3-) ORTAK KOLLEKTÖRLÜ DEVRE

ORTAK KOLLEKTÖRLÜ DEVRE

Ortak Kollektölü devrede DC giriş akımı I_B, DC çıkış akımı I_E dir. Buna göre DC akım kazancı;

h_FC=(ß + 1)

V_CE sabit olmak üzere h_FC=I_E / I_B olur.

Ortak kollektörlü devrelerin özellikleri;
Güç kazanci iyi
Gerilim kazancı 1 den küçük
Akım kazancı iyi
Giriş empedansı yüksek, örneğin 300Kohm
Çıkış empedansı çok küçük, 2ohm - 300ohm
Giriş ve çıkış arasında faz farkı yok.

Ortak kollektörlü devreler bağlandıkları devreleri yüklemezler. Çıkışları ise düşük empedanslı olduğu için çoğunlukla güç yükselteci, regülatör çıkış katı ve tampon devreler olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.

Yukarıdaki anlatımların tamamını NPN transistörler için yaptım. PNP transistörlerde aynı formüller geçerli olup sadece akım işaretlerinin önüne ( - eksi) işareti gelir.

2-) ORTAK EMİTERLİ DEVRE

Ortak Emitörlü devrede DC KISA DEVRE AKIM KAZANCI ß (Beta) olarak adlandırılır.

ß=a / (1 - a)

I_CO akımı çok küçük olduğu için göz ardı edilirse;

I_C=ß x I_B olur.

Yani, ortak emitörlü devrede DC giriş akımı I_B, DC çıkış akımı I_C değeridir. Bu durumda DC akım kazancı;

V_CE sabit kalmak üzere ß_dc=h_FE=I_C/I_B dir.

I_B değeri I_C değerinden çok küçük olduğu için ß değeri büyük olur. Pratikte ß, 5 ile 500 arasında olabilir. ß değeri küçük olan transistörler genellikle güç transistörleri olup, yüksek ß değerine sahip transistörler küçük transistörlerdir. ß değeri yada h_FE değeri kataloglarda kolayca görülebilir.

Ortak emitörlü devrelerin genel özellikleri;
Güç kazancı çok yüksek
Gerilim kazancı iyi
Akım kazancı iyi
Giriş empedansı 1Kohm - 2Kohm
Çıkış empedansı 50Kohm dan küçük
Giriş ve çıkış arasında faz farkı var.

Ortak emitörlü devreler yaygın biçimde ön yükselteç devresi olarak kullanılır.

1-) ORTAK BEYZLİ DEVRE

1-) Ortak Beyzli Devre

İlk önce devredeki akımları inceleyelim. Kollektör akımı, emitör içerisinden gelen elektronların oluşturduğu akım ile (I_NC), kollektör beyz bağlantısından geçen azınlık taşıyıcılarının oluşturduğu ters doyum akımı (I_CO) toplamlarına eşittir.

I_C=I_NC + I_CO

Geçen yazımdan da hatırlanacağı üzere emitörden gelen elektronların tamamı kollektöre gitmemekte, bir kısmı beyze gitmektedir. Yani emitör akımı;

I_E= I_NC / a(alfa)

Olarak yazılabilir. Bu formülden de görüldüğü gibi I_E akımı I_NC akımından mutlaka daha büyüktür. a (alfa) değeri daima birden küçük olup tipik değeri 0,98 ile 0,9995 arasındadır. a değeri aynı zamanda AKIM KAZANCI (Forward Current Transfer Ratio) olarak bilinir. Akım kazancını;

a =(I_C - I_CO)/I_E buradan I_C eşitliği olarak yazacak olursak;

I_C= a x I_E + I_CO

I_CO akımı çok küçük olduğu için pratikte pek önemsenmez ve hesaplama formüllerinde pek sık kullanılmaz. O zaman yukarıdaki formül;

I_C=a x I_E olur.

Bir transistörün akım kazancı tarifi olarak, DC çıkış gerilimi sabit tutularak, çıkış akımının giriş akımına oranı olarak belirtilir. Buna göre ortak beyzli devrede akım kazancı;

V_CE sabit olmak üzere a_dc=h_FB=I_C/I_E olur.

Ortak beyzli devrelerin genel özellikleri;
Güç kazancı iyi
Gerilim kazancı iyi
Akım kazancı 1 den küçük
Giriş empedansı çok az, yaklaşık 20ohm - 50ohm
Çıkış empedansı çok yüksek, 1Mohm - 2Mohm
Giriş ve çıkış arasında faz farkı yok.

Ortak beyzli devreler özelliklerinden de anlaşılacağı gibi giriş empedansı düşük, çıkış empedansı yüksek devrelerde kullanılır. Bir örnek vermek gerekirse; Bilindiği gibi antenlerin enpedansları düşük olur. Bu nedenle tunerlerin anten giriş devresi olarak kullanılmaktadır.

TRANSİSTÖRLER

Yapısı ve Sembolü

Bipolar transistör iki jonksiyonlu ve üç uçlu bir elemandır. Diyodun çalışmasındaki prensipler
kullanılarak bipolar transistörün çalışması açıklanabilir. “Bipolar 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. Emiter ve
kollektör aynı tür malzeme olmakla birlikte emiterin katkılama oranı kollektöre göre çok
yüksektir.NPN ve PNP transistörlerin yapı ve sembolleri gösterilmiştir.

Transistörün Çalışması

Bu yazımızda transistörlerin amacımıza uygun nasıl çalıştıklarına ilişkin çalışma bölgelerini inceleyeceğiz. Bir aktif elemanın, yani şu sıralar konumuz olan transistörlerin çalışma bölgeleri denince aklımıza o devrenin hiçbir iş yapmazken ne durumda olduğu aklımıza gelmeli. Örneğin bir yükseltecin volümü kısıkken içindeki transistörler ne durumda, üzerlerinden ne kadar akım geçiyor, bacakları arasında ki voltajlar nasıl gibi. Bazen de transistörü normal çalışması sırasında herhangi bir anda da hangi bölge içinde çalıştığı önemli olabilir. Transistörün çalışma bölgeleri CE, CB ve CC için aynıdır. Aşağıdaki örnek şekilde bir transistörün çalışma bölgelerinin tamamı görülmektedir.

Aktif Bölge

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 E-B jonksiyonu ileri yönde, C-B jonksiyonu ters

yönde kutuplanır. Emiter 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. Bunun nedeni C-B jonksiyonunun ters

kutuplanmasıdır. Emiterdeki elektronlar, kollektöre bağlı (+) gerilim kaynağı tarafından çekilir.

Aynı zamanda C-B’de oluşan boşluk bölgesi emiterden gelen elektronların hareketini destekler.

Emiterden gelen elektronların yaklaşık olarak % 99’u kollektöre gider. Bu akım kalın okla

gösterilmiştir. Transistördeki diğer akımlar bu akımın yanında çok küçüktür. Emiter elektronları

yayan bölgedir. Kollektör ise bu elektronların toplandığı bölgedir. Emiterden gelen elektronların

yaklaşık olarak % 1’i tabana doğru gider. Bu esnada taban bölgesindeki deliklerin bir kısmı da

emitere doğru hareket eder. Tabanın katkılama oranı çok düşük olduğundan bu akım da çok

küçüktür.

C-B jonksiyonunun ters yönde kutuplanması ile boşluk bölgesi oluşur ve sızıntı akımı geçer.

B’de azınlık azınlık akım taşıyıcıları olan elektronlar C’ye doğru, C’de azınlık akım taşıyıcıları

olan delikler B’ye doğru hareket eder. B-E uçlarına bir gerilim uygulanmadığında, C-B’den

geçen sızıntı akımı ICB0 sembolü ile gösterilir.

 transistör tek bir düğüm olarak kabul edilerek Kirchhoff akım yasası uygulanırsa;

(1.1)

elde edilir. Ancak kollektör akımı çoğunluk ve azınlık taşıyıcıları olmak üzere iki bileşenden oluşmaktadır. Azınlık akım bileşenine kaçak akım denir ICO sembolüyle gösterilir (emiter ucu açıkken akan IC akımı). Bu nedenle kollektör akımı eşitlik 1.2 ile belirlenir.

(1.2)

Genel amaçlı transistörlerde, IC mA düzeyindeyken, ICO µA veya nA düzeyindedir. Ters öngerilimlenmiş diyotlardaki IS akımında olduğu gibi, Ico akımı da sıcaklığa karşı duyarlıdır ve geniş sıcaklık aralıklarına sahip uygulamalar sözkonusu olduğunda dikkatle incelenmelidir. Gerekli önem verilmezse yüksek sıcaklıklarda sistemin kararlığını önemli ölçüde etkileyebilmektedir. Yapım tekniklerinde sağlanan ilerlemelerle Ico düzeyleri, etkilerinin ihmal edilebileceği noktalara kadar düşürülmüştür.

Şekil 1.2`de NPN ve PNP transistörleri için görülen devre, beyzin hem giriş (emiter) hem de çıkış (kollektör) uçlarında ortak olması nedeniyle ortak beyzli devre olarak anılmaktadır. Ortak beyzli devrede sabit VCB değerleri için IC`deki küçük bir değişmenin deki küçük bir değişime olan oranı ortak beyzli kısa devre yükseltme faktörü olarak tanımlanmakta ve a (alfa) sembolüyle gösterilmektedir.

(1.3)

Tipik a değerleri, 0.90 ile 0.998 arasında değişmektedir. Pratik uygulamaların çoğunda değeri aşağıdaki formülle belirlenebilir:

(1.4)

Burada IC ve IE sırasıyla, transistör karakteristiği üzerinde bulunan, belli bir noktadaki emiter ve kollektör akım değerleridir.

Denklem (1.3) ve (1.4), transistör karakteristikleri veya devre koşullarından a değerini bulmak için kullanılır. Ancak a değeri, sadece Şekil 5.4`ün P tipi emiter ucundan çıkıp kollektör ucuna ulaşan oyukların (çoğunluk taşıyıcılarının) yüzdesini gösteren bir ölçüdür. Bu nedenle IC akımı aşağıdaki formülle ifade edilebilir.

(1.5)

Doyum (Saturation) Bölgesi

Emitör ve Kollektör voltajları birbirine çok yaklaştığında (burada bazen CB arası düz bayasta olabilir) transistör doyum bölgesine geçer. Doyum bölgesinde I_C akımı artık en büyük değere ulaşmıştır. I_B tarafından kontrol edilemez hale gelir. V_CE voltajı çok küçülür. Transistör hızla ısınarak bozulabilir. Bu nedenle transistörler özellikle doyum bölgesinde uzun süre çalıştırılmamalıdır.

Kesim (Cut-Off) Bölgesi

Beyz ve Emitör arası ters bayaslandığı zaman yada Beyz ve Emitör arası voltaj transistörün V_BE açma voltajına eşit yada küçük olduğu zaman transistör artık kesim bölgesindedir. Bu durumda V_CC voltajı ne olursa olsun I_C akımı akmaz. V_CE voltajı V_CC voltajına eşit olur. Kesim bölgesindeki transistörün elektronik devrelerde uygulaması vardır.