Analóg elektronika

Kérdések

Adja meg az ideális dióda definícióját rajzban, képletben, szövegben!

Rajzolja fel a bipoláris tranzisztor áramköri jelét (npn és pnp esetben is) és nevezze meg kapcsait!

Írja fel az NPN típusú bipoláris 232h71c tranzisztorra a tranzisztor törvényt kifejezö egyenleteket! Rajzban, szövegben értelmezze az egyenleteket!

Rajzolja fel a bipoláris tranzisztor egyetlen ­kollektor ellenállást ­ tartalmazó erösítö kapcsolását, a bemenö és a kimenö karakterisztikáit, jelölje be ezekbe a munkapontokat ill. a munkaegyenest!

Adja meg, hogy a tranzisztoros lineáris erösítö munkapontját a kimenö karakterisztika seregben hova kell beállítani és miért?

Rajzolja fel a müveleti erösítö rajzjelét! Adja meg a ki- és bemenö feszültségek kapcsolatát!

Sorolja fel az ideális müveleti erösítö jellemzöit!

Definiálja a virtuális földpont fogalmát!

Rajzolja fel a müveleti erösítövel megvalósított összegzö kapcsolási rajzát és vezesse le a be-­ és a kimeneti feszültség kapcsolatát!

Rajzolja fel a müveleti erösítövel megvalósított integrátor kapcsolási rajzát és  vezesse le a be-­ és kimeneti feszültség kapcsolatát!

Rajzolja fel a másodrendü, lineáris, állandó együtthatós, inhomogén differenciálegyenlet megoldását szolgáltató analóg számítógép kapcsolási rajzát és ismertesse a megoldás menetét!

Ismertesse a feszültségillesztés eljárását!

Mi a kondenzátoros csatolás szerepe két erösítö fokozat között?

Rajzolja fel az általános (pozitívan vagy negatívan) visszacsatolt rendszer hatásvázlatát és vezesse le a rendszer eredö frekvenciafüggvényét!

Sorolja fel a negatív visszacsatolás elönyeit és hátrányait!

Mutassa be, hogy a negatív visszacsatolás miként linearizál, csökkenti az átviteli tényezöt és a paraméter változás hatását! Tételezze fel, hogy rendszer viselkedése a frekvenciától független!

Rajzolja fel a négy szürötípus frekvencia-jelleggörbéjét ideális esetben és adja meg mindegyik megnevezését is!

Egyetlen szinuszos moduláló jel esetére írja fel az amplitúdó modulált jel kifejezését és annak három diszkrét frekvenciára bontott alakját!

Az ideális dióda egy olyan nemlineáris áramköri elem, mely nyitó irányban zérus feszültségesés mellett vezet áramot, vagyis ellenállása R=0, záró irányban pedig végtelen nagy ellenállást fejt ki az elektromos áram áthaladásával szemben, vagyis az ellenállása R= . A dióda jelképi jelölése az 1. ábrán, az ideális dióda feszültség-áram jelleggörbéje a

2. ábrán látható:

1. ábra

2. ábra

A pnp ill. az npn bipoláris tranzisztor áramköri jele és a szokásos pozitív irányai a 3a, ill. 3b ábrán láthatóak. A kivezetések elnevezése: B - bázis, C - kollektor, E - emitter.

3a. ábra: PNP tranzisztor

3b. ábra: NPN tranzisztor

A tranzisztortörvények npn típusú bipoláris tranzisztorra:

Az (1) egyenlet a bipoláris tranzisztorra felírt  csomóponti törvény.

A (2) egyenlet azt fejezi ki, hogy az I_E emitteráram túlnyomó része az I_C kollektoráramból származik (A=0.95 0.99). Szakadt emitter kör esetében (I_E = 0), a záró irányban igénybevett kollektor oldali diódán I_CB0 szivárgási áram folyik. A (3). egyenlet az (1) és (2) egyenletekböl vezethetö le. A kollektoráram egy , a bázisáram által vezérelhetö részböl, és az állandó, nem vezérelhetö részböl áll.

Egyetlen kollektorellenállást tartalmazó, bipoláris tranzisztoros erösítö kapcsolási rajza:

Bemenö karakterisztika

Kimenö karakterisztika és a munkaegyenes:

A bipoláris tranzisztor kimenö munkapontját úgy állítjuk be, hogy a munkaegyenes normál erösítö tartományba esö részének a közepére kerüljön. Ez azt jelenti, hogy a munkaponthoz tartozó U_CE feszültség közelítöleg U_T/2:

Ebben az esetben az erösítö a lineáris erösítési tartomány határát egyszerre éri el a pozitív és a negatív kivezérléskor.

A müveleti erösítö rajzjele és a kimeneti feszültség kifejezése:

u_n, u_p a bemenö feszültséget,

i_p, i_n a bemenö áramok,

u_k a kimenö feszültség,

A_u a feszültségerösítési tényezö

A_uk a közös módusú feszültségerösítési tényezö.

. Az ideális müveleti erösítö jellemzöi:

a differenciális feszültségerösítése A_u végtelen nagy, bemeneti közös módusú erösítése A_uk zérus,

bemeneti áramai zérusok (bemeneti impedanciája végtelen nagy),

kimeneti impedanciája zérus,

frekvenciaátviteli sávszélessége végtelen,

kimenö feszültsége elérheti a tápfeszültséget.

Ha a müveleti erösítö pozitív bemenö kapcsát leföldeljük, és feltételezzük, hogy az u_k kimenö feszültség nem érte el a telítési értéket, akkor , ahol u_n a negatív bemenö kapocs feszültsége és A a feszültségerösítés. Ha A nagy érték, vagy másképpen A , akkor u_n 0. Ilyenkor a negatív bemenö kapocs "virtuális földpont".

A müveleti erösítövel megvalósított összegezö erösítö kapcsolási rajza:

Csomóponti törvény P-re: , mivel az ideális müveleti erösítö i_n bemenö árama zérus. Minthogy P virtuális földpont: ill.

Az áramokat a csomóponti törvénybe helyettesítve, következik:

A müveleti erösítövel megvalósított integrátor kapcsolási rajza:

Csomóponti törvény P-re: . Mivel P virtuális földpont: ill. . Az elözö három egyenletböl: . Ahol az áramkör ún. idöállandója.

A másodrendü, lineáris, állandó együtthatós, inhomogén differenciálegyenlet:

A másodrendü deriváltat tehát három tag elöjeles összegeként kapjuk, amelyet idö szerint kétszer integrálva jutunk az u_k megoldáshoz. A megoldását szolgáltató analóg számítógépes kapcsolási rajza:

Feszültségillesztésnél arra törekszünk, hogy a jelforrás által létrehozott u_g feszültség  minél nagyobb hányada jusson a terhelésre.

A generátor és a terhelés belsö ellenállásai egy feszültségosztót alkotnak, melyböl kifejezhetö a terhelésre jutó feszültség:

Ebböl következik, hogy a viszony fennállása esetén: , ami az optimális eset.

Többfokozatú, váltakozó feszültségü erösítök esetén, a kondenzátoros csatolás a fokozatok közötti egyenáramú leválasztását valósítja meg. Ezzel a fokozatok munkapontja egymástól függetlenül állítható be. A kondenzátor értéke úgy választandó meg, hogy annak értékü reaktanciája elhanyagolható legyen az átviteli sávban.

Az általános visszacsatolt rendszer hatásvázlata:

ahol és a rendszer ki- ill. bemenö jele, az elöre- ill. visszavezetö ág eredö frekvenciafüggvényei. Felhasználva még az

összefüggéseket és kiküszöbölve és jeleket az eredö frekvenciafüggvény:

ahol a - ill. a + jelek a pozitív ill. a negatív visszacsatolásra vonatkoznak.

A negatív visszacsatolás elönyei:

linearizáló hatású,

csökkenti a paraméterváltozások hatását,

csökkenti a külsö zavaró jelek hatását,

az átviteli frekvenciasávot növeli,

bemenö és kimenö impedanciákat módosítja,

labilis rendszert stabilizálhat.

A negatív visszacsatolás hátrányai:

csökken az erösítés,

stabilitási problémákat okozhat.

Egy negatívan visszacsatolt rendszer átviteli függvénye:

vagy frekvenciától független esetben:

(1)

ahol A ill. A_v az elöre ill. visszacsatolt ág átviteli tényezöje. Általában A A_v >> 1.  Míg A nemlineáris, változó és nagy érték, A_v lineáris és

Az utóbbi egyenlötlenség miatt

Visszacsatolt esetben tehát A^* értékét jó közelítéssel nem befolyásolja A nemlinearitása és változása. Ugyanekkor az átviteli tényezö (1) miatt visszacsatolt esetben csökken a visszacsatolatlan esetben érvényes értékhez képest.

A szürö hatásvázlata:

Ahol a szürö frekvenciafüggvénye.

A négy szürö alaptípus ideális amplitúdó - körfrekvencia diagramja:

a., Aluláteresztö szürö

c., Sáváteresztö szürö

b., Felüláteresztö szürö

d., Sávszürö

Vivö jel: . Moduláló jel:

A modulált jel a blokkvázlat szerint:

ahol a modulációs mélységfaktor.

Az amplitúdómoduláció eredményeképpen megjelenik az u_mv jelben az , az és az három körfrekvenciájú szinuszos jel mindegyike.