Laboratórium 2 - 5. Mérés ellenőrző kérdései

← Vissza az előző oldalra – Laboratórium 2

← Vissza az előző oldalra – Laboratórium 2 - 5. Mérés: Tranzisztoros erősítő alapkapcsolások vizsgálata

1. Definiálja az aszimmetrikus erősítőkre az üzemi paramétereket!

Feladat:

Definiálja az aszimmetrikus erősítőkre az illesztési jellemzőket (bemeneti és kimeneti impedanciákat) az átviteli jellemzőket (feszültség- és áramerősítést, transzfer impedanciát és admittanciát)!

Megoldás:

Az erősítők olyan elektronikus áramkörök, amik a fogyasztó felé nagyobb teljesítményt képesek leadni, mint amekkorát a meghajtó hálózatból felvesznek.
Aszimmetrikus (hárompólusú) erősítőről akkor beszélünk, ha a meghajtó hálózatot helyettesítő generátor és a terhelés is egyik kapcsán földelt kétpólus.

Az üzemi paraméterek fontos tulajdonsága, hogy értékük (különösen visszacsatolt erősítők esetén) függ az erősítő bemeneti és kimeneti lezárásától, ezért meg kell adni, hogy az adott üzemi paraméterek milyen lezárásokhoz tartoznak.

Üzemi paraméterek
Megnevezése	Jele	Definíciója	Dimenziója
Bemeneti impedancia	$Z_{be}$	$\frac{u_{be}}{i_{be}}$	$\mathrm{\Omega }$
Kimeneti impedancia	$Z_{ki}$	Értelmezés sikertelen (formai hiba): {\displaystyle -{u_{kiü} \over i_{kir}}}	$\mathrm{\Omega }$
Feszültségerősítés	$A_u$	$\frac{u_{ki}}{u_{be}}$	$-$
Áramerősítés	$A_i$	$\frac{i_{ki}}{i_{be}}$	$-$
Transzfer impedancia	$Z_A$	$\frac{u_{ki}}{i_{be}}$	$\mathrm{\Omega }$
Transzfer admittancia	$Y_A$	$\frac{i_{ki}}{u_{be}}$	$S$

2. Hogyan számítható a bemeneti és a kimeneti időállandó a földelt emitteres alapkapcsolásoknál?

A bemeneti RC tag egy soros rezgőkör, ebből a bemeneti időállandó:

${\tau }_{be}=(R_1\times R_2)\times [(1+\beta )\cdot (r_d+R_E)]\cdot C_{be}$

A kimeneti időállandó:

${\tau }_{ki}=(R_C\times R_t)\cdot C_{ki}$

3. Hogyan definiáljuk a felfutási és a lefutási időket?

Felfutási idő: Az az idő, amíg jelváltáskor a jel az amplitúdójának 10%-ról a 90%-ra nő.

Lefutási idő: Az az idő, amíg jelváltáskor a jel az amplitúdójának 90%-ról a 10%-ra csökken.

4. Mi a tetőesés és mi okozza?

Tetőesés: A tetőesés impulzusok esetén az impulzus amplitúdójának kismértékű csökkenése az idővel. Általában százalékos értékben adják meg.

A tetőestést az erősítés útjába sorosan eső kondenzátorok okozzák. Mivel a négyszögjel magas értéke alatt konstans a jel, tehát 0 Hz frekvenciájú, ezért azt a kondi "ki akarja szűrni", azaz úgy viselkedik, mint egy felüláteresztő RC struktúra.

5. Milyen összefüggés van a felfutási idő és a felső határfrekvencia között?

A felfutási idő annál nagyobb, minél lassabban változik jel. Egy jel akkor tud gyorsan megváltozni (ugrani), ha nagyfrekvenciás komponensei is vannak. A felső határfrekvencia felett, azonban elnyomódnak a frekvenciakomponensek, tehát annál kisebb a felfutási idő, minél nagyobb a felső határfrekvencia.

Képletszerűleg:

$t_{RISE}\approx \frac{1}{2\pi \cdot f_{max}}$

6. Milyen összefüggés van az alsó határfrekvencia és a tetőesés között?

Ha csökkentjük az alsó határfrekvenciát, akkor növeljük a leglassabb időállandót, így "lassabban szűrődik ki az egyenszint", tehát csökkenteni lehet vele a tetőesést.

7. Hogyan határozható meg egy alapkapcsolás tranzisztorának munkapontja egy és két tápfeszültséges kapcsolásban?

Feladat: Hogyan határozható meg egy földelt emitteres / kollektoros / bázisú alapkapcsolás tranzisztorának munkapontja egy és két tápfeszültséges kapcsolásban?

Megoldás:

Földelt emitteres, egytelepes alapkapcsolás:

Munkaponti analízisnél egyenáramokkal és egyenfeszültségekkel dolgozunk, ennélfogva a kondenzátorok szakadásnak, illetve a kisjelű feszültséggenerátor pedig rövidzárnak vehető.

Felírva a tranzisztor bázisára egy Thevenin helyettesítő képet, majd pedig egy huroktörvényt, valamint felhasználva a tranzisztor karakterisztikáját, adódik az alábbi egyenletrendszer:

$U_t\cdot \frac{R_2}{R_1+R_2}=(R_1\times R_2)\cdot (1-A)\cdot i_E+u_{BE}+R_E\cdot i_E$

$i_E=I_{E00}\cdot [\exp \left(\frac{u_{BE}}{U_T}\right)-1]$

Ez azonban csak iterációval lenne megoldható, de jó közelítéssel $U_{BE0}\approx 0.6V$ állandónak vehető.

Tehát az egyenletrendszer redukálható egy egyismeretlenes egyenletté:

$I_{E0}=\frac{U_t\cdot \frac{R_2}{R_1+R_2}-U_{BE0}}{R_E+(R_1\times R_2)\cdot (1-A)}$

A kolletktor-emitter körre felírható hurokegyenlettel pedig számítható a tranzisztor $U_{CE0}$ munkaponti értéke:

$U_{CE0}=U_t-(R_E+A\cdot R_C)\cdot I_{E0}$

Földelt emitteres, kéttelepes alapkapcsolás:

Nagyjából ugyanaz, mint az egytelepes, csak nincs bázisosztó (R1 és R2) és kondenzátor a tranzisztor bázisán, valamint az emitterellenállás nem földre hanem negatív tápfeszre van kötve:

$U_{BE0}\approx 0.6V$

$I_{E0}=\frac{U_t-U_{BE0}}{R_E+R_g\cdot (1-A)}$

$U_{CE0}=2\cdot U_t-(R_E+A\cdot R_C)\cdot I_{E0}$

Földelt kollektoros, egytelepes alapkapcsolás:

Ugyanazzal a logikával, mint a földelt emitteres alapkapcsolásnál:

$U_{BE0}\approx 0.6V$

$I_{E0}=\frac{U_t\cdot \frac{R_2}{R_1+R_2}-U_{BE0}}{R_E+(R_1\times R_2)\cdot (1-A)}$

$U_{CE0}=U_t-R_E\cdot I_{E0}$

Földelt kollektoros, kéttelepes alapkapcsolás:

Szerintem ez már menni fog ez alapján mindenkinek ;)

Földelt bázisú, egytelepes alapkapcsolás:

Ugyanazzal a logikával, mint a földelt emitteres alapkapcsolásnál:

$U_{BE0}\approx 0.6V$

$I_{E0}=\frac{U_t\cdot \frac{R_2}{R_1+R_2}-U_{BE0}}{R_E+(R_1\times R_2)\cdot (1-A)}$

$U_{CE0}=U_t-(R_E+A\cdot R_C)\cdot I_{E0}$

Földelt bázisú, kéttelepes alapkapcsolás:

Szerintem ez már menni fog ez alapján mindenkinek ;)

8. Hogyan számíthatók ki a bipoláris tranzisztorok vezetés (g) és hibrid (h) paraméterei a tranzisztorok munkaponti adataiból?

Őszintén szólva fogalmam sincs hogy ez a jó válasz. Aki tudja az egzakt képleteket, amikkel kapásból meghatározható a munkaponti adatokból a vezetés és hibrib paraméterek, az NE tartsa magában. Évek óta homály lengi körül ezt a kérdést, valaki oldja már meg! :D

Hibrid (h) paraméterek:

$u_1=h_{11}\cdot i_1+h_{12}\cdot u_2$

$i_2=h_{21}\cdot i_1+h_{22}\cdot u_2$

Fontos, hogy az $i_1,i_2,u_1,u_2$ változók mást jelentenek, attól függően, hogy a tranzisztor földelt bázisú vagy földelt emitteres kapcsolásban van-e. Ennek megfelelően beszélünk földelt bázisú és földelt emitteres h-paraméterekről. Ezeket a b és e indexszel különböztetik meg egymástól.

A hibrid paraméteres mérési úton könnyen meghatározhatóak:

$h_{11}=\frac{d{U}_1}{d{I}_1}{\mid }_{U_2=const}⟵$ A bemeneti ellenállás rövidrezárt kimenet mellett.

$h_{12}=\frac{d{U}_1}{d{U}_2}{\mid }_{I_1=const}⟵$ A feszültség visszahatás szakadt bemenet mellett.

$h_{21}=\frac{d{I}_2}{d{I}_1}{\mid }_{U_2=const}⟵$ Az áramerősítés rövidrezárt kimenet mellett.

$h_{22}=\frac{d{I}_2}{d{U}_2}{\mid }_{I_1=const}⟵$ A kimeneti vezetés szakadt bemenet mellett.

A félvezető katalógusok diagramok formájában közlik a h paraméterek munkapontfüggését. Az adatlap táblázatos formában szolgáltatja az egy munkapontra vonatkozó adatokat, valamint két diagram mutatja a h paramétereknek az $I_C$ és $U_{CE}$ munkaponti adatoktól való függését.

Vezetés (g) paraméterek:

$i_1=g_{11}\cdot u_1+g_{12}\cdot u_2$

$i_2=g_{21}\cdot u_1+g_{22}\cdot u_2$

A hibrid karakterisztika négy paraméterének ismeretében karakterisztikaátváltó táblázatok segítségével, már könnyen meghatározhatóak a vezetési (admittancia) karakterisztika paraméterei.

9. Hogy számíthatók a tranzisztoros alapkapcsolások jellemzői a tranzisztorok g vagy h paramétereinek ismeretében?

Feladat: Hogyan számíthatók ki a bipoláris tranzisztoros alapkapcsolások feszültségerősítése, bemeneti ellenállása, kimeneti ellenállása a tranzisztorok g vagy h paramétereinek ismeretében?

Megoldás:

10. Rajzolja fel a tranzisztorok nagyfrekvenciás hibrid p helyettesítőképét és határozza meg az egyes elemeinek értékét!

Feladat: Rajzolja fel a bipoláris tranzisztorok nagyfrekvenciás hibrid p helyettesítőképét és határozza meg a munkaponti adatok ismeretében a helyettesítőkép egyes elemeinek értékét!

Megoldás: