Electronics | Higher education » Az elektronika alapjai összefoglalva

Az elektronika alapjai 1. rész 1. Félvezetőfizikai alapok Ismertesse a középiskolai tanulmányai során tanult, a vezetők, a szigetelők és az ún. félvezetők fizikai tulajdonságaira, elsősorban a villamos vezetőképesség vonatkozó alapfogalmakat és jellemző adatokat A felsorol anyagok közötti különbség a vezetőképesség nagyságában és hőméréskletfüggésében nyilvánul meg. A félvezetők a fémek és a dielekrikumok között helyezkednek el vezetőképesség szempontjából. Ge, ill Si alapanyagból készült eszközök készülnek (utóbbi használható integrált áramkörökhöz), döntő többségben egykristályból; elerjedőben vannak a vegyületfélvezetőből készülő alkatrészek is. 1.1 1. Mit nevezünk termikus gerjesztésnek? Hogyan jönnek létre a szabad elektronok, és hogyan keletkeznek a lyukak a tiszta (intrinsic) félvezető anyagokban? A tiszta félvezető 0 K-en szigetelő, vezetőképessége 0. Növelve a félvezető

hőmérsékletét a négyvegyértékű atomok elektronjai a hőenergia hatására szabaddá válnak, és áramvezetésre képessé teszik az egykristályt. A kiemelt elektron helyén ott marad az atomtörzs kompenzálatlan pozitív töltése, amit “lyuk” névvel illetnek. Külső erőtér hatására szabaddá vált elektronok és a helyhez kötött lyukak (azáltal, hogy elektronjaik helyről-helyre vándorolnak) az erőtérnek megfelelő irányban képesek elmozdulni. 2. Milyen elektromos töltéssel rendelkeznek a félvezető anyagokban a lyukak és milyennel a szabad elektronok? Lyuk: +; elekron: 3 Tiszta (intrinsic) félvezetőknél milyen összefüggés van a termikus gerjesztés hatására létrejött térfogategységre eső elektronok és lyukak száma között? A tiszta félvezetőkben az elektron- és a lyuksűrűség egymással megegyező, és nagysága a félvezető anyagok jellemzőitől, valamint a hőmérséklettől függ. A továbbiakban n-nel jelöljük az

elektronsűrűséget, és p-vel a lyuksűrűséget. n i =n=p, ahol n i az intrinsic töltéshordozó sűrűsége 4. Milyen fizikai mennyiségektől függ az elektronok és a lyukak sűrűségének nagysága? A félvezető anyagok jellemzőitől, valamint a hőmérséklettől függ ezek nagysága. 5. Hogyan hozzák létre az n-típusú, adalékolt félvezetőket? Milyen a donor atomok elektronhéj szerkezete? Amennyiben egy négyvegyértékű Si atom helyébe egy ötvegyértékű, pl. P atomot helyezünk, az ötödik elektron kötési energiája sokkal kisebb lesz, ezért már csekély energiaráfordítással szabaddá tehető, azaz vezetésre alkalmassá tehető. Az ötvegyértékű elemekkel adagolt félvezetőt elektronvezetőnek, vagy röviden n-típusúnak nevezzük Mivel az ötvegyértékű atom egy elektront ad le, ezért az ilyen anyagokat donoroknak nevezzük. 6. Milyen töltéshordozók keletkeznek termikus gerjesztés útján az adalékolt félvezetőkben? A félvezető

anyagától függően bizonyos hőmérséklettől kezdve a hőionizáció hatása fog dominálni, és a félvezető elveszíti p- vagy n-típusú jellegét. Ilyen körülmények között a félvezető ugyanúgy viselkedik, mint a tiszta (intrinsic) félvezető, és a töltéssemlegességi egyenlet az n i =n=p képlettel közelíthető meg. 7. Mi a különbség az n típusú félvezetőben keletkező lyukak és az ionizálódott donor atomok között? Az ionizált donor-atomtörzsek helyhez kötöttek, a szabaddá vált lyukak pedig részt vehetnek az áramvezetésben, és növelik a félvezető vezetőképességét. 8. Mely töltéshordozókat nevezzük többségi és melyeket kisebbségi töltéshordozónak az n típusú félvezetőkben? Az elektronok a többségi és a lyukak a kisebbségi töltéshordozók. 9. Milyen elektromos töltésű tesz az ionizálódott donor atom egy n típusú félvezető anyagban? Pozitív töltést képviselnek. 10. Hogyan hozzák létre a p-típusú

adalékolt félvezetőket? Milyen az akceptor atomok elektronhéj szerkezete? Ha a félvezetőt háromvegyértékű anyaggal, pl. B adalékoljuk, lyukvezetővé, röviden p-típusúvá tehetjük A háromvegyértékű atomok elektronok befogadására, felvételére képesek, ezért az ilyen adalékanyagokat akceptoroknak nevezzük. 11. Mely töltéshordozókat nevezzük többségi, és melyeket kisebbségi töltéshordozónak a p típusú félvezetőkben? A lyukak a többségi és az elektronokk a kisebbségi töltéshordozók. 12. Milyen elektromos töltésü lesz az ionizálódott akceptor atom egy p típusú félvezető anyagban? Negatív töltést képviselnek. 1 13. Milyen összefüggés áll fenn az adalékolt és a tiszta félvezetők töltéshordozóinak koncentráció értékei között? + Az adalékolt félvezető kristálykifelé elektromosan semleges. A töltéssemlegességi-egyenlet: (N D -n D )-(N A -p A )=N D -N A - 1.2 1. Mit nevezünk sodródási, vagy drift

áramnak? Az elektromos térerősség hatására bekövetkezett áramösszetevőt. 2. Mi befolyásolja a töltéshordozók sebességét még a villamos térerősségen kívül? A félvezető anyagi minősége, adaléksűrűség, hőmérséklet; egymásra merőleges elektromos és mágneses tér esetén a Lorentz-erő (Hall-hatás) 3. Az elektronok, vagy a lyukak mozgékonysága nagyobb értékű? ?? 4. Hogyan adható meg a lyukak és elektronok áramlása során kialakuló eredő sodródási (drift) áramsűrűség (J), valamint a félvezető anyag vezetőképessége (?). J=σAE; σ=q(μ n ·n+μ p ·p) 5. Egy adott félvezető anyag esetében mivel lehet jellemezni az anyag adalékoltságának (szennyezettségének) a mértékét? A vezetőképességgel (?) 6. Külső térerősség nélkül mikor alakulhat ki áramlás azonos töltésű töltéshordozók jelenlétében? Ha a félvezető kristály valamely helyén a töltéshordozó sűrűség az átlagoshoz képest megnő, a

különbség kiegyenlítése céljából lép fel a diffúziós áramlás. 7. Milyen fizikai mennyiségektől függ a diffúziós áramsűrűség értéke? A diffúziós áramtól és a töltéshordozók sűrűségétől. 8. Hogyan jelölik az elektronokra és a lyukakra vonatkozó diffúziós állandókat? -19 D n =µ n kT/q; D p =µ p kT/q (q=1,602·10 As) 1.3 1. Milyen fizikai folyamatok játszódnak le egy p, és egy n típusú félvezető réteg összeillesztése során, abban az esetben, ha az összeilIesztést úgy végezzük, hogy azt feltételezzük, hogy a PN átmenet felületén az anyagok kristályszerkezete folyamatos, törés nélküli állapotban marad, továbbá a félvezető rétegekre külső villamos feszültséget NEM kapcsoltunk? A PN átmenet síkjában a szabad elektronok és lyukak betöltik az ionizált atomtörzsek tértöltési helyeit, az anyag teljesen adalékmentes félvezetőként viselkedik (intrinsic). A kétféle tartomány határfelületén

érintkezési (diffúziós) potenciál jön létre, amely a PN átmenet környezetében elektromos teret hoz létre: a J D diffúziós áram nyugalmi állapotban megegyezik a J 0 drift árammal. 2. Hogyan alakul ki az ún kiürített réteg (depletion zone -> elszegényedett tartomány) a félvezető réteg határán? A PN átmenet nagy sűrűségkülönbséget jelent az elektronok és lyukak számára, amely kiegyenlítődése után az n tartományba áramló lyukak és a p tartományba diffundáló elektronok egymást közömbösítik (rekombinálódnak). Az átmenet két oldalán a kristály szabad töltéshordozókban elszegényedik. 3. Hogyan alakul ki a diffúziós és a drift áram egyensúlya, kiegyenlítődése a PN átmeneten? A tértöltések fékezik a töltéshordozók áramlását, így az érintkezési feszültség hatására fellépő drift áram egyensúlyra jut a vele ellentétes diffúziós árammal. 4. A diffúziós áramot mindig milyen töltéshordozók

áramlása okozza? Elektronok 5. A sodródási, vagy drift áramot pedig milyen töltéshordozók áramlása hozza létre? Lyukak 6. Milyen összefüggés van a PN átmeneteknél kialakuló kiürített rétegek szélessége és az egyes félvezető rétegek adalékolása között? A kiürített réteg szélessége nulla feszültség esetén is lehet más-más az átmenet adalékeloszlási profiljától függően (minél nagyobb az adaléksűrűség, annál keskenyebb a kiürített réteg). 2 7. Milyen fizikai folyamatok zajlanak le a p és sz n típusú félvezetők oldalán, ha a PN átmenetre záróirányú feszültséget kapcsolunk? (Azaz a p-rétegre negatív, az n-rétegre ehhez képest pozitív polaritású feszültség kapcsolódik) A beépült elektromos tér jelentősen megnő, az átmeneten csak csekély driftáram (záróáram) folyik át. 8. Melyik áramkomponens értékét növeli, és melyikét csökkenti a PN átmenetre kapcsolt záróirányú feszültség?

Diffúziós áram nő, driftáram csökken 9. Hogyan változik meg a kiürített réteg szélessége az átmenetre kapcsolt záróirányú feszültség hatására? Növekszik 10. Milyen a jelleggörbéje a PN átmeneten átfolyó áramnak az átmenetre kapcsolt záróirányú villamos feszültség függvényében? Milyen előjelűnek értelmezzük (definiáljuk) a záróirányú áramot? ?? 11. Milyen fizikai jelenség következik be a záróirányú áram menetében, ha a záróirányú feszültség egy bizonyos határértéket túllép? Hogyan nevezzük ezt a feszültség értéket ahol a záróirányú áram hirtelen megnövekvése bekövetkezik? Letörés, letörési feszültség 12. Milyen fizikai hatások alapján működnek a kisebb illetve a nagyobb letörési feszültségű Zener-diódák? A kisebb letörési feszültségű diódákban a téremisszió, a nagyobbaknál a lavinahatás érvényesül. A letörési mechanizmusokat a hőmérsékletfüggés alapján lehet

szétválasztani. 13. Milyen fizikai folyamatok játszódnak le a p és az n típusú félvezetőkben ba a PN átmenetre nyitóirányú feszültséget kapcsolunk? (Azaz a p-rétegre pozitív, az n-rétegre ehhez képest negatív polaritású feszültség kapcsolódik.) A beépült elektromos tér jelentősen lecsökken, a lyukak az n, a elektronok a p tartományba áramlanak; ez a töltéshordozó áram a nyitóáram, amely diffúziós jellegű. 14. Hogyan befolyásolja a két áramkomponens - a diffúziós és a driftáram - nagyságát a PN átmenetre kapcsolt nyitóirányú feszültség? A nyitóáram lényegesen nagyobb az ellentétes irányú driftáramnál: a két áram algebrai összege nem nulla. 15. Hogyan változik meg a kiürített réteg szélessége az átmenetre kapcsolt nyitóirányú feszültség hatására? Eltüntethető teljesen a diffúziós potenciál a nyitóirányú feszültség folyamatos növelésével? Csökken. 2. A félvezető diódák jellemzői 2.1 1.

Hogyan alakul a jelleggörbéje a PN átmeneten átfolyó áramnak az átmenetre kapcsolt nyitó- illetve záróirányú villamos feszültség függvényében.? Milyen előjelűnek értelmezzük (definiáljuk) a nyitóirányú áramot? Nyitóirányú működés esetén az anódra (p) kapcsolt pozitív és a katódra (n) kapcsolt negatív feszültség hatására a lyukak az n, az elektronok a p tartományba áramlanak; az áramlás diffúziós jellegű. Záróirányú esetben a nyitóárammal ellentétes záróáram lép fel, amely drift jellegű; a zárófeszültség növelésével a záróáram kismértékben nő, majd telítődik. 2. Milyen összefüggés írja Ie a PN rétegen átfolyó áram karakterisztikáját a PN átmenetre kapcsolt feszültség függvényében (természetesen a záróirányú Zener feszültség környezetének figyelmen kívül hagyásával!)? A dióda-egyenlet: I=I 0 [exp(U/U T )-1]=I 0 exp(U/U T )-I 0 3. Mit nevezünk termikus feszültségnek, és

szobahőmérsékleten mennyi az értéke? U T =kT/q; k a Boltzmann állandó, T a kristály hőmérséklete (K), q a töltésegység. U T =26mV 4. Nyitóirányú feszültség estén hogyan írjuk le közelítőleg a PN átmenet áramát? I~I 0 exp(U/U T ) 5. Különböző félvezető anyagok (mint p Ge, vagy Si), valamint a fényemissziós diódák (ún LED-ek) esetében a nyitóirányú feszültség milyen értékeinél kezd hirtelen növekedni a PN átmenet árama? Ge: 0,20,3V; Si: ~0,6V; GaAs: >1V 3 2.2 1. Mi a különbség egy ideális és egy valóságos PN átmenet, azaz egy dióda villamos tulajdonságai között? A fémkontaktusok a dióda két oldalán helyezednek el a PN átmenet síkjától viszonylag távol: az ideális PN átmenet és a kivezetések közé beiktatott félvezető darab gyengébb vezetőképességű, mint a fém, így soros ellenálások alakulnak ki, melyek nagysága függ az adalékoltságtól, méreteitől, stb. 2. A valóságos diódának milyen

helyettesítő képe létezik? Egy PN átmenet és egy vele sorosan kapcsolt R S ellenállás. U=U PN +U R 3. A helyettesítő kép alapján hogyan szerkeszthető meg nyitóirányban a dióda valóságos I - U karakterisztikája? Az R S hatása a nyitókarakterisztikában érvényesül. Nyitóirányban a PN átmenet viszonylag nagy áramot vezet, így a néhány tized ohmos ellenálláson is észlelhető feszültséget ejt. Záróirányban az R S elhanyagolható az r d -hez képest 4. A helyettesítő kép alapján hogyan alakul záróirányban a dióda valóságos I U karakterisztikája? A valóságos diódák a zárótartományban is rendelkeznek csekély átvezetési árammal, ami legtöbbször kristályhibák, pontatlan technológiai eljárások következménye. A megnövekeddett záróáram elsősőrban a teljesítmény egyenirányítóknál, illetve Ge diódáknál jelentkezik (nagy az átmenet terület). Az átvezetési áramot a PN átmenettel párhuzamos R P ellenállás

jellemzi. A jelleggörbe meredeksége csökken 5. Milyen hálózat-elemnek tekinthető egy félvezető dióda? Hogyan szerkeszthető meg egy diódából és egy vele sorba kapcsolt ellenállásból álló elemi hálózat munkapontja és eredő karakterisztíkája abban az esetben, ha a hálózatra egy adott értékű nyitóirányú egyenfeszültséget kapcsolunk? Töréspontos jelleggörbével: a nyitóáram U 0 nyitófeszültségig nulla, majd a soros ellenállás meredekségével emelkedik 6. Hogyan definiáljuk a statikus és a dinamikus, vagy váltakozóáramú ellenállás fogalmát? A statikus ellenállás azt jelenti, hogy egyenáramú beállítás esetén (de csak az adott munkapontban) a dióda kicserélhető egy a statikus ellenállással megegyező értékű ellenállásra anélkül, hogy a hálózat egyenfezültségei vagy áramai változnának. A dinamikus ellenállás adot pontba húzott érintő egyenes meredeksége; nem egyenfeszültség és egyenáram hányadosa, hanem

deriválás eredménye: a nyitóáram növekedésével csökken. 7. Hogyan lehet meghatározni a diódának mint nemlineáris karakterisztikájú villamos hálózatelemnek a statikus és a dinamikus ellenállását? Mekkora egy adott munkapontban közelítőleg egy Si dióda statikus, és milyen értékű a dinamikus ellenállása? R st =U M /I M ; r d =U T /I=dU/DI 8. Egy félvezető dióda dinamikus ellenállásának értéke függ a beállított munkaponttól? Nem 2.3 1. Hogyan függ egy félvezető dióda záróirányú árama a hőmérséklet hatásától? A záróáram a hőmérséklet növelésével nő. 2. Hogyan függ egy félvezető dióda nyitóirányú árama a hőmérséklet hatásától? A nyitófeszültség a hőmérséklet növelésével csökken; a nyitókarakterisztika az y tengely irányába önmagával párhuzamosan eltolódik. 3. A PN átmenetre eső feszültséget milyen értékkel kell megváltoztatni 1 fok Celsius hőmérséklet növekedés esetén ahhoz, hogy

a PN átmenet árama ne változzon? -2mV/Celsius 2.4 1. Mivel magyarázható a PN átmenet záróirányú kapacitásának kialakulása? A záróirányban előfeszített PN átmenet két oldalán ellentétes töltésű ionokból álló kettős töltésréteg alakul ki. 2. Milyen függvénykapcsolat áll fent a PN átmenet kapacitása ás a PN átmenetre kapcsolt zárófeszültség között? A zárófeszültség növekedése a kiürített réteg szélességének növekedésével jár, így C t átmeneti kapacitás csökken. 4 3. Hogyan befolyásolja a PN átmenet környezetében a rétegek adalékolásának eloszlása az átmenet kaparitásának a zárófeszültségtől való függését? C t lépcsős átmenetnél a zárófeszültség négyzetgyökével, lineáris átmenetnél aa zárófeszültség köbgyökével arányos. 4. A PN átmenetek kapacitásának a rájuk kapcsolt záróirányú feszültségtől való függését hogyan hasznosítják a gyakorlatban? ?? 5. Milyen

áramköri kapcsolás alapján lehet a VARICAP, vagy kapacitás diódákat a gyakorlatban alkalmazni? VCO, feszültségvezérelt oszcillátor 6. Hogyan magyarázható fizikailag a diódák nyitóirányú kapacitásának létrejötte és hatása? A diffúziós áram által szálított töltések feltöltik a diódakristályt, és a nyitófeszültség megváltozása kapacitív hatásként jelentkezik. C d =dQ/dU 7. Milyen összefüggéssel határozható meg a nyitóirányú, ún diffúziós kapacitás? C d =τI d (M)U T 8. Mikor nem érezteti hatását, és mikor vehető észre a diffúziós kapacitás? Általában nem érezhető a hatása, mert a nyitóirányú dinamikus ellenállás rövidrezárja. Amikor a dióda előfeszítését nyitóirányból záróirányba változtatjuk 2.5 1. Milyen különleges dióda típusok léteznek és ezeknek melyek a legjellemzőbb tulajdonságai? Teljesítmény egyenirányítók: nagy nyitóáram vagy zárófeszültség tűrés; négyzetcm

nagyságrendű PN átmenet az áramsűrűség csökkentése, robusztus fémtok a jó hőcsatolás érdekében. Schottky dióda: az anód fémrétegből van; igen gyors működésű. Feszültséghatároló dióda (Zener): letörési feszültség, maximálisan megengedett teljesítménydisszipáció; korlátozó ellenállást kell sorba kötni, hogy a maximális áramot ne lépje túl. Varicap dióda: kapacitása a hőmérséklet növelésével nő; a kapacitásátfogás a feszültséggel szabályozható, a linearitás csak kis zárófeszültségtartományon belül biztosítható. Érzékelő diódák: hőmérsékletmérő a hőérzékenység kihasználásával; fényérzékelő a PN átmenet megvilágítása révén; mágnesesség-, gáz-, nyomásérzékelés Fénykibocsátó diódák: LEDnél kicsi fényhatásfok, a fényerő a nyitóáram növelésével lineárisan nő. 2.6 1. Milyen elektromos helyettesítő képeit alkalmazzák a gyakorlatban a diódáknak? Kisjelű: ha a

vezérlőjel amplitúdója egy nagyságrenddel kisebb a munkaponti áram-feszültség értékeknél. Nagyjelű: ha a vezérlőjel a munkaponti értékek nagyságrendjébe esik; ez utóbbi használatos a gyakorlatban. 2. Hogyan adható meg egy dióda nagyfrekvenciás helyettesítő képe? A diódával párhuzamosan C t zárókapacitás és C d diffúziós kapacitás, valamint r d dinamikus ellenállás (zárótartományban érvényesül), azzal sorban R S , mindezekkel párhuzamosan az átvezetést modellező R P , majd ismét sorban R K és L K , amelyek a kivezető huzalokat szimbolizálják. 3. Milyen munkapont szerkesztési módszereket alkalmazhatunk a diódák áramköri alkalmazása eseteiben? Grafikus szerkesztés pontról pontra: a két karakterisztikát pontonként összegezzük. Visszafelé való szerkesztés: a két karakterisztika metszéspontja jelöli ki a munkapontot, úgy, hogy az egyik elem normál, a másik visszafelé való helyzetben van ábrázolva. 4. Milyen fő

jellemzői léteznek egy kapcsolóüzemi alkalmazásokra kialakított ún kapcsolóüzemű diódának? Milyen tulajdonságokkal rendelkezik egy korszerű Schottky dióda? Meredek nyitókarakterisztika (kis soros ellenállás), csekély záróáram, kis átmenet- és diffúziós kapacitás; esetleg speciálisan felépített PN átmenet illetve adalékeloszlási profil. 5. Hogyan működik, és milyen felépítésű egy digitális áramkörökben alkalmazott diódás ÉS-kapu? +U=1; GND=0. Az R a kimenet feszültségét +U-ra húzza Ha valamelyik bemenetet 0-ra kötjük, a hozzá tartozó dióda nyit, a kimeneten a nyitófeszültségnek megfelelő feszültség lép fel (néhány tized V). A kimenet feszültsége csak akkor lesz 1, ha mindkét bemenet ugyanezt a feszültséget kapja. 5 2.7 1. Milyen hálózati, egy- és kétutas egyenirányító kapcsolásokat alkalmaznak leggyakrabban az elektronikus készülékekben? Egyutas egyenirányító: a dióda a transzformátor

feszültségének pozitív félperiódusát engedi a terhelésre;ha ezt puffereljük, egyenfeszültséghez jutunk. Kétutas egyenirányító: a brumm-feszültség csökkentése érdekében két dióda kerül alkalmazásra, ami mindkét félperiódust egyenirányítja, a kondenzátor egy periódus alatt kétszer kap töltést; két egyforma menetszámú tekercs szükséges. Graetz: kétutas, egy tekerccsel, négy diódával: mindkét félperiódusban két-két dióda nyit, és tölti a kondenzátort;nincs stabil föld 3. Hogyan működik egy, a híradástechnikában alkalmazott, soros diódás demodulátor kapcsolás? A dióda az AM jelet egyenirányítja, a lezáró RC tag a burkológörbét továbbítja: nem lényeges a nagy feszültség- vagy áramterhelhetőség, viszont fontos a kicsi nyitófeszültség és a lapos, lineáris nyitókarakterisztika. 4. Milyen alapkapcsolásban alkalmazzák a gyakorlatban a VARICAP diódákat? VCO, feszültségvezérelt oszcillátor. Olyan

párhuzamos rezgőkör, ahol C 1 kapacitással párhuzamosan kapcsolódik C 2 valamint a dióda C V soros eredője. A záróirányú vezérlőfeszültséget nagyértékű ellenálláson keresztül kapja a dióda, hogy a rezgőkör ne söntölődjön (a jósági tényező ne csökkenjen) 5. Milyen alapkapcsolásban alkalmazzák általában a gyakorlatban a Zener - diódákat, és milyen célra? Feszültséghatároló. A bemenő ellenállással sorban van a dióda A nem állandó U be feszültségből az osztó a dióda U Z letörési feszültségével megegyező U ki feszültséget álít elő, ha U be >U ki . 3. Bipoláris tranzisztorok és alapkapcsolások 3.1 1. Hány rétegből épül fel egy bipoláris tranzisztor? Az egyes rétegek milyen típusú, és milyen koncentrációjú adalékolással vannak technológialiag kialakítva? Két PN átmenetből, azaz három rétegből áll. A planár epitaxiális felépítésű, (manpság leginkább NPN) tranzisztorokban mindkét

töltéshordozó részt vesz a vezérlési folyamatokban 2. Egy PNP típusú és réteg elrendezésű tranzisztor milyen megnevezésű rétegekkel rendelkezik? Emitter: p; bázis: n; kollektor: p. 3. Milyen polaritású feszültségeket kell a PNP típusú tranzisztor rétegeire kapcsolni, ha a normál működéséhez szükséges polaritásviszonyok beállítására törekszünk? Lezárt: mindkét PN átmeneten zárófeszültség van; kicsi az átfolyó záróáram (szakadás) Telített: mindkét PN átmenet nyitott; csekély feszültség mérhető (rövidzár) Normál aktív: az EB átmenet nyitott, a CB átmenet lezárt. Inverz aktív: a CB átmenet nyitott, a EB átmenet lezárt. 4. A PNP tranzisztor működése során hogyan alakul ki a tranzisztor-hatás? A nyitóirányú előfeszítésű (feszültségű) PN emitter - bázis réteg többségi töltéshordozói hogyan válnak a záróirányú előfeszítéssel működő NP bázis -kollektor rétegben kisebbségi

töltéshordozóvá? A tranzisztor az aktív áramköri elemek családjába tartozik, mivel képes arra, hogy a bemenetére adott kisteljesítményű jelet a tápfeszültség energiájának felhasználásával nagyteljesítményű jellé erősítse. 5. A tranzisztor-hatás kialakulását milyen geometriai, illetve technológiai feltétel megvalósításával lehet biztosítani? Az erősen adalékolt (n+) Si kristályra 6µm vastag n típusú egykristály réteget növesztenek (epitaxiális réteg), ez lesz a kollektor. Ebbe p típusú adalékanyagot beépítve néhány µm vastag bázist hoznak létre Ennek kozepében igen erősen adalékolt emitter kerül kialakításra. Síkban fekvő, egymásra épült rétegződésű szerkezete miatt planár tranzisztor a neve. 6. Milyen áramviszonyok alakulnak ki az egyes rétegekben a PNP tranzisztor működése során? Milyen összefüggések érvényesek az l E , I B és I C jelű emitter, bázis és kollektor áramok között? U EB

nyitófeszültség hatására indul meg I E . Egy része a bázisban rekombinálódik, és nem ér el a záróirányban előfeszített CB átmenethez. A töltéshordozók pótlására a tápfeszültségből I B folyik a bázisba Az emitteráramból A·I E jut el a kollektorba: A·I E =I C ’ (kollektorba jutó áramhányad) 7. A PNP trarizisztor alapvető működését milyen tranzisztor-alapkapcsolásban lehet a legszemléltetőbb formában bemutani? FB 6 8. Milyen áramviszonyok alakulnak ki az egyes rétegekben a PNP tranzisztor müködése során a rétegek ún maradékáramai között? Milyen összefüggések érvényesek az I EB0 az I CB0 és az I CE0 jelű emitter-bázis, kollektor-bázis és a kollektor-emitter maradékáramok között? ?? 9. Mit értünk a tranzisztorok egyenáramú, földelt bázisú áramerősítési tényezője alatt és mi a jelölése ennek a paraméternek? Megadja, hogy a kezdeti emitteráram hányad része jut el a kollektorba;mindig egységnél

kisebb érték. A=I C ’/I E 10. Mit értünk a tranzisztorok egyenáramú, földelt emitteres áramerősítési tényezője alatt és mi a jelölése ennek a paramétemek? B=A/(1-A);egységnél lényegesen nagyobb, 101000 közé esik 3.2 1. Hogyan értelmezzük az erősítés fogalmát a villamos hálózatok területén? ??A kimenő jel a bemeneti jelhez képest nagyobb lesz; a növeléshez szükséges energiát az erősítő a tápfeszültségből nyeri. 2. Hogyan határozzuk meg a tranzisztor emitter-bázis diódájának munkaponti nyitóirányú dinamikus ellenállását? ?? 3. Egy tranzisztor emitteráramának változása földelt bázisú (FB) alapkapcsolásban hogyan függ a bázis-emitter feszültség megváltozásától? ?? 4. Hogyan jön létre a földelt bázisú alapkapcsolású tranzisztor működése folyamán a feszültségerősités folyamata? A bementre pozitív értelmű feszültségváltozást adva a BE átmenet kevésbé nyit; a csökkenő kollektoráram miatt

pozitívabb lesz a kollektorpont, és a fogyasztó feszültsége is. Fázisfordítás nincs 5. Hogyan lehet beállítani egy földelt bázisú alapkapcsolásban működő bipoláris tranzisztoros erősítő munkapontját? Biztosítani kell a PN átmenetek megfelelő feszültségellátását és a működéshez szükséges tápáramokat. Mint a diódáknál, a tápfeszültségek a karakterisztika tengelyen kijelölhetők, a munkaellenálás a karakterisztika síkjában megszerkeszthető. 6. Melyek a földelt bázisú erősítő alapkapcsolás kisjelű, váltakozóáramú erősítésjellemzői (feszültség- ás áramerősitési tényező be- és kimeneti ellenállás)? Feszültségerősítés: a ki- és bemeneti feszültségváltozás viszonya adott ki- és bemeneti lezáró ellenállás esetén. A u =R C ×R t /r e (r e a BE dióda dinamikus ellenállása; r e =U T /I E ) Áramerősítés: a kimeneti áram a tranzisztor forrásáramának áramosztásából adódik, a bemeneti áram

szintén áramosztással a bázisáramból számítható. A i =αR C /R C +R t (A~α) Bemeneti ellenállás: általában a néhányszor tíz ohmos dinamikus ellenállással egyenlő; R be =R E ×r e Kimeneti ellenállás: a CB átmenet dinamikus ellenállása záróirányú előfeszítésben igen nagy, ezért: R ki =-R C 7. Mit nevezünk be- és kimeneti kivezérelhetőségnek? Bemeneti kivezérelhetőség: az a maximális bemenőjel, ami még torzítatlan felerősített jelet biztosít a kimeneten. Kimeneti kivezérelhetőség: az erősítő kimenetén mérhető azon maximális jel amplitúdója, amely még nem torzított. 8. Mely esetekben alkalmazzuk leginkább a gyakorlatban a földelt bázisú erősítő alapkapcsolást? Nagyfrekvenciás erősítőként 9. Hogyan mutatják a földelt bázisú alapkapcsolású tranzisztor fizikai működését a kapcsolás ki- és bemeneti karakterisztikái? A bemeneti karakterisztika az emitteráramot adja meg az EB feszültség függvényében, a

kimeneti karakterisztika pedig a kollektoráramot ábrázolja a CB feszültség függvényében (ennek paramétere I E ) 3.3 1. A félvezetős áramkörök működése folyamán melyik fizikai mennyiség változása okozza a legtöbb nehézséget? Milyen jellegű zavarokat okoz a hőmérséklet változása az elektronikus áramkörök működésében? A hőmérséklet. Bár a korszerű Si tranzisztorok I CB0 záróárama pici, de a hőmérséklettel exponenciálisan nő, és elegendően nagy ß esetén járuléka már észrevehető lehet. 7 2. Hogyan célszerű beállítani egy földelt emitteres (FE) alapkapcsolású erősítő munkapontját? Melyik a hőmérsékletfüggés szempontjából legalkalmasabb beállítás? A munkapontot a munkaegyenes felezőpontja környékén, cca U t /2 feszültségnél kell kijelölni, így R C munkaellenállásra és a CE átmenetre azonos feszültség jut, így a kimeneti kivezérelhetőség maximális lesz, illetve kisjelű vezérlés esetén

legkisebb a torzítás. A hőmérsékletfüggés szempontjábó legalkalmasabb, ha emitterellenállással és bázisosztóval állítjuk a munkapontot. 3. Hogyan jön létre a földelt emitteres alapkapcsolású tranzisztor működése folyamán a feszültségerősítés folyamata? Itt mindig milyen a feszültségerősítés előjele? A feszültségerősítés előjele fizikailag hogyan magyarázható? Ha a kimenet terheletlen, és a bemenetet feszültséggenerátor hajtja meg, akkor A u =-R C /r e . Ha a kimeneten váltkozóáramú terhelés van, akkor A u =-R C ×R t /r e . A negatív előjel a fázisfordításra utal 4. Melyik tramisztoros alapkapcsolásban nagyobb a teljesítményerősítés: a földelt bázisú, vagy a földelt emitteres kapcsolásban? A FE teljesítményerősítése a nagy értékű feszültség- és áramerősítés következtében sokszorosa a FB-énak. 5. Mekkora a feszültség- és áramerősítése a földelt emitteres erősítő alapkapcsolásnak? A

feszültségerősítés néhányszor 10100; az áramerősítés maximálisan a ß paraméterrel egyezhet meg. 6. Milyen módon változik meg a földelt emitteres kapcsolásban a kimeneti (azaz az R C munkaellenálláson eső) feszültség fázisa a bemeneti feszültség változásának fázishelyzetéhez képest? A kimeneti feszültség fázisa a bemeneti feszültség fázisának fordítottja lesz. 7. Milyen lefolyású a földelt emitteres alapkapcsolásban a bázisáram karakterisztikája a bázis-emitter feszültség függvényében? A nullától különböző bázisáramokhoz tartozó karakterisztikák az x tengelyhez viszonyítva csekély meredekségűek, vagyis a CE feszültség csak kismértékben hat vissza a bemenetre;a kimeneti jelleggörbék nem érik el a nulla CE feszültséget, mivel a kollektro és emitter között mindig esik egy csekély (szaturációs) feszültség. 8. Milyen lefolyású a földelt emitteres alapkapcsolásban a kollektoráram karakterisztikája a

kollektor-emitter feszültség függvényében? Ez utóbbi görbesereg esetében az egyes görbék mivel, milyen áramértékekkel paraméterezettek? Az U CE tengelyre felvett U t tápfeszültséget véve talppontként, a karakterisztika síkba berajzolható a munkaegyenes, melynek meredeksége megegyezik R C munkaellenállás értékével. 9. Egy földelt emitteres kivezérelhetőséget? alapkapcsolású erősítő munkapont beállításánál hogyan biztosítjuk a legjobb Ha az erősítőt lineáris üzemmódban akarjuk működtetni, 1%-nál kisebb torzítási tényező igénye esetén a bemeneti feszültség 2mV-nál nem lehet nagyobb. 10. Mely esetekben aIkaImazzuk a gyakorlatban a föIdelt emitteres erősítő alapkapcsolást? Amennyiben nagy teljesítményerősítésre, illetve viszonylag nagy bemeneti ellenállásra van szükség. 3.4 1. Hogyan határozzuk meg egy váltakozóáramúlag FC erősítő munkapont beállítását? A munkapont beállítás módszere

lényegesen eltér a FE-es kapcsolásnál alkalmazottaktól? Hasonlóan állítjuk a munkapontot, mint a FE erősítőnél, lényeges eltérés nincs. 2. Hogyan definiálható és határozható meg egy FC erősítő kisjelű váltakozóáramú feszültség-, áram- és teljesítményerősítése? A feszültségerősítés közel egységnyi lesz, mivel az emitter feszültsége követi a bázis feszültségét. A u =R E /(R E +r e ) Az áramerősítés közelíti a ß-t;a teljesítményerősítés szintén (A u ·A i ) 3. Hogyan definiálható és határozható meg a FC erősítők kisjelű, váltakozóáramú ki- és bemeneti ellenállása (impedandája)? A bemeneten és a kimeneten cca egyforma a váltakozó feszültség. R E =ΔU/ΔI E ΔI B =ΔI E /(1+ß); R be =(1+ß)R E terheletlen esetben; terhelt: R be =(1+ß)R T , ahol R T =R E ×R t (nagy bemeneti ellenállás) R ki =r e , ha a bemenetet feszültséggenerátorral vezéreljük (kicsi kimeneti ellenállás) 3.5 8 1. A

bipoláris tranzisztoroknak milyen helyettesítő képei ismeretesek? T: leggyakrabban FB kapcsoláshoz; PI: FE kapcsoláshoz 2. Milyen tulajdonságúak a tranzisztor T és PI jelű fizikai helyettesítő képei kis és nagy frekvenciás alkalmazási esetekben? Hogyan határozhatók meg a helyettesitő képek elemei? Milyen felépítésű a hibrid PI helyettesítő kép és mikor alkalmazzuk? Nagyfrekvenciás helyettesítésre nem alkalmasak, mert nem veszik figyelembe a tranzisztor belső kapacitásait. A hibrid PI nagyfrekvenciás célra is alkalmazható; ohmos, vezetés és kapacitív jellegű mennyiségek is szerepelnek benne. 3. Hogyan függ bipoláris tranzisztorok esetében a FB-ú és a FE-es erősítő kapcsolás rövidzárási áramerőíitési tényezőjének értéke a frekvenciától, és milyen összefüggés van a két tényezőhöz tartozó határfrekvencia között? Milyen alakú a ß áramerősítési tényező amplitúdó- és fázis-karakterisztikája? ?? 4. Milyen

jellegzetességgel rendelkeznek a bipoláris tranzisztorok kapcsoló üzemmódban? Kapcsolóüzemű működésben a tranzisztort lezárt állapotból telítési tartományba (illetve vissza) vezéreljük. Az átkapcsolási sebesség nem egyértelműen meghatározható, mivel a két állapot között jelentős töltésmennyiséget kell betáplálni, illetve kivonni. 5. Melyek a tranzisztorok működését határoló tényezők, amelyeket a bipoláris tranzisztorok gyári katalógusai tartalmaznak (maradékáramok, maradék (telítési vagy szaturációs) feszültség, határellenállás és teljesítménydisszipáció)? Maradékáram: a lezárt tranzisztoron átfolyó áram (kapcsolásonként eltérő) Letörési feszültség: a tranzisztor két átmenetének kölcsönhatása a kollektor és az emitter között mérhető feszültségnél érvényesül; ez esetben a CB átmenetre zárófeszültség, az EB átmenetre nyitófeszültség kerül. Maradék feszültség: mindenképpen a

tranzisztoron marad, bármennyire is kinyitjuk; ez az érték a működés egyik szélső határa. Határellenállás: az U CE -I C karakterisztikába berajzolható, origóból kiinduló szélső karakterisztika meredeksége. Teljesítménydisszipáció: a tranzisztoron átfolyó áramok és a rá eső feszültségek villamos teljesítményt jelentenek, amely a tranzisztor kristályt felmelegítik. 6. Milyen hatást fejt ki a hőmérséklet a tranzisztoros áramkörökre? A bipoláris tranzisztorok mely paraméterei függenek a hőmérséklettől? Záróirányban előfeszített CB átmenet esetében I CB0 záróáram hőmérsékeletfüggése jöhet létre, amely a munkapontot befolyásolja. Többféle hatás eredőjeként az áramerősítési tényező is a hőmérsékletfüggő lesz 4. Térvezérlésű tranzisztorok 4.1 1. Milyen térvezérlésű tranzisztor fajtákat - ún FET-eket - alkalmaznak az elektronikai gyakorlatban? Milyen általános, alapvető tulajdonságokkal

rendelkeznek ezek az elektronikus erősítő elemek? Miért nevezik őket unipoláris tranzisztoroknak is? Záróréteges térvezérlésű tranzisztor: JFET; szigetelt vezérlőelektródás térvezérlésű tranzisztor: MOSFET (kiürítéses/növekményes). A PN átmenetek mentén kialakuló kiürített/tértöltés réteget használjuk az eszközön átfolyó áram vezetésére; az áramvezető csatorna ellenállását/vezetését az áram irányára merőlegesen kialakított elektromos tér vezérli 4.2 1. Milyen az elvi felépítése, szerkezete, és fizikai működése az ún záróréteges vagy JFET-nek? A tranzisztor alapját álalában Si alapú, közepesen, egyenletesen adalékolt, vékony n típusú félvezető hasáb alkotja, amelynek két végén fémes csatlakozás található: source (emitter) és drain (kollektor). A hasáb párhuzamos oldallapján alakítanak ki két erősen adalékolt p tartományt, és fémes kivezetéssel látják el: gate (bázis). A PN átmenetnél

kiürített (tértöltés) réteg alakul ki; ennek vastagsága a kevésbé adalékolt oldalon jóval nagyob, mint az erősen adalékolt tartományban.A működés lényege, hogy az áramvezető csatorna szélességét befolyásoljuk a kiürített réteg vastagságának változtatásával. 2. Hogyan nevezik a FET-ek kivezetett elektródáit, és milyen a P-, illetve N-csatornás JFET rajz-jele? Source, drain, gate. 9 3. Hogyan írható le a JFET-ek ki-és bemeneti karakterisztikája? Milyen jellegzetes szakaszai különböztethetők meg az I D -U DS jelleggörbének? Mit nevezünk zárófeszültségnek, elzáródási vagy telítési áramnak valamint maximális telítési áramnak? A karakterisztika I D -U DS jelleggörbével szemléltethető. Jellegzetes szakaszok: U DS= 0; U DS <-U 0 ; U DS =-U 0 Zárófeszültség: U 0 . Ha U GS =0, akkor I D = I DSS = telítési áram Ha U DS =-U 0 , akkor I D = I DSS = maximális telítési áram 4. Milyen összefüggések határozzák meg

az I DS vezérlőfeszültségek függvényében? telítési drain-áramok nagyságát az U GS gate-source 2 I DS = I DSS (1-U GS /U 0 ) ; U 0 <=U GS <=U Gsmax ~0,6V; U 0 <0 5. Milyen szigetelt elektródás FET (azaz MOS-, MIS- vagy IG-FET) fajták különböztethetők meg felépítésük és karakterisztikájuk alapján? Milyen rajzjelekkel ábrázoljuk ezeket a térvezérlésű tranzisztor fajtákat? Kiürítéses (depletion) típusú, és növekményes (enhancement) típusú. 6. Milyen fizikai elvek alapján épül fel és működik a kiürítéses (depletion), n-csatormás MOS-FET? Mikor következik be a teljes elzáródás állapota? Hogyan jönnek létre az elzáródásos üzemben kialakuló I DS jelű telítési áramok? Alapját egy gyengén adalékolt p kristály adja, melynek két oldalán erősen adalékolt (n+) tartományt hoznak létre, ahová a drain és source fém kivezetései csatlakoznak. A drain és source között közepes adalékolású vékony n

csatorna van. A gate csatlakozója vékony szigetelővel van elválasztva Ha a G-re a S-hoz képest pozitív feszültséget kapcsolunk, akkor a csatornában a szigetelőréteg alatt pozitív töltéshordozók fognak influálódni, így kialakul egy kiürített réteg amely a csatorna szélességét csökkenti. Elegendően nagy abszolút értékű, negatív előjelű G feszültségnél a csatorna teljesen elzáródik. A növekvő U DS feszültség hatására is bekövetkezik az elzáródás, ilyenkor a szűk elzáródásmentes csatornarészen folyik az I DS . 7. Hogyan jön létre, és valósul meg a kiürítéses MOS-FET-ek növekményes üzemmódja? Minden kiürítéses MOSFET képes növekményes üzemmódban működni? Milyen összefüggés határozza meg az I DS telítési drain-áramok nagyságát az U GS gate – source vezérlő feszültségek függvényében? A növekményes üzemmódban is működőképes n csatornás MOS-FET-ek esetében létrejöhet az I DSS jelű áramnál

nagyobb értékű I DS jelű telítési drain áram? Ha 0V<U GS <= U GSF , akkor a növekményes tartományban működik. Amennyiben |U 0 | nagy érték, csak kiürítéses üzemmódban működik, ha kisebb, akkor növekményesben is. 8. Milyen fizikai elvek alapján épül fel és működik a növekményes (enhancement), n csatornás MOS-FET? Hogyan jön létre a csatorna vezetőképes állapota? Hogyan alakulnak ki az elzáródásos üzemben az I DS jelű telítési áramok? Hogyan nevezzük a csatorna teljes elzáródásához tartozó feszültséget? Milyen U GS feszültségnél értelmezett az I DSS jelű maximális telítési áram? Úgy épül fel, mint a kiürítéses, csak D és S között nincs előre kialakítött csatorna; emiatt csak növekményes üzemmódban képes működni. Ha a G feszültségét pozitív irányban növeljük és elérünk egy feszültséghatárt, a D és S között alapvető változás következik be a G elektródájához csatlakozó szigetelő

alatti kristály felületén: a G pozitív töltéseinek kiegyenlítésére elektronok indukálódnak. Ekkor U GS =U th Ha U GS nő U th -hoz képest, akkor I D is nő, mive növekszk az indukált csatorna vastagsága U DS bizonyos határáig. Az elzáródás feltétele: U GS -U DS <=U th 9. Milyen összefüggés adja meg a növekményes típusú MOS-FET-eknél az I DS telítési drain-áramok nagyságát az U GS gate - source vezérlő feszültségek függvényében? 2 I DS =I 0 (1-U GS /U th ) . 4.3 1. Milyen fizikai hatások determinálják a JFET-ek és a szigeteit vezérlőelektródás MOS-FET féleségek hőmérsékletfüggését, és milyen értékűek ezek? A FET tranzisztorok esetében, a hőmérsékletfüggés hatása alapján elvileg milyen kedvező tulajdonságú munkapont beállítás létezik? Az áramvezető csatornában mozgó töltéshordozók mozgékonysági tényezője, illetve a diffúziós potenciál (JFET-nél), vagy a küszöbfeszültség (MOSFET-nél)

hőmérsékletfüggése. A hőmérsékletfügetlen munkapont elzáródási árama: 2 I DS =I DSS (0,63/U 0 ) ; U GS (M)=U 0 +0,63V 4.4 1. Milyen térvezérlésü tranzisztoros erősítő alapkapcsolások ismeretesek? Milyen hasonlóságok állnak fenn a bipoláris tranzisztoros és a FET-es erősítő alapkapcsolások között? FS, FD, FG. Az erősítő fokozat elemeit egyenáramú jellemzőiket tekintve olyan állapotba kell állítani, hogy a beállítás a kisjelű váltakozóáramú a bemeneti vezérlés során megfelelő stabilitást illetve kivezérelhetőséget biztosítson az erősítfokozat számára. 10 2. Milyen munkapont beállítási módok szokásosak különböző FET-es erősítő alapkapcsolásokban? Hogyan valósítható meg a negatív értékű GATE-SOURCE feszültség beállítása egyszerű kétpólusú tápfeszültség alkalmazása esetén? ?? 3. Milyen egyenfeszültségű, valamint kisjelű, váltakozóáramú kis- és nagyfrekvenciás helyettesítőképei

léteznek a különböző FET-es erősítő alapkapcsolásoknak? Milyen paramétereket alkalmazunk általában a FET-ek helyettesítőképeiben? Milyen másodlagos hatások jelentkeznek a FET-es erősítőknél a nagyfrekvenciás alkalmazások során? ?? 4. Milyen jellegzetességgel rendelkeznek a földelt source-ú (FS) FET-es erősítő alapkapcsolások? Hogyan határozhatók meg a legfontosabb kisjelű, kisfrekvenciás váltakozóáramú jellemzői, a feszültség- és áramerősítési tényező, a ki- és bemeneti ellenállás? Az áramerősítés igen nagy, a kimeneti áram nem fordít fázist a bemenethez képest, bár A i negatív. A u =-g m r DS R T /(r DS +R T ) A i =-A u R G /R t =-g m R T R G /R t =-g m R D R G /(R D +R t ) r be =R G r ki =~R D (r DS >>R D ) 5. Hogyan határozhatók meg ugyanezek a paraméterek (a feszültség- és áramerősítési tényező, a ki- és bemeneti ellenállás értékei) egy soros áramvisszacsatolással felépített FS alapkapcsolás

esetében? A u =-g m R T /(1+g m R S1 ) r be =R G r ki =~R D 6. Milyen jellegzetességgel rendelkeznek a földelt drain-ű (FD) FET-es erősítő alapkapcsolások? Hogyan határozhatók meg a legfontosabb kisjelű, kisfrekvenciás váltakozóáramú jellemzői, a feszültség- és áramerősítési tényező, a ki- és bemeneti ellenállás? A kimeneti feszültség nem fordít fázist a bemenetihez képest. Jó impedanciaillesztőként viselkedik, mint nagy bemeneti ellenállású feszültségvezérelt feszültséggenerátor, kimeneti ellenállása kicsi. Előnyösebb munkapontbeállítás válik lehetővé, mivel U DS az FS kapcsolásénál nagyobb lehet. A u =-g m R T /(1+g m R S ) r be =R G r ki =~1/g m (általában 100250ohm) 7. Milyen jellegzetességgel rendelkeznek a földelt gate-ű (FG) FET-es erősítő alapkapcsolások? Hogyan határozhatók meg a legfontosabb kisjelű, kisfrekvenciás váltakozóáramú jellemzői, a feszültség- és áramerősítési tényező, a ki- és

bemeneti ellenállás? Nagyfrekvenciás áramkörökben használatos (rezgőkörös csatolásokkal): igen kicsi a zaja; G-t nem kell külön hidegíteni. A kimeneti feszültség a bemenetivel fázisban van A u =g m R T r be =(r DS +R D )/(μ+1); μ=g m R DS r ki =~R D 8. Milyen jellegzetességgel rendelkeznek a FET-es differenciálerősítő alapkapcsolások? Hogyan határozható meg a munkapont beállításuk, valamint a legfontosabb kisjelű, kisfrekvenciás váltakozóáramú jellemzői a feszültség- ás áramerősítési tényező, a ki- és bemeneti ellenállás értékei? A növekményes üzemmódú kiürítéses típusó MOSFET-tel felépített fokozat kivezérelhetősége optimálisnak mondható A us =-g m (R D ×R t /2); A uk =-R D /(2R SS ) r bes =2R G ; r bek =1/2R G r kis =2R D ; r kik =1/2R D 9. Milyen jellegzetességgel rendelkezik az ún fázishasító FET-es erősítő alapkapcsolás? Hogyan határozhatók meg a legfontosabb kisjelű kisfrekvenciás váltakozóáramú

jellemzői, a feszültségerősítési tényezői, és a kimeneti ellenállása, valamint a bemeneti ellenállása? Egy a bemeneti jellel azonos, és egy azzal ellentétes fázisú kimenőjelet szolgáltató erősítő. A u1 =g m R t1 /(1+ g m R t1 ); A u1 =-g m R t2 /(1+ g m R t1 ); R t1 = R t2 r ki1 =(r DS +R S )/μ; r ki2 =R D =R S 11 10. Milyen többtranzisztoros FET-es erősítő alapkapcsolást alkalmaznak a gyakorlatban a differenciálerősítő alapkapcsolás és annak változatain kívül? Milyen előnyökkel rendelkeznek a FET-tel és bipoláris tranzisztorral felépített tranzisztorpár változatok? Kaszkód kapcsolás: olyan két FET-es aszimmetrikus erősítő, ahol a két tranzisztor kimeneti oldala azonos munkaponti áramot vesz fel, és az erősítő kimenetét mindig a FG alapkapcsolású tranzisztor szolgáltatja Vegyes tranzisztorpár: igen nagy bemeneti ellenálás és áramerősítés jellemzi a kis és középfrekvenciás alkalmazásokban. 11. Milyen a

felépítése és milyen esetekben alkalmazzák a kettős gate-ű (Dual-gate) FET-eket? Általában kiürítéses MOSFET-ekből készülnek, lényegében két tranzisztor kaszkád kapcsolása révén. Leginkább mindkét G feszültségvezérlése mellett alkalmazzák a híradástechnikában keverő valamint AGC nagyfrekvenciás erősítő kapcsolásokban 12. Milyen belső és külső tényezők befolyásolják a FET-es erősítő alapkapcsolások frekvenciafüggését? Az erősítő eszköz frekvenciafüggését meghatározó tulajdonságai, az alkalmazott erősítőkapcsolás illetve az alkalmazott frekvenciafüggő energiatároló passzív elemek nagysága. 5. Az elektronikus erősítők általános jellemzői 5.1 1. Milyen szempontok szerint csoportosíthatjuk az elektronikus erősítőket? Milyen jellemzők alapján soroljuk be a szinuszosan vezérelt erősítőket az A-, AB-, B- és C jelű osztályokba? Felépítés alapján: diszkrét elemekből álló vagy integrált

áramkörös. Fokozatok száma szerint: egy vagy több fokozatú. Linearitás: lineáris vagy nemlineáris módon erősítik a bemenetre adott jelet. A osztályú: minden időpillanatban olyik áram; a munkapont a munkaegyenes középső tartományára esik. AB osztályú: ha a munkapont a lezárási tartományhoz közel kerül, és a vezérlőjel amplitúdója elég nagy; a vezérlő áram kis időre megszűnik. B osztályú: ha a munkapont a munkaegyenes alsó részére esik; a nyugalmi áram a vezérlőjel félperiódusában folyik. C osztályú: az áram a periódusidő 50%-ánál kevesebb ideig folyik. 2. Milyen erősítőket nevezünk lineáris erősítőknek? A lineáris erősítőknek milyen alapvető változatait különböztetjük meg? Mely erősítőket nevezzük szimmetrikus, és melyeket aszimmetrikus erősítőnek, és hogyan határozzuk meg a legfontosabb jellegzetességeiket és villamos paramétereiket? Lineáris az az áramköri hálózat, amely kimenetén mérhető

jelnagyság egyenes arányban áll a bemeneti jel nagyságával;csak bizonyos jelsszint-tartományban biztosított a linearitás: a nygjelű működés felé haladva romlik, kimeneti torzítás nő. Felosztás: teljesítmény alapján (kis, közepes, nagy); frekvenciatartomány alapján (egyenfeszültség, kis-, nagyfrekvenciás, mikrohullámú); bemeneti feszültség alapján (kis, közepes, nagy); Szimmetrikus: két, egymással megegyező félerősítőre bontható, általában földfüggetlen be- és kimenettel. Aszimmetrikus: a be- és a kimenet földelt lezárásokkal rendelkezik. A uü =u kiü /u be ; u ki =A uü ·u be ·Z t /(Z t +Z ki ) 3. Hogyan határozzuk az elektronikus erősítők nemlineáris torzítását és transzfer karakterisztikáját? Transzfer karakterisztika (átviteli jelleggörbe) az a függvény, ami az erősítő bemenetére adott jel függvényében ábrázolja a kimeneti jelet; lineáris erősítőknél ideális esetben egyenes a képe, a meredekség u ki

/u be az erősítést adja. Valóságos esetben a karakterisztika görbült, csak kisjelű vezérlésnél egyenes. A görbültség mértéke a linearitási hiba: h=?U ki /U ki . Az elektronika alapjai 2. rész 6. Erősítők visszacsatolása 6.1 Az elektronikus erősítők esetében mit értünk visszacsatolás alatt? Mit nevezünk pozitív és mit negatív visszacsatolásnak? Ezek miként befolyásolják az erősítő működését? Az erősítők kimenő jelének (áramának vagy feszültségének) egy részét a vezérlőgenerátor jeléhez hozzáadva a bemenetre vezetik. Pozitív visszacsatolás: a visszacsatolt jel azonos fázisban adódik hozzá a bemeneti jelhez; erősítőnél nem használható, mivel gerjedés jönne létre. Negatív visszacsatolás: a visszacsatolt jel ellenkező fázisban adódik hozzá a bemeneti jelhez. B=J V /J be ; A=~1/B 12 6.2 A visszacsatolásnak milyen hatása van az erősítő stabilitására? Negatív visszacsatolással a relatív

erősítésingadozás értéke csökken; a zavaró jelekre, zajra, torzításra is csökkentő hatással van (kevésbé kell törődni a tápfeszültség szűrésével, és nagyobb zajú áramköri elemek is használhatók a közbenső és végfokozatokban) 6.3 Milyen alapvető visszacsatolás típusok léteznek? Mik a visszacsatolt hálózatok fő jellemzői? Milyen hatása van a visszacsatolásnak az erősítők működésére? Az egyes viszszacsatolás típusok esetében hogyan definiáljuk és határozzuk meg a megfelelő átviteli jellemzőket (pl feszültség-, vagy áramerősítés, stb.), továbbá a ki- és bemeneti ellenállás értékeit? Befolyással vannak a visszacsatolt erősítő feszültségtranszferimpedanciájára. és áramerősítésére, be- és kimeneti illetve a Soros feszültség visszacsatolás: a kimeneti feszültséggel arányos feszültséget vezetik vissza a bemenetre; áramgenerátoros vezérlés esetén nem hatásos; a feszültségerősítés, a

meredekség és a kimeneti impedancia csökken, a bemeneti impedancia nő. H=A u B u ; A i =i ki /i be ; A Z =u ki /u be ; A uV =A u /(1+H); A SV =A S /(1+H) Soros áram visszacsatolás: a kimeneti árammal arányos feszültséget csatolunk vissza a bemenetre; nem célszerű áramgenerátoros vezérlést alkalmazni; a feszültségerősítés és az erősítőimpedancia csökken, a be- és kimeneti impedancia nő. H=A S B R ; A iV =A i ; A ZV =A Z ; A uV =A u /(1+H); A SV =A S /(1+H) Párhuzamos feszültség visszacsatolás: a kimeneti feszültséggel arányos áramot csatoljuk vissza a bemenetre; a feszültségerősítés és az erősítőadmittancia nem változik, az áramerősítés, az erősítőimpedancia, a be- és kimeneti impedancia csökken. H=A Z B S ; A uV =A u ; A SV =A S ; A iV =A i /(1+H); A ZV = A Z /(1+H) Párhuzamos áram visszacsatolás: a kimeneti árammal arányos áramot csatolják vissza a bemenetre; a feszültségerősítés és az erősítőadmittancia nem

változik, az áramerősítés, az erősítőimpedancia és a bemeneti impedancia csökken, a kimeneti impedancia nő. H=A i B i ; A uV =A u ; A SV =A S ; A iV =A i /(1+H); A ZV =A Z /(1+H) 6.4 Hogyan befolyásolja a visszacsatolás az erősítő frekvenciafüggését? Hogyan változik a visszacsatolt erősítő frekvencia-menete, azaz amplitúdó-, frekvencia-, illetve Bode-diagramja, a visszacsatolás nélküli erősítő frekvenciamenetéhez képest? Milyen összefüggések állnak fenn a visszacsatolt és a visszacsatolatlan feszültségerősítő feszültségerősítés és határfrekvencia értékei között? A visszacsatolás nem szünteti meg a frekvenciafüggést (esetenként jelentősen befolyásolhatja). A visszacsatolt jel ellenfázisban adódik hozzá a bemeneti jelhez: ez csak a sávközép frekvencián történhet; ettől távolodva a fáziskülönbség növekedése gerjedéshez vezet. 6.5 Milyen példák megvalósítására? ismeretesek általában az egy- és

kétfokozatú erősítők negatív visszacsatolásának Soros áram: FE kapcsolás; a visszacsatoló hálózatot R E képviseli, amit nem hidaltunk át kondenzátorral;a fezültségerősítést csökkenti, de a fázisfordítás megvan. U Re a vezérlés hatását csökkentve visszakerül a bemenetre: U Re arányos I E árammal, azaz a kimeneti árammal arányos feszültségjelet csatoltunk vissza. H=A S R E Párhuzamos feszültség (FC) és áram (FE): a bemeneti kapcsokra párhuzamosan kell rávezetni a kimeneti feszültséggel és árammal arányos jelet. H=h 21 R C1 /R V 7. Műveleti erősítők és alkalmazásuk 7.1 Milyen felépítésű erősítőt nevezünk (integrált) műveleti erősítőnek és mik az alapvető tulajdonságai, melyek a legfontosabb paraméterei? Milyen áramköri egységekből épül fel a műveleti erősítő? Szimmetrikus erősítő két földfüggetlen bemenettel: a – kapocsra adott vezérlőjel invertál, a + kapocsra adott jel nem invertált jelet

eredményez. 70120dB feszültségerősítéssel rendelkezik a szimmetrikus összetevőre vonatkozólag Kéttelepes táplálást igényel. Nyugalmi bemeneti áram: a differenciálerősítő munkaponti bázisárama U ki =0 esetén I b =(I B1 +I B2 )/2 Bemeneti ofszet áram: U ki =0 esetén I bo =I B1 -I B2 Bemeneti ofszet feszültség: U ki =0 esetén U bo =U be1 +U be2 Bemeneti hőmérsékleti áram-drift: a bemeneti ofszet áram hőmérsékleti tényezője i do =dI bo /dT Bemeneti hőmérsékleti áram-drift: a bemeneti ofszet feszültség hőmérsékleti tényezője u do =dU bo /dT Nyílt hurkú feszültségerősítés: terheletlen kimeneten, visszacsatolás nélkül, szimmetrikus bemeneti jellel: A uo =u ki /u bes Közös feszültségelnyomási tényező: a szimmetrikus és közös feszültségerősítés hányadosa D u Bemeneti ellenállás (szimmetrikus): R bes =u bes /i bes Kimeneti ellenállás (aszimmetrikus): R ki =-u kiü /i kir Sávszélesség: a feszültségerősítés

határfrekvenciája, ahol a feszültségerősítés 3dB-vel csökken (a kisfrekvencián mérthez képest) Kivezérlési határfrekvencia: az a legnagyobb frekvencia, ahol a maximális kimeneti feszültség még torzítatlan f kv Maximális változási sebesség: S max =-U 0 ω Áramköri egységei: differenciálerősítő, fázisösszegző, iIlesztő, szintáttevő, végfokozat 13 7.2 Melyek a legfontosabb jellemzői, alapvető tulajdonságai és villamos paraméterei a műveleti erősítő legfontosabb egységének, a differenciálerősítőnek? A szimmetrikus erősítőkre vonatkozó vezérlési üzemmódok és paraméterek érvényesek rá. Szimmetrikus bemeneti jel: u bes =u be1 -u be2 Közös jel: u bek =u be1 +u be2 /2 ss Szimmetrikus feszültségerősítés: A u =(αR C ×R t /2)/R E kk Közös erősítés: A u =R C /2R EE ks Vegyes erősítés: A u =u kik /u bes ss kk Közös feszültség elnyomás: D u = A u /A u s Szimmetrikus bemeneti impedancia: Z be =u bes /i bes

=2(1+ß)r E s Szimmetrikus kimeneti impedancia: Z ki =2R C k Közös bemeneti impedancia: Z be =ßR EE 7.3 Napjainkban melyek a gyakorlatban alkalmazott műveleti erősítő típusok, és ezeknek melyek a legfőbb jellemzői? μA7xx sorozat. Nιhány (típusfüggő) jellemző: nagy sávszélesség, általános felhasználás, nagy működési sebesség, hőmérséklet szabályzott differenciálerősítő, kis teljesítményfelvétel, kis zaj, FET bemenet, stb. 7.4 Melyek a legfontosabb műveleti erősítőkkel megvalósítható, lineáris erősítő alapkapcsolások? Negatív viszacsatolt invertáló/nem invertáló erősítő; összegző áramkör; egységerősítésű követőerősítő; differenciaerősítő 7.5 Milyen váltakozóáramú (AC) erősítő alapkapcsolások ismeretesek? Milyen a felépítése a leggyakrabban alkalmazott, műveleti erősitőkkel felépített differenciáló és integráló alap kapcsolásoknak? Alapkapcsolás; ofszet kiegyenlítés; kompenzáló

kapcsolás; integrátor; differenciátor 7.6 Milyen a felépítése a leggyakrabban alkalmazott, műveleti erősítőkkel felépített DC és AC vezérlésű árarngenerátoroknak? Aktív szabályozó áramkörrel nagy pontosságú referencia feszültséget állítanak elő, és a keletkező áramot a terhelésre vezetik. R t -t a visszacsatoló ágban helyezik el, és az azon átfolyó áram csak U 0 -tól és R 0 -tól függ 7.7 Milyen aktív, analóg szűrő-típusokat különböztetünk meg? Milyen aktív szűrőtípusokra vonatkozó, műveleti erősítővel megvalósított kapcsolási példákat ismer? A szűrők áteresztő- vagy zárósávja alapján megkülönböztethetők: aluláteresztő, felüláteresztő, sáváteresztő, sávzáró szűrők Integráló kapcsolásban elhelyezett műveleti erősítő aluláeresztőként viselkedik; az R és C elemek felcserélésével felüláteresztő lesz (differenciáló áramkör). Sáváteresztő szűrő készíthető, ha TT kört

helyezünk a műveleti erősítő visszacsatoló ágába; sávzáró szűrőhöz a bemenethez kell illeszteni a TT tagot. 7.8 A műveleti erősítők nagyszámú alkalmazási lehetőségei között, milyen hullámforma generátor megvalósítására szolgáló kapcsolásokat ismer? Műveleti erősítős integrátorból, illetve hiszterézissel rendelkező komparátorból négyszög, háromszög, fűrész, impulzus, stb generátorok készíthetők; kisebb frekvenciákon ezek pontosabb hullámformájú, nagyobb stabilitású jelet állítanak elő, mint a diszkrét elemekből épített áramkörök A legtöbb hullámforma-generátor a háromszög-négyszög alapkapcsolásra vezethető vissza, pl a feszültségvezérelt ismétlődési frekvenciájú fűrészgenerátor. 14