ELEKTRONİK DEVRE TASARIM LABORATUARI-I BİPOLAR JONKSİYON TRANSİSTOR (BJT) YARI İLETKEN DEVRE ELEMANININ DAVRANIŞININ İNCELENMESİ YRD.DOÇ.DR. ÖZHAN ÖZKAN
BJT: Bipolar Jonksiyon Transistor İki Kutuplu Eklem Transistor Genel Özellikleri: 1. Üç uçlu devre elemanıdır. 2. Yapısında akım iletimini sağlayan elektron (n) ve delikler/oyuklar (p) bulunur. 3. Küçük ve çok az yer kaplarlar. 4. Çok az enerji harcarlar. 5. Çalışma koşulları sağlandığında devreye girme süreleri kısadır. 6. Çalışma gerilimleri düşüktür. 7. Üretimi kolay ve ucuzdur. Kullanım Alanları: Transistor yapısal bakımdan, yükselteç olarak çalışma özelliğine sahip bir devre elemanıdır. Daha yaygın kullanım amacı ise devrede anahtarlama yapmaktır. Elektroniğin her alanında kullanılmaktadır. Dolayısı ile teknolojinin en değerli elektronik devre elemanlarından biridir. 1. Anahtarlama devre transistörleri 2. Osilatör devre transistörleri 3. Amplifikatör devre osilatörleri
BJT Bölgeleri: 1. Baz Bölgesi: BJT nin yarıiletken bölgelerinden ortada kalan bölgesidir ve tip olarak diğer iki bölgeden farklıdır. Transistorun çalışmasını etkileyen bölgedir. 2. Emiter Bölgesi: Akım taşıyıcılarının harekete başladığı bölge 3. Kollektor Bölgesi: Akım taşıyıcıların toplandığı bölge Bu bölgelere irtibatlandırılan bağlantı iletkenleri de, elektrot, ayak veya bağlantı ucu olarak tanımlanır.
Eklem Transistor nedir? Eklem Transistor, yarı iletken malzemeden yapılmış elektronik devre elemanıdır. Her ne kadar diyotun yapısına benzese de çalışması ve fonksiyonları diyottan çok farklıdır. Transistor iki eklemli üç bölgeli bir devre elemanı olup iki ana çeşittir: a) NPN Tipi b) PNP Tipi Transistor tanımları: 1. Transistor, iki elektrodu arasındaki direnci, üçüncü elektroda uygulanan gerilim ile değişen bir devre elemanıdır. 2. Transistor yan yana birleştirilmiş iki PN diyotundan oluşan bir devre elemanıdır. Birleşme sırasına göre NPN veya PNP tipi transistor oluşur.
NPN ve PNP Transistorlerin Yapısal Gösterilimi ve Transistor Sembolleri
Transistörün Kutuplandırılması (Polarılması) Nedir? Transistörün çalışması için doğru yönde kutuplandırılması gerekir. Diğer bir deyişle baz, emiter ve kollektörün DC bir gerilim ile beslenmesi gerekir. Bu DC gerilime polarma gerilimi denir. Bu kutuplandırma işlemi iki şekilde olabilir: 1. Doğru kutuplama 2. Ters kutuplama Transistörlerde Doğru Kutuplama Şartı: 1. Baz-emiter arasının doğru yönde kutuplanması gerekir. 2. Baz-kollektör arasının ters yönde kutuplanması gerekir. 3. Silisyum transistörler için B-E arası gerilimin (VBE) en az 0,7V olması gerekir. Transistörlerde Ters Kutuplama Şartı: Baz-Emiter arasının ters kutuplanmasıyla transistör kesime gider. NPN transistörde baz kutbu, emiter kutbuna göre daha alçak seviyede kutuplanacak olursa transistörün ters kutuplanması gerçekleşir. pnp ve npn transistörlerin doğru kutuplandırılması
Transistörün Çalışması Bir transistörün çalışması için: 1. Transistörün çalışabilmesi için; baz-emiter jonksiyonu doğru yönde, baz-kolektör jonksiyonu ise ters yönde kutuplandırılmalıdır. Bu çalışma biçimine transistörün aktif bölgede çalışması denir. 2. Baz akımı olmadan emiter-kollektör jonksiyonundan akım akmaz. Yani transistör kesimde kalır. Baz akımı, emiter ve kollektör akımları yanında çok küçük bir değere sahip olsa da transistörün çalışması açısından önemlidir. 3. PN jonksiyonlarının karakteristikleri transistörün çalışmasını belirler. Örneğin transistör VBE olarak tanımlanan baz-emiter jonksiyonuna doğru yönde bir başlangıç gerilimine gereksinim duyar. Bu gerilimin değeri silisyum transistörlerde 0,7V., germanyum transistörlerde 0,3V. civarındadır.
Transistör Bağlantı Türleri: Transistörler, kullanış amaçlarına göre üç ayrı şekilde bağlanırlar. Bağlantıların isimlendirilmesi, ortak uca göre yapılır. Buna göre transistör bağlantı türleri: 1. Ortak Bazlı 2. Ortak Emiterli 3. Ortak Kollektörlü
Ortak Bazlı Devre Şekil a da bu devre yeniden çizilerek devre parametreleri gösterilmiştir. Şekil b de ise bu devreye ait karakteristikler (kollektör karakteristikleri) görülmektedir. Sabit bir emiter akımında, kollektör akımının kollektör gerilimi ile fazla değişmediği görülmektedir. Akım Kazancı, ortak bazlı devrede yük direnci sıfır, kollektör gerilimi sabitse, oranına transistörün akım kazancı denir. α değeri 0,95-0,98 arasında değişir.
Ortak Bazlı Devre Ortak bazlı devrede diğer bir akım oranı da;
Ortak Bazlı Devre (Örnek):
Ortak Bazlı Devre (Örnek-Çözüm):
BJT nin Çalışma Rejimleri Transistörlerde başlıca 4 çalışma bölgesi vardır. Bu bölgeler; ileri yönde çalışma (aktif) bölgesi, ters yönde çalışma bölgesi, kesim (cutoff) bölgesi ve doyum (saturation) bölgesi olarak adlandırılır. Bu çalışma bölgeleri transistörün baz-emiter ve baz-kollektör jonksiyonlarının kutuplanma şekillerine göre oluşturulmuşlardır. Buna göre:
BJT nin Çalışma Rejimleri 1)Kesim Bölgesi: a. Baz akımı sıfırdır. b. Baz-Emiter gerilimi sıfırdır. c. Devrede kollektör akımı oluşmaz. d. Kollektorden değeri çok küçük olan sızıntı akımı adı verilen bir akım akar. e. Sızıntı akımı birçok uygulamada ihmal edilebilir. f. Kollektördeki kaynak gerilimi yaklaşık olarak kollektör-emiter gerilimine eşittir. 2) Doyma Bölgesi a. Baz kolundan akan akıma bağlı olarak kollektör akımı arttırılır. b. Kollektör akımına bağlı olarak kollektör-emiter gerilimi azalmaya başlayacaktır. c. Kollektör-emiter gerilimi doyum değerine ulaştığında baz akımı arttırılsa da kollektör akımı bu artıştan etkilenmeyecektir. d. Kollektör-Emiter gerilimi doyum bölgesinde sıfıra çok yakın bir değerdir.
BJT nin Çalışma Rejimleri 3)İleri Yönde (Aktif) Çalışma Bölgesi: a) Baz-Emiter jonksiyonu doğru, baz-kollektör jonksiyonu ters kutuplanmalıdır. b) Baz akımı sıfırdan büyük, kollektör-emiter gerilimi de sıfırdan büyük olmalıdır. c) Bu bölgede transistörün çıkış akımı, öncelikle baz akımına az da olsa VCE gerilimine bağlıdır. d) Transistörlerin yükseltici olarak kullanıldığı uygulamalarda transistör aktif bölgede çalıştırılır. 4) Ters Yönde Çalışma: a) Bu bölgedeki çalışma ileri yönde çalışmadan farklıdır. b) Kollektör ve emiterin yer değiştirilmesi genelde mümkün değildir. Fakat bazı özel devrelerde transistör bu şekilde kullanılabilir. c) Transistörlerin yükseltici olarak kullanıldığı uygulamalarda transistör aktif bölgede çalıştırılır. d) Transistörde kollektör ve emiter uçlarının yer değiştirilmesi ile elde edilen çalışma bölgesidir.
Transistörlerin Sağlamlık Kontrolünün Yapılması 1. Analog Avometre ile a. Ölçü aleti direnç (X1) kademesine alınır. b. Ölçü aletinin problarından biri transistörün bir ayağında sabit tutulur. c. Boştaki prob diğer iki ayağa değdirilir. d. Değdirilen iki ayakta ölçü cihazında değer okunmalıdır. e. Eğer okunmuyorsa sabit seçilen transistör ayağı değiştirilip işlemler tekrarlanır. İki ayakta da değer gösterdiğinde; a. Sabit olarak seçilen transistör ayağı baz, b. Probun değdirildiği diğer iki ayaktan ölçü aletinde büyük değer veren ayak emiterdir. c. Probun değdirildiği diğer iki ayaktan ölçü aletinde küçük değer veren ayak kollektördür. İki ayakta da değer gösterdiğinde; a. Baza değdirilen ölçü aleti probu artı ise transistör PNP tipidir. b. Baza değdirilen ölçü aleti probu eksi ise transistör NPN tipidir. NOT: Sağlam bir transistörde ölçü aleti probları emiter ve kollektöre değdirildiklerinde her iki yönde de değer okunmaması gereklidir.
Transistörlerin Sağlamlık Kontrolünün Yapılması 1. Digital Avometre ile a. Ölçü aleti DİYOT kademesine alınır. b. Ölçü aletinin problarından biri transistörün bir ayağında sabit tutulur. c. Boştaki prob diğer iki ayağa değdirilir. d. Değdirilen iki ayakta ölçü cihazında değer okunmalıdır. e. Eğer okunmuyorsa sabit seçilen transistör ayağı değiştirilip işlemler tekrarlanır. İki ayakta da değer gösterdiğinde; a. Sabit olarak seçilen transistör ayağı baz, b. Probun değdirildiği diğer iki ayaktan ölçü aletinde büyük değer veren ayak emiterdir. c. Probun değdirildiği diğer iki ayaktan ölçü aletinde küçük değer veren ayak kollektördür. İki ayakta da değer gösterdiğinde; a. Baza değdirilen ölçü aleti probu artı ise transistör NPN tipidir. b. Baza değdirilen ölçü aleti probu eksi ise transistör PNP tipidir. NOT: Sağlam bir transistörde ölçü aleti probları emiter ve kollektöre değdirildiklerinde her iki yönde de değer okunmaması gereklidir.