TKPR118 ANALOG ELEKTRONĐK DERS NOTLARI

Transkript

1 TKPR118 ANALOG ELEKTRONĐK DERS NOTLARI Tarkan AYDIN 1

2 DĐYOTLAR Şekil 1.0 Şekil 1.1 Şekil 1.2 Şekil 1.3 Diyotun Karakteristik Eğrisi Şekil 1.4 Şekil 1.5 Diyotlar P N tipi maddelerden oluşur. Bu iki madde yan yana geldiğinde aralarında bir gerilim setti meydana gelir. Normalde açık devre olan bu yapı P tipi maddeye ( + ), N tipi maddeye ( - ) potansiyel uygulanırsa gerilim setti yıkılarak iletken hale gelir. Diyotun bu özelliği anahtar gibi kullanılmasını sağlar. Đleri yönde kutuplandığında birkaç 100 Ω (Ohm), ters yönünde ise birkaç M Ω civarında direnç gösterir. Tarkan AYDIN 2

3 Diyot Eşdeğer Devresi 1) 2) V >> Vd ( En az 100kat ) ( Vd ihmal edilebilir ) 3) V >> Rd ( Devre Empedansı >> Rd ) (Rd ihmal edilebilir ) 4) V >> Vd, R >> Rd ( Vd ve Rd ihmal edilebilir) Şekil 1.6 Dc veya Statik Direnç Statik direnç, diyotun belirli bir çalışma noktasındaki direncidir. Diyota Dc kaynak bağlanırsa oluşan dirençtir. Diyota Dc kaynak bağlandığında sabit kalır. Şekil 1.7 V Vd VR = 0 V = Vd + VR Statik Direnç Diyot karakteristik eğrisine (Şekil 1.5) A noktasında çalıştığı görülen diyotun statik direnci nedir? Vd = 0,8 V Id = 20 ma Vd 0,8 V RDC = = = 0,04 K Ω = ( 40 Ω ) Id 20 ma Tarkan AYDIN 3

4 B noktası için statik direnç nedir? ( Şekil 1.5 ) Vd 0,7 V RDC = = = 0,14 K Ω = ( 140 Ω ) Id 5 ma NOT: Diyot üstündeki gerilim düşümü azaldıkça iç direnç artar. 3. bölgede ters ön gerilimi altında çalışan diyotun statik direnci nedir? ( C noktası ) (Şekil 1.5 ) Vd = - 10 V Id = -2 ϻ A Vd - 10 V RDC = = = 5 M Ω Id -2 ϻ A AC veya Dinamik Direnç Vd RAC = Id Diyotun AC altında gösterdiği dirençtir. AC enerji altında çalışma noktası yukarı aşağı doğru hareket eder. Şekil 1.8 Değişken bir gerilim altında çalıştırılan diyotun çalışma noktası A B arasındaki gidip gelmektir. A Vd = 0,8 V, Id = 20 ma B Vd = 0,7 V, Id = 5 ma Vd 0,8 0,7 0,1 V RAC = = = = 0,0066 K = ( 6,6 Ω) Id ma Tarkan AYDIN 4

5 Diyotun Ölçülmesi Direnç kademesinde ölçülür. Diyot Uygulamaları 1 ) Şekil 1.9 Şekil 1.9 daki devrede Id=? Vd=? Vdd Vd VR = 0 VR = 8-0,7 = 7,3 V VR 7,3 V Id= = = 3,32 ma R 2,2 K 2 ) Şekil 2.0 IR =? VR =? Vdd - Vdsi Vdge VR =0 12 0,7 0,3 VR = 0 VR = 11 V VR 11 V IR= = = 1,964 ma R 5,6 K 3 ) Tarkan AYDIN 5

6 Şekil 2.1 Vdd VR1 Vd VR2 + Vdd1 = ,7 + 5 = VR1 + VR2 VR1 + VR2 = 14,3 V VR1 + VR2 14,3 V I= = = 2,1 ma R1 + R2 6,8 K VR2 = I. R2 = 2,1 ma. 2,2 K = 4,62 V Vo = 4,62 5 = - 0,38 V 4 ) Şekil 2.2 Vdd Vd VR1 Vdd1 = ,7 10 = VR1 = 4,3 V Vo = 4, = 14,3 V 5 ) Şekil VR1 0,7 4 = 0 VR1 = 15,3 V VR 15,3 V IR = = = 6,95 ma R 2,2 K 6 ) Tarkan AYDIN 6

7 Şekil VR1 0,7 = 0 VR1 =9,3 V VR 9,3 V IR = = = 0,028 A = ( 28 ma ) R 330Ω 7 ) Şekil 2.5 ILED = 10 ma, VLED = 2,5 V Devreden 10 ma geçirecek şekilde nasıl bir ön direnç bağlanırsa devre 10 V ile beslenir? VR1 = 10 2,5 = 7,5 V VR 7,5 V R = = = 0,75 K 750Ω I 10 ma 8 ) Şekil 2.6 VR = 12 8 = 4 V VR 4 V R = = = 0,4 K 400 Ω I 10 ma Tarkan AYDIN 7

8 9 ) Şekil 2.7 Şekildeki karakteristiğe sahip led ler 12 V ile çalıştırılmak isteniyor. Üzerinden 15 ma akım geçtiğine göre; A ) Tek bir led 12 V kaynağa bağlandığında ön direnç ne olmalıdır? B ) 2 Adet led 12 V kaynağa bağlandığında kullanılacak ön direnç ne olmalıdır? C ) En fazla Kaç led seri bağlanabilir, ön direnç ne olmalıdır? D ) Yukarıdaki 3 devrede kaynaktan çekilen güç, ledler üzerinde harcanan güç, ön direnç üzerinde harcanan güçleri bulup yorumlayınız. A ) VR = 12 2,8 = 9,2 V B) Şekil 2.8 VR 9,2 V R = = = 0,613 K 613 Ω I 15 ma VR = 12 5,6 = 6,4 V VR 6,4 V R = = = 426 Ω I 15 ma C ) Şekil 2.9 VR = 12 11,2 = 0,8 V VR 0,8 V R = = = 0,053 K 53 Ω I 15 ma Şekil 3.0 D) 1. Devre; 2. Devre 3. Devre PT =U.I = 180 mw PT = U. I = 180 mw PT = U. I = 180 mw PLED = 2, 8V. 15 ma = 42 mw PLED = 42mW (2led 84mW) PLED = 42mW (4led 168mW) Tarkan AYDIN 8

9 PR = 9,2 V. 15 ma = 138 mw PR = 6,4 V. 15 ma = 96 mw PR = 0,8 V. 15 ma = 12 mw 10 ) Şekil 3.1 U UD1 UD2 UR2 = ,7 0,7 = UR2 UR2 = 18,6 V UR 18,6 V I = = = 3,32 ma R2 5,6 KΩ UR1 = UD2 UR1 0,7 V IR1 = = = 0,21 ma R1 3,3 KΩ IR2 = 3,32 0,21 = 3,11 ma DOĞRULTMA DEVRELERĐ 1- Yarım Dalga Doğrultma Devreleri Şekil 3.2 Şekil 3.3 AC 1- Vi ( p p ) = 622 V 2- Vi ( p ) = 622 / 2 = 311 V Tarkan AYDIN 9

10 3- Vi (eff) = vi ( p ). 0,707 = 220 V Vo ( DC ) = Vo ( p ). 0,318 Vo ( DC ) = (Vo ( p ) VD ). 0,318 Avometre ile 20 V ölçülen AC bir gerilim yarım dalga doğrultma devresi ile doğrultuluyor. Devrenin çıkışındaki gerilimin ortalama değeri nedir? VAC (eff) = 20 V Şekil 3.4 Şekil 3.5 Veff = V ( p ). 0,707 Vo (DC) = ( Vi (p) VD ). 0, = V ( p ). 0,707 = ( 28,28 0,7 ). 0, = 8,77 V V(p) = = 28,28 V 0,707 2 Tam Dalga Doğrultma Devresi a) Köprü Tipi Doğrultma Devresi Şekil 3.6 Şekil 3.7 Vo (DC) = V (p). 0,636 Vo (DC) = (V(p) VD). 0,636 Vo (DC) = (V(p) 1,4). 0,636 Tarkan AYDIN 10

11 b) Orta Uçlu Transformatörle Yapılan Tam Dalga Doğrultma Devresi Pp = Ps Şekil 3.8 Şekil 3.9 Vo (DC) = ( V (p) 0,7). 0,636 2 x 12 V luk sekonder sargısı olan bir transformatörün çıkışına tam dalga doğrultma devresi yapılacaktır. a) Köprü tipi devre yapılırsa, c) 2 Diyotla doğrultma devresi yapılırsa çıkış gerilimleri ne olur? a ) Şekil 4.0 Veff = 12 V Veff 12 Vp = = = 16,97 V 0,707 0,707 Vo(Dc) = (V(p) 1,4). 0,636 = (16,97 1,4). 0,636 = 9,9 V b) Vo(DC) = (V(p) 0,7). 0,636 = (16,97 0,7). 0,636 = 10,34 V Şekil 4.1 Tarkan AYDIN 11

12 Devredeki D1 diyotu devrede ise; a) Çıkış dalga şeklini çiziniz. b) Çıkış geriliminin ortalama değerini bulunuz. a) b) Seri Kırpıcı Şekil 4.2 Veff 10 Vp = = = 14,14 V 0,707 0,707 Vo(Dc) = (V(p) 1,4). 0,318 = (14,14 1,4). 0,318 = 4,05 V KIRPICI DEVRELER Şekil 4.3 Şekil 4.4 Şekil 4.5 Şekil 4.6 Vi = 20 V ise Vi = 0 V ise Şekil 4.7 Şekil 4.8 Tarkan AYDIN 12

13 Vo = VRy Vi + V Vd Vo = ,7 = Vo Vo = 24,3 V Vo = 5 0,7 = 4,3 V Şekil 4.9 I = 0 Vo = I. Ry = 0 V Diyotun iletimde kalması için Vi gerilimi V- Vd = 5 0,7 = 4,3V u yenecek şekilde 4.3 V dan büyük olması gerekir. Paralel Kırpıcı Şekil 5.0 Şekil 5.1 Şekil 5.2 Şekil 5.3 Şekil 5.4 Şekil 5.5 Vi > 3,3 V ise akım geçmez Vi = Vo Vi < 3,3 V ise I, Vo = 3,3 V Şekil 5.6 Tarkan AYDIN 13

14 KENETLEYĐCĐ DEVRE Şekil 5.7 Şekil ) Şekil 5.9 Şekil 6.0 a ) V Vc VD = 0 c ) Vo = - V Vc 10 Vc 0,7 = 0 = ,3 Vc = 9,3 V = - 19,3 V b ) Vo = VD = 0,7 V 1 Diyotun iletimde olduğu durumdan işleme başlanır. 2 3 Şekil 6.1 Şekil 6.2 Tarkan AYDIN 14

15 1 ) V + V2 + VD Vc = ,7 Vc =0 Vc = 24,3 V Vo - VR = 5 0,7 = 4,3 V Şekil ) V + Vc VR = ,3 = VR VR = 34,3 V Şekil 6.4 ZENER DĐYOT Şekil 6.5 Şekil 6.6 Ters ön gerilim altında Vz gerilimine ulaşıncaya kadar açık devre özelliği gösterir. Iz = 0 dır. Vz gerilimi aşıldıktan sonra bir Iz akımı geçmeye başlar. Uçlarında Vz kadar bir gerilim tutar. Vz = Zener Eşik Gerilimi Izm = Maksimum Zener akımı Pz = Zener Gücü Pz= Vz. Iz Zener Uygulamaları 1 ) Sabit Vi, Değişken RL Tarkan AYDIN 15

16 Şekil 6.7 Şekil 6.8 Şekil 6.7 de görülen regülatör devresinde zener gerilimi yük uçlarındaki gerilime eşittir. Devredeki zenerin çalışabilmesi için RL uçlarında en az Vz kadar bir gerilimin düşmesi gerekir. Üzerinde Vz kadar gerilim düşürecek RL değerini bulmak için zener devreden çıkartırılırsa; Vi VRL = Vz =. RL Rs+ RL Vz (Rs+ RL) = Vi. RL Vz. Rs + Vz. RL = Vi. RL Vz. Rs = (Vi Vz ). RL Vz. Rs 1 ) RLmin = Vi Vz RLmin den büyük her direnç değeri zener diyotun çalışmasını sağlar. RL değeri RLmin den küçük olursa uçlarında Vz den daha küçük bir gerilim oluşacağından regülasyon sağlanmaz. ( Zener iletime geçmez ) 2 ) Min RL den max IL geçer. Vz ILmax = RLmin 3 ) VRS = Vi Vz VRS 4 ) IRS = Rs 5 ) IRS = Iz + IL 6 ) ILmin = IRS - IZmax 7 ) Min IL, Max RL geçer Vz RLmax = ILmin Tarkan AYDIN 16

17 Şekil 6.9 RLmax =? RLmin =? (Izmax = 32 ma) Vz. Rs RLmin = = = = 250Ω Vi Vz VRS 40 IRS = = = 40 ma Rs 1K ILmin = IRS Izmax = = 8 ma Vz 10 RLmax = = = 1,25K ILmin 8 ma Şekil ) Değişken Vi, Sabit RL Şekil 7.1 Şekil 7.2 Vz 1) Vimin =. (RS + RL) RL Vz 2 ) IL = 3 ) IRSmax = Izm + IL RL 4 ) Vimax = ( IRSmax. RS ) + Vz Tarkan AYDIN 17

18 Şekil 7.3 Vz 20 Vimin =. (RS + RL) = = 23,66 V RL 1200 Vz 20 IL = = =0,016 A = 16 ma RL 1200 IRSmax = Izm + IL = 60 ma + 16 ma = 76 ma Vimax = ( IRSmax. RS ) + Vz = (76 ma. 0,22K ) + 20V = 36,72 V Şekil 7.4 TRANSĐSTÖRLER 1 ) Ie = Ib + Ic Şekil 7.5 Şekil 7.6 Ic Ic = β. Ib Tarkan AYDIN 18

19 2 ) β = Ic Ib ϻ = Ie Şekil 7.7 Şekil 7.8 Transistorün Ölçülmesi ; Şekil 7.9 şekil 8.0 Şekil ) Ölçmeler sonunda direnç okunan aklardan ortak olanı beyz dir. (2) 2 ) Okunan değerlerden büyük olanı emiter direncidir. (1) 3 ) Beyz uygulanan potansiyel (+) ise NPN, (-) ise PNP dir. Şekil 8.2 Şekil 8.3 Beyz 2 Collector 3 Emiter 1 Bu transistör beyz ( - ) olduğu için PNP dir. Tarkan AYDIN 19

20 Şekil Beyzi Ortak Bağlantı Transistor ün Bağlantı Şekilleri Şekil Emiteri Ortak Bağlantı Şekil Kolektörü Ortak Bağlantı Şekil Basit Polarma Devresi Vcc = Vrb Vbe = 0 Şekil 8.8 Vcc = Ib. Rb + Vbe Tarkan AYDIN 20

21 Vcc - Vbe = Ib Vcc = Ic. Rc + VCE Rb VCE = Vcc Ic. Rc Ib = 0 ise Ic = 0 VCE = Vcc (Kesim Durumu) Transistor ün beyzinden, C - E arasını kısa devre yapacak kadar yeterince bir akım geçirilirse transistör doyum bölgesinde çalışır. Ib = Ibmax Ic = β. Ibmax = Icmax VCE = 0 V Şekil 8.9 Aktif Durum; 0 < Ib < Ibmax, 0 < Ic < Icmax, 0 < Vce < Vcc Şekil 9.0 Tarkan AYDIN 21

22 Transistor ün Anahtar Olarak Çalışması Şekil ) Transistör anahtar olarak çalışır. ( kesim veya doyum durumunda ) 2 ) S açık iken ; ( Kesim) Ib = 0, Ic = 0, Vce = Vcc = 12V, Vröle = 0 V 3 ) S kapalı iken ; Vcc Vbe 12 0,7 11,3 Ib = = = = 2,4 ma Rb 4K7 4K7 Bu akım, Icmax ı verecek yani transistor ü doyuma götürecek kadar yüksektir. Vcc Vcc 12 Ic = = = = 0,04 A = 40 ma Rc Rröle 300 Şekil 9.2 S açık iken I1=0 Vcc Vbe 19,3 I2 = = = 9,62 ma ( Ib2) 2K Vcc I2. 2 K Vbe 5 = 0 I2, Tr2 yi doyuma götürür. 20 I3 = = 1 A 15+5 Tarkan AYDIN 22

23 S kapalı iken; Vcc Vbe 19,3 I1 = = = 6,43 ma 3 K 3K Vcc 20V I2 = = = 10 ma 2 K 2 K I3 = 0 I2 akımı, Tr2 üzerinden geçemediği için (Ib2 = 0) Tr2 kesimdedir. S açıkken: I1 = 0 I2 = 0 I3 =0 (Tr1, Tr2 kesimde) S kapalıyken: 5 1,4 3,6 I1 = = = 0,72 ma 5 K 5 K Şekil 9.4 Tr1 doyumda iken: 5 0,7 4,3 I2 = = = 4,3 ma 1 K 1 K Vbe2 0,7 I4 = = = 0,7 ma 1 K 1 K I5 = I1 I4 = 0,72 0,7 = 0,02 ma I5 = I1 + I2 I4 = 0,72 + 4,3 0,7 5 2 = 4,32 ma I3 = = 9 ma 330 Şekil 9.5 Şekil Basit Polarma Devresi ve Örnekleri Vcc - Vbe 11,3 Ib = = = 0,047 ma 240 K 240 Ic = β. Ib = 50. 0,047 = 2,35 ma Ie = Ib + Ic = 0, ,35 = 2,39 ma Tarkan AYDIN 23

24 Vce = Vcc (Ic. Rc) = 12 (2,35. 2,2) = 6,82 V Şekil 9.7 Vcc Vce Ic. Rc = 0 Vcc Vce = Ic. Rc = 22 (2,52 ma. 3,3 K) = 13,69 V a ) Ib, Ic, Vce =? b ) Yük doğrusunu çizerek çalışma noktasını tespit ediniz. c ) Devrenin girişine Ib akımını ±10 ϻa değiştiren bir Vi sinyali uygulanırsa çalışma noktası hangi noktalar arasında değişir. 22 0,7 21,3 V a) Ib = = = 0,0313 ma 680 K 680 K Ic = β. Ib = 0, = 3,72 ma Vec = Vcc (Ic. Rc) Şekil 9.8 Vec = 22 V (3.72 ma. 3,3 K ) Vec = - 9,73 V c ) Ii = 10 ϻa Ib = IbQ + 10 ϻa = = 41 ϻa Ic = β. 41 ϻa = 4920 ϻa = 4,92 ma Vec = Vcc (Ic. Rc) = 22 (4,92 ma. 3,3 K) = 5,76 V Ib = IbQ 10 ϻa = = 21 ϻa Ic = = 2,52 ma Vec = Vcc (Ic. Rc) Şekil 9.9 Tarkan AYDIN 24

25 2 Emiter Dirençli Ön Gerilim Devresi Ib = Rb + (β + 1). Re a ) Vcc Ib. Rb Vbe (Ib + Ic). Re = 0 Vcc Ib. Rb Vbe Ib. Re + Ic. Re = 0 Vcc Ib. Rb Vbe Ib. Re + β. Ib. Re = 0 Vcc Ib. Rb Vbe Ib. Re (β + 1) = 0 Vcc Vbe = Ib. Rb + Ib. Re (β + 1) = 0 Vcc Vbe = Ib ( Rb + Re (β + 1) ) = 0 Vcc Vbe b ) Ic = β. Ib Şekil 10.0 c ) Vcc Ib. Rc Vce (Ic + Ib). Re Ib << Ic olduğundan ihmal edilebilir. Vce = Vce Ic. Rc Ic. Re Vce = Vcc Ic (Rc + Re ) 20 0,7 19,3 Ib = = = 0,036 ma 430 K + (101). 1K 531 K Ic = β. Ib = 0,036 ma. 100 = 3,6 ma Şekil 10.1 Vec = Vcc - Ic (Rc + Re) = 20 3,6 ma. 3 K = 20 10,8 = 9,2 V Vc = Vcc (Ic Rc) = 20 (3,6 ma. 2 K) = 12,8 V Tarkan AYDIN 25

26 Şekil ,7 19,3 19,3 Ib = = = = 0,03 ma 510 K + (201) K + 124,62K 634,62K Ic = ,03 = 6 ma Vce = Vcc Ic (Rc + Re) 20 6.(1,2 0,62) 20 10,92 = 9,08 V 20 Icmax = = 10,68 ma 1,82 K Şekil 10.3 Tarkan AYDIN 26

27 3 Kolektör Geri Beslemeli Ön Gerilim Devresi Şekil 10.4 Vcc = Ib. Rc + Ic. Rc + Ib. Rb + Vbe + Ib. Re + Ic. Re Ib << Ic Ie = Ib + Ic Ie = Ic Vcc Vbe = Ic. Rc + Ib. Rb + Ic. Re Vcc Vbe = β. Ib. Rc + Ib. Rb + β. Ib. Re Vcc Vbe = β. Ib (Rc + Re) + Ib. Rb Vcc Vbe = Ib (β + 1). (Rc + Re) + Rb Vcc Vbe Ib = Rb + (β + 1). (Rc + Re) Vcc = Ib. Rc + Ic. Rc + Vce + Ib. Re + Ic. Re Vce = Vcc Ic (Rc + Re) = Vcc Ic. Rc Ic. Re Ie = Ic Vcc = 10 V tur. Vcc Vbe 9,3 V Ib = = = 0,02 ma Rb + (β + 1). (Rc + Re) 464,2 K Ic = (β. Ib) = 50. 0,02 = 1 ma Vce = Vcc Ic (Rc + Re) = 10 1 (3K + 1.2K) = 5,8K Vc = Vcc Ic. Rc Tarkan AYDIN 27

28 Şekil = 10 1 ma. 3 K = 7 V 4 Đdeal (Beta dan Bağımsız) Polarma Devresi I1 = Ib + I2 Zb >> Rb2 I2 >> Ib I1 = I2 Vce = Vcc Ic (Rc + Re) Şekil 10.6 Vcc VRB2 = Vb =. Rb2 Rb1 + Rb2 Ve = VRE Ie = Ic Ve / Re Ve = Vb Vbe Vcc 22 Vb =. Rb2 =. 3,9 K = 2 V Rb1 + Rb2 39K + 3,9K Ve = Vb Vbe 2 0,7 = 1,3 V Ve 1,3V Ic = = = 0,86 ma Re 1,5K Vce = Vcc Ic (Rc + Re) = 22 0,86 ma. 11,5K = 22 9,89 = 12,11 V Vc = Vcc Ic. Rc 22 (0,86. 10K) = 22 8,6 = 13,4 V Ic 0,86 Ib = = = 0,006 ma Şekil 10.7 β V Vb =. 43K = 8,11 V 53 K Ve = 8,11 + 0,7 = 8,81 V Vre = Vcc Ve = 10 8,81 = 1,19 V Ve 8,81 V Ic = = = 0,595 ma Re 2K Vce = Vcc Ic ( Rc + Re ) = 10-0,595 (6,9 + 2) = 4,75 V Vc =Vrc = Ic. Rc = 0,595. 6,2K = 3,689 V Tarkan AYDIN 28

29 Şekil 10.8 Ib, Ic, Vec, Vc =? Vcc Vbe 20 0,7 Ib = = = 0,08 ma Rb 240K Ic = β. Ib = 80. 0,08 =6,4 ma Vec = Vee (Ic. Rc) = 7,2 V ( Vce= - 7,2 V ) Vc = Ic. Rc = 6,4. 2K = 12,8 V Şekil 10.9 Doyumda Vce = 0 dır. Vcc 10 V Ic = Icmax = = = 5 ma Rc 2 K Ic 5 ma Ib = = = 0,05 ma β 100 Ib 0,05 Şekil 11.0 Vcc Vbe 10 0,7 Rb = = = 186 K Rb transistor ü doyuma götürebilmesi için 186 dan fazla olmamalıdır. Vcc Vbe 12 0,7 Rb = = = 376,6 K Ib 0,03 ma 4 Ic = β. Ib β = = 133,3 0,03 Tarkan AYDIN 29

30 Vce = Vcc Ic. Rc 6 = 12 (4. Rc) Rc = 1,5 K Örnek 11.1 Ve = Vb Vbe = 2,35 0,7 = 1,65 V Ve 1,65 Ic = = = 1,37 ma Re 1,2 K Vcc 20 Vb =. Rb2 =. 10K = 2,35 V Rb1 + Rb2 85K Vce = Vcc Ic. (Rc + Re) = 20 (1,37mA. 11,2K) = 20 15,34 = 4,66 V Vc = Vcc Ic. Rc 20 (1,37mA. 10K) = 20 13,7 = 6,3 V Şekil 11.1 Ic 1,78 Icmax = = = 0,02 ma β 80 Şekil 11.2 Şekil 11.3 Vcc Vbe 9 0,7 Ib = = = 0,083 ma Rb 100K Ic = β. Ib = 45. 0,083 = 3,73 ma Vce = Vcc Ic. Rc 9 (3,73. 1,2) = 4,52 Tarkan AYDIN 30

31 Vc = - Ic. Rc = 3,77. 1,2 = - 4,48 V (Şaseye göre collectör daha negatiftir.) Vb = ,44 = -11,56 V Vc = Vb Vbe = -11,56 0,7 = -12,26 V Vre = Vcc Ve -20 (-12,26) = - 7,74 V Vre2 =. 2,2 = 8,44 V 8,2 + 2,2 Vre - 7,74 Ic = = = 4,3 ma Re 1,8 Şekil 11.4 Vce = Vcc + Vee Ic (Re + Rc) ,3. (2,7 + 1,8) Vce = 20,65 V Betadan Bağımsız Ön Gerilim Devresi Vcc Vbb = VRB2 =. Rb2 Rb1 + Rb2 Rbb = Rb1 Rb2 = Rb1 + Rb2 Vbb Vbe Ib = Rbb + (β +1). Re Ic = β. Ib Rb1. Rb2 Vce = Vcc Ic. (Rc + Re) Şekil 11.5 Ön Gerilimin Kararlı Hale Getirilmesi ( Stabilizasyon ) Tarkan AYDIN 31

32 Ön gerilim devrelerinde sıcaklığa bağlı olarak devre akım ve gerilimi değerlerinde görülen değişiklikleri en aza indirmek için izlenen yollara stabilizasyon denir. Sıcaklık değişimi en çok 3 parametreyi etkile. 1 Ters yön kolektör kaçak akımı Ico sıcaklıktaki her 10 C artışla 2 ye katlanır. 2 Beyz Emiter gerilimi Vbe C başına 2,5 mv azalır. 3 Transistor ün akım kazancı sıcaklıkta artar. T Ico β Vbe ( C) (na) (V) -65 0,2. 10^ , ,1 50 0, , ,3. 10^ ,3 ÖDEV: Şekil ) Şekildeki ön gerilim devrelerinde kullanılan transistörlerin β değeri 100 dür. Bu devreler 12 V ta çalışacak şekilde uygun Rb, Rc, Re elemanlarını seçerek Ic ve Vce değerlerini bulunuz. 2 ) β = 110 için Ic ve Vce yi bulunuz. 3 ) β = 90 için Ic ve Vce yi bulunuz. 4 ) β daki %10 artış ve azalışın her devrenin Ic ve Vce değerlerini hangi oranda değiştirdiğini tespit ederek kararlılık açısından devreleri yorumlayınız. Tarkan AYDIN 32

33 Büyük Sinyal Yükselteçleri Şekil 11.7 A Sınıfı Büyük Sinyal Yükselteçleri Vcc Vbe Ib = Rb Ic = β. Ib Vce = Vcc (Ic. Rc) Şekil 11.8 Şekil Giriş sinyali küçükse, çıkış sinyali çalışma noktası etrafında küçük salınım, büyükse büyük salınım yapar. - Ic deki değişimin ortalama değeri Şekil 12.0 Ic. (p-p) ² Po (ac) = ( ). RL 8 Pi (dc) = DC giriş gücü (W) Pi (dc) = Vcc. IcQ Vcc kaynağından sisteme aktarılan güç Po (ac) = AC çıkış gücü (RL yüküne aktarılan güç) Ic (p p), Ic (p), Ic (rms) Ic. (p p) Ic (p-p) ² Po (ac) = ( ) ². RL =. RL Tarkan AYDIN 33

34 Vce. (p-p) Vce. (p-p)² ( ) ² Vce (p p)² Po (ac) = = = RL RL 8. RL Po (ac) = Ic (p p). Vce (p p) Ic. (p p) Vce (p p) Ic. (p p). Vce (p p) =. = Ac çıkış gücünü bulurken Po (ac), Ic veya Vce değeri p p ise sonuç 8 e, p ise sonuç 2 ye bölünür, Efektif ise doğrudan güç formülü uygulanır. %ϻ = Verim Po (ac) % ϻ =. 100 Pi (dc) Ic(p) = β. Ib =25.10 = 250 ma(p) değişime sebep olur. Ic(p)². RL (0,25)². 20 Po (ac) = = = 0,625 W 2 2 Po (ac) 0,625 % ϻ =. 100 =. 100 = 6,48 Pi (dc) 9,65 PQ = Pi (dc) Po (ac) = 9,65 0,625 = 9,05 W PQ = Transistor de harcanan ısı gücü ( kayıp güç PQ = Pi (dc) Po (ac) A sınıfı çalışan yükselteçlerin verimi maksimum % 25 tir. IbQ (p) = 10 ma Şekildeki devrede Vi sinyal kaynağı IbQ akımında (IbQ (p)) 10 ma lik değişime yol açmaktadır. Po (ac), Pi (dc), %ϻ, PQ =? Vcc Vbe 20 0,7 19,3 Ib = = = = 19,3 ma Rb 1 K 1 K IcQ = β. Ib = ,3 = 482,5 ma Pi(dc) = IcQ. Vcc = 0, = 9,65 W Şekil 12.1 Ib deki 10 ma lik değişim, Ic akımında Tarkan AYDIN 34

35 B sınıfı Push Pull yükselteçler girişte sinyal yokken kaynaktan güç çekmezler. Girişlerine Vi uygulandığında kaynaktan çektikleri akım doğrultulmuş tam dalga akım şeklindedir. Not: B sınıfı Push Pull yükselteçler girişte sinyal yokken kaynaktan güç çekmezler. Girişine Vi sinyali uygulandığında; 1 ) Pi (dc) = Vcc. Idc Idc = Ior = Ip. 0,636 VL²(rms eff) VL(p)² VL(p p) Po (ac) = = = RL 2. RL 8. RL P2Q = Pi (dc) Po (ac) PQ = P2Q / 2 Tarkan AYDIN 35

36 Şekil 12.2 Vcc = 30 V luk tek bir kaynak kullanılarak yapılan B sınıfı Push Pull yükseltecin yük direnci 16 Ω dur. Yük uçlarında 20 V (p) değerli bir çıkış sinyali görüldüğüne göre, a) Pi (dc) b) Po (ac) c) % ϻ d) PQ e) Yukarıdaki devrede yük uçlarındaki gerilimin tepe değeri maksimum (30V) değere ulaştığında yükseltecin verimi ne olur? VL(p)² 20² 400 a) Po (ac) = = = = 12,5 W 2. RL VL(p) 20 b) I(p) = = = 1,25 A (p) RL 16 IDC = I(p). 0,636 = 1,25. 0,636 = 0,795 A Pi(dc) = Vcc. IDC = 30. 0,795 = 23,85 W Po (ac) 12,5 c) % ϻ =. 100 =. 100 = %52 Şekil 12.3 Pi (dc) 23,85 d) P2Q = Pi (dc) Po (ac) = 23,85 12,5 = 11,35 W PQ = P2Q / 2 = 11,35 / 2 = 5,675 W V (p) 30 IDC = I(p). 0,636 = 1,19 A e) Ip = = = 1,875 A Pi(dc) = Vcc. IDC = 30. 1,19 = 28,125 W RL 16 Po (ac) 28,125 % ϻ =. 100 =. 100 = %78 Pi (dc) 35,75 Not: B sınıfı Push Pull yükselteçlerin verimi maksimum %78 dir. Bu verim RL uçlarınca Vcc kadar bir gerilim görüldüğümde gerçekleşir. B sınıfı Push Pull bir yükseltecin yük direnci 4Ω dur. 12 V luk tek bir kaynak la beslenmektedir. a) Yük uçlarında VL(p p) = 20 V luk bir sinyal ölçüldüğü anda yükseltecin verimini, b) Yükselteçten alınabilecek maksimum Gücü bulunuz. Şekil 12.4 Po (ac) 12,5 % ϻ =. 100 =. 100 = %65 Pi (dc) 19,08 a) V(p) = 20 / 2 = 10 V I(p) =V(p) / RL = 10 / 4 = 2,5 A IDC = I(p). 0,636 = 2,5. 0,636 = 1,59 A Pi(dc) = Vcc. IDC = 12. 1,59 = 19,08 W VL(p)² 10² 100 Po (ac) = = = = 12,5 W 2. RL V(p) = 12 V VL(p)² 12² Tarkan AYDIN 36

37 b) Po (ac) = = = = 18 W I(p) = = 3A I = 3. 0,636 = 1,98 A 2. RL ,7 IbQ = = 11,3 ma 1 K IcQ= ,3 = 226 ma a) Pi (dc) = IcQ. Vcc = 0, = 2,7 W b) Ic (p) =Ib (p). β = = 100 ma Po (ac) =. RL =. 4 = 0,02 W 2 2 Ic (p)² (0,1)² Po (ac) 0,02 Şekil 12.5 c) % ϻ =. 100 =. 100 = %7,4 Pi (dc) 2,7 ALAN ETKĐLĐ TRANSĐSTÖRLER (Field Effect Transistors FET, JFET) Şekil 12.6 Şekil ) Giriş empedansları çok yüksektir. ( Yaklaşık 100MΩ, BJT de 5 10 KΩ ) 2) Kararlı (Sıcaklık değişiklerinde parametreleri transistor deki gibi fazla değişmez. 3) Distorsiyonu düşüktür. 4) BJT den daha kolay bozulabilir. Tarkan AYDIN 37

38 Şekil 12.8 JFET Parametreleri: 1) Idss: Vgs = 0 olduğunda geçen Io akımı (maksimum Id akımı, Id doyum) 2)Vp : (Kısma gerilimi) Id yi 0 yapan (kesime götüren) en küçük Vgs gerilimidir. Vgs Id = Idss. ( 1 - )² Vp Transfer karakteristik eğrisi ( N Kanal JFET ) Şekil 12.9 Kısma gerilimi Vp = -4V, Drain Source doyum akımı, Idss = 12 ma olan N Kanal bir JFET in Id akımını aşağıdaki Vgs değerleri için bulunuz. a) Vgs = 0 V b) Vgs = -1,2 V c) Vgs = -2 V d) Vgs = -4 V 0-1,2 a) Id = 12 ( 1 - )² = 12 ma b) Id = 12 ( 1 - )² = 5,88 ma c) Id = 12 ( 1 - )² = 3 ma d) Id = 12 ( 1 - )² = 0 ma -4-4 JFET Parametrelerinin Bulunması: 1) Idss: Vgs kısa devre yapılır. Vdd kaynağı Q dan itibaren yavaş yavaş arttırılır. Id akımı sabit kaldığında görülen akım Idss dir. Tarkan AYDIN 38

39 Şekil ) Vp: Vgg kaynağı 0 dan itibaren yavaş yavaş arttırılır. Id akımını 0 yapan Vgs gerilimi Vp gerilimidir. Transfer Karakteristik Eğrisinin Çizilmesi Şekil 13.1 Idss ve Vp değerleri, katalog veya deneyle belirlendikten sonra transfer karakteristik eğrisi çizilebilir. Idss = 10 ma, Vp = - 5 V olan N Kanal bir JFET in karakteristik eğrisini çiziniz. Vgs Id = Idss. ( 1 - )² Vp 0-1 Vgs = 0 için Id = 10. ( 1 - )² = 10 ma Vgs = -1 için Id = 10. ( 1 - )² = 6,4 ma Vgs = -2 için Id = 10. ( 1 - )² = 3,6 ma Vgs = -3 için Id = 10. ( 1 - )² = 1,6 ma Vgs = -4 için Id = 10. ( 1 - )² = 0,4 ma Vgs = -5 için Id = 10. ( 1 - )² = 0 ma -5-5 Şekil 13.2 Tarkan AYDIN 39

40 2. YOL Idss = 12 ma, Vp = - 4V 1) Vgs = 0 için Id = Idss ( 12 ma) 2) Vgs = 0,3.Vp = - 1,2 V - 1,2 Id = 12 ( 1 - )² = 5,88 Yaklaşık 6mA ( Idss / 2) -4 3) Vgs = 0,5. Vp = -2V -2 Id = 12 ( 1 - )²= 3 ma ( Idss / 4) 4 4) Vgs = vp = - 4V ise Id = 0 Şekil 13.3 JFET Ön Gerilim Devreleri 1- Sabit Ön gerilim Devresi: IGG = 0 VRG = IGG. 0 = 0V RG direnci, VGG kaynağının giriş empedansını düşürmesini engellemek için 1-10 MΩ arasında seçilir. 1) VGG = VGS VGS 2) Id = Idss. ( 1- )² Vp 3) Vds = Vdd (Id. Rd) Şekil 13.4 ad -1,5 Id = 12(1- )² = 4,68 ma -4 Vds = 12 ( 4,68. 1,2K) = 6,38 V Tarkan AYDIN 40

41 Şekil 13.5 Yük Doğrusunun Çizilmesi Vdd Idmax = = 10 ma Rd A sınıfı Çalışıyor. Idmax < Idss ise Idmax değeri alınır. Idmax > Idss ise Idss değeri alınır. Şekil Id = 20 ( 1 - )² = 5 ma -4 Vds = 20 ( 5. 2K) = = 10 V 2 20 Idmax = = 10 ma A sınıfı Aktif Bölge Örnek Kendinden Ön Gerilimli Devre IRG = 0 Vg = IRG. Rg = 0 V Vs = Vrs = Id. Rs Vgs = Vg Vs = 0 Vs = 0 Id. Rs Vgs = - Id. Rs Tarkan AYDIN 41

42 Örnek13.8 Formül 2 bilinmeyenli (Vgs ve Id) olduğundan transfer karakteristik eğrisi çizilir. Vgs = - Id. Rs Vgs ve Id için değerler verilerek iki nokta tespit edilir. Noktaları birleştiren doğru ile transfer karakteristik eğrisinin kesim noktası çalışma noktasını verir. Vgs = -1,5 Vd Vgs = 0 için Id = 0 ID = 1 için Vgs = - 1,5 V Vgs Id 0 0-1,5 1 Vds = Vdd Id (Rd + Rs) = 24 1,6 (6,8 + 1,5) = 10,72 Şekil 13.9 Şekil Đdeal Ön Gerilim Devresi Vdd Vg =. Rg2 Rg1 + Rg2 Vs = Id.Rs Vgs = Vg Vs Vgs = Vg (Id. Rs) Tarkan AYDIN 42

43 Şekil 14.1 Şekil 14.2 Vdd 18 Vg =. Rg2 =.10 = 1,5 V Vgs = vg Id. Rs Rg1 + Rg Vgs = 1,5 0,5. Id Vgs Id Id = 1 için Vgs = 1,5 0,5. 1 = Vgs = -2 için -2 = 1,5 0,5. Id Id = 7mA -2 7 Vds = Vdd Id (Rd + Rs) = 18 3,7 ( 2 + 0,5) 8,7 V Şekildeki devrede Id akımının Idss / 2 olabilmesi için Rs direnci ne olmalıdır? Id = Idss / 2 Vgs = 0,3. Vp = - 0,9 V Vgs = Vg Id. Rs -0,9 = 1,5 3. Rs -2,4 = -3. Rs Rs = 0,8 K = 800Ω Vds = Vdd Id (Rd + Rs) 18 3 (2 + 0,8) = 9,6V Şekil14.3 MOSFETLER 1 Kanal Ayarlamalı Mosfetler Hem negatif hem de pozitif Vgs gerilimi ile çalıştırılabilir. N kanal mosfetde Vgs nin negatif değerleri Id akımını düşürürken pozitif değerleri ise Id akımının Idss ninde üzerinde akmasına yol açar. Tarkan AYDIN 43

44 Şekil 14.4 Şekil 14.5 Şekil 14.6 Kanal Ayarlamalı N Kanal bir Mosfet Idss =12mA Vp= - 4,5V değerlere sahiptir. Id akımını, Vgs = 0, -2, -3, +1 için bulunuz. Vgs Id = Idss ( 1 - )² Vp 0-2 Vgs = 0 Id =12 (1- ) ² = 12 ma Vgs = -2 Id = 12 ( 1 - )² = 3,7 ma - 4,5-4,5-3 1 Vgs = -3 Id =12 (1- ) ² = 1,33 ma Vgs = +1 Id = 12 ( 1 - )² = 17,92 ma - 4,5-4,5 2- Kanal Oluşturmalı Mosfet Şekil 14.8 Şekil 14.9 Vgs = 0 iken Id akımı akmaz. Vt değerine kadar Id = 0 dır. N kanallı Mosfetde Vt den büyük pozitif Vgs değerleri Id nin akmasına yol açar. Id = k ( Vgs Vt)² k: Mosfetin yapısına ilişkin b ir katsayı tipik olarak 0,3 ma / V² Vt = eşik gerilimi Id akımının 0 olmasını sağlayan en büyük Vgs değeri. Tarkan AYDIN 44

45 Şekil 15.0 N kanallı Kanal oluşturmalı bir mosfetin K 0 0,3 ma / V² Vt = +2,5 V Vgs = 2,5 V, 4 V, 6 V için Id =? Id = k (Vgs Vt)² Vgs = 2.5 V 0 Vgs = 4 V 0,675 ma Vgs = 6 V 3,675 ma Şekil 15.1 Vgs = 0 0 = 1,5 0,3 Id - 1,5 = 0,3Id Vgs Id Id = 5 ma 0 5 Id = 0 Vgs = 1,5 0,3. 0 1,5 0 Vgs = 1,5 V Şekilde kanal oluşturmalı N kanal bir mosfet kolektör geri beslemeli devre ile çalıştırılmaktadır. Mosfeti iletime geçirmek için gereken gerilim Rg üzerinden sağlanır. Vgs gerilimi Id yi berlirler. Ig = 0, Vrg = 0, Vgs = Vds Id = k. (Vgs Vt)² Denklemde Vgs ye Vt den başlamak üzerine belirli aralıklarla değerler verilerek her seferinde Id akımı bulunur. Transfer karakteristik eğrisi çizilir. 1) Id = k ( Vgs Vt ) ² Vgs = 3V için Id = 0,3 ( 3 3 ) ² = 0 ma Vgs = 5V için Id = 0,3 ( 5 3 ) ² = 1,2 ma Vgs = 7V için Id = 0,3 ( 7 3 ) ² = 4,8 ma Vgs = 9V için Id = 0,3 ( 9 3 ) ² = 10,8 ma Vgs Id 12V 3 0 Idmax = = 6 ma 5 1,2 2K 7 4,8 Vds = Vdd Id. Rd 9 10,8 Şekil 15.2 Yukarıdaki Örnekte Vdd gerilimi 15 a çıkarsa Vd değeri ne olur? Tarkan AYDIN 45

46 Id = k (Vgs Vt)² (Bu formülde Vdd olmadığı için karakteristik eğrisi değişmez.) Şekil 15.3 Şekil 15.4 Vds = Vd = Vdd Id. Rd = 7 V Idss = 12 ma Vp = -3 V Rs, Rd, Id, Vgs =? Devrenin A sınıfı çalışması için ( çalışma noktasının) yük doğrusunun ortasında olmasını sağlamak için değerleri bulunuz. IdQ = 6 ma ( ideal A sınıfı çalışma için ) (Idss / 2) Vrd = Vdd Vd = = 9 V Vrs = Vs = 1 V Vrs 1 V Rs = = = 0,16 K = 160Ω Vgs = Vg Vs = 0 1 = -1 V Şekil 15.5 Id 6 ma Vrd = = 9 V Rd = 9 V / 6 ma = 1,5 K Id = = 4 ma 1,5 K 6 V Vdd 20 Vg =. Rg2 =. 30K = 4,95 V Rg1 + Rg2 121K Vgs Vgs = Vg (Id. Rs) = 4,95 ( 4. 1,5) = - 1,05 V Id = Idss (1 - )² -1,05 Vp 4 = Idss (1 - )² -3 4 = Idss. 0,4225 Idss = 9,46 ma Şekil 15.6 Tarkan AYDIN 46

47 Vg = = = 4,83 V Rg1 + Rg2 31 Vgs = Vg (Id. Rs) Vgs = 4,83 (1. Id) Vgs = 0 için Id = 4,83 ma Id = 6 için Vgs = -1,17 V Vdd Rg Vgs Id 6 4,83 1,17 6 Şekil 15.7 SON Tarkan AYDIN 47