* DC polarma, transistörün uçları arasında uygun DC çalışma gerilimlerinin veya öngerilimlerin sağlanmasıdır.

Transkript

1 Elektronik Devreler

2 1. Transistörlü Devreler 1.1 Transistör DC Polarma Devreleri Gerilim Bölücülü Polarma Devresi 1.2 Transistörlü Yükselteç Devreleri Gerilim Bölücülü Yükselteç Devresi Konunun Özeti

3 * Transistörün yükselteç olarak kullanılabilmesi için, yani girişindeki AC (değişken) V i giriş voltajını, çıkışından yükseltilmiş AC (değişken) V o çıkış voltajı olarak alabilmek için, uygun bir DC polarma devresine ihtiyaç vardır. * DC polarma, transistörün uçları arasında uygun DC çalışma gerilimlerinin veya öngerilimlerin sağlanmasıdır. * DC polarma devreleri transistör beyz, kollektör ve emiter uçlarından statik (Quiscent-Durgun) akımların akmasını sağlar. * Transistör girişlerinde herhangi bir AC sinyal yok ise, transistör üzerindeki gerilim veya akımlar statik çalışma gerilim ve akımları olarak sabittir. * Bu durum ideal şartlar için geçerlidir. * Bu çalışma noktasına Q çalışma noktası denir ve bu noktadaki akım ve gerilimleri belirleyebilmek için sembollere alt indis olarak Q harfi eklenir. * Statik çalışma noktasında beyz akımı: I BQ * Kollektör-emiter arası gerilim: V CEQ 3

4 * Sıcaklık değişmeleri transistör üzerinde bazı olumsuz etkilere sebep olmaktadır. * Bunlardan en önemlisi transistör akım kazancı β'nın sıcaklık ile doğru orantılı olarak değişmesidir. * Sıcaklık arttığında, β değeri de artacak, bunun sonucu olarakta, normalde sabit kalması istenen statik çalışma akım ve gerilimleri değişecektir. * Bu istenmeyen durumu önlemek için farklı yapılarda polarma devreleri kullanılır. * En Fazla Kullanılan Transistör DC Polarma Devreleri; Sabit Beyz Polarması, Emiteri Kararlı Polarma Devresi, Gerilim Bölücülü Polarma Devresi, Kollektör Geri Beslemeli Polarma Devresi 4

5 * En çok kullanılan polarma devresi, gerilim bölücü dirençler kullanılarak yapılan, Gerilim bölücülü polarma devresidir. * Aşağıdaki şekilde bu polarma devresinin bağlantı şeması ve akım yönleri gösterilmektedir. * Bu şekilden de görüldüğü gibi transistörün beyz (V B ) polarması R B1 ve R B2 gerilim bölücü dirençleri kullanılarak sağlanmaktadır.

6 * Şekilden görüldüğü gibi R B1 üzerinden geçen I 1 akımı V B noktasında ikiye ayrılmaktadır. Bu noktadan sonra I 2 akımı R B2 direnci üzerinden, I B akımı da transistörün beyzinden geçmektedir. Bu bağıntıyı kısaca, I 1 =I B +I 2 şeklinde yazabiliriz. * Bu polarma devresinin normal işlevini yerine getirebilmesi için, I 2 akımının I B akımına göre oldukça yüksek olması gerekmektedir. Diğer bir deyişle, bağıntısı yerine getirilirse, gerilim bölücülü polarma devresi daha kararlı çalışacaktır. * Aksi takdirde devre kararlılığı bozulacak ve değişik çevre şartlarında farklı sonuçlar verecektir. Analiz işlemleri sırasında bu şart sağlanıp işlemler ona göre yapılacaktır. 6

7 * Verilen şart sağlandığında I B akımı hesaplamalarda ihmal edilir. Aslında her ne kadar I B akımı I 2 akımından küçük olursa olsun, devrenin çalışmasına bir etkisi vardır, fakat bu etki I 2 akımının oluşturduğu etkiye göre oldukça küçüktür. * Yapılan analizin hatasız gerçekleşmesi için, devrede bulunan R E ve R 2 dirençlerini 10.R 2 β.r E şartına göre seçmek yeterlidir. * Gerilim bölücülü polarma devresinde V B voltaj değerinin yaklaşık olarak R B2 direnci üzerinde düşen voltaja eşit olduğu görülebilir (Yukarıdaki şart sağlandığı durumda). * Bu durumda I 1 akımının yaklaşık olarak I 2 akımına eşit olduğu anlaşılabilir. * Buna göre V B gerilimini bulmak için R B2 direnci uçlarındaki voltajı bulmamız yeterlidir. Eğer devrede bulunan gerilim bölücü devreye bakarsak, V B geriliminin, değerine eşit olduğu görülebilir. 7

8 * V B gerilimi bulunduktan sonra, emiter direnci uçlarındaki voltaj V E 'de, değerine eşit olacaktır. * Buna göre R E direncinin değeri ve uçlarındaki voltaj belli olduğuna göre, üzerinden geçen I E akım değeri de bulunabilir. Buradan, alınırsa, I B ve I C akımları da, ve eşitliklerinden bulunabilir. 8

9 * Diğer taraftan transistörün harcadığı gücü bulmak için V CE gerilimini bulmak gerekecektir. * V CE voltaj değerini bulmak için, transistörün çıkış katındaki I C akımının izlediği yol üzerinden bir çevre denklemi yazılırsa, eşitliği elde edilir. * Buradan V CE değeri çekilirse, eşitliği bulunur. * Transistörün ısı enerjisi olarak üzerinde harcadığı güç ise, eşitliğinden Watt olarak bulunur. Bu eşitlik transistörlü tüm devreler için geçerlidir. 9

10 Örnek 1: Gerilim bölücülü polarma devresinde, R B1 =39K, R B2 =3.9K, R C =10K, R E =1.5K, V CC =22V, β=140 ve transistör silisyum tipinde olduğuna göre, a) I B b) I C c) V CE d) P D değerlerini hesaplayınız. Çözüm: a) İlk olarak V B değeri hesaplanırsa, olarak bulunur. Buradan V E voltajı bulunabilir.

11 Bulunan V E değeri I E eşitliğinde yerine konulursa, değeri bulunur. Buradan I B değeri hesaplanabilir. b) I C akım değeri β.i B eşitliği kullanılarak bulunabilir. 11

12 c) V CE gerilimi için seri koldaki gerilimler V CC geriliminden çıkarılırsa, değeri bulunur. d) Transistörün harcadığı güç, P D,değeri ise, olarak bulunur. 12

13 Elde edilen sonuçların doğruluğunu test için aşağıdaki animasyonda bulunan ilgili kutucuklara devrede verilen değerleri girerek, istenilen değerleri hesaplattırınız. Elde ettiğiniz sonuçların yukarıda elde edilen sonuçlarla uyuştuğundan emin olunuz. Bundan sonra kendiniz yaklaşık analiz için gerekli olan koşulu göz önüne alarak farklı değerler için V CE, I C, I E, P D ve I B değerlerini önce kendiniz hesaplayınız ve daha sonra program ile sonuçlarınızı karşılaştırınız.

14 * Transistörler AC sinyallerin yükseltilmesi işleminde sıklıkla kullanılırlar. Bunun için en başta transistörün uygun bir DC polarma devresi ile polarmalandırılması gerekmektedir. * AC sinyal yükseltmesi denince girişten verilen değişken V i sinyalinin, çıkıştan yükseltilmiş bir V o sinyali olarak alınması kastedilmektedir. Örneğin yükselteç girişine verilen bir mikrofon çıkışında oluşan elektrik sinyali, yükselteç çıkışından yükseltilerek alınabilir. Yani seviyesi yetersiz herhangi bir AC sinyali istediğimiz seviyeye getirmek için yükselteçleri kullanırız. * Burada gerilim bölücülü polarma devresinin AC sinyal altında kullanılması konusundaki eşitlikler verilecek ve eşitliklerin uygulamasının daha iyi anlaşılması için bir animasyonla desteklenecektir. * Diğer polarma devreleriyle oluşturulan kuvvetlendirici devrelerinin de benzer eşitliklerle analizi gerçekleştirilebilmektedir. Bu yüzden burada sadece gerilim bölücülü polarma devresiyle gerçekleştirilen kuvvetlendirici devresi incelenecektir. 14

15 * Aşağıdaki şekilde gerilim bölücü dirençler kullanılarak yapılan yükselteç devresi görülmektedir. Bu devrenin yaklaşık DC analizi önceki slaytlarda verilmişti. Burada devrenin AC analizi sonucu ortaya çıkan sonuç eşitlikleri verilecek ve örnekler üzerinde uygulanacaklardır. * Devrenin girişinden baktığımızda görülecek AC dirence, giriş empedansı denir ve kısaca Z İ sembolü ile gösterilir ve devrenin AC analizi yapıldığında, giriş empedansı Z İ, olarak bulunur. Burada " // " sembolü iki direncin paralel olduğunu belirtmektedir. 15

16 * Devrenin AC voltaj kazancı, olarak bulunur. * Formülde bulunan (-) işareti giriş ile çıkış sinyalleri arasındaki 180 derecelik faz farkını belirtmektedir. Devrede bulunan kondansatörler AC sinyale karşı kolaylık gösterecek ve onları zayıflatmadan üzerinden geçirecektir, yani AC sinyale karşı kısa devre gibi davranacaktır. * Yukarıdaki formülde görülen r e, transistörün girişinde görülen AC direnci sembolize eder ve değeri oda sıcaklığı için yaklaşık, ifadesinden bulunabilir. Buradaki I E değeri transistörün DC analizinde bulunan emiter akım değerini ifade etmektedir. 16

17 * Yine benzer şekilde çıkış empedansı Z o, olarak verilebilir. * Son olarak akım kazancıda, olarak bulunabilir. * Şimdi verilen bu denklemleri bir örnek üzerinde uygulayalım. 17

18 Örnek 2: Gerilim bölücülü yükselteç devresinde, R B1 =39K, R B2 =3.9K, R C =10K, R E =1.5K, V CC =22V, β=140 ve transistör silisyum tipinde olduğuna göre, a) Z i b) A V c) Z o d) A İ değerlerini hesaplayınız. Çözüm: Bu örneğin DC analizi örnek 1'de yapıldığı için, DC analiz tekrarlanmayacak, bunun yerine oradan elde edilen değerler kullanılacaktır. Örnek 1 de I E = ma olarak bulunmuştu. Buradan r e değeri; olarak bulunur. Şimdi istenilen değerleri hesaplayalım.

19 a) b) c) d) olarak bulunur.

20 Örnekte bulunan bu sonuçları karşılaştırmak için aşağıdaki animasyon programını kullanalım ve sonuçların doğruluğundan emin olalım.

21 Konunun Özeti Transistörün yükselteç olarak kullanılabilmesi için, yani girişindeki AC (değişken) V i giriş voltajını, çıkışından yükseltilmiş AC (değişken) V o çıkış voltajı olarak alabilmek için, uygun bir DC polarma devresine ihtiyaç vardır. DC polarma, transistörün uçları arasında uygun DC çalışma gerilimlerinin veya öngerilimlerin sağlanmasıdır. Transistör girişlerinde herhangi bir AC sinyal yok ise, transistör üzerindeki gerilimveya akımlar statik çalışmagerilimve akımları olarak sabittir. Bu çalışma noktasına Q çalışma noktası denir. Sıcaklık arttığında, transistörün akım kazancı β değeri de artacak, bunun sonucu olarak ta, normalde sabit kalması istenen statik çalışma akım ve gerilimleri değişecektir. Bu istenmeyen durumu önlemek için farklı yapılarda polarma devreleri kullanılır. En çok kullanılan polarma devresi, gerilim bölücü dirençler kullanılarak yapılan, Gerilim bölücülü polarma devresidir. Transistörün beyz polarması R B1 ve R B2 gerilim bölücü dirençleri kullanılarak sağlanmaktadır. Transistörler AC sinyallerin yükseltilmesi işleminde sıklıkla kullanılırlar. Bunun için en başta transistörün uygun bir DC polarma devresi ile polarmalandırılması gerekmektedir. AC sinyal yükseltmesi girişten verilen değişken V i sinyalinin, çıkıştan yükseltilmiş bir V o sinyali olarak alınması olarak tanımlanabilir. Gerilim bölücülü yükselteç devresinin AC analizi sonucu, devrenin girişinden bakıldığında görülen AC direnç, (giriş empedansı, Z İ ), devrenin AC voltaj kazancı, (A V ), çıkış empedansı (Z o ) ve akım kazancı (A İ ) değerleri bulunur.