Kondenzátorok méretezése földelt emitteres kapcsolásban

Két egyszerű áramgenerátor kapcsolás tranzisztorokkal

Sokszor előfordul, hogy állandó áramot akarunk, viszont a tápfeszültség ingadozás is jelen lehet. Ugy egy tranzisztor emitter áramát a munkaponti beállítások határozzák meg. El kell érnünk tehát, hogy ez ne változzon, az esetleges tápfeszültség ingadozások által. Err jó megoldást ad a következő két kapcsolás.

Itt a Q1 negatív visszacsatolásként húzza vissza a Q2 bázisfeszültségét.

Itt pdeig a diódák kényszerítik ki a megfelelő bázisfeszültséget.

Mindkét esetben az emitter alatti R2 ellenálláson átfolyó áram tekínthető referenciának.

Kisjelű erősítések és a h paraméterek

Az előző témát folytatva nézzünk egy-két gyakorlati megoldást a h-paraméterek használatára.

Első körben beszéljünk a FE (földelt emitteres) tranzisztoros kapcsolás erősítéseiről. Jellemzően feszültség, áram és teljesítményerősítést tudunk számolni. Lássuk a kapcsolást miről is van szó.

Nézzük először a feszülségerősítést, jele Au:

A h11 paraméter kiszámításához szükséges képlet, ha nincs megadva:

Az r_BB’ a bázis-hozzávezetési ellenállás, értéke 5-50 Ohm, r_e a bázis-emitter dióda dinamikus ellenállása, értéke a termikus feszültség és az emitteráram hányadosa. A termikus feszültség egy állandó. ami szobahőmérsékleten 26mV.

Ahol a μ a feszültség-visszahatási tényező, 10^-4–10^-5 nagyságrendű érték.

A h₂₁ paraméter tranzisztor katalógus adat.

Áramerősítés:

 

A teljesítményerősítés az áramerősítés és a feszültségerősítés szorzata.

A témával kapcsolatban meg kell még említeni a meredekséget is, amely azt mutatja meg, hogy az bázis-emitter feszültség változás milyen mértékben változtatja meg a kollektoráramot.

Bemeneti és kimeneti ellenállás – Mivel a tranzisztort jellemzően diszkrét alkatrészek veszik körül a megfelelő munkapont beállítás miatt, ezért azok befolyásolják a négypólus ki- és bemeneti ellenállását. A gyakorlatban, és az helyettesítő képből is látszik, hogy párhuzamosan kell kapcsolnunk őket.  Az ábrán látható színezés segít az eligazodásban.

h-paraméterek

A hibrid paraméterek (h-paraméterek) fizikai jelentése, mértékegysége és szokásos értékeik a következők:
• h11 — bemeneti ellenállás, szokásos értéke 500… 5000 Ω
• h12 — kimeneti visszahatás, szokásos értéke n·10-3
• h21 — áramerősítési tényező, szokásos értéke 50… 500…5000
• h22 — kimeneti vezetőképesség, szokásos értéke n·10-4 S

A feszültségek és áramok kis u-val és i-vel vannak jelölve, ezzel is jelezve, hogy itt feszültség- és áramváltozásokról van szó. (delta)

A fenti ábrán jól látható a h11 paraméter.

Egyes külföldi irodalomban:

h₁₁ – h_{i – input impedance}
h₁₂ – h_{r –  reverse voltage feedback ratio}
h₂₁ – h_{f – forward current gain}
h₂₂ – h_{o – output admittance}

Egyéb elnevezések:

Konduktancia – jele: G – G = 1/R – az egyenáramon számítható ellenállás reciproka a vezetés, vezetőképesség vagy konduktancia. Mértékegysége Siemens
Admittancia – jele: Y – Y = 1/Z – váltóáram látszólagos ellenállásának (Impedancia) a reciprok értéke. Mértékegysége Siemens

A fent említett h-paramétereket a négypólusok modellezésénél alkalmazzák.

A négypólus gyakorlatilag egy áramkör, aminek a bemenete és kimenete 2-2 pólusnak felel meg. Ennek megfelelően van bemeneti feszültsége (v₁, u_be), bemeneti árama (i₁, i_be) és kimeneti feszültsége (v₂, u_ki), kimeneti árama. (i₂, i_ki)

Két fontos egyenlőséget határoztak meg a fenti négypólussal kapcsolatban.

v₁ =h₁₁i₁ + h₁₂v₂
i₂ =h₂₁i₁ + h₂₂v₂

Előfordulnak ilyen jelölések: h_fe = h_21e – ez a közös emitteres kapcsolásra utal. Mindemellett vegyük észre, hogy a h₁₁ és a h₂₂ ellenállás, illetve vezetési értékek, a h₁₂ és h₂₁ pedig számok. A h₁₂ olyan minimális, hogy elhagyható.

Ez itt az elvi rajza egy földelt emitteres, bázisáramos kapcsolásnak. Bordó színnel jelöltem a másik jelölési módszert.

Ahogy már fent is láttuk, a h₁₁ a tranzisztor bemeneti ellenállása, az 1/h₂₂ pedig a kimeneti ellenállás.

foly. köv.

Tények a tranzisztorról

• A vékony bázisréteg miatt a tranzisztor nem tekinthető két dióda egyszerű kombinációjának.
• A kollektor- és a bázisáram arányát a földelt emitteres tranzisztor egyenáramú áramerősítési tényezőjének nevezzük. Az áramerősítési tényező megközelítőleg független az áramoktól. Jele B – B = I_C / I_B B kb: 100
• Az R_E szerepe: a munkapont stabilizálása negatív visszacsatolással, ha elkezd melegedni a tranzisztor és elmászik az U_BE és I_B arány. Ha van R_E ellenállás, a nagyobb áram nagyobb feszültséget ejt rajta, ami az U_BE feszültséget csökkenti (soros áram-visszacsatolás)
• Ahhoz, hogy kis jeleket jelentős mértékben erősíthessünk, célszerű a jelfeszültséghez egy olyan állandó értékű feszültséget hozzáadni a bázis-emitter feszültséghez. (Munkapont beállítás)
• A bemeneti jelgenerátort egyenfeszültség összetevőjét leválasztani egy kondenzátorral, így nem befolyásolja az egyenáramú beállításokat.
• A tranzisztor csomópontnak tekinthető. (Kirchoff törvénye)

 

Sávszűrő passzív RC tagokból

Az előző posztban megismert felül- és aluláteresztő szűrőt ha kombináljuk egy sávszűrőt kapunk.

http://www.electronics-tutorials.ws

Egy egyszerű Python scripttel és GNUplottal karakterisztikát is rajzolhatunk, a fentiek szerint.

import math

Vin = 10.0
R = 10000.0
LowFreq = 100.0
HighFreq = 8000.0
C1 = 1.0 / (2 * 3.1415 * LowFreq * R)
C2 = 1.0 / (2 * 3.1415 * HighFreq * R)

for freq in range(1,100000):
    Xc1 = 1 / (2*3.1415 * freq * C1)
    Xc2 = 1 / (2*3.1415 * freq * C2)

    VoutHPF = Vin * (R / (math.sqrt( (R*R) + (Xc1*Xc1))))
    VoutBPF = VoutHPF * (Xc2 / (math.sqrt( (R*R) + (Xc2*Xc2))))

    print "%s\t%s" % (freq, VoutBPF)

Másoljuk a script kimenetét a bpf.txt fileba, és a GNUPlottal rajzoljuk ki.

gnuplot> set logscale x
gnuplot> plot 'bpf.txt' using 1:2 with lines

Ime:

Alul- és felüláteresztő szűrő RC tagokból