YÜKSELTEÇLER - 3:
B-Sınıfı Push-Pull Yükselteç
B sınıfı çalışmada transistörlerin her ikisi de kesime (cut-off)
bayaslanır. Şimdi düşünelim. Tek transistörlü bir yükselteci
kesime bayaslarsak giriş sinyalinin sadece pozitif bölümlerini
yükseltecekti. Negatif bölümlerinde ise transistör kesimde
kalacaktı. Aslında B-Sınıfı yükselteçlerde transistörlerin her
ikisi aynı anda çalışmaz. Giriş sinyalinin pozitif bölümünde
biri negatif bölümünde ise diğeri çalışır. Aslında
transistörlerin her ikisi de NPN olduğuna göre ikinci transistör
nasıl oluyor da negatif bölümde çalışıyor? Çünkü negatif
bölüm girişteki trafo yardımı ile pozitif şekle dönüştürülüyor.
Aşağıda Transformatör kuplajlı B-Sınıfı bir yükselteç şekli
görülmektedir.
Vi giriş sinyali ortası sıfırlı (center tapped) giriş trafosu
üzerinden, iki eşdeğer NPN transistör çifti üzerine
uygulanmıştır. Ortası sıfırlı giriş trafosu, ters fazlı iki
giriş
sinyali sağlar. Şekildeki trafonun üzerindeki siyah
noktalar
trafonun sarım yönünü göstermektedir. Dikkat
edilirse
trafonun ssekonderinin üst ucu noktalı alt ucu
noktasız
durumda. Primerinin ise üst ucu noktalı. Bunun
anlamı
primer de üst uç pozitif olursa sekonder de üst uç
pozitif alt
uç negatif olacaktır. Primer de üst uç negatif
olduğunda
sekonder de üst uç negatif alt uç pozitif olacaktır.
RL yük direnci güç transistörlerinin kollektörlerine ortası
sıfırlı bir çıkış trafosu ile bağlanmıştır. Bu devrelerde trafo
kullanılması; distorsiyon, bant genişliği, verim yönünden
mahsurludur. Fakat diğer taraftan yük direncinin
empedansının kollektör empedansına uydurulmasını
sağlamaktadır.
Giriş sinyali bulunmadığı zaman (DC çalışma yada sessizlik
durumu) her iki transistörün de beyz ve emitör bayaslaması
toprak potansiyelinde olacaktır. Bu durumda her iki transistör
kesim durumunda kalacaktır. Giriş sinyali pozitife gittiği
zaman Q1 transistörü düz bayaslanarak iletime geçecek
Q2
transistörü iyice ters bayaslanacağı için kesimde
kalacaktır. Q1
transistörü iletime geçtiği zaman çıkış
trafosunun üst yarısı
üzerinden İc1 akımı akacaktır. Giriş
sinyalinin negatif
olduğunda Q2 transistörü iletime geçecek,
Q1 kesimde kalacaktır. Q2
nin iletime geçmesi ile çıkış
trafosunun alt yarısı üzerinden
İc2 akımı akacaktır. Böylece
giriş sinyalinin pozitif
kısımlarında Q1 transistörü, giriş
sinyalinin negatif
kısımlarında ise Q2 transistörü yükseltme
işini yapacaktır. Aşağıdaki
şekilde transistörlerin çalışması
zamana bağlı grafiklerle de
gösterilmiştir.
Şimdi, maksimum kollektör kaybını ve maksimum verimin
hangi
şartlarda oluştuğunu açıklayacağım. DC çalışma
konumunda (Hiç
sinyal girişi olmadığı zaman) her iki
transistör de kesimde
kaldığı için hiçbir kollektör akımı
akmayacak, bu durumda da
hiçbir kollektör kaybı
olmayacaktır. Vi giriş sinyali
uygulandığı zaman, Vcc
besleme geriliminden çekilen akım
yukarıdaki şekli "d"
bölümündeki gibi olacaktır. Imax, İc1 ve
İc2 kollektör
akımlarının tepe değerlerini temsil ettiğine göre,
toplam
akımın RMS değeri;
Irms=(2 / pi) x Imax
Voltaj kaynağı Vcc tarafından sağlanan güç Pcc;
Pcc=(2 / pi) x Vcc x Im
Pcc = (2 x Vcc2) / (pi x RL')
yazılır. Imax değeri, kollektör akımını temsil eden (ya da
primer yük akımı), yük üzerine gönderilen güç;
PL=RL' x Irms2 = 0,5 x RL x Imax2
Q1 ve Q2 transistörlerinin kollektör - emitör arası gerilimler;
Vce1= Vcc - İc1 x RL'
Vce2= Vcc - İc2 x RL'
formülleri ile belirlenir. Çıkış trafosunun primer sargılarının
dirençlerini ihmal edilebilir kabul edersek trafonun primer
sargılarında ulaşılacak en büyük gerilim değeri Vcc değerine
eşit
olacaktır. Bu nedenle yük üzerine gönderilecek
maksimum güç;
Plmax=0,5 x Vcc2 / RL' = 0,5 x Vcc x Imax
İle bulunur
B-Sınıfı güç yükseltecinin maksimum teori verimi;
Verim= PL/Pcc buradaki değerleri yerine koyup
sadeleştirirsek
Verim= 0,785 ya da %78,5
B-Sınıfı güç yükselteci tarafından sağlanacak maksimum
çıkış
gücü
1. Belirlenen maksimum kollektör akımı
2. Kollektör gerilimi
tarafından sınırlanır.
Bazı durumlarda da transistörün kollektör kaybı tarafından
belirlenmektedir. Şimdi bu iki durumu inceleyelim.
Maksimum kollektör-emitör gerilimi Vce(max) ve maksimum
kollektör akımı Ic(max) transistör kataloglarında belirtilir.
Yukarıdaki devre şemasında Q1 transistörü göz önüne
alınırsa
iletime geçtiğinde transistörün kollektör akımı ic1
çıkış
trafosunun alt yasına -v2 gerilimi emdükler. V1=-v2
olduğundan
ve bu gerilim maksimum besleme gerilimine
ulaşabildiğinden,
kollektör-emitör arası gerilim Vce(max) en
az 2 x Vcc değerini
alıncaya kadar transistör dayanabilmelidir.
Yani transistörlerin
Vce(max) değerleri besleme gerilimini
en az iki katı yada daha
fazlası olmalıdır.
Vce(max) değerini kullanarak yük üzerine
gönderilecek
maksimum güç değerini veren formül;
PL= Vce(max) x Ic(max) / 4
Bu formül bir güç transistörünün maksimum gerilim ve akım
değerlerini aşmadan B-Sınıfı bir yükselteç de vereceği
maksimum gücü verir.
İkinci durumda, maksimum çıkış gücü, transistörün
maksimum
kollektör kaybı ile sınırlıdır. B sınıfı yükselteçte
DC çalışma
şartlarında ic1 = ic2 = 0 olduğu için her
transistörün kollektör
kaybı sıfırdır. Bu nedenle maksimum
kollektör kaybı girişe
sinyal uygulandığı anda meydana gelir.
(daha açık olarak B sınıfı
yükselteç de girişe sinyal
uygulanmadan çıkış transistörlerinden
akım akmaz ve
ısınmazlar.) Girişe sinyal uygulandığında
ani
kollektör kaybı;
Pc= Vce x İc
İle tarif edilir.
Q noktası AC yük doğrusu üzerinde Vce = Vcc' x Ic =Q
noktasından, Vce = 0, Ic = I noktaları arasında hareket
ettikçe, Vce, İc ve Pc değerlerinin ani değerleri de bu çizgi
üzerinde noktadan noktaya değişecektir. Pc gücünün
maksimum
değeri, Ac yük doğrusunun, izin verilen
maksimum kollektör kaybı
eğrisine teğet olduğu noktada
oluşur. Teğet noktası Vce= Vcc / 2
ve Ic= I / 2 değerleri ile
belirlenir.
Bu eşitliklerden her transistörün maksimum kollektör kaybının
eşit
olduğunu ve değerinin;
Pc(max) = (Vcc / 2) x (1 / 2)
Pc(max) = Vcc2 / (4 x RL')
olduğunu hesaplayabiliriz.
Şimdi A-Sınıfı bir yükselteçle B-Sınıfı
bir yükselteci çıkışları
bakımında karşılaştıracak olursak, sinüs
giriş sinyali için
B-Sınıfı bir yükselteç A-Sınıfı yükseltece göre iki
kat fazla
güç verir.
Önümüzdeki ay B-Sınıfı yükselteçlerin bazı bayaslama
özellikleri ve Complementary Symmetry yükselteçleri
inceleyeceğiz..
Görüşmek üzere...