Az erősítők osztályozása
A nagyjelű erősítők főként az erősítők meghajtó és végfokozataiban nyernek alkalmazást. Feladatuk, hogy a terhelésen meghatározott feszültséget és teljesítményt adjanak le, minél jobb hatásfok és torzítás mellett.
Megkülönböztetünk A, AB, B és c osztályú erősítőket.
Vizsgálatuk és méretezésük során a matematikai módszerek mellett grafikus módszereket is alkalmazunk.
A nagyjelű feszültségerősítők általános jellemzése
A nagyjelű feszültségerősítők nagy jelfeszültséget biztosítanak, jelentősebb teljesítmény nélkül.
A nagyjelű erősítők általános jellemzése
A teljesítményerősítők olyan áramkörök, amelyeknél alapvető követelmény a nagy kimeneti teljesítmény elérése, feszültségerősítése viszont nem jelentős szempont.
A nagyjelű erősítők esetén is érvényesek azok az elvek, amelyeket a kisjelű erősítőknél megállapítottunk. A munkapont környezetében történő jelentős feszültség és áramingadozások miatt meg kell vizsgálni a működés korlátait és a jeltorzításokat.
Így a nagy jelekkel dolgozó erősítők vizsgálata során az alapkövetelmények a határértékekre és a torzításra vonatkoznak.
A tranzisztorok kimeneti jelleggörbéi
A következő ábrán látható egy tranzisztor kimeneti karakterisztikái, amely megmutatja a kollektor áram függését a kollektor-emitter feszültségtől a bázisáram függvényében.
A tranzisztorok kimeneti jelleggörbéjén a kivezérlés és a munkapont kiválasztása
A tranzisztorok kimeneti jelleggörbéjéből megállapítható, hogy a munkapont és a kivezérlés megválasztását több tényező befolyásolja.
A határadatok
A határadatok:
• A maximális veszteségi teljesítmény hiperbolája. Ez a környezeti hőmérséklettől és az elvezetett hőmennyiségtől függ.
• A maximális kollektorfeszültség,
• A legnagyobb kollektoráram, amely fölött igen megnő a torzítás,
• A telítési tartomány, amely a kivezérelhetőséget korlátozza kisebb feszültségek esetén,
• A lezárási tartomány, amely szintén határt szab a kivezérelhetőségnek a kis áramerősségek esetén.
A maximális veszteségi teljesítmény PD max megtalálható a tranzisztor katalógusban. Ennek értéke:
PD max=Tj−TkRth,
ahol Tj a legnagyobb megengedett záróréteg hőmérséklet. A különböző Rth hőellenállásra és környezeti hőmérsékletre vonatkozó veszteségi teljesítményt görbesereggel, vagy számértékkel adhatják meg.
A tranzisztor veszteségi teljesítményéből és a hatásfok ismeretében meghatározható a tranzisztorból kivehető legnagyobb teljesítmény értéke.
A kivezérelhetőség
A végerősítő fokozatoknál fontos szempont a minél nagyobb kivezérelhetőség, hiszen maximális erősítés csak teljes kivezérléskor jön létre. Teljes kivezérlésnek nevezzük a tranzisztor telítődéséig és lezárásáig történő vezérlését.
Teljesítménytranzisztorok
Törekedni kell kis maradékfeszültségű és maradékáramú tranzisztorok alkalmazására, mert így a vezérlési tartomány növelhető. A jelfeszültség értéke, maximális amplitúdója A-osztályú beállítás esetén kb. UT2 míg B osztályú beállításkor közel UT értékű lehet.
A nagyjelű erősítőknél a torzítás a tranzisztorok bemeneti jelleggörbéjének nonlinearitásából következik. A torzítás csökkentésének a lehetősége negatív visszacsatolással valósítható meg.
A teljesítményerősítők jellemzői
A teljesítményerősítőknél feladat az adott teljesítmény szolgáltatása, amelyhez meghatározott feszültség és áramértékek tartoznak. Ezek az erősítők tehát egyenáramú energiából, a vezérlés hatására a hálózat segítségével váltakozóáramú energiát állítanak elő, tehát mint energiaátalakító működnek. Az átalakításra jellemző a hatásfok, amely kisebb mint egy, hiszen az átalakítás közben nemkívánatos hő is fejlődik.
Ha kollektorkapcsolású erősítőfokozatot alkalmazunk, akkor a kis kimeneti impedancia a kimenő transzformátor mellőzését lehetővé teszi. Az ilyen fokozat feszültségerősítése kisebb mint egy, ezért az előerősítő fokozatnak a kimeneti feszültség nagyságrendjébe eső feszültséget kell előállítania.
Földelt emitteres erősítőfokozat alkalmazásakor, bár teljesítményerősítése jelentős, hátrányként jelentkezik a nagy kimeneti impedancia.
A terhelés illesztése az erősítőhöz kimenő transzformátor alkalmazását igényli.
A teljesítmények, a hatásfok és a teljesítményerősítés
A teljesítményerősítők fontos és jellemző adatai:
• Pki a kimeneti váltakozóáramú teljesítmény,
• PT a tápfeszültség forrásból felvett egyenáramú teljesítmény,
• PD a disszipált, vagy veszteségi teljesítmény,
PD=PT−Pki
• η a hatásfok százalékban, amely:
η=PkiPT ⋅100.
A hatásfok nagy értékű, ha a terhelést illesztjük és nagy a kivezérlési tartomány.
• Pbe a bemeneti, vezérlő teljesítmény,
• Ap a teljesítményerősítés:
Ap=PkiPbe .
A torzítás
k a torzítás értéke, amely a munkapont megfelelő kialakításával és negatív visszacsatolás alkalmazásával csökkenthető. A nagyjelű fokozatok nemlineáris torzítása a nagy jelfeszültség miatt általában nagyobb, mint amekkorát megengedhetünk. Ezért a nagyjelű erősítők mindig nagy hurokerősítésű negatív visszacsatolásban működnek.
A végerősítő fokozatoknál fontos szempont a minél nagyobb kivezérelhetőség, hiszen maximális erősítés csak teljes kivezérléskor jön létre. Teljes kivezérlésnek nevezzük a tranzisztor telítődéséig és lezárásáig történő vezérlését.
A nagyjelű feszültségerősítők nagy jelfeszültséget biztosítanak, jelentősebb teljesítmény nélkül.
A nagyjelű erősítők főként az erősítők meghajtó és végfokozataiban nyernek alkalmazást. Feladatuk, hogy a terhelésen meghatározott feszültséget és teljesítményt adjanak le, minél jobb hatásfok és torzítás mellett.
Az a görbe, amely megmutatja a maximális disszipációs teljesítményt különböző kollektor-emitter feszültségek esetén.
A végerősítő fokozatoknál fontos szempont a minél nagyobb kivezérelhetőség, hiszen maximális erősítés csak teljes kivezérléskor jön létre.
A tranzisztor telítődésig vagy lezárásig történő vezérlése.
A telítődésig kivezérelt tranzisztor kollektor- emitter feszültsége.
A lezárt tranzisztoron keresztül folyó áram.
A nagyjelű erősítőknél a torzítás a tranzisztorok bemeneti jelleggörbéjének nonlinearitásából következik.
21. századi közoktatás - fejlesztés, koordináció (TÁMOP-3.1.1-08/1-2008-0002)
