BJT Yükselteçler - Güç yükselteçlerinin özellikleri - Güç Eşitlikleri

'Elektronik Genel Bilgi' forumunda _Mr.PaNiK_ tarafından 12 Ekim 2008 tarihinde açılan konu

  1. _Mr.PaNiK_

    _Mr.PaNiK_ Üye

    Sponsorlu Bağlantılar
    BJT Yükselteçler - Güç yükselteçlerinin özellikleri - Güç Eşitlikleri konusu BJT Yükselteçler


    Bir yükselteci FET, MOSFET yada BJT ile yapmak mümkündür.Burada sadece BJT li yükselteçler açıklanacaktır. Yükselteçlerin kullanılma amaçları çok farklıdır. Yükselteçleri küçük sinyal yükselteçleri ve güç yükselteçleri olarak da ikiye ayırabiliriz .Bu bölümlerde çoğunlukla güç yükselteçlerinden birazda ve yeri geldiğinde yükseltecin bayaslanma yöntemine göre küçük sinyal yükselteçleride anlatılacaktır.
    Güç yükselteçlerinden beklentilerimiz nelerdir? Örneğin bir ses yükselteci olabilir, bir motoru çeviren yükselteç olabilir, bir vericinin güç yükselteci olabilir. Bunların hepsinin özelliklerinin farklı olmasına rağmen tek ortak noktaları küçük bir sinyal ile büyük güç üretmek ortak noktalarıdır.
    Güç yükselteçlerinin özellikleri;
    Mümkün olduğunca giriş sinyalinin değeri ne olursa olsun çıkışa sabit bir katsayı ile büyüterek aktarmasıdır. Yani doğrusal (LINEAR) olması istenir. Fakat güç yükselteçleri doğrusal değildir (NON-LINEAR).
    Kendi üzerlerinde güç harcamaları istenmez. Daha doğrusu YÜKSEK VERİMLE çalışmaları istenir. Yani bir güç yükseltecinin çıkışından 100W alsak transistörlerin hiç ısınmaması gibi.
    Girişteki sinyalin hiç bozulmadan çıkışına aktarılması istenir. Daha iyimser bir değimle en az bozulmayla aktarması istenir. (Bozulma, burulma= Distortion) Burada 3 tip distorsiyondan söz edebiliriz.
    1- Frekans distorsiyonu: Girişteki sinyalin frekansı ne olursa olsun çıkışa aktarılması istenir. Fakat devrede olabilecek kondansatörler buna izin vermez. Ne olursa olsun her yükseltecin mutlaka bir üst frekans sınırı vardır. Direk kuplajlı yükselteçlerde frekans DC den (0Hz) den başlar.
    2- Faz distorsiyonu: Devrenin yapılama şekli ve kondansatör, bobin gibi devre elemanlarından oluşur. Devrenin girişine uygulanan sinyalin başlama zamanı ve yönü çıkışta aynı anda görülmüyorsa faz distorsiyonu var demektir. Faz bozulması ses devreleri, RF gibi yerlerde önemsenmez. Fakat TV gibi ekran taramalarının önem kazandığı yerlerde faz distorsiyonu hiç olmamalıdır.
    3- NON-LINEAR distorsiyonu: Bu bozulma ikiye ayrılır: a) Harmonik distorsiyonu: Transistörün doğrusal çalışmaması ve aşırı sinyal girişlerinde çıkışta sinyalin doyum yada kesime uğraması ile olur. Ses yükselteçlerinde ve genlik modülasyonlu devrelerde hiç istenmez. Bazende siyal bilerek harmonik distosiyonuna uğratılır. Bu devreler frekans çoklayıcı devrelerdir. Harmonik ve frekans çoklayıcı devreleri daha sonra anlayacağım. b) Intermodülasyon distorsiyonu: İki yada daha fazla sinyalin yükselteç içinde karışması ile olur. Bu distorsiyon sonucunda yükselteç çıkışında bu sinyallerin toplamları, farkları ve kendileri görülür.
    Güç yükselteçlerini bayas özelliklerine göre sınıflara ayırıyoruz. Bunlar A SINIFI, B SINIFI, AB, SINIFI ve C SINIFI yükselteçlerdir. Bu sınıflandırmayı tamamen devre içindeki transistörün yada transistörlerin bayaslanmasına göre yapıyoruz. Eski sayılarda bu konuyu bulabilirsiniz. Hatırlamanız için transistörün aktif bölgede, doyum bölgesinde ve kesim bölgesinde çalıştırılması demek yeterli olacaktır.
    Yükselteçleri sınıflarına göre anlatmadan önce konumuz Güç Yükselteçleri olduğu için önce güç eşitlikleri konusunu açıklamak istiyorum.
    Güç Eşitlikleri
    Güç yükselteçlerinde bizi ilgilendiren şey güç kaynağından çekilen gücün ne kadarının transistör üzerinde harcandığı ne kadarının yük üzerine aktarıldığıdır. Eğer transistör üzerinde fazla güç harcarsak transistörde fazla ısınacaktır. Sonuçta fazla ısınan her şey gibi transistörde yanar. Transistörün fazla ısınmasını önlemek için, transistör üzerinde oluşan ısıyı hızla üzerinden çekmek gerekir. Bu işi de ısıya havaya kolayca aktaran alüminyum soğutucularla yetmezse ilave olarak soğutucu fanlarla yaparız. Bazı çok özel yükselteçlerde (büyük güçlü radyo vericileri gibi) su suğutmalı sistemler bile kullanılmaktadır.
    Güç Verimi:
    Güç verimi, bir yükseltecin yük üzerinde harcanan gücün, güç kaynağından çekilen güce oranına denir. Yük üzerinde harcanan güç AC ise AC gücün rms değeri kullanılır. (rms; AC sinyalin DC ye karşılık gelen değeridir.)
    %Verim=(PLrms /PDC) x 100
    DC giriş gücü, güç kaynağı Vcc ile ortalama akımının (yaklaşık olarak Q noktasındaki Ic akımı) çarpımına eşittir.
    Pdc=Pcc= Vcc x Ic
    Yük üzerinde harcanan AC güç, çıkış geriliminin rms değeri ile, çıkış akımının rms değerinin çarpımına eşittir. Eğer dalga şeklimiz sinüs ise bunun rms değeri sinyalin tepeden tepeye (peak to peak) değerinin 2\/¯2 bölümüne eşittir. Bu durumda yük üzerinde harcanan AC güç;
    Pac=PL(max)= (Vpp x Ipp) / (2\/¯2 x 2\/¯2)
    Pac=PL(max)= (Vpp x Ipp) / 8
    Formülleri kullanılarak bulur.
    Transistörün Maksimum Güç Kaybı:
    Transistörlü bir güç yükselteci tasarlanırken o transistörün üzerinde harcanacak güç katalog değerinin üzerinde olmayacak şekilde tasarlanır. Bunun için kullanılan parametreler, katlogtan bulunan maksimum kollektör akımı Icmax, maksimum kollektör gerilimi Vcmax, transistörün güç kaybı Pt değerleridir. Ayrıca transistörün AC yük doğrusu ile DC yük doğrusu arasıda kalan bölgedeki alanda çalıştırılmasına dikkat edilir. Bu alana transistörün güvenli çalışma alanı denir. Transistör üzerindeki güç kaybını çok basit olarak aşağıdaki formülerle de bulabiliriz.
    Pt=Ic x Vce
    Yükselteçleri genel olarak anlatmak çoğu zaman yetersiz kalmaktadır. Hatta genel bir yükseltecin çizimi bile tam olarak fikir vermez. Bunun nedeni yükseltecin türü ses frekans mı, yüksek frekans mı olduğu hem çizimi hem de açıklamasını çok değiştirir. Bende güç yükselteçlerini önce ses sonra yüksek frekans olarak ayırarak anlatacağım. Önce ses frekans yükselteçleri.
    A Sınıfı Güç Yükselteçleri



    [​IMG]




    Şekil 1.
    Yukarıdaki devrenin bayası R1 ve R2 dirençleri tarafından sağlanmaktadır. Devrenin DC kararlılığını sağlamak için RE direnci kullanılmıştır. Devrenin AC kazancını artırmak için CE kondansatörü RE direncine paralel bağlanmıştır. Devrenin RL yük direnci transistörün kollektörüne bir trafo ile bağlanmış olup kollektöre RL' olarak yansır. Kollektöre yansıyan yük empedansının değeri
    RL'=(N12 /N22) RL
    eşitliği ile verilir.
    Transformatör kuplajının bazı avantajları vardır.
    1. Transformatör kuplajında yük üzerinde DC akım olmadığından, RL üzerinde DC güç kaybı olmayacaktır. Bu durum özellikle yük bir hoparlör veya servo motor olduğu zaman önemlidir. DC akım çıkış yükünün performansını düşürür.
    2. Eğer transformatörün primer direnci (empedansı değil) ihmal edilebilirse kollektör gerilimi Vc, Vcc kaynak gerilimine eşit olur. Böylece bu tür devreleri küçük kaynak gerilimleri ile kullanmak mümkün olur.
    3. Transformatör, empedans uygunlaştırması yaptığından alçak empedanslı yüklerin (hoparlör, anten gibi) yüksek empedans olan kollektöre bağlamak mümkün olur.
    Bunların yanında transformatörün dar bantlı, ağır ve geniş hacimli olduğunu da unutmamak gereklidir.
    Aşağıdaki şekilde A sınıfı yükseltecin basitleştirilmiş şekli görülmektedir. Bu devrede kollektör besleme gerilimi
    Vcc'= Vcc-VE
    eşitliği ile verilmiştir. Beyz bayas devresinin eşdeğer voltaj değeri ve direnci
    VBB= (R2/(R1 + R2)) x Vcc
    RB=R1//R2
    olarak verilmiştir.



    [​IMG]

    Şekil 2.
    Toplam kollektör akımı İc, DC (Ic) ve AC (ic) yük
    akımlarının toplamından oluşur.
    İc=Ic + ic
    Çıkış trafosunun primer sarımı L bobini ile temsil edilmiştir. Bobin, DC akıma kısa devre etkisi göstereceğinden RL' yük direnci üzerinde DC gerilim düşmesi olmayacaktır. RL' üzerindeki AC gerilim düşümü
    Vo= ic x RL'
    değerine eşit olur. Kollektör emitör arasındaki anlık gerilim değeri
    Vce= Vcc' + vo =Vcc' + (ic x RL')
    Yukarıdaki denklem aşağıdaki şekilde AC yük doğrusunu ifade eder. Q noktasındaki, kollektör - emitör gerilimi Vcc' değerine, kollektör akımı ise Ic değerine eşittir. A sınıfı çalışmada Q noktası yük doğrusu üzerinde her iki tarafa eşit olarak salınacağından, AC kollektör gerilimi Vm=Vcc' , tepe değerine ulaşır ve toplam kollektör geriliminin değişmesi 0 volt ile 2 x Vcc' değeri arasıda olur. Distorsiyon ve non-linear çalışmadan kaçınmak için kollektör gerilimindeki salınımdan daha düşük değerde tutulur.



    [​IMG]

    Şekil 3.
    Vi giriş gerilimi örneğin bir sinüs ise, AC kollektör sinyal akımının ortalama yada DC değeri Sıfır olacaktır. Bu durumda, yalnızca DC kollektör akımı, besleme kaynağında çekilen gücü oluşturacaktır. Bu gücün değeri
    Pcc= Pdc= Vcc' x Ic
    Bu eşitliğe göre, A sınıfı yükselteçte DC kaynaktan çekilen güç SABİT olup, Vcc' kollektör gerilimi ile DC kolektör akım ı Ic değerine bağlıdır. (Ses yükselteçlerinde A sınıfı yükselteçler çok düşük distorsiyonları ile ünlüdür. Bu nedenle A sınıfı güç yükselteçleri biraz pahalıdır. Bu yükselteçlerin volümü kısık da olsa "hatta en kısık olsa da" iyice açık da olsa hep aynı sıcaklıkta kalır. Bu durum tecrübeyle sabittir.) Yük üzerine beslenen AC güç değeri
    PL=Pac=RL' x (Irms)2
    olarak belirlenir. Eşitlikteki Irms değeri, trafonun primerindeki AC yük akımıdır. Kollektör beslemesinden çekilen toplam güç, yük üzerine beslenen güç ile, transistörde kollektör kaybı olarak kaybolan gücün toplamına eşittir.
    Pcc=PL + Pc
    Değeri kollektör kaybını verir. DC çalışma şartlarında (giriş sinyali sıfır iken) PL=0 ve Pcc=Pc=Vcc' x Ic değerindedir. Bu eşitlik, giriş sinyali bulunmadığı zamanda bile, kollektör kaybının maksimum olduğunu gösterir. Yük üzerine beslenen maksimum güç, maksimum kollektör gerilimi (AC) ile maksimum AC kollektör akımının çarpımına eşittir. Buna göre
    PL(max) = Vrms(max) x Irms(max)
    PL(max)= 0,5 x Vcc' x Ic
    değerine eşit olacaktır. A sınıfı bir yükselteç için maksimum verim
    Verim= PL(max)/Pcc
    Verim=(0,5 x Vcc' Ic) / (Vcc' x Ic )
    Verim= 0,5 yada %50 dir.
    Pratikte %50 verime bile erişilemez. Çünkü yük doğrusunun kenarlarında transistör non-linear bölgelerde çalışır ve kabul edilemeyecek bir distorsiyon oluşur.
    A sınıfı bir yükselteçte yük üzerine beslenecek maksimum güç (sinüs giriş sinyali için)
    PL=Pc(max)=0,5 x Vcc' x Ic
    olarak verilir.
     
    En son bir moderatör tarafından düzenlenmiş: 26 Mart 2011
  2. fatosaktepe

    fatosaktepe Yeni Üye

    afedersnz bn daha yeni üye oldum buraya ama bnm acil fetlern küçük sinyal yükselteçleri adlı konuyu bulup bi sunum hazrlamam gerek bna yaardım edbilirmiisinz
     

Bu Sayfayı Paylaş