1

U. Tietze - Ch. Schenk

ANALG S DIGITLIS RAMKRK

5., javtott kiads

Mszaki Knyvkiad , Budapest

Az eredeti m: Dr.-Ing. Ulrich Tietze-Dr. - Ing. Christoph Schenk:

Halbleiter - Schaltungstechnik 7., tdolgozott kiads

Springer-Verlag, Berlin - Heidelberg, 1985

Lektorlta:

D r . S i m o n Gyula oki. villamosmrnk

) Hungrin translation Dr. Huszr Imre, 1973, 1974, 1981, 1990, 1993

Hungrin edition Mszaki Knyvkiad

ETO: 621.3.049.77 621.37.049.77 621.382.049.77

ISBN: 963 10 0438 4 (msodik kiads) 963 16 0010 6

Kiadja a Mszaki Knyvkiad Felels kiad: Szcs Pter gyvezet igazgat

Felels szerkeszt: Dr. Szlai Pln oki. villamosmrnk

A szeds a Mszaki Knyvkiadban kszlt Kossuth Nyomda Rt, Budapest, 93 0343

Felels vezet: Szkely Kroly vezrigazgat

Mszaki vezet: Dornizs Lszl Mszaki szerkeszt: Bn Ferenc A fedelet tervezte: Szkely Edith

A knyv formtuma: B5 vterjedelem: 71,5 (A5)

Azonossgi szm: 10 191/80 Az 1990-ben megjelent kiads javtott utnnyomsa

Tartalomjegyzk

Elsz 15

L RSZ. Alapfogalmak 1. A jellsek magyarzata 19

2. Passzv RC s LRC hlzatok 26 2.1. Az alultereszt szr 26

2.1.1. Szmts a frekvenciatartomnyban 26 2.1.2. Szmts az idtartomnyban 28 2.1.3. Felfutsi id s hatrfrekvencia 30

2.2. A felltereszt szr 31 2.3. Kompenzlt feszltsgoszt 34 2.4. Svtereszt 35 2.5. Wien - Robinson-hd 36 6 . Ketts T szr . 38 2.7. A rezgkr 39

3. Didk 41 3.1. A dida karakterisztikja s jellemz adatai 41 3.2. Z-didk 44 3.3. Kapacitsdidk 45

4. Bipolris tranzisztorok 46 4.1. Karakterisztika s kisjel paramterek 47 4.2. Hatradatok 51 4.3. Tranzisztorok fldelt emitteres kapcsolsa 55

4.3.1. Alapsszefggsek 56 4.3.2. Nemlineris torztsok 60 4.3.3. Negatv ramvisszacsatolt fldelt emitteres kapcsols .. 61 4.3.4. Negatv feszltsg-visszacsatolt fldelt emitteres kapcsols 63 4.3.5. Munkapont-bellts 65

4.4. Tranzisztorok fldelt bzis kapcsolsa 71 4.5. Tranzisztorok fldelt koUektoros, emitterkvet kapcsolsa .. 72 4.6. Tranzisztoros ramgenertorok 75

4.6.1. Alapkapcsols 75 4.6.2. Bipolris ramgenertor 77 4.6.3. ramtkr 78

4.7. Darlington-kapcsols 80 4.8. Differencilerst 82

4.8.1. Alapkapcsols 82 4.8.2. Nagyjel tulajdonsgok 86 4.8.3. Bels visszacsatols differencilerst 88 4.8.4. Ofszetfeszltsg 89

4.9. Nhny tranzisztorparamter mrse 91 4.10. Tranzisztorzaj 92

5. Trvezrls tranzisztorok 97 5.1. Osztlyozs 97 5.2. Karakterisztikk s kisjel paramterek 98 5.3. Hatradatok 102 5.4. Alapkapcsolsok 102

5.4.1. Fldelt source- kapcsols 102 5.4.2. Fldelt gate- kapcsols 106 5.4.3. Fldelt drain kapcsols, source-kvet 106

5.5. Trvezrls tranzisztoros ramgenertor 107 5.6. Fet alkalmazsa differencilerstkben 109 5.7. Fet alkalmazsa vezrelhet ellenllsknt 111

6. Optoelektronikai alkatrszek 114 6.1. Fnymrstani alapfogalmak 115 6.2. Fotoellenllsok 117 6.3. Fotodidk H8 6.4. Fototranzisztorok . . 120 6.5. Fnydidk 121 6.6. Fnycsatolk 122 6.7. Optikai kijelzk 123

6.7.1. Binris kijelzk 124 6.7.2. Analg kijelzk 125 6.7.3. Numerikus kijelzk 127 6.7.4. Alfanumerikus kijelzk 129

7. Mveleti erstk 133 7.1. A mveleti erstk tulajdonsgai 134 7.2. Negatv visszacsatols 139 7.3. Fzist nem fordt erst 142 7.4. Fzisfordt mveleti erst 145 7.5. A mveleti erstk bels felptse 147 7.6. Integrlt ltalnos cl mveleti erstk 149 7.7. Mveleti erstk frekvenciakompenzlsa 152

7.7.1. Alapok 152 7.7.2. Univerzlis frekvenciakompenzls 154 7.7.3. Illesztett frekvenciakompenzls 158 7.7.4. Jelvltozsi sebessg 158 7.7.5. Mveleti erstk a gyakorlatban 161

7.8. Mveleti erstk nhny jellemzjnek mrse 164 7.9. Mveleti erstk tpusvlasztka 165

8. Billen ramkrk 169 8.1. A tranzisztor mint kapcsol 169 8.2. Teltett logikj billenkrk 173

8.2.1. Bistabil billenkr (flip-flop) 174

8.2.2. Monostabil billenkrk 176 8.2.3. Astabil multivibrtor 177

8.3. Billenkapcsolsok emittercsatolt tranzisztorokkal 179 8.3.1. Emittercsatolt Schmitt-trigger 179 8.3.2. Emittercsatolt multivibrtor 179

8.4. Kapukbl felptett multivibrtorok 181 8.4.1. Bistabil billenkr 181 8.4.2. Monostabil multivibrtor 182 8.4.3. Multivibrtor 183

8.5. Kompartoros kapcsolsok 184 8.5.1. Kompartorok 184 8.5.2. Schmitt-trigger 186 8.5.3. Multivibrtorok 190 8.5.4. Monostabil multivibrtorok 192

9. Logikai alapkapcsolsok 195 9.1. Logikai alapfggvnyek 195 9.2. Logikai fggvnyek ellltsa 198

9.2.1. Karnaugh-diagram 200 9.3. Szrmaztatott alapfggvnyek 202 9.4. Logikai alapramkrk kapcsolstechnikai megvalstsa 204

9.4.1. Ellenlls-tranzisztor logika (RTL) 206 9.4.2. Dida-tranzisztor logika (DTL) 207 9.4.3 Lass, zavarbiztos logika (LSL) 207 9.4.4. Tranzisztor-tranzisztor logika (TTL) 207 9.4.5. Emittercsatolt logika (ECL) 212 9.4.6. Komplementer MOS-logika (CMOS) 215 9.4.7. NMOS-logika 219 9.4.8. ttekints 220

9.5. ramkrk sszekt vezetkei 222 9.6. Kombincis logikai hlzatok 224

9.6.1. n-b\ 1 dekdol 225 9.6.2. Demultiplexerek 226 9.6.3. Multiplexerek 227 9.6.4. Prioritsdekdol 228

9.7. Fggvny-jellsrendszer 229 10. Szekvencilis hlzatok 232

10.1. Integrlt trolk 232 10.1.1. tltsz trolk 232 10.1.2. Kzbens trols trolk 235

10.2. Binris szmllk 240 10.2.1. Aszinkron binris szmllk 241 10.2.2. Szinkron binris szmll 241 10.2.3. Elre - htra-szmllk (reverzbiUs szmllk) 244

10.3. BCD szmllk 8421 kdban 248 10.3.1. Aszinkron BCD szmll 248 10.3.2. Szinkron BCD szmll 249

10.4. Programozhat frekvenciaoszt 250 10.5. Lptetregiszterek 251

10.5.1. A lptetregiszter alapkapcsolsa 252 10.5.2. Prhuzamos bers lptetregiszter 252

10.6. Aszinkron jelek feldolgozsa 253 10.6.1. Mechanikus rintkezk pergsnek megszntetse 254 10.6.2. Elvezrelt RS trol 254

10.6.3. Impulzusok szinkronizlsa 255 10.6.4. Szinkron monostabil multivibrtor 256 10.6.5. Szinkron vltozsrzkel 257 10.6.6. Szinkronizlt rajelkapcsol 258

10.7. Szekvencilis hlzatok rendszerezett tervezse 258 10.7.1. llapotdiagram 258 10.7.2. tkapcsolhat szmll tervezsi pldja 261 10.7.3. A szksges trkapacits lecskkentse 263

11. Flvezet trak 267 11.1. Permanens trak (ROM-ok) 268

11.1.1. Maszkprogramozott permanens tr (ROM) 268 11.1.2. Programozhat permanens tr (PROM) 268 11.1.3. EPROM (Erasable PROM) 270 11.1.4. EEPROM 271 11.1.5. PLA s PAL ramkrk 271

11.2. Vletlen hozzfrs trak (RAM) 275 11.2.1. Sztatikus RAM 275 11.2.2. Dinamikus RAM-ok 279

11.3. Dul-port trak 283 11.4. RAM mint lptetregiszter 285 11.5. Fifo trak (First In First Out Memories) 286

11.5.1. Letapogatsos elven mkd fifo ramkr 287 11.5.2. Dul-port tras fifo ramkr 288 11.5.3. Fifo ramkr egyszer RAM-mal 289

11.6. HibafeHsmers s hibajavts 290 11.6.1. Paritsbit 290 11.6.2. Hamming-kd 291

11. RSZ. Alkalmazsok 12. Lineris s nemlineris analg mveleti ramkrk 297

12.1. sszead ramkrk 297 12.2. Kivon ramkrk 298

12.2.1. Visszavezets sszeadsra 298 12.2.2. Egy mveleti ersts kivon ramkr 299

12.3. Bipolris szorztnyez megvalstsa 302 12.4. Integrtorok 302

12.4.1. Fzisfordt integrtor 303 12.4.2. Kezdeti felttelek 306 12.4.3. sszegez integrtor 307 12.4.4. Fzist nem fordt integrtor 308

12.5. Differencil ramkrk 308 12.5.1. Elvi kapcsols 308 12.5.2. Gyakorlati kivitel 309 12.5.3. Nagy bemeneti ellenlls differencil kapcsols 311

12.6. Differencilegyenletek megoldsa 311 12.7. Fggvnygenertorok 313

12.7.1. Logaritml 314 12.7.2. Exponencihs fggvnygenertor 317 12.7.3. Hatvnyfggvny-genertor 319 12.7.4. Szinusz- s koszinuszfggvny-genertor 320 12.7.5. Vltoztathat fggvnygenertor 326

12.8. Analg szorzk 329 12.8.1. Szorzs logaritmikus fggvnygenertorral 329 12.8.2. Analg szorzkapcsolsok 330 12.8.3. Szorz vezrelt feszltsgosztkkal 335 12.8.4. A szorz kapcsolsok belltsa 337 12.8.5. Az egy- s ktsknegyedes szorzk bvtse ngysknegye-

des szorzv 338 12.8.6. Oszt s gykvon ramkrk szorzval 339

12.9. Koordintatranszformcik 340 12.9.1. Polr koordintk transzformlsa descartes-i koordin

ta-rendszerbe 340 12.9.2. Descartes-i koordintk transzformlsa polr koordi

nta-rendszerbe 341

13. Vezrelt genertorok s impedanciakonverterek 343 13.1. Feszltsgvezrelt feszltsggenertor 343 13.2. ramvezrelt feszltsggenertor 344 13.3. Feszltsgvezrelt ramgenertor 345

13.3.1. ramgenertor fldfggetlen terhelshez 346 13.3.2. ramgenertor egyik vgpontjn fldelt terhelshez . . . 348 13.3.3. Preczis tranzisztoros ramgenertor 350 13.3.4. Fldfggetlen terhels ramgenertor 356

13.4. ramvezrelt ramgenertor 357 13.5. Negatv impedancia konverter (NIC) 358 13.6. A girtor 360 13.7. A cirkultor 365

14. Aktv szrk 368 14.1. Alultereszt szrk elmleti alapjai 368

14.1.1. Butterworth tpus alultereszt szrk 373 14.1.2. Csebisev tpus alultereszt szrk 375 14.1.3. Bessel tpus alultereszt szrk 378 14.1.4. Az elmlet sszefoglalsa 382

14.2. Alultereszt - felltereszt transzformci 390 14.3. Elsfok alul- s felltereszt szrk megvalstsa 391 14.4. Msodfok alul- s felltereszt szrk megvalstsa 394

14.4.1. LRC szr 394 14.4.2. Tbbszrs negatv visszacsatols szr 395 14.4.3. Egyszeres pozitv visszacsatols szr 396 14.4.4. Frekvenciafggetlen negatv visszacsatols alulteresz

t szr 399 14.5. Nagyobb fokszm alul- s felltereszt szr 400 14.6. Alultereszt - svtereszt transzformci 403

14.6.1. Msodfok svtereszt 404 14.6.2. Negyedfok svtereszt 405

14.7. Msodfok svtereszt szrk megvalstsa 408 14.7.1. LRC szrk 409 14.7.2. Tbbszrs negatv visszacsatols svtereszt szr 409 14.7.3. Egyszeres pozitv visszacsatols svtereszt szr 411 14.7.4. Svszr ellenllsos visszacsatolssal 412

14.8. Alultereszt svzr transzformci 414 14.9. Msodfok svzr szrk megvalstsa 415

14.9.1. LRC svzr szr 415 14.9.2. Aktv, ketts T svzr szr 416 14.9.3. Aktv, Wien-Robinson svzr szr 417

14.10. Mindenttereszt kapcsolsok 418 14.10.1. Alapok 418 14.10.2. Elsfok mindenttereszt kapcsolsok realizlsa 421 14.10.3. Msodfok mindenttereszt kapcsolsok realizlsa 422

14.11. Hangolhat univerzlis szr 423

15. OszciUtorok 429 15.1. LC oszcilltorok 429

15.1.1. ltalnos berezgsi felttel 429 15.1.2. Transzformtoros csatols ramkr 432 15.1.3. Hartley-oszcilltor (induktv hrompontkapcsols) . . . 433 15.1.4. Colpitts-oszcilltor (kapacitv hrompontkapcsols) . . 434 15.1.5. Emittercsatolt LC oszcilltor 434 15.1.6. Ellentem oszcilltorok 435

15.2. Kvarcoszcilltorok . 436 15.2.1. A rezgkvarc elektromos tulajdonsgai 437 15.2.2. Alapharmonikus oszcilltorok 438 15.2.3. Felharmonikus oszcilltorok 440

15.3. Wien-hidas oszcilltor . . . 442 15.4. Harmonikus rezgs differencilegyenletnek megvalstsa 446 15.5. Fggvnygenertorok 449

15.5.1. Elvi elrendezs 449 15.5.2. Gyakorlati kivitel 450 15.5.3. Feszltsgvezrelt fggvnygener torok 452 15.5.4. Kvadratra (szinusz s koszinusz fzis) jelek egyidej

ellltsa 454

16. Szlessv erstk 456 16.1. Az ramerstsi tnyez frekvenciafggse 456 16.2. Tranzisztor- s szrt kapacitsok 458 16.3. Kaszkd kapcsols 460 16.4. Differencilerst alkalmazsa szlessv fokozatknt . . . . . . . 461 16.5. Szimmetrikus szlessv erstk 462

16.5.1. Kaszkd kapcsols differencilerst 462 16.5.2. Fzisfordt ersts differencilerst 464 16.5.3. Komplementer kaszkd kapcsols differencilerst 465 16.5.4. Ellentem differencilerst 466

16.6. Szlessv feszltsgkvet 467 16.6.1. Ellentem feszltsgkvet 468

16.7. Szlessv mveleti erstk 469

17. Teljestmnyerstk 472 17.1. Emitterkvet 472 17.2. Komplementer emitterkvet 474

17.2.1. B osztly komplementer emitterkvet 474 17.2.2. AB osztly komplementer emitterkvet 477 17.2.3. A munkaponti elfeszltsg belltsa 479

17.3. Komplementer Darlington-kapcsolsok 480 17.4. Komplementer source-kvet 482 17.5. Elektronikus ramhatrols . 483 17.6. Ngy sknegyedes mkds 486 17.7. Teljestmny-vgfokozat mretezsi plda 487 17.8. Meghajtfokozatok feszltsgerstssel 489 17.9. Integrlt mveleti erstk kimen ramnak nvelse 492

18. Tpegysgek 494 18.1. A hlzati transzformtorok tulajdonsgai 494 18.2. Hlzati egyenirnytk 496

18.2.1. Egyutas egyenirnytk 496 18.2.2. Graetz-kapcsols 497 18.2.3. Kzplegazsos kapcsols 501

18.3. Lineris feszltsgszablyozk (tereszt stabiliztorok) 502 18.3.1. A legegyszerbb kivitel 503 18.3.2. Fix kimeneti feszltsg stabiliztorok 503 18.3.3. Vltoztathat kimeneti feszltsg stabiliztorok 505 18.3.4. Kis feszltsgklnbsg feszltsgstabiliztorok . 506 18.3.5. Negatv stabihztorok 509 18.3.6. Fldfggetlen feszltsgforrs feszltsgnek szimmet

rikus megosztsa 510 18.3.7. Ngyhuzalos feszltsgstabiliztor 511 18.3.8. Laboratriumi tpegysgek 511 18.3.9. Integrlt feszltsgstabiliztorok ttekintse 513

18.4. Referenciafeszltsg ellHtsa 514 18.4.1. Z-dids megoldsok 514 18.4.2. Tranzisztoros referenciafeszltsg-forrsok 516 18.4.3. ttekints 519

18.5. Kapcsol zem tpegysgek 519 18.6. Szekunder olda kapcsol zem tpegysgek 521

18.6.1. Feszltsgcskkent talakt 522 18.6.2. A kapcsoljel ellltsa 524 18.6.3. Feszltsgnvel kapcsols 526 18.6.4. Polaritsvlt kapcsols 527 18.6.5. Trolinduktivits nlkli polaritsvlt kapcsols . . . 528 18.6.6. Tpusvlasztk 528

18.7. Primer oldali kapcsol zem tpegysgek 529 18.7.1. Egytem talaktk 529 18.7.2. Ellentem talaktk 531 18.7.3. Nagyfrekvencis transzformtorok 532 18.7.4. Teljestmnykapcsolk 534 18.7.5. Kapcsoljel ellltsa 537 18.7.6. Vesztesgszmts 539 18.7.7. Integrlt vezrlkapcsolsok 540

19. Digitlis szmtgpek ramkrei 542 19.1. Szmbrzols 542

19.1.1. Binris kd pozitv egsz szmok 542 19.1.2. BCD kd pozitv egsz szmok 543 19.1.3. Tetszleges eljel binris egsz (integer) szmok 544 19.1.4. Fixpontos binris szmok 546 19.1.5. Lebegpontos binris szmok 547

19.2. Kdtalaktk (kdkonvekterek) 548 19.2.1. Binris egsz szmok talaktsa BCD szmokk 548 19.2.2. BCD kd talaktsa binris kdd 552

19.3. Aszinkron lptetregiszter 554 19.4. Kompartorok 555 19.5. sszead ramkrk 558

19.5.1. Flsszeadk 558 19.5.2. Teljes sszeadok 558 19.5.3. Prhuzamos tvitel 560 19.5.4. BCD szmok sszeadsa 562

19.5.5. Kivons 563 19.5.6. Kettes komplemens tlcsorduls 563 19.5.7. Lebegpontos szmok sszeadsa s kivonsa 564

19.6. Szorzramkrk 565 19.6.1. Fixpontos szmok szorzsa 565 19.6.2. Lebegpontos szmok szorzsa 568

19.7. Digitlis fggvnygenertorok 569 19.7.1. Szinuszfggvny 569

20. Mikroszmtgpek 572 20.1. Mikroszmtgpek elrendezsi vzlata 572 20.2. A mikroprocesszorok mkdse 574

20.2.1. Bels felpts 574 20.2.2. Az utastsok felptse 575 20.2.3. Az utastsok vgrehajtsa 579

20.3. Utastskszlet 580 20.3.1. Adatmozgat utastsok 580 20.3.2. Aritmetikai s logikai mveletek 580 20.3.3. Ugr utastsok 584

20.4. Fejleszt mdszerek 593 20.4.1. Programozs hexa kdban 594 20.4.2. Programozs assemblerben 595 20.4.3. Emulci 596 20.4.4. Egyszer fejlesztrendszerek httrtr nlkl 597

20.5. Mikroprocesszor-tpusok ttekintse 597 20.6. Minimlrendszerek 602

20.6.1. Egy egyszer mikroszmtgp felptse 602 20.6.2. Egychipes mikroszmtgp 604

21. Mikroszmtgpek modulris felptse 609 21.1. Mikroprocesszor-krtya 609

21.1.1. Reset logika 611 21.1.2. Belhthat restart cmek 613

21.2. Trkrtya 614 21.2.1. Kvzi lland trak 616 21.2.2. EPROM krtya 617 21.2.3. Kibvts 64 kbyte-ra 617

21.3. EPROM-ok getse 618 21.4. Prhuzamos interfsz 620

21.4.1. Egyirny adattvitel 620 21.4.2. Ktirny prhuzamos interfsz 621

21.5. Soros interfsz 624 21.5.1. Soros tvitel 624 21.5.2. Az ACIA 625 21.5.3. Az ACIA krtya 627 21.5.4. Az ACIA programozsa 627 21.5.5. Az ASCII kd 629 21.5.6. RS232C-, V.24 interfsz 630 21.5.7. raminterfsz 632 21.5.8. Az RS 449-es szabvny 633

21.6. lEC busz interfsz 634 21.7. Programozhat szmlnc 639 21.8. Megszaktsvezrl 640 21.9. Kzvetlen trhozzfrs (DMA) 642

21.10. Aritmetikai processzor 645 21.11. Adatkirs kijelzre 649 21.12. Kpernys kijelzs 652

21.12.1. Tv-szabvny 652 21.12.2. Alfanumerikus kijelzs kpernyre 654 21.12.3. Grafikus videokijelzs 658

21.13. Analg bemenetek s kimenetek . 659 21.13.1. Analg jelbemenetek 659 21.13.2. Analg kimenetek 661

21.14. Klnleges perifrik 662

22. DigitHs szrk 665 22.1. Mintavteli ttel 665

22.1.1. Elvi ttekints 665 22.1.2. Gyakorlati szempontok 668

22.2. Digitlis transzfer fggvnyek 669 22.2.1. Lers az idtartomnyban . . . . 669 22.2.2. Lers a frekvenciatartomnyban 670

22.3. Bilineris transzformci 672 22.4. Digitlis szrk megvalstsa 675

22.4.1. Elsfok digitlis szr felptse 676 22.4.2. Msodfok digitlis szr felptse 677 22.4.3. Gyakorlati szempontok 679

23. Analg kapcsolk s mintavev tart ramkrk 686 23.1. Kapcsolelrendezsek 686 23.2. Elektronikus kapcsolk 687

23.2.1. Fetes kapcsolk 688 23.2.2. Dida mint kapcsol 690 23.2.3. Bipolris tranzisztorok kapcsol zemmdja 692 23.2.4. Differencilerst kapcsol zem alkalmazsa . . 695

23.3. Aktv analg kapcsolk 697 23.3.1. Nagyfeszltsg analg kapcsolk 697 23.3.2. tkapcsolhat ersts erst 698

23.4. Mintavev-tart ramkrk 699 23.4.1. Alapok 699 23.4.2. Gyakorlati megoldsok 701

24. D/A s A/D talaktk 704 24.1. D/A talaktk alapelvei 704 24.2. CMOS technolgij D/A talaktk 705

24.2.1. Slyozott ramok sszegezse 705 24.2.2. D/A talakt morzekapcsolval 706 24.2.3. Ellenllsltra 707 24.2.4. Inverz ltrakapcsols 708 24.2.5. Ltrahlzat dekdok csatolshoz 710

24.3. Bipolris technolgij D/A talaktk 710 24.4. D/A talaktk klnleges clokra 712

24.4.1. Eljeles szmok feldolgozsa 712 24.4.2. Szorz tpus D/A talaktk 714 24.4.3. Oszt tpus D/A talaktk 715 24.4.4. Fggvnygenertorknt alkalmazott D/A talakt . . . 715

24.5. D/A talaktk pontossga 718 24.5.1. Statikus jellemzk 718

24.5.2. Dinamikus jellemzk 719 24.6. Az A/D talakts alapelvei 721 24.7. Az A/D talaktk pontossga 722

24.7.1. Statikus hibk 722 24.7.2, Dinamikus hibk 724

24.8. Az A/D talaktk megvalstsa 725 24.8.1. Kzvetlen mdszer 725 24.8.2. Kaszkd elrendezs 728 24.8.3. Szukcesszv approximci 730 24.8.4. Szmllt alkalmaz megoldsok 734

25. Mrramkrk 740 25.1. Feszltsgmrs 740

25.1.1. Impedanciavlt 740 25.1.2. Feszltsgklnbsgek mrse 741 25.1.3. Elvlaszt erst (isolation amplifier) 743

25.2. rammrs 745 25.2.1. Kis feszltsgess, fldfggetlen rammr-kapcsols 745 25.2.2. rammrs nagy potencilon 746

25.3. Egyenirnytk 747 25.3.1. Abszolt tlagrtk mrse 747 25.3.2. Effektv rtk mrse 750 25.3.3. Cscsrtkmr egyenirnyt 755 25.3.4. Szinkron egyenirnyt 758

26. Elektronikus szablyozkrk 762 26.1. Alapok 762 26.2. Szablyoz tpusok 763

26.2.1. P szablyoz 763 26.2.2. Pl szablyoz 765 26.2.3. PID szablyoz 768 26.2.4. Bellthat PID szablyoz 770

26.3. NemHneris szakasz szablyozsa 772 26.3.1. Statikus nemlinearits 772 26.3.2. Dinamikus nemlinearits 773

26.4. Fziszrt hurok (PLL) 775 26.4.1. Mintavev - tart ramkr mint fzisdetektor 777 26.4.2. Szinkron egyenirnyt mint fzisdetektor 780 26.4.3. Frekvencia- s fzisdetektor 782 26.4.4. Tetszlegesen bvthet fziskarakterisztikj fzisde

tektor 784 26.4.5. PLL-ek frekvenciaszintzer alkalmazsa 786

Irodalomjegyzk 787 Trgymutat 794

Elsz

Az elektronika a tudomny s a technika jabb s jabb terleteit hdtja meg. Ismerete nemcsak a hradstechnikban s az adatfeldolgozsban nlklzhetetlen, hanem mindentt, ahol mrni, vezrelni s szablyozni kell: pldul a berendezseket csak akkor hasznlhatjuk rendeltetsszeren, ha mkdskkel tisztban vagyunk. Ez a m segti a szakembereket a ksz ramkrk mkdsnek megrtsben, de ezen tlmenen ahhoz is tmutatst nyjt, hogy olvasi nllan tervezhessenek flvezetkbl felpl ramkrket.

A knyv kt f rszbl ll. Az els rsz a fiskolk s szakkzpiskolk hallgatit bevezeti a flvezets ramkrtechnika alapjaiba, s tartalmazza az elektronika eladsainak kt flves anyagt. Az alkatrszek jellemz tulajdonsgainak ismertetsvel vgzdik, de mellzi a flvezetkben lejtszd fizikai folyamatok ismertetst.

Mi a szmtsokban elhanyagoltuk a msodlagos hatsokat, gy az sszefggsekjval egyszerbbek lettek anlkl, hogy a szmszer eredmnyek lnyegesen megvltoztak volna. Ily mdon a bonyolult ramkrk is viszonylag egyszeren szmthatk.

A m msodik rsze inkbb alkalmazsorientlt. Ezek a fejezetek a gyakorlatban tevkenyked szakemberek s a fiskolai hallgatk szmra rszletes s behat betekintst nyjthatnak a sokrt kapcsolstechnikba. A msodik rszben alapvet az integrlt ramkrk fejezet. A digitlis ramkrk tervezst meg kell ismerni ahhoz, hogy a nagyintegrltsg alkatrszeket alkalmazhassuk. Ebbl j optimaHzlsi stratgia kvetkezik. Tbb nem elg csak a logikai fggvnyek szmt minimalizlni, hanem meg kell tallni a legclszerbb ramkri megoldst is. Ha a szksges mveleti sebessg nem nagyon nagy, akkor a legegyszerbb s a legjobban kezelhet ramkrt, a mikroprocesszort hasznljuk. Ilyenkor az ramkrfejleszts egyre jobban thelyezdik a programozs terletre. Az ilyen megoldsok nagy elnye, hogy ugyanaz az ramkri elrendezs tbb feladathoz is nagyon egyszeren illeszthet. A hagyomnyos digitlis technikbl a mikroprocesszor-technikba val ttrs megknnytsre kt fejezetben is hasonl rszletessggel trgyaltuk a hardver s a szoftver megoldst.

A msodik rsz fejezetei egymstl fggetlenl, nllan is megrthetk. gy az olvas az egyes rszterleteket gyorsabban elsajtthatja. A klnbz ramkri megoldsok gyakorlati kivitelezst jellemz megoldsi pldkon ismertetjk, amelyek mkdsrl laboratriumi ksrleteink sorn meggyzdtnk.

Nagyon rltnk, hogy a harmadik kiads gyorsan elfogyott. Ez s az elektronika gyors fejldse arra sztnz, hogy egy j s tdolgozott ktetet ksztsnk el. Miutn a digitHs technika ramkri jellsrendszert nemzetkzi egysgestsi egyezmny szablyozza, mi is tvettk ezt a jellsrendszert. Az ttrs sokkal tbbet jelent, mint ttrst a kerek szimblumokrl a szgletesre. A fggvnyjells-rendszer bevezetsvel teljesen j rendszerezettsg alakult ki, amellyel az sz-szetett alkatrszek is egyrtelmen lerhatk. Ebben a rszben kitntetett figyelmet fordtottunk arra is, hogy az idsebb generci is eligazodhasson az j adatlapokon.

Az llandan nvekv jelentsg flvezets traknak kln fejezetet szenteltnk. Ezen bell foglalkoztunk klnleges felhasznlsi esetekkel, mint pldul a fifo s a ktkapus trak.

A kis kapcsolsi idej teljestmnytranzisztorokkal, klnsen a teljestmny-mosfetekkel felpl kapcsolzem tpegysgek minsge annyira megjavult, hogy a lineris tpegysgeket kiszortotta. Emiatt a kapcsolzem tpegysgekkel sokkal rszletesebben foglalkozunk, mint eddig.

Igazodva a technika legjabb eredmnyeihez, minden fejezetet kibvtettk a legjabb ramkri tpusokkal. A gyors tjkozds megknnytsre az emltett integrlt ramkrk legfontosabb adatainak tblzatt is kzljk.

Ksznetet mondunk az olvask szmos szrevtelrt. gy gondoljuk, hogy ezek a visszajelzsek az alapjai knyvnk lland megjulsnak.

Erlangen s Mnchen, 1985. februr U. Tietze s Ch. Schenk

Szerkeszti megjegyzs: A magyar kiadshoz felhasznltuk az eredeti m brit, ezrt a tekercsek rajz

jele nem felel meg a Magyar Szabvnynak.

I. RESZ

Alapfogalmak

1. A jellsek magyarzata

Feszltsg, Az x s y pont kztti feszltsget C/^^rnal jelljk. U^y feszltsg pozitv eljel, ha az x pont pozitv az y ponthoz viszonytva. Az U^y feszltsg negatv eljel, ha az x pont negatv az y ponthoz kpest. U^y = - Uy^ miatt teht

/BE = - 5V, vagy a

- / B E = 5 V , vagy az

egyenletek az jelentik, hogy az E s B pont kztt 5 V feszltsgklnbsg van, s az E pont pozitv feszltsg a B ponthoz viszonytva. Az ramkrben tbbnyire elhagyjuk a ketts indexeket s az U^y-t U feszltsgnyllal helyettestjk, amelyik az X ramkri pontbl az j - b a mutat.

Potencil. A cp potencil egy adott pont feszltsge valamely kzs vonatkoztatsi ponthoz kpest:

ramkrkben a vonatkoztatsi pontot fld jellssel brzoljuk. Az jellst gyakran cp^ rtelemben alkalmazzuk. Ilyenkor egy adott pont feszltsgnek, pl. az andfeszltsgnek a megadsa nem egyrtelm. Az x s y pont kztti feszlt-

Aram. Az ramot / ramnyllal jelljk a vezet mellett. Megegyezs szerint / pozitv, ha az ram a nyl irnyba folyik, teht / pozitv, ha az ramnyl a fogyasztn a nagyobb potencil ponttl a kisebb potencil pont fel mutat. Az ramkrben mind az ram-, mind a feszltsgnyilakat tetszlegesen bejellhetjk, ha 17 s / szmrtkt megfelel eljellel ltjuk el. Ha az ram- s feszltsgnyl irnya a fogyasztn azonos, akkor az Ohm-trvny a definci szerint R = U/I, ha a nyilak ellenttes irnyak, akkor i? = - U/L Ezt szemllteti az 1.1. bra.

Ellenlls. Ha az ellenlls feszltsg- vagy ramfgg, akkor vagy az i? = U/I statikus ellenllst, vagy az r = dU/dl ^ JU/JIdiTerencilis ellenllst, adhatjuk

R R

U

U ' = 1

U

R = ~-

1.1. bra. Az Ohm-trvny

meg. A defincik azonos irny ram- s feszltsgnyilak esetben rvnyesek. Ha a kt nyl ellenttes irny - mint az az 1.1. brn is lthat - , akkor negatv eljelet kell hasznlni.

Feszltsg- s ramgenertor. A vals feszltsggenertort az

(1.1)

egyenlettel rhatjuk le, ahol U^i a kapocsfeszltsg s = dU^Jdl^^ (1.2. bra) a genertor belsellenllsa. Az 1.2. bra a feszltsggenertor helyettest kpt szemllteti. Az idelis feszltsggenertort az R^= 0; azaz ramfggetlen kimeneti feszltsg jellemzi.

Az (1.1) egyenlet talaktsval a valsgos feszltsggenertor msik helyettest kpt kapjuk:

(1.2) ki Ru Ru

ahol /g = UJR^ a rvidzrsi ram. A kapcsolst az 1.3. bra szemllteti. Lthat, hogy a kimen ram annl kevsb fgg a kimeneti feszltsgtl, minl nagyobb az R^. Az i?b = 0 0 hatrrtk az idelis ramgenertor jellemzje.

A vals feszltsggenertort brzolhatjuk mind az 1.2. brn feltntetett idelis feszltsggenertorral, mind az 1.3. brn lthat idelis ramgenertorral. Aszerint clszer az egyik, vagy a msik, hogy a genertor R^ belsellenllsa az i?t terhel-ellenllshoz viszonytva kicsi, vagy nagy.

Csomponti trvny. Sok ramkr szmtsakor clszer a csomponti trvny alkalmazsa. A trvny szerint a csompontba befoly ramok sszege nulla. A csompont fel mutat nyilakkal jelzett ramrtkeket pozitv eljellel, a csompontbl kifel mutat nyilakkal jelzett ramrtkeket pedig negatv eljellel vesz-szk szmtsba. A csomponti trvny alkalmazst az 1.4. brn szemlltetjk.

4,

0 T

i R,

i 1.2. bra. Valsgos feszltsggenertor

helyettest kpe 1.3. bra. Valsgos ramgenertor

helyettest kpe

Szmtsuk ki az feszltsget! Kiszmtshoz rjuk fel a csomponti trvnyt a K pontra:

X / i = / i + / 2 - / 3 = 0.

Az Ohm-trvny szerint:

/2 =

t / l - t / 3

t / 2 - t / 3

Behelyettests utn:

1.4. bra. Plda a csomponti trvnyre

t / l - 1 / 3 t/2 -173 - + - - - ^ = 0.

Rendezs utn az eredmny:

t/3 = R1R2 +Ri +R3 +R2R3

Hurok trvny. Tovbbi segtsg az ramkrk szmtshoz a huroktrvny. A zrt ramkrben a feszltsgek sszege 0. Azokat a feszltsgeket, amelyek feszltsgnyila a kivlasztott krljrsi irnnyal megegyezik, pozitv eljellel, az ezzel ellentteseket negatv eljellel vesszk szmtsba. Az 1.5. brn lthat kapcsolsra:

X t/j = u^+u^-u^-u^ = 0. i

Vltakoz ram krk. Egy kapcsols Uy.^ = /(U^^) egyenfeszltsg tviteli egyenlete alapjn felrhatjuk az idben vltoz feszltsg tviteli egyenletet is, amg a feszltsgvltozs kvzistacionrius, azaz lass: Uy,^{t) = f[U^M]- Az egyenfeszltsget s a vltakoz feszltsget egysgesen nagybetvel rjuk: U=U(t).

1.5. bra. Plda a huroktrvnyre

Vannak olyan esetek, amikor az tviteli egyenlet csak az egyensszete-v-mentes tiszta vltakoz feszltsgekre rvnyes. Ilyenkor az ram, vagy feszltsg pillanatrtkeit kis i, ill. u betvel jelljk. Az egyik fontos aleset, amikor a vltakoz feszltsg idben szinuszosan vltozik:

u = n {cot + (pJ. (1.3)

Az (1.3)-ban szerepl cscsrtken kvl jellemzknt az U^^^ = 7/]/2 effektv rtket s az C /cs-cs 27 a cscstl cscsig mrt feszltsget is hasznljuk.

A szgfggvnyekkel meglehetsen nehzkes szmolni, exponencilis fggvnnyel annl knnyebb. Az

= cos a + j sin a (1.4)

Euler-sszefggs lehetsget biztost arra, hogy a szinuszfggvnyt komplex exponencilis fggvnnyel fejezzk ki:

sin a = lm {e'""}.

Ennek alapjn az (1.3) egyenletet

u= lm {e^ -(^ +^ )} = lm {e^'^' e^ '"^ } = lm { W ^ }

alakban is felrhatjuk. Ennek abszolt rtke

|U| - \n = '[cos2^^ + s i n 2 > J = ,

vagyis a cscsrtkkel egyezik meg. Hasonl megfontolsokat tehetnk az id fggvnyben vltakoz ramokra is. A megfelel jellsek ezekre:

/, l(t), i, l I.

A vltakoz feszltsget s ramot a kapcsolsi rajzon nyilakkal jelljk. A nyl irnya termszetesen itt mr nem polaritst jell, hanem csak azt, hogy a szmtsok sorn milyen eljellel kell figyelembe venni az egyes jellemzket. Erre az esetre pontosan ugyanaz a szably vonatkozik, mint az egyenfeszltsgre s -ramra, amit az 1.1. bra szemlltet.

Az impedancit az egyenram krkhz hasonlan a kvetkezkppen definilhatjuk:

Z = - = - , , = -^^^-^P^ = | Z | = IZI

ahol (p az ram s a feszltsg kztti fzisszg. Ha a feszltsg siet az ramhoz kpest, akkor pozitv. Ohmos ellenllsra Z = R, kapacitsra Z =

= -jXc = = s induktivitsra Z = j X l = jcoL. A felsorolt komplex jcoC coC

mennyisgekre az egyenram krk szmtsban alkalmazott trvnyek hasznlhatk. A komplex ersts defincija:

A = U be

ahol (p a bemeneti s kimeneti feszltsg kztti fziseltrs. Ha a kimeneti feszltsg fzisa siet a bemeneti feszltsghez kpest, akkor pozitv, ha ksik, akkor negatv. Az ersts abszolt rtkt egyszeren ^-val jelljk:

|A | = A.

A logaritmikus feszltsgviszony. Az elektrotechnikban az ^4* logaritmikus mennyisget fknt az ^ = U^JU^e feszltsgviszony felrsakor alkalmazzuk. Az sszefggs:

|A*| = 2 0 1 g - 201g|A| dB. be

A kvetkez tblzatban nhny gyakran elfordul rtket kzlnk.

Lineris Logaritmikus feszltsgviszony feszltsgviszony

1 A | 1 A 1 *, dB

0,5 - 6 - 3

1 0 3

2 6 10 20

100 40 1000 60

1.6. bra. tszmtsi tblzat

Logaritmus. Dimenzis mennyisgek logaritmust nem definilhatjuk, ezrt

pl. a lg / rsmd helyett lg jellst alkalmazunk. A logaritmusok klnbsg-H z '

nek kifejezse: A\gA = lg A2 lg A^, amely alakba rhat t.

Algebrai jelek. Az id szerinti differencilst gyakran az albbi, rvidebb jellssel fejezzk ki:

du d^u

A ^ jel arnyossgot, a ^ (majdnem egyenl), hozzvetleges egyenlsget jelent. A X jel a replusz mveletet jelenti, gy pl. prhuzamos ellenllsok eredjnek rvid jellsre alkalmazzuk:

A legfontosabb jellsek sszefoglalsa

Feszltsg U Vltakoz feszltsg egyenram sszetev nlkl u Szinuszos vltakoz feszltsg amplitdja Komplex feszltsgamplitd U Feszltsg effektv rtke f^ eff Egysg a szmtshoz E Temperatrafeszltsg Uj = kT/q Tpfeszltsg Pozitv tpfeszltsget a kapcsolsi rajzon ( + )

jellel jelljk Negatv tpfeszltsget a kapcsolsi rajzon ( )

jellel jelljk ram I Vltakoz ram i Szinuszos vltakoz ram amplitdja 1 Komplex ramamplitd I ram effektv rtke / e f f Ohmos ellenlls R Differencilis ellenlls r Komplex ellenlls (impedancia) Z Id t Idlland T Peridusid T A mveleti erst nylt hurk erstsnek

hatrfrekvencija (3 dB-es pontja) A Ersts - svszlessg szorzat / t Krfrekvencia co = 2nf Normlt krfrekvencia Q = co/coo Kisfrekvencis kisjel feszltsgersts A = dUJdU^ Komplex feszltsgersts A O'co) = VJV, tviteli tnyez (ersts) A{p) Visszacsatolsi tnyez P

Ersts mindenfle visszacsatols nlkl, nylthurk ersts (open loop gain)

Ersts negatv visszacsatols esetn (closed loop gain)

Hurokersts (loop gain)

Kzs mdus ersts (common mode gain) Kzs mdus elnyoms (common mode rejection

ratio) Differencilis ersts Driftersts ramerstsi tnyez Kisjel ramerstsi tnyez Meredeksg Frekvencia Komplex krfrekvencia

Normlt komplex krfrekvencia

Hatrfrekvencia (3 dB-es pont), ltalban Fels hatrfrekvencia (3 dB-es pont) Als hatrfrekvencia (3 dB-es pont) Svszlessg Logikai S-fggvny (konjunkci) Logikai VAGY-fggvny (diszjunkci) Logikai NEM-fggvny (negci) Kizr VAGY-fggvny Idszerinti derivlt Idszerinti msodik derivlt a alap logaritmus 10-es alap logaritmus e alap logaritmus 2-es alap logaritmus Hmrsklet C-ban Abszolt hmrsklet

H A

KME = -

A^,A

B P S f

p=jc

P=jQ=j- co

ff

y = ^1^2 y = ^1^2

y = X

y = ^1^2 X

X

nogx Igx In X \dx 9 T

2. Passzv R C s L R C hlzatok

Az RC hlzatok alapvet jelentsgek a kapcsolstechnikban. Mkdsk minden ramkrben azonos, ezrt szerepkkel ebben a fejezetben tzetesen foglalkozunk.

2.1. Az alultereszt szr

Az alultereszt szr olyan ramkr, amely a kisfrekvencis jeleket vltozatlanul tengedi, nagyfrekvencin pedig csillaptsa s fzisforgatsa van. A 2.1. bra a legegyszerbb RC alultereszt szr kapcsolst mutatja.

2.1.1. Szmts a frekvenciatartomnyban

A kapcsols frekvenciafgg mkdsnek szmtshoz a komplex feszltsgoszts kplett hasznljuk:

1

A(/-c) = - 7 ^ = - ^ = . (2.1) Ube ^ + J _ l+J(oRC

jcoC

Az A = |A| e""

szerint a jeltvitel abszolt rtknek s fzisforgatsnak frekvenciafggse: R

o 1 o

1 1 2.1. bra. Egyszer alultereszt szflr

i A * . dB

-90'

2.2. bra. Alultereszt szr Bode-diagramja Fels grbe: az ersts frekvenciamenete; Als grbe: a fzisforgats frekvenciamenete

iA| = 1

(p = arc tg co RC.

A fels hatrfrekvencia kiszmtshoz helyettestsnk a (2.2) egyenletbe:

(2.2)

1 |Ai = ^ =

1

]{2 ]/l+coiR^a' ebbl

(2.3)

Ezen frekvencin a fzistols a (2.2) egyenlet szerint: (p = - 4 5 . A 2.2. brn lthat, hogy az |A| y^J^^ amplitd - frekvencia karakterisztika kt aszimptotval egyszeren kzelthet:

1 . //f kisfrekvencin |A| = 1-^0 dB; 2. / / f nagyfrekvencin a (2.2) egyenlet szerint |A| ^ /coRC, teht az ers

ts fordtottan arnyos a frekvencival. Tzszeres frekvencin az ersts tizedrszre cskken, azaz dekdonknt 20 dB-lel, oktvonknt pedig 6 dB-lel cskken;

3. / = /f-en I A| = l/]/2-^ - 3 dB.

2 1 . 2 . S z m t s a z i d t a r t o m n y b a n

Az alultereszt szir szmtshoz az idtartomnyban adjunk a bemenetre a 2.3. bra szerinti feszltsgugrst. A kimeneti feszltsg kiszmtsra rjuk fel a terheletlen kimenetre a csomponti trvnyt:

R -Ir = 0.

RC,,+ U^,= U,,= (2.4)

eset: U^^(t) = i7o 1 exp

Minthogy = CC/^i a kvetkez differencilegyenletet kapjuk:

Uq, ha / > 0 (a) eset

0, ha t>0 (b) eset.

A megoldsok a kvetkezk:

eset: C/ki(0 = ^ o e x p ( ^ - ^ ^ .

Ezeket az idfggvnyeket ltjuk a 2.3. brn. Az U^- = Uq, ill. U^^ = 0 llandsult llapotot csak aszimptotikusan kzelti meg a kimeneti feszltsg. Ezrt ar idllandt definiljuk a bellsi id mrszmaknt.

A T idlland megadja, hogy mennyi ideig tart, amg az eltrs az llandsult llapottl mr csak ^-ed rsznyi. A (2.5) egyenletbl az idlland:

(2.5)

z = RC (2.6)

Ennl kisebb eltrsekre a bellsi id ugyancsak a (2.5) egyenletbl szmthat. A 2.4. bra sszefoglalja a legfontosabb rtkeket.

Ha a bemenetre T peridusidej ngyszgjelet adunk, akkor az exponencihs

(a) ^ (b) 2.3. bra. Alultereszt szr vlasza az egysgugrsra

Bellsi hiba 37 % 10 % 1 % 0,1 %

Bellsi i d T 2,3 T 4,6 T 6,9 T

2.4. bra. Alultereszt szr bellsi idrtkei

2.5. bra. Alultereszt szr viselkedse klnbz frekvencij ngyszg alak bemen jelek esetn

Fels grbe: / = 10 f,; Kzps grbe: /=/f; Als grbe: /=/f/10

grbt T/2 id utn a kvetkez ugrs megszaktja. Az amplitd attl fgg, hogy T/2 a T idllandhoz kpest mekkora. Ezt a tulajdonsgot jl szemllteti a 2.5. brn lthat oszcilloszkpfelvtel.

Integrl alultereszt

Az elz pontban lthattuk, hogy a kimeneti vltakoz feszltsg kicsi a bemeneti feszltsghez kpest, ha a jelfrekvencia nagyobb a hatrfrekvencinl. Ekkor az alultereszt integrlknt mkdik. Ezt a jellemzjt a (2.4) differencilegyenletbl kzvetlenl kiolvashatjuk, mert az |7kil \ U^J felttellel:

1 t /be(0^^+f / lci(0).

tlagol alultereszt szr

Aszimmetrikus vltakoz feszltsgre a z / / f felttel nem igaz. A Fourier-sor ugyanis egy konstanssal kezddik, aminek rtke egyenl a szmtani kzprtkkel:

r 1 /

0

Az egyenletben T a bemeneti feszltsg peridusidejt jelli. Ha a Fourier-sor sszes tbbi tagjt sszegezzk, akkor olyan U^JJ) feszltsget kapunk, amely az eltolt bemeneti feszltsg vltakoz rszvel megegyezik, szmtani kzprtke pedig nulla. A bemeneti feszltsg teht

alakban irhat fel. Az U'^{f) feszltsgre az / / f felttel rvnyes lehet, teht a kimeneti feszltsg egy rszt a magasabb rend tagok integrlja adja, az egyenfeszltsg rszt pedig linerisan viszi t az ramkr. Teht a kimeneti feszltsg:

T t 1 1

RC U'^dt. (2.7)

beO maradk bgfeszltsg

Ha az RC idlland elg nagy, akkor az idfgg rsz eltnik s a kimeneti feszltsg a bemeneti feszltsg szmtani kzprtkvel egyenl,

beO (2.8)

2.1.3. Felfutsi id s hatrfrekvencia

Az alultereszt szrk tovbbi jellemzje a Tf felfutsi id. A felfutsi id megadja, hogy a kimeneti feszltsg amlitudja mennyi id alatt ri el 10 %-os rtkrl indulva az llandsult llapot 90 %-t, ha a bemenetre ngyszgimpulzus kerl. A krdses id kiszmthat az alultereszt szrkre kapott (2.5) exponencilis fggvnyek segtsgvel.

9 0 9 T^o% = T (In 0 , 9 - I n 0,1) = T l n 9 ^ 2 ,2t .

1

felhasznlsval

/ f = lm

1 (2.9)

rtket kapunk. Tbb klnbz felfutsi idej szrt egyms utn kapcsolva az ered felfutsi id kzeltleg:

s a hatrfrekvencia:

fn

/ f

(2.10)

n szm azonos hatrfrekvencij alultereszt szrnl:

(2.11)

2.2. A felltereszt szr

A felltereszt szr olyan ramkr, amely a nagyfrekvencis jeleket vltozatlanul tengedi, a kisfrekvencis jeleket viszont fzisforgats mellett csillaptja. A 2.6. brn az RC felltereszt szr legegyszerbb kapcsolsa lthat. Az ersts frekvenciamenett s fzisforgatst ismt a komplex feszltsgoszts kpletbl szmthatjuk ki:

... R 1 A m =

be R + 1

jcoC 1 +

1 jcoRC

(2.12)

Ebbl:

es

C

1 R

1 2.6. bra. Egyszer felltereszt szr

1

1 + 1

(p = arc tg

co^R^C^

1 (oRC

(2.13)

A kt grbt a 2.7. brn lthatjuk. A hatrfrekvencia az alultereszt szrkhz hasonlan:

A hatrfrekvencin a fzistols + 4 5 . Az alultereszt szrhz hasonlan az amplitd-frekvencia karakterisztika

ketts logaritmikus koordinta-rendszerben brzolva az aszimptotk segtsgvel kzelthet:

L . / / A nagyfrekvencin |A| = 1 0 dB;

2 . / / a kisfrekvencin a (2.13) egyenletbl|A| ^ coRC, azaz az ersts arnyos a frekvencival;

'i.f^fs, frekvencin |A| = Ijfl ~> - 3 dB, mint az alultereszt szrnl.

A feszltsgugrsra adott vlasz kiszmtshoz a terheletlen kimenetre fehrt csomponti trvnybl induljunk ki:

d Uy,,

= 0-nl a differencilegyenlet: i?CC/y+C/ki = 0

A megolds:

RC

(2.15)

(2.16)

(2.17)

Az idlland rtke, mint az alultereszt szrnl : T = RC,

Az 7ki0 = t^ki^ 0) kezdeti felttel a kvetkez megfontolsbl kaphat meg: abban a pillanatban, amikor a bemeneti feszltsg megvltozik, a kondenztor tltse vltozatlan marad, teht a kondenztort egy U = Q/C feszltsg feszltsggenertornak tekinthetjk. Ezutn a kimeneti feszltsg a bemeneti feszltsghez hasonlan A U rtkkel ugrik. Ha a bemeneti feszltsg nullrl Uq rtkre ugrik, akkor a kimeneti feszltsg is nullrl ugyanerre az Uq feszltsgre vltozik, majd exponencihsan lecseng nullra a (2.17) egyenlet szerint (2.8a bra).

2.7. bra. Felltereszt szr Bode-diagramja Fels grbe: az erst frekvenciamenete; Als grbe: a fzisforgats frekvenciamenete

2.8. bra. Felltereszt szr vlasza egysgugrsra (tmeneti fggvny)

Ha a bemeneti feszltsg UQ-YI nullra ugrik, akkor a kimeneti feszltsg nullrl - UQ-YB, vltozik {2M bra), majd ismt lecseng. Noha a bemeneti feszltsg mindig pozitv, a kimeneti feszltsg negatv rtket is felvehet. E tulajdonsg miatt ezt az elrendezst a kapcsolstechnikban gyakran alkalmazzuk.

RC csatoltag

Ha a felltereszt szr bemenetre T z peridusidej ngyszgimpulzussorozatot adunk, akkor a kondenztor egy flperidus alatt alig veszt a tltsbl; a ki- s bemeneti feszltsg csak egy lland rtkkel tr el egymstl. Mivel a kondenztoron egyenram nem folyhat, a kimeneti feszltsg szmtani kzprtke nulla, teht a bemeneti feszltsg egyenfeszltsg sszetevje nem juthat el a kimenetre. Ezen alapul a felltereszt szrk RC csatoltagknt val alkalmazsa.

Differencil tag

Ha a felltereszt szr bemenetre / frekvencij jelet adunk, akkor lUkil lUbel eset addik. A (2.15) differencilegyenletbl

= RC- be dt

Teht a kisfrekvencij bemeneti feszltsget az ramkr differencilja. A felltereszt szr tviteli tulajdonsgairl ttekintst nyerhetnk a 2.9. brn lthat oszcilloszkpfelvtelekrl.

Tbb kaszkdba kapcsolt felltereszt szr ered hatrfrekvencija kzeltleg:

/ a i = 1

(2.18)

2.9. bra. Felltereszt szr viselkedse klnbz frekvencij bemeneti ngyszgjelek esetn

Fels grbe: f=lOf,; Kzps grbe: f=f^; Als grbe: f^fJlO

n szm azonos hatrfrekvencij felltereszt szr hatrfrekvencija kzeltleg :

(2.19)

2.3. Kompenzlt feszltsgoszt

Gyakran elfordul, hogy ohmos feszltsgoszt kapacitiv terhelst kap. Ekkor olyan alultereszt szrv vlik, aminek hatrfrekvencija annl nagyobb, minl kisebb a feszltsgoszt ellenllsa. A hatrfrekvencia nvelsnek hatrt szab az, hogy a feszltsgoszt ellenllsa nem cskkenthet minden hatron tl.

A hatrfrekvencia nvelsnek msik mdja az, hogy az alultereszt szr mkdst felltereszt szrvel kompenzljuk. A 2.10. brn ezt a clt szolglja a Cj, kondenztor. rtkt gy vlasszuk ki, hogy a kapacitiv feszltsgoszt ugyanolyan arny feszltsgosztst vgezzen, mirit az ohmos oszt. Ekkor kis-s nagyfrekvencin egyenl osztsarny alakul ki. Teht

I

I 1 2.10. bra. Kompenzlt feszltsgoszt

2.4. Svtereszt

Svteresztt (szoksos elnevezse mg a svszr is) kapunk, ha egy fells egy alultereszt szrt sorbakapcsolunk. Az ilyen ramkr kimeneti feszltsge nagy- s kisfrekvencin 0. Egy egyszer pldt lthatunk a 2.11. brn. Feladatunk

1

R

C4=

R

I 1 2.11. bra. Passzv RC svtereszt

a kimeneti feszltsg abszolt rtknek s a fzisforgatsnak a kiszmtsa kzepes frekvencikon. A terheletlen feszltsgoszts komplex alakban a kvetkez eredmnyt adja:

1

- U be ; -+R +

JcoC

jcoRC - U , be (JcoRCJcoRC

A szmts leegyszerstsre vezessk be az ft)i?C=3 jellst, akkor

U , i J A (jco) =

1 + 3JQ- - n 2

Teht az tvitel abszolt rtke s a fzisforgats: 1 l-Q^

A = -rz (p = arc tg -/ l

Q Q

\2 + 9

A kimeneti feszltsg Q = 1-nl maximhs. A rezonanciafrekvencia:

1

2nRC

(2.20)

(2.21)

(2.22)

35

2 . 1 2 . bra. Passzv RC svtereszt Bode-diagramja

Az elszr csak rvidtsknt bevezetett Q mennyisg a normlt frekvencia:

(D f

0^0 fo

A fzisforgats rezonanciafrekvencin nulla, az tvitel abszolt rtke pedig Aq = 1/3. A s (p frekvenciamenett a 2.12. bra szemllteti.

2.5. Wien - Robinson-hd

A 2.13. brn lthat Wien - Robinson-hidat a 2.11. bra szerinti svszr i ? i s i?2 ellenllsokkal val kibvtsvel nyerjk. Az ohmos ellenllsoszt frekvenciafggetlen, kimeneti feszltsge a fldhz kpest: U^J3. Ezrt a hd kimeneti

2/?i

f

I . =c \

] 2.13. bra. Wien - Robinson-hd

2.14. bra. A Wien - Robinson-hd Bode-diagramja

feszltsge rezonanciafrekvencin 0, szemben a svszrvel, amelynek erstse rezonanciafrekvencin maximlis. E tulajdonsgt felhasznlva a hdkapcsols meghatrozott frekvenciatartomny elnyomsra alkalmas. A kimeneti feszltsg kiszmtsra induljunk ki a (2.20) egyenletbl:

_ 1 _ jQ

Ebbl 1 1 - ^ 2

A(j) = -

Az ersts s fzisforgats:

|A| =

(p = arc tg

3 l + 3j-Q^'

3

ha Q ^ l.

(2.23)

Az tvitel abszolt rtkt s a fzisforgatst a 2.14. bra szemllteti.

2.6. Ketts T szr

A 2.15. brn lev ketts T tag frekvenciamenete nagyon hasonlt a W i e n -Robinson-hdhoz, teht ppen gy alkalmazhat svelnyomsra, mint az elbbi ramkr. A kt kapcsols kztti klnbsg rszben a kimenetek fldelsben van: a Wien - Robinson-hddal ellenttben a ketts T szr aszimmetrikus kimenet. Nagy- s kisfrekvencin a ki- s bemeneti feszltsg egyenl. A frekvenciasv fels tartomnyban a C kondenztorok, az als svban pedig az R ellenllsok biztostjk az tvitelt.

/ ? ' / ?

2.15. bra. Ketts T szrtag

A frekvenciamenet szmtsakor a csomponti trvnyt alkalmazhatjuk. Terheletlen kimenetet felttelezve a 2.15. bra 0, ( 2 ) s @ pontjra a kvetkez egyenleteket kapjuk:

Az (7) pontra:

-+ V{ljtC = 0. R R

2.16. bra. Ketts T szr Bode-diagramja

A (2) pontra:

Vgl a (T) pontra:

( U 2 - U , i ) 7 c o C + ^ i - ^ = 0.

Ui s U2 kiejtse, valamint az 3 = coRC normls elvgzse utn az

_ l-'

^ " l+4jQ-Q^

eredmnyt kapjuk. Az ersts abszolt rtke:

A =

a fzisforgats pedig: )/(l- 32)2 + i632'

4Q (p = arc tg

Az abszolt rtket s a fzisforgatst a 2.16. bra mutatja.

(2.24)

2.7. A rezgkr

Ebben a szakaszban a vesztesges prhuzamos rezgkr legfontosabb sszefggseit ismertetjk. A rezgkr egyszer helyettest kpe a 2.17. brn lthat. Az sszefggsek levezetsrl lemondunk, mert ezzel az irodalom nagyon rszletesen foglalkozik. A rezgkr impedancija R^R^ felttel mellett:

jcL + i?s Z =

L \+jco -co^LC

Ebbl a kvetkez sszefggsek addnak:

Az idelis (vesztesgmentes) rezgkr rezonanciafrekvencija:

1

Vesztesges rezgkr rezonanciafrekvencija:

COo = COo AQ 2 '

(2.25)

2.17. bra. Vesztesges prhuzamos rezgkr

Vesztesgi tnyez (tbbnyire szzalkban adjuk meg) :

D =

Jsgi tnyez:

Svszlessg:

Rezonancia-ellenlls:

L i?s C

1

3. Didk

A flvezet didk az ramot mindig egy irnyban engedik tfolyni. Kt kivezetsk van, amelyet A andnak s K katdnak neveznk. A 3.1. bra a

A K o ^1 o

3.1. bra. Dida ramkri jellse

didk rajzjelt szemllteti. Ha a didra C/^k > 0 pozitv feszltsget kapcsolunk, akkor tereszt irnyban mkdik. C/^k < 0 negatv feszltsgnl a dida lezr. A visszram nhny nagysgrenddel kisebb, mint a nyitirny ram.

3.1. A dida karakterisztikja s jellemz adatai

A dida statikus mkdsi jellemzit az / = /(C/ak ) karakterisztika egyrtelmen lerja, a 3.2. bra jellegzetes karakterisztikt szemlltet. A nyitirny ram mr kis pozitv C/^k feszltsgnl is nagy. A nyitirny ram nem lphet tl egy meghatrozott I^^^ rtket, mert a dida tnkremegy. A karakterisztika egyik

^ max ~

max 1

3.2. bra. Dida karakterisztikja

jellemz pontja annl az nyitfeszltsgnl van, ahol az ram 0,11^^^ nagysgrend. Az C/p feszltsg germniumdidk esetn 0,2.. .0,4 V, szilciumdidknl pedig 0,5...0,8 V tartomnyban van.

A 3.2. brn lthat, hogy a visszram rtke | C/akI > t ^ m a x nagy zrfeszltsg esetn az tereszt irny ram nagysgrendjbe esik. Az ltalnos cl didk nem mkdhetnek ebben a tartomnyban, mert az ers felmelegeds tnkreteszi ket. A maximhs zrfeszltsg didatpustl fggen 10 V s 10 kV kztt van.

A didakarakterisztika a kis nyitirny ramok tartomnyban elmletben exponencihs fggvnnyel kzelthet:

I=k{T) ( e x p ^ - 1 ) (3.1)

Itt 4 az elmleti visszram. Az Uj temperatrafeszltsget szobahmrskleten az albbi sszefggsbl szmthatjuk ki:

kT _ 1,38- 1 0 - ^ ' J / K - 2 9 6 K V ~ 1,6- 10-^^C

= 25,5 mV (3.2)

Az m korrekcis tnyez 1 s 2 kztt van, az egyszer Shockley-didaelmlettl val eltrst kpviseh. A (3.1) egyenlet csak az tereszttartomnyban rja le a didakarakterisztikt elg jl, s mg ezen bell is csak a nem tl nagy ramok tartomnyban.

A valsgos visszram nagyobb, mint / s a felleti hatsok kvetkeztben a zrfeszltsggel vltozik.

A 3.3. brn a (3.1) egyenlettel szmtott karakterisztikkat lthatjuk szilcium- s germniumdidkra az albbi jellemz adatokkal:

germniumdida: / == 100 nA, szilciumdida: 4 = 10 pA,

mUj = 30 mV, mUj = 30 mV,

4,, = 100 mA, /^ , , = 100 mA.

A karakterisztikkon 4iax/10 ramhoz 0,35 V, ill. 0,62 V feszltsg tartozik. Az gy kapott feszltsgrtkek nagyon j sszhangban vannak a gyakorlatban tapasztalt rtkekkel.

Az Uq feszltsgrtkkel ltalban a didakarakterisztika trspontjhoz tartoz nyitfeszltsget definiljk. A valsgban a nyitirny ram-feszltsg karakterisztiknak nincs trspontja, amint az a fllogaritmikus brzols 3.4. brn lthat. Trspont csupn az exponencihs fggvny hneris brzolsa miatt van. Helye csak a lptk megvlasztstl fgg.

A (3.1) egyenlet segtsgvel knnyen kiszmthatjuk, hogy a nyitfeszltsg

mt/jlnlO = 60...120 mV

rtkkel nvekszik, ha az tereszt irny ram megtzszerezdik.

1 0 0 -

8 0 -

6 0 -

4 0 -

2 0 -

0 0,2

Si

0,6 (Vak. V 0,6 U^^, V

3.3. bra. Didakarakterisztikk lineris lptk 3.4. bra. Didakarakterisztikk fllogaritmikus brzolsa lptk brzolsa

Mivel mind az feszltsg, mind az IQ ram hmrskletfgg, ezrt a nyitfeszltsg is hmrskletfgg egy meghatrozott ramnl. Kzeltleg

[/ak 2mV dT / - lland ^

(3.3)

A nyitfeszltsg lineris cskkense lland ramnl azt jelenti, hogy a visszram a hmrsklet fggvnyben exponencilisan n, ha a feszltsg lland. 10 C-os hmrsklet-emelkeds hatsra megktszerezdik, 100 C-os hmrsklet-nvekeds esetn pedig ezerszeresre n.

Dinamikus jellemzk

Az tmenet a vezet llapotbl a zr llapotba nem trtnik meg egyik pillanatrl a msikra, mert elszr a pn-tmenetben trolt tltseknek el kell tvozni. Ezt a folyamatot a 3.5. brn lthat egyszer egyenirnyt elrendezsen szemlltetjk. Bemeneti feszltsgknt a 3.6. brn lthat ngyszgjelet hasznljuk. Ha 7be pozitv, akkor a dida vezet, s a kimeneti feszltsg egyenl a nyitfeszltsggel. Ha U^^ negatv, akkor a dida lezr, s 7j,j = U^^. A 3.6. brn

t 1

0

3.5. bra. A tltstrolsi ksleltetsi id mrsnek kapcsolsa

3.6. bra. A tltstrolsi hats eredmnye

lthat, hogy ez az llapot csak a tltstrolsi ksleltetsi id utn jn ltre. A tltstrolsi ksleltetsi id annl nagyobb, minl nagyobb volt a nyitirny ram a pn-tmeneten. A kisteljestmny didk jellemz trolsi ideje 10. ..100 ns. Teljestmnydidknl ez a jellemz jus nagysgrendbe esik.

A bemeneti feszltsg peridusideje nagy kell, hogy legyen a tltstrolsi idhz kpest, mert ellenkez esetben az egyenirnyt hats leromhk.

A K o

3.7. bra. Schottky-dida

Nagyon rvid kapcsolsi idt lehet elrni a Schottky-didkkal. Ezeknek a pn-tmenet helyett ugyancsak egyenirnyt tulajdonsg fm - flvezet tmenetk van. Jellemzjk mg, hogy az tmenetben trolt tlts rendkvl kicsi. Kapcsolsi idejk ezrt 100 ps nagysgrend. Tovbbi jellemzje a szilciumdidkhoz kpest kisebb, kb. 0,3 V nyitirny feszltsg.

A Schottky-didk ramkri jellse a 3.7. brn lthat.

3.2. Z-didk

A maximhs zrfeszltsg tllpse utn minden dida visszrama meredeken megn a Zener-, ill. a lavinaeffektus kvetkeztben. Azt a feszltsget, amelynl a visszram meredeken emelkedni kezd Uz Z-letrsi feszltsgnek nevezzk. Ezeket a didkat egyenfeszltsg stabihzlsra hasznljuk. A 3.8. brn a Z-dida ramkri jellst, a 3.9. brn pedig a karakterisztikjt lthatjuk.

A Z-didk letrsi feszltsge 3...200 V kztt vltozhat, nyitirny feszltsge pedig kb. 0,6 V. Zrirny ellenllsuk | [ / ^ k I < C^z kis feszltsgnl -amint a 3.9. brn lthatjuk - nagy. Az Z-feszltsget elrve a visszram meredeken emelkedni kezd. StabiUzl hatsuk abban rejUk, hogy nagy AI ram-

A

3.8. bra. Z-dida ramkri jellse

I

\ AI

JAU

3.9. bra. Z-dida karakterisztika

vltozs kis A U feszltsgvltozst okoz. A stabilizl hats annl jobb, minl meredekebb a zrtartomny karakterisztika, azaz minl kisebb az

AU AI

differencilis belsellenlls. Legkisebb az C/^ = 8 V-os Z-didk differencilis belsellenllsa; gyorsan n, ha a Z-feszltsg cskken, ezrt a stabilizl hats kis feszltsgnl nagyon rossz.

5,7 V alatti Z-feszltsg esetn a Zener-hats negatv hmrskleti egytthatj, ezen fell a lavinahats pozitv egytthatja rvnyesl. A hmrskleti egytthat a 0 ,1 %/C tartomnyba esik (18.4.1. pont).

3.3. Kapacitsdidk

A didk zrrteg-kapacitsa a zrfeszltsg rtktl fgg. Klnsen a kapacitsdidk vltoztatjk szles hatrok kztt kapacitsukat. ramkri jellsket a 3.10 bra szemllteti, a 3.11. bra pedig jellegzetes karakterisztikkat mutat be. A maximlis kapacits tpustl fggen: 5...300 pF. A legkisebb s legnagyobb kapacits arnya legfeljebb 1 : 5.

Kedvez jsgi tnyezjk alapjn az U H F tartomnyban is hasznlhatk rezgkrk feszltsgvezrelt hangolsra.

3.10. bra. Kapacitsdida ramkri jellse

BB 1 1 3

3.11. bra. A zrrteg-kapacits feszltsgfggse

4. Bipolris tranzisztorok

A tranzisztor hromkivezetses, hromelektrds flvezet eszkz, amellyel elektromos jelek ersthetk vagy kapcsolhatk. Vannak szilcium- s germnium-tranzisztorok, amelyek npn s pnp tpusak lehetnek. A 4.1. s 4.2. bra az ramkri jellsket szemllteti.

B o -

C Q

C o

P OB

C Q c

Q

p Z S

4.1. bra. Az npn-tranzisztor dids helyettest kpe

4.2. bra. A pnp-tranzisztor dids helyettest kpe

A tranzisztor kt egymssal szembekapcsolt didaknt foghat fel, amelynek a p, ill. az n rtege kzs. A kzs p, vagy n rteget B bzisnak nevezzk. A msik kt elektrdt E emitternek, ill. C kollektornak hvjuk. Az ramkri jells mellett a dids helyettest kp is ezt a felptst brzolja. A tranzisztor sajtos mkdst nem adja ugyan egyrtelmen vissza, de a zr- s nyitirny feszltsgek jl ttekinthetk rajta. Az emitter bzis dida norml (aktv) zemben nyitirnyban, a kollektor - bzis dida zrirnyban van elfesztve. A tpfeszltsgeket a 4.3. s 4.4. brn feltntetett polaritssal csatlakoztatjuk.

A tranzisztor lnyeges tulajdonsga, hogy az Iq kollektorram tbbszrse az

/ r > 0 / r < 0

/ r < 0

=) (7cE>0 ^BE

4 bzisramnak. A B = IJI^ hnyadost ramerstsi tnyeznek nevezzk. A tranzisztor viselkedst karakterisztikival brzolhatjuk pontosabban. A kvetkez tranzisztoros ramkrk ismertetse npn-tranzisztorokra rvnyes. A pnp-tranzisztoroknl minden feszltsgpolaritst s ramirnyt meg kell fordtani.

4.1. Karakterisztika s kisjel paramterek

A tranzisztor tulajdonsgainak vizsglathoz lland U^^ bzis - emitter feszltsg mellett mrjk a kollektorramot az 11^^ kollektor - emitter feszltsg fggvnyben. Az U^^ feszltsg fokozatos vltoztatsval a 4.6. brn lthat karakterisztikasereget kapjuk.

A tranzisztorok jellemzje, hogy a kollektorram egy meghatrozott rtken fell Uq^-I csak kismrtkben fgg. A pentda is ilyen tulajdonsg. A trsponthoz tartoz feszltsget C /ce sat maradkfeszltsgnek hvjuk.

A tranzisztorok msik jellemzje, hogy mr kis bemeneti feszltsgvltozs viszonylag nagy kollektorram-vltozst okoz. Ez a vltozs nvekv kollektorramnl egyre nagyobb. A tranzisztorok e tulajdonsgt teszi mg vilgosabb a 4.5 brn lthat tviteli karakterisztika. Itt U^^ fggvnyben az kollektorramot rajzoltuk fel, /qe paramter. Ez az tviteli karakterisztika a didakarakterisztikhoz hasonlan exponencilis. A (3.1) egyenlettel szemben itt az m korrekcis tnyez j kzeltssel eggyel egyenl. Teht:

Ic= IsTMce) exp BE (4.1)

Ic h felttel mellett, ahol 1^ a kollektorram, 4 pedig a zrram.

/c, mA

3 0 -

2 5 -

20--

15

10-

5 -

Ur

1

/c, mA

30-

25-

20-^ ^ C E

U^^ = 70 mV

1^5.-

10- - T

660 5- ^ SQ

^ R ? n mV 1 ! ! 1 I U - 14 ! U

200 ^00 600 ^ B E - mV 0 4.5. bra. Tranzisztor tviteli

karakterisztikja

1 2 3 / ^ 5 6 7 8 9 10 ^ C E - V 4.6. bra. Tranzisztor kimeneti karakterisztikaserege

Tranzisztorokkal csak megkzeltleg lehet lineris erstt kszteni, ehhez kijellnk egy meghatrozott munkapontot a kimeneti karakterisztikaseregen. A szmtshoz a munkapont kzelben a karakterisztikkat rintikkel helyettestjk. Az rintk meredeksgt differencilis jellemzknek, vagy kisjel paramtereknek nevezzk.

A kollektorram megvltozsnak mrtkt U^e fggvnyben az S meredeksg hatrozza meg:

dic S =

BE Uqe = lland A (4.1) egyenlet differencilsval

Ic S= exp

Uj Uj (4.2)

Teht a meredeksg arnyos a kollektorrammal s fggetlen a tranzisztor egyedi jellemzitl, ezrt kiszmtshoz nem szksges a tranzisztor adatlapja.

A kollektorram rtket a kollektor - emitter feszltsg fggvnyben az

rcE = CE

dir /be ^ lland

differencihs kimeneti ellenlls szabja meg. A 4.6. brn lthat, hogy ennek rtke nvekv kollektorramnl kisebb, mert a karakterisztika meredeksge n. Az Tqe j kzeltssel fordtottan arnyos /c-vel, azaz

(4.3)

Az Uy arnyossgi tnyezt Early-feszltsgnek nevezzk. Segtsgvel a kimeneti ellenllst tetszleges kollektorramnl kiszmthatjuk. Uy jellemz rtke npn-tranzisztoroknl 80...200 V, pnp-tranzisztoroknl 40... 150 V.

Is. HA

1 0 0 -

8 0 - -

6 0 -

AO--

2 0 - -

0 0 2 0 0 ^ 0 0 6 0 0 LBE. V

4.7. bra. Tranzisztor bemeneti karaiiterisztilija

3 0 0 "

200--

100--

0 lOjjL 1 0 0 l m Iq, a Ijx lOji 100(1 lm lOm 100m /c, A

4.8. bra. Kisjel tranzisztor jellemz kollektorram - bzisram

karakterisztikja

4.9. bra. Kisjel tranzisztor statikus s dinamikus ramerstsi tnyez

karakterisztikja

Az elektroncsvektl eltren a tranzisztor vezrlshez ram kell. Ez a 4.7. brn feltntetett bemeneti karakterisztikn is lthat. A karakterisztika a (4.1) egyenlethez hasonlan exponencilis. Az m korrekcis tnyez azonban most nem egyenl eggyel, ezrt nem hanyagolhat el. Kpletben:

4 = / s o e x p - .

Vezessk be a differencihs bemeneti ellenlls fogalmt annak kiszmtsra, hogy a tranzisztor mennyire terheli a vezrlgenertort.

'BE = /p :/CE = lland

rtkt a bemeneti karakterisztika differencilsval kapjuk meg:

mUT-f-BE = r-

Ez a szmts nem ad pontos eredmnyt, mert az m korrekcis tnyez nem mindig ismert.

A kollektorram els kzeltsben arnyos a bzisrammal. Ezt szemllteti a 4.8. bra. Az Iq s arnya a statikus ramerstsi tnyez:

B = - . (4.4)

Mivel a bemeneti karakterisztika m korrekcis tnyezje nem egyenl eggyel, ellenttben az tviteli karakterisztikval, ezrt az ramerstsi tnyez nem lland, hanem kollektorram-fgg. Jellemz menett a 4.9. bra szemllteti.

A munkaponti ramerstsi tnyez kiszmtsra a differencilis ramerstsi tnyezt definiljuk.

Sic

UcE ^ lland

A kollektorram rtktl val fggst ugyancsak a 4.9. brn lthatjuk. A teljestmnytranzisztorok ramerstsi tnyezjnek maximuma amper nagysgrend ramoknl van, de rtke lnyegesen kisebb, mint a kisteljestmny tranzisztorok ramerstsi tnyezje.

P ismeretben az r^^ bemeneti ellenlls a meredeksgbl kiszmthat:

_P__ ''BE -

dIc S Ic

P

(4.5)

A bemeneti karakterisztika pontosabb jellemzsre az C/^ E feszltsggel paramterezett grbesereget kellett volna brzolni a 4.7. brn. A bemeneti karakterisztika fggse C/cE^tl olyan kicsi, hogy a grbk gyakorlatilag egymsra esnek. Kisjel analzisnl az C/^ E feszltsg hatst a feszltsg-visszahatsi tnyezvel, ill. az 5j- visszahatsi meredeksggel jellemezhetjk:

BE

CE /fi = lland

dl CE C/be lland 'BE Kis kollektorramnl a feszltsg-visszahatsi tnyez pozitv, nagynl pedig negatv. A gyakorlatban rtke lO^'^-nl is kisebb, ezrt a feszltsg-visszahats elhanyagolhat. Nagyobb frekvencin azonban a visszahats megn. E krlmny hatst a kol lektor-bzis kapacits figyelembevtelvel szmthatjuk. Erre a 16. fejezetben a szlessv erstk trgyalsa sorn mg visszatrnk.

Az eddig bevezetett paramterekkel ltalban minden bzis-, ill. kollektorram vltozs szmthat. E clbl vezessk be az

fggvnyeket.

A teljes differencilok:

4 = 4 ( C / B E , C / C E ) ,

/ C = / C ( C / B E , C / C E ) ^

din _

dIr =

dU^E

dIc

.CE ^C^BE + CE

dU, CE ?

BE dU^E +

dIr dU, CE

dU, CE '

A mr definilt differencilhnyadosok behelyettestsvel s elhanyagolhat = dlJdUc^ = 0) visszahatsi meredeksgnl a kvetkez alapegyenleteket

kapjuk:

''BE (4.6)

(4.7)

Mtrix alakban a fenti egyenletrendszer a kvetkez:

dli - 1 0 ~ 'dUj^i 'dU^i

= ''BE 1 _dlc_ _ S rcB_ JUcE_ _dUcE_

A kapott egytthatmtrixot a ngypluselmletben Fmtrixnak nevezzk. Ezenkvl hasznljuk mg a H hibridmtrixot is:

-du^i hl2e ' dij, ' dij,'

dIc _ _dUcE_ _dUcE_

A kt mtrixot sszevetve 1 1

J l l e

'BE

Sr = J l 2 e = - * 0, ' I 2 e

' l l e

h2U P

'BE 1

'cE = J 2 2 e

^ 1 , {Kuh22e-h2uK2.) ~ ^220-

A ngyplus-paramterek e indexe azt jelenti, hogy a tranzisztor fldelt emitteres kapcsolsban mkdik. Ilyenkor az emitter a bemenet s a kimenet kzs pontja. A tranzisztorok mkdtetsnek klnbz vltozataival a kvetkez fejezetekben foglalkozunk.

4.2. Hatradatok

A gyrtk a tranzisztorok adatlapjain klnbz hatradatokai adnak meg. melyeket nem szabad tllpni. A zrfeszltsgek kztt rendszerint legkisebb a megengedhet legnagyobb /BEO bzis - emitter zrfeszltsg. A sziliciumtran-

dic = SdUsj, + dUCE rcE

^CEO^CER^CES ^CBO ^CE 4.10. bra. A kimeneti karakterisztika nagyfeszltsg tartomnya

zisztorok megengedett bzis - emitter visszrama sokszor viszonylag nagy rtk is lehet. A kvetelmnyek hasonlak a Z-didkra elrtakhoz.

A legnagyobb zrfeszltsg az UQBO kollektor bzis zrfeszltsg. A ma-ximhsan megengedhet kollektor - emitter feszltsg ltalban UQBO'^^^ kisebb, gyakran csak a fele. Nagyobb megengedhet maximlis kollektor emitter feszltsget rnk el, ha a bzist s az emittert sszektjk egy ellenllssal. Ezt a feszltsget t/cER-rel jelljk. A 4.10. bra a tranzisztorok kimeneti karakterisztikjt szemllteti nagy kollektor-emitter feszltsg esetn [4.3].

A 4.10. brn lthat, hogy UQ^R annl nagyobb, minl kisebb az R ellenlls. Az / cEs maximhs rtket (shorted base) akkor kapjuk, ha i? = 0. sszehasonlts cljbl berajzoltuk a 4.10. brba az (4 = 0) kollektor - bzis zrkarakterisztikt s az UQBO kollektor bzis zrfeszltsget. Az brn lthat, hogy

^CER CES ^CBO

A szaggatott grbe a msodfaj letrs hatrt jelh [4.4]. A teljestmnytranzisztorok egyik legfontosabb adata a maximlis vesztesgi

teljestmny. A tranzisztor vesztesgi teljestmnyn a rajta hv talakult teljestmnyt rtjk:

Mivel a zrrteg hmrsklete nem lphet tl egy meghatrozott rtket, ezrt a maximlis megengedhet vesztesgi (disszipcis) teljestmny a htstl fgg. Az adatlapokon a gyrt cgek tbbnyire a 25 C tokhmrsklethez tartoz Pdmax vesztesgi teljestmnyt adjk meg. Szobahmrskletet meghalad krnyezeti hmrskleten a megengedett vesztesgi teljestmny a hmrsklettl fgg mrtkben kisebb a szobahmrskletre megadott maximhs rtknl, mert egybknt /j megengedett rtkt tllpnnk, leggyakrabban elfordul rtke germnium-tranzisztorokra 90 C, szilciumtranzisztorokra 175 C.

Legyen a tranzisztor vesztesgi (disszipcis) teljestmnye: P^. A teljestmny felmelegti a zrrteget a hz hmrsklethez kpest At^ = R^^ hmrsklet-klnbsggel. i ? h "Va l jelltk a flvezet s a hz kztti hellenllst. A hz is felmelegszik, mgpedig a krnyezethez viszonytva At^ = R^P^ hmrsklet-

klnbsg lp fel. A zrrteg a krnyezethez kpest teht At = (R^ + R^^P^ rtkkel magasabb hmrsklet. R^ a tranzisztor s a krnyezet kztti hellen-lls, amit fknt a hz htse hatroz meg. Ha a tranzisztor szabadon, nyugv levegben mkdik, akkor R^ csupn a tranzisztorhz alakjtl fgg. Erre az esetre megadjk az R^^ = i?h + ^ k ered hellenllst. Azt a teljestmnyt, amelynek hatsra a hmrskletet ppen tllpnnk, a kvetkez egyenletbl szmtjuk ki:

P = J ^ dmax

ahol k a krnyez leveg hmrsklete. Mivel R^ R^, P^max ugyancsak kizrlag a tokozs alakjtl fgg. A legfontosabb tokozsi formkra , amit a 4.11. brn szemlltetnk szilciumtranzisztorokra a 4.12. bra ad meg tjkoztat rtkeket.

A jobb oldali oszlopban azokat a vesztesgi teljestmnyeket adtuk meg, amit akkor kapunk, ha a tranzisztorhz hmrsklete 25 C. Ezt a klnleges esetet a gyakorlatban rendkvl nehz elrni. Ha a mkdshez nagyobb vesztesgi teljestmny szksges, mint ami a nyugv levegben szabadon mkd tranzisztorra megengedett, akkor htbordt kell alkalmaznunk. A htborda jelentsen cskkenti a tok s a krnyezet kztti hellenllst. R^, teht a krnyezet s htborda, valamint a htborda s tranzisztorhz kztt fellp hellenllsbl tevdik ssze. Mivel a teljestmnytranzisztorok kollektorai tbbnyire kzvetlen galvanikus kapcsolatban vannak a tokkal, csillm vagy berillium-oxid lemezzel szigetehk

4.11. bra. Gyakran hasznlt tranzisztortokok Fels sor: balrl jobbra TO - 18, TO - 5, TO - 66, TO - 3; Als sor: hasonl teljestmny manyagtokos tranzisztorok T O - 9 2 ,

T O - 1 2 6 , T O - 2 2 0 , T 0 - 3 P

Tokozsi forma ^dmax nyugv, 25 C hmrsklet

levegben szabadon mkd tranzisztorra

Tjkoztat rtkek 25C-os

tokhmrsklet esetre fm manyag

^dmax nyugv, 25 C hmrsklet

levegben szabadon mkd tranzisztorra

Tjkoztat rtkek 25C-os

tokhmrsklet esetre

TO-18 TO- 92 300 mW 600 mW T0~ 5 TO-126 1 W 5 W TO-66 TO"220 2 W 25 W TO" 3 TO- 3 P 3 W 100 w

4.12. bra. Szilciumtranzisztorok maximlis vesztesgi teljestmnye

A tokot a htbordtl. A szigetellemez azonban jrulkos hellenllst okoz. d max rtkt ltalnosan a kvetkez sszefggsbl szmthatjuk ki:

dmax ( 4 . 8 )

Az egyenletben R a zrrteg s a krnyezet kztti hellenllsok sszege. A 17.7. szakaszban ezzel kapcsolatban egy szmpldt is megoldunk.

A tranzisztorok megengedhet mkdsi tartomnyt a kimeneti karakterisztikban brzolva - a 4.13. bra szemllteti. A karakterisztika hasznlhat tartomnyt az /CMAX MAXIMLIS kollektorram, a P^max maximlis vesztesgi teljestmny, a msodfaj letrs tartomnya s"az UQ^O MAXIMLIS kollektor-emitter feszltsg hatrolja.

Az ismertetett tranzisztoradatokat a gyrtk a tranzisztorok adatlapjain foglaljk ssze. Pldaknt a 4.14. brn egy kisteljestmny s egy teljestmnytranzisztor adatait foglaltuk ssze. A hatradatok fleg az ramrtkben s a vesztesgi teljestmnyrtkben trnek el.

A jellemz adatoknl szembetn az ramersts nagy szrsa. Ezrt az ramkrket gy kell mretezni, hogy az ramersts mrtke a kapcsols mk-

4.13. bra. Tranzisztorok megengedett karakterisztikatartomnya

Tpus BC 237B BD 249A Gyrt Texas Instr. Texas Instr. Gyrt

Motorola Motorola Siemens

Tranzisztorfajta npn npn Komplementer tpus BC 307B BD 250A

Hatradatok

Kollektor - emitter feszltsg UcEO 45 V 60 V Kollektorram ^Cmax 1000 mA 25 A Emitter - bzis feszltsg ^EBO 6 V 5 V Bzisram ^ Bmax 50 mA 5 V Vesztesgi teljestmny p

^ dmax 300 mW 125 W

JeUemzk Kollektor-maradkram ^CEO 0,2 nA 0,5 mA Kollektor - bzis kapacits Q b 3pF 500 pF Emitter - bzis kapacits ^EB 8 p F

Jellemzk adott ramnl ic 10 ]iA 0,1 A

Bzis - emitter feszltsg / b e 0,5 V 0,7 V Maradkfeszltsg C/cEsat 100 mV 70 mV ramerstsi tnyez kb. 150 kb. 100

JeUemzk adott ramnl Ic 1 mA 1 A

Bzis - emitter feszltsg / b e 0,6 V 0,8 V Maradkfeszltsg ^CEsat 60 mV 200 mV ramerstsi tnyez fi 240...500 40...180 Tranzitfrekvencia / t 100 MHz 3 MHz

JeUemzk adott ramnl Ic 100 mA 10 A Bzis - emitter feszltsg /be 0,8 V 1,3 V Maradkfeszltsg /cEsat 200 mV 700 mV ramerstsi tnyez fi kb. 200 kb. 40

4.14. bra. Kisjel s teljestmnytranzisztorok jeUemz adatai

dst ne befolysolja szmotteven. A teljestmnytranzisztorok nagy ramnl klnleges tulajdonsgokat mutatnak. A jrulkos belsellenllsok miatt szokatlanul nagy bzis - emitter feszltsg s nagy kollektor-emitter maradkfeszltsg lp fel. Az ramersts is gyorsan cskken s a plda szerinti tpusnl, 25 A-es maximlis kollektorramnl mr csak 10.

4.3. Tranzisztorok fldelt emitteres kapcsolsa

Az erstknt mkd tranzisztorok mkdsnek hrom alapvet lehetsgt klnbztetjk meg. Aszerint, hogy a tranzisztor emittere, kollektora vagy bzisa lland potencil, megklnbztetnk fldelt emitter, fldelt bzis vagy

fldelt kollektor kapcsolst. A hrom alapkapcsolssal rszletesen foglalkozunk. A trgyalsmd ttekinthetsge rdekben mindig npn-tranzisztorokat vizsglunk s csak ott alkalmazunk pnp-tranzisztort, ahol ez klnlegesen indokolt. Az npn-tranzisztorok minden ramkrben helyettesthetk pnp-tranzisztorral s fordtva, ha a telepfeszltsg (s az elektrolitkondenztorok) polaritst megfordtjuk. Mretezseink sorn szilciumtranzisztorokat vesznk alapul, ez esetben elre megbecslhetjk az U^^ munkaponti bzis emitter feszltsget. A szilciumtranzisztorok bzis emitter feszltsge kb. 0,6 V.

4.3.1. Alapsszefggsek

Vizsgljuk meg a 4.15. brn lthat fldelt emitteres kapcsolst. Adjunk a bemenetre U^^ ^ 0,6 V feszltsget gy, hogy kollektorn mA nagysgrend ram folyjon. Ha a bemeneti feszltsget A U^^ kis rtkkel megnveljk, akkor az Iq kollektorram is megn. Mivel a kimeneti karakterisztikasereg majdnem vzszintes, ezrt a tovbbiakban azzal a kzeltssel szmolunk, hogy az IQ kollektorram csak 4-tl fgg, s UQ^-I fggetlen, teht

AIc = SAU^^ = SAU^,.

A kollektorram tfolyik az kollektor-ellenllson, teht a kimeneti feszltsg is megvltozik

AU^, = -AIcRc ^ -SRcAU^,

rtkkel. Az ramkr feszltsgerstse ennek megfelelen:

AU^, A = - ^ - -SRc- (4.9)

A feszltsgersts pontosabb meghatrozsra hasznjuk a (4.7) alapegyenletet, s a 4.16. brrl 4 i = 0 mellett leolvashat albbi megfeleltetseket:

UcE = U^i,

dU^, = - dIcRc-

Ezekkel

Pc ^CE A feszltsgerstst gy kaphatjuk, hogy kifejezzk a dU^JdU^^ hnyadost:

^ = : ^ = - S - ~ ^ = - 5 ( i ? c X r c E ) . (4.10) /C/be Rc + rcB

Rcf'cB hatrrtke: A =-SRc,

4.15. bra. Fldelt emitteres kapcsols 4.16. bra. Fldelt emitteres kapcsols egyszerstett brzolsa

Feszltsgersts: A = = - S(i?c ^ ^ce)

Bemeneti ellenlls: r^e = ?'be \ Kimeneti ellenlls: r^^ = Rq^ ^ce

sszhangban a (4.9) egyenlettel. A (4.2) egyenlet sszefggst behelyettestve

Ur (4.11)

Eszerint a feszltsgersts arnyos az R^ kollektor-ellenllson fellp feszltsgesssel.

A fentiek gyakorlsra vgezznk el egy szmtsi feladatot. Szmtsuk ki a feszltsgerstst IQ = 1 mA s R^ = 5 kO-nl. A (4.2) egyenletbl megkapjuk a meredeksget, ami 1 mA kollektorramnl: S = l mA/26 mV = 38,5 mA/V. r^E jellemz rtke 1 mA-nl 100 kQ. Ezek utn a (4.10) egyenletbl a feszltsgersts :

A = - 38,5 mA/V (5 kO x 100 kQ) = - 183.

Mivel az RcrcE felttel teljesl, a (4.11) egyenletet is hasznlhatjuk, ezrt 5 V

A ^ - - - 1 9 2 . 26 mV

Vizsgljuk meg az R^yyr^E msik hatresetet is. Ezt az llapotot ohmos RQ kollektor-ellenllssal csak nehezen lehet elrni, mert az R^ kollektor-ellenlson mrhet feszltsgessnek a (4.3) egyenlet rtelmben Uy = 100 V-nl nagyobbnak kellene lenni. Ilyen esetben kollektor-ellenllsknt ramgenertort kell hasznlni. A 4.6. szakaszban mg visszatrnk majd az ramgenertorok trgyalsra, addig fogadjuk el, hogy alkalmazsukkal kis feszltsgnl is nagy differencilis ellenllst lehet elrni. A maximhs ersts a (4.10) egyenletbl ? C ^ C E felttel mellett:

ju = lim \A\ = lim S (RQ x r^^) = Sr^E-

Teht a maximlis ersts kollektorram-fggetlen, mert S egyenesen, TQE pedig fordtottan arnyos /c-vel. A (4.2) s (4.3) egyenletbl

M = SrcE = Uj IC

Uy

Uj (4.12)

H jellemz rtke npn-tranzisztoroknl 3000.. .7500, pnp-tranzisztoroknl pedig 1500...5500.

Bemeneti s kimeneti ellenlls

A feszltsgersts szmtsnl eddig elhanyagoltuk az genertor-ellenlls s R^ terhel-ellenlls hatst. Ennek figyelembevtelhez az erst kt tovbbi paramtert, az r^^ bemeneti ellenllst s az r^; kimeneti elenllst kell meghatrozni. A vizsglatot a 4.17. bra szerint vgezzk.

A bemeneti ellenlls defincija:

dU be

be

Teht szakadssal lezrt, nyitott kimenetnl kell vizsglni a bemeneti ellenllst. A 4.17. bra szerint a terheletlen erst bemenetn

^be

^ b e + i g

bemeneti feszltsg van. Ha az A feszltsgerstssel megszorozzuk a bemeneti feszltsget, akkor a terheletlen erst kimeneti feszltsgt kapjuk.

kiszmtshoz a (4.6) alapegyenletet hasznljuk. dU^^ = dU^^ s dl^ = dl^Q helyettestssel az eredmny:

^be ~ ^BE-

Ebbl kvetkezik a (4.5) egyenlettel

Tbe - ^BE - ^ - (4.13)

Teht a bemeneti ellenlls annl nagyobb, minl kisebb a kollektorram s minl nagyobb a yS ramersts. Minthogy a feszltsgersts egy meghatrozott munkapontban a (4.11) egyenlet szerint /^-tl fggetlen, ezrt a kollektorramot ltalban gy vlasztjuk meg, hogy a bemeneti ellenlls az genertor-ellenllsnl lnyegesen nagyobb legyen.

4.17. bra. Helyettest kp a bemeneti s kimeneti ellenlls figyelembevtelre

A feszltsgersts kiszmtshoz terhelt mkdsnl szksges a kapcsols r^. kimeneti ellenllsa is. Az r^^ kimeneti ellenlls szabja meg, hogy mennyire cskken a kimeneti feszltsg, ha a kimenetet dl^^ rammal terheljk, mikzben a bemeneti feszltsg lland marad. A feszltsggenertor belsellenllsa definci szerint:

'ki = 4 i Ua = lland

Az kimeneti ellenlls s az terhel-ellenlls feszltsgosztt kpez, ezrt a feszltsgersts R^{r^^ + R^ arnyban cskken. Ezt a cskkentett rtket zemi erstsnek hvjuk.

Rt = A

Ag a terhelt erst kimeneti feszltsge s a jelgenertor terheletlen feszltsgnek hnyadosa a kvetkez egyenletbl szmthat ki:

4 = 1 'be . Ri -A,, =

RR^ ''be + ''be + '^g ''ki +-^t

Az kimeneti ellenllst a 4.16. bra szerinti fldelt emitteres kapcsols kimenetre felrt csomponti trvny egyenletbl szmthatjuk ki.

-dlc-dl^, - = 0. ' Rc

A (4.7) alapegyenletbe val behelyettests utn:

-dI^~--^== SdU^E+dU^,.

Az elhanyagolhat feszltsg-visszahats miatt a dU^ = 0 kvetkeztben dU^E ^ 0. Az eredmny:

dU^: RcTcv ^ . i - " - - i ^ c X ^ c E . (4.14)

Rc + rcE Ezek utn knnyen kiszmthatjuk az A^ zemi erstst. A (4.10) s (4.14) egyenletekkel

AR, RcrcvRt A - ^ T ^ - ~S~ l'^l \ = -SiR^xr^^xR^^ (4.15)

Rt+r^i RcfcB^ R,Rc+R/cE Kisjel mretezsnl teht az R^, r^^ s R^ ellenllsok prhuzamos eredjvel kell szmolni. Ez az eredmny a 4.18. brn lthat kisjel helyettest kpet szemlletesen igazolja. A kapcsols bekeretezett rsze a (4.6) s (4.7) egyenletet kpviseU a megvlasztott munkapontban. Mivel csak kis vltozsok jhetnek szmtsba a munkapont krl, ezrt a feszltsggenertort felfoghatjuk gy, mint egy U=

'^g /'be

4.18. bra. Fldelt emitteres tranzisztoros fokozat kisjel helyettest kpe

egyenfeszltsg-genertor s egy a vltakozfeszltsg-genertor soros kapcsolst. Utbbi amplitdja olyan kicsi kell hogy legyen, hogy kzehtleg dU differencihs vltozsnak tekinthessk. Teht

C/g = 7go + Wg s dU^ = Wg.

Ehhez hasonlan bonthatjuk fel a kapcsolsban foly ramokat is egyenram rszre s vltakoz ram sszetevre. A kisjel helyettest kpen csak a vltakoz feszltsgeket s a vltakoz ramokat jelltk. A differencihs ellenllsok ohmos ellenUsoknak tekinthetk, s a hneris hlzatokra rvnyes szmtsi eljrsok hasznlhatk. A tpfeszltsgforrst rvidzrnak vehetjk, mert a tpfeszltsg vltakoz feszltsg sszetevje 0. sszhangban a 4.15. brval az kollektor-ellenlls a kollektorpont s a fld kztt van. Teht prhuzamosan kapcsoldik az r^E s R^ ellenllsokkal.

A 4.18. bra alapjn Su^^ ram folyik a prhuzamosan kttt ellenllsokon. Teht A^, A, A^, r^- s r^e levezetett sszefggsei kzvetlenl kiolvashatk.

4.3.2. Nemlineris torztsok

Az tviteh karakterisztika nemhnearitsa miatt torzts keletkezik, hacsak az bemeneti jel amplitdja nem igen kicsiny. A torztsi tnyez defincija:

k -n = 2

Megadja a kimeneten fellp felharmonikusok effektv rtknek viszonyt az alapharmonikushoz kpest, ha a bemenetre szinuszos feszltsget adunk, ami az i7beo munkaponti feszltsg krl vezrel:

A (4.1) nagyjel tviteh egyenletbl megkapjuk a kollektorramot: 7be0 BE

Sorbafejts utn

1 + u be Uj

l sin 0) H (1 cos2 co ) + . . .

47t

A sorbafejtssel kapott kifejezs tartalmazza a kimeneten mrhet alapharmonikust s az els felharmonikust. A torztsi tnyez:

^C2

^Cl

be

A k torztsi tnyez arnyos a bemeneti feszltsg ampUtdjval, s fggetlen a munkapont helytl. Ezek utn mr kiszmthatjuk, hogy legfeljebb mekkora lehet a bemen jel amplitdja ahhoz, hogy a torztsi tnyez ne lpje tl az 1 %-os rtket:

A = 200 feszltsgerstsnl 200 mV maximhs kimeneti amphtdt kapunk.

4.3.3. Negatv ramvisszacsatolt fldelt emitteres kapcsols

A nemlineris torzts cskkentsre negatv visszacsatolst hasznlunk. A negatv visszacsatols sorn a kimen jel egy rszt visszavezetjk a bemenetre, hogy az a bemeneti jel ellen hasson. Emiatt az ersts cskken ugyan, azonban rtkt a negatv visszacsatols miatt dnten a kapcsols ohmos ellenllsainak arnya hatrozza meg, s a tranzisztor nemhneris tviteli karakterisztikja csak kevss befolysolja.

1 Rr

1 1

o

1 h

Re

4.19. bra. Negatv ramvisszacsatolt fldelt emitteres kapcsols

dU^i _ Rc _ SRc Rc

S JU

Feszltsgersts: A =

Bemeneti ellenlls: r^^ ^ r^^ + /]R^;

Kimeneti ellenlls: r^^ Rq

A 4.19. brn lthat elrendezsnl a negatv visszacsatolst az R^ emitter-ellenlls okozza. Ha nveljk az U^^ bemeneti feszltsget, akkor nvekszik a kollektorram, s az ^ IQ egyenlsg miatt az = IE^E emitterfeszltsg is arnyos mrtkben n. Az U^^ = U^^ - UE bzis - emitter feszltsg megvltozsa

csak trt rsze a AU^^ feszltsgnek. Az emitterfeszltsg vltozsa cskkenti az erstst, teht negatv visszacsatolsknt hat. Mivel a visszacsatolt feszltsg a vezrl feszltsggel sorosan jelentkezik, s a negatv visszacsatolst az emitter-ram vltja ki, ezrt pontosabban negatv soros ram-visszacsatolsnak hvjuk.

Ha [/BE vltozst els kzeltsben elhanyagoljuk, akkor

Mivel az RQ kollektor ellenllson gyakorlatilag ugyanaz az ram folyik, mint az R^ emitterellenllson, ezrt az R^ kollektor-ellenllson es feszltsg az RJRE hnyados arnyban nagyobb, mint A11^- A negatv visszacsatolt feszltsgersts kzelt rtke teht: jjj . ji

A = ^ -

azaz fggetlen az ramfgg tranzisztorparamterektl. A feszltsgersts pontosabb kiszmtshoz a 4.19. bra alapjn rjuk fel

az albbi sszefggseket: = dU^,~dU^,

= -Rcdic, = dU^-dU^,

X R^dlc

s helyettestsk be a (4.7) alapegyenletbe. Mivel

SrcB = y 1,

dU^i SRc Rc

rcE S ju

Kpezzk a trt reciprokat a hatrrtkek vizsglathoz

1 1 RE = + . (4.17) .S (7?cxr ) Rc

Ha Rf: -> 0, akkor A^-* - S (Rc x TCE), teht - mint vrtuk - a visszacsatols nlkli rtkhez. Nagy negatv visszacsatolsnl, amikor RJRE S {Rc x TCE)

A,. = V RE

(4.18)

a fentieknek megfelelen. Az i?c esetben a (4.16) egyenletbl kzeltleg

1 + SRE 1

A reduklt meredeksg az elz egyenlet alapjn szrmaztathat:

(4.19)

A reduklt meredeksg az emitter-ellenllssal negatv ramvisszacsatolt tranzisztor meredeksgt hatrozza meg. Bevezetsvel a feszltsgersts legegyszerbb kplett kapjuk:

= SJQ^RQ .

A bemeneti ellenlls szmtsa

Lttuk, hogy a negatv ram-visszacsatols U^^ vltozst s ezzel a feszltsgerstst cskkenti. Mivel emiatt a dl^ bemen ram is cskken, ezrt ugyanennyiszeresre n a bemeneti ellenlls. r^E RQ kzeltssel

\S J (4.20)

A kimeneti ellenllsnl a negatv ram-visszacsatols n, de csak kismrtkben s ers negatv visszacsatolsnl i^c'hez tart.

4.3.4. Negatv feszltsg-visszacsatolt fldelt emitteres kapcsols

A negatv visszacsatols msik lehetsgt a 4.20. brn feltntetett elrendezs szemllteti, ahol a kimeneti feszltsg egy rszt az R2 ellenllson t visszacsatoljuk a bemenetre. Mivel a fldelt emitteres kapcsols fzisfordt erstt

1 Rr

R,

R R.

1

1

4.20. bra. Negatv feszltsgvisszacsatolt fldelt emitteres kapcsols

1 + ^ 1 / ( ^ 8 5 X ^ 2 ) Ri 1 /C/be Feszltsgersts: = A dlly-i

Bemeneti ellenlls: r^^^j_;

RI Kimeneti ellenlls: = 1 +

S{Rc X X R2) Ri '

^BE

R, + R,) 1

+ -S

alkot, ezrt ez az eljrs a bemeneti feszltsget is cskkenti (prhuzamos visszacsatols).

A kapcsols mkdsnek vizsglathoz nveljk meg a bemeneti feszltsget zlt/be rtkkel Emiatt megn 7BE? s a kimeneti feszltsg \AU^^\ AU^E mrtkben lecskken. Ha felttelezzk, hogy az i ? 2 ellenlls nem tl nagy rgE-hez kpest, akkor az ramvltozsokra AI^ zl/2.

Teht: AI, ^ AI,, .

Ha i ? i ellenlls akkora, hogy a A U,, zl C/gE felttel igaz, akkor

^ / . . ^ .

Ezek utn a kimeneti feszltsgvltozs:

A feszltsgersts pontosabb kiszmtsra rjuk fel a csomponti trvnyt a bzisra s a kollektorra.

dl^-dh-dl^ = 0, dU..

dI,-dIc-~^ = 0.

dU^-dU^^ , dU^^-dU^, es dL =

R, helyettestssel, valamint a (4.6) s (4.7) alapegyenletek felhasznlsval a feszltsgersts:

l_^dU^^ rji^xRz Ri A, dU^i / 1 \ -^2 ' (s~-J{RcXrc^xRd

i?2 - kzeltssel: S R\ 1 +

J_ ^ _ (?-BEX^2) _ ^ (4.21)

A , 5 ( i ? c X r c E X i ? 2 ) ^ 2 '

Ha /?! - 0, akkor az erstsre a negatv visszacsatols nlkli

kifejezst kapjuk. Lthatjuk, hogy /?, nem lehet kicsi i^-hez kpest, mert akkor

64

negatv visszacsatols nlkl is mr kis feszltsgerstst kapnnk. Korbban azt is megllaptottuk, hogy I?2 nem lehet nagy rg^-hez viszonytva, mert akkor negatv visszacsatol hats nem lpne fel. A mretezs szoksos kompromisszuma: R2 ^ Rc ^ ^BE- Nagy negatv visszacsatolsnl, amikor R^ nagysgrendje megegyezik i?2"Vel, a feszltsgersts:

A= - R2 R,

(4.22)

A bemeneti ellenllst a kvetkez gondolatmenettel knnyen kiszmthatjuk : a A C/BE feszltsgvltozs AUy^^ == - S (R^ x r^E x R2) A f / g E kimeneti feszltsgvltozst okoz. Az ramvltozst R2 hatrozza meg, ezrt

= BE R2 R2

S (Rc X FCE X R2) .

Az I?2 negatv visszacsatol ellenlls a bemeneti ellenlls szempontjbl R2 / [5 (RQ X FCE X I?2)] rtk, a bzis s a fld kz kttt elenllsknt szerepel. Ezek

utn I?2

TBEX ' b e = R,+ R,. (4.23) 5 ( I?CXRCEX ? 2 ) J

A kimeneti ellenllst a negatv feszltsg-visszacsatols ugyancsak cskkenti. Ez abbl ered, hogy az R2 ellenllson keresztl a bzisram a kollektor-feszltsgvl-tozs hatsra megn. Ezltal a kimeneti feszltsgvltozs nagyobb kollektorram-vltozst okoz. Az eddigi felttelekkel

4 i

'R, 1 + ' B E [RcXrcExRi]' (4.24)

lland L A V ^ l + ^ g ^ .

4.3.5. Munkapont-bellts

Eddig a tranzisztorok kisjel mkdsvel foglalkoztunk egy megadott 1^ UcEo munkapontban. A munkapont belltshoz a 4.21. brn lthat mdon a jelgenertorral sorbaktnk egy egyenfeszltsg-forrst, ami az U^EO feszltsgrtket belltja. Ennl a megoldsnl nehzsget okoz, hogy fldfggetlen feszlt-

1 1 1 Rr R: Rr X

1 4.21. bra. A munkapont-bellts elve

c :) c D

R./ Y 1 1 J 1

4.22. bra. Munkapont-bellts bziskri feszltsgosztval (bzisosztval)

sggenertorra lenne szksg. Ezrt a 4.22. brn lthat mdon az tpfeszltsgbl Utjuk be a bzisfeszltsget, s az U,, vltakoz jelfeszltsget csatolkondenztoron keresztl adjuk a tranzisztorra. A kimenet UQ^Q egyenfeszltsgt is kondenztorral vlasztjuk el a kvetkez fokozattl. A kapcsolsba gy kt fellettereszt elemet ptettnk be. A kondenztorok ltal ltrehozott als hatrfrekvencit gy kell belltani, hogy a kapcsols mg a legkisebb frekvencij hasznos jelet is tvigye.

C Q

r " B o -

"1 Valsgos tranzisztor

- Driftmentes'tranzisztor

2 - 7 - z / r

6 E

4.23. bra. A bzis - emitter feszltsgdrift hatsnak szmtshoz

A 4.5. brn lthat meredek tviteli karakterisztika miatt U^^o belltsra a tranzisztor nagyon rzkeny, mert kis feszltsgvltozs nagy kollektorram-vltozst okoz. Az elkerlhetetlen gyrtsi szrs miatt a pontos U^^ feszltsget egyedileg csak az R2 trimmer-potenciomterrel llthatjuk be. Ezenkvl az ramkr hmrskleti driftje is nagyon kedveztlen. lland kollektorram mellett a bzis - emitter feszltsg kb. 2 mV-tal cskken, ha a hmrsklet 1 C-kal n. Ezt magyarzza a 4.23. bra, ahol a bzisra kapcsolt kpzeletbeli feszltsggenertor feszltsge szobahmrskleten 0, s fokonknt 2 mV-tal n. A kpzeletbeli feszltsggenertor feszltsge sszeaddik a jelgenertor feszltsgvel, s az erst mindkettt ersti. Pldul ^ = 150 erstsnl a munkaponti kollektorfeszltsg driftje:

dUc . 2 mV dT

= A-K

- 300 mV/K.

Pldul 20 C feszltsgnvekedsnl a munkaponti kollektorfeszltsg kb. 6 V-tal cskken. A munkapont ilyen mrtk vndorlsa megengedhetetlen.

Munkapont-bellts bzisrammal

7BE hatst a munkaponti kollektorfeszltsgre elkerlhetjk, ha a munkapontot lland bzisrammal lhtjuk be. E clbl a 4.24. brn lthat mdon csatlakoztassuk a tranzisztor bzist egy nagyohmos ellenllson keresztl a tpfeszltsghez. Az IQ munkaponti kollektorrambl kiszmthatjuk a szksges bzisramot :

B-

Ez az ram csak az ellenllson folyhat keresztl, teht

66

1 1 4.24. bra. Munkapont-bellts lland bzisrammal

JTVI . 4 /B

Mivel C/t rendszerint nagy C/eEo'hoz kpest, ezrt /gEo gyakorlatilag nem befolysolja a bzisramot. Ezzel a sok nehzsget okoz driftgenertort kikszbltk. Htramaradt mg a B ramerstsi tnyez hmrskletfggse. Abbl indulhatunk ki kzeltleg, hogy B 1 %-kal n a hmrsklet 1 C-os nvekedsekor. Htrny, hogy B gyrtsi szrsa nagyon nagy, s tnyleges rtknek a kollektorramra, valamint a munkaponti kollektorfeszltsgre jelents hatsa van. Emiatt az ramkr az elzhz hasonlan kevss hasznlhat.

Munkapont-bellts negatv ram-visszacsatolssal

A stabil munkapont-bellts legjobb mdszere az ramkr negatv visszacsatolsa kisfrekvencin. A 4.25. brn ezt a feladatot ltja el az R^, Cp elemekbl ll RC tag. A drifterstst a negatv visszacsatols RJRE rtkre cskkenti. Ketts tpfeszltsg-elltsnl az elrendezst a 4.26. bra szemllteti. Itt a munkaponti bzisfeszltsget 0-ra lHtjuk, gy a bemeneti feszltsgosztt megtakarthatjuk. Ilyenkor a bzisram a jelgenertoron folyhat (ha alkalmas arra, hogy egyenram kr zrdjon rajta).

1

1 1

1

Rr

1 1

o o-

1 1 4.25. bra. Munkapont-stabilizls

egyenram visszacsatolssal

1

Re 4= c , 1

4.26. bra. Egyszer munkapontstabilizls, ha negatv tpfeszltsg is van

Ha vltakozram szempontbl nem kell negatv visszacsatols, akkor a CG kondenztor R^-t vltakoz ramlag az elrt frekvenciatartomnyban rvidrezrja. Az ramkr mretezst azzal kezdjk, hogy megvizsgljuk Q hatst az

erst frekvenciamenetre. A (4.16) egyenletbe helyettestsnk be az helyre Z^-t, ahol

1 i?E ZE = R E X ^ = , ^ ' (4.25)

/ i = IJIKR^CE frekvencia fltt az impedancia cskken, teht az ersts n, mgpedig a 4.27. brn lthat mdon a frekvencival arnyosan, amg elri az SRQ rtket. Az ersts az SRQ rtket az

SR 1 /. = = SR^A = ^ (4.26,

frekvencin ri el. Ha az egyenram negatv visszacsatolsnl kisebb vltakoz ram negatv visszacsatolst szeretnnk belltani, akkor a kondenztorral i? < ellenllst kssnk sorba.

A 4.25. brn lthat erstfokozat mretezsnek gyakorlsra oldjunk meg egy pldt. Legyen egy R^= 10 kQ belsellenlls genertor. A tranzisztor ramerstsi tnyezje: B = p = 250, a tpfeszltsg: = +15 V. Ne terheljk tl a jelgenertort, ezrt a kollektorramot gy vlasszuk meg, hogy a vltakoz ram bemeneti ellenlls legalbb 20 kQ legyen. A terhel ellenllst az

i?25 prhuzamos eredje adja, mert a Cg kondenztor a vizsglt frekvenciatartomnyban rvidzrat ad. Legyen 1^ = 200 iiA. A (4.13.) egyenletbl

PU^ 250 > 26 mV TRE = = = 32,5 kfl.

/c 200 l^A

Ha i?2 feszltsgoszt elemei nem nagyon kicsik, akkor az ered bemeneti ellenlls kvetelmnye teljesl.

Hatrozzuk meg a munkaponti feszltsget. A munkapont stabihtsa annl jobb, minl nagyobb az R^ emitter-ellenllson es feszltsg, mert gy az C/gE feszltsg sokkal kisebb 1/^-^61 s konkrt rtke a kollektorramot kevsb befolysolja. Ha U^-TQ 2 V-ot vlasztunk, akkor a kollektor-ramvltozs:

dIr /p 2 mV dT ^ dT _ K _ 0,1 %

2 V K

Az UQQ munkaponti kollektorfeszltsg meghatrozsnl arrl sem feledkezznk meg, hogy a tranzisztor kollektor - emitter feszltsge az C/cEsat ^ 0,3 V maradkfeszltsget nem rheti el, mert a 4.6. bra alapjn a ^ , S' s r^E paramterek nagyon lecskkennek. Ezt a teltsi llapotot lineris erstknl el kell kerlni, mert nagy torztst is okoz. Ne legyen a szksgesnl nagyobb a munkaponti kollektorfeszltsg sem, mert kicsi lesz az R ^ kollektor-ellenllson es feszltsg, s ezzel egytt az ersts is. Tekintsk azt az esetet, hogy a kimenet legnagyobb kivezrlse: A[/cmax = 2 V a munkaponti feszltsg krl. Akkor

4.27. bra. A Cp koDdeoztor hatsa az erst frekveDciameiietre

CEmin + \u, CmaxI = 2 V + 1 V + 2 V = 5 V. A biztonsg rdekben inkbb 7 V-ot vlasszunk, nehogy U^^^ + s az ellenllsok tolerancii miatt 5 V al cskkenjen a kollektorfeszltsg.

Most mr kiszmthatjuk az s ellenllsokat:

2 V 200 iiA

= 10 k l ,

+ U,-UcA 1 5 V - 7 V = 40 k Q .

Ic 200 |iA

A kollektor munkaponti feszltsgnek driftje:

dUco mV Rc = -2-rr- ~ = - 8 mV/K. dT K 7?E

A munkaponti bzisfeszltsg belltsa kvetkezik, gy, hogy az R^ emitter-ellenllson az elrt 2 V feszltsg essen. Kis kollektorramnl 7BE a (4.5) egyenlet szerint kb. 0,6 V. Ebbl

BEA A bzisram:

200 nA 250

2,6 V .

= 0,8 ^lA.

A bzisfeszltsget a bzisram nem befolysolhatja szmotteven. Ezrt olyan Rx, i? 2 feszltsgosztt hasznlunk, amin kb. 10 ram folyik t. Ezzel

15 V - 2 , 6 V

8 nA + 0,8 nA

2,6 V

= 1,4 M Q ,

R. = 8 |iA

= 330 k Q .

1,4 M

+ 15 V +15 V

1 40 kf

0 10 kO

1

360 nF

330 kf

2,6 V 7 V

2 V 100 nF

I

7 10 kf C E ^ I 00}iF

I I I

100 kf

4.28. bra. Plda kisfrekvencis erstfokozat mretezsre

A 4.28. brn lthat elrendezs mr az alkatrszek szmtott rtkeit is tartalmazza. A vltakoz ram bemeneti ellenhs: