BÖLÜM 6 KÜÇÜK SİNYAL YÜKSELTEÇLERİ. Konular: Amaçlar:

Transkript

1 ÖLÜM 6 6 KÜÇÜK SİNYAL YÜKSELTEÇLEİ Konular: 6.1 Küçük sinyal yükseltme işlemi 6.2 Transistörün ac eşdeğer dereleri 6.3 Ortak emiterli yükselteç 6.4 Ortak beyzli yükselteç 6.5 Ortak kolektörlü yükselteç 6.6 Çok katlı sistemler 6.7 Onarım Amaçlar: Küçük sinyal yükselteçlerinin tanıtımı e özellikleri Transistörlerin ac parametreleri Ortak emiterli yükselteç deresinin özellikleri, çalışması e analizi Ortak beyzli yükselteç deresinin özellikleri, çalışması e analizi Ortak kollektörlü yükselteç deresinin özellikleri, çalışması e analizi Çok katlı (kaskat bağlı yükselteç derelerinin çalışmaları e analizi Yükselteçlerde arıza tipleri e onarım u bölümde transistörün yükselteç olarak nasıl çalıştırılacağını öğreneceksiniz. Yükselteç tasarımında dikkat edilmesi gereken özellikleri belirleyip, küçük işaretlerin nasıl yükseltildiğini göreceksiniz.

2 6.1 KÜÇÜK SİNYAL YÜKSELTME İŞLEMİ Önceki bölümde bir transistörün çalışabilmesi için dc polarmaya gereksinim duyduğunu belirtmiştik. Polarma işlemi sonunda transistörün çalışma bölgesini belirleyip işaret işlemeye hazır hale getirmiştik. Tüm hazırlıklar transistörü bir yükselteç (amplifier olarak çalıştırmaya hazırlamaktı. u bölümde transistörün küçük işaretleri nasıl yükselttiğini irdeleyeceğiz. Transistörlü yükselteç dereleri genellikle küçük sinyal e güç yükselteçleri olmak üzere iki temel bölümde incelenir. Örneğin; mikrofon, anten.b cihazların çıkışlarından alınan işaretleri yükseltmek amacı ile kullanılan yükselteç dereleri küçük sinyal yükselteçleri olarak adlandırılır. u tür yükselteçler girişlerine uygulanan küçük işaretlerin gerilimlerini yükselterek çıkışa aktarırlar. u bölümde sıra ile; Yükselteç derelerinde ac e dc işaretlerin nasıl gösterildiğini Küçük sinyal yükselteçlerinde yükseltme işleminin nasıl gerçekleştirildiğini Ac işaretler için yük doğrusunun analizini Öğreneceksiniz. Yükselteç derelerinin analizi iki temelde yapılmaktadır. unları kısaca dc çalışma şartlarının analizi e ac çalışma şartlarının analizi olarak tanımlayabiliriz. Yükselteç derelerinde dc işaretlerin tanımlanmasında genellikle alfabenin büyük harfler kullanılır. IE, VE e VE.b gibi. Oysaki ac işaretlerin çeşitli değerleri ardır. Etkin (rms değer, tepe değer (peak, tepeden tepeye (peak-to-peak, etkin (rms değer gibi. Genel bir kabul olarak ac işaretler tanımlanırken alfabedeki küçük harfler italik formda kullanılır. Örneğin; ic, ib, ce, be.b gibi. Örneğin bir transistörün ac işarete karşı gösterdiği emiter direnci e, olarak dc işarete gösterdiği emiter direnci ise E olarak tanımlanır. Küçük Sinyal Yükselteci Tipik bir küçük sinyal yükselteç deresi şekil-6.1 de erilmiştir. Yükseltilecek sinusoydal işaret transistörün beyz terminaline uygulanmıştır. Yükseltilmiş çıkış ise transistör kollektör terminalinden L yükü üzerine alınmıştır. s direnci ac işaret kaynağının iç direncidir. Transistörün polarma gerilim e akımlarını girişteki ac kaynaktan e çıkıştaki L yükünden yalıtmak amacı ile 1 e 2 kondansatörleri kullanılmıştır. 161

3 V I c I Q V b 1 2 V ce s 1 I b V EQ V s 2 E L Şekil-6.1 Gerilim bölücü polarmalı küçük işaret yükselteç deresi aşlangıçta yükselteç deresine ac işaretin uygulanmadığını, sadece dc kaynağın ar olduğunu kabul edelim. Doğal olarak dc kaynak, transistör polarmasını sağlayacak e çalışma noktasını belirleyecektir. Transistörün aktif bölgede çalıştığını kabul edelim. u durumda transistör iletimdedir. elirli bir dc kollektör akım (I e gerilimine (VE sahiptir. Transistör artık yükseltme işlemine hazırdır. Çünkü aktif bölgede çalışıyor. Şimdi transistörün beyz inden küçük genlikli bir sinüsoydal işaretin uygulandığını arsayalım. Sinüsoydal işaretin pozitif saykılı beyz akımında artmaya neden olacaktır. eyz akımının artması kollektör akımında da artmaya neden olacaktır. Giriş sinüsoydal işaretinin sıfıra inmesi durumunda ise mecut beyz akımı değeri transistörün Q çalışma noktasındaki değere geri dönmesine neden olacaktır. Giriş sinüsoydal işaretinin negatif saykılı ise beyz akımını azaltıcı yönde etki edecektir. Dolayısıyla transistörün Q noktasındaki kollektör akımı değerini de azaltacaktır. u durum giriş sinüsoydal işareti ar olduğu sürece tekrarlanacaktır. Yükselteç girişine uygulanan sinüsoydal işaretin transistörün çalışma noktası (Q değerlerinde oluşturduğu değişim (yükselme-azalma şekil-6.2 de grafiksel olarak gösterilmiştir. Grafikten de görüldüğü gibi giriş beyz akımındaki çok küçük bir miktar değişim, transistörün çıkış kollektör akımında büyük miktarlarda değişime neden olmaktadır. Kısaca girişten uygulanan işaret, çıkışta yükseltilmiştir. Grafikten görüldüğü gibi giriş beyz akımındaki değişim µa düzeyinde olurken, çıkış kollektör akımındaki değişim ise ma düzeyindedir. Şekil-6.2 de erilen grafiği analiz edelim. Transistör sükunet halinde (girişte ac işaret yok Q çalışma noktasında I30µA, I3mA e VE4V değerlerine sahiptir. Transistör (yükselteç girişine tepe değeri 10µA olan bir sinüsoydal işaret uygulandığında ise; Transistörün beyz akımındaki değişim 20µA ile 30µA arasında olmuştur. una karşılık transistörün kollektör akımı 2mA ile 4mA arasında değişmiştir. Sonuçta; transistör girişine uygulanan e tepe değeri 20µA olan sinüsoydal işaret, çıkıştan yine sinüsoydal olarak fakat tepe değeri 4mA olarak alınmıştır. Aynı şekilde VE değerinde de bir değişim söz konusudur. 162

4 µa Düzeyinde artma e azalma I (ma I b ma Düzeyinde artma e azalma I c 4 40µA 3 30µA Q 2 20µA V E (V V ce Şekil-6.2 Yükselteç deresinde yükseltme işleminin grafiksel analizi 6.2 TANSİSTÖÜN A EŞDEĞE DEVESİ Transistörlü yükselteçlerin ac işaretlerde analizi oldukça karmaşık yapılar ortaya çıkarabilir. Analizi kolaylaştırıp pratik hale getirmek için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Küçük sinyal analizinde en uygun e pratik yöntem; transistörün eşdeğer dere modellerinden yararlanmaktır. Transistörün ac eşdeğer dere modellemesinde kullanılan başlıca iki tip parametre ardır. unlar; h eya hibrit parametresi, diğeri ise r parametresi olarak bilinir e tanımlanırlar. u bölümde; transistörün ac eşdeğer dere modellemesinde kullanmak üzere, hibrit- modeli tanıtılacaktır. Transistör ac Eşdeğeri Küçük sinyal yükselteçlerinin ac analizinde kullanılmak üzere, çeşitli dere modellemeleri geliştirilmiştir. u bölümde; transistörün ac eşdeğer deresi için Hibrid- (Hybrid modeli tanıtılacaktır. u model, diğerlerine göre basit yapıdadır e kullanımı daha kolaydır. Dolayısıyla transistörün ac analizde bu modelden yararlanılacaktır. Küçük sinyal yükselteçlerinde ipolar Jonksiyon Transistör (JT şekil-6.3 de erilen hiprid- dere modeli ile temsil edilebilir. u eşdeğer dere modelinde; gm e r olarak erilen parametreler transistörün kollektör akımı I değerine bağımlıdır. Dolayısı ile hibrid- modeli transistörün belirli bir çalışma noktasında kullanılabilir. 163

5 r g m r 0 - E Şekil-6.3 ipolar jonksiyon transistör için hibrid- modeli Eşdeğer dere modelinde kullanılan parametreler sırasıyla;, transistörün beyz-emiter (be sinyal gerilimini gm, transkondüktansını (iletkenliğini r, transistörün beyz-emiter arası giriş direncini temsil etmektedir. u parametrele ile ilgili ayrıntılı bilgiler ileriki bölümlerde erilecektir. Transistörün transkondüktans (gm e giriş direnci değerleri (r aşağıdaki gibi erilir. g m I V T I 26mV r β g m Görüldüğü gibi her iki parametrede kollektör akımının değerine bağlıdır. u sebeple yukarıda da belirtildiği gibi hibrid- modelini kullanmak için transistörün çalışma noktasındaki I değerinin bilinmesi zorunludur. Eşdeğer dere modelinde transistörün çıkış akımı bağımlı bir kaynak ile tanımlanmıştır. Transistörün çıkış akımı I; i c β ib gm gm r i b şeklinde yazılabilir. Şekil-6.3 de erilen eşdeğer dere modelinde görüldüğü gibi transistörün sahip olduğu bir çıkış direnci ardır. u direnç r0 ile sembolize edilmiştir. Transistörün çıkış direnci r0, yükseltecin kazancı hesaplanırken kimi durumlarda örneğin << r0 olduğunda ihmal edilebilir. u konu ileride işlenecektir. Küçük Sinyal Eşdeğer Deresinin Kullanımı Transistörlü bir yükselteç deresinin küçük sinyal analizi iki aşamada yapılır. Analiz de dc e ac kaynakların neden olduğu etkenler ayrı ayrı incelenmelidir. u yöntem analizi kolaylaştırır. Transistörün bir yükselteç olarak çalışabilmesi için öncelikli koşul aktif bölgede çalışmasıdır. u ise dc polarma ile sağlanır. Transistörlü yükselteçlerinin analizinde ilk aşama dc polarma akım e gerilimlerinin sağlanıp çalışma noktasının belirlenmesidir. Yapılan yükselteç tasarımı eya analizinde eğer transistör aktif bölgede çalışmıyorsa, ac analiz yapmanın anlamı olmayacaktır. Transistörlü bir yükselteç deresinde dc e ac analiz için yapılacak işlemler aşağıda adım adım anlatılmıştır. Örneğin şekil-6.4.a da erilen yükselteç için dc e ac analizi ayrı ayrı gerçekleştirelim. 164

6 V V V s V V a Yükselteç deresi b dc analiz için eşdeğer gösterim Şekil-6.4.a.b Transistörlü yükselteç deresi e dc analiz için eşdeğer dere ir yükselteç deresinde dc analiz yapılırken, ac kaynaklar kısa dere edilir. Eğer yükselteç deresinde kondansatörler arsa açık dere edilmelidir. Çünkü kondansatörler dc sinyale açık dere gibi daranırlar. Küçük sinyal yükselteci için derenin dc eşdeğeri şekil-5.6.b de çizilmiştir. D çalışmada gerekli analizler yapılarak transistörün çalışma bölgesi belirlenir. Transistör aktif bölgede çalıştırılıyorsa ac analize geçilebilir. Aktif bölgede çalışmayan bir transistör için ac analiz yapmak gereksizdir. Çünkü bir kazanç eya yükseltme söz konusu değildir. Transistörlü yükselteç deresinin ac yapılırken doğal olarak derenin ac kaynağa tepkisi incelenecektir. Dolayısıyla derede bulunan dc kaynaklar yok edilmelidir. unun için dc kaynaklar dereden çıkartılarak yerleri kısa dere edilir. Ayrıca derede kondansatörler arsa kısa dere edilmelidir. Çünkü kapasitörlerin orta frekans bölgesinde kısa dere daranışı gösterdiği kabul edilir. Şekil-6.4 de erilen küçük sinyal yükselteç deresinin ac eşdeğer gösterimi e ac eşdeğer dere modeli görülmektedir. V r Л Transistör Eşdeğeri Л 0 V s V s V s - g m Л c V V E a Yükselteç deresi b ac analiz için eşdeğer gösterim c ac analiz için eşdeğer dere modeli Şekil-6.4 Transistörlü küçük sinyal yükseltecinin ac eşdeğeri e dere modellemesi Şekil-6.4.c de erilen ac dere modellemesi kullanılarak yükselteç deresi için gerekli analizler yapılır. Küçük işaret yükselteçlerinin eşdeğer dere modellemeleri ileri ki bölümlerde ayrıntıları ile erilecektir. Ac e dc dere modellemeleri kullanılarak gerekli analizler e çözümler ayrıntılı olarak yapılacaktır. Konunun daha iyi anlaşılması için aşağıda örnek bir dere analizi erilmiştir. Dikkatlice inceleyiniz. 165

7 Örnek: 6.1 Şekil-6.5.a da erilen yükselteç deresinin küçük sinyaller için dc e ac analizini yapınız. β150, VE0.7V V 12V V 12V 2.2KΩ 2.2KΩ V s V 220KΩ 5V V 220KΩ 5V a Yükselteç deresi b dc analiz için eşdeğer gösterim Şekil-6.5.a e b Transistörlü yükselteç deresi e dc eşdeğeri Çözüm a. dc analiz Yükselteci dc çalışma şartlarının belirlenmesinde ilk adım derenin dc eşdeğerinin çizilmesidir. Dc eşdeğer çizimi için deredeki ac kaynak 0V, kapasitörler ise açık dere kabul edilir. Yapılan kabuller sonucunda yükselteç deresinin dc eşdeğeri şekil-6.5.b de erildiği gibidir. İkinci adım transistör sükunet halinde iken (derede ac işaret yokken çalışma bölgesi akım e gerilimlerinin (I e VE belirlenmesidir. unun için dereden çere gerilimlerinden yararlanarak I akımını bulalım. I V V E I mA 19 A 220KΩ 220KΩ µ I β I ( 150 (19µ A 2850µ A 2. 85mA VE V I 12 V (2.85mA 2.2KΩ 5. 73V elde edilen değerler bize transistörün aktif bölgede çalıştığı belirtmektedir. Dolayısı ile transistör yükseltme (amplifikasyon için uygun bölgede çalışmaktadır. O halde erilen derenin ac analizine geçebiliriz. b. ac analiz Şekil-6.5.a da erilen transistörlü yükselteç deresinin küçük sinyal için ac analizi yapalım. İlk adım ac eşdeğer dereyi çizmektir. unun için deredeki dc gerilim kaynağı e kapasitörler kısa dere edilir. Yapılan bu işlemler sonucunda deremizin ac eşdeğeri e hibrid-л dere modeli şekil-6.6 da yükselteç deresi ile birlikte erilmiştir. Yükseltecin eşdeğer dere modelinde, transistörün sahip olduğu r0 çıkış direnci ihmal edilerek gösterilmemiştir. Transistörün çıkış direnci, direncinden çok (<<r0 büyüktür. Dolayısı ile ihmal edilebilir. 166

8 V s 220KΩ 2.2KΩ V s 220KΩ r Л Л - E g m Л - c 2K2 0 a ac analiz için eşdeğer gösterim b ac analiz için eşdeğer dere modeli Şekil-6.6.a e b Transistörlü yükselteç deresi e ac eşdeğeri gösterimi Yükselteç girişine yükseltilmek amacıyla uygulanan giriş sinyali s, yükselteç çıkışında 0 olarak alınmaktadır. Çıkış işareti kollektör noktasındaki gerilimdir. Dolayısıyla direnci üzerinde görülen ac değerdir. Derenin çözümünde ikinci adım ac eşdeğer için gereken parametrelerin bulunmasıdır. Önce transistörün trankondüktans e beyz-emiter sinyal gerilimi değerlerini bulalım. I 2.85mA g m 109.6mA / V V 26mV r T β KΩ g 109.6mA m olarak bulunur. Şimdi yükseltecin çıkış ac gerilim değerini bulalım. Eşdeğer dereden direnci üzerinden geçen akımın gmл olduğu görülmektedir. direnci üzerindeki ac gerilim ohm kanunu kullanılarak bulunur. Vc; c g m u gerilimin yönü eşdeğer derede (şekil-6.6.b gösterildiği gibi akım yönüyle bağlantılı olacaktır. Akımın girdiği yer (, çıktığı yer (- olduğuna göre bu işaretleme kollektör direnci üzerindeki gerilimin yönüyle terstir. u işaretlemeye göre çıkış gerilimi 0, kollektör direnci üzerindeki gerilime göre terstir e faz farklı olacaktır. u nedenle yükseltecin ac çıkış gerilim; 0 g m olacaktır. u eşitlikte sadece Л değeri bilinmemektedir. u değeri bulalım. Şekil-5.7 de erilen eşdeğer derenin giriş çeresini kullanarak; s 1.36KΩ KΩ 1.36KΩ s π rπ rπ s 167

9 ulunan bu eşitlik gerilimi belirlenir. g 0 g m denkleminde yerine yazılırsa yükseltecin çıkış g 0 g m 3 0 x (109.6 x 10 (0.006 s ( (109.6 x 10 (0.006 s (2.2 x s 43 Artık yükseltecin gerilim kazancını bulabiliriz. Yükselteçlerde gerilim kazancı çıkış gerilimin giriş gerilimine oranıdır. 0 A V 1.43 s YÜKSELTEÇLEDE AĞLANTI TİPLEİ Transistörlü yükselteçler; derede kullanılan bipolar jonksiyon transistörün bağlantı şekline adlandırılırlar. aşlıca üç tip bağlantı şekli ardır. Ortak emiterli, ortak beyzli e ortak kolektörlü. Her bir bağlantı tipinin farklı özellikleri e işleleri ardır. Dolayısı ile farklı amaçlar için farklı yerlerde kullanılabilirler. u bölümde; ortak emiterli yükselteç (commen-emiter amplifier, ortak kollektörlü yükselteç (common-collector amplifier e ortak beyzli yükselteç (common-base amplifier deresinin temel bağlantı şekillerini analiz edip, temel özelliklerini urgulayacağız. Her bir yükselteç deresi için gerekli dc e ac analizleri ise ileri bölümlerde gerçekleştireceğiz. Temel bir yükselteç deresinin blok diyagramı şekil-6.7 de erilmiştir. Yükselteç girişine uygulanan işaret, belirli işlemlerden geçirilir e yükseltilerek çıkışa aktarılır. u durum, yükselteç deresinin temel işleidir. Giriş Transistörlü Yükselteç Çıkış Şekil-6.7 Temel bir yükseltecin blok diyagramı 168

10 lok diyagramda görüldüğü gibi yükselteç için 2 giriş e 2 çıkış terminali gereklidir. Transistörlü yükselteç derelerinde kullanılan temel eleman ise transistördür. Transistör 3 uçlu bir dere elamanıdır. Dolayısıyla yükselteç tasarımında transistörün bir terminali giriş e çıkış için ortak uç olarak kullanılır. u nedenle yükselteçler, transistörün bağlantı şekillerine göre sınıflandırılırlar. Örneğin ortak emiterli bir yükselteç deresinde; emiter terminali giriş e çıkış için ortak uçtur. Transistörlü yükselteçlerde kullanılan 3 temel bağlantı tipi Şekil-6.8 de ayrıntılı olarak erilmiştir. u bağlantı tipleri sırası ile; Ortak-emiterli yükselteç Ortak-kollektörlü yükselteç Ortak-beyzli yükselteç olarak adlandırılır. Her bir bağlantı tipinin kendine has bir takım özellikleri ardır. Dolayısı ile kullanım alanları farklıdır. İlerleyen bölümlerde sıra ile her bir bağlantı tipinin özelliklerini, dc e ac analizlerini ayrıntılı olarak inceleyeceğiz. V V V V 0 2 V E E 2 E 2 V E a Ortak emiterli yükselteç deresi a Ortak kollektörlü yükselteç deresi a Ortak beyzli yükselteç deresi Şekil-6.8 Transistörlü yükselteçlerde bağlantı tipleri 6.4 OTAK EMİTELİ YÜKSELTEÇ Transistörlü yükselteçlerde kullanılan bağlantı tiplerinden en popüleri ortak emiterli yükselteç deresidir. Kimi kaynaklarda ismi kısaltılarak E (ommen Emiter olarak tanımlanır. Ortak emiterli yükselteçlerin (OE gerilim e akım kazançları oldukça yüksektir. u durum onu bir çok uygulamada popüler kılar. u bölümde ortak emiterli yükselteç deresini tüm yönleri ile analiz edeceğiz. Daha sonraki bölümlerde sırasıyla diğer bağlantı tiplerini inceleyeceğiz. Tipik bir ortak emiterli yükselteç deresi şekil-6.9 da erilmiştir. u yükselteç deresi ortak emiterli derenin çalışma prensibini anlayabilmeniz için geliştirilmiştir. Pratikte bir yükselteç deresinde iki adet dc besleme kaynağı kullanılmaz. 169

11 L V out V in V EE V Şekil-6.9 Tipik bir ortak emiter bağlantılı yükselteç deresi Yükseltilecek eya kuetlendirilecek giriş işareti yükseltecin beyz-emiter terminalleri arasından uygulanmıştır. Çıkış işareti ise; yükseltecin kollektör-emiter terminalleri arasından alınmıştır. Dolayısı ile emiter terminali giriş e çıkış işareti için ortak uçtur. undan dolayı bu yükselteç ortak emiterli yükselteç (OE olarak adlandırılır. Ortak emiter bağlantılı yükselteç deresinin temel özellikleri aşağıda sıralanmıştır. Gerilim Kazancı (Voltage Gain : Var Akım Kazancı (urrent Gain : Var Güç Kazancı (Power Gain : Var, yüksek Sinyal Faz Çerimi : Var, Giriş Empedansı : Orta düzeyde (500Ω-1kΩ Çıkış Empedansı : Orta düzeyde (10KΩ-50KΩ Gerilim bölücülü dc polarmaya sahip ortak emiterli yükselteç dereleri pratikte sık kullanır. Pek çok cihaz e sistemin tasarımında kullanılan böyle bir yükselteç deresi şekil-6.10 da erilmiştir. V 12V 1 27KΩ 2.2KΩ s 2 V 0 4.7KΩ KΩ E 470Ω E L 1KΩ Şekil-6.10 Ortak emiter bağlantılı gerilim bölücülü yükselteç deresi 170

12 Derede Vs giriş sinyal kaynağıdır. s direnci ise sinyal kaynağının iç direncidir. Yükseltilecek sinyal transistörün beyzine 1 kapasitörü üzerinden uygulanmaktadır. 1 değeri yeterince büyük (1µF-100µF seçilmelidir. Çıkış sinyali ise kollektör üzerinden 2 kapasitörü ile L yük direnci üzerine alınmaktadır. 2 değeride 1 gibi uygun değerde seçilmelidir. Transistörün emiterine bağlı E direnci, ac çalışmada transistörün kazancını azaltmaktadır. Orta frekans bölgelerinde çalışmada E nin bu etkisi paralel bağlı E kapasitörü tarafından yok edilmiştir. u nedenle E kapasitörüde yeterince büyük (1µF-100µF seçilmelidir. E kapasitörü sadece dc çalışmada transistörün kararlılığını sağlamaktadır. u nedenle bu kapasitöre emiter bypass kapasitörü denilmektedir. Şekil-6.10!da erilen ortak enmiter bağlantılı yükselteç deresinin analizi iki aşamada gerçekleştirilir. İlk aşama dc analizdir. Derenin dc analizini yapalım. D Analiz Derenin dc analizi için ilk adım, dc eşdeğer dereyi çizmektir. D eşdeğer için derede bulunan kapasitörler açık dere kabul edilir e Vs sinyal kaynağı dikkate alınmaz. u koşullar yerine getirildiğinde oluşan dc eşdeğer dere şekil-6.11 de erilmiştir. V 12V V 12V 1 27KΩ 2.2KΩ 1 27KΩ 2.2KΩ s V 0 4.7KΩ 2 5.6KΩ E 470Ω L 1KΩ 2 5.6KΩ E 470Ω Şekil-6.11 Ortak emiter bağlantılı yükselteç deresinin dc eşdeğer deresinin çıkarılması Derenin dc analizini yapalım. D analizde transistörün polarma akım e gerilimleri hesaplanarak çalışma bölgesi belirlenmekteydi. O halde, theenin eşdeğer deresinden yararlanarak; V 12V VTH 2 5.6KΩ 2. 06V 27KΩ 5.6KΩ KΩ 5.6KΩ TH 4. 63KΩ 27KΩ 5.6KΩ 1 2 VTH VE 2.06V 0.7V 1.36V I E 2. 64mA TH 4.63KΩ 515Ω E 470Ω ( β

13 I I E 2.64mA 26 ( β µ A I β I µ A 2. 6mA V V I mA 2.2KΩ 6. 28V VE I E E 2.64mA 470Ω 1. 24V VE V VE V ulunan sonuçlarda transistörün aktif bölgede çalıştığı görülmektedir. O halde ac analize geçebiliriz. A Analiz Derenin ac analizi için ilk adım, ac eşdeğer dereyi çizip daha sonra hibrid-л modelini çıkarmaktır. D eşdeğer için derede bulunan dc kaynaklar e kapasitörler kısa dere kabul edilir. u koşullar altında oluşan ac eşdeğer dere şekil-6.12 de erilmiştir. V 12V 1 27KΩ 2.2KΩ V 0 s 2 V 0 s 4.7KΩ KΩ E 470Ω E L 1KΩ 1 2 L Şekil-6.11 Ortak emiter bağlantılı yükselteç deresinin dc eşdeğer deresinin çıkarılması Yükselteç deresinin küçük sinyal eşdeğer deresi için ikinci aşama ise transistörün eşdeğer modelini yerleştirmektir. u işlem sonucunda ortak emiterli yükselteç deresinin küçük sinyaller için eşdeğer dere modeli şekil-6.12 de erilmiştir. 172

14 s 4.7KΩ r Л Л _ 0 g m Л 1 2 L 27KΩ 5.6KΩ - E 2K2 1KΩ in Şekil-6.11 Ortak emiterli yükselteç deresinin küçük sinyal eşdeğer dere modeli Gerekli parametreleri hesaplayarak ac analize geçelim. Önce transistörün iletkenlik katsayısını e beyz-emiter arası sinyal gerilimi değerlerini bulalım. I 2.6mA g m 100mA / V V 26mV T r β 100 g m 3 1KΩ in 1 // 2 // r KΩ Eşdeğer dere modelinden yararlanarak s, s e in çeresinden hareket ederek göz denklemini yazarak Л değerini bulalım. s s in 0.823KΩ KΩ 0.823KΩ s in s buradan yükseltecin çıkış sinyal gerilimini (0 bulalım L 0 g m ( // L g m (100mA / V (0.168s (0.68KΩ L s eşitliği elde edilir. uradan ortak emiterli küçük işaret yükseltecinin gerilim kazancı bulunur. 173

15 Örnek: 6.2 Şekil-6.12 de erilen yükselteç deresinin küçük sinyaller için dc e ac analizini yapınız. β100, VE0.7V V 15V 560KΩ 2KΩ µF V 0 10µF L 20KΩ Çözüm c. dc analiz Şekil-6.12 Ortak emiter bağlantılı transistörlü yükselteç deresi Yükselteci dc çalışma şartlarının analizi için deredeki kapasitörler açık dere yapılır. İkinci adım transistör sükunet halinde iken (derede ac işaret yokken çalışma bölgesi akım e gerilimlerinin (I e VE belirlenmesidir. unun için dereden çere gerilimlerinden yararlanarak I akımını bulalım. V VE 15V 0.7V 14.3V I µA 560KΩ 560KΩ I β I ( 100 (25.54µA 2554µA mA VE V I 15 V (2.554mA(2KΩ V V V I VE 15 V (2.554mA(2KΩ 0.7V 9. 12V değerleri bulunur. Derede; V>0 dır. Dolayısı ile transistör aktif bölgede çalışmaktadır. A analize geçebiliriz. d. ac analiz Şekil-6.12 de erilen transistörlü yükselteç deresinin küçük sinyal için ac analizi yapalım. İlk adım ac eşdeğer dereyi çizmektir. unun için deredeki dc gerilim kaynağı e kapasitörler kısa dere edilir. Deremizin ac eşdeğeri dere modeli şekil-6.13 de erilmiştir. 174

16 Örnek: 6.3 Şekil-6.14 de erilen yükselteç deresinin küçük sinyaller için gerilim kazancı ifadesini bulunuz? β150, VE0.7V V 12V 470KΩ 2KΩ 2 S 1 10µF V 0 1KΩ 10µF L 20KΩ Çözüm Şekil-6.14 Ortak emiter bağlantılı transistörlü yükselteç deresi a. dc analiz Yükseltecin dc çalışma şartlarının analizi için deredeki kapasitörler açık dere yapılır. İkinci adım transistör sükunet halinde iken (derede ac işaret yokken çalışma bölgesi akım e gerilimlerinin (I e VE belirlenmesidir. unun için dereden çere gerilimlerinden yararlanarak I akımını bulalım. V VE 12V 0.7V 11.3V I 24µA 470KΩ 470KΩ I β I ( 150 (24µA 3600µA 3. 6mA VE V I 12 V (3.6mA(2KΩ 4. 8V V V I VE 12 V (3.6mA(2KΩ 0.7V 4. 1V değerleri bulunur. Derede; V>0 dır. Dolayısı ile transistör aktif bölgede çalışmaktadır. A analize geçebiliriz. b. ac analiz Analizi istenilen dere örnek:6.2 de erilen dere ile benzerlikler içermektedir. Sadece bu derede giriş işaret kaynağının VS iç direnci S erilmiştir. Eşdeğer dere çiziminde bu direnci dikkate almalıyız. Şimdi şekil-6.14 de erilen transistörlü yükselteç deresinin küçük sinyal için ac analizi yapalım. İlk adım ac eşdeğer dereyi çizmektir. unun için deredeki dc gerilim kaynağı e kapasitörler kısa dere edilir. Deremizin ac eşdeğeri dere modeli şekil-6.15 de erilmiştir. 175

17 S 1KΩ r Л Л _ 0 470KΩ - E g m Л 2K L 20KΩ in Şekil-6.15 Ortak emiter bağlantılı yükselteç deresinin ac eşdeğeri Yükseltecin eşdeğer dere modelinde, transistörün sahip olduğu r0 çıkış direnci ihmal edilerek gösterilmemiştir. Transistörün çıkış direnci, direncinden çok (<<r0 büyüktür. Dolayısı ile ihmal edilebilir. I 3.6mA gm 138mA/ V V 26mV T r β x10 3 gm 1.086KΩ g ( // 0 m L L 2KΩ 20KΩ // L 1.82KΩ 2KΩ 20KΩ L // r r 470KΩ 1.086KΩ 470KΩ 1.086KΩ in r 1.083KΩ S S in 1.083KΩ 0. 5 in 1KΩ 1.083KΩ g ( // 0 m L 0 (138mA/ V 0.5S (1.82KΩ S A V 0 (138mA/ V(1.82KΩ S 176

18 6.5 OTAK KOLLEKTÖLÜ YÜKSELTEÇ Transistörlü yükselteçlerde kullanılan diğer bir bağlantı tipidir. u bağlantı tipi emiter izleyici (emiter-follower olarakta adlandırılmaktadır. Yüksek giriş direncine e alçak çıkış direncine sahiptir. u nedenle tampon (buffer olarak kullanılmaktadır. u bölümde ortak kollektörlü yükselteç (common-collector amplifier deresini tüm yönleri ile analiz edeceğiz. ir sonraki bölümde ise son olarak ortak beyzli bağlantı tipini inceleyeceğiz. Tipik bir ortak kolektörlü yükselteç deresi şekil-6.16 da erilmiştir. u yükselteç deresinde giriş sinyali (işareti transistörün beyz-emiter uçları arasından uygulanmıştır. Çıkış işareti ise emiter-kollektör terminalleri arasından alınmıştır. V 1 S E L V 0 Şekil-6.16 Tipik bir ortak kollektör bağlantılı yükselteç deresi Ortak kollektör deresi emiter izleyici dere olarak da adlandırılmaktadır. Giriş direncinin yüksek, çıkış direncinin alçak olmasından dolayı tampon (buffer eya izolasyon amacı ile yaygın olarak kullanılmaktadır. Şekil-6.16 da görüldüğü gibi giriş işareti yükseltece beyz terminalinden uygulanmıştır. Çıkış ise emiter terminalinden alınmıştır. Derede ilk bakışta kollektör terminali giriş e çıkış işareti için ortak uç olarak gözükmektedir. Fakat ac çalışmada, dc kaynaklar kısa dere kabul edildiğinden, kollektör terminali doğrudan şase terminaline bağlı kabul edilmektedir. Dolayısıyla ortak uç kolektördür. Ortak kollektör bağlantılı yükselteç deresinin temel özellikleri aşağıda sıralanmıştır. Giriş Empedansı Çıkış Empedansı Gerilim Kazancı : Yüksek; yaklaşık 20KΩ-300KΩ : Alçak; yaklaşık 300Ω-500Ω : Yok; 1 den az 177

19 Akım Kazancı : Var; IE/I Güç Kazancı : Var. İşaret Faz Çerimi : Yok. Genel Kullanım Alanı : Tampon yükselteci ya da emiter izleyici Derede kullanılan S direnci yükseltece uygulanan sinyal kaynağının (VS iç direncidir. Ortak kolektörlü yükseltecin gerilim kazancı yoktur. Dolayısı ile çıkış sinyali giriş sinyalinden düşük olacaktır. Fakat akım kazancı ardır. Şekil-6.16 da erilen ortak kollektör bağlantılı yükselteç deresinin küçük sinyaller için ac eşdeğer deresi şekil-6.17 de görülmektedir. S 1KΩ r Л Л - g m Л 1 // 2 0 in b E _ L _ Şekil-6.17 Ortak kollektör bağlantılı yükselteç deresinin ac eşdeğeri Şekil-6.17 de eşdeğer deresi erilen ortak kolektörlü yükselteç için çıkış sinyal gerilimi ifadesini yazalım; g ( // 0 m E L Derenin emiterinden bakıldığında görülen direnç etkisi, emiter direncinin (β1 katıdır. Eşdeğer derede b ile tanımlanan direnç değeri ise; b r ( β 1 ( E // olarak belirlenir. Eşdeğer derede görülen in değeri ise; // 2 // in 1 b olacaktır. Analize deam edelim. Eşdeğer derenin girişi için çere gerilimlerinden yararlanarak in üzerindeki sinyal gerilimini e değerlerini yazalım. in S in S in L r in ( β 1( E // L r Elde edilen bu değeri, çıkış sinyal gerilimi ifadesindeki ilgili yere yerleştirelim. g g 178 ( // 0 m E L r ( // in 0 m E L r ( β 1( E // L

20 Yukarıdaki eşitlikte gerekli sadeleştirmeler yapılarak ortak kolektörlü yükseltecin gerilim kazancı ifadesi aşağıdaki gibi yazılabilir. A V 0 S g m in in S r in ( β 1( E // L ( E // L 6.6 OTAK EYZLİ YÜKSELTEÇ Transistörlü yükselteçlerde kullanılan diğer bir bağlantı tipidir. Yüksek gerilim e akım kazancına sahiptir. Alçak giriş direncine e yüksek çıkış direncine sahiptir. u bölümde ortak beyzli yükselteç (common-base amplifier deresini tüm yönleri ile analiz edeceğiz. Tipik bir ortak beyzli yükselteç deresi şekil-6.18 da erilmiştir. u yükselteç deresinde giriş sinyali (işareti transistörün emiter-beyz uçları arasından uygulanmıştır. Çıkış işareti ise kollektör-beyz terminalleri arasından alınmıştır. Görüldüğü gibi beyz ucu, hem giriş hem de çıkış işareti için ortak terminaldir. u nedenle bu dere ortak beyzli yükselteç olarak adlandırılır. V V 0 S 1 L 2 E Şekil-6.18 Tipik bir ortak beyz bağlantılı yükselteç deresi Ortak beyz bağlantılı yükselteç (common-base amplifier deresinin temel özellikleri aşağıda maddeler halinde sıralanmıştır. Giriş Empedansı Çıkış Empedansı : Alçak; yaklaşık 50Ω - 500Ω : Yüksek; yaklaşık 300KΩ - 1MΩ 179

21 Gerilim Kazancı Akım Kazancı Güç Kazancı İşaret Faz Çerimi Genel Kullanım Alanı : Var; GV V / VE : Yok; α I / IE : Var. : Yok. : adyo frekans (F yükselteç tasarımı Şekil-6.18 de erilen ortak beyzli yükselteç deresinde S direnci, girişten uygulanan ac kaynağın (VS iç direncidir. D analiz için deredeki kapasitörler açık dere yapıldığında ortak emiterli dere ile aynıdır. Derenin dc polarma bileşenlerinin bulunması e çalışma noktasının belirlenmesi ortak emiterli dere ile aynıdır. u nedenle bu bölümde dc analiz ile ilgilenilmeyecektir. A analiz için deredeki kapasitörleri kısa dere yapalım. Dereyi basitleştirmek için transistörün çıkış direnci r0 ı ise ihmal edelim. elirtilen koşullar altında şekil-6.18 de erilen ortak beyz bağlantılı yükselteç deresinin ac eşdeğeri şekil-6.19 da erilmiştir. Derenin çıkış sinyalini yazalım; g ( // 0 m L Yükseltecin emiter noktasında ortaya çıkan sinyal bileşenini bulmak için gerilim bölücü eşitliğini uygularız. u durumda emiter sinyali; r Л Л _ S - i e g m Л L E e E in Şekil-6.19 Ortak beyz bağlantılı yükselteç deresinin ac eşdeğeri e S in S in olur. Yükselteç deresinde beyz terminali dirençler üzerinden toprağa bağlı olduğu için, 0 olacaktır. Emitere doğru bakıldığında E ye paralel bir re direnci ardır. u direncin değeri ise; r e r β 1 180

22 olarak erilir. re<<e olduğundan inre alabiliriz. u durumda yükseltecin çıkış gerilimi 0 yeniden yazılırsa; g ( // 0 m e L olur. Yukarıda bulduğumuz e değerini çıkış gerilimi eşitliğine yerleştirelim. g ( // S 0 m in L in S u denklemi kullanarak yükseltecin gerilim kazancı eşitliğini yazabiliriz. A V 0 S g m in in S ( // L 181