ELM201 ELEKTRONİK-I DERSİ LABORATUAR FÖYÜ

Transkript

1 TC SAKARYA ÜNİERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ELEKTRİKELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ELM201 ELEKTRONİKI DERSİ LABORATUAR FÖYÜ DENEYİ YAPTIRAN: DENEYİN ADI: DENEY NO: DENEYİ YAPANIN ADI ve SOYADI: SINIFI: OKUL NO: DENEY GRUP NO: DENEY TARİHİ RAPOR TESLİM TARİHİ KONTROL DEĞERLENDİRME Ön Çalışma Sonuçları Sözlü Performansı Raporu TOPLAM

2 DENEY 6 : TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ TRANSİSTÖR AKIM E GERİLİMLERİ: Beyz, Kollektör ve Emiter Akımları: AMAÇ: Birleşim yüzeyli transistörün ve ayrı ayrı birleşim yüzeylerinin çalışmasının incelenmesi ve karşılaştırılması. Transistörün sızıntı akımlarının ölçülmesi. TEORİ: Şekil1 de uygun şekilde polarmalandırılmış bir transistörün üç temel akımı gösterilmiştir. R C I C R B I B BE CE I E Şekil1 Şekilde görüldüğü gibi kaynağı, transistörün beyzemiter bölgesinin ileri(doğru) yönde polarmalandırılması için gerekli gerilimi sağlamaktadır. Normal bir diyotun ileri yönde polarmalandırılması ile eşdeğer olarak, beyzemiter arası voltaj pratikte(silisyum için) 0.6 ila 0.75 olt arasında değişmektedir. Beyzemiter arasına uygulanan bu ileri yön polarması, büyük bir emiter akımının akmasına imkan tanır. Bu akımın çok küçük bir bölümüde beyz akımı olarak kendini gösterir. Emiter akımından geriye kalan ise kollektör bölgesine doğru hareket ederek, kollektör akımını oluşturur. Buradanda anlaşıldığı gibi transistörün üç temel akımından en büyüğü emiter akımıdır, kollektör akımı ise yaklaşık olarak emiter akımı ile aynı büyüklüğe sahiptir. Beyz akımı ise en küçük değerli temel transistör akımıdır. Yukarıda anlatılanlar ışığında transistöre Kirchhoff un akım kanunu uygulanırsa, I = I I olarak bulunur E C B Transistör Sızıntı Akımları Eğer ideal bir transistörün beyz polarması sağlanmaz ise yani beyz ucu boşta bırakılırsa(açık ), kollektör ile emiter uçları arasında herhangi bir akım akışı olmaz. Fakat pratikte kullanılan transistörlerde bu olay gerçekleşmez ve kollektör emiter arasından I CEO ile gösterilen bir sızıntı akımı akar(şekil2). Bu akım gösteriminde kullanılan CEO terimi, transistörün kollektör emiter arasının uygun şekilde polarmalandırılmış, fakat beyzin boşta bırakılmış olduğunu göstermektedir. Bu sızıntı akımı normalde azınlık akım taşıyıcılarının neden olduğu bir akım olduğundan değeri çok küçüktür. Fakat azınlık akım taşıyıcılarının neden olduğu bu sızıntı akımının değeri sıcaklığa bağlıdır ve sıcaklıkla doğru orantılı olarak artmaktadır( kabaca her 10 o C lik sıcaklık artışına karşılık değeri ikiye katlanmaktadır). Bu sızıntı akımına bazen kesim(cutoff) akımıda denmektedir ve değeri pratikte 25 o C için çok küçük nano amperler seviyesindedir. 2

3 Sıcaklığa bağlı bir diğer transistör sızıntı akımı ise Şekil3 te gösterilen I CBO akımıdır. I CEO I CBO Beyz açık I CBO I CEO Emiter açık Şekil2 Şekil3 I CBO sızıntı akımı, emiter boşta iken beyzkollektör arasından akan ters yön sızıntı akımı olarak ifade edilebilir. Bu akımın değeride normalde transistör tipi ve gücüne bağlı olmakla birlikte çok küçük (nano amper) değerlidir. I CEO gibi I CBO sızıntı akımıda normalde tam olarak polarmalandırılmış(beyzemiter ve kollektör polarmaları sağlanmış durum) çalışan transistörlerde bulunur ve ilgili terminallerde etkisini gösterir. Yine bu akım değerleri sıcaklıkla doğru orantılı olarak arttığı için, sıcaklık değişimlerinden etkilenerek transistör polarmalarını değiştirerek transistörün çalışma noktasının değişmesine neden olurlar. Bunu etkisi teorik olarak derste anlatılmaktadır. Transistörün Maksimum oltaj Değerleri: Şekil4 te gösterildiği gibi transistöre uygulanabilecek maksimum ters yön voltaj değerleri, bir transistörün zarar görmemesi için, çalışması sırasında maruz kalabileceği maksimum voltaj değerleridir. CBO Kollektör açık Beyz açık CEO EBO ( a) ( b) ( c) Şekil4 Şekil4a da beyz si açık iken kollektöremiter arasına uygulanabilecek maksimum gerilim olan CEO gerilimi görülmektedir. Transistörün çalışması sırasında kesime gitme durumunu göz önüne aldığımızda, transistör açık gibi davranacak ve besleme geriliminin tamamı kollektöremiter arasında görülecektir. Eğer bu besleme gerilimi, o transistör için belirlenen CEO geriliminden daha büyük olursa transistör zarar görecek ve bozulacaktır. Şekil4b de emiter açık iken beyzkollektör arasına uygulanabilecek maksimum gerilim değeri olan CBO görülmektedir. Buradan anlaşılabileceği gibi besleme voltajının bu değerden daha küçük olması, transistörün normal işlevini yerine getirebilmesi ve hasar görmemesi için gerekli koşuldur. Son olarak Şekil 4c de kollektör açık iken beyzemiter arasına uygulanabilecek maksimum ters yön gerilimi olan EBO görülmektedir. Yine transistör çalışırken bu voltaj değerinin aşılmaması gerekmektedir. Aksi takdirde transistör zarar görebilir. Transistörün normal çalışma şartlarında beyzemiter arası doğru yönde polarmalandırılacağı için, bu değerin aşılması söz konusu değildir, fakat dizayn işlemleri sırasında bu hususun dikkate alınması zorunludur. İŞLEM BASAMAKLARI 1 Beyz Emiter Bölgesinin İleri Yön Polarması 1.1 Şekil5 teki yi kurarak, kaynağını 20 olt seviyesine ayarlayınız. Şekil5 20 R 1 4K7 P 1 10 K A Emiter açık Kollektör Açık R Ω 3

4 1.2 Ampermetreden okuyacağınız transistörün beyzemiter arası birleşim yüzeyi akımını, P 1 potansiyometresini ayarlayarak Tablo1 deki değerlere getiriniz. Her akım değerine karşılık gelen beyzemiter arası gerilimi( BE ) ölçerek Tablo1 deki yerlerine yazınız. Not: sırasında beyz akım değerinin Tablo1 de verilen sınır değerini aşmamasına dikkat ediniz, aksi takdirde transistör zarar görebilir. I BE (ma) BE () 2 BeyzKollektör Bölgesinin İleri Yön Polarması Tablo1 2.1 Şekil6 daki yi kurarak, kaynağının değerini 20 olt seviyesine çıkarınız. R 1 4K7 A 20 P 1 10 K Emiter Açık R Ω Şekil6 2.2 Ampermetreden okuyacağınız transistörün beyzkollektör arası birleşim yüzeyi akımını, P 1 potansiyometresini ayarlayarak Tablo2 deki değerlere getiriniz. Her akım değerine karşılık gelen beyzkollektör arası gerilimi( BC ) ölçerek Tablo2 deki yerlerine yazınız. I BC (ma) BC () 3 Beyz Emiter Bölgesinin Ters Yön Polarması Tablo2 3.1 Şekil7 deki yi kurarak, EE kaynağının değerini 0 (sıfır) volt seviyesine getiriniz. Kollektör Açık R K EE Şekil7 Not: Kaynağın negatif ucunun şase olmasına dikkat ediniz. Büyük bir ihtimalle beyzemiter arası ters yön sızıntı akımı çok küçük olduğundan ampermetre ile ölçülemeyecektir. Bu yüzden bu akım değerini büyük değerli R 1 direnci yardımı ile ölçmek mümkündür. Dolayısı ile bu direnç uçlarında düşecek gerilim değeri voltmetre ile ölçülecek ve çıkan değer direncin değerine bölünerek, sızıntı akımının değeri hesaplanacaktır. Bu yüzden kullandığınız direncin değerinin tam olarak bilinmesi, ölçümün hassasiyeti açısından büyük önem arz etmektedir. Bu amaçla deneye başlamadan önce R 1 direncinin değerini dijital ohmmetre ile ölçerek aşağıya kaydediniz ve hesaplamalarda bu değeri kullanınız. R 1 =... 4

5 3.2 EE kaynağının değerini Tablo3 teki değerlere ayarlayarak, R 1 direnci uçlarındaki gerilimi dijital voltmetre ile ölçerek tablodaki uygun yerlerine yazınız. Not: EE kaynağının değerinin silisyum tipi transistör için 5 olttan daha büyük olmaması gerektiği unutulmamalıdır. Aksi takdirde transistör zarar görecektir. EE (olt) ( max ) R1 (molt) EB = EE R1 (olt) (μa) I BCO Tablo3 4 BeyzKollektör Bölgesinin Ters Yönde Polarmalandırılması 4.1 Şekil8 deki yi =0 olt olacak şekilde kurunuz. R K Emiter Açık Şekil8 4.2 kaynağının değerlerini Tablo4 e göre değiştirerek, R 1 direnci uçlarındaki gerilimi dijital voltmetre kullanarak ölçünüz ve Tablo4 e kaydediniz. (olt) R1 (molt) CB = R1 (olt) (μa) I BEO Tablo4 Sonuçların Analizi: 1 Tablo3 ve 4 teki değerleri kullanarak, transistörün ters yön polarması altındaki birleşim yüzeyi gerilimlerini( CB, EB ) ve sızıntı akımlarını hesaplayarak, tablolardaki uygun yerlerine yazınız. 2 Tablo1, 2, 3 ve 4 teki verileri kullanarak, Transistörün BeyzKollektör bölgesi akımgerilim karakteristiği için BC deki değişimin I B ye olan etkisini, BeyzEmiter bölgesi akımgerilim karakteristiği içinde BE deki değişimin I B ye olan etkisini grafik olarak ayrı ayrı çiziniz. Not: Tablo1 ve 2 de ileri yön beyz akımları, Tablo3 ve 4 te ise beyz sızıntı akımları bulunmuştur. Dolayısı ile toplam beyz akımı bu akımların(ileri yön ve sızıntı akımları) aritmetik toplamı olarak alınacaktır. Yani ileri yön ve sızıntı akımları birbirleri ile aynı yönlü ise toplanacak, farklı ise çıkarılacaktır. SORULAR 1 Silisyum ve germanyum transistörlerde kırılma gerilimini tarif ederek, yaklaşık değerlerini belirtiniz. 2 Silisyum transistörde sızıntı akımı hangi seviyededir ve değeri uygulanan gerilime göre nasıl değişiyor? Açıklayınız. 3 Şekil5 teki R 1 direncinin görevi nedir? Açıklayınız. 4 Şekil5 teki R 2 direncinin görevi nedir? Açıklayınız. 5 Şekil7 deki R 1 direncinin görevi nedir? Açıklayınız. 6 Isının kırılma gerilimi ve sızıntı akımına olan etkisi nedir? Açıklayınız. 5