Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboekenModule 4, Hoofdstuk2, Paragraaf 2.9 Blz 130 t/m 138

Weet je dat de Transistorversterker is ontwikkel door William Shockley, John Bardeen en Walter Brattain? Deze wetenschappers waren op zoek naar een vervanging voor de vacuümbuizen die in de eerste computers werden gebruikt. Vlak voor de Kerstmis van 1947 maakte het drietal de eerste transistor. Deze transistor verbruikte minder energie en was veel kleiner. In 1956 kregen de heren de Nobelprijs voor hun uitvinding. Lees in dit artikel verder over de verschillende klasse instelling van een Transistor.

Voordat je verder leest!

Voordat je verder leest kijk eerst eens naar de volgende artikelen die ook over de transistor gaan:

De verschillende klassen van instelling

We hebben al heel wat basiskennis van de transistor opgedaan in DIT ARTIKEL. Hier gaan we door op de ingeslagen weg en breiden we deze kennis uit. Misschien heb je er al wel van gehoord dat de transistor in verschillende klassen ingesteld kan worden.

Natuurlijk hebben deze klassen elke specifieke eigenschappen. We gaan hier nader in op de klasse instelling A, B, AB en C. De instelling houdt rechtstreeks verband met de polarisatie van de transistor.

Wat we tot nu gezien hebben is de instelling in klasse ”A”. Lineariteit en rendement worden mede door de klasse instelling bepaald.

Klasse-indeling van transistorinstellingen

In de elektronica wordt een bepaalde klasse-indeling toegepast om aan te geven, hoe een transistor is ingesteld.

Klasse instelling A
Bij deze instelling vloeit er volop gelijkstroom door de transistor. Deze instelling treffen we aan in voorversterkertrappen.

Klasse instelling B
Dit is de instelling waarbij de transistor stroomloos is. De transistor is dan ingesteld in het zogenaamde afknijppunt (0,6V voor Silicium of 0,2V voor Germanium).

De klasse indeling in de karakteristiek van Ube/Ic

Klasse instelling AB
Dit is de instelling waarbij de transistor net niet is afgelopen. Deze instelling wordt veel in eindversterkerschakelingen toegepast.

Klasse instelling C
Dit is de instelling in het stroomloze gebied (spergebied). Deze instelling treft men aan bij impulsversterkers, zenderversterkers en oscillatoren.

1- De instellingsklasse wordt bepaald door de polarisatie
Er kan niet genoeg aandacht besteed worden: de polarisatie bepaalt de plaatsing van het rustpunt op de belastingslijn. Men kan dit punt langs deze lijn verplaatsen, met als gevolg veranderingen van het gedrag. Deze verplaatsing wordt bepaald door de waarde van de weerstanden die de polarisatie bepalen.

De klasse instelling A zonder instellingen

De klasse instelling A

Om een versterker in klasse A te laten werken moet je instelpunt ”R” in het midden van de lijn plaatsen. Daartoe neem je de helft van de voedingsspanning voor de waarde van Uce (zie onderstaande afbeelding).

Dit betekent dat in rusttoestand altijd (geen wisselspanning signaal op de ingang) een ruststroom Ic door de transistor zal vloeien: Ic is de helft van de verzadiging stroom. Zoals we al eerder gezien hebben, plaatsen we bovenop de vaste gelijksspanning op de basis ene bepaalde wisselspanning.

Deze spanning zal onmiddellijk het instelpunt op die belastingslijn verschuiven al naargelang de vorm van die lijn. Daarbij moet je er wel voor waken dat de instelling zodanig uitgevoerd wordt dat de transistor nooit in verzadiging of in spertoestand komt. Dit zou immers vervorming opleveren.

De verhouding Uce/Ic met grootheden in  A

De A-klasse-instelling wordt veel gebruikt bij LF (laagfrequente) signalen en eveneens in de lagere band van het hoogfrequent bij laag vermogen. Eigenschappen van de klasse-A-instelling zijn:

  • Uitstekende lineariteit;
  • Gemiddeld rendement (max50%) (zonder ingangssignaal verbruikt de transistor het vermogen gelijk aan Uce keer Ic …… dus opwarming!)

De klasse instelling B

We zagen het reeds, het grote nadeel van een klasse A-instelling is het lage rendement. Een gevolg is de productie van onnuttige warmte en de negatieve invloed door de temperatuur op de instelling zelf. Het ideaal zou zijn geen instelvermogen te verliezen. De ruststroom is dan ”NUL”.

Dit kun je krijgen door gebruik te maken van de klasse instelling B. Je zorgt ervoor dat er geen stroom vloeit zolang er geen wisselspanning aan de ingang wordt gelegd. Met andere woorden, de transistor staat geblokkeerd of gesperd. Dit wordt ook wel ”in CUT OFF” (afknijppunt) genoemd.

Zodra er een positieve wisselspanning aan de ingang komt, zal de transistor beginnen geleiden zoals hieronder verduidelijkt wordt.

De klasse instelling B met verhoudingen weergegeven

Het instelpunt in bovenstaande afbeelding 2.36 is bij Ic=0, de transistor staat volledig gesperd. Hierboven merken we op dat de transistor onder invloed van de aangelegde wisselspanning geblokkeerd wordt.

De ingang volgt de uitgang voor 180°. Meteen zien we ook dat er iets aan het rendement verandert. De transistorschakeling verbruikt geen onnuttige energie meer als er geen signaal wordt aangelegd. Daar tegenover staat dat we aan de uitgang slechts de helft krijgen van wat aan de ingang werd aangelegd (één periodehelft van de wisselspanning).

Wat kunnen we hiermee doen? Het kan negatiever. Bij gebruik van kleine signalen weten we dat dat gedeelte van de belastingslijn niet helemaal lineair verloopt. Het aangelegde signaal wordt daar vervormd, en meestal is dat niet de bedoeling.

Om beide periodehelften te verwerken maken we gebruik van een complementaire eindtrap (PUSH PULL schakeling). Deze bestaat uit TWEE transistors die elk één periodehelft voor eigen rekening nemen. Door de uitgangssignalen van beide transistors te combineren, kunnen we de vorm van het aangelegde signaal weer samenstellen.

Dir verhaal geldt vooral voor LF-versterkers. Zo ziet het signaal in onderstaande afbeelding eruit indien geen zorg aan de schakeling werd besteed. Dit noemt men ”cross-over”-vervorming. Het blijft een klasse ”B” zonder meer.

De vervorming ontstaat bij overgang van één periodehelft naar de andere. Hoe we dit verhelpen is vrij eenvoudig. We moeten er bij de instelling voor zorgen dat er een kleine stroom vloeit waardoor het instelpunt zich voorbij het niet lineair deel van de belastingslijn bevindt. Het rendement zal natuurlijk enigszins verminderen.

Het cross over effect bij  B

Eigenschappen samengevat voor klasse B:

  • Goed rendement (maximaal 78%);
  • Vervorming bij overgang naar volgende fase (cross over);
  • Noodzaak van een symmetrische opstelling (LF;complementaire eindtrap).

De klasse instelling AB

Bij de klasse AB worden de negatieve eigenschappen van de klasse A (rendement) en klasse B (cross over-vervorming) teniet gedaan. Hierdoor is men gaan werken met een nieuwe klasse, de klasse AB.

Principe

Vaak worden onze versterkers in deze klasse AB ingesteld. Je vermoedt het al: het instelpunt zal ergens tussen klasse A en B in liggen. Je polariseert zodanig dat de schakeling voor kleine signalen in het lineair deel (klasse A) werkt en in klasse B voor grote signalen.

Door deze polarisatie, die lager ligt dan die in klasse ”A”, kan door de transistor een kleine stroom lopen zonder ingangssignaal. De lineariteit kan hier onder lijden, zodat we aan de uitgang moeten zorgen voor een filterkring.

De harmonische vervorming is het gevolg van deze instelling en de niet-lineariteit. De eigenschappen van Klasse AB samengevat zijn:

  • Gemiddeld rendement (60%);
  • Aanvaardbare lineariteit.

De klasse instelling C

Deze klasse is erg nuttig bij gebruik van frequentievermenigvuldigers, en in het algemeen als krachtige versterking noodzakelijk is waarbij de lineariteit niet zo belangrijk is. Voor radio is deze klasse minder geschikt, afgezien van bijzondere gevallen. Het principe is (meestal) eenvoudig:

We zorgen ervoor dat de instelling zodanig is dat de transistor slechts gedurende beperkte tijd kan geleiden (minder dan 180°). Een puls komt als het ware op de uitgang terecht (maar dan met een hoog vermogen).

Je merkt dat het signaal zeer sterk NIET lineair wordt behandeld. We moeten de rest van het signaal reconstrueren met een trillingskring met GROTE kwaliteitsfactor (harmonischen).

DE klasse instelling C

Bovenstaande afbeelding verduidelijkt een en ander. Een klein deel van het ingangssignaal doorloopt de versterking. Men kan korte pulsen produceren maar met een aanzienlijk vermogen. Daar deze opzet NIET lineair is, wordt deze schakeling vooral bij vermogensversterking, frequentievermenigvuldiging, menging enzovoort gebruikt. Het rendement is groot (75%).

In een audio versterker gebruiken ze ook een C

Samenvatting van de Klasse instelling

Transistors kunnen voor gelijkstroom worden ingesteld volgens:

  • Klasse A: er vloeit volop gelijkstroom door de transistor;
  • Klasse B: in het afknijppunt, net stroomloos;
  • Klasse AB: net niet afgeknepen;
  • Klasse C: in het stroomloze gebied.

Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboekenModule 4, Hoofdstuk2, Paragraaf 2.9 Blz 130 t/m 138

Geef een reactie

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.