Transistor

TRANSİSTÖRLER

Transistör genel olarak , üç bacaklı, emitör, kollektör ve beyz olan bir devre elemanıdır. Bazı durumlarda 2, 3 yada 4 bacaklı olabilir.  Bacakları farklı isimler alabilir.
Transistörün yapısına göre akım yada  gerilim kazancı sağlayan, başka bir değişle YÜKSELTME işi  yapan bir devre elemanıdır.
Transistörler aynı zamanda katı-hal “solid-state” devre  elemanlarıdır.
Transistör yapımlarında silisyum, germanyum yada uygun  karışımlar  kullanılmaktadır.  Transitör bir grubun genel adıdır.
Bu grup içinde BJT, FET, MOSFET…..vardır.

İlk olarak BJT (Bipolar Junction Transistor) konusunu  anlatacağım. Neden Bipolar “çift kutuplu” denmektedir?
Çünkü BJT içinde hem çoğunluk taşıyıcılar hem de azınlık  taşıyıcıları görev yaptığı için. Neden junction “yüzey birleşimli”. Buradaki “yüzeyi” ben koydum. Sebebi ise transistör ilk icat edildiğinde yarı iletken maddeler bir nokta olarak birbirlerine  değermiş. Bu nedenle onlara “Nokta Değmeli Transistör”  denirmiş. Artık transistörler bir tost görüntüsünde olup yarı  iletkenler birbirlerine yüzey olarak yapışık şekilde üretilmektedir.

İki tip BJT transistör vardır. Birisi NPN, diğeri PNP transistör.
Bunları şekilleri ve sembolleri aşağıda görülmektedir.

Birinci şekilde de görüldüğü gibi NPN transistör, N, P ve N  tipi yarı iletkenlerden oluşmuştur. Daha kalın olan N maddesi  kollektör ( Collector ), kollektöre göre daha ince olan N  maddesi emitör ( Emitter ) ve çok ince olan ” yaklaşık  0,002mm” P maddesi ise beyz (Base) olarak adlandırılır.  PNP transistör ise daha kalın olan P maddesi kollektör  ( Collector ), kollektöre göre daha ince olan P maddesi emitör
( Emitter ) ve çok ince olan ” yaklaşık 0,002mm” N maddesi  ise beyz (Base) den oluşur.

Buradaki C,B ve E harflerinin anlamları ise  C TOPLAYICI, B TABAN ve  E YAYICI dır.

Transistör İçindeki Hareketler.

BJT transistörün çalışmasını taşıyıcının 1; püskürtülmesi
(injection), 2; sürüklenmesi (diffusion) birleşme ve
3; toplanması (collection) olarak kısaca anlatabiliriz.
Aşağıda NPN bir BJT transistörün içinde oluşan akımlar ve
nasıl oluştuğunu gösteren şekle bakalım.

E-B bağlantısı VEE bataryası ile doğru bayaslanmıştır.
C-B bağlantısı ile VCC bataryası ile ters bayaslanmıştır.

1; Püskürtülme
NPN transistör içinde Elektronlar, emitör bölgesi içinde  Çoğunluk taşıyıcılarıdır. E-B bölgesine uygulanan doğru  bayas ile, (Emitor N tipi madde, buraya VEE bataryasının
negatig ucu bağlanmış, Beyz P tipi madde ve buraya da  VEE bataryasının pozitif ucu bağlanmış.) elektronlar VEE  bataryasının negatif ucundan emitöre girerek beyze doğru
püskürtülürler. Emitörden beyz bölgesine püskürtülen  elektronlar, emitör akımını oluşturur ve IE olarak adlandırılır.

2; Sürüklenme
Beyz bölgesin giren elektronlar burada azınlık taşıyıcısı  oldukları için hareketleri bir sürüklenmedir. Beyz bölgesi çok  ince olduğundan, emitörden beyze doğru püskürtülen
elektronların ancak bir kısmı buradaki boşluklarla birleşir. Her boşluk-elektron birleşmesinden dolayı yeni bir boşluk  oluşur. Böylece az miktarda elektron beyz bölgesinden VEE  bataryasının pozitif terminaline gider. Bu elektron akışı IB  beyz akımını oluşturur.

Beyz bölgesinin çok dar olduğunu, bu nedenle çok az  boşluk-elektron birleşimi (recombination) oluştuğunu ve bu  nedenle de beyz akımının çok küçük değerde olduğunu az  önce söylemiştim. Bu akım aynı zamanda kollektor kesim  akımı                 ( Collector Cut-Off current) ICO olarak da adlandırılır.

3; Toplanma
Beyz bölgesinde boşluk-elektron birleşmesi yapamayan  oldukça çok sayıdaki elektron beyz içinde pozitif biaslı  kollektöre doğru sürüklenerek çekilirler. N tipi kollektör ters
biaslı olduğu için buradaki elektronlar VCC bataryasının pozitif ucu tarafından çekilmiş ve kollektör içinde bolca boşluk  oluşmuştur. İşte beyzden gelen elektronlar kollektördeki bu boşluklarla birleşir. Her birleşme sunucu açığa bir elektron  çıkar. Bu elektronlarda kollektör terminaline bağlı VCC  bataryasının pozitif ucu tarafından çekilerek toplanır. Beyz  içinde sürüklenen elektronların kollektör tarafından  çekilebilmesi için VCC geriliminin, VEE geriliminden daha büyük olması yada başka bir değişle kollektör deki pozitif  gerilim değerinin beyz deki pozitif gerilim değerinden daha  büyük olması gereklidir. (VCC > VEE) Bu şekilde oluşan  akıma Kollektör Akımı, IC denir.

Şimdi aklınıza şöyle bir sonuç gelebilir. Eğer VEE gerilimini  yeteri kadar büyütürsem beyz bölgesindeki elektronların  hepsi beyze bağlı VEE bataryasının pozitif ucu tarafından çekilir ve kollektöre hiç elektron gitmez ve IC akımı oluşmaz. Yada başka bir değişle VEE bataryasının değerini değiştirerek IC akımını değiştiririm, yani beyz emitöre göre daha pozitif  olduğunda IC akımı azalır, beyz emitöre göre daha az pozitif  olduğunda IC akımı artar.  Bu doğrumudur? Eğer beyz maddesi en az emitör kadar
kalın olursa doğrudur.
Gerçekte beyz o kadar incedir ki; E-B arasına uygulanan gerilim, yani beyzde ki pozitiflik  emitör tarafından çok yoğun elektron gelmesini sağlar. Fakat beyz çok ince olduğu için üzerinde az miktarda  elektron-boşluk birleşmesi olur. IB akımını bu elektron-boşluk  birleşmesi sağladığı için her zaman IB beyz akımı IC kollektör
akımından az olacaktır. Yani buradaki püf noktası beyzin emitör ve kollektöre göre çok ince olmasıdır.

PNP transistör içindeki olayları çok kısa olarak açıklamak yeterli olacaktır. PNP transistör içinde çoğunluk taşıyıcısı  BOŞLUKLAR dır. Bağlanan bataryaların kutupları ters, akım  yönleri de ters dir.  Yani NPN bir transistörde beyz emitöre göre pozitif,
kollektöre göre negatif, kollektör ise hem base hem de  emitöre göre pozitif olur. Akım yönleri ise kollektörden içeri  doğru, beyz den içeri doğru ve emitörden dışarı doğrudur.
PNP bir transistör de beyz emitöre göre negatif, kollektöre  göre pozitif, kollektör ise hem base hem de emitöre göre  daha negatif olur. Akım yönleri ise kollektörden dışarı doğru, beyz den dışarı doğru ve emitörden içeri doğrudur.

Yukarıdaki paragrafta söylediğimi bir formül olarak yazarsak;

IE=IC+IB ,

Olup transistör üzerinden geçen akımın denklemidir.

Hatırlanması gereken yada unutulmaması gereken bir  noktada, dikkat edilirse E-B bağlantısı bir diyot gibi. Yani  PN birleşimi. Şimdi bir hatırlama yapalım. Bir PN birleşimden  akım geçebilmesi için eşik voltajının aşılması gerekir. Bu  voltaj değeri silisyum için yaklaşık 0,6V, germanyum için  yaklaşık 0.2 volt dur. Transistörden akım geçirilebilmesi için beyz-emitör voltajının aşılması gereklidir.

Bir transistörün temel denklemi           IE=IC + IB  idi.

Burada beyz akımı olan IB, IC ve IE akımlarına göre çok  küçük olmaktadır. Bunun sebebi de beyz bölgesinin çok ince  olmasından kaynaklanmaktadır.

Bir transistörün üç bacağı olduğu için üç ayrı tür ve özellikte  bağlantıya sahiptir. Bu bağlantılar;

1- Ortak Beyzli devre (Common Base).
2- Ortak Emitörlü devre (Common Emmitter).
3- Ortak Kollektörlü devre (Common Collector).

Bir devre hangi özellikte olması gerekiyorsa içindeki transitörlerin de bağlantısı ona göre seçilmektedir.

Buradaki anlatımlarım BJT transistörün tamamen DC (Doğru Akım) davranışları olacaktır. Halbuki bir devrede  hem AC hem de DC olabilir. Fakat AC de zaman zaman
farklı davranışlar (özellikle bobin ve kondansatör gibi) olur.
Ortak Beyzli Devre

İlk önce devredeki akımları inceleyelim. Kollektör akımı, emitör içerisinden gelen elektronların oluşturduğu akım ile  (INC), kollektör beyz bağlantısından geçen azınlık
taşıyıcılarının oluşturduğu ters doyum akımı (ICO)  toplamlarına eşittir.

IC=INC + ICO

Emitörden gelen  elektronların tamamı kollektöre gitmemekte, bir kısmı  beyze gitmektedir. Yani emitör akımı;

IE= INC / a

Olarak yazılabilir. Bu formülden de görüldüğü gibi IE akımı  INC akımından mutlaka daha büyüktür. a (alfa) değeri daima birden küçük olup tipik değeri 0,98 ile 0,9995  arasındadır. a değeri aynı zamanda AKIM KAZANCI  (Forward Current Transfer Ratio) olarak bilinir. Akım  kazancını;

a =(IC – ICO)/IE buradan IC eşitliği olarak yazacak  olursak;

IC= a x IE + ICO

ICO akımı çok küçük olduğu için pratikte pek önemsenmez  ve hesaplama formüllerinde pek sık kullanılmaz. O zaman  uyarıdaki formül;

IC=a x IE olur.

Bir transistörün akım kazancı tarifi olarak, DC çıkış gerilimi  sabit tutularak, çıkış akımının giriş akımına oranı olarak  belirtilir. Buna göre ortak beyzli devrede akım kazancı;

VCE sabit olmak üzere adc=hFB=IC/IE olur.

Ortak beyzli devrelerin genel özellikleri;

Güç kazancı iyi
Gerilim kazancı iyi
Akım kazancı 1 den küçük
Giriş empedansı çok az, yaklaşık 20ohm – 50ohm
Çıkış empedansı çok yüksek, 1Mohm – 2Mohm
Giriş ve çıkış arasında faz farkı yok.

Ortak beyzli devreler özelliklerinden de anlaşılacağı gibi giriş  empedansı düşük, çıkış empedansı yüksek devrelerde  kullanılır. Bir örnek vermek gerekirse; Bilindiği gibi antenlerin  enpedansları düşük olur. Bu nedenle tunerlerin anten giriş  devresi olarak kullanılmaktadır.

Ortak Emitörlü Devre

ß=a / (1 – a)Ortak Emitörlü devrede DC KISA DEVRE AKIM KAZANCI
ß (Beta) olarak adlandırılır.

ICO akımı çok küçük olduğu için göz ardı edilirse;

IC=ß x IB olur.

Yani, ortak emitörlü devrede DC giriş akımı IB, DC çıkış
akımı IC değeridir. Bu durumda DC akım kazancı;

VCE sabit kalmak üzere ßdc=hFE=IC/IB dir.

IB değeri IC değerinden çok küçük olduğu için ß değeri
büyuk olur. Pratikte ß, 5 ile 500 arasında olabilir. ß değeri
küçük olan transistörler genellikle güç transitörleri olup,
yüksek ß değerine sahip transistörler küçük tarnsistörlerdir.
ß değeri yada hFE değeri kataloglarda kolayca görülebilir.

Ortak emitörlü devrelerin genel özellikleri;

Güç kazancı çok yüksek
Gerilim kazancı iyi
Akım kazancı iyi
Giriş empedansı 1Kohm – 2Kohm
Çıkış empedansı 50Kohm dan küçük
Giriş ve çıkış arasında faz farkı var.

Ortak emitörlü devreler yaygın biçimde ön yükselteç
devresi olarak kullanılır.

Ortak Kollektörlü Devre

Ortak Kollektölü devrde DC giriş akımı IB, DC çıkış akımı  IE dir. Buna göre DC akım kazancı;

hFC=(ß + 1)

VCE sabit olmak üzere hFC=IE / IB olur.
Ortak kollektörlü devrelerin özellikleri;

Güç kazanci iyi
Gerilim kazancı 1 den küçük
Akım kazancı iyi
Giriş empedansı yüksek, örneğin 300Kohm
Çıkış empedansı çok küçük, 2ohm – 300ohm
Giriş ve çıkış arasında faz farkı yok.

Ortak kollektörlü devreler bağlandıkları devreleri  yüklemezler. Çıkışları ise düşük empedanslı olduğu için  çoğunlukla güç yükselteci, regülatör çıkış katı ve tampon
devreler olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.

Yukarıdaki anlatımların tamamını NPN transistörler için  yaptım. PNP transistörlerde aynı formüller geçerli olup  sadece akım işaretlerinin önüne – (eksi) işareti gelir.

TRANSİSTORLERİN ÇALIŞMA BÖLGELERİ

Bir aktif elemanın, yani şu sıralar konumuz olan transistörlerin  çalışma bölgeleri denince aklımıza o devrenin hiçbir iş  yapmazken ne durumda olduğu aklımıza gelmeli. Örneğin bir
yükseltecin volümü kısıkken içindeki transistörler ne durumda, üzerlerinden ne kadar akım geçiyor, bacakları arasında ki  voltajlar nasıl gibi. Bazen de transistörü normal çalışması
sırasında herhangi bir anda da hangi bölge içinde çalıştığı  önemli olabilir. Transistörün çalışma bölgeleri CE, CB ve CC  için aynıdır. Aşağıdaki örnek şekilde bir transitörün çalışma  bölgelerinin tamamı görülmektedir.
Aktif Bölge

Transistörü normal bağladığımız zaman örneğin, NPN bir  transistörün kollektörü pozitif, emitörü kollektöre göre negatif ve  beyzi emitöre göre pozitif olduğu zaman aktif bölgede çalışır.
Aktif bölgede kollektör akımı IC, kollektör akımından  bağımsızdır. Kollektör voltajı VCC değiştirilirse IC akımı  değişmez. IC akımı IB akımına bağlı olarak değişir. VCE voltajı
VCC voltajının yarısı civarında yada VCC den küçük, 1-2 volttan  büyüktür.

Doyum (Saturation) Bölgesi

Emitör ve Kollektör voltajları birbirine çok yaklaştığına (burada bazen CB arası düz bayasta olabilir) transistör doyum bölgesine  geçer. Doyum bölgesinde IC akımı artık en büyük değere  ulaşmıştır. IB tarafından kontrol edilemez hale gelir. VCE voltajı  çok küçülür. Transistör hızla ısınarak bozulabilir. Bu nedenle  transistörler özellikle doyum bölgesinde uzun süre  çalıştırılmamalıdır.

 

Kesim (Cut-Off) Bölgesi

Beyz ve Emitör arası ters bayaslandığı zaman yada Beyz ve Emitör arası voltaj transistörün VBE açma voltajına eşit yada  küçük olduğu zaman transistör artık kesim bölgesindedir. Bu
durumda VCC voltajı ne olursa olsun IC akımı akmaz. VCE  voltajı VCC voltajına eşit olur.
Kesim bölgesindeki transistörün elektronik devrelerde  uygulaması vardır.

Aşağıdaki örnekte transistörlü bir devrenin hangi bölgede  çalıştığını bulalım.

Devremizdeki transistörün özellikleri;

NPN Silisyum (VBE=0,6V)
ß=100
VCC=12V
RC=2,7K
RB=200K
VBB=5V

Önce, bu devre için çalışma bölgesini belirlemek için ICmax  akımını bulalım

1- ICmax=VCC/RC

ICmax=12/2,7

ICmax=4,44mA

IB akımı;

2-IB=(VBB-VBE)/RB

IB=(5-0,6)/200

IB=0,022mA

IC akımı;

3- IC=ß x IB

IC=100 x 0,022

IC=2,2mA

VCE voltajı;

4- VCE=VCC – (IC x RC)

VCE=12 – (2,2 x 2,7)

VCE=6,06V

Bulduğumuz VCE değeri 6,06V olup anlaşılacağı gibi VCC  voltajının ortalarında bir değerdir. Bu durumda devremizin aktif  bölgede çalıştığını söyleyebiliriz. Q noktasının yeri 6,06V ve  2,2mA dir. Bu durumu aşağıdaki şekilde görebiliriz.

Aynı devrede RB direncini 100K yapalım,

1- ICmax=VCC/RC

ICmax=12/2,7

ICmax=4,44mA

IB akımı;

2- IB=(VBB-VBE)/RB

IB=(5-0,6)/100

IB=0,044mA

IC akımı;

3- IC=ß x IB

IC=100 x 0,044

IC=4,4mA

VCE voltajı;

4- VCE=VCC – (IC x RC)

VCE=12 – (4,4 x 2,7)

VCE=0,12V

Bulduğumuz VCE değeri 0,12V olup anlaşılacağı gibi VCC  voltajının çok altlarındadır. Daha doğru bir değişle transistor  kısa devre gibi olmuştur. Bu durumda devremizin doyumda
çalıştığını söyleyebiliriz. Q noktasının yeri 0,12V ve 4,4mA dir.  Bu durumu aşağıdaki şekilde görebiliriz.


1-
ICmax=VCC/RCŞimdide birinci devredeki her şeyi aynı bırakıp VBB voltajını
0,6V yapalım.

ICmax=12/2,7

ICmax=4,44mA

IB akımı;

2- IB=(VBB-VBE)/RB

IB=(0,6-0,6)/200

IB=0mA

IC akımı;

3- IC=ß x IB

IC=100 x 0

IC=0mA

VCE voltajı;

4- VCE=VCC – (IC x RC)

VCE=12 – (0 x 2,7)

VCE=12V

Bulduğumuz VCE değeri 12V olup anlaşılacağı gibi VCC  voltajına eşittir ve hiç akım geçirmemektedir. Bu durumda  devremizin kesimde çalıştığını söyleyebiliriz. Q noktasının yeri  12V ve 0mA dir. Bu durumu aşağıdaki şekilde görebiliriz.

Yukarıdaki örnek çözümler, devrede bulunabilecek başka  dirençlerle değişebilir. Bizim buradan anlamız gereken, bir  transistör üzerinde ölçümler yaparak o transistörün hangi
bölgede çalıştığını anlamak olacaktır. Bir transistörün hangi  bölgede çalıştığını biliyorsak, bunu devrenin yapısına bakarak  yada hesaplayarak bulabiliriz. Sonra üzerindeki voltajları ölçerek  devrenin hakikaten doğru çalışıp çalışmadığını bulabiliriz. Bu  bize özellikle arızalı bir devrenin onarımında yardımcı olacaktır.

 

Transistörlü devrelerin bayaslanması ve bayaslama  teknikleri

Kısa bir hatırlatma gerekirse, bir transistörde ki kollektör akımı IC=IB x ß idi. O zaman  elimizde yeterli bilgi olduğu zaman transitörlü bir devrenin her  türlü DC değerlerini hesaplayabiliriz şeklinde düşünebiliriz. Nedir yeterli bilgiler? Devredeki direnç değerleri, üzerlerine  renk kodlarına bakarak okuyabiliriz. Voltaj değeri, bir AVO  metre ile kolayca ölçebiliriz. Transistörün ß değeri onu da  katalogdan bakarız…. Şimdi biraz düşünelim. Üreticiler  ürettikleri her malzemeyi bir sonraki ile tıpatıp aynı şekilde  üretebilirler mi? Yani bir direnç, bir kondansatör yada bir  transistör bütün özellikleri ile bir diğerinin aynısı olabilir mi?  Olmaz! Olsa olsa çok yakını olur. Hadi bu kadar kesin  konuşmayalım ama tam eşitlik düşük bir olasılıktır.
Elektronik bir devrede, devrenin kararlı  çalışmasını etkileyen önemli bir faktördür. Bu sebepten  devreler ısıdan en az eğişime uğrayacak şekilde  tasarlanmaktadır. Ayrıca devredeki elemanların toleransları  yani olması gereken değerden yüzde olarak sapmaları da  devremizi etkiler. Örneğin bir transistörlü devrede  transistörün ß değeri %20 değiştiğinde  IC değeri ne kadar değişiyor. Yukarıdaki formüle göre IC  akımının da %20 değişmesi doğal görünmektedir. O zaman görünüşte aynı olan devrelerde de farklı sonuçlarla  karşılaşmamızda doğal olacaktır. Bu faklılaşma bazı  devrelerde önemli olmayabilir. Bazı devrelerde de çok önemli  olabilir. Şimdi çeşitli bayaslama tekniklerini, özelliklerini  inceleyelim.

 

Sabit Bayaslama Devresi:

Bu devrenin Beyz akımı IB=(VCC – VBE) / RB olduğunu  kolayca olduğunu görebiliriz. Bu formüle baktığımızda ß
değerinin IB akımı ile alakalı olamadığını, ß değeri ne olursa  olsun IB akımını değiştiremeyeceğini görülebilir. Bu devrenin  Kollektör akımı ise, IC=IB x ß dır. Şimdi bu formülde ß değerindeki değişiklik aynen IC akımına yansıyacaktır.  Bu devre ile ilgili diğer formüller ise;

Maksimum IC akımı: ICsat = VCC / R

Kollektör – Emitör arası voltaj: VCE = VCC – (IC x RC)

Şimdi bir örnek yapalım, VCC=12V, RB=1M, RC=10K,
VBE=0V, ß=50 olsun. ICsat, IB, IC ve VCE değerlerini bulalım.

ICsat = VCC / RC; ICsat = 12 / 10, ICsat = 1,2mA

IB=(VCC – VBE) / RB; IB=(12 – 0) / 1000, IB=0,012mA

IC=IB x ß; IC=0,012 x 50, IC=0,6mA

VCE = VCC – (IC x RC); VCE = 12 – (0,6 x 10), VCE = 6V olur.

Şimdi bu transistörün bir nedenle bozulduğunu, ve yerine  aynısını taktığımızı!! düşünelim. Fakat bu transistörün ß  değeri eskisinden %20 fazla olsun. IB akımı aynı kalacak
fakat IC;

IC=IB x ß; IC=0,012 x 60, IC=0,72mA olur.
Yani Sabit Bayaslama Devresinde %ß değişimi aynen IC akımına yansıyacaktır.

Kollektör Geri Beslemeli Bayas:

Bu devrenin beyz akımını oluşturan gerilim doğrudan kollektör gerilimidir. Şimdi dikkat edelim. Kollektör gerimi kollekör  akımına bağlıdır. Kollektör akımı da ß değerine bağlıdır.  Örneğin ß değerinin arttığını düşünelim. Bunun sonucu olarak  IC akımı artacak fakat VCE gerilimi azalacaktır. VCE gerilimi  IB akımın sağladığı için, IB akımına azaltma etkisi
gösterecektir. Buda ß artmasından dolayı IC akımını artışını  azaltacaktır.

Bu devrenin Formülleri;

IB=(VCC – VBE) / (ß x RC + RB)

IC=IB x ß

VCE = VCC – (IC + IB) x RC

IB, IC akımından çok küçük olursa IC akımının yaklaşık değeri;

VCE = VCC – (IC x RC) formülü de kullanılabilir.

ICsat = VCC / RC

Şimdi bir örnek yapalım, VCC=12V, RB=1M, RC=10K,
VBE=0V, ß=50 olsun. ICsat, IB, IC ve VCE değerlerini bulalım.

ICsat = VCC / RC; ICsat = 12 / 10, ICsat = 1,2mA

IB=(VCC – VBE) / (ß x RC + RB); IB=12 / (50 x 10 + 1000);
IB=12 / 1500, IB=0,008mA

IC=IB x ß; IC=0,008 x 50, IC=0,4mA

VCE = VCC – (IC x RC); VCE = VCC – (IC x RC),
VCE = 12 – (0,4 x 10), VCE = 8V

Şimdi bu transistörün bir nedenle bozulduğunu, ve yerine  aynısını taktığımızı!! düşünelim. Fakat bu transistörün ß  değeri eskisinden %20 fazla olsun. Bu durumda IC akımı;

IB=(VCC – VBE) / (ß x RC + RB); IB=12 / (60 x 10 + 1000);
IB=12 / 1600, IB=0,0075mA

IC=IB x ß; IC=0,0075 x 60, IC=0,45mA

Bu sonuca bakacak olursak, ß %20 değişmesine rağmen IC %12,5 değişmiştir.
Yani Kollektör Geri Besleme Bayaslama Devresinde %ß  değişimi aynen IC akımına yansımayacaktır. Transitörün
çalışma noktasının kararlılığı bu devrede daha iyidir.

Emitör Geri Beslemeli Bayas;

Bu devre, bir önceki Kollektör Geri Beslemeli Bayas
devresindeki etkiyi gösterir.
Devre ile ilgili formüller;

IB=(VCC – VBE) / ((RB + (RE x (ß +1))

IC=IB x ß

VC=VCC – (IC x RC)

VE= IE x RE = IC x RE

VCE=VC – VE

ICsat = VCC / (RC + RE)

Şimdi bir örnek yapalım, VCC=12V, RB=1M, RC=10K,
VBE=0V, RE=1K, ß=50 olsun. ICsat, IB, IC ve VCE
değerlerini bulalım.

ICsat = VCC / (RC + RE); ICsat = 12 / (10 + 1), ICsat = 1,1mA

IB=(VCC – VBE) / ((RB + (RE x (ß +1));
IB=12/ ((1000 + (1 x (50 +1))
IB=12/ 1051
IB=0,0114mA

IC=IB x ß
IC=0,0114 x 50
IC=0,57mA

VC=VCC – (IC x RC)
VC=12 – (0,57 x 10)
VC=6,3V

VE= IE x RE = IC x RE
VE = 0,57 x 1
VE = 0,57 V

VCE=VC – VE
VCE=6,3 – 0,57
VCE=5,73V

Şimdi bu transistörün bir nedenle bozulduğunu, ve yerine
aynısını taktığımızı!! düşünelim. Fakat bu transistörün ß
değeri eskisinden %20 fazla olsun. Bu durumda IC akımı;

IB=(VCC – VBE) / ((RB + (RE x (ß +1));
IB=12/ ((1000 + (1 x (60 +1))
IB=12/ 1061
IB=0,0113mA

IC=IB x ß
IC=0,0113 x 60
IC=0,678mA

Bu sonuca bakacak olursak, ß %20 değişmesine rağmen
IC %18,9 değişmiştir.
Yani Emitör Geri Beslemeli Bayaslama Devresinde %ß
değişimi aynen IC akımına yansımamıştır. Eğer kullanılan
transistörün ß değeri yüksek olsaydı bu devrenin de
kararlılığı iyi çıkacaktı. Bu devrenin kararlılığı Kollektör
Geri Besleme Bayaslama Devresinden daha kötüdür.

Kollektör ve Emitör Geri Beslemeli Bayas;

Bu devre adından da anlaşılacağı gibi her iki devrenin
kararlılığa yaptığı etkilerin tümümü taşır.

IB=VCC-VBE / ((ß x RC) + RB + (1 + (ß x RE)))Devre ile ilgili formüller;

IC=IB x ß

VC=VCC – (IC x RC)

VE= IE x RE = IC x RE

VCE=VC – VE

ICsat = VCC / (RC + RE)

Şimdi bir örnek yapalım, VCC=12V, RB=1M, RC=10K,
VBE=0V, RE=1K, ß=50 olsun. ICsat, IB, IC ve VCE
değerlerini bulalım.

ICsat = VCC / (RC + RE); ICsat = 12 / (10 + 1)
ICsat = 1,1mA

IB=VCC-VBE / ((ß x RC) + RB + (1 + (ß x RE)))
IB=12 / ((50 x 10) + 1000 + (1 + (50 x 1)))
IB=12 / 500 + 1000 + 50
IB=0,0077mA

IC=IB x ß; IC=0,0077 x 50;
IC= 0,385mA

VC=VCC – (IC x RC)
VC=12 – (0,385 x 10)
VC=8,15V

VE = IC x RE
VE = 0,0385 x 1
VE = 0,385V

VCE=VC – VE
VCE=8,15 – 0,385
VCE=7,765V

Şimdi bu transistörün bir nedenle bozulduğunu, ve yerine
aynısını taktığımızı!! düşünelim. Fakat bu transistörün ß
değeri eskisinden %20 fazla olsun. Bu durumda IC akımı;

IB=VCC-VBE / ((ß x RC) + RB + (1 + (ß x RE)))
IB=12 / ((60 x 10) + 1000 + (1 + (60 x 1)))
IB=12 / 600 + 1000 + 60
IB=0,0072mA

IC=IB x ß; IC=0,0072 x 60;
IC= 0,432mA

Bu sonuca bakacak olursak, ß %20 değişmesine rağmen
IC %12,2 değişmiştir.
Yani Kollektör ve Emitör Geri Beslemeli Bayaslama
Devresinde %ß değişimi aynen IC akımına yansımamıştır.
Bu devrenin kararlılığı yukarıdaki daha iyidir.

Çift Kaynaklı Bias;

Çift kaynaklı devrelerde iki adet güç kaynağı kullanıldığı için
bütün ölçmeler şaseye göre yapılmalıdır. Bu devrede dikkat
edilmesi gereken nokta IB akımının VEE kaynağı tarafından
sağlanmasıdır.

Devre ile ilgili formüller;

IB=VEE-VBE / (RB + (1+ ß) x RE)

IC=IB x ß

VC=VCC – (IC x RC)

VE= -(VBE + IB x RB)

VCE=VC – VE

Şimdi örneğimizi bu devre için yapalım. VCC=VEE=12V,
RB=1M, RC=10K, VBE=0V, RE=1K, ß=50 olsun. IB, IC ve
VCE değerlerini bulalım.

IB=VEE-VBE / (RB + (1+ ß) x RE);
IB=12 / (1000 + (1+ 50) x 1);
IB=0,0114mA

IC=IB x ß;
IC=0,0114 x 50
IC=0,57mA

VC=VCC – (IC x RC);
VC=12 – (0,57 x 10)
VC=6,3V

VE= -(VBE + IB x RB)
VE= -(0+ 0,0114 x 1000)
VE= -11,4V

VCE=VC – VE
VCE=6,3 – (-11,4)
VCE=17,7V

Şimdi bu transistörün bir nedenle bozulduğunu, ve yerine
aynısını taktığımızı!! düşünelim. Fakat bu transistörün ß
değeri eskisinden %20 fazla olsun. Bu durumda IC akımı;

IB=VEE-VBE / (RB + (1+ ß) x RE);
IB=12 / (1000 + (1+ 60) x 1);
IB=0,0113mA

IC=IB x ß;
IC=0,0113 x 60
IC=0,687mA

Bu sonuca bakacak olursak, ß %20 değişmesine rağmen
IC %18,9 değişmiştir.
Yani Çift Kaynaklı Geri Beslemeli Bayaslama Devresinde
kararlılık Emitör Geri Beslemeli devre ile aynıdır.

Üniversal Bayas Devresi:

Yukarıdaki şekilde görülen Üniversal Bayas devresinde VB
voltajı, VCC kaynağından R1 ve R2 dirençlerinden oluşan
gerilim bölücüden sağlanmaktadır. Bu dirençler, girişine
bağlanan devrenin çıkış direncini yada empedansını
etkilemeyecek kadar büyük, RE emitör direncinden yaklaşık
olarak on kat büyük ve IB akımını sağlayacak şekilde seçilir.
VB voltajı;

VB=(R2/(R1 + R2)) * VCC

RB eşdeğer direnci;

RB=R1 * R2/(R1 + R2)

Bazı arkadaşlarımın aklına takılmış olabilir. Yukarıdaki şekle
baktığımızda R1 ve R2 dirençleri seri bağlı gibi duruyor.
Burada VCC voltaj kaynağının iç direnci önem kazanıyor.
İdeal voltaj kaynaklarının iç direnci sıfırdır. Yani bir voltaj
kaynağını omik olarak kısa devre olarak düşüneceğiz. O
zaman R1 in üst ucu R2 nin alt ucuna bağlı gibi düşüneceğiz.
Şekil bu durumda R1 ve R2 birbirine paralel bağlı olacaktır.
Zaten RB direncinin formülü de paralel bağlı iki direncin eş
değerini bulmaya yarayan formül oluyor.

 

Aşağıdaki şekil RB direncinin ve VB voltajının eş değerleri
kullanılarak çizilmiştir.

Bu devreye bakarak IB akımını bulalım. Lafı uzatmadan
Kirshhoff un voltaj kanununu kullanarak;

VB=IB * RB + VBE + IE * RE

Denklemini yazarız. IE akımının karşılığını yazarsak;

VB=IB * RB + VBE + (IB +IB * ß) * RE
VB – VBE =IB * RB + IB (1 + ß) * RE
VB – VBE =IB (RB + (1 + ß) * RE)

IB=VB – VBE / RB + (1 + ß) * RE)

Bulunur. Aslında Bu formül bizim için yeterli olabilir.
Burada VB ve RB değerlerini açarak yazarsak;

IB=((R2/(R1 + R2)) * VCC – VBE) / (R1 * R2/(R1 + R2) + (1 + ß) * RE))

Bu formül Üniversal Bayas devresinde IB akımını bulmak için
kullanılır.

IC akımı her zamanki gibi;

IC= IB * ß

ICmax=VCC / (RC + RE)

Bundan sonraki formüllerde IE akımını yaklaşık IC akımına
eşit olduğunu kabul edeceğiz.

VC=VCC – (IC * (RC + RE))

VE=IC * RE

VCE= VC – VE

Şimdi bir örnek çözüm yapalım. VCC=12V, RC=10K,
RE=1K, R1=100K, R2=12K VBE=0.6V, ß=50 olsun.
Q noktasının değerlerini bulalım. (IB, IC, ICmax, VC,VCE)

IB=((R2/(R1 + R2)) * VCC – VBE) / (R1 * R2/(R1 + R2) + (1 + ß) * RE))
IB=((12/(100 + 12)) * 12 – 0,6) / (12 * 100/(100 + 12) + (1 + 50) * 1))

IB=0,011mA

IC= IB * ß
IC= 0,011 * 50

IC= 0,55mA

ICmax=VCC / (RC + RE)
ICmax=12 / (10 + 1)

ICmax=1,1mA

VC=VCC – (IC * (RC + RE))
VC=12 – (0,55 * (10 + 1))

VC=6V

VE=IC * RE
VE=0,55 * 1

VE=0,55V

VCE= VC – VE
VCE= 6 – 0,55

VCE= 5,45V

Yukarıdaki örnek çözümümüzde devremiz güzel bir Q  noktasında çalışmakta. Şimdi devredeki transistörün bir  şekilde arızalandığını ve yerine bir yenisini taktığımızı  varsayalım. Fakat transistörün ß değerinin %20 fazla olduğunu varsayalım. Bakalım IB ve IC akımları ne kadar değişecek.

IB=((R2/(R1 + R2)) * VCC – VBE) / (R1 * R2/(R1 + R2) + (1 + ß) * RE))
IB=((12/(100 + 12)) * 12 – 0,6) / (12 * 100/(100 + 12) + (1 + 60) * 1))

IB=0,01mA

IC= IB * ß
IC= 0,01 * 60

IC= 0,6mA
Bu sonuca bakacak olursak, ß %20 değişmesine rağmen  IC %9 değişmiştir.
Yani Üniversal Bayaslama Devresinde kararlılık diğer  devrelere göre çok iyidir.

Bu bölümde anlatmaya çalıştığım devrelerde, bir transistörlü  devrenin DC çözümü ve kararlılığı hakkında idi. Bunlar  devreler en temel devreler olup, istediğimiz özelliklere sahip  olması için bazı ekler yapılır. Transistörlü bir devrenin  kararlılığını arttırmak (eğer gerek varsa) için bazen NTC, diyot yada yine transistörle yapılan sabit akım kaynakları
kullanılır. Burada elektronikteki her devreyi teorik olarak  anlatmak imkansız. Ancak sırası geldiğinde ben yada diğer  arkadaşlarım pratik devrelerle vereceğimiz örneklerde  açıklayacağız.

Artık şimdi basit transistörlü devrelerin DC çözümlemelerini  kendiniz yapabilirsiniz. Hesapladığınız değerleri çalışan devre  üzerinde kontrol edebilirsiniz. Ölçme sonuçlarınız
hesaplarınızla eşit çıkmasa bile yakın değerler elde  edeceksiniz. Bunun sebebi ise formüle koyacağınız  değerlerde toleranslardan dolayı sapmalar olabilir. Eğer  yeterli pratiğe sahip olursanız (zamanla, sabırla ve sevgiyle)  artık hesap yapmadan sadece ölçerek devrenin normal yada arızalı olduğunu tespit edebilirsiniz. Hesaplamalarınızda devredeki dirençleri renk kodları ile voltajı da ölçerek  bulabilirsiniz. Transistörün beta değerin tabi ki katalogdan  bakacaksınız. Katalogda göreceğiniz beta değeri sizi şaşırtabilir. Çünkü beta tek bir rakam olarak değil örneğin  100 – 200 olabilir. Siz ortalama bir değer alın. Bulacağınız  sonuçlar fazlaca değişmeyecektir.

 

TRANSISTORLER

WhatsApp chat