ANALOG LKTONİK Y.Doç.Dr.A.Faruk AKAN ANALOG LKTONİK İPOLA TANSİSTÖ 35 Yapısı ve Sembolü...35 Transistörün Çalışması...35 Aktif ölge...36 Doyum ölgesi...37 Kesim ölgesi...37 Ters Çalışma ölgesi...37 Ortak Tabanlı Devre...37 Kesimde ölgesi...38 Aktif ölge ve Doyum ölgesi...38 Uygulama 1 :...38 Çözüm :...38 Uygulama 2:...39 Çözüm:...39 Ortak miterli Devre...40 Uygulama 3:...40 Çözüm...40 Ortak emiterli devrede çıkış karakteristiği...41 Kesim ölgesi...41 Aktif ölge ve Doyum ölgesi...42 Uygulama 4:...42 Çözüm :...42 Ortak Kollektörlü Devre...43 Uygulama 5:...43 Çözüm :...43 Transistörün maksimum değerleri...44 Uygulama 6:...44 Çözüm:...44 Kutuplama Amacı...45 i
ANALOG LKTONİK İPOLA TANSİSTÖ Y.Doç.Dr.A.Faruk AKAN Yapısı ve Sembolü ipolar transistör iki jonksiyonlu ve üç uçlu bir elemandır. Diyodun çalışmasındaki prensipler kullanılarak bipolar transistörün çalışması açıklanabilir. ipolar transistör yerine genellikle sadece transistör kelimesi kullanılmaktadır. NPN ve PNP olmak üzere iki çeşit transistör vardır. Transistör, emiter, taban ve kollektör uçlarından oluşur. NPN transistörde taban (baz), iki N bölgesi arasındadır. N bölgelerinden biri emiter, diğeri kollektördür. PNP transistörde ise taban, iki P bölgesi arasındadır. P bölgelerinden biri emiter, diğeri kollektördür. Transistörde taban bölgesinin genişliği ve katkılama oranı, emiter ve kollektöre göre çok küçüktür. miter ve kollektör aynı tür malzeme olmakla birlikte emiterin katkılama oranı kollektöre göre çok yüksektir. Şekil 3.1 de NPN ve PNP transistörlerin yapı ve sembolleri gösterilmiştir. Şekil 3.1. NPN ve PNP transistörlerin yapı ve sembolü. Transistörün Çalışması Transistörde iki jonksiyon mevcuttur. miter ile taban arasındaki jonksiyon ve taban ile kollektör arasındaki jonksiyon. u iki jonksiyonun kutuplanmasına göre transistör farklı bölgelerde çalışır. Tablo 3.1 de transistörün çalışma bölgeleri gösterilmiştir. Tablo.3.1 Transitörün çalışma bölgeleri. Çalışma ölgesi - jonksiyonu - jonksiyonu Aktif Doyma Kesim Ters İleri kutuplama İleri kutuplama Ters kutuplama Ters kutuplama Ters kutuplama (veya boş) İleri kutuplama Ters kutuplama (veya boş) İleri kutuplama 35
ANALOG LKTONİK Y.Doç.Dr.A.Faruk AKAN Aktif ölge Transistörün dört farklı çalışma bölgesinden öncelikle aktif bölgeyi inceleyelim. NPN bir transistörün aktif bölgede çalışması için kutuplamanın nasıl yapıldığı Şekil 3.2 de gösterilmiştir. Aktif bölgede çalışan bir NPN transistörde - jonksiyonu ileri yönde, - jonksiyonu ters yönde kutuplanır. miter bölgesinde çoğunluk akım taşıyıcıları olan elektronlar kaynağın (-) ucu tarafından itilerek taban bölgesine doğru hareket eder. Taban bölgesinin dar olması ve az miktarda katkılanması sebebiyle, emiter bölgesindeki elektronların çok azı taban bölgesindeki deliklerle birleşir, çoğunluğu kollektör bölgesine geçer. unun nedeni - jonksiyonunun ters kutuplanmasıdır. miterdeki elektronlar, kollektöre bağlı (+) gerilim kaynağı tarafından çekilir. Aynı zamanda - de oluşan boşluk bölgesi emiterden gelen elektronların hareketini destekler. miterden gelen elektronların yaklaşık olarak % 99 u kollektöre gider. u akım kalın okla gösterilmiştir. Transistördeki diğer akımlar bu akımın yanında çok küçüktür. miter elektronları yayan bölgedir. Kollektör ise bu elektronların toplandığı bölgedir. miterden gelen elektronların yaklaşık olarak % 1 i tabana doğru gider. u esnada taban bölgesindeki deliklerin bir kısmı da emitere doğru hareket eder. Tabanın katkılama oranı çok düşük olduğundan bu akım da çok küçüktür. - jonksiyonunun ters yönde kutuplanması ile boşluk bölgesi oluşur ve sızıntı akımı geçer. de azınlık azınlık akım taşıyıcıları olan elektronlar ye doğru, de azınlık akım taşıyıcıları olan delikler ye doğru hareket eder. - uçlarına bir gerilim uygulanmadığında, - den geçen sızıntı akımı 0 sembolü ile gösterilir. Şekil 3.2. Aktif bölgede çalışan bir NPN transistörün kutuplanması. İleri yönde uygulanan geriliminin değeri, transistörden geçen emiter akımın miktarını belirler. Ters yönde uygulanan geriliminin kollektör akımına etkisi çok azdır. geriliminin arttırılması boşluk bölgesini genişletir ve baz bölgesini daraltır. u durumda emiterden kollektöre gelen elektronlar artar, tabana gelen elektronlar azalır. Devre çözümünde kabul edilen akım yönü elektron akışının tersidir. NPN transistörün aktif bölgede çalışması durumunda elektronların akışı ve akım yönü Şekil 3.3 te gösterilmiştir. Şekil 3.3. NPN transistörde akım yönleri. 36
ANALOG LKTONİK Y.Doç.Dr.A.Faruk AKAN Transistörde taban akımı ile kollektör akımının toplamı emiter akımını verir. Taban akımı, emiter ve kollektör akımına göre çok küçüktür. Kollektör akımının emiter akımına oranı 1 e yakındır. u oran D akım kazancını verir ve α ile gösterilir. D + << αd + 0 0 0 > αd α D, D akım kazancı, 0.95 0. 999 < α D < Doyum ölgesi Tablo 3.1 de gösterildiği gibi her iki bölge de ileri yönde kutuplanırsa çalışma doyum bölgesinde olur. Doyumda - jonksiyonundaki boşluk bölgesi ortadan kalkar. Kollektörün emiterden gelen akım taşıyıcıları toplama özelliği büyük ölçüde azalır. ğer - jonksiyonundaki ileri kutuplama yeterli ise kollektör emiterden gelen akım taşıyıcılarını toplamaz ve emiter gibi tabana doğru akım taşıyıcı yayar. Kesim ölgesi Transistörün her iki jonksiyonu ters yönde kutuplanırsa çalışma kesim bölgesinde olur. miter taban bölgesine çoğunluk akım taşıyıcı göndermez. miter ve kollektörden sızıntı akımı geçer. miter akımının sıfır olması da kesim bölgesinde çalışmadır. Ters Çalışma ölgesi Transistörde kollektör ve emiter yer değiştirilerek kullanılırsa bu bölge ters çalışma bölgesidir. miter ve kollektörün katkılama oranı aynı olmadığı için bu bölgedeki çalışma, aktif bölgeden farklıdır. Kollektör ve emiterin değiştirilmesi genellikle mümkün değildir. Fakat bazı özel devrelerde transistör bu şekilde kullanılabilir. Ortak Tabanlı Devre Üç uçlu bir devre elemanında bir ortak uç, bir giriş ucu ve bir çıkış ucu vardır. Ortak uca göre transistör devreleri farklı karakteristik gösterir. Ortak uç taban ise ortak tabanlı devre oluşur. NPN ve PNP transistörlerin ortak tabanlı devresi Şekil 3.4 te gösterilmiştir. Ortak tabanlı devrede giriş akımı emiter, çıkış akımı ise kollektör akımıdır. Çıkış akımının giriş akımına oranı D akım kazancını verir ve α olarak tanımlanır. D Şekil 3.4. NPN ve PNP transistörlerde ortak tabanlı devreler. 37
ANALOG LKTONİK Kesimde ölgesi Y.Doç.Dr.A.Faruk AKAN Kesim durumunda emiterden bir akım geçmez ve kollektör akımı oluşmaz. Transistörün kesimde olmasının sebebi aşağıdakilerden biri olabilir. - miter ucunun açık olması - - jonksiyonun kutuplanmaması ( 0) - İleri yöndeki - jonksiyon geriliminin yeterli olmaması - - jonksiyonuna ters yönde gerilim uygulanması Aktif ölge ve Doyum ölgesi - jonksiyonu yeterli bir ileri gerilim ile kutuplanırsa, emiter akımı geçer ve kollektör akımı oluşur. Kollektör akımı yaklaşık olarak, emiter akımına eşittir ( α D, α D 1, ). - jonksiyonu ters kutuplandığında transistör aktif bölgede çalışır ve nin arttırılması nin artmasına neden olur. - jonksiyonu ileri yönde kutuplandığında transistör doyuma girer ve nin arttırılması ile akımı değişmez. Uygulama 1 : Şekildeki devrede kullanılan silisyum NPN transistörde α D 1 kabul ederek, a) değerlerini hesaplayınız. b) 5.1 olması durumunda, değerlerini hesaplayınız. Çözüm : a) Transistörün - jonksiyonu doğru yönde kutuplanmıştır. 0.7. 4 0.7 1 ma 3.3 kω 1 ma 20 1 ma x 15 kω 5 b) 5.1 0.7 1.33 ma 3.3 kω 1.33 ma 20 1.33 ma x 15 kω 0 ( transistör doyumda ) - jonksiyonu ters kutuplanmadığı için ( 0) transistör doyuma girmiştir. Doyumda akımının arttırılması yi arttırmaz. Kollektör akımının doyum değeri, sat sat şeklinde hesaplanır. 38
ANALOG LKTONİK Uygulama 2: Şekildeki devrede bir silisyum PNP transistör kullanılmıştır., ve değerlerini hesaplayınız. a) 4.7 kω b) 680 Ω c) 470 Ω d) 470 Ω, 150 Ω Y.Doç.Dr.A.Faruk AKAN Çözüm: 15 a) Transistörün doyma akımı, sat sat 10 ma 1.5 kω 10 0.7 1.97mA 2 ma 4.7 kω < transistör doymaya girmez. Aktif bölgededir. sat 2 ma -15 + 2 ma x 1.5 kω -12, sonuç negatif. PNP transistörü aktif bölgededir. b) c) 10 0. 7 13.7mA 680 Ω > transistör doymaya girer. sat 10 ma sat -15 + 10 ma x 1.5 kω 0 10 0. 7 20 ma 470 Ω > transistör doymaya girer. sat 10 ma sat 0 d) Transistörün yeni doyma akımı, 20 ma < transistör doymaya girmez. sat 20 ma 15 sat sat 100 ma 150 Ω -15 + 20 ma x 150 Ω -12, sonuç negatif. PNP transistörü aktif bölgededir. 39
ANALOG LKTONİK Y.Doç.Dr.A.Faruk AKAN Ortak miterli Devre Ortak emiterli devrede NPN transistörün aktif bölgede çalışması için uygulanan gerilimler Şekil.3.4 te gösterilmiştir. - uçlarına ve - uçlarına kutuplama gerilimleri uygulanır. - jonksiyonu ileri yönde kutuplanır yani gerilimi pozitiftir. Kollektöre, emitere göre pozitif gerilimi uygulanır. Kollektör gerilimi tabana göre aşağıdaki gibi yazılır. - jonksiyonunu ters kutuplamak için gerilimi pozitif olmalıdır. Yani gerilimi geriliminden büyük olmalıdır. gerilimi den küçük ise gerilimi negatif olur ve - jonksiyonu ileri yönde kutuplanır dolayısıyla transistör doymaya girer. Ortak emiterli devrede giriş taban, çıkış kollektördür. elirli bir giriş akımı için çıkış akımı oluşur. Transistörün çalışması ortak tabanlı devreki gibidir. Ortak tabanlı devredeki kazanç cinsinden ile arasındaki ilişki aşağıdaki gibi elde edilir. + αd + 0, 0 0, αd (1 α ). β β 1 α α + D D 1 α D D, βd. 1 αd D D α 1 α + D D : Akım kazancı + β D. (1 + β D ) Şekil 3.5. Ortak emiterli devre. Uygulama 3: ir transistör α D 0. 995 değerine sahiptir. Transistörün βd değerini hesaplayınız. Çözüm β α 0.995 1 0.995 D D 1 αd 199 40
ANALOG LKTONİK Ortak emiterli devrede çıkış karakteristiği Y.Doç.Dr.A.Faruk AKAN Ortak emiterli devrede bir NPN transistörün çıkış karakteristiği Şekil 3.6 da verilmiştir. A noktasında taban akımı sıfırdır ve transistörden çok küçük bir kollektör akımı geçer. u akım 0 sembolü ile gösterilir ( 0 αd. 0 ). A noktasında transistör kesimdedir. ve noktalarında transistör aktif bölgededir. Aktif bölgede kollektör akımı, taban akımının αd katıdır. Karakteristik üzerinde görüldüğü α D gibi her noktada aynı değildir. D noktasında ise transistör doyumda çalışır. Transistörde çalışma noktasının bulunması yük doğrusu çizilerek yapılabilir. (Şekil 3.5 ten) denklemi kullanılarak yük doğrusu çizilir. Karakteristik ile çakışan nokta çalışma noktasıdır. Transistör amplifikatör olarak kullanılıyorsa çalışma noktası dikkatli seçilmelidir. Kesim ölgesi Şekil 3.6. Ortak emiterli NPN transistörün çıkış karakteristiği. Kesim bölgesinde transistörden taban akımı geçmez. u durum, - jonksiyonunun açık devre olması, ters kutuplanması veya yeteri kadar kutuplanmaması ile ortaya çıkar. Transistörün kollektör-emiter uçları açık devre gibi davranır. Şekil 3.7. Ortak emiterli devrede transistörün kesimde olması. Kollektörden geçen akım sıfırdır ve kollektör-emiter uçlarında maksimum gerilim oluşur. Kesimde transistörden 0 akımı geçer. u akım ihmal edilebilir. 41
ANALOG LKTONİK Y.Doç.Dr.A.Faruk AKAN Aktif ölge ve Doyum ölgesi - jonksiyonu yeteri kadar kutuplanmışsa taban akımı geçer. Aktif bölgede kollektör akımı βd. olarak hesaplanır. Taban akımı arttırıldığında kollektör akımı orantılı olarak artar. Doyma bölgesinde taban akımının arttırılması ile kollektör akımı artmaz. Doymada kollektör akımı maksimum değerine ve - gerilimi minimum değerine ulaşır. Doyma bölgesinde 0 kabul edilerek sat ve sat aşağıdaki şekilde hesaplanır. sat sat, sat sat Uygulama 4: Şekildeki devrede kullanılan NPN transistörde β 150 olduğuna göre, D k a) 100 Ω için,, ve değerlerini hesaplayınız. b) Taban direncini 50 kω alarak yukarıdaki işlemleri tekrarlayınız. c) 1mA olması durumunda ve yi hesaplayınız. Çözüm : 6 0.7 a) 53 µa 100 kω 12 sat 12 ma 1kΩ 12 ma sat 80 µa 150 < sat olduğundan transistör aktif bölgededir. β 150 x 53 µa 7.95 ma D 12 7.95 ma x 1 kω 4.05 + 8 ma b) 6 0.7 106 µa 50 kω sat 12 ma, sat 80 µa sat olduğundan transistör doyuma girer. sat 12 ma 0 + 12.11 ma c) Taban akımı 1 ma ise transistör doyumdadır. Doyumda kollektör akımı sabit olup, taban akımı ile orantılı olarak artmaz. Taban akımının fazlalığı emiter akımını arttırır. + 12 ma + 1 ma 13 ma 42
ANALOG LKTONİK Y.Doç.Dr.A.Faruk AKAN Ortak Kollektörlü Devre Ortak kollektörlü devrede transistörün kutuplanması ortak emiterli devredeki gibidir. Şekil 3.8 de NPN transistörün ortak kollektör bağlantısı ve eşitlikler verilmiştir. Devrenin girişi taban, çıkışı ise emiterdir. + + + ( βd + 1) + ( βd + 1) + ( βd + 1) Taban akımı + ( βd + 1) direnci tarafından belirlenir. Şekil 3.8. Ortak kollektörlü devre. Doyumda ; sat, sat (1 + β sat D ) Uygulama 5: Şekil 3.5 teki ortak kollektörlü devrede β D 99 olarak bilinmektedir. 50 kω, 1kΩ, 12, 16 ve a) ve değerlerini hesaplayınız. b) gerilimi arttırıldığında kaç doymaya neden olur? Çözüm : 12 0.7 a) 75.3 µ A 50 kω + (99 + 1).1kΩ (1 + βd ) 7.53 ma 7.53 + 7.53 + 0.7 8.23 16 7.53 8.47 b) sat sat 16 16 ma 1kΩ 16 ma µ A 1+ β 1+ 99 160 D 0.7 160 µ A 50 kω + (99 + 1).1kΩ 24.7 43
ANALOG LKTONİK Transistörün maksimum değerleri Y.Doç.Dr.A.Faruk AKAN Transistörün maksimum değerleri, kollektör-taban gerilimi, kollektör-emiter gerilimi, emitertaban gerilimi, kollektör akımı, jonksiyon sıcaklığı ve harcanan güç için verilir. Transistörün gücü ile nin çarpımıdır. P. A- noktaları arasındaki bölge bölgedir. -D noktaları arasındaki bölge ise max bölgesidir. P max bölgesi - noktaları arasındaki bölgesidir. Şekil 3.9 da transistörün max maksimum güç eğrisi kollektör karakteristiği üzerinde çizilmiştir. ile noktası arasındaki herhangi bir noktada akım ve gerilimin çarpımı, transistörde harcanabilecek maksimum gücü verir. 12 x 50 ma 600 mw ( noktasında) 20 x 30 ma 600 mw ( noktasında) Transistörde harcanabilecek maksimum güç sıcaklıkla azalır. 25! de 1 W harcanabilen bir transistörde, sıcaklık katsayısı 5mW/! ise, bu transistörde 70! de harcanabilecek maksimum güç 1W - 5mW/! x ( 70! 25! ) 0.775 W bulunur. Uygulama 6: Maksimum gücü 0.25 W olan bir transistörde maksimum akımı bulunuz Çözüm: P 0.25 W max 41.67 ma 6 Şekil 3.9. ir transistörün maksimum güç eğrisi. gerilimi düşük iken kollektör akımı arttırılabilir. Akım max aşmamalıdır. 6 durumunda transistörden geçebilecek 44 sınırını, güç P max sınırını
ANALOG LKTONİK Kutuplama Devreleri Y.Doç.Dr.A.Faruk AKAN ir transistörün yükseltici (amplifikatör) olarak çalışabilmesi için dc olarak kutuplanması (ön gerilimlenmesi) gerekir. Yükseltici devrenin girişine bir A işaret uygulandığında, çıkışta elde edilen işaret, D bileşen ile A işaretin toplamıdır. ir A işaret uygulanmazsa devrede sadece D bileşen mevcuttur. Şekil 3.10 da bu durum gösterilmiştir. Uygulamada transistör iki ayrı kaynak yerine tek bir kaynak ile kutuplanır. Şekil 3.11 de gösterilen ortak emiterli devrenin girişine bir A gerilim uygulanmıştır ve taban akımı 200µ A ile 400µ A arasında değişmektedir. Taban akımının 500 µ A den büyük olması durumunda kollektör akımı ve gerilimi doymaya gider. Taban akımının negatif olması durumunda ise transistör kesime gider. Çalışma noktasına ve sınırlara dikkat edilmelidir. Şekil 3.10. ir yükselticide D ve A bileşenlerin toplamı. Şekil 3.11. Çalışma noktasının bulunması. 45
ANALOG LKTONİK Y.Doç.Dr.A.Faruk AKAN Taban Kutuplama Devresi - ve - jonksiyonlarının iki ayrı kaynak yerine tek bir kaynak ile kutuplanması daha pratik bir çözümdür. u devreye taban kutuplama devresi denir. Şekil 3.12 de taban kutuplama devresi gösterilmiştir. Şekildeki ortak emiterli devrede devrenin giriş ve çıkışına kondansatör konularak D bileşenler filtre edilmiştir. 0.7 Aktif bölgede; β. Şekil 3.12. Ortak emiterli devrede taban kutuplama devresi. Devrede çalışma noktası kararlı değildir. gerilimi sıcaklığın artması ile azalır. geriliminin artması taban akımını azaltır. 0 sızıntı akımı sıcaklıkla artar. 0 akımı, direnci üzerinde taban akımını arttırıcı yönde bir gerilim oluşturur. βd de sıcaklıkla değişir. u değişimler devrede çalışma noktasının değişmesine yol açar. ve 0 ın değişmesi gerilimine göre oldukça küçüktür. Çalışma noktasındaki kararsızlık daha çok β D deki değişimden kaynaklanır. miter Dirençli Kutuplama Devresi miter direncinin eklenmesi kararlılığı arttırır. Çalışma noktasındaki değişim çok küçüktür. 0 ( β + 1). + ( β + 1) β. ( + ) Şekil 3.13. miter dirençli kutuplama devresi 46
ANALOG LKTONİK Gerilim ölücü ile Kutuplama n çok kullanılan kutuplama devresidir. Çalışma noktası β D den bağımsızdır. Y.Doç.Dr.A.Faruk AKAN Şekil 3.14. Gerilim ölücü Devre ile Kutuplama 1 1 1 + 2 + 2 2 2 + D + << (1 + β ) ise (1 + β D ) ( + ) miter akımının β D den bağımsız olması nedeniyle devredeki çalışma noktası kararlıdır. Uygulama 7: Şekil 3.14 teki devrede 1 39 kω, 2 3.9 kω, 10 kω, 1.5 kω, 22 ve β 140 olarak verilmiştir. Transistörün gerilimini, i akımını ve transistörde harcanan gücü hesaplayınız. Çözüm: 39 2 39 + 3. 9 22. 1. 3 1. 3 1. 5 kω 0. 867 ma ( ) 22-0.867mA.10 k Ω 13.3 2 1 + 2 2 0 7 + P. 0.867mA. 13.33 11.55 mw 47
ANALOG LKTONİK Y.Doç.Dr.A.Faruk AKAN Geribeslemeli D Öngerilimleme Şekil 3.15 te geribeslemeli bir öngerilimleme devresi gösterilmiştir. Geribesleme de emiter direnci gibi öngerilimleme kararlılığını arttırır. 0 ' ' + ( β + 1) ( β + 1) ( β + 1) 0 + ( β + 1)( + ) 0 ' ' ( + ) Şekil 3.15. Geribeslemeli D öngerilimleme Uygulama 8: Şekil 3.15 teki devrede olarak verilmiştir. Transistörün hesaplayınız. 250 kω, 1.2 kω, 3 kω, 10 ve β 50 gerilimini, i akımını ve transistörde harcanan gücü Çözüm: 10 0. 7 20. 03 µ A + β + 1)( + ) 250 kω + 51.(3 kω + 1.2 kω) ( ( β + 1) 51. 20.03µ A 1.02 ma ( + ) 10 1. 02 ma.(3 kω + 1.2 kω ) 10-4.28 5.72 bulunur. P. 1.02 ma. 5.72 5.7 mw Öngerilimleme Devrelerinde Kararlılık - Ters yönde kollektör akımı (kaçak akımı 0 ) sıcaklıktaki her 10! artışla ikiye katlanır. - az emiter gerilimi, her! başına 2.5 m azalır - Transistörün akım kazancı, sıcaklıkla artar. Kararlılık faktörü S, sıcaklık nedeniyle bir parametrede meydana gelen değişiklik nedeniyle kollektör akımında görülen değişmenin ölçüsüdür. Öngerilimleme devrelerinin tasarımında öncelikle transistörün β sındaki değişmelere karşı kararlılık hedeflenir. 48
ANALOG LKTONİK Y.Doç.Dr.A.Faruk AKAN Örnek bir D Kutuplama Devresinin Tasarımı Transistörlü bir devrede çalışma noktasının önceden belirlenmesi gerekli olduğunda, devre elemanlarının seçilerek bir tasarım yapılması gerekir. Tasarım işleminde devre türüne göre bazı özel kabuller yapılır. urada örnek olarak Şekil 3.14 te verilen gerilim bölücülü kutuplama devresinin tasarımı incelenecektir. u devrede emiter ile toprak arasına bir direnç yerleşmek, dc kutuplama kararlılığı sağlar. Transistörün kaçak akımları nedeniyle kollektör akımında ve transistörün β değerinde meydana gelen değişimlerin, çalışma noktasında büyük bir değişikliğe yol açmaması sağlanır. miter direnci büyük tutulmaz, çünkü üzerinde düşen gerilim kollektör-emiter arasındaki gerilimin değişim aralığını sınırlar. miter direncinin üzerindeki gerilim geriliminin 1/10 u seçilerek tasarım yapılır. Önce emiter direnci seçilerek, daha sonra hesaplanır. Gerilim bölücü dirençlerin hesabı baz akımı ihmal edilerek yapılır. 1 ve 2 dirençlerini belirlemek için bu dirençlerden geçen akımın, taban akımının 10 katı olacağını kabul edilirse aşağıdaki eşitlikler elde edilir. 2 2 + 1 1 2 β 10 Uygulama 9: Gerilim bölücü ile yapılan kutuplama devresinde transistörün β akım kazancı 150 ve kaynak gerilimi 16 olarak bilinmektedir. Devrede çalışma noktasının 1mA ve / 2 olması için devrede kullanılacak direnç değerlerini hesaplayınız. Çözüm: Tasarımda emiter gerilimi, kaynak geriliminin yaklaşık onda biri seçilir. 1 1 16 1.6 10 10 1.6 1.6 kω bulunur ( 1mA ). 1mA 8 olması istendiğine göre, 2 16 8 1.6 6.4 kω bulunur. 1mA 1 150 x1.6 kω 2 β 24 kω 10 10 + 1.6 + 0.7 2.3 2 2 + 1 24 kω 2.3 16 24 kω + 1 1 143 kω bulunur. 49
ANALOG LKTONİK Darlington ağlantı Y.Doç.Dr.A.Faruk AKAN Akım kazancı yüksek olan transistörler yükseltici devrelerde tercih edilir. Akım kazancı 1000 civarında olan transistörler mevcuttur. Daha yüksek bir kazanç elde etmek için Şekil 3.16 da gösterildiği gibi iki transistörden oluşan darlington bağlantı kullanılır. Darlington bağlantıda akım kazancı iki transistörün akım kazançlarının çarpımına eşittir. u kazanç 7000 ile 70000 arasındadır. Darlington çiftinin giriş empedansı yüksektir. Darlington bağlantıdaki iki transistör, genellikle tek bir transistör kılıfında üretilir. Darlington çiftine örnek olarak NPN olan 2N5308A gösterilebilir. 1 β1 1 2 1 2 β22 β2β11 β. 1 β β 1 β 2 Şekil 3.15. NPN Darlington transistör çifti Transistörün Anahtar Olarak Kullanılması Transistör anahtarlama devrelerinde yaygın olarak kullanılır. Transistör sayısal devrelerde, kontrol, sayıcı, zamanlama, veri işleme, ölçme devrelerinde, radar, televizyon vb. devrelerinde anahtar olarak kullanılır. Transistör anahtar olarak kullanıldığında iletim ve kesim olmak üzere iki konumda çalışır. İletim konumunda direnci 0.1-100 Ω arasındadır ve kısa devre kabul edilebilir. Kesim konumunda transistör açık devre gibi davranır ve direnci 100-1000 MΩ arasındadır. Transistörün anahtarlama hızı da önemli bir değişkendir. Transistörün iletime ve kesime girme sürelerinin toplamı 1 µs civarında ise, transistörün çalışabileceği maksimum frekans f 1 / T 1 MHz olur. Şekil 3.16 da transistörün anahtar olarak kullanıldığı bir devre ve yük geriliminin değişimi verilmiştir. Şekil 3.16. Transistörün anahtar olarak kullanılması. 50
ANALOG LKTONİK Y.Doç.Dr.A.Faruk AKAN İnverter Devresi Transistörün anahtar olarak kullanıldığı devrelerden biri de inverter devresidir. İnverter devresi sayısal devrelerin temelidir. İnverter devresinde girişe kare dalga gerilim uygulanır. Kollektör ile toprak arasından alınan çıkış gerilimi giriş geriliminin tersidir. Giriş gerilimi 0 iken transistör kesimdedir ve çıkış gerilimi 5 tur. Giriş gerilimi 5 iken transistör iletime girer ve çıkış gerilimi 0 olur. Devre transistör iletimde iken doymada çalışacak şekilde tasarlanır. Şekil 3.17 de transistörlü inverter devresi ile giriş ve çıkış gerilimleri gösterilmiştir. Şekil 3.17. Transistörlü inverter devresi. Uygulama 10: Şekilde verilen devrede transistör anahtar olarak çalışmakta ve bir lambayı kontrol etmektedir. Giriş gerilimi 6 iken lamba yanmaktadır. Lamba 24 ta 20 ma geçirmektedir. a) Giriş gerilimi 6 iken transitörün doymada çalışması için akım kazancı ne olmalıdır? b) Lambaya verilen güç ile transistörün giriş gücünü hesaplayınız. Çözüm : a) Transistör iletimde iken lamba gerilimi 24 ve kollektör akımı 20 ma dir. 6 0.7 53 µ A 100 kω 20 ma β 377 53 µ A Transistörün doymada çalışabilmesi için akım kazancı en az 377 olmalıdır. b) Lamba gücü 24 x 20 ma 480 mw Transistörün giriş gücü 6 x 53 µ A 0.318 mw Çok küçük bir giriş gücü ile yükün gücü kontrol edilmektedir. 51
ANALOG LKTONİK Transistör Katalog ilgileri Y.Doç.Dr.A.Faruk AKAN Transistör kataloglarında belirli bir transistöre ait çalışma karakteristikleri, parametre değerleri, karakteristik eğrileri, mekaniksel bilgiler ve maksimum çalışma değerleri verilir. ir devrede kullanılacak olan transistörün öncelikle maksimum değerlerine dikkat edilmelidir. Aşağıdaki Tablo 3.2 de bir transistörün 25 deki maksimum değerleri verilmiştir. Tabloda gerilim sembollerinin başındaki harfi ters yöndeki devrilme gerilimini temsil eder. Tablo 3.2. ir transistörün 25 deki maksimum değerleri 0 miter-taban gerilimi 6 Kollektör taban gerilimi 25 0 Kollektör emiter gerilimi 20 0 Kollektör akımı 300 ma max P Toplam kayıp 150 mw D max T Jonksiyon sıcaklığı 150 J max Uygulama 11: Şekilde verilen devreleri Tablo 3.2 de verilen transistörün maksimum değerlerini kullanarak inceleyiniz. Çözüm: a) - jonksiyonu 10 ile ters kutuplanmıştır. u değer 6 olan 0 değerinden büyüktür. Transistör tahrip olur. b) Kollektör akımı 50 ma olup max değerden küçüktür. Kollektör-emiter ise gerilimi 5 tur. Transistörde harcanan güç P. 50 ma. 5 250 mw tır. Güç PD max değerinden büyük olduğundan transistör tahrip olur. c) Kollektör-taban arasındaki besleme gerilimi 30 tur. 0 gerilimi 25 olduğundan transistör bozulur. d) miter-kollektör arasındaki gerilim 25 tur. u gerilim 20 olan 0 geriliminden büyük olduğundan transistör bozulur. 52