DENEY 5: BJT NİN KARAKTERİSTİK EĞRİLERİ 5.1. Deneyin Amacı BJT (Bipolar Junction Transistor) nin karakteristik eğrilerinin incelenmesi 5.2. Kullanılacak Aletler ve Malzemeler 1) BC237C BJT transistör 2) 100kΩ ve 1kΩ dirençler ve bağlantı kabloları 3) DC güç kaynağı 4) Multimetre 5.3. Teorik Bilgiler Bipolar Jonksiyon Transistör (BJT) de üç terminal bulunur: Emiter (Emiter), Beyz (Base) ve Kollektör (Collector). Kollektöre akan akım (I C ), beyz ve emiter arasındaki voltaj düşümünün (V BE ) değiştirilmesiyle veya beyz terminaline akan akımın (I B ) değiştirilmesiyle kontrol edilir. BJT devrelerinde, sinyal akımı I B genellikle I C 'ye kıyasla oldukça küçüktür. Küçük giriş varyasyonları (düşük giriş gücü) büyük çıkış varyasyonu (yüksek çıkış gücü) üretebildiğinden, BJT tabanlı devreler sinyali yükseltmek için kullanılabilir. Tabii ki, fazla enerji BJT'de üretilmez. Çıkışta mevcut olan ekstra güç, BJT tabanlı yükseltici devrelerinde bulunan güç kaynağından gelir (aslında güç kaynağı, her yükseltici devresinde mevcut olmalıdır). Bu nedenle, V BE veya I B 'nin, I C yi değiştirmek için DC güç kaynağından alınan enerji miktarını kontrol ettiğini söyleyebiliriz. Bir devrenin ortak emiter (OE), ortak beyz (OB) ve ortak kollektör (OC) olarak bağlantıları, BJT nin hangi terminalinin topraklanmış olduğundan anlaşılabilir (burada toprak, giriş ve çıkış sinyalleri için referans noktasıdır). Bir BJT yükselteç, gerilimi (OB bağlantıda), akımı (OC bağlantıda) veya her ikisini (OE bağlantıda) yükseltebilir. Bu deneyde sadece OE bağlantılı devre kullanılacak. Devrede giriş gerilimi, beyz ve emiter terminalleri arasına uygulanacak ve çıkış gerilimi, toprak (OE de emiter) referanslı olarak kollektör terminalinden alınacak. 1
BJT transistörler katkılandırılmış P ve N tipi malzeme kullanılarak üretilir. NPN ve PNP olmak üzere başlıca iki tipi vardır. NPN transistörde 2 adet N tipi yarıiletken madde arasına 1 adet P tipi yarıiletken madde konur. PNP tipi transistörde ise, 2 adet P tipi yarıiletken madde arasına 1 adet N tipi yarıiletken madde konur. Dolayısıyla transistör 3 adet katmana ve terminale sahiptir. Şekil-1 de NPN tipi ve PNP tipi transistörün fiziksel yapısı ve şematik sembolleri verilmiştir. Fiziksel yapıdan da görüldüğü gibi transistörün iki jonksiyonu vardır. Bunlardan beyz-emiter arasındaki bölge BE jonksiyonu, beyz-kollektör arasındaki bölge ise BC jonksiyonu olarak adlandırılır. Şekil-1. NPN tipi ve PNP tipi transistörün çeşitli gösterimleri Bipolar transistörler genellikle akım yükselticidirler. CE bağlantıda, küçük bir beyz akımıyla kollektörde yüksek akım elde edilir. DC I C akımının, DC I B akımına oranı transistörün beta (β dc ) değerini verir. β dc = I C I B 2
β dc değeri genelde 20-250 arasında veya daha yüksek değerlerdedir. Transistör datasheetlerinde β dc genellikle, h FE olarak gösterilir. β dc = h FE Bipolar transistörlerdeki bir diğer yararlı parametre DC alfa (α dc ) değeridir. Genellikle değeri 0.95-0.99 arasındadır ve her zaman 1 den küçüktür. I E, I B ve I C arasındaki bağlantı: α dc = I C I E I E = I B + I C Transistörün Giriş Karakteristiği Karakteristik eğri, herhangi bir elektriksel elemanda akımlar ve gerilimler arasındaki ilişkileri gösterir. Transistörler; giriş ve çıkış karakteristikleri de dahil olmak üzere çeşitli karakteristik eğrilere sahiptir. Transistörün giriş karakteristiği beyz-emiter gerilimi ile beyz akımı arasındaki ilişkiyi verir. Transistörün giriş karakteristiğini çıkarmak için Şekil-2 deki bağlantıdan yararlanılır. Transistörün giriş karakteristiklerini elde etmek için, kollektör-emiter gerilim (V CE ) parametre olarak alınır ve bu gerilime göre beyz akımı (I B ) değiştirilir. Beyz akımındaki bu değişimin beyz-emiter gerilimine (V BE ) etkisi ölçülür. Grafikten de görüldüğü gibi transistörün giriş karakteristiği normal bir diyot karakteristiği ile benzerlik gösterir. V BE gerilimi 0.5V un altında olduğu sürece beyz akımı ihmal edilecek derecede küçüktür. Uygulamalarda aksi belirtilmedikçe transistörün iletime başladığı andaki beyz-emiter gerilimi V BE = 0.7V olarak kabul edilir. Beyz-emiter (V BE ) gerilimi, sıcaklıktan bir miktar etkilenir. Örneğin her 10C lik sıcaklık artımında V BE gerilimi yaklaşık 2.3mV civarında azalır. Şekilde üç sıcaklık (T 1, T 2, T 3 ) için I B nin V BE ye göre değişim eğrisi verilmiştir. 3
Şekil-2. BJT nin giriş karakteristiğini elde etmek için gerekli devre düzeneği ve transistörün çıkış karakteristik eğrileri Transistörün Çıkış Karakteristiği Transistörlerde çıkış, genellikle kollektör-emiter uçları arasından alınır. Bu nedenle transistörün çıkış karakteristiği; beyz akımındaki (I B ) değişime bağlı olarak, kollektör akımı (I C ) ve kollektör-emiter (V CE ) gerilimindeki değişimi verir. Transistörün çıkış karakteristiğini elde etmek için gerekli devre düzeneği ve transistörün çıkış karakteristik eğrileri şekil-3 te verilmiştir. Şekil-3. BJT nin çıkış karakteristiğini elde etmek için gerekli devre düzeneği ve transistörün çıkış karakteristik eğrileri 4
5.4. Ön Hazırlık Soruları 1. Transistörler ve çalışma prensiplerini inceleyiniz. Çıkış ve geçiş karakteristikleri ile bu karakteristiklerin nasıl çıkartılacağını ve nasıl kullanılacağını araştırınız. 2. Devreyi Proteus benzetim programında kurunuz. Deneyin yapılışında verilen adımları uygulayınız. 3. BC237C transistörünün katalog bilgilerini inceleyiniz. 4. Bir transistor devresinde I C = 100 ma ve I B = 200 µa ise I E akımı ve transistörün β değeri nedir? 5.5. Deneyin Yapılışı I B I C Giriş Karakteristiği Şekil 4. Deney bağlantı şeması Şekildeki devreyi kurunuz. V CC yi 10V olarak ayarlayıp V BB yi tabloya göre değiştiriniz. V BE ve I B yi ölçüp tabloyu doldurunuz (I B, R B üzerindeki gerilimden hesaplanabilir). Elde ettiğiniz verilerden V BE - I B eğrisini çiziniz. V BB (V) V BE (V) V RB (V) I B (µa) 0.5 0.7 1.0 1.2 1.5 1.7 2.0 2.7 5
Çıkış Karakteristiği V BB yi değiştirerek I B1 = 10µA olarak ayarlayınız. V CC yi tabloya göre değiştirip V CE yi ve I C yi ölçünüz (I C, R C üzerindeki gerilimden hesaplanabilir) Aynı ölçümleri I B2 = 20µA ayarlayarak tekrarlayınız. Elde ettiğiniz verilerden I C nin V CE göre değişimini çiziniz. (I B1 ve I B2 için) I B1 = 10µA I B2 = 20µA V CC (V) V CE1 (V) V RC1 (V) I C1 (µa) V CE2 (V) V RC2 (V) I C2 (µa) 0.2 0.5 0.7 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5 3.0 5.0 10.0 5.6. Deney Sonuç Soruları 1. Deneyde elde ettiğiniz verilerden istenen eğrileri çiziniz ve sonuçları yorumlayınız. I B akımının I C akımına olan etkilerini yorumlayınız. V CC geriliminin I C akımına olan etkilerini yorumlayınız. 2. Transistörün β değerini, elde ettiğiniz verilerden hesaplayınız. Hesapladığınız değerle transistör datasheetindeki değeri karşılaştırınız. 6