TRANSİSTÖRLERİN KUTUPLANMASI

Transkript

1 DNY NO: 7 TANSİSTÖLİN KUTUPLANMAS ipolar transistörlerin dc eşdeğer modellerini incelemek, transistörlerin kutuplama şekillerini göstermek ve pratik olarak transistörlü devrelerde ölçüm yapmak. - KUAMSAL AÇKLAMALA lektronik sistemlerin gelişimi yarıiletken temelli transistörlerin bulunmasından sonra hızlanmıştır. Transistör kelimesi transfer ve resistör sözcüklerinin kısaltması ile ortaya çıkmıştır. Transistör iki eklemli üç bölgeli bir devre elemanı olup NPN ve PNP tipi olmak üzere iki ana grupta toplanmıştır. acak bağlantıları baz (-base), kollektör(- collector) ve emetör (-emitter) ile ifade edilir. Şekil 1. ipolar transistörlerin gösterimi ve sembolleri az ucu tetiklendiğinde arasının direnci azalarak akım geçirir. arasından geçen akımın değeri baz ucuna uygulanan akımın değerine bağlıdır. NPN ile PNP transistörün çalışma ilkesi ve yapısı birbirine benzer. NPN transistör NP arası emetör baz diyodu, PN baz kollektör diyodu şeklinde düşünülür. NPN transistörü çalıştırmak için emetör baz diyodu ileri baz kollektör diyodu ters kutuplanmış gibi düşünülür. Ancak transistörün yapısı her ne kadar diyodun yapısına benzese de çalışması ve fonksiyonları diyottan çok farklıdır. Transistörlü devreler tasarlanırken öncelikle transistörün çalışma noktası belirlenir. Çalışma noktasının belirlenmesi demek kutuplama geriliminin belirlenmesi demektir. Kutuplama gerilimi ise transistörü çalıştıran dc gerilimdir. Transistörlerin dört çalışma bölgesi vardır. unlar doyum (saturation), aktif, kesim (cut-off) ve ters aktif. u deneyde transistörlerin aktif bölgede çalışması incelenecektir. Transistörlerin dc Modelleri a-aktif dc model 0, 0 ve F koşulları sağlanmalıdır. u modelde O ters doyma akımıdır (reverse saturation current). u akım genellikle çok küçük olduğu için ihmal edilebilir. 41

2 ( 1) b-doyma modeli ğer ise transistör doyma bölgesindedir. F c- Kesim modeli 0 Transistörlü devrelerin çözümünde önce hangi çalışma bölgesinde olduğu bulunur. ulunan bölgenin modeli yerine konularak devre çözülür. Transistör Kutuplama Devreleri Transistörün baz ucuna akım uygulanmadığı zaman kollektör emetör arasında bir akım geçisi olmaz. Transistör silisyumdan yapılmışsa baz ucuna uygulanan gerilim olunca, germanyumdan yapılmışsa olunca kollektör emetör arasında iletken olur. u akım geçişinin olması için transistörün baz emetör eklemi ileri baz kollektör eklemi ters yönde kutuplanır ve transistör iletime geçer. Transistörün asıl görevi değişik frekanstaki ac işaretleri yükseltmektir. Önce transistörün dc olarak beslenmesi gerekmektedir. Şekil-2a da görülen devrede iki tane dc kaynak gerekli olduğu için JT kutuplama için pratik değildir. u sebeple şekil-2b devre geliştirilmiştir. kaynağına direnci bağlanarak kaynağına olan gereksinim ortadan kaldırılır. u kutuplama devresine baz yada sabit kutuplama adı verilir. u devre için ve bulalım. 42

3 Şekil 2a Şekil 2b ise ( ) Şekil-2b deki devrede parametresi değiştikçe akımı da değişir. İyi bir kutuplama devresinde parametresinin değişimlerine karşın nin sabit kalması yani kararlı olması gerekir. Transistörün kararlı çalışmasını etkileyen faktörler sıcaklık, frekans, limitsel karakteristik değerleri, kutuplama yönü, nem, sarsıntı, elektriksel ve manyetik alan etkisi, ışın etkisi ve kötü lehimdir. Dc Yük Doğrusu Dc yük doğrusu devrenin çıkış akım ve geriliminin hangi değerleri alabileceğini gösterir. Yukarıdaki devrede denklemini kullanarak dc yük doğrusunu çizelim. 0 0 (ut _ off ) (SAT) Şekil 3. Dc yük doğrusu 43

4 ÖNK Aşağıdaki devre için yük doğrusunu çizelim. (SAT) (ut _ off ) 12 2K 6mA 12 Dc yük doğrusu Çalışma Noktası Transistör kutuplandığında üzerinde sabit bir ve değeri vardır. u değerler dc yük doğrusu üzerindedir. u noktaya Q çalışma noktası denir. Q çalışma noktasındaki ve, Q ve Q ile gösterilir. ÖNK Yanda görülen devre için ( 100) Q ve Q değerlerini hesaplayalım. 0,7 kabul edelim. ( ) 8 0, ,028mA 360K 8 (2,028mA 2K) 3,914 Şimdi yük doğrusunu çizelim. (SAT) 8 2K 4mA Dc yük doğrusu (ut _ off ) 8 44

5 Yük doğrusu grafiğine bakılırsa çalışma noktası Q ve Q maksimum değerlerinin yarısı olacak şekilde kutuplama yapılmıştır. Transistörün çalışma noktasının stabilize edilmesi gerekmektedir. Çalışma noktasının stabilize olması transistörün girişine ve çıkışına uygulanan kutuplama gerilimi ve akımının çalışma süresince aynı kalması için gerekli önlemlerin alınması demektir. Kararlı çalışmayı zorlaştıran iki önemli etken vardır. irincisi ısınan transistörün kollektör akımının artması, diğeri ise bir devredeki transistör yerine başka bir transistörün kullanılmasıdır. u etkileri ortadan kaldırmak için transistörlü devrelerde geri beslemeli düzenlemeler yapılmıştır. Kollektör geribeslemeli kutuplama ( ( ) ) ( 1) ( 1) Q ( ) ( 1) ( ) Q Q Şekil 4 ğer 1 Q Q metör geribeslemeli kutuplama ( 1) ( 1) Q ( 1) Q Q Şekil 5 ğer 1 ( ) Q Q 45

6 Gerilim bölücü kutuplama u kutuplama en çok kullanılan tiptir. Tam kararlı ve otomatik kutuplama da denilmektedir. 2 direnci bazın kutuplama geriliminin sağlamaktadır. Thevenin teoremi uygulanarak devre basitleştirilir. Şekil 6 Yukarıdaki devreye Thevenin teoremini uygulayarak aşağıda görülen devreyi elde ederiz // 2 0 ( ) ( ( 1) ) ( ) ( 1) ( 1) 46

7 ( ( 1) ğer 1 ise ) Üç tip geri beslemeli kutuplama devrelerinin, akım denklemlerine bakıldığında nin parametresinin değişimlerinden etkilenmeyeceği açıkça görülmektedir. Transistörün sağlamlık testi Multimetre komütatörü diyot sembolü üzerindeyken silisyum transistörler için ve yönünde m arasında bir değer okunur. Tersi yönde herhangi bir değer okunamaz açık devredir. u şekilde ise transistör sağlam demektir. Ayrıca eşik gerilimi eşik geriliminden daha büyüktür. Transistörün tipini belirleme Multimetre komütatörü Ohm kademesinde iken multimetrenin (+) probu ucuna, (-) probu yada ucuna değdirilir. Okunan direnç değer küçük (300 Ώ -3000Ώ) ise NPN, büyük ise (50K Ώ -200K Ώ) PNP dir. - ÖN HAZLK transistörün katalog bilgilerini araştırıp bacak bağlantısını öğreniniz. 2- Şekil-7 deki devrelerde 238 transistörü kullanılmaktadır. Her iki devre için 250 kabul ederek Q ve Q yu bulunuz. 500 kabul ederek Q ve Q yu bulunuz. daki değişimlere karşın çalışma noktasının kararlılığını nasıldır? ( 0.7 ) Şekil-7a Şekil-7b 3- Şekil8 deki Q 7 olacak şekilde 1direncinin değerini bulunuz. ulduğunuz 1 değeri standart değil ise en yakın değeri seçiniz. ( 0.7, 250). 47

8 Şekil 8 - DNYD KULLANLAN MALZML 4 adet 238 transistör, 470K, 33K, 10K, 1K, 0.47K, 0.33K ve ön hazırlık 3 te hesapladığınız direnç. - DNYİN YAPLŞ 1. Deneyde iki adet 238 transistör kullanılacaktır. unlara ve şeklinde numara verin. u transistörlere sağlamlık testi yapın. parametresini multimetre yardımıyla ölçüp tablo1 e kaydedin. Tablo1- parametreleri 2. nolu transistörü kullanarak ön hazırlık şekil 7a daki devreyi kurun. Kollektör akımını, baz akımını, kollektör emetör arasındaki gerilimi ve baz emetör arasındaki gerilimi ölçün. Tablo2 e kaydedin. u ölçümleri kullanarak akım kazancı yı hesaplayın. Aynı adımları nolu transistör için tekrarlayın. Tablo 2. Şekil7a daki devrenin ölçümleri (ma) ( A) () 3. nolu transistörü kullanarak ön hazırlık şekil 7b deki devreyi kurun. Kollektör akımını, baz akımını,emetör akımını kollektör emetör arasındaki gerilimi ve baz emetör arasındaki gerilimi, kollektör gerilimini, baz gerilimini ve emetör gerilimini 48

9 ölçün. Tablo3 e kaydedin. u ölçümleri kullanarak akım kazancı yı hesaplayın. Aynı adımları nolu transistör için tekrarlayın. Tablo3- Şekil7b deki devrenin ölçümleri (ma) ( A) (ma) () () () () () 4. nolu transistörü kullanarak ön hazırlık şekil 8 deki devreyi kurun. Kollektör akımını, baz akımını, kollektör emetör arasındaki gerilimi ve baz emetör arasındaki gerilimi ölçün. Tablo4 e kaydedin. u ölçümleri kullanarak akım kazancı yı hesaplayın. Aynı adımları nolu transistör için tekrarlayın. Tablo3- Şekil8 deki devrenin ölçümleri (ma) ( A) (ma) () () () () () - APODA İSTNNL 1. Transistörün parametresi değiştiğinde, ve değerlerinin değişip değişmediğini ölçüm sonuçları ve gerekli teorik hesaplamaları yaparak karşılaştırın ve yorumlayın. Hangi devre daha kararlıdır? kısaca açıklayın. 2. Şekil-8 deki devrenin yük doğrusunu çizin. Çalışma noktasını bulun. A. KOAKAYA, ylül