BÜLENT ECEVİT ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ELEKTRONİK LABORATUARI - I DENEYLERİ

Transkript

1 BÜLENT ECEVİT ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ELEKTRONİK LABORATUARI - I DENEYLERİ Dersin Sorumlusu Yrd. Doç. Dr. Rukiye UZUN 1

2 BÜLENT ECEVİT ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK LABORATUARI-I DENEY FÖYÜ ZONGULDAK,

3 LABORATUAR KURALLARI 1) Laboratuvara yiyecek ve içecek (su dahil) kesinlikle getirilmeyecektir. 2) Laboratuvar dersi sırasında cep telefonlarınızın kapalı yada sessiz konumda olduğundan emin olunuz. 3) Deneye geç kalınmamalı, aksi halde 10 dakika geç kalan öğrenciler devamsız sayılırlar. 4) Verimli bir çalışma ortamı sağlamak amacıyla alçak sesle konuşunuz. 5) Deneye gelen her bir öğrenci bütün deneylerden sorumludur. 6) Deneye gelirken deney malzemeleri tam olarak gelinmeli aksi takdirde malzemeleri olmayanlar deneye alınmayacaktır. 7) Gruplar arasında malzeme alışverişi yapılmamalıdır. 8) Deney süresince izin almadan deneyden çıkılamaz. 9) Deneyde kullanılacak olan ölçü aleti, kablolar, kaynaklar, deney setleri gibi ekipmanlar yerli yerinde kullanılmalı ve zarar verilmemelidir. Oluşan problemlerde dersin sorumlularına danışılmalıdır. 10) Sağlam olmayan veya eksik bırakılan malzemeden ilgili masadaki öğrenci grubu sorumludur. 11) Deneyde yapılan ölçümler görevli öğretim elemanına imzalatılacaktır. Kesinlikle sonuçları göstermeden bir başka deneye geçilmeyecektir. 12) Raporlar bir sonraki hafta derste toplanacaktır. Her ne sebeple olursa olsun raporu getirmeyenin notu sıfır olacaktır. 13) Deney sonunda deney masasındaki bütün elektriksel cihazların elektrik bağlantısı kesilmeli, kablolar sökülerek yerlerine bırakılmalı, tabureler ve masa düzenli ve temiz bir şekilde bırakılmalıdır. Aksi takdirde deney sonuçları imzalanmayacaktır. 14) Raporunun tümü veya bir bölümü bir başka grubun raporunun tümü veya bir bölümüyle aynı olamaz. Aksi durumda her iki rapor da kopya sayılacak ve deneyde başarılı olmuş bile olsalar başarısız ve devamsız sayılacaklardır. 15) Geçerli bir sebebi yüzünden en çok iki deneyi kaçıran öğrenciler dönem sonunda katılamadıkları deneyleri telafi ederler. (Telafi haftası ) 16) İkiden fazla deneyi kaçıran öğrenciler sınıfta kalacaktır. 17) Öğrencinin gelmediği deneyde alacağı not 0 dır. 3

4 İçindekiler LABORATUAR KURALLARI... 3 DENEY DİYOT KARAKTERİSTİĞİ... 7 AMAÇ... 7 MALZEME LİSTESİ... 7 AÇIKLAMA... 7 DENEYDE YAPILACAKLAR... 8 SORULAR... 9 DENEY DOĞRULTUCU DEVRELER AMAÇ MALZEME LİSTESİ AÇIKLAMA DENEYDE YAPILACAKLAR SORULAR DENEY KIRPICI VE KENETLEYİCİ DEVRELER AMAÇ MALZEME LİSTESİ AÇIKLAMA Kırpıcı Devreler Kenetleyici Devreler DENEYDE YAPILACAKLAR DENEY TRANSİSTÖR KARAKTERİSTİĞİ AMAÇ MALZEME LİSTESİ AÇIKLAMA Transistörlerin Yapısı Transistörün Giriş Karakteristiği Transistörün Çıkış Karakteristiği DENEYDE YAPILACAKLAR DENEY

5 BJT TRANSİSTÖR ÜN DC ÖNGERİLİMLENMESİ AMAÇ MALZEME LİSTESİ AÇIKLAMA DC Polarma ve Çalışma Noktası En Fazla Kullanılan Transistör DC Polarma Devreleri Sabit Beyz Polarlama Devresi Emiteri Kararlı Polarlama Devresi Voltaj Bölücü Polarlama Devresi Kollektör Geribeslemeli Polarlama Devresi DENEYDE YAPILACAKLAR DENEY TRANSİSTÖRLÜ YÜKSELTECİN AC ANALİZİ AMAÇ MALZEMELER DENEYDE YAPILACAKLAR DENEY JFET İN KARAKTERİSTİK EĞRİLERİNİN ELDE EDİLMESİ AMAÇ MALZEME LİSTESİ AÇIKLAMA DENEYDE YAPILACAKLAR DENEY JFETLİ YÜKSELTEÇLER AMAÇ MALZEME LİSTESİ AÇIKLAMA DENEYDE YAPILACAKLAR EKLER N4001 datasheet N2222 datasheet N2222A datasheet BF245 datasheet N 3823datasheet

6 Ön Çalışma, Deney ve Rapor Hakkında Genel Bilgiler ve Formatları Kapak Formatı Değerlendirme

7 DENEY 1 DİYOT KARAKTERİSTİĞİ AMAÇ Diyotun doğru ve ters polarma karakteristiğini incelemek. MALZEME LİSTESİ Diyot: 2 adet 1N4001 Silikon diyot ya da eşleniği Direnç: 2 adet 1kΩ ve 470kΩ direnç AÇIKLAMA Diyot bir yönde akımı diğer yöne göre daha iyi ileten, yarı iletken bir malzemedir. Diyot terminalleri arasındaki potansiyel fark, diyotun iletime geçip geçmeyeceğini belirler. Eğer anot katoda göre daha pozitif ise, diyot akımı iletecektir ve bu durumda diyot doğru kutuplanmış demektir. Eğer katod anoda göre daha pozitif ise diyot çok küçük bir sızıntı akımının geçmesine izin verecektir ve bu durumda diyot ters kutuplanmış demektir. Doğru-kutuplamada, tipik bir Silikon diyot üzerinde düşen gerilim yaklaşık 0.7V tur. (Germanyum için ise gerilim düşümü 0.3V tur.) Bu eşik geriliminden daha düşük değerlerde, diyot sadece küçük bir akımın geçmesine izin verir. Bu eşik gerilimi diyot karakteristik eğrisi üzerinde büküm olarak adlandırılır. Çünkü bu bölgede diyot üzerinde düşen gerilimle diyottan geçen akım değişmektedir. Bu akım-gerilim ilişkisi aşağıdaki şekilde gözükmektedir: Şekil-1 Diyotun I-V karakteristiği (Silisyum diyot) 7

8 DENEYDE YAPILACAKLAR Şekil 2 Şekil 3 1) Şekil 2 deki devrede E=5V ise ve diyot üzerindeki gerilim düşümü 0.7V olduğu varsayılırsa R direncinin 1kΩ olması durumunda direncin üzerinden geçen akımı bulunuz. Burada diyot nasıl gerilimlenmiştir? (Doğru, Ters) 2) Şekil 3 deki devrede E=25V ise ve diyot üzerindeki gerilim düşümü 0.7V olduğu varsayılırsa R direncinin 470kΩ olması durumunda direncin üzerinden geçen akımı bulunuz. Burada diyot nasıl gerilimlenmiştir? (Doğru, Ters) 3) Şekil 2 teki devreyi kurunuz, E gerilim kaynağını, diyot uçlarındaki V d nin Tablo 1 deki değerleri için ayarlayınız ve gerekli ölçüm bilgilerini tabloya kaydediniz. V d (Volt) E (Volt) V r (Volt) I=V r /R Tablo 1 8

9 4) Tablo 1 de elde ettiğiniz I ve V d değerlerini kullanarak, diyodun I-V karakteristik eğrisini çiziniz (milimetrik kağıt kullanın). 5) Şekil 3 teki devreyi kurunuz, E gerilim kaynağını, diyot uçlarındaki V d nin Tablo 2 deki değerleri için ayarlayınız ve gerekli ölçüm bilgilerini tabloya kaydediniz (R=470kΩ için). V d (Volt) E (Volt) Vr (Volt) I=V r /R SORULAR 1. Diyot sızıntı akımı nedir? Açıklayınız. Tablo 2 2. İleri yön polarması altındaki bir diyotun aniden ters polarmalandırılması durumunda kesime geçmesini engelleyen etki ne olabilir? Açıklayınız. 3. Farklı diyot kullanarak deneyi yapsaydık karakteristik eğrilerinde fark olur muydu? 9

10 DENEY 2 DOĞRULTUCU DEVRELER AMAÇ Yarım ve tam dalga doğrultucunun çalışmasını öğrenmek ve doğrultucu çıkışındaki dalgalanmayı (ripple) azaltmak için kullanılan kondansatörün etkisini incelemek. MALZEME LİSTESİ Diyot: 6 adet 1N4001 Silikon diyot ya da eşleneği Direnç: 2 adet 10kΩ, 2 adet 470Ω Potansiyometre: 2 adet 10kΩ Kondansatör: 1 adet 220μF ve 1 adet 0.1 μf AÇIKLAMA Yarım dalga ve tam dalga doğrultucular alternatif akımın (AC) doğru akıma (DC) döndürülmesi işlemini gerçekleştiren devrelerdir. Bu işlem tek bir diyot ile mümkün olabildiği gibi birden fazla diyotun belirli bir şekilde birbirine bağlanmasıyla da yapılmaktadır. Basit bir yarım dalga doğrultucu ve tam dalga doğrultucu devresi Şekil 1 ve Şekil 2 de gösterilmektedir. Şekil 1 Yarım dalga doğrultucu 10

11 Şekil 2 Basit tam dalga doğrultucu Güç kaynaklarında en önemli nokta, doğrultulmuş çıkışın gerilim dalgalanmasını minimuma indirmektir. Dalgalanmanın azalması amacıyla filtrelenme işlemi yapılır. En basit haliyle bir filtre devresi doğrultucuya paralel olarak bağlanmış bir kondansatörden oluşur. Filtreleme işlemine tabi tutulmuş işaretin tepe dalgalanma genliği: ΔV = V m frc Burada, R yük direncini, f frekans değerini, C kondansatör değerini ve V m değeri giriş işaretinin tepe değeridir. Oluşan DC işaretinin genliği: V dc = V m (1 1 frc ) Elde edilmiş doğrultulmuş işaretin dalgalılık faktörü: Dalgalanma % = 1 2 3fRC %100 DENEYDE YAPILACAKLAR 1. Aşağıdaki yarım dalga doğrultucu devresini kurunuz (R=10kΩ, e(t)= 10V t-t - 1kHz sinüs dalgası için) Şekil 3 11

12 2. Osiloskobu DC konumuna alarak, e(t) giriş geriliminin tepe değerini ve V R (t) çıkış gerilimini ölçünüz. Her iki dalga şeklini de çiziniz. 3. Şekil 3 deki diyodun terminallerini ters çevirip, işlem basamağı 2 yi tekrarlayınız. 4. Şekil 3 deki e(t) giriş işaretini 5 V kare dalga ile yer değiştiriniz. İşlem basamağı 2 yi tekrarlayınız. 5. Şekil 4 da verilen devreyi kurunuz (R= 10KΩ, e(t)=12v(tepeden tepeye), f=1 khz) ve osiloskobu DC konumuna alarak giriş gerilimini ve direnç üzerindeki gerilimi ölçünüz. Her iki dalga şeklini çiziniz. Şekil 4 6. Şekil 5 daki devreye 220µF lık kondansatörü bağlayınız. Osiloskobu DC konumuna alarak 10KΩ luk direnç üzerindeki dalga şeklini gözlemleyip, çiziniz. (R= 10KΩ, e(t)=12v(tepeden tepeye), f=1 khz). Şekil 5 7. Şekil 5 daki devreye ikinci 220µF lık kondansatörü paralel bağlayınız. Osiloskobu DC konumuna alarak 10KΩ luk direnç üzerindeki dalga şeklini gözlemleyip, çiziniz. SORULAR 1. Bir doğrultma devresinin çıkışındaki kapasitörün fonksiyonu nedir? 2. Dalgalılık faktörü ile kapasitörün sığası arasındaki ilişkiyi açıklayınız. 12

13 DENEY 3 KIRPICI VE KENETLEYİCİ DEVRELER AMAÇ Kırpıcı ve kenetleyici devrelerin incelenmesi ve çalışma prensibinin anlaşılması. MALZEME LİSTESİ Diyot: 2 adet 1N4001 Silikon diyot ya da eşleniği Direnç: 2 adet 10kΩ, 2 adet 4.7KΩ, 1 adet 10MΩ, 1x100Ω Kondansatör: 2 adet 470μF AÇIKLAMA Kırpıcı Devreler Girişine uygulanan herhangi bir işaretin belirli bir gerilim seviyesinin üstünde ya da altında kalan parçasını kırpan devrelere kırpıcı devreler denir. Bu devrele doğrultma devreleri, koruma devreleri ve çeşitli dalga şekillendirme amacı ile kullanılan devrelerde kullanılır. Şekil-1 de en basit bir kırpıcı devre görülmektedir. Şekil 1 Şekil-1 de verilen devreden görüldüğü gibi çıkış sinyali, giriş sinyalinin sıfır volttan küçük değerlerini kırpmak sureti ile elde edilmiştir. Kırpıcıların avantajlarından biriside burada belirtilen referans seviyesinin yani kırpmanın olacağı seviyenin değiştirilebilmesidir. Yani giriş sinyalinin istenilen bir voltaj seviyesinin altı veya üstü kırpılarak, çıkış voltajı elde edilebilir. Bunu daha iyi anlamak için Şekil-2 ye bakalım. Bu devrede diyota seri bir DC güç 13

14 kaynağı bağlanmıştır. Böyle devrelerde, diyodun iletime geçebilmesi için anodun katoda göre daha pozitif olması gerekir (V DC < V m olmalıdır). Yani giriş sinyali, V DC değerini aştığı anda diyot iletime geçer. Şekil 2 Devre incelenirse diyotun anoduna DC kaynağın negatif ucunun bağlandığını, böylece diyotun ters polarmalandırıldığı anlaşılır. Diyotun iletime geçebilmesi için anodunun katoduna göre pozitif olması gereklidir. Bu olmadığı takdirde diyot iletime geçmeyecek ve çıkış sürekli olarak sıfır volt olacaktır. Eğer giriş sinyalinin pozitif alternansındaki durum ele alınırsa giriş sinyalinin V DC sinyalinden büyük olduğu anda diyotun iletime geçeceğini ve çıkışta giriş voltajı ile V DC kaynağının farkı kadar bir voltaj görüleceği anlaşılabilir. Eğer tepe noktası ele alınırsa bu fark V m -V DC olacak(diyot ileri yön eşik gerilimi ihmal edilirse) ve çıkış voltajının tepe değeri bu değere ulaşacaktır. Paralel kırpıcılar ise diyotun, çıkış yüküne veya gerilimine paralel bağlanması ile elde edilmektedir. Şekil-3 de paralel kırpıcı örneği görülmektedir. Öncelikle devre girişine pozitif alternansın geldiğini farzedelim, bu durumda diyot ters polarmalanacağı için iletime geçmeyecek (yaklaşık açık devre) ve giriş voltajının tamamı çıkışa yansıyacaktır. Yani pozitif alternansta giriş ile çıkış arasında bir fark olmayacaktır. Diğer taraftan girişe negatif alternans geldiğinde diyot iletime geçecek ve üzerinde sıfır volt(kırılma gerilimi ihmal edilirse) olacaktır. Çıkış voltajı doğrudan diyot uçlarındaki gerilime eşit olacağından değeri sıfır volt olacaktır. Bu devre böylece negatif alternansları kırpacak, pozitifleri ise değiştirmeden çıkışa verecektir. Şekil 3 14

15 Paralel kırpıcıda da tıpkı seri kırpıcıda olduğu gibi kırpma seviyesi istenilen bir seviyeye çekilebilmektedir. Örneğin şekil 4 incelenirse devre çıkışında oluşan dalga şeklinden kırpma voltajının V DC ye eşit olduğu ve bu değerden daha küçük seviyedeki giriş voltajlarının kırpıldığı görülebilir. Daha iyi anlayabilmek için devreye bakalım. Devrede bulunan diyotun anoduna V DC voltajı uygulanmış ve girişin sıfır olduğu durumlarda, çıkışında sıfır olması sağlanmıştır. Bunun yanı sıra eğer giriş voltajının seviyesi V DC seviyesinden daha küçük olursa diyotun katodu, anoduna göre daha negatif olacak ve diyot iletim durumuna geçecektir. Bu durumda çıkış voltajı V DC voltajına eşit olacaktır(diyot kırılma gerilimi ihmal edildiği durumda). Böylece giriş voltajının -V DC den küçük değerleri için çıkış hep V DC ye eşit olarak kırpma işlemi yerine getirilmiş olacaktır. Şekil 4 Kenetleyici Devreler Kenetleme devreleri girişine uygulanan sinyalin DC seviyesini değiştirmek için kullanılır. Bu işlemi gerçekleştirmek için diyot, kapasitör ve direnç içeren bir devrenin kullanılması gerekmektedir. Kenetleyici devreler bir dalga şeklini negatif bölgeden çıkaran veya kaydıran devrelerdir. Bazen bu devreler seviye değiştirici olarak ta adlandırılırlar. Çünkü dalga şekline belli bir dc seviye eklerler. Şekil 5 de basit bir kenetleme devresi gösterilmiştir. Şekil 5 15

16 Şekil 6 de görülen devre girişe uygulanan sinyali sıfır DC seviyesine kenetlemektedir. Şekilde gösterilen giriş sinyali için 0 ile T/2 zaman aralığında devredeki diyot üzerinde pozitif gerilim oluşacaktır. Bu durumda diyot kısa devre gibi davranır. Devre aşağıdaki hale döner (a durumu). (a) (b) Şekil 6 Bu durumda devrenin çıkışı 0 volttur. Ve kapasitör kısa süre içinde giriş gerilimin maksimum genliğine yani V volt a dolar. Giriş gerilimi V volt olduğu zaman yani T/2-T arasında, diyot üzerinde negatif gerilim oluşacaktır. Sonuçta devre b şıkkındaki duruma dönecektir. Burada RC zaman sabiti büyük olmalıdır. Bu süre içinde kapasitör üzerindeki gerilimin mümkün olduğu kadar sabit kalması gerekmektedir. Bu yüzden RC değerinin büyük seçilmesi gerekir. Bu durumda kapasitör T/ -T aralığında üzerindeki gerilimi koruyacağından çıkış gerilimi giriş gerilimi ile kapasitör üzerindeki gerilimin toplamı olacaktır. Yani V o = V in V c = V V = 2V. Aşağıdaki şekilde giriş ve çıkış gerilimlerinin şekilleri verilmiştir (Şekil 3). Şekil 3 16

17 DENEYDE YAPILACAKLAR Hatırlatma: Deneylerde giriş ve çıkış dalga şekilleri osilaskop yardımı ile incelenecektir. Deneye başlamadan önce osilaskop kalibrasyon ayarlarının doğru olduğundan emin olunuz. Ayrıca dalga şekillerini görmek için osilaskop kanal girişlerinde bulunan AC-GND-DC seçici anahtarının DC konumda olduğundan emin olunuz. Girişler DC konumda olduğuna göre ölçümlerde referans yani sıfır noktasının önemi bir kat daha artmaktadır, bu amaçla mutlaka her ölçümden önce ekranda referans noktası olarak belirlediğiniz nokta ile girişlerin sıfır olduğu (GND konumu) durumdaki yatay çizginin çakıştığından emin olunuz. Daha sonra ölçüm ve çizimlerinizi bu referans noktasına göre yapınız. Aksi takdirde ölçümlerde hatalar oluşacaktır. 1. Aşağıdaki devreyi R L =10KΩ, V DC = 2V ve V İ giriş sinyalini, sinyal jeneratöründen 1kHz, 10Vp-p sinüs olacak şekilde kurunuz. Osilaskobun 1. kanalını giriş sinyali uçlarına, 2. kanalını da çıkış voltajı uçlarına bağlayınız. Her iki kanal ve sinyal jeneratörünün şase uçlarının devrenin şasesine doğru bağlandığından emin olunuz. Şimdi her iki kanalda gördüğünüz giriş ve çıkış voltajlarını aşağıdaki eksenlere ölçekli olarak ve değerleri ile birlikte çiziniz. Sonra V DC kaynağını (voltaj değerini değiştirmeden) ters çeviriniz. Aynı işlemleri tekrarlayınız ve çiziniz. 2. Bu basamakta 1. adımda kurduğunuz devreyi tekrar kurarak diyotu ters çevirmeniz istenmektedir. Bu durumda gördüğünüz giriş ve çıkış dalga şekillerini kaydediniz. Sonra V DC kaynağını ters çevirerek tekrar elde ediniz ve giriş çıkış voltajlarını aşağıya çiziniz 17

18 3. Aşağıdaki paralel kırpıcı devresini R = 4K7, V DC = 2V olacak şekilde kurunuz. V İ kaynağı olarak sinyal jeneratörünü kullanarak, çıkışını 10Vp-p, 1kHz sinüs dalgasına ayarlayınız. Bundan sonra osiloskobun 1. kanalını giriş voltajı uçlarına, 2. kanalını da çıkış uçlarına bağlayarak, dalga şekillerini ölçekli olarak kaydediniz. Sonra devrede bulunan diyotu ters çevirerek, giriş çıkış sinyallerini aşağıya kaydediniz adımdaki devrede bulunan V DC kaynağını ters çevirerek giriş çıkış voltajını aşağıya kaydediniz. Sonra diyotu ters çevirerek giriş çıkış dalga şekillerini kaydediniz. 5. Aşağıdaki kenetleyici devresini R L =10K, C=470μF ve V İ giriş sinyalini, sinyal jeneratöründen 1kHz, 10Vp-p kare alacak şekilde kurunuz. Osiloskobun 1. kanalını giriş sinyali uçlarına, 2. kanalını da çıkış voltajı uçlarına bağlayınız. Şimdi her iki kanalda gördüğünüz giriş ve çıkış voltajlarını ölçekli olarak ve değerleri ile birlikte çiziniz. Sonra devrede bulunan diyotu ters çevirerek, giriş çıkış sinyallerini kaydediniz. 6. Aşağıdaki devreyi V DC 2 V olacak şekilde kurarak, giriş ve çıkış dalga şekillerini ölçekli olarak kaydediniz. Daha sonra devredeki DC kaynağı ters çevirerek işlemleri tekrarlayınız 18

19 DENEY 4 TRANSİSTÖR KARAKTERİSTİĞİ AMAÇ Transistörlerin yapısının ve transistörlerin giriş ve çıkış karakteristiklerinin anlaşılması. MALZEME LİSTESİ Transistör: 2 adet 2N 2222 silisyum transistör veya eşdeğeri Direnç: 2 adet 1kΩ, 2 adet 100Ω Potansiyometre: 3 adet 2 MΩ, 3 adet 10 KΩ AÇIKLAMA Transistörlerin Yapısı BJT transistorlar katkılandırılmış P ve N tipi malzeme kullanılarak üretilir. NPN ve PNP olmak üzere başlıca iki tipi vardır. NPN transistörde 2 adet N tipi yarıiletken madde arasına 1 adet P tipi yarıiletken madde konur. PNP tipi transistörde ise, 2 adet P tipi yarıiletken madde arasına 1 adet N tipi yarıiletken madde konur. Dolayısıyla transistör 3 adet katmana veya terminale sahiptir (Şekil 1). Şekil 1: NPN ve PNP tipi transistorların fiziksel yapısı ve şematik sembolleri 19

20 Şekil 2 de NPN ve PNP tipi transistörler için gerekli kutuplama bağlantıları verilmiştir. Transistörün baz-emiter eklemine V BB kaynağı ile doğru kutulama uygulanmıştır. Bazkollektör eklemine ise V CC kaynağı ile ters kutuplama uygulanmıştır. Şekil 2: NPN ve PNP transistörlerin kutuplandırılması Transistörün Giriş Karakteristiği Karakteristik eğri, herhangi bir elektriksel elemanda akım-gerilim ilişkisini gösterir. Transistör, giriş ve çıkış için iki ayrı karakteristik eğriye sahiptir. Transistörün giriş karakteristiği baz emiter gerilimi(v BE ) ile baz akımı (I B ) arasındaki ilişkiyi verir. Transistörün giriş karakteristiklerini elde etmek için, kollektör-emiter gerilim (V CE ) parametre olarak alınır ve bu gerilime göre baz akımı (I B ) değiştirilir. Baz akımındaki bu değişimin bazemiter gerilimine (V BE ) etkisi ölçülür. Şekil 3: Transistörün giriş karakteristiği 20

21 Grafikten de görüldüğü gibi transistörün giriş karakteristiği normal bir diyot karakteristiği ile benzerlik gösterir. V BE gerilimi 0,5 V un altında olduğu sürece baz akımı ihmal edilecek derecede küçüktür. Uygulamalarda aksi belirtilmedikçe transistörün iletime başladığı andaki baz-emiter gerilimi V BE = 0,7 V olarak kabul edilir. Baz-emiter (V BE ) gerilimi, sıcaklıktan bir miktar etkilenir. Örneğin, her 1C lik sıcaklık artımında VBE gerilimi yaklaşık 2,3 mv civarında azalır. Transistörün Çıkış Karakteristiği Transistörlerde çıkış, genellikle kollektör-emiter uçları arasından alınır. Bu nedenle transistörün çıkış karakteristiği; baz akımındaki (I B ) değişime bağlı olarak, kollektör akımı (I C ) ve kollektör-emiter (V CE ) gerilimindeki değişimi verir. Transistöre uygulanan V CE gerilimi önemlidir. Bu gerilim değeri belirli limitler dahilinde olmalıdır. Bu gerilim belirlenen limit değeri aştığında transistörde kırılma olayı meydana gelerek bozulmaya neden olur. Şekil 4: Transistörün I C V CE karakteristikleri ve kırılma gerilimi 21

22 DENEYDE YAPILACAKLAR 1. Ortak emiterli bjt devresinin giriş karakteristiğini belirlemek için aşağıdaki devreyi kurunuz. Şekil 5 2. V CE ve V BE ' yi Tablo 1' de gösterilen değerleri, 2 MΩ ve 10 KΩ' luk potansiyometreler ile ayarlayarak elde ediniz. Tablo 1'de yer alan her bir V CE ve V BE değerleri için 1 KΩ' luk direnç uçlarında düşen gerilimleri ( V RB ) ölçüp, kaydediniz. Burada V CE ' nin sabit kaldığından emin olmanız için 2 adet ölçü aleti kullanmanız önerilir. V CE =3V V CE =5V V BE V RB I B =V RB /R B V BE V RB I B =V RB /R B Tablo 1 3. Emiteri ortak bağlantıda çıkış karakteristiğini incelemek için aşağıda gösterilen devredeki 10 kω' luk potansiyometreyi son değerine (max) ayarlayınız. Bu durum V CE ' nin yaklaşık olarak 0 V' a düşmesine sebep olacaktır. Daha sonra 1 MΩ' luk potansiyometreyi, I B 10 μa olacak şekilde ayarlayınız. (V RB 10 mv olduğunda, I B nin 10 μa olduğuna dikkat 22

23 ediniz) Daha sonra Tablo 2 'deki her bir V CE değeri için 10 kω' luk potansiyometreyi I B ' nin sabit kalmasını sağlayarak ayarlayınız. Şekil 6 4. Tablo 2' de gösterilen V CE ve I B ' nin her bir kombinasyonu için 100 Ω luk direnç ucundaki V RC gerilimini ölçüp, kaydediniz. Tablo 2 5. Tablo 1' deki I B değerlerini hesaplayıp kaydediniz. Bu bilgilere dayanarak Tablo 1 deki verileri kullanarak emiteri ortak öngerilimlendirme devresinin giriş karakteristiğini çiziniz. 6. Tablo 2' deki I C değerlerini hesaplayıp kaydediniz. Bu bilgilere dayanarak Tablo 2' deki verileri de kullanarak emiteri ortak çıkış karakteristiğini çiziniz. 23

24 DENEY 5 BJT TRANSİSTÖR ÜN DC ÖNGERİLİMLENMESİ AMAÇ Emiteri ve bazı ortak bağlı BJT transistorün DC öngerilimlenmesini incelemek. MALZEME LİSTESİ Transistör: 2x2N2222A tipi silisyum transistör veya eşleneği Direnç: 100Ω, 220Ω, 270Ω, 560Ω, 680Ω, 1KΩ, 1.2 KΩ, 2.2 KΩ, 3.3KΩ, 4.7KΩ, 5.6KΩ, 10KΩ, 33KΩ, 47KΩ, 100KΩ, 220KΩ, 270KΩ, 330KΩ, 470KΩ, 560KΩ, 1MΩ Potansiyometre: 2 adet 10KΩ AÇIKLAMA DC Polarma ve Çalışma Noktası Transistörün yükselteç olarak kullanılabilmesi için, yani girişindeki AC Vi voltajını, çıkışından yükseltilmiş AC Vo voltajı olarak alabilmek için, uygun bir DC polarma devresine ihtiyaç vardır. DC polarma devresi transistörler için gerçekten çok önemlidir. Eğer uygun bir DC polarma devresi yapılmaz ise, transistör bir yükselteç olarak kullanılamaz veya istenilen sonuç alınamaz. Peki DC polarma ne anlama gelmektedir. Bunu kısaca, transistörün uçları arasında DC uygun çalışma gerilimlerinin veya öngerilimlerin sağlanması olarak tanımlayabiliriz. DC polarma devreleri transistör beyz, kollektör ve emiter uçlarından statik akımların akmasını sağlar. Bunun anlamı, transistör girişlerinde herhangi bir AC sinyal yok ise, transistör üzerindeki gerilim veya akımlar statik (durgun) çalışma gerilim ve akımları olarak sabit değerde olacaklardır. Tabiki bu durum ideal şartlar için geçerlidir. Yukarıda bahsedilen çalışma noktasına Q çalışma noktası denir ve bu noktadaki akım ve gerilimleri belirleyebilmek için sembollere alt indis olarak Q harfi eklenir. örneğin IBQ ve VCEQ değerleri, sırası ile statik çalışma noktasında transistörün sahip olduğu beyz akımı ve kollektör-emiter arası gerilim değerleridir. Bilindiği gibi sıcaklık değişmeleri transistör üzerinde bazı olumsuz etkilere sebep olmaktadır. Bunlardan en önemlisi transistör akım kazancı β nın sıcaklık ile doğru orantılı olarak 24

25 değiştiğidir. Yani sıcaklık arttığında, β değeride artacak, bunun sonucunda normalde sabit kalması istenen statik çalışma akım ve gerilimleri değişecektir. Bu istenmeyen durumu önlemek için farklı yapılarda polarma devreleri kullanılır. En fazla kullanılan polarma devreleri burada fazla detaya girmeden incelenecek ve böylece transistörün yükselteç olarak kullanılması daha iyi anlaşılacaktır. En Fazla Kullanılan Transistör DC Polarma Devreleri 1- Sabit Beyz Polarması, 2- Emiteri Kararlı Polarma Devresi, 3- Voltaj Bölücülü Polarma Devresi, 4- Kollektör Geribeslemeli Polarma Devresi. 1-Sabit Beyz Polarlama Devresi 2-Emiteri Kararlı Polarlama Devresi 25

26 3-Voltaj Bölücü Polarlama Devresi 4-Kollektör Geribeslemeli Polarlama Devresi 26

27 DENEYDE YAPILACAKLAR 1. Emiteri ortak bağlantının incelenmesi; a) Aşağıdaki devreyi kurunuz. R B direncinin Tablo da verilen her değeri için istenenleri ölçünüz. (R C =270Ω, V CC =6V) R B I B I C V RC V CE 100KΩ 330KΩ 560KΩ 1MΩ b) Aynı devrede R C direncinin etkisinin araştırılması için aşağıdaki tabloda verilen her R C değerine karşılık istenen ölçümleri yapınız. (R B =330KΩ, V CC =6V) R C I B I C V RC V CE 100Ω 270Ω 680Ω 1KΩ 2. Çift kaynaklı bazı ortak bağlantının incelenmesi; a) Aşağıda verilen devreyi kurunuz. Aşağıdaki tabloda istenen ölçümleri yapınız (R C =2.2K, V CC =12V). 27

28 Şekil 2 Çift kaynaklı bazı ortak bağlantı V EE R E I E V CB V CE Ω K Ω K Ω Ω K Ω K Ω b) Aynı devre için aşağıdaki tabloda verilen R C değerlerine karşılık gelen ölçümleri yapınız (R E =2.2K, V CC =12V, V EE = -2.8V) R C I E V CB 5.6KΩ 3.3KΩ 1KΩ 560Ω 3. Tek kaynaklı bazı ortak bağlantının incelenmesi; Aşağıdaki devreyi kurunuz. Tabloda verilen R E, R C ve R B değerlerinin her biri için I E akımını ve V CT gerilimini ölçünüz. (V CC= 12V dur. V CT gerilimi kolektör gerilimidir.) 28

29 Şekil 3 Tek kaynaklı bazı ortak bağlantı R E R C R B I E V CT 10KΩ 10KΩ 100KΩ 10KΩ 10KΩ 47KΩ 10KΩ 10KΩ 33KΩ 5.6KΩ 10KΩ 100KΩ 5.6KΩ 10KΩ 47KΩ 5.6KΩ 10KΩ 33KΩ 10KΩ 5.6KΩ 100KΩ 10KΩ 3.3KΩ 100KΩ 10KΩ 1KΩ 100KΩ 29

30 DENEY 6 TRANSİSTÖRLÜ YÜKSELTECİN AC ANALİZİ AMAÇ Emiteri ortak bağlı bir yükselteçte, emiter direncinin AC açıdan tamamen devre dışı, kısmen devre dışı ve tamamen devre içi olmasının yükselteç özelliklerine olan etkisinin incelenmesi. MALZEMELER Dirençler: 2 adet 100Ω, 1KΩ, 2.2KΩ, 10KΩ, 33KΩ Kondansatör: 2 adet 4.7µF, 2 adet 10µF, 2 adet 47µF Transistör: 2 adet 2N2222A tip silisyum transistör veya eşleniği DENEYDE YAPILACAKLAR 1. Emiter direnci AC açısından tamamen devre dışı bağlantının incelenmesi: Şekil1 deki devreyi kurunuz. Devrenin girişine frekansı 1KHz olan bir sinüzoidal işareti Tablo 1 de verilen genliklerde sırasıyla uygulayıp çıkıştaki işareti osiloskop yardımı ile gözleyiniz. Çıkış gerilim ve akım değerini tabloda ilgili haneye yazınız. (R B1 =33KΩ, R B2 =10KΩ, R E1 =100Ω, R E2 =1KΩ, R C =2.2KΩ, transistör 2N2222A, C B =10µF, C C =4.7µF, C E =47µF, V CC =12V) Şekil 1: Emiteri Ortak Transistör Devresi 30

31 V in (mv) V out (mv) A V I B (DC) I C (DC) Tablo 1: Ölçüm Yapılacak Değerler NOT: Devrenizi bozmadan V in =40mV yapıp i B akım değerini not ediniz. 2. Emiter direnci kısmen devre dışı edilmiş bağlantının incelenmesi: Şekil2 deki devreyi kurunuz. Devrenin girişine frekansı 1KHz olan bir sinüzoidal işareti Tablo 2 de verilen genliklerde sırasıyla uygulayıp çıkıştaki işareti osiloskop yardımı ile gözleyiniz. Çıkış gerilim değerini tabloda ilgili haneye yazınız. (R B1 =33KΩ, R B2 =10KΩ, R E1 =100Ω, R E2 =1KΩ, R C =2.2KΩ, transistör 2N2222A, C B =10µF, C C =4.7µF, C E =47µF, V CC =12V) Şekil 2: Emiter Direnci Kısmen Devre Dışı Emiteri Ortak Bağlı Yükselteç 31

32 V in (mv) V out (mv) A V Tablo 2: Ölçüm Yapılacak Değerler NOT: Devrenizi bozmadan V in =40mV yapıp i B akım değerini not ediniz. 3. Emiter direnci AC açıdan tamamen devre içi bağlantının incelenmesi: Şekil 3 deki devreyi kurunuz. Devrenin girişine frekansı 1KHz olan bir sinüzoidal işareti Tablo 3 de verilen genliklerde sırasıyla uygulayıp çıkıştaki işareti osiloskop yardımı ile gözleyiniz. Çıkış gerilim değerini tabloda ilgili haneye yazınız. (R B1 =33KΩ, R B2 =10KΩ, R E1 =100Ω, R E2 =1KΩ, R C =2.2KΩ, transistör 2N2222A, C B =10µF, C C =4.7µF, C E =47µF, V CC =12V) 32

33 Şekil 3: Emiter Direnci Tamamen Devre İçi Emiteri Ortak Yükselteç V in (mv) V out (mv) A V Tablo 3: Ölçüm Yapılacak Değerler NOT: Devrenizi bozmadan V in =40mV yapıp i B akım değerini not ediniz. 4. Her 3 bağlantı içinde V in =40mV gerilim değerine karşılık ölçmüş olduğunuz i B akımına karşılık, giriş empedansını bulunuz. Bulduğunuz değerleri birbirleri ile karşılaştırıp giriş empedansının büyüklüğü bakımından üç bağlantıyı sıralayınız. 33

34 DENEY 7 JFET İN KARAKTERİSTİK EĞRİLERİNİN ELDE EDİLMESİ AMAÇ JFET transistörünün karakteristik eğrilerini elde edilmesi. MALZEME LİSTESİ Transistör: 2 adet BF245 transistör veya eşleneği Direnç: 2 adet 1kΩ, 2 adet 100Ω, 2 adet 2.2kΩ, 2 adet 270kΩ AÇIKLAMA BJT transistörlerin tam tersine FET' ler unipolar (tek kutuplu) olarak adlandırılırlar. Çünkü FET' in çalışması sırasında sadece tek bir tip yük taşıyıcısı kullanılır. N kanallı JFET transistörlerde gate-source gerilimi (V GS ) negatif olduğunda drain' den source' a bir iletim gerçekleşir. V GS gerilimi 0V olduğunda G-D jonksiyonu ters polarize olur ve akım akmaz. JFET transistörlerle ilgili ilginç bir nokta da BJT' nin tam tersine çıkış akımı I D giriş gerilimi V GS tarafından kontrol edilir. BJT emiteri ortak devreye geri dönersek çıkış akımı I C giriş akımı I B tarafından kontrol edilir. Şekil 1'de çıkış akımı I D ile giriş gerilimi V GS arasındaki ilişki gözükmektedir. Çalışma noktasındaki akım ve gerilimi hesaplayabilmek için öncelikle I D ve V GS 'nin max olabileceği değerlerin bilinmesi gerekmektedir. Eğer V GS = 0 V ise, I D akımı max değerdedir ve I DSS olarak adlandırılır.(drain saturasyon akımı) Eğer V GS gerilimi artırılırsa (negatif arttırılacak) bir noktada I D akımı 0'a eşit olacaktır. I D = 0 olduğu andaki V GS gerilimi V P (pinch-off gerilimi) olarak adlandırılır. Şekil 1 34

35 Çalışma noktası anındaki akım ve gerilimi hesaplamak için, Şekil 1'deki denklemlerin aynı anda çözülmesi gerekmektedir. Sol taraftaki denklem transistörün transfer denklemidir. Sağ taraftaki ise kendinden öngerilimlendirilmiş JFET devresi için yük doğrusu denklemidir. DENEYDE YAPILACAKLAR 1. Şekil 2 de verilen devreyi kurunuz. Tablo 1 de verilen gerilim değerlerine karşılık gelen akım ve gerilim değerlerini ölçünüz. Elde ettiğiniz her V GS değeri için I D -V DS ve I D -V GS eğrisini çiziniz. Şekil 2 35

36 Tablo 1. Devreye Uygulanacak Gerilim Değerleri V DD (V) V GS (V) I D (ma) V DS (V) V DD (V) V GS (V) I D (ma) V GS (V) a) Şekil 3 de verilen devreyi kurarak I D akımını, V GS ve V DS gerilimlerini ölçünüz. Şekil 3 b) R D direnç değerini 1kΩ yapınız ve a şıkkını tekrarlayınız. c) R D direnç değerini 1kΩ, R S direnç değerini 2.2kΩ yapınız ve a şıkkını tekrarlayınız. d) R D direnç değerini 2.2kΩ, R S direnç değerini 1kΩ ve V DD değerini 10V yapınız ve a şıkkını tekrarlayınız. 36

37 DENEY 8 JFETLİ YÜKSELTEÇLER AMAÇ JFET li yükselteçlerle yapılan kuvvetlendiricilerin AC analizlerinin öğrenilmesi. MALZEME LİSTESİ Transistör: 2 adet 2N3823 JFET veya eşleniği. Kondansatör: 2 adet 33µF, 2 adet 10µF. Direnç: 2 adet 1MΩ, 2 adet 2.2kΩ, 2 adet 1.1kΩ. AÇIKLAMA FET lerin bipolar tansistörlere göre çok daha yüksek giriş dirençlerine sahip olmaları nedeni ile tercih edildikleri bilinen bir gerçektir. Yarıiletkenin karakteristik değerleri üzerinde: I D, V DS, V GS değerlerinin seçimini (çalışma noktasının belirlenmesini) takiben ilk olarak R D =(V DD -V DS +V GS )/I D direncini hesaplayalım. Kapı-emetör arasındaki negatif gerilim R SS direnci ile sağlanır. Akım sınırlaması amaçlı olarak, R 1 =1MΩ seçilmiştir ve kapıdan herhangi bir akım akmadığı kabul edilirse V R1 = 0V olacaktır. Bunun anlamı ise kapı geriliminin toprak potansiyelinde olduğudur. Bu durumda R SS üzerinden sadece I D akımı akacaktır. Sonuç olarak, R SS =- V GS /I D elde edilir. AC işaretlerin kuplajı için C 1 kapasitesi konulmuştur. Kapasitans alçak frekanslarda etkili olmaktadır. İyi bir alçak frekans cevabı için R 1 >1/wC 1 koşulu sağlanmalıdır. Bu eşitsizlikte 10 katlık bir fark R 1 =10/wC 1 yeterli olacaktır. R 1 =1.5MΩ ve seçilen alt kesim frekansı f a için C 1 =10/(2π f a R 1 ) olacaktır. AC işaretlerde emetör geriliminin değişmemesi için C SS köprüleme kapasitesi bağlanır. İşaretin frekans değerine göre C SS in empedans değeri, R SS e göre çok daha düşük olmalıdır ki emetör ucu topraklanmış olur. Buna göre C SS = 10//(2π f a R SS ) eşitliği kullanılabilecektir. 37

38 DENEYDE YAPILACAKLAR 1. Aşağıda verilmiş olan 2N3823 entegresine ait V DS -I D grafiksel yapıdan I D =2mA V DS =6V ve V GS= -2V çalışması noktasını seçelim. 2. Aşağıda çalışma noktasına ilişkin olarak standart değerler verilmiştir. Ancak çalışma noktasına ait tam değerler verilmemiştir. Bu değerleri hesaplayarak uygun noktalara kaydedin. Çalışma Noktası: V DS= V GS = I D = R D (hesaplanan)= R D (kullanılan)= 2.2kΩ R SS (hesaplanan)= R SS (kullanılan)= 1.1kΩ Alt kesim frekansı= 100Hz C 1 (hesaplanan)= C 1 (kullanılan)= 10µF 38

39 C SS (hesaplanan)= C SS (kullanılan)= 33µF 3. Aşağıda verilen amplifikatör devresini kullanılan elemanlar cinsinden kurunuz. Devre girişine 10 mv tt, 30 mv tt, 50 mv tt, 100 mv tt -1 khz lik işaretleri uygulayınız. Çıkış işaretini osiloskopdan gözleyerek kaydediniz ve kazanç değerini hesaplayın. V i = 10 mv tt, 30 mv tt, 50 mv tt, 100 mv tt için, V 0 = A V = V 0 / V i= 4. Giriş işaretini, çıkışta distorsiyon oluncaya kadar arttırın. Distorsiyon halinde, çıkış işaretinin pozitif ve negatif yarı periyotları eşit genlikli midir? Aradaki fark nedendir? V i (distorsiyon başladığında)=, V 0 (distorsiyon başladığında)= 39

40 EKLER 1N4001 datasheet 7 40

41 2N2222 datasheet 41

42 2N2222A datasheet 42

43 BF245 datasheet 43

44 2N 3823datasheet 44

45 Ön Çalışma, Deney ve Rapor Hakkında Genel Bilgiler ve Formatları Ön Çalışma: Her deney için, DENEYDE YAPILACAKLAR kısmı sırası ile en iyi bildiğiniz simülasyon programı ile simülasyonları yapılacak ve A4 kağıda yapılan simülasyonların çıktıları alınıp Laboratuvara gelinecektir. Deney: Ön çalışmalarını yapan bireyler deney esnasında elde ettikleri sonuçları A4 kağıdına grup numarası, ad soyad ve imzaları ile birlikte görevli Hocalarımıza teslim edeceklerdir. Bir kopyasını kendinize almayı unutmayınız. Rapor: Rapor tamamen deney esnasında elde ettiğiniz sonuçların yorumları ile birlikte bir sonraki hafta deneye gelirken teslim edilmesidir. Grup olarak hazırlanacaktır. Rapor formatı aşağıdadır: Devrenin Çizimi Devrenin simülasyon çıktısı (grafik yada tablo) Deneyde elde edilen sonuçları (grafik yada tablo) Elde edilen sonuçların yorumlanması 45

46 Kapak Formatı BÜLENT ECEVİT ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ELEKTRONİK LABORATUARI - I RAPOR DENEY NO: 3 DENEY ADI: KIRPICI VE KENETLEYİCİ DEVRELER GRUP NO: 5 GRUP ÜYELERİ: Osman DALBUDAKOĞLU İmza Ozan GÜLBUDAKOĞLU İmza 46

47 Değerlendirme GENEL NOT (%100) YIL İÇİ (%50) YIL SONU (%50) VİZE* (%25) RAPOR (%25) FİNAL* (%20) PROJE** (%30) *Vize ve Final sınavları yazılı olacaktır.(vize ve final haftalarında) ** Proje 1-21 kasım 2016 tarihine kadar proje ara raporunu teslim edilecek Aralık 2016 tarihine kadar projelerin bitmiş ve çalışır halleri teslim edilecek. Proje ile ilgili sözlü sınava tabi tutulacaksınız. Not: Tarihlerde değişiklik yapılabilir. 47