ISŠT Mělník Číslo projektu Označení materiálu Název školy Autor Tematická oblast Ročník Anotace Metodický pokyn CZ.1.07/1.5.00/34.0061 VY_32_ INOVACE_C.3.10 Integrovaná střední škola technická Mělník, K učilišti 2566, 276 01 Mělník Ing.František Moravec Základy elektrotechniky 2ME Zesilovače Zhotoveno květen 2012 Frontální vyučování doplněné metodou průběžného kladení otázek pro objasnění probírané látky, po výkladu následuje zpětnovazební test pro ověření a zpevnění vyložené látky
Pracovní bod P tranzistoru návrh a určení třídy zesilovače Třídu zesilovače charakterizuje chování tranzistoru ve funkci zesilovače, při konkrétním nastavení pracovního bodu V podstatě jde o to, do jaké míry bude tranzistor v klidovém stavu (tj. bez buzení) otevřen, případně uzavřen Pracovní bod se týká převodní charakteristiky tranzistoru, po které se pracovní bod s časem pohybuje v závislosti na okamžité úrovni a polaritě vstupního signálu Zidealizovaná přímka vyjadřuje vztah dvou veličin: osa vertikální - kolektorového proudu Ic osa horizontální - proudu báze Ib
Pracovní bod P tranzistoru nastavení Jeho nastavením určujeme vhodné pracovní podmínky pro požadovanou činnost tranzistoru např.v jaké třídě bude tranzistor jako zesilovač pracovat Ovlivňuje jestli bude tranzistor více nebo méně otevřen Pohybuje se v určitém rozmezí a je nastaven v pro klidový stav tj.bez vstupního signálu Se vstupním signálem se začne měnit kolektorový proud a zároveň i napětí na kolektoru Nastavení pracovního bodu tranzistoru se týká nastavení přechodu báze emitor. K jeho otevření postačí již velmi malé napětí - cca 0.65 V Otevření přechodu báze emitor vyvolá současně průtok obvodem kolektor emitor Velikost otevření tranzistoru odpovídá funkci kterou má vykonávat; třídě ve které má tranzistor jako zesilovač pracovat
Nastavení pracovního bodu tranzistoru a) Proměnným napětím b) Rezistorem v bázi c) Děličem v bázi
Nastavení pracovního bodu P tranzistoru VA charakteristika P max
VA charakteristika tranzistoru popis kvadrantů Výstupní charakteristiky tranzistoru 1.kvadrant: Proud procházející tranzistorem I C závisí na výstupním napětí U CE při konstantním vstupním proudu proudu do báze I B Jednotlivé výstupní charakteristiky jsou téměř rovnoběžné s osou výstupního napětí a výstupní proud tedy na změně výstupního napětí téměř nezávisí *Udává výstupní admitanci (převrácenou hodnota Rvýst) h22e Převodní charakteristiky tranzistoru 2.kvadrant: Proudová převodní charakteristika tranzistoru - vyjadřuje závislost výstupního proudu I C na vstupním proudu I B, při konstantním napětí U CE *Udává proudový zesilovací činitel h21e Vstupní charakteristiky tranzistoru 3.kvadrant: Popisuje vnitřní odpor tranzistoru, který se na vstupu chová jako dioda *Udává vstupní impedanci při výstupu nakrátko h11e Zpětná převodní charakteristika tranzistoru 4.kvadrant *Udává zpětný napěťový zesilovací činitel h12e
Pracovní bod P tranzistoru návrh a určení třídy zesilovače * U zesilovače střídavého signálu by měl pracovní bod P ležet uprostřed přímky a platí UCE1 = UCE2; tj. UCE = Ub/2 Tím se předejde omezení amplitudy výstupního signálu a tedy i jeho zkreslení
Pracovní bod P tranzistoru - mezní hodnoty: - maximální napětí kolektor-emitor Uce max - maximální kolektorový proud Ic max - hyperbolou kolektorový ztráty Pc - nulový proud báze Ib = 0 (oblast zahrazení) - oblast saturace (udána mezní přímkou)
Pracovní bod P tranzistoru - nastavení Pracovní oblast tranzistoru: Mezní hodnoty tranzistoru vymezuje I.kvadrant VA charakteristiky tranzistoru tzv.výstupní charakteristika tranzistoru; v této oblasti se volí klidový pracovní bod P a znázorňuje závislost kolektorového proudu I C na napětí kolektor-emitor U CE při konstantním proudu I B do báze Každé velikost proudu do báze I b přísluší jedna charakteristika Pro daný bázový proud I b při rostoucím napětí kolektorový proud I c tranzistoru prudce roste až do stavu nasycení a pak se již téměř nemění (* platí pro zapojení se společným emitorem SE) Při nulovém proudu do báze (I b = 0) prochází tranzistorem zbytkový proud I CE0
Nastavení pracovního bodu tranzistoru - rezistorem Toto je nejednodušší nastavení pracovního bodu a má nejhorší výsledky, protože nevýhodou je že vzrůst zbytkového proudu I CE0 Vlivem oteplení přechodu se projeví vzrůstem kolektorového proudu. To vyhoví pouze v nenáročných zapojeních nebo v zesilovacích stupních, kde signál přichází s nízkou amplitudou. Ale výhoda je, že jen nepatrně zmenšuje vstupní odpor tranzistoru. Rezistorem Rb přivádějící napětí k bázi má velký odpor a teče jím nepatrný proud (vzniká na něm téměř celé napětí zdroje - bez "půl" V). Změnou jeho odporu se nastaví proud báze na správnou velikost
Nastavení pracovního bodu tranzistoru - děličem napětí Napětí pro bázi přichází z odporového děliče R1 a R2. Pracovní bod s oteplením mění méně než u předchozího zapojení, leč o stabilním pracovním bodu hovořit nelze. Čím se požaduje větší proud báze, tím tvrdší musí být dělič. Příčný proud protékající děličem má být několikanásobně větší než odebíraný proud báze. Ovšem klesá vstupní odpor tranzistoru, což může někdy vadit
Test - 10 1. Uveďte co je to pracovní bod tranzistoru a co ovlivňuje - na co má vliv? 2. Jaké znáte způsoby nastavení pracovního bodu u tranzistoru? 3. Co lze vyčíst z VA charakteristiky tranzistoru? Popište jednotlivé kvadranty 4. Z kterého kvadrantu VA charakteristiky vycházíme při návrhu pracovního bodu P u tranzistoru a co jsou to mezní hodnoty? Řešení: DUM - VY_32_ INOVACE_C.3.10 str. 2-11
ISŠT Mělník Použitá literatura: [1] Příručka pro elektrotechnika Ing.Klaus Tkotz a kol., vydalo nakladatelství Europa- Sobotáles cz. s.r.o., Praha 10 v roce 2006 (ISBN 80-86706-13-3) [2] Praktická elektrotechnika Petr Bastian a kol., vydalo nakladatelství Europa- Sobotáles cz. s.r.o., Praha 10 v roce 2004 (ISBN 80-86706-07-9) [3] Volně šířené a dostupné firemní prezentační materiály a prodejní katalogy výrobců polovodičových součástek a finálních výrobků [4] Archiv autora Seznam zdrojů obrázků na jednotlivých stranách prezentace: 2. http://www.ackoo.estranky.cz/img/picture/142/t%c5%99%c3%addyzesilova%c4%8d%c5%af-graf.jpg 3. - 4. Praktická elektrotechnika str.212 obr.1 5. [4] 6. [4] 7. Praktická elektrotechnika str.214 obr.1 8. [4] 9. http://dlabos.wz.cz/en/nastaveni_pracovniho_bodu_tranzistoru_html_m64279ac7.png 10. vychází z materiálu http://misovystranky.wz.cz/z_5_t.gif 11. vychází z materiálu http://misovystranky.wz.cz/z_6_t.gif Autorem materiálu a všech jeho www.isstechn.cz částí, není-li uvedeno jinak, je Ing.František MORAVEC