6. TRANSİSTÖRÜN İNCELENMESİ 6.1. TEORİK BİLGİ 6.1.1. JONKSİYON TRANSİSTÖRÜN POLARMALANDIRILMASI Şekil 1. Jonksiyon Transistörün Polarmalandırılması Şekil 1 de Emiter-Beyz jonksiyonu doğru yönde polarmalandırılır. Kollektör-Beyz ters yönde polarmalandırılır. Ortadaki şekilde iki jonksiyon iki diyot olarak gösterilmiştir. Tabiki bu şekilde bir transistör yapılamaz ancak doğru polarmanın ve ters polarmanın anlaşılmasına yardımcı olur. Doğru polarmada Anod gerilimi katod gerilimine nazaran daha pozitiftir. Ters polarmada ise anod gerilimi katod gerilimine nazaran daha negatifdir. Şekil 2 de transistörün çalışması şematik olarak gösterilmiştir. Şekil 2 de transistörün çalışması 58
Doğru polarmada Beyz-Emiter jonksiyonu, emiterde bulunan elektronların beyze doğru çekilmesine neden olur. Beyze varan elektronların çoğu daha pozitif olan kollektörün etkisi altına girer ve kollektör tarafından çekilirler. (Şekil 2 deki akış yönü elektron akış yönüdür.) Bu durum sol taraftaki şekilde gösterilmektedir. Burada beyz akımının ve kollektör akımının toplamı emiter akımını vermektedir. 6.1.2. TRANSİSTÖRÜN ANAHTAR OLARAK KULLANILMASI Anahtar açıldığında transistörde hiçbir beyz akımı akmayacaktır. Buna bağlı olarak kollektör akımıda akmayacaktır. Yani transistör kesimdedir. Anahtar kapandığında beyz akımının akması kollektör akımının akmasına neden olacaktır. Bu da transistörü doyuma götürecektir. Doyumda ki transistörün CE gerilimi kabul edilirse batarya gerilimi lamba üzerine düşecektir. 6.1.3. A, B E C SINIFI POLARMALANDIRMA Şekil 3 A Sınıfı B Sınıfı C Sınıfı Polarma A sınıfı polarma da beyz akımının tamamı boyunca kollektör akımı akacak şekilde polarma yapılır. Beyz akımının artmasıyla ve azalmasıyla kollektör akımıda artar ve azalır. B sınıfı polarmada beyz akımı noktasındadır. Bu durumda hiçbir kollektör akımı akmaz ve transistör kesimdedir. Kollektör akımı polarma noktasının birazcık arttırılmasıyla akabilir. C sınıfı polarmada polarma noktası kesim bölgesinin altında seçilir. Kollektör akımı, polarma noktası epeyce yukarıda seçildiği zaman akabilir. 59
6.1.4. KÜÇÜK SİNYAL YÜKSELTECİ Şekil 4 NPN ve PNP Transistörlü Küçük Sinyal Yükselteçleri İki transistör tipi (PNP, NPN) zıt güç kaynağı polarmasına sahiptir. Aynı şekilde kondansatörlerin polariteside terstir. Eğer transistörler aynı karakteristik özellikte olurlarsa, o zaman her iki devredeki direnç değerleri aynı olurdu. R1 ve R2 dirençleri beyz polarmasını sağlıyor. R3 direnci kollektör yük direnci, R4 emiter kararlılık direnci C3 kondansatörü dekuplaj kondansatörü C1 ve C2 kondansatörleri AC sinyale geçiş kolaylığı sağlayan ancak DC ye ise tıkaç görevi üstlenen elemanlardır. 6.1.5. ORTAK EMİTERLİ YÜKSELTEÇ Şekil 5 Ortak Emiterli Yükselteç Bu bağlantıya emiteri şaseli bağlantı da denir. Çünkü emiter kondansatörü, AC frekanslarda emiteri toprağa bağlar. Emiterin toprağa bağlanması nedeniyle hem giriş hemde çıkış emitere bağlıdır. Çıkış sinyali giriş sinyaline göre terslenmiştir. Giriş ile çıkış arasında 18 derece faz farkı vardır. Bu bağlantının çoğu uygulaması, gerilim yükselteci olarak kullanılmasıdır. 6
6.1.6. ORTAK BEYZ BAĞLANTILI YÜKSELTEÇ Şekil 6 Ortak Beyz Yükselteç Şekil 6 da C3 kondansatörü beyzi ac sinyallerde toprağa bağlar. Bundan dolayı hem giriş hemde çıkış beyze bağlanır (Ortak beyz bağlantılı yükselteç). Akım kazancı her zaman 1 den azdır ve Ic/Ie dir. Gerilim kazancı yüksektir. Çünkü kazanç ifadesi /re dir. (Yaklaşık olarak giriş ve çıkış akımları birbirine eşittir.) Genellikle 25 civarındadır. Giriş empedansı çok düşüktür. Genellikle 2W civarındadır. Çıkış empedansı yüksektir. Örneğin 1MW gibi. Çıkış sinyali giriş sinyaline göre terslenmez. Bu devre genellikle düşük empedanslı bir çıkışa sahip bir devreyi yüksek empedanslı giriş empedansına sahip bir devreye empedans uygunluğunu sağlaması için kullanılır. 6.1.7. ORTAK KOLLEKTÖR BAĞLANTILI YÜKSELTEÇ Şekil 7 Ortak Kollektör Yükselteç Güç kaynağının pozitif tarafı AC frekanslarda C3 kondansatörü tarafından sıfır seviyesine çekilir. Hem girişte hem de çıkış da kollektör ortaktır. Çıkış emiter gerilimi beyz geriliminin değerine çok yakın olduğu için yani giriş gerilimini izlediği için bu bağlantının diğer bir ismi de emiter izleyicili bağlantıdır. Akım kazancı Ie/Ib dir, tipik olarak 5 civarında. Gerilim kazancı, dekuplaj kondansatörü olmadığı için her zaman 1 den küçüktür ve yaklaşık olarak 1 alınabilir. Çıkış empedansı çok düşüktür ve 2W civarındadır. Giriş empedansı çok yüksektir. Tipik değer olarak 5KW dur. Giriş sinyali ile çıkış sinyali arasında faz terslemesi yoktur. Yani giriş sinyali ile çıkış ile aynı fazlıdır. 61
Bu devre genellikle yüksek empedanslı çıkışı olan bir devreyi, düşük empedanslı girişe sahip bir başka devreye empedans uygunluğu sağlaması için kullanılır. Ayrıca bu devre çeşitli yüksek empedanslı yükleri sürmek için de kullanılır. 6.2. DENEYSEL ÇALIŞMA-1 Şekil-8 de KZ-5-9 modülü verilmiştir. Bu modülde transistorün ölçümü, çalışma noktasının incelenmesi, sabit polarma, anahtar ve tersleyici olarak kullanılması konularında deneysel çalışmaların yapılması planlanmıştır. Modül üzerinde bulunan devreleri sırasıyla kurunuz. erilen işlem basamaklarını uygulayarak deneyleri gerçekleyiniz. TRANSİSTÖRÜN AOMETRE İLE ÖLÇÜLMESİ Q ÇALIŞMA NOKTASININ İNCELENMESİ B B NPN NPN C E C E B B PNP PNP C E C E bb 5 P1 Ib A Ic A cc 12 ce a) Transistörün Avometre ile Ölçülmesi b) Q çalışma Noktasının İncelenmesi SABİT POLARMANIN İNCELENMESİ TRANSİSTÖRÜN ANAHTAR OLARAK KULLANILMASI Ic SW Ic cc 12 µa Ib cc 12 D ce Ib µa ce c) Sabit Polarmanın İncelenmesi d) Transistörün Anahtar Olarak Kullanılması 62
TRANSİSTÖRÜN TERSLEYİCİ OLARAK KULLANILMASI cc 5-12 Çıkış CH2 Giriş 5-1pp 1-1KHz CH1 e) Transistörün Tersleyici Olarak Kullanılması Şekil-8 KZ-5-9 modülü 6.2.1. Transistorün Ölçümü, Çalışma Noktasının İncelenmesi, Sabit Polarma, Anahtar ve Tersleyici Olarak Kullanılması 1) Şekil 8.a da silisyum ve germanyum PNP-NPN transistörler verilmiştir. Bir Ohmmetre ile transistor ün B-E, B-C ve C-E uçları arasında direnç ölçünüz. Transistör tipine bağlı olarak B-E ve B-C uçları arasında bir diyot ve C-E uçları arasında da sırt sırta bağlı iki diyodun bağlı olması durumundaki direnç değerlerini gözlemleyiniz. (Bu gözlem gerçekleştirilemiyorsa transistör arızalıdır) 2) Şekil 8.b deki devrede gösterildiği biçimde I B ve I C akımları ile CE gerilimlerini ölçecek biçimde ampermetreler ve voltmetre bağlayınız. P 1 potansiyometresi ile B gerilimini değiştiriniz. I C - CE eksenlerinde I B akımlarını çiziniz. Çalışma noktasının değişimini gözlemleyiniz. 3) Şekil 8.c deki devrede gösterildiği biçimde I B ve I C akımları ile CE gerilimlerini ölçecek biçimde ampermetreler ve voltmetre bağlayınız. I C - CE eksenlerinde I B akımını çiziniz. Çalışma noktasını belirleyiniz devrede gösterildiği biçimde I B ve I C akımları ile CE gerilimlerini ölçecek biçimde ampermetreler ve voltmetre bağlayınız. P 1 potansiyometresi ile B gerilimini değiştiriniz. I C - CE eksenlerinde I B akımlarını çiziniz. Çalışma noktasının değişimini gözlemleyiniz. 4) Şekil 8.d deki devrede gösterildiği biçimde I B ve I C akımları ile CE gerilimlerini ölçecek biçimde ampermetreler ve voltmetre bağlayınız. SW anahtarını CC ye bağlayarak I B akımının akmasını sağlayınız. Bu esnada transistorün doyuma girdiğini, CE geriliminin yaklaşık olduğunu (anahtar kontakları kapalı) gözlemleyiniz. SW anahtarını CC den ayırarak I B akımını sıfır yapınız. Bu esnada 63
transistorün kesime gittiğini, CE geriliminin yaklaşık CC olduğunu (anahtar kontakları açık) gözlemleyiniz. 5) Şekil 8.e de bir transistörlü tersleyici devresi verilmiştir. Ana ünite üzerindeki kaynakları kullanarak devre üzerinde gösterilen gerilimleri uygulayınız. Bu esnada osiloskobunuzun 1 nolu kanalını şekilde gösterildiği gibi giriş sinyalini ve 2 nolu kanalını da çıkış sinyalini görüntüleyecek biçimde bağlayınız. Giriş ve çıkış sinyallerini karşılaştırarak tersleme işlemini gözlemleyiniz. 6.2.2. ÇALIŞMA SORULARI a) Transistörün diyotlu eşdeğer modelini çiziniz? b) Çalışma noktasını belirleyen parametreler nelerdir? c) Transistör doyum ve kesim durumlarını tanımlayınız. 6.3. DENEYSEL ÇALIŞMA-2 Şekil-1 de KZ-5-1 modülü verilmiştir. Bu modülde transistorün giriş ve çıkış grafikleri ve sızıntı akımı konularında deneysel çalışmaların yapılması planlanmıştır. Modül üzerinde bulunan devreleri sırasıyla kurunuz. erilen işlem basamaklarını uygulayarak deneyleri gerçekleyiniz. Re EE -12 Ie cb µa Ib Ic CC -12 Ic CC -12 Re Ib-Ic-Ie İlişkisi, Beyzi Ortak Giriş Grafiği, Beyzi Ortak Çıkış Grafiği Beyzi Ortak Bağlantıda Sızıntı Akımı a) Ib-Ic-Ie ilişkisi, Beyzi Ortak Giriş ve Çıkış Grafiği b) Beyzi Ortak Bağlantıda Sızıntı Akımı 64
R1 P2 cc 5 P1 Ib be cc 12 P1 Ib µa Ic ce Emiteri Ortak Bağlantıda Giriş Grafiği Emiteri Ortak Bağlantıda Çıkış Grafiği ve Sızıntı Akımı c) Emiteri Ortak Bağlantıda Giriş Grafiği d) Emiteri Ortak Bağlantıda Çıkış Grafiği ve Sızıntı Akımı Şekil-1 KZ-5-1 modülü 6.3.1. Transistorün Giriş ve Çıkış grafikleri ve Sızıntı Akımı 1) Şekil 1.a da bir ortak beyz transistörlü yükselteç verilmiştir. Devrede gösterilen ölçü aletlerini gösterildiği biçimde bağlayınız. EE ve CC gerilimlerini değiştirerek Ib,Ic ve Ie akımlarını gözlemleyiniz. 2) Şekil 1.b de bir ortak beyz transistörlü yükselteç verilmiştir. Devrede gösterilen ölçü aletlerini gösterildiği biçimde bağlayınız. CC gerilimini sıfırdan başlayarak arttırınız. Bu esnada Ic akımını ölçünüz. Transistörün bir Ib akımı olmadığı halde Ic akımı aktığını (sızıntı akımı) gözlemleyiniz. 3) Şekil 1.c de bir ortak emiter transistörlü yükselteç verilmiştir. P 1 potansiyometresi ile b gerilimini sıfırdan başlayarak arttırınız. Bu esnada Ib ve be gerilimlerini ölçerek transistorün giriş büyüklüklerini Ib-be grafiğinde gösteriniz. Grafiği yorumlayınız. 4) Şekil 1.d de bir ortak emiter transistörlü yükselteç verilmiştir. P 1 potansiyometresi ile b gerilimini sıfırdan başlayarak arttırınız. Bu esnada Ib ve Ic ve ce gerilimlerini ölçünüz. Ölçüm sonuçlarını Ic-ce ekseninde değişen Ib değerleri için çiziniz. Ib sıfır için P2 potansiyometresini değiştirerek sızıntı akımını gözlemleyiniz. 6.3.2. ÇALIŞMA SORULARI a) Transistörlü yükseltecin giriş büyüklükleri ve çıkış büyüklükleri nelerdir? b) Sızıntı akımı nedir? c) Ortak beyz ve emiter çalışma durumlarını karşılaştırınız. 65