TRANSİSTÖRLÜ YÜKSELTEÇLER

Transkript

1 Karadeniz Teknik Üniversiesi Mühendislik Fakülesi * Elekrik-Elekronik Mühendisliği Bölümü Elekronik Anabilim Dalı * Elekronik Laborauarı I 1. Deneyin Amacı TRANSİSTÖRLÜ YÜKSELTEÇLER Transisörlerin yükseleç olarak nasıl çalışırıldığının anlaşılması. Yükseleçlerde D çalışma nokasının öneminin anlaşılması. Yükseleçlerin D kuuplama ve analizinin anlaşılması. Yükseleçlerde kararlı çalışma için çeşili kuuplama yönemlerinin incelenmesi. 2. Ön Bilgi 2.1. D Kuuplama ve Çalışma Nokası Transisörlü yükseleç; girişinden uygulanan işareleri yükselerek çıkışına akarmak üzere asarlanmış bir devredir. Transisör, yükseleç olarak çalışabilmesi için D kuuplama gerilimlerine gereksinim duyar. Transisöre uygulanan kuuplama gerilimleri çıkış karakerisiği üzerinde ransisörün çalışma nokasını belirler. Transisörün sahip olduğu kuuplama akım ve gerilim değerini göseren bu noka çalışma nokası ya da Q nokası olarak adlandırılır. Şekil 1 de bir ransisörün çıkış karakerisiği üzerinde çeşili çalışma nokası örnekleri verilmişir. Şekil 1: Transisör için çeşili çalışma nokası örnekleri Çalışma nokasının uygun seçilmemesi durumunda çıkış işareinde kırpılmalar oluşmakadır. Bu durum Şekil 2 de göserilmişir. Şekil 2: Bir yükseleç devresinin doğrusal ve doğrusal olmayan çalışmasına örnekler

2 2.2. D Yük Doğrusu Transisörlü yükseleç devrelerinde çalışma nokasının ve D yük doğrusunun önemini gösermek amacı ile şekil 3.a da görülen devreden yararlanılacakır. Bu devrede ransisörün kuuplama akım ve gerilimleri, BB ve kaynakları ile ayarlanabilmekedir. Devredeki ransisör için kolekör karakerisik eğrileri ise şekil 3.b de verilmişir. Şekil 3: Ayarlanabilen kaynaklarla dc kuuplama ve ransisörün karakerisik eğrisi D kuuplamanın ekisini ve önemini anlamak amacı ile şekil-3 deki devrede I B akımını farklı değerlere ayarlayarak her bir I B akımı değerine karşılık ransisörün I ve E değerlerinin nasıl değişiğini inceleyelim. İlk olarak kollekör devresi için çevre denklemi yazılırsa; I = R 1 = R I + E E + R (1) bağınısı elde edilir. (1) bağınısı I düzleminde eğimi gelir. Bu doğru D yük doğrusu olarak adlandırılır. E 1 olan bir doğruya karşılık R BB kaynağını ayarlayarak I B değerini 100 µa yapalım. Bu durumda ransisörün kollekör akımı I ; I =β I B = µa=20ma olacakır. Bu kolekör akımına karşılık ransisörde oluşan kolekör-emier gerilim düşümü E; E = -( I R )= 10 - (20mA 200Ω) = 6 olacakır. Bulunan bu değerlere karşılık gelen ransisörün çalışma nokası şekil 4 de ransisör karakerisiğinde göserildiği gibi Q1 olacakır.

3 Transisörün baz akımının I B =150 µa yapılması durumunda ise kollekör akımı I ; I = β I B = µa=30ma olacakır. Bu kolekör akımına karşılık ransisörde oluşan kolekör-emier gerilim düşümü E ; E = -( I R )= 10 - (30mA 200Ω) = 4 olacakır. Bulunan bu değerlere karşılık gelen ransisörün çalışma nokası şekil 4 de ransisör karakerisiğinde göserildiği gibi Q2 olacakır. Son olarak baz akımının I B =200 µa yapılması durumunda ransisörün çalışma nokasını bulalım I = β I B = µa=40ma E = -( I R )= 10 - (40mA 200Ω) = 2 olacakır. Bulunan bu değerlere karşılık gelen ransisörün çalışma nokası şekil 4 de ransisör karakerisiğinde göserildiği gibi Q3 olacakır. Şekil 4: Transisör karakerisiği üzerinde D yük doğrusunun göserilişi Şekil 4 dikkalice incelenirse ransisörün baz akımındaki değişim, kolekör akımını değişirmeke dolayısıyla ransisörün kolekör-emier ( E ) gerilimi de değişmekedir. Örneğin I B akımındaki arma I akımını arırmakadır. Buna bağlı olarak E gerilimi azalmakadır. Bu durumda BB geriliminin ayarlanması ile I B değeri ayarlanmakadır. I B nin ayarlanması ise ransisörün D çalışma nokasını yük doğrusu üzerinde hareke eirmekedir. Şekil 4 de ransisör karakerisiği üzerinde göserilen ve Q1, Q2 ve Q3 olarak belirilen çalışma nokalarının birleşirilmesi ile elde edilen doğru D yük doğrusu olarak adlandırılır.

4 D yük doğrusu x eksenini 10 da kesmekedir. Bu değer E = nokasıdır. Bu nokada ransisör kesimdedir çünkü kolekör ve baz akımları idealde sıfırdır. Gerçeke baz ve kolekör akımları bu nokada am sıfır değildir. Çok küçük bir sızını akım vardır. Bu nedenle bu kesim nokası gerçeke 10 dan biraz daha küçükür. Yine bu örneke dc yük doğrusunun I eksenini kesiği değer idealde 50mA dir. Bu değer ise ransisör için doyum nokasıdır. Transisörün doyum nokasında kolekör akımı maksimumdur. Çünkü bu nokada 0 dır. Kolekör akımı; E I (2) R değerinde olacakır ve maksimumdur. Doğrusal Çalışma Doğrusal yükselme işlemini incelemek için Şekil 5 de verilen devreden yararlanılacakır. Başlangıça devre girişine s işareinin uygulanmadığını düşünelim. Devrede baz akımının I B =150µA ve buna karşılık kollekör akımı 30mA olacakır. Bu durumda ransisörün çalışma nokası E =4 olacakır. Bu noka Şekil 5.b de ransisör karakerisiği üzerinde göserilen Q çalışma nokasıdır. Şekil 5: Transisörlü yükseleç devresi ve yük doğrusu üzerinde sinyal davranışları

5 Devre girişine s kaynağından baz akımı üzerinde ±50µA(epe değeri) ekisi olan bir sinüs işarei uygulandığını varsayalım. Önce s işareinin poziif saykılı geldiğini kabul edelim. Bu işare; BB kaynağı ile aynı yönde eki edecek ve baz akımının yükselmesine neden olacakır. Giriş işarei S, poziif epe değerine ulaşığında baz akımıda maksimum oranda yükselecekir. Bu anda I B =150+50=200µA olacakır. Bu değer şekil 5.b de karakerisike A nokası olarak işarelenmişir. Buna karşılık kolekör akımı 40mA değerine yükselecek, kollekör-emier gerilimi ise 2 değerine düşecekir. Bu aşamadaki çalışmaya dikka edilirse ransisörün çalışma nokası A nokasına kaymışır. Burada giriş işareinde oplam 50µA lik bir değişim vardır. Çıkış kolekör akımında ise 10mA lik bir değişim söz konusudur. Dolayısıyla giriş işareinin poziif saykılı 200 ka yükselilmişir. Giriş işareinin negaif saykılında ise; bu işare baz akımını dolayısıyla kolekör akımını azalacakır. Transisör şekil 5.b de karakerisik üzerinde göserilen ve B olarak adlandırılan çalışma nokasına kayacakır. Bu çalışma nokasında; I B =100µA, I =20mA ve E =6 değerine ulaşacakır. Aynı şekilde dikka edilirse giriş işareinin 200 ka yükselildiği görülecekir. Buraya kadar anlaılanlardan da anlaşılacağı gibi, devre girişinde A giriş işarei yokken, ransisör Q çalışma nokasında (sükûne nokası) kalmakadır. Girişe bir sinyal gelmesi durumunda ise çalışma nokası bu sinyalin yönüne bağlı olarak kesime veya doyuma doğru kaymakadır. Giriş işarei yükselme işleminde Q nokasının erafında salınmakadır. Transisörün kesim veya doyum nokalarına ulaşmamakadır. Çıkışa elde edilen işare, giriş işareinin yükselilmiş bir formudur. Çıkış işareinin dalga biçiminde herhangi bir bozulma yokur. Bundan dolayı bu işleyişe Doğrusal Çalışma denir. Çıkışın Bozulması(Disorsiyon) Transisörle gerçekleşirilen yükseleçlerde; çıkışan elde edilen yükselilmiş işarein giriş işarei ile aynı dalga formunda olması isenir. Çıkış işareinde her hangi bir bozulma olması isenmez. Çıkış işareinde oluşan veya oluşabilecek bozulmaya ise disorsiyon adı verilir. Yükseleç devrelerinde birçok nedenden dolayı disorsiyon oluşabilir. Şekil 6 de ransisör devresinde oluşabilecek disorsiyonlar çıkış karakerisikleri üzerinde göserilmişir. Şekil 6: Transisörlü yükseleç devrelerinde oluşan disorsiyonlar

6 3.Deneyin Yapılışı 3.1. Deney Donanımları KL Lineer Devre Sei KL Deney Modülü Ölçü Aleleri: Osiloskop, İşare Üreeci, Avomere 3.2. Deneyler Sabi kuuplama deneyi 1. KL lineer devre seini ve KL deney modülünü kullanarak Şekil 7 deki devreyi kurunuz. 2. E = /2 olacak şekilde R4 ü ayarlayınız. 3. Sinyal üreecini devrenin girişine bağlayarak, devre çıkışında maksimum genlikli bozulmamış 1kHz sinüs dalgası göserecek şekilde osiliskopa giriş ve cıkış gerilim dalga şekillerini gözlemleyiniz. 4. Giriş sinyalini değişirmeden R4 ü 1MΩ a ayarlayarak çıkışı gözlemleyiniz. 5. Elde eiğiniz sonuçları Tablo 1 e kaydediniz. Şekil 7: Sabi kuuplama için devre Tablo 1: Sabi kuuplama deney sonuçları I I Giriş B Çıkış A B E E Kendi kendine kuuplama deneyi 1. KL lineer devre seini ve KL deney modülünü kullanarak Şekil 8 deki devreyi kurunuz. 2. R1 i 0Ω a ayarlayın. 3. E = /2 olacak şekilde R4 ü ayarlayınız.

7 4. Sinyal üreecini devrenin girişine bağlayarak, devre çıkışında maksimum genlikli bozulmamış 1kHz sinüs dalgası göserecek şekilde osiliskopa giriş ve cıkış gerilim dalga şekillerini gözlemleyiniz. 5. Giriş sinyalini değişirmeden R4 ü 1MΩ a ayarlayarak çıkışı gözlemleyiniz. 6. R1 i 1kΩ a ayarlayarak aynı işlemleri ekrarlayınız. 7. Elde eiğiniz sonuçları Tablo 2 ye kaydediniz. Şekil 8: Kendi kendine kuuplama için devre Tablo 2:Kendi kendine kuuplama deney sonuçları I I Giriş B B E E Çıkış A β değerinden bağımsız kuuplama deney 1. KL lineer devre seini ve KL deney modülünü kullanarak Şekil 9 daki devreyi 2 devrede olmayacak şekilde kurunuz. 2. = /2 olacak şekilde R2 yi ayarlayınız. 3. Sinyal üreecini devrenin girişine bağlayarak, devre çıkışında maksimum genlikli bozulmamış 1kHz sinüs dalgası göserecek şekilde osiliskopa giriş ve cıkış gerilim dalga şekillerini gözlemleyiniz. 4. Giriş sinyalini değişirmeden R2 yi 10KΩ a ayarlayarak çıkışı gözlemleyiniz. 5. 2(20μF) yi devreye ekleyerek, basamak 4 ve 5 i ekrarlayınız. 6. Elde eiğiniz sonuçları Tablo 3 ye kaydediniz.

8 Şekil 9: β değerinden bağımsız kuuplama için devre Tablo 3: β değerinden bağımsız kuuplama deney sonuçları 2 I B I E BE Giriş Çıkış A Devrede Devrede değil Kollekör geri beslemeli kuuplama için deney 1. KL lineer devre seini ve KL modülünü kullanarak Şekil 10 daki devreyi kurunuz. 2. E = /2 olacak şekilde R4 ü ayarlayınız. 3. Sinyal üreecini devrenin girişine bağlayarak, devre çıkışında maksimum genlikli bozulmamış 1kHz sinüs dalgası göserecek şekilde osiliskopa giriş ve çıkış gerilim dalga şekillerini gözlemleyiniz. 4. Giriş sinyalini değişirmeden R4 ü 1MΩ a ayarlayarak çıkışı gözlemleyiniz. 5. Elde eiğiniz sonuçları Tablo 4 e kaydediniz. Şekil 10: Kollekör geribeslemeli kuuplama için devre

9 Tablo 4: Kollekör geribeslemeli kuuplama deney sonuçları I I Giriş Çıkış B B E E A Darlingon Devresi Deneyi 1. KL lineer devre seini ve KL deney modülünü kullanarak Şekil 11 deki devreyi kurunuz. 2. R4 ü (1 MΩ) maksimuma ayarlayarak I B ve I akımlarını ve b gerilimini ölçünüz. 3. R4 ü (1 MΩ) minimuma ayarlayarak I B ve I akımlarını ve b gerilimini ölçünüz. 4. Elde eiğiniz sonuçları Tablo 5 e kaydediniz. Şekil 11: Darlingon devresi Tablo 5: Darlingon devresi deney sonuçları R4 I b I c A i b Z i R4 max R4 min Haırlama; A i =(1+β1) β2=i c /I b Z i = b /I b (1+β1) β2 R e