Følgende er et kompendium, der gennemgår forskellige transistor ...
Følgende er et kompendium, der gennemgår forskellige transistor ...
Følgende er et kompendium, der gennemgår forskellige transistor ...
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
<strong>Følgende</strong> <strong>er</strong> <strong>et</strong> <strong>kompendium</strong>, d<strong>er</strong> <strong>gennemgår</strong> <strong>forskellige</strong> <strong>transistor</strong>-kobling<strong>er</strong>.<br />
R<strong>et</strong>tels<strong>er</strong> ell<strong>er</strong> tilføjels<strong>er</strong> modtages g<strong>er</strong>ne.<br />
Senest redig<strong>er</strong><strong>et</strong> 4/12-2012<br />
Valle<br />
_________________________________________________________________________<br />
D<strong>er</strong> findes to typ<strong>er</strong> af den ”gamle” bipolare <strong>transistor</strong>. En NPN-type, og en PNP-type. <strong>Følgende</strong><br />
skits<strong>er</strong> vis<strong>er</strong>, strømr<strong>et</strong>ning<strong>er</strong>ne i de to typ<strong>er</strong>.<br />
Fælles gæld<strong>er</strong>, at en ”lille” strøm styr<strong>er</strong> en ”stor” strøm. Nogenlunde som i <strong>et</strong> s<strong>er</strong>vosystem, fx<br />
s<strong>er</strong>vostyringen i en bil, ell<strong>er</strong> måske især en lastbil. H<strong>er</strong> kan en lille kraft ov<strong>er</strong>ført fra hænd<strong>er</strong>ne til<br />
ratt<strong>et</strong> styre en stor kraft, d<strong>er</strong> drej<strong>er</strong> hjulene.<br />
<strong>Følgende</strong> skits<strong>er</strong> vis<strong>er</strong> strømr<strong>et</strong>ning<strong>er</strong>ne i de to typ<strong>er</strong> <strong>transistor</strong><strong>er</strong>:<br />
Basis<br />
Lille strøm<br />
NPN Transistor<br />
Collector<br />
B<br />
Emitt<strong>er</strong><br />
H<strong>er</strong> ses <strong>et</strong> eksempel på udformningen af en <strong>transistor</strong>-chip.<br />
På engelsk, en ” Transistor die ”.<br />
Den mangl<strong>er</strong> bare at blive pakk<strong>et</strong> ind.<br />
C<br />
E<br />
BC337<br />
Stor strøm<br />
D<strong>er</strong> ses kun 2 tilledning<strong>er</strong>, den 3. <strong>er</strong> ”bagpladen”.<br />
Lille strøm<br />
Af: Valle Thorø Side 1 af 40<br />
Basis<br />
PNP Transistor<br />
B<br />
Emitt<strong>er</strong><br />
E<br />
C<br />
BC327<br />
Collector<br />
Stor strøm
Transistorhuse:<br />
Transistor<strong>er</strong> fås i<br />
mange <strong>forskellige</strong><br />
typ<strong>er</strong>, og i mange<br />
<strong>forskellige</strong> typ<strong>er</strong><br />
huse. H<strong>er</strong> <strong>et</strong> par<br />
eksempl<strong>er</strong>: For at<br />
være sikk<strong>er</strong> på<br />
benforbindels<strong>er</strong>ne,<br />
må man ty til<br />
datablade!<br />
Husk Bottom-view<br />
ell<strong>er</strong> Top-view.<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
SMD <strong>transistor</strong><strong>er</strong> kan fx se således ud: De <strong>er</strong> kun få mm. lange!<br />
En lille strøm kan styre en større strøm.<br />
Bemærk, d<strong>et</strong> <strong>er</strong> en strøm i Basis, d<strong>er</strong> styr<strong>er</strong> den<br />
”store” strøm.<br />
Skitsen til højre ”vis<strong>er</strong> principp<strong>et</strong>”.<br />
SMD står for Surface Mounted Device. Dvs. Komponent<strong>er</strong>, d<strong>er</strong> ikke skal<br />
loddes I borede hull<strong>er</strong> I en printplade.<br />
D<strong>et</strong> <strong>er</strong> også muligt, at få <strong>transistor</strong><strong>er</strong> i IC’<strong>er</strong>: fx denne <strong>transistor</strong>-array,<br />
ULN 2003 :<br />
Den har 7 ( darlington ) <strong>transistor</strong><strong>er</strong> med Open Collector.<br />
ULN 2803 har 8!<br />
Af: Valle Thorø Side 2 af 40
Opgave: Und<strong>er</strong>søg datablad for disse to:<br />
Transistoren som Switch<br />
2<br />
3<br />
NAND2<br />
U4<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
D<strong>et</strong>, vi hidtil har brugt en <strong>transistor</strong> til, har vær<strong>et</strong> som switch, til at håndt<strong>er</strong>e en større strøm, end en<br />
gate ell<strong>er</strong> en Op<strong>er</strong>ationsforstærk<strong>er</strong> kan klare. Ovenfor <strong>er</strong> <strong>transistor</strong><strong>er</strong> styr<strong>et</strong> af en gate!<br />
Til venstre ses en NPN <strong>transistor</strong>, til højre en PNP.<br />
En bipolar <strong>transistor</strong> <strong>er</strong> strømstyr<strong>et</strong>. Dvs. at d<strong>er</strong> skal en basisstrøm til for at <strong>transistor</strong>en kan lede en<br />
given strøm fra Collector til emitt<strong>er</strong>. Størrelsesforhold<strong>et</strong> mellem basisstrømmen og<br />
collectorstrømmen kaldes <strong>transistor</strong>ens strøm-forstærkning. Den kaldes hfe ell<strong>er</strong> .<br />
For småsignal-<strong>transistor</strong><strong>er</strong> <strong>er</strong> ca. 200 – 300 gange. Større <strong>transistor</strong><strong>er</strong>, fx en ”Kraft<strong>transistor</strong>” som<br />
2N3055 har en r<strong>et</strong> lille strømforstærkning. Måske kun 50 gange. Tjek datablad!<br />
Skal <strong>transistor</strong>en bruges som switch, skal man sikre sig, at den styres helt ON. Dvs. den skal have<br />
rigelig basisstrøm. Den virk<strong>er</strong> d<strong>er</strong>ved som en strømstyr<strong>et</strong> kontakt. Dog <strong>er</strong> d<strong>er</strong> <strong>et</strong> spændingsfald fra<br />
Collector til Emitt<strong>er</strong> på minimum ca. 0,2 Volt.<br />
Når d<strong>er</strong> vælges en <strong>transistor</strong>, skal man tjekke dens IC max. En <strong>transistor</strong> kan kun switche en maksimal<br />
strøm. For BC547 <strong>er</strong> d<strong>et</strong> 100 mA, og for BC337 <strong>er</strong> d<strong>et</strong> hele 500 mA! Kraft-<strong>transistor</strong><strong>er</strong> kan switche<br />
m<strong>er</strong>e, men kræv<strong>er</strong> større basisstrøm fordi forstærkningen <strong>er</strong> mindre!<br />
Spændingsfald<strong>et</strong> UCE <strong>er</strong> ca. 0,2 til 0,3 Volt, og UBE <strong>er</strong> ca 0,7 Volt.<br />
Basis-Emitt<strong>er</strong>-strækningen kræv<strong>er</strong> en spænding på ca. 0,7 Volt, for at “åbne”. Fra Basis til Emitt<strong>er</strong><br />
<strong>er</strong> d<strong>er</strong> en diodestrækning, og den kan sammenlignes med en fjed<strong>er</strong>påvirk<strong>et</strong> ventil.<br />
Flow<br />
Pga. Fjed<strong>er</strong>en skal d<strong>er</strong> <strong>et</strong> vist tryk til, før ventilen åbn<strong>er</strong>.<br />
Dimension<strong>er</strong>ing af formodstand!!<br />
1<br />
R1<br />
Relæ<br />
Q3<br />
.<br />
0<br />
1<br />
2<br />
Af: Valle Thorø Side 3 af 40<br />
U1A<br />
7400<br />
3<br />
R1<br />
1k<br />
UCC<br />
Q1
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
Kan <strong>transistor</strong>en i <strong>et</strong> diagram lede 100 mA, s<strong>er</strong> dimension<strong>er</strong>ingen ud som følgende.:<br />
Transistoren skal styres helt ON, d<strong>er</strong>for helgard<strong>er</strong>es, d<strong>er</strong> vælges en forstærkning på fx kun 100<br />
gange.<br />
Basisstrømmen skal være:<br />
Basismodstanden findes som<br />
IC<br />
Max 100<br />
IBasis 1mA<br />
100<br />
R<br />
Basis<br />
U<br />
<br />
Påtrykt<br />
I<br />
Basis<br />
Gen<strong>er</strong>el formel:<br />
0,7<br />
R<br />
C _ Max<br />
0,7<br />
Af: Valle Thorø Side 4 af 40<br />
Basis<br />
U<br />
<br />
Påtrykt<br />
Eksempl<strong>er</strong> på <strong>transistor</strong>-kobling<strong>er</strong>, hvor <strong>transistor</strong>en bruges som switch.<br />
D<strong>et</strong>te eksempel virk<strong>er</strong>, men <strong>er</strong> lidt uheldig. Den<br />
<strong>er</strong> besværlig at b<strong>er</strong>egne på!!<br />
Forklar!<br />
D<strong>et</strong>te kredsløb <strong>er</strong> l<strong>et</strong>t<strong>er</strong>e at arbejde med! D<strong>er</strong> <strong>er</strong><br />
benytt<strong>et</strong> en PNP-<strong>transistor</strong>.<br />
2<br />
3<br />
2<br />
3<br />
I<br />
NAND2<br />
<br />
AND2<br />
1<br />
U4<br />
1<br />
U1<br />
R1<br />
Ucc<br />
Q3<br />
Relæ<br />
.<br />
0<br />
Rbas is<br />
VCC<br />
Q1<br />
Relæ<br />
0<br />
BC327<br />
0
Denne kobling kan fx bruges til Levelshift.<br />
Dvs. skift fra <strong>et</strong> 5 Volt digitalt<br />
signal til <strong>et</strong> 12 Volt signal.<br />
Hvordan kunne d<strong>et</strong> se ud, hvis d<strong>et</strong><br />
skulle styres af en uC af 8051familien?<br />
Et eksempel på en Relæstyring. 5 Volt styr<strong>er</strong> <strong>et</strong><br />
12 Volt relæ. Husk friløbsdiode!!<br />
Et relæ kan vha. svagstrøm switche en<br />
stærkstrøm, ( 230 Volt ) vha. af magn<strong>et</strong>is<strong>er</strong>ing af<br />
en spole. H<strong>er</strong>ved kan man undgå, at<br />
elektronikken komm<strong>er</strong> i kontakt med den høje<br />
spænding !<br />
Skits<strong>er</strong> af relæ<strong>er</strong>:<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Rel%C3%A63.jpg<br />
Darlington-<strong>transistor</strong><strong>er</strong><br />
5 Volt<br />
1<br />
2<br />
Af: Valle Thorø Side 5 af 40<br />
U1A<br />
7400<br />
3<br />
5 Volt<br />
1<br />
2<br />
R1<br />
1k<br />
UCC<br />
Q2<br />
D1N4148<br />
U1A<br />
7400<br />
3<br />
D1<br />
BC547<br />
0<br />
12 Volt<br />
R2<br />
1k<br />
12 Volt<br />
R1<br />
1k<br />
UCC<br />
Relæ<br />
Q2<br />
Uout<br />
BC547<br />
0<br />
Inv<strong>er</strong>t<strong>er</strong>
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
Darlington<strong>transistor</strong><strong>er</strong> <strong>er</strong> egentlig to <strong>transistor</strong><strong>er</strong>, d<strong>er</strong> <strong>er</strong> sat sammen,<br />
så den første <strong>transistor</strong> forstærk<strong>er</strong> basisstrømmen til den næste.<br />
Dvs. at UBE <strong>er</strong> 2 gange 0,7 Volt, = 1,4 Volt, og at forstærkningen<br />
<strong>er</strong> fx 10.000 gange. B<strong>et</strong>a gange B<strong>et</strong>a!<br />
Husk formodstand for Basen ! Den skal være b<strong>et</strong>ydelig større end<br />
1Kohm, som vist.<br />
Man skal være opmærksom på, at delta UCE <strong>er</strong> større end 0,2 V.<br />
Darlington-<strong>transistor</strong><strong>er</strong> fås også som PNP. Typ<strong>er</strong>, fx BC516<br />
Konstantstrømsgen<strong>er</strong>ator:<br />
Konstantstrømsgen<strong>er</strong>ator opbygg<strong>et</strong> med <strong>transistor</strong>. Kan Fx bruges til at forsyne en lysdiode, som kan<br />
komme ud for vari<strong>er</strong>ende forsyningsspænding<strong>er</strong>. Dvs. d<strong>et</strong> <strong>er</strong> næsten lige meg<strong>et</strong>, om<br />
indgangsspændingen bliv<strong>er</strong> for stor!! Dioden vil ikke lyse m<strong>er</strong>e af den grund.<br />
Disse kredsløb vis<strong>er</strong> <strong>et</strong> par <strong>transistor</strong>kobling<strong>er</strong> til<br />
at gen<strong>er</strong><strong>er</strong>e en konstant strøm til fx en lysdiode,<br />
uans<strong>et</strong> indgangsspændingen.<br />
Forklar:<br />
Af: Valle Thorø Side 6 af 40<br />
D1<br />
VCC<br />
LED<br />
R3<br />
1k<br />
0<br />
R1<br />
10k<br />
1k<br />
B<br />
B<br />
R2<br />
100 Ohm<br />
Q1<br />
BC327<br />
I=K<br />
0<br />
C<br />
E<br />
E<br />
C<br />
BC517<br />
Q1
Vha. d<strong>et</strong>te kredsløb, kan den konstante strøm<br />
switches On / Off<br />
Med Q6 kortsluttes Basen på Q5, så den ikke<br />
kan lede!<br />
Solid State Relæ<strong>er</strong>.<br />
http://en.wikipedia.org/wiki/Solid_state_relay<br />
Analys<strong>er</strong> d<strong>et</strong>te<br />
kredsløb:<br />
Strømmen gennem<br />
lysdioden vil gå<br />
gennem R2.<br />
Hvis spændingsfald<strong>et</strong> Nul<br />
ov<strong>er</strong> R2 nærm<strong>er</strong> sig<br />
0,7 Volt, åbn<strong>er</strong> Tr2<br />
lidt, og den ”stjæl<strong>er</strong>” basisstrøm fra Tr1.<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
VCC, + 4 til 30 Volt<br />
R1<br />
10k<br />
T r2<br />
Und<strong>er</strong>søg, hvad en Solid State<br />
Relæ <strong>er</strong>!<br />
Typisk tændes relæ<strong>et</strong> med en<br />
indgangsspændingen mellem 3<br />
og 30 Volt!<br />
Altså begræns<strong>er</strong> kredsløb<strong>et</strong> den strøm, d<strong>er</strong> kan gå gennem lysdioden. Formlen <strong>er</strong>: I A Af: Valle Thorø Side 7 af 40<br />
R4<br />
1k<br />
T r1 BC547<br />
BC547<br />
BC547<br />
Q6<br />
R2 47 Ohm<br />
680 pF<br />
C1<br />
VCC<br />
Nul<br />
R3<br />
1k<br />
D1<br />
LED<br />
VCC<br />
0<br />
Q5<br />
0,7<br />
R2<br />
R2<br />
I=K<br />
0<br />
BC337<br />
100 Ohm<br />
D1<br />
LED
On-time kredsløb. Kredsløb, d<strong>er</strong> giv<strong>er</strong> strøm en<br />
vis tid.<br />
Eft<strong>er</strong> en tid afbrydes forsyningen!<br />
Forklar!<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
Af: Valle Thorø Side 8 af 40
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
Transistoren som signalforstærk<strong>er</strong><br />
I d<strong>et</strong>te afsnit ses på hvordan en <strong>transistor</strong> virk<strong>er</strong> på Silicium-niveau:<br />
En <strong>transistor</strong> <strong>er</strong> bygg<strong>et</strong> op af 3 silicium-lag.<br />
I følgende eksempel huskes, at elektronstrømmen i realit<strong>et</strong>en går fra minus til plus!<br />
U Base<br />
Si + Arsen<br />
N<br />
Transistoren skematisk! Emitt<strong>er</strong> <strong>er</strong> til venstre, Collector til højre !<br />
V3<br />
P<br />
Si + Indium<br />
12Vdc<br />
Si + Arsen<br />
N<br />
R belastning<br />
Basislag<strong>et</strong> i midten <strong>er</strong> positiv i<br />
forhold til emitt<strong>er</strong>. Dvs. i<br />
realit<strong>et</strong>en <strong>er</strong> d<strong>er</strong> und<strong>er</strong>skud af<br />
elektron<strong>er</strong>. D<strong>er</strong>for tiltrækkes<br />
elektron<strong>er</strong> fra emitt<strong>er</strong>, d<strong>er</strong> jo har<br />
ov<strong>er</strong>skud af elektron<strong>er</strong>.<br />
Basisspændingen hjælp<strong>er</strong><br />
vandringen af elektron<strong>er</strong>.<br />
Mange elektron<strong>er</strong> d<strong>er</strong> vandr<strong>er</strong> fra<br />
venstre mod højre fortsætt<strong>er</strong> lige<br />
gennem d<strong>et</strong> tynde basislag ov<strong>er</strong><br />
til Collector, og vid<strong>er</strong>e gennem<br />
belastningen til plus!! De<br />
”trækkes” af d<strong>et</strong> elektriske felt<br />
fra V3.<br />
Omkring 99 % af elektron<strong>er</strong>ne<br />
fortsætt<strong>er</strong> til Collector.<br />
Basisstrømmen svar<strong>er</strong> til 1 % af ICE. Altså ses, at den største del af ladning<strong>er</strong>ne vil fortsætte til<br />
Collectoren.<br />
N-mat<strong>er</strong>ial<strong>et</strong> <strong>er</strong> ”foruren<strong>et</strong>” –”dot<strong>er</strong><strong>et</strong>” med Arsen, d<strong>er</strong> i yd<strong>er</strong>ste skal har 1 elektron m<strong>er</strong>e end<br />
silicium. I krystalstrukturen <strong>er</strong> d<strong>er</strong> altså ”ov<strong>er</strong>skud” af elektron<strong>er</strong>, dvs. negativ, dvs. N-mat<strong>er</strong>iale.<br />
Basislag<strong>et</strong> <strong>er</strong> modsat dot<strong>er</strong><strong>et</strong> med Indium, d<strong>er</strong> har 1 elektron mindre i yd<strong>er</strong>ste skal, d<strong>er</strong>for mangl<strong>er</strong><br />
d<strong>er</strong> elektron<strong>er</strong> i krystal-gitt<strong>er</strong><strong>et</strong>. D<strong>er</strong> <strong>er</strong> ”hull<strong>er</strong>” til elektron<strong>er</strong>. D<strong>et</strong> <strong>er</strong> positiv, ”P”. Til sammen en<br />
NPN-<strong>transistor</strong>.<br />
Af: Valle Thorø Side 9 af 40
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
Se : http://sol.sci.uop.edu/~jfalward/semiconductordevices/semiconductordevices.html<br />
Se evt. Også: http://www.madlab.org/electrnx/lesson4.html<br />
H<strong>er</strong> ses <strong>et</strong> billede af<br />
<strong>transistor</strong>ens elektronflow.<br />
Elektron<strong>er</strong>ne går mod højre,<br />
fra Minus mod Plus. !!<br />
Men vi har jo vedtag<strong>et</strong>, at<br />
strømmen går fra Plus til<br />
Minus!<br />
http://fouri<strong>er</strong>.eng.hmc.edu/e84/lectures/ch4/node3.html<br />
På tilsvarende måde kan<br />
man sige, at d<strong>er</strong> går en<br />
“hulstrøm” mod venstre.<br />
Endnu en skitse:<br />
Af: Valle Thorø Side 10 af 40
Billed<strong>et</strong> vis<strong>er</strong> en<br />
NPN-<strong>transistor</strong>.<br />
Emitt<strong>er</strong>-Basejunction’en<br />
<strong>er</strong><br />
forspændt i<br />
led<strong>er</strong><strong>et</strong>ningen, og<br />
Collector-Base i<br />
spærr<strong>er</strong><strong>et</strong>ning.<br />
e = elektron<strong>er</strong>, o =<br />
hull<strong>er</strong>, og oe =<br />
rekombination af<br />
hull<strong>er</strong> og<br />
elektron<strong>er</strong>.<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
Se animation på http://www.learnabout-electronics.org/bipolar_junction_<strong>transistor</strong>s_05.php<br />
Opbygning af en ”rigtig” <strong>transistor</strong>:<br />
Skematisk opbygning af <strong>transistor</strong>:<br />
Lagdelt opbygning.<br />
http://fouri<strong>er</strong>.eng.hmc.edu/e84/lectures/ch4/node3.html<br />
Base<br />
Emitt<strong>er</strong><br />
Collector<br />
Af: Valle Thorø Side 11 af 40
Måling af <strong>transistor</strong>-param<strong>et</strong>re<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
Vha. denne testopstilling kan forhold<strong>et</strong> mellem de <strong>forskellige</strong><br />
strømme og spænding<strong>er</strong> i <strong>transistor</strong>en findes. De kaldes<br />
<strong>transistor</strong>ens param<strong>et</strong>re, ell<strong>er</strong> <strong>transistor</strong>ens karakt<strong>er</strong>istik.<br />
D<strong>er</strong> indsættes m<strong>et</strong>re for at måle strømme og spænding<strong>er</strong>, og d<strong>et</strong><br />
indsættes i graf<strong>er</strong> som vist nedenund<strong>er</strong>:<br />
Delta UBE ~ 0,6 til 0,7 Volt.<br />
Ved hjælp af ORCAD <strong>er</strong> d<strong>er</strong> h<strong>er</strong> vist en graf for Ibasis som funktion af Ubasis, dvs. Ibe = f(Ube)<br />
0Vdc<br />
VCC<br />
V2<br />
0<br />
V1<br />
0<br />
Vpwl<br />
R2<br />
470<br />
I<br />
Vpwl går fra 0 til 5 Volt<br />
Grafen <strong>er</strong> tegn<strong>et</strong> med V(Vb) som X-akse.<br />
De andre <strong>transistor</strong> param<strong>et</strong>re<br />
måles, fx ved hjælp af følgende<br />
opstilling:<br />
I alt ønskes følgende graf<strong>er</strong> tegn<strong>et</strong>:<br />
Vb<br />
VCC<br />
Q1<br />
Q2N2222<br />
V<br />
0<br />
R1<br />
1k<br />
5V v ar<br />
U base<br />
0<br />
Af: Valle Thorø Side 12 af 40<br />
10mA<br />
0<br />
5mA<br />
U base<br />
0<br />
Ucc<br />
Q3<br />
0<br />
Rlast<br />
0A<br />
0V 0.5V 1.0V<br />
I(R2)<br />
V(VB)<br />
R base<br />
V<br />
0<br />
A<br />
Q4<br />
A<br />
R collector<br />
Q2N2222<br />
0 0<br />
V<br />
U Collector<br />
0<br />
12 V v ariabel
Ib<br />
Basisstrømmen som funktion af<br />
basisspændingen.<br />
Som grafen for en diode:<br />
12Vdc<br />
VCC<br />
6000<br />
I<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
Ub<br />
Ic<br />
Collektorstrømmen som<br />
funktion af basisstrømmen.<br />
Basisspændingen <strong>er</strong> h<strong>er</strong> ændr<strong>et</strong> fra 0 til 5 Volt.<br />
Grafen vis<strong>er</strong> Ic som funktion af Ibasis.<br />
Grafen <strong>er</strong> desværre ikke helt r<strong>et</strong>!<br />
VCC<br />
0<br />
V4<br />
0<br />
I2<br />
V3<br />
0<br />
V1<br />
0<br />
V<br />
Vpwl<br />
50uAdc<br />
IDC<br />
R2<br />
1k<br />
ORCAD simul<strong>er</strong>ing af Ic som funktion af<br />
UCC ved <strong>forskellige</strong> basisstrømme. Man<br />
R2<br />
Vb<br />
Vb<br />
VCC<br />
Q1<br />
VCC<br />
Q1<br />
0<br />
R1<br />
0<br />
R1<br />
100<br />
I<br />
Q2N2222<br />
100<br />
I<br />
Q2N2222<br />
120mA<br />
Kollectorstrømmen ved<br />
vari<strong>er</strong>ende collectorspænding<strong>er</strong>.<br />
Målingen sk<strong>er</strong> ved<br />
<strong>forskellige</strong> konstante<br />
basisstrømme.<br />
Af: Valle Thorø Side 13 af 40<br />
I<br />
c<br />
50mA<br />
0A<br />
80mA<br />
40mA<br />
Ib<br />
Ic<br />
Uce<br />
0A<br />
0A 400uA 800uA<br />
IC(Q1)<br />
I(R2)<br />
-50mA<br />
0s 0.5s<br />
IC(Q1)<br />
Time<br />
1.0s
sig<strong>er</strong> Ib <strong>er</strong> param<strong>et</strong><strong>er</strong>..<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
Vcc sweep<strong>et</strong> fra 0 til 20 Volt, med <strong>forskellige</strong> Ibase:<br />
H<strong>er</strong> <strong>er</strong> valgt 20u, 40u, 50u, 75u, 100u, 125u, 150u,<br />
og 200u.<br />
Graf<strong>er</strong>ne for <strong>transistor</strong>ens <strong>forskellige</strong> param<strong>et</strong>re kan samles il nedenstående graf, så man kan se<br />
sammenhængen mellem dem.<br />
Ic<br />
Ib<br />
Ube<br />
På næste side <strong>er</strong> vist en sammenstilling af graf<strong>er</strong>ne for en BC547:<br />
Af: Valle Thorø Side 14 af 40<br />
Uce
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
Kilde: http://www.htl-rankweil.at/grass/ftkl/datenblatt_BC547.pdf<br />
Af: Valle Thorø Side 15 af 40
Først afsættes Ic Max. Tegn arbejdslinie.<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
Når arbejdspunkt<strong>et</strong> <strong>er</strong> valgt, ~ IC / 2, kan Ib findes. Enten ved int<strong>er</strong>polation mellem graf<strong>er</strong>ne i<br />
1.kvadrant, ( kurveskaren ) – ell<strong>er</strong> gå vandr<strong>et</strong> ov<strong>er</strong> på 2.kvadrant og vid<strong>er</strong>e lodr<strong>et</strong> og aflæse.<br />
Af: Valle Thorø Side 16 af 40
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
<strong>Følgende</strong> <strong>er</strong> fra <strong>et</strong> datablad for BC546-BC550<br />
Kilde: http://www.fairchildsemi.com/ds/BC/BC546.pdf<br />
Af: Valle Thorø Side 17 af 40
Transistoren som signalforstærk<strong>er</strong><br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
H<strong>er</strong> ses på hvordan en <strong>transistor</strong> kan anvendes som signalforstærk<strong>er</strong>.<br />
Vha. spændingsgen<strong>er</strong>atoren på basen, får<br />
<strong>transistor</strong>en ”bias”-strøm, dvs. <strong>er</strong> halvt ”on”.<br />
Indgangssignal<strong>et</strong>, fx fra en microfon kan så ”pumpe”<br />
spændingen op og ned, og h<strong>er</strong>ved også ændre Ice.<br />
Spændingen ”til daglig” på Collector skulle helst<br />
være halv forsyningsspænding for at d<strong>er</strong> <strong>er</strong> størst<br />
mulighed for at spændingen kan gå både op og ned.<br />
Denne spænding kaldes arbejdspunkt<strong>et</strong>.<br />
Problem<strong>er</strong> med Varme<br />
Men! Når <strong>transistor</strong>en bliv<strong>er</strong> varm<strong>et</strong> op, bliv<strong>er</strong> Ube<br />
mindre. Dvs at Ibe stig<strong>er</strong>. D<strong>er</strong>for stig<strong>er</strong> Ice, hvoreft<strong>er</strong><br />
Uce fald<strong>er</strong>. Altså sænkes arbejdspunkt<strong>et</strong>. Og<br />
<strong>transistor</strong>forstærk<strong>er</strong>en klipp<strong>er</strong>.<br />
I praksis kan ovenstående kredsløb udføres som<br />
h<strong>er</strong>und<strong>er</strong>.<br />
Uin<br />
Cin<br />
R base<br />
Ucc<br />
RC hedd<strong>er</strong> på diagramm<strong>et</strong> ovenov<strong>er</strong> RLast.<br />
Q3<br />
0<br />
Rlast<br />
R E<br />
Cout<br />
Uout<br />
Temp<strong>er</strong>aturproblem<strong>et</strong> kan i nogen grad afhjælpes<br />
med en modstand RE i emitt<strong>er</strong>en. RE kan kaldes en<br />
temp<strong>er</strong>atur-modkoblingsmodstand.<br />
Man bliv<strong>er</strong> m<strong>er</strong>e uafhængig af hfe for <strong>transistor</strong>en.<br />
RC<br />
Men A’ formindskes til ca. 0,9 <br />
R<br />
Af: Valle Thorø Side 18 af 40<br />
Uin<br />
Uin<br />
Cin<br />
Cin<br />
U base<br />
0<br />
R base<br />
Ucc<br />
R base<br />
Q3<br />
Ucc<br />
E<br />
Q3<br />
0<br />
Rlast<br />
0<br />
Rlast<br />
Cout<br />
Cout<br />
Uout<br />
Uout
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
Hvis temp<strong>er</strong>aturen stig<strong>er</strong>, bliv<strong>er</strong> UBE mindre. H<strong>er</strong>ved stig<strong>er</strong> IBE, og d<strong>er</strong>for også Ic. Men større<br />
strøm i RE giv<strong>er</strong> høj<strong>er</strong>e UE hvorved UBE klemmes og begræns<strong>er</strong> strømmen ind i basen. Dvs.<br />
arbejdspunkt<strong>et</strong> fastholdes.<br />
Forstærkning:<br />
Forstærkningen <strong>er</strong> ca. Rlast divid<strong>er</strong><strong>et</strong> med RE. D<strong>et</strong> <strong>er</strong> fordi signal<strong>et</strong> ov<strong>er</strong> RE <strong>er</strong> lig indgangssignal<strong>et</strong>.<br />
Emitt<strong>er</strong>spændingen <strong>er</strong> altid ca. 0,7 Volt und<strong>er</strong> Basisspændingen.<br />
En ændring i URE result<strong>er</strong><strong>er</strong> i en ændring af strømmen ICE.<br />
U<br />
ICE <br />
R<br />
Strømmen komm<strong>er</strong> fra plus, ned gennem Rcollector og giv<strong>er</strong> <strong>et</strong> spændingsfald ov<strong>er</strong> RC.<br />
Strømændringen pga signal<strong>et</strong> result<strong>er</strong><strong>er</strong> også i en spændingsændring ov<strong>er</strong> RC.<br />
Af: Valle Thorø Side 19 af 40<br />
E<br />
U<br />
ICE <br />
R<br />
Strømmen <strong>er</strong> næsten den samme, id<strong>et</strong> IBE ikke <strong>er</strong> særlig stor pga., en stor forstærkning i selve<br />
<strong>transistor</strong>en.<br />
U U<br />
R R<br />
RC RE<br />
RC C<br />
D<strong>er</strong> fås, at . Ordnes d<strong>et</strong>te findes:<br />
C E<br />
C<br />
RE<br />
RC<br />
U<br />
R<br />
<br />
U<br />
R<br />
RE E<br />
Spændingsændringen ov<strong>er</strong> kollektormodstanden i forhold til spændingsændringen ov<strong>er</strong> emitt<strong>er</strong>, som<br />
jo <strong>er</strong> lig indgangssignal<strong>et</strong>, <strong>er</strong> n<strong>et</strong>op trinn<strong>et</strong>s forstærkning.<br />
En bedre, temp<strong>er</strong>atur-stabil kobling !<br />
Vha. af d<strong>et</strong>te kredsløb haves en m<strong>er</strong>e stabil<br />
forstærk<strong>er</strong>.<br />
Spændingen Ubasis fastlægges af Rbase 1 og Rbase 2.<br />
Delta UE svar<strong>er</strong> til UB – 0,7 Volt.<br />
U ov<strong>er</strong> emitt<strong>er</strong>modstanden RE <strong>er</strong> altså<br />
Basisspændingen minus 0,7 Volt. Denne<br />
spænding sammen med emitt<strong>er</strong>modstandens<br />
størrelse bestemm<strong>er</strong> nu hvile-strømmen ICE .<br />
Uin<br />
Cin<br />
0<br />
Ucc<br />
R base 1<br />
R base 2<br />
Q3<br />
0<br />
Rlast<br />
R E<br />
Cout<br />
Uout
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
Hvis ICE bliv<strong>er</strong> for stor, voks<strong>er</strong> UE, og klemm<strong>er</strong> delta UBE. Dvs. IBE bliv<strong>er</strong> mindre og h<strong>er</strong>ved også<br />
ICE, d<strong>er</strong> holdes ”på plads”.<br />
I<br />
E<br />
U<br />
<br />
R<br />
E<br />
E<br />
UC UCC IE RC<br />
R R<br />
A' ca.0,9<br />
<br />
R R<br />
C Last<br />
E e<br />
Re <strong>er</strong> en lille modstand, d<strong>er</strong> <strong>er</strong> i <strong>transistor</strong>ens emitt<strong>er</strong> på siliciumm<strong>et</strong>. Den kan regnes som:<br />
3<br />
2510 Re<br />
<br />
I<br />
E<br />
Rlast kan evt. være indgangsmodstanden ind i næste trin.<br />
RE = 0 ved afkobling. Dvs. d<strong>er</strong> <strong>er</strong> en kondensator ov<strong>er</strong> RE .<br />
R R R R<br />
i B1 B2 ibase<br />
<br />
R h R R<br />
ibase fe E e<br />
Afkobl<strong>et</strong> RE<br />
Kredsløb<strong>et</strong> med afkobl<strong>et</strong> emitt<strong>er</strong>. Signalmæssigt <strong>er</strong> RE så lig nul.<br />
R base 2<br />
Af: Valle Thorø Side 20 af 40<br />
0<br />
Uin<br />
Rs<br />
Cin<br />
0<br />
Ucc<br />
R base 1<br />
Q3<br />
0<br />
RC<br />
R E<br />
Cout<br />
Uout
R R<br />
Forstærkningen bliv<strong>er</strong>: A' ca.0,9 0 R<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
C Last<br />
Cin: Lave frekvens<strong>er</strong> dæmpes. Højpas led. 1 2 <br />
e<br />
X R R R R ved f<br />
Cin B B in base S<strong>er</strong>ie gen<strong>er</strong>ator nedre<br />
Cout: Lave frekvens<strong>er</strong> dæmpes, Højpasled, XC out RC RLast ved fnedre<br />
CRE: Forstærkningen stig<strong>er</strong>, når den træd<strong>er</strong> i kraft. Altså forstærkes lave frekvens<strong>er</strong> ikke så meg<strong>et</strong>.<br />
X R ved f<br />
C RE E nedre<br />
AC og DC-analyse:<br />
Ved analyse af <strong>et</strong> kredsløb, opdeles trinn<strong>et</strong> i en DC-analyse og en AC-analyse.<br />
Ved DC-analysen findes ”Hvilespænding<strong>er</strong>ne”<br />
– ell<strong>er</strong> ” Bias-spænding<strong>er</strong>ne”. Ved ACanalysen<br />
ses på trinn<strong>et</strong>s signal-forstærkning og<br />
frekvensgang.<br />
Giv<strong>et</strong> d<strong>et</strong>te kredsløb:<br />
DC-analyse !<br />
R base 2<br />
DC-analyse af <strong>et</strong> kredsløb bruges til at vurd<strong>er</strong>e / dimension<strong>er</strong>e kredsløb<strong>et</strong>, så man ved, d<strong>et</strong> arbejd<strong>er</strong> i<br />
arbejdspunkt<strong>et</strong>.<br />
Ved DC-analyse <strong>er</strong> alle kondensator<strong>er</strong> lig afbrydels<strong>er</strong>. D<strong>er</strong>for kan følgende ækvivalent-diagram<br />
tegnes!<br />
Af: Valle Thorø Side 21 af 40<br />
0<br />
0<br />
Uin<br />
Uin<br />
Rs<br />
Rs<br />
Cin<br />
Cin<br />
0<br />
0<br />
R base 1<br />
R b1<br />
22k<br />
R b2<br />
4,7 K<br />
Ucc<br />
12 V<br />
Q3<br />
Q3<br />
0<br />
0<br />
RC<br />
R E<br />
R C<br />
1k<br />
RE<br />
560<br />
0<br />
Cout<br />
Cout<br />
C4<br />
0<br />
Uout<br />
0<br />
C E<br />
Uout<br />
R last<br />
10 K
0<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
hfe DC = 150, hfe AC = 160<br />
Re <strong>er</strong> normalt lille, d<strong>et</strong>te antages indtil vid<strong>er</strong>e.<br />
Ri base = hfe DC (RE + Re) ~150 x ( 560 + 0 ) ~ 84 Kohm.<br />
Ubase =<br />
Uemitt<strong>er</strong> =<br />
IEmitt<strong>er</strong> =<br />
Re =<br />
R b1<br />
22k<br />
R b2<br />
4,7 K<br />
12 V<br />
Q3<br />
0<br />
Var d<strong>et</strong> rigtig, at Re var lille ??<br />
AC-analyse !<br />
R C<br />
1k<br />
RE<br />
560<br />
RC RL<br />
1k 10k<br />
Forstærkningen <strong>er</strong> : A'<br />
0,9 75 gg ( gg = gange )<br />
R R 0 10,9<br />
E e<br />
Kredsløb<strong>et</strong> kan AC-mæssigt tegnes på<br />
denne måde:<br />
D<strong>et</strong>te kan forenkles til følgende to diagramm<strong>er</strong>:<br />
0<br />
Uin<br />
0 0<br />
0<br />
Af: Valle Thorø Side 22 af 40<br />
Rs<br />
R b1<br />
22k<br />
R b2<br />
4,7 K<br />
Q3<br />
0<br />
R C<br />
1k<br />
0<br />
Uout<br />
R last<br />
10 K
0<br />
Uin<br />
Rs<br />
R b1<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
Signal-mæssigt <strong>er</strong> Rb1 og Rb2 og Rin Base parallelle, id<strong>et</strong> Plus signalmæssigt <strong>er</strong> lig stel, via<br />
strømforsyningens kondensator<strong>er</strong>.<br />
Emitt<strong>er</strong>følg<strong>er</strong>.<br />
22k<br />
R b2<br />
4,7 K<br />
For at give lav<strong>er</strong>e Rout, kan d<strong>er</strong><br />
mont<strong>er</strong>es en emitt<strong>er</strong>følg<strong>er</strong>. ( = jord<strong>et</strong><br />
collector ) Denne har A’ = 1.<br />
D<strong>et</strong>te giv<strong>er</strong> stor Ri, og lille Rout. Dvs.<br />
kan tåle hård belastning.<br />
Udgangsmodstanden <strong>er</strong> ikke så stor,<br />
hvorfor d<strong>er</strong> kan lev<strong>er</strong>es m<strong>er</strong>e en<strong>er</strong>gi til<br />
en belastning. !<br />
Spændingen på emitt<strong>er</strong>en <strong>er</strong> altid ca.<br />
0,7 volt und<strong>er</strong> basis på emitt<strong>er</strong>følg<strong>er</strong>en.<br />
D<strong>er</strong>af navn<strong>et</strong>.<br />
Simul<strong>er</strong>ing med ORCAD:<br />
Opbyg følgende kredsløb i ORCAD. Først<br />
uafkobl<strong>et</strong>. Hvad bør forstærkningen være ??<br />
Tjek DC-niveau<strong>er</strong>ne. Ændre lidt på<br />
komponentværdi<strong>er</strong>, så bias spænding<strong>er</strong>ne<br />
ligg<strong>er</strong> rigtigt!<br />
Hvad <strong>er</strong> forstærkningen ??<br />
R in base<br />
0 0 0<br />
0 0 0<br />
Sæt en CRE på. Hvad bliv<strong>er</strong> nu forstærkningen<br />
??<br />
Sæt en emitt<strong>er</strong>følg<strong>er</strong> på som følgende diagram vis<strong>er</strong>:<br />
0<br />
Uin<br />
Rs<br />
Af: Valle Thorø Side 23 af 40<br />
0<br />
Uin<br />
Cin<br />
Rs<br />
R C<br />
1k<br />
0<br />
Cin<br />
R b1<br />
100k<br />
R b2<br />
10K<br />
Uout<br />
R last<br />
10 K<br />
12 V<br />
Q3<br />
0<br />
0<br />
R b1<br />
22k<br />
R b2<br />
R C<br />
10k<br />
RE<br />
4,7 K<br />
330<br />
12 V<br />
Q3<br />
0<br />
C4<br />
0<br />
R C<br />
1k<br />
RE<br />
560<br />
Q5<br />
0<br />
0<br />
Cout<br />
C4<br />
C5<br />
1k<br />
0<br />
Uout<br />
Uout<br />
R last<br />
10 K
12Vdc<br />
VCC<br />
V2<br />
0<br />
VOFF = 0<br />
VAMPL = 10m<br />
FREQ = 1000<br />
Forklar kredsløb<strong>et</strong>.<br />
Simul<strong>er</strong>:<br />
V1<br />
0<br />
Uin<br />
V<br />
C1<br />
100n<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
0<br />
R1<br />
220k<br />
R2<br />
47k<br />
VCC<br />
Af: Valle Thorø Side 24 af 40<br />
Q1<br />
0<br />
R3<br />
2.2K<br />
Q2N2222<br />
R4<br />
560<br />
Uout<br />
0<br />
C3<br />
10u<br />
V<br />
Q2<br />
Q2N2222<br />
R6<br />
10k<br />
0<br />
V<br />
C2<br />
10u<br />
R5<br />
V<br />
220<br />
0
Transistorforstærk<strong>er</strong> summ<strong>er</strong>ing:<br />
Et typisk <strong>transistor</strong>-forstærk<strong>er</strong><br />
kredsløb s<strong>er</strong> ud som følgende:<br />
XCin ~ Ri + Rs<strong>er</strong>ie ved fnedre<br />
Signalkildens udgangsmodstand<br />
Itc ~ (10 til 20 ) Ib<br />
Ugen<br />
V1<br />
0<br />
Rs<strong>er</strong>ie<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
Cin<br />
Ri = RB1 // RB2 // hfe(Re+RE)<br />
Stiv spænding, dog påvirkelig af signal<strong>et</strong><br />
0<br />
Ucc<br />
Rb1<br />
Rb2<br />
UB = UE + 0,7 Volt<br />
Ugen<br />
V1<br />
0<br />
Rc = Rout<br />
Q1<br />
0<br />
Af: Valle Thorø Side 25 af 40<br />
Rs<strong>er</strong>ie<br />
Cin<br />
0<br />
Ucc<br />
Rb1<br />
Rb2<br />
Icq, Ikke for stor, pga varme og støj<br />
Ikke for lille, pga for stor Rout<br />
( 5 til 15 mA )<br />
RC<br />
Re<br />
RE<br />
Cout<br />
0<br />
CRE<br />
Arbejdspunkt ca. Ucc/2<br />
IE = IB + IC<br />
IB
XCin ~ Ri + Rs<strong>er</strong>ie ved fnedre<br />
Signalkildens udgangsmodstand<br />
Itc ~ (10 til 20 ) Ib<br />
Ugen<br />
V1<br />
0<br />
Rs<strong>er</strong>ie<br />
Cin<br />
Ri = RB1 // RB2 // hfe(Re+RE)<br />
Stiv spænding, dog påvirkelig af signal<strong>et</strong><br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
0<br />
Rb1<br />
UB = UE + 0,7 Volt<br />
Rc = Rout<br />
Icq, Ikke for stor, pga varme og støj<br />
Ikke for lille, pga for stor Rout<br />
( 5 til 15 mA )<br />
Af: Valle Thorø bipolar_<strong>transistor</strong><strong>er</strong>_Jan_2012 Side 26 af 40<br />
Ucc<br />
Rb2<br />
Q1<br />
0<br />
RC<br />
Re<br />
RE<br />
Cout<br />
0<br />
CRE<br />
Arbejdspunkt ca. Ucc/2<br />
IE = IB + IC<br />
IB
Et eksempel på <strong>et</strong> lille<br />
<strong>transistor</strong>-forstærk<strong>er</strong>trin.<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
Af: Valle Thorø Side 27 af 40
Udgangsforstærk<strong>er</strong>e:<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
Udgangsforstærk<strong>er</strong>e <strong>er</strong> normalt inddelt i <strong>forskellige</strong> ”Klass<strong>er</strong>”.<br />
I udgangsforstærk<strong>er</strong>e benyttes <strong>transistor</strong><strong>er</strong> til at forøge den strøm, d<strong>er</strong> kan lev<strong>er</strong>es til en tilslutt<strong>et</strong><br />
højtal<strong>er</strong>. En OPAMP kan selv kun lev<strong>er</strong>e få Milli amp<strong>er</strong>e.<br />
Klasse C:<br />
Klasse C s<strong>er</strong> i principp<strong>et</strong> således ud. Signal<strong>et</strong> komm<strong>er</strong> fx fra en OPAMP.<br />
Uin<br />
UCC<br />
Q2<br />
UEE<br />
Q1<br />
47 4 W<br />
47 4W<br />
Trinn<strong>et</strong> styres fx af en OPAMP.<br />
0<br />
Uout<br />
Til Højtal<strong>er</strong><br />
0<br />
-0,7<br />
Uout<br />
+0,7<br />
Uout og Iout.udvis<strong>er</strong> desværre CROSS OVER<br />
problem<strong>er</strong>.<br />
2 x emitt<strong>er</strong>følg<strong>er</strong>e. De to 47 ohms modstande forhindr<strong>er</strong> ov<strong>er</strong>hedning ved kortslutning<br />
Højtal<strong>er</strong>en <strong>er</strong> forbund<strong>et</strong> til stel. Dvs. midtpunkt<strong>et</strong> mellem plus og minus. D<strong>er</strong> skal altså både lev<strong>er</strong>es,<br />
Sources, strøm, og synkes strøm, i hhv. den positive og den negative halvp<strong>er</strong>iode.<br />
2.0V<br />
0V<br />
Af: Valle Thorø Side 28 af 40<br />
Uin<br />
-2.0V<br />
0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms 3.0ms<br />
V(V1:+) V(Uout)<br />
Time
På grafen ses,<br />
at de to<br />
<strong>transistor</strong><strong>er</strong><br />
skiftes til at<br />
lede, men de<br />
led<strong>er</strong> mindre<br />
end 180<br />
grad<strong>er</strong> hv<strong>er</strong>.<br />
Kredsløb<strong>et</strong> <strong>er</strong> vist h<strong>er</strong>:<br />
4.0mA<br />
0A<br />
D<strong>et</strong> ses tydeligt, at d<strong>er</strong> <strong>er</strong> 2<br />
diodestrækning<strong>er</strong>, d<strong>er</strong> skal<br />
ov<strong>er</strong>vindes.<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
-4.0mA<br />
0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms 3.0ms<br />
IC(Q1) IC(Q2)<br />
Time<br />
”Cross-ov<strong>er</strong>” problem<strong>er</strong> kan gøres mindre med en op-amp og feed back som vist:<br />
Uin<br />
U3<br />
+<br />
-<br />
OUT<br />
OPAMP<br />
UCC<br />
Q2<br />
UEE<br />
Q1<br />
47 4 W<br />
47 4W<br />
0<br />
12Vdc<br />
12Vdc<br />
Uplus<br />
V2<br />
V3<br />
Uminus<br />
Uout<br />
Til Højtal<strong>er</strong><br />
0<br />
Uout vil nu følge Uin.<br />
Af: Valle Thorø Side 29 af 40<br />
0<br />
VOFF = 0<br />
VAMPL = 2<br />
FREQ = 1k<br />
V1<br />
0<br />
R1<br />
1k<br />
V<br />
Uplus<br />
Q1<br />
Q2N2222<br />
Uminus<br />
Uout<br />
Q2<br />
Q2N2907A<br />
V<br />
R2<br />
0<br />
1k<br />
Uin<br />
Uout
4.0V<br />
0V<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
-4.0V<br />
0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms 3.0ms<br />
V(SIGNAL) V(OPAMP_UDGANG) V(UOUT)<br />
Time<br />
Nu ses, at op-ampens udgang ligg<strong>er</strong> 0,7 Volt ov<strong>er</strong> hhv. und<strong>er</strong> Uout, for at kompens<strong>er</strong>e for diodespændingsfald<strong>et</strong>.<br />
Cross ov<strong>er</strong> afhængig af opamp’ens slewrate:<br />
Hv<strong>er</strong> <strong>transistor</strong> led<strong>er</strong> nu
Uin<br />
UCC UCC<br />
Q3<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
Diod<strong>er</strong>ne D1 og D2 ophæv<strong>er</strong> delta UBE. De kan fysisk plac<strong>er</strong>es på <strong>transistor</strong><strong>er</strong>ne, så de har samme<br />
temp<strong>er</strong>atur !!<br />
De to 4,7 ohms modstande<br />
på grund af t<strong>er</strong>misk runaway.<br />
Stig<strong>er</strong> temp<strong>er</strong>aturen,<br />
bliv<strong>er</strong> delta Ube mindre.<br />
D<strong>er</strong>for stig<strong>er</strong> Ic. H<strong>er</strong>ved<br />
stig<strong>er</strong> temp<strong>er</strong>aturen, og<br />
delta Ube fald<strong>er</strong> m<strong>er</strong>e.<br />
De to diod<strong>er</strong> ophæv<strong>er</strong><br />
UBE i <strong>transistor</strong><strong>er</strong>ne.<br />
Diod<strong>er</strong>ne bør plac<strong>er</strong>es, så<br />
de har samme temp<strong>er</strong>atur<br />
som <strong>transistor</strong><strong>er</strong>ne!<br />
0<br />
D1<br />
D2<br />
Uout<br />
Til Højtal<strong>er</strong><br />
C1<br />
D<strong>er</strong> <strong>er</strong> ingen tomgangstab, men cross-ov<strong>er</strong>. Cross-Ov<strong>er</strong> vil forvrænge <strong>et</strong> signal!<br />
De to <strong>transistor</strong><strong>er</strong> skiftes til at lede.<br />
0<br />
Q2<br />
4,7<br />
4,7<br />
Q1<br />
0<br />
Tegn graf<strong>er</strong> for Uout = f( Uin ) graf, og I<strong>transistor</strong> = f(t)<br />
Uin<br />
0<br />
0<br />
U1<br />
+<br />
-<br />
OUT<br />
OPAMP<br />
I Q1<br />
UCC UCC<br />
I tvær<br />
I Q2<br />
Af: Valle Thorø Side 31 af 40<br />
Uminus<br />
D1<br />
D2<br />
Q2<br />
4,7<br />
4,7<br />
Q1<br />
Uminus<br />
0<br />
0<br />
Uin<br />
Uout<br />
Til Højtal<strong>er</strong>
H<strong>er</strong> <strong>et</strong> eksempel på en praktisk<br />
udgangsforstærk<strong>er</strong>:<br />
Klasse AB<br />
UCC<br />
Uminus<br />
D1<br />
D2<br />
D3<br />
UCC<br />
Q2<br />
4,7<br />
4,7<br />
Q1<br />
Uminus<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
0<br />
Uout<br />
0<br />
Til Højtal<strong>er</strong><br />
Variabel Zen<strong>er</strong>diode<br />
H<strong>er</strong> <strong>er</strong> UBE i <strong>transistor</strong><strong>er</strong>ne ophæv<strong>et</strong> så godt og vel. Dvs. at d<strong>er</strong> ved tomgang, dvs. ingen signal på<br />
indgangen løb<strong>er</strong> en tværstrøm gennem <strong>transistor</strong><strong>er</strong>ne og de to 4,7 ohms modstande. Denne strøms<br />
størrelse kan evt styres ved at benytte en Variabel Zen<strong>er</strong>diode. Vist til højre ovenfor.<br />
Kredsløb<strong>et</strong> benyttes fordi <strong>transistor</strong><strong>er</strong>ne ikke <strong>er</strong> særligt lineære i d<strong>et</strong> øjeblik, de start<strong>er</strong> med at lede.<br />
D<strong>er</strong>for ”tyvstartes” d<strong>er</strong> h<strong>er</strong>, dvs. den ene <strong>transistor</strong> start<strong>er</strong> med at lede lidt før den anden lukk<strong>er</strong> helt.<br />
Af: Valle Thorø Side 32 af 40<br />
470<br />
100<br />
390
Begræns<strong>et</strong> tomgangstab<br />
Max 70 % virkningsgrad, og begræns<strong>et</strong><br />
tomgangstab.<br />
40mA<br />
0A<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
I Q1<br />
I tvær<br />
I Q2<br />
Af: Valle Thorø Side 33 af 40<br />
Uin<br />
-40mA<br />
0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms 3.0ms<br />
IC(Q1) IC(Q2)<br />
Time
Klasse A<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
I klasse A forsøg<strong>er</strong> man at undgå uliniarit<strong>et</strong><strong>er</strong> ved at styre <strong>transistor</strong><strong>er</strong>ne, så de ikke lukk<strong>er</strong>. Den<br />
øv<strong>er</strong>ste fx vil lede m<strong>er</strong>e samtidig med at den ned<strong>er</strong>ste led<strong>er</strong> mindre. H<strong>er</strong>ved stig<strong>er</strong> spændingen ud til<br />
en højtal<strong>er</strong>.<br />
UCC<br />
Uminus<br />
D1<br />
D2<br />
D3<br />
D4<br />
UCC<br />
Q2<br />
4,7<br />
4,7<br />
Uminus<br />
Begge <strong>transistor</strong><strong>er</strong> led<strong>er</strong> 360 grad<strong>er</strong>. De slukk<strong>er</strong> ikke.<br />
Tværstrømmen <strong>er</strong> I/2 selv uden signal. D<strong>er</strong>for stor tab. Varmeovn !!<br />
Max 50 % virkningsgrad.<br />
Uout<br />
Grafen vis<strong>er</strong> strømmen i <strong>transistor</strong><strong>er</strong>ne:<br />
40mA<br />
0A<br />
Q1<br />
0<br />
0<br />
Til Højtal<strong>er</strong><br />
I Q1<br />
I tvær<br />
I Q2<br />
Af: Valle Thorø Side 34 af 40<br />
Uin<br />
-40mA<br />
0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms 3.0ms<br />
IC(Q1) IC(Q2)<br />
Time
Klasse D.<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
D<strong>et</strong> nyeste princip, kaldes ”Klasse D”, fordi d<strong>et</strong> <strong>er</strong> næste bogstav. D<strong>et</strong> bygg<strong>er</strong> på<br />
pulsbreddemodul<strong>er</strong>ing af højtal<strong>er</strong>en. D<strong>er</strong> benyttes en høj frekvens ell<strong>er</strong> r<strong>et</strong>t<strong>er</strong>e kort timebase, til at<br />
tilføre højtal<strong>er</strong>en en<strong>er</strong>gi.<br />
Udgangs<strong>transistor</strong><strong>er</strong>ne kør<strong>er</strong> som switch, og d<strong>er</strong> <strong>er</strong> d<strong>er</strong>for ikke megen varm<strong>et</strong>ab. B&O kald<strong>er</strong> d<strong>er</strong>es<br />
for ”Icepow<strong>er</strong>”. ?<br />
H<strong>er</strong> <strong>et</strong> princip-skitse af en forstærk<strong>er</strong>.<br />
VCC<br />
Uin Signal<br />
0<br />
C5<br />
470n<br />
C4<br />
VCC<br />
0<br />
0<br />
R5<br />
470k<br />
R6<br />
470k<br />
Utrekant<br />
R4<br />
U6<br />
-<br />
+<br />
OPAMP<br />
OUT<br />
R1<br />
0<br />
U5<br />
+<br />
-<br />
VCC<br />
R2<br />
Ovenstående <strong>er</strong> søgt illustr<strong>er</strong><strong>et</strong> med en simul<strong>er</strong>ing af følgende diagram<br />
R3<br />
OUT<br />
Komparator<br />
PWM Signal<br />
2<br />
3<br />
Af: Valle Thorø Side 35 af 40<br />
2<br />
3<br />
U3A<br />
2<br />
1<br />
3<br />
U2A<br />
U4A<br />
BC140-10<br />
1<br />
1<br />
VCC<br />
0<br />
VCC<br />
BC140-10<br />
Q1<br />
Q3<br />
BC160<br />
Q2<br />
Q4<br />
BC160<br />
0<br />
VCC<br />
D1<br />
L1<br />
1 2<br />
0<br />
VCC<br />
47uH<br />
D3<br />
L2<br />
1 2<br />
0<br />
D2<br />
47uH<br />
D4<br />
C1<br />
220n<br />
0<br />
C2<br />
220n<br />
0<br />
C3<br />
1u5<br />
LS1<br />
SPEAKER
Graf<strong>er</strong>ne bliv<strong>er</strong> som følgende:<br />
15V<br />
10V<br />
5V<br />
0V<br />
+<br />
IC= 12<br />
75n<br />
0<br />
C1<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
VOFF = 7.5<br />
VAMPL = 2<br />
FREQ = 400<br />
R1<br />
1k<br />
V2<br />
0<br />
T imebas <strong>et</strong>rekant<br />
U1<br />
-<br />
+<br />
OPAMP<br />
OUT<br />
Musiksignal<br />
V<br />
R2<br />
4.7k<br />
Af: Valle Thorø Side 36 af 40<br />
V<br />
0<br />
R4<br />
10k<br />
R3<br />
10k<br />
U2<br />
+<br />
-<br />
OPAMP<br />
OUT<br />
15Vdc<br />
V1<br />
0<br />
PWM_signal<br />
0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms<br />
V(PWM_SIGNAL) V(MUSIKSIGNAL) V(TIMEBASETREKANT)<br />
Time<br />
0<br />
R5<br />
V<br />
100k
H<strong>er</strong> <strong>er</strong> vist<br />
<strong>et</strong><br />
skematisk<br />
diagram<br />
ov<strong>er</strong> en<br />
klasse D<br />
forstærk<strong>er</strong><br />
.<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
Kilde: http://www.acroname.com/robotics/info/concepts/pwm.html<br />
D<strong>er</strong> findes fl<strong>er</strong>e typ<strong>er</strong> forstærk<strong>er</strong>e, kald<strong>et</strong> Klasse G, og Klasse H.<br />
Se http://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_amplifi<strong>er</strong><br />
Udgangssignal<strong>et</strong> <strong>er</strong> den blå<br />
sigsag-linje.<br />
Dvs. d<strong>er</strong> <strong>er</strong> en ”høj” frekvens<br />
add<strong>er</strong><strong>et</strong> til signal<strong>et</strong>, og d<strong>et</strong>te skal<br />
eft<strong>er</strong>følgende filtr<strong>er</strong>es fra i <strong>et</strong><br />
filt<strong>er</strong>!<br />
Af: Valle Thorø Side 37 af 40
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
Af: Valle Thorø Side 38 af 40
Effektivit<strong>et</strong>sb<strong>er</strong>egning for Push Pull trin<br />
Kilde: EAM 8/95<br />
Skitse, Push Pull + højtal<strong>er</strong><br />
Nytteeffekt = PN Ueffektiv Ieffektiv<br />
I<br />
eff<br />
U<br />
<br />
R<br />
eff<br />
L<br />
Sættes ind fås:<br />
P<br />
Nytte<br />
<br />
2<br />
Ueff<br />
Grafen vis<strong>er</strong> <strong>et</strong> signal omkring<br />
halv forsyningsspænding.<br />
For oven og for neden <strong>er</strong> d<strong>er</strong> <strong>et</strong><br />
område, Urest, signal<strong>et</strong> ikke<br />
kan ov<strong>er</strong>skride pga. tab i<br />
<strong>transistor</strong><strong>er</strong>ne. D<strong>er</strong> <strong>er</strong> jo altid<br />
<strong>et</strong> tab i delta UBE.<br />
R<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
U Peack<br />
Signal<strong>et</strong>s effektive værdi <strong>er</strong> U 70% af U<br />
2<br />
L<br />
eff P<br />
Et AC-signals effektivværdi vil afsætte samme varme i en modstand, som en DC. Nogle gange <strong>er</strong><br />
AC-signal<strong>et</strong> høj<strong>er</strong>e, nogle gange <strong>er</strong> d<strong>et</strong> lav<strong>er</strong>e end en DC-spænding. Nogle gange <strong>er</strong> den negativ,<br />
men d<strong>et</strong> giv<strong>er</strong> jo den samme varmeafsætning, ell<strong>er</strong> effekt-afsætning i modstanden.<br />
U<br />
Peack<br />
DC’en kan b<strong>er</strong>egnes som .<br />
2<br />
I ovenstående sving<strong>er</strong> AC-signal<strong>et</strong> jo omkring halv forsyningsspænding. Signal<strong>et</strong>s Peackværdi må<br />
være Peack-Peack-værdi divid<strong>er</strong><strong>et</strong> med 2.<br />
Af: Valle Thorø Side 39 af 40
U<br />
Transistor-forstærk<strong>er</strong>-<strong>kompendium</strong><br />
U 2U PP CC Rest<br />
Altså: U 0,35 U 2U<br />
<br />
eff CC Rest<br />
2 2 2 2<br />
UCCUrest 0,35 2 0,125<br />
P U U<br />
R R<br />
2<br />
2 <br />
Nytte CC rest<br />
L L<br />
Altså, PNytte stig<strong>er</strong> ved aftagende lastmodstand, og tiltag<strong>er</strong> ved stigende forsyningsspænding i 2.<br />
potens.<br />
Restspændingen <strong>er</strong> altid mindst 2 x 0,7 volt stammende fra en Basis-emitt<strong>er</strong>strækning. Altså mindst<br />
1,4 Volt.<br />
Er Ucc = 12 Volt, og RL = 4 ohm findes en max nytteeffekt på :<br />
2<br />
0,125 12 1,4<br />
PNytte 3,5W<br />
4<br />
I en bil, kan d<strong>er</strong> altså ved 12 Volt forsyningsspænding ikke drives m<strong>er</strong>e end 3,5 Watt ud af en 4<br />
ohms højtal<strong>er</strong> !! – hvis ikke man grib<strong>er</strong> til brokobling og gen<strong>er</strong><strong>er</strong>ing af høj<strong>er</strong>e forsyningsspænding !!<br />
D<strong>et</strong> <strong>er</strong> d<strong>et</strong>, d<strong>er</strong> sk<strong>er</strong> i ”Brianforstærk<strong>er</strong>ne” bag i bil<strong>er</strong>ne !!<br />
Af: Valle Thorø Side 40 af 40<br />
2
Change language