagyon kicsi, ezért a hasznos jelet csillapítás nélkül viszi át a T2 bázisára.

A kapcsolás hátránya, hogy a Zener-dióda működése a letörési jelenségek következté-ben nagy zajtényezővel rendelkezik, ezért nagy erősítésű fokozatoknál nem célszerű alkal-mazni.
Közvetlen csatolás tranzisztoros szinteltolóval:
A T2 PNP-tranzisztor a T1 kollektor-feszültségét ellentétes irányban tolja az RC2 és RE2 ellenállások értékeinek függvényében, így a T3 tranzisztor bázisának előfeszítése megfelelően alacsony szintű lesz.

A közvetlen csatolt erősítők legnagyobb problémája a munkapont eltolódás, vagy a drift. A munkapont eltolódása, vándorlása azért okoz gondot, mert az egyenfeszültség és a jel között nincs semmilyen különbség. A bemeneti áram kicsiny változása mindenképpen nagy változá-sokat idéz elő a kimeneti teljesítményben.
RC csatolás:
A Ccs2 csatoló kondenzátor reaktanciája az első fokozat kimeneti ellenállásával és a má-sodik fokozat bemeneti ellenállásával feszültségosztót képez. Ez a leggyakrabban alkalmazott csatolási mód váltakozó feszültségű jelek erősítésére. Az ilyen csatolású erősítőket AC-erősítőknek nevezzük.

Ahhoz, hogy a csatoló kondenzátor ne befolyásolja a hasznos jel átvitelét, reaktanciája sokkal kisebb kell legyen a második fokozat bemeneti ellenállásánál. A megengedhető szint-csökkenés 3dB. Ekkor a kondenzátor kapacitása:. Az első és második fokozat feszültségerősí-tése:
;
Az erősítő feszültségerősítése: Au=Au1*Au2.
Transzformátoros csatolás:
Feltételezzük, hogy a két transzformátor áttétele. A transzformátoros csatolást főleg magasfrekvenciás váltakozó feszültség erősítőkben használják. Alkalmazásának előnye, hogy illesztést valósít meg az erősítő fokozatok között. Nagy stabilitás érhető el vele és a transz-formátor tekercseiben nem nagy az egyenáramú veszteség.

MAGYARÁZZA EL KARAKTERISZTIKÁK ALAPJÁN A BIPOLÁRIS ÉS A TÉRVEZÉRLÉSŰ TRANZISZTOROK MŰKÖDÉSÉT KAPCSOLÓÜZEMBEN! RAJZOLJON FEL TIPIKUS INVERTER KAPCSOLÁS

Bipoláris tranzisztor kapcsolóüzemben:
Logikai áramkörben közös emitteres alapkapcsolásban, mint kétállapotú kapcsolóelem működik. A tranzisztor telített és lezárt állapota megfelel egy bekapcsolt, illetve kinyitott kapcsolónak. Az RC kollektor ellenállás munkaegyenese a tranzisztor kimeneti jelleggörbéiből kimetszi a telített, illetve a lezárt állapotnak megfelelő A és B munkapontokat. A telített tran-zisztor kollektorán egy kis UL maradék feszültség lép fel. Emiatt az alacsonyabb logikai fe-szültségszint értéke, UL sohasem lehet pontosan 0V, hanem annál egy kissé pozitívabb. A lezárt tranzisztoron keresztül mindig folyik a kollektor-emitter maradékáram. Ezért a na-gyobb feszültségszint értéke UH sohasem éri el az UT tápfeszültség értékét, hanem a mara-dékáram által az RC munka-ellenálláson létrehozott feszültségeséssel ennél kisebb.

Elvi és helyettesítő kapcsolás Kimeneti jelleggörbe-sereg
MOS térvezérlésű tranzisztor kapcsolóüzemben:
Az integrált logikai áramkörökben a MOS térvezérlésű tranzisztorokat alkalmazzák. A bipoláris tranzisztorhoz hasonlóan használható kétállapotú üzemmódban is. Ha az UGS kisebb mint az UT0 küszöbfeszültség, akkor a MOS tranzisztor lezárt állapotban van, a drain-feszültség az UT-tápfeszültséggel egyenlő. Abban az esetben, ha UGS egy adott mértékben na-gyobb UT0-nál, akkor a tranzisztor telítési tartományban vezet, és a drain-feszültsége majd-nem nulla.

Elvi kapcsolás N-csatornás MOS átviteli jelleggörbéi
Inverterek:
A negáció művelet legegyszerűbben egy kapcsoló üzemű emitter-kapcsolású tranzisztor-ral valósítjuk meg. A –Us segédfeszültség a tranzisztor stabil lezárását biztosítja.
Ha az A bemenet L szinten van a tranzisztor zárt állapotban van és kollektorán közel tápfeszültség (H szint) mérhető. Ha A bemenetre pozitív feszültség (H szint) kerül a tranzisz-tor vezetni fog. A vezető tranzisztor kollektor-emittere között L szint mérhető. Tehát teljesül a NEM kapcsolat. Az inverter kimeneti feszültsége függ a terhelő áram nagyságától, így a ki-meneti feszültség széles tartományban változhat. Ezért ezt a kapcsolást szabad szintű inverternek nevezik.
Az inverterek másik fajtája a megfogott szintű inverter. A kimeneti feszültség terhelés-től való függetlenségét egy DM jelű „megfogó” diódával küszöböljük ki, mely dióda a kimeneti feszültséget egy Uki=UM+0,6V szinten rögzíti. Ha a terhelőáram megnő, a dióda kinyit, így a kimenet feszültségét a terhelő áramtól függetlenül állandó értéken tartja.