Bir transistör iki temel modda kullanılabilir: Kuvvetlendirici olarak analog devrelerde veya bir anahtar olarak dijital devrelerde.

Kullanımı ne olursa olsun bir transistör sadece iki şey yapabilir, anahtarlama ve kuvvetlendirme. Transistör içeren bir devre transistörü ya anahtarlama ya da kuvvetlendirme amacı ile kullanır.

Kuvvetlendiriciler

Transistörün üç terminali olduğu hatırlandığında, transistör kullanılarak oluşturulacak üç temel kuvvetlendirici devresi olacağı akla gelcektir. Her devre bir giriş ve bir çıkışa sahiptir ve her giriş ve çıkış gerilimi de iki terminal arasında olacaktır. Mesela bir transistörün girişi baz ve emetör arasında, çıkışı da kolektör ve emetör arasında olabilir. Burada emetör terminali hem giriş hem de çıkış bağlantılarına ortaktır. Bu yüzden bu şekilde tasarlanmış bir devre ‘ Ortak emetör’ devresi olarak adlandırılır.

Şekil 1. Ortak emitör transistör devresi

Devre Şekil 1 ‘de gösterilmiştir ve belki farkedilmesede aslında gördüğümüz bir transistör devresidir; bir kaç basit komponent eklenerek, mesela baz ve besleme arasına bir baz direnci ve LED gibi bir yük konularak Şekil 2’de görülen basit devre el de edilir.

Şekil 2. İki eleman eklenerek Şekil 1. deki devre bsati bir test devresine dönüştürülmüştür.

Transistörün üç terminali olduğu ve bir terminalinde giriş ve çıkışa ortak olacağı hatırlandığında, transistörün toplam olası üç şekilde bağlanabileceği akla gelecektir. Yukarıda bahsettiğimiz ortak emetör dışındaki diğer kombinasyonlar Şekil 3 ve Şekil 4 ‘de görülen ortak baz ve ortak kolektör devreleridir. Ortak emetör devresinde olduğu gibi, bunlara da başka komponentler bağlanabilir; Şekil 5 ve Şekil 6 da görülen devreler daha genel amaçlı ortak baz ve ortak kollektör düzenlemeleridir.

Şekil 3. Ortak baz transistör devresi

Şekil 4. Ortak kollektör transistör devresi

Şekil 5. Bir ortak baz devre için sıkça kullanılan pratik bir düzenleme

Şekil 6. Bir ortak kollektör devre için sıkça kullanılan pratik bir düzenleme

Kısaltmalar

Bu üç devrenin karakteristiklerine bakma dan önce, devredeki gerilim ve akımların nasıl temsil edildiklerine bir bakalım. İç terminal b, c, e harfleri ile simgelendirilebilir, burada bir sorun yoktur. Baz ve emetör arasındaki bir gerilimi kısaca belirtebilmek gerekecektir. Bu da gayet kolaydır; V den sonra konulacak b ve e harfleri ile, yani Vbe ile baz emetör gerilimi temsil edilecektir.Aynı şekilde kolektör emetör gerilimi Vce ve çok sık karşımıza çıkmayacak olsa da kolektör emetör gerilimi Vbc olarak belirtilecektir.

Devredeki birçok komponentin terminallerinin bağlandığı bir ortak hat olması durumunda iki tane indise gerek yoktur. Mesela ortak emetör devresinde ortak hat eksi besleme hattıdır ve bu hattı sıfır gerilim yani toprak olarak düşünebiliriz. Aslında söz konusu gerilim tabii ki sıfır volt değildir burada bir karşılaştırma söz konusudur. Elektronik devrelerde 6unu yapmamızın sebebi rahatlık sağlanabilmesi içindir. Devredeki bütün gerilimler artık bu gerilime bağlı olarak verilir; böylece mesela besleme geriliminin pozitif hattına (bu bir PP3 türü bir pil olabilir) belli bir gerilim (PP3 türü pil için 9V) verilebilir. Bu tip bir devrede iki harfli indislere gerek duyulmayacak tır.

Şekil 12. Çıkışın girişle nasıl degiştigini gösteren transfer egrisi

Sık kullanılan diğer bir karakteristik ise tek bir grafik üzerinde çıkış akımı ile giriş akımı arasındaki bağıntıyı gözler önüne seren transfer karakteristiğidir. Şekil 12 ‘de bir silisyum Transistörün transfer karakteristiği görülmektedir. Grafik, çıkışın giriş ile nasıl değiştiğini göstermekte dir vr çıkışın girişe bölümü transistörün ne kadar kuvvetlendirdiğini verir. Grafik, şekil 13’te görüldüğü gibi kullanılır; transistörün akım kazancını hesaplamak için bizim baz akımımız olan 1 mA da eğriye bir teğet çizilir ve çıkış akımındaki değişim giriş akımındaki değişime bölünerek akım kazancı bulunur; Bizim örneğimizde bu kazanç 700 dür.

Yukarıdaki transfer karakteristiği, bir baz akımı değişim bölgesi için kolektör akımı değişimi sözkonusu olduğunda yararlıdır, diğer ta raftan birçok durumda baz akımındaki değişim bilinmez, baz-emetör gerilimi bilinir, bu yüz den de Şekil 14 de görülen hibrid transfer karakteristiği karşımza çıkar.

Şekil 14. Baz emetör gerilimi kullanan hibrid transfer karekteristigi

Burada sadece ortak emetör transistör dev resi için karakteristikleri çizmemize rağmen diğer iki transistör devresinin karakteristikleri de bunlara çok benzer. Genelde üreticiler üç konfigurasyon için de karakteristikleri verirler ve siz gerekeni kullanırsınız.

Devrelerin genel özellikleri

İç transistör evresinin giriş ve çıkış dirençleri birbirlerinden hayli farklıdır. Mesela ortak baz devresinin giriş direnci hayli düşüktür, 30 Ohm kadardır. Ortak emetör devresi orta bü yüklükte bir giriş direncine sahiptir, bu değer genelde 1 kOhm kadardır. Ortak kolektör devre sinin giriş direnci ise hayli yüksektir, 50 kOhm kadar…

Çıkış dirençl
eri için ise tam tersi bir durum sözkonusudur: ortak bazın ki 7Mohm, ortak emetörün ki 50 kOhm, ortak kolektörün ki ise 1000hm kadardır.

Aynı şekilde devrelerin kazançları da hayli farklıdır. Ortak emetörün akım kazancı yüksek tir (2D0 kadar), ortak bazın ki düşüktür (1’e yakın), ortak kolektörün ki ise yüksektir. Gerilim kazancı ise şöyledir: ortak emetörün ki yüksek (200 civarında), ortak bazın ki yüksek (200 ci varında), ortak kolektörün ki ise düşüktür (1’e yakın). Kazanç ve direnç değerleri Tablo-1 ‘de özetlenmiştir.

Tablo 1.

Bütün bu değişik operasyon değerleri, dev relerin çok değişik durumlarda kulanımlarına olanak sağlamaktadır. Kuvvetlendiricinin yük sek gerilim ve akım kazancı sağlaması gereken ve giriş ve çıkış direnç değerlerinin çok kritik olmadığı durumlarda, mesela televizyon, radyo ve HiFi kuvvetlendiricilerde kullanılan genel amaçlı kuvvetlendiricilerde, ortak emetör tran sistör kullanmak en mantıklısıdır.

Giriş direncinin yüksek olması gerekiyorsa (özellikle transistörün daha önce 6elen devre den çok akım çekmesi olarak tanımlanan yükleme durumunu engellemek için) o zaman ortak kolektör transistör kuvvetlendirici tercih edilir. Bu tip bir kuvvetlendiricinin yüksek akım ka zancı, düşük gerilim kazancına sahip olması onun tamponladığı anlamına gelir, yani devre nin yüksek ve düşük dirençli parçaları arasında bir arabirim işlevi görür.

Önce gelen devrenin aşırı düşük direnç çıkışına sahip olması durumunda ise yüksek dirençli (ve hatta orta dirençli) bir kuvvetlendirici girişi gerekli değildir – aslında gürültü ve elektromanyetik kaynaklardan gelen girişim nedeniyle yüksek dirençli giriş arzu edilmeyen bir durumdur-, ortak baz transistör tercih edilecek tir. Tipik bir ortak baz kullanım örneği, bazı ka yıt çalıcı kartuşlara bağlanan bazı HiFi kuvvet lendiricilerin giriş katlarıdır.

Sizin de takdir edeceğiniz gibi en çok kullanım alanı bulan, ortak emetör transistör kuvvetlendiricilerdir; ortak baz ve ortak kollektör kuvvetlendiriciler sadece belli durum

larda, bunların özgün özelliklerini gerekli olduğunda kullanılırlar. Bu yüzden biz de ortak emetör kuvvetlendiriciye bağlı kalacak ve da ha pratik bir devrede bunu inceleyeceğiz. Genel prensipler diğer iki devreye de uygulanabilir.

AC’i kuvvetlendirmek

Şekil 15. Transistörün sinyal bozulmasına neden olması 1.

Şekil 2’deki devrenin bir kısıtlaması vardır ve diğer uygulamalarda kullanabilmek için devrenin bu kısıtlamasının üstesinden gelmelidir. Bu kısıtlamanın ne olduğu Şekil 15 Şekil 20 arasında açıklanacaktır. Şekil 15 ‘de, Şekil 2 ‘deki LEDin yerine bir yük direnci konulmuş tur, baz akımıda bir pozitif, bir negatif, bir pozitif çevrim üzerinde değişen bir giriş sinyaliyle sağlanmıştır, diğer bir deyişle giriş sinyalimiz ACdir. Bu AC sinyal herhangi bir AC sinyali, mesela müzik veya ses sirıyali olabilir. Şimdi devreyi ele alalım ve devreyi giriş sinya linin her çevriminde inceleyelim. Şekil 16a da giriş sinyal dalga biçimi sıfır olduğunda, yani ilk pozitif çevrimden önce görülmektedir. Transistöre hiç baz akımı uygulanmadığından transistör kapalıdır ve dolayısıyla transistörün kolektör-emetör direnci aşırı yüksektir. Şekil 16b de bu durumu temsil eden eşdeğer devre görülmektedir. Anımsayacağınız gibi bu aslın da bir gerilim bölücüdür. Direnç değerlerini yerlerine koyarsak, gerilim bölücü formülü şu şekilde olacaktır:

Vout=Vin x R2/(R1+R1)

Şekil 16a. Sıfır giriş için dalga biçimi. Transistörün sinyal bozulmasına neden olması 2.

Şekil 16b. Şekil 16a devresi için eşdeger devre . Transistörün sinyal bozulmasına neden olması 3.

Aslında bu formülü kullanmak gerekli değildir. Yük direnci ile karşılaştırıldığında kolektör emetör direnci sonsuz kabul edilebilir, böylece kolektör gerilimi az ya da çok besleme gerilimi değeri olan 10 Volta eşit olacaktır. Pratikteki değer 10 Voltun biraz altında olabilir, ama çok az… Yani giriş sinyali 0Volt olduğunda çıkış sinyali 10 Voltta olacaktır.

Şekil 17. Pozitif bir çevrim giriş olarak uygulandığında çıkış önce 10V a çıkar sonra 0 a düşer. Bu sırada gerilimi ters çevirir. Transistörün sinyal bozulmasına neden olması 4.

Şekil 17 de bu sefer giriş sinyali pozitif çevrimdedir. Burada transistöre önce artan sonra maksimuma ulaşan sonra da azalan baz akımı uygulanmaktadır Dolayısı ile transistörün kolektör-emetör direnci önce minimuma inecek daha sonra tekrar sonsuz değerine ulaşacaktır. Bu da kolektör geriliminin önce sıfıra düşeceği sonra da tekrar 10 Volta çıkacağı anlamına gelir, yani ortak emetör devresi giriş sinyalini hem kuvvetlendirmekte hem de ters çevirmektedir.

Şekil 18. Negatif çevrim boyunca çıkış gerilimi sıfırın altına düşemez ve böylece 10 voltta kalır ve çıkış gerilimi bozar. Transistörün sinyal bozulmasına neden olması 5.

Şekil 18 de ise negatif çevrim boyunca ne olduğu görülmektedir. Anımsanacağı gibi giriş sinyali sıfır olduğunda transistör kapalıdır, aynı şekilde giriş sinyali eksi değerler aldığında da transistörümüz kapalı olarak kalacaktır, dolayısıyla çıkış gerilimi 10 Voltta kalacaktır. Şekil 19 ‘da tam giriş sinyali ile elde edilen çıkış sinyali ile beraber, Şekil 16a tekrar çizilmiştir.

Şekil 19. Burada giriş sinyali ve bozuk çıkış sinyali gözükme
ktedir. Transistörün sinyal bozulmasına neden olması 6.

Bu etkinin iyi olmadığı açıktır. Mesela bu devreyi kullanarak bir kayıt çalıcı kartuştan gelen sinyali kuvvetlendirmek istediğimizde, çıkış sinyali giriş sinyaline benzemeyecektir – çıkış sinyali hayli bozulmuş olacaktır ve elde edeceğimiz ses hiçbir şekilde olması gerektiği gibi olmayacaktır. Sorun çok bellidir; transistör sadece ve sadece iki durumda olabilir, açık veya kapaIı…Uygulanan AC sinyalin sadece pozitif çevri mi kuvvetlendirilmiştir. Ama telaşa kapılmayalım, bu problemin üstesinden gelmek de hayli kolaydır.

Yapmamız gereken tek şey, sıfır giriş sinyali uygulandığında çıkış gerilimi 5 Volt olacak şekilde transistörü her an yarı açık tutmaktır. Giriş sinyali pozitif çevrim içinden geçtiğinde, çıkış sinyali 5Volttan 0 Volta bir negatif çevrim için de olacak, giriş sinyali negatif çevrim içinden geçtiğinde ise çıkış sinyali 5Volttan 70 Volta bir pozitif çevrim içinde olacaktır. Transistörü yarı açık tutmak da zor değildir, devreye transistöre, kolektör gerilimini orta nokta olan +5 Voltta tutacak şekilde daima bir baz akımı sağlayacak olan bir direnç eklemekle bu sağlanır. Şekil 20 ‘de transistörün bazı ve pozitif besleme arasına, bazın işi yapabilmesi için gerekli baz akımını içinden geçiren bir kutuplama direncinin nasıl bağlanabileceği gösterilmiştir. Şimdi transistörün baz akımı sürekli kutuplama akımı ve giriş sinyal akımının toplamından oluşmaktadır. Ortaya çıkan çıkış sinyali temizdir ve Şekil 20 de gösterilmiştir.

Şekil 20. Bu devrede baz ve pozitif besleme arasına bir kutuplama direnci eklenmiştir böylece transistörlerin yarı açık olması ve böylece pozitif ve negatif dalga biçimleri için yeterli boşluk saglanmış olunur.

Fakat bu şekilde bir kutuplama genelde kullanılmamaktadır, çünkü birkaç dezavantaj sözkonusudur. Bunların en büyüğü devrenin kazancının tamamen akım kazancına yani hfe dolayısıyla da kullanılan transistöre bağlı olmasıdır. Herhangi bir tipteki bir transistör de çok değişik akım kazançlarına sahip olabilir, bu yüzden tamamen aynı kazanca sahip iki transistörlü kuvvetlendirici imal edebileceğinizi ga ranti edemezsiniz. Her kanal için gerekli olan kazançları kesin olarak tanımlayamadığınız stereo bir kuvvetlendirici yapmayı denemek çok can sıkıcı olabilir.

Kendi kendine kutuplama

Ortak emetör kuvvetlendiricilerde kullanılan en yaygın kutuplama’ kendi kendine kutuplama’ olarak adlandırılır ve Şekil 21 de gösterilmiştir. Burada birçok yeni komponent eklenmiştir. İlk olarak kutuplama akımı, bir direnç gerilim bölücüsü (R1 ve R2 dirençleri) ile sağlanır. Bu dirençlerin değerleri, bazı gereken gerilimde tutabilecek şekilde seçilir. (Bu hesapla maları sonra yapacağız.)

Şekil 21. Ortak emitör kuvvetlendirici için kendi kendine kutuplama saglayan bir devre.

Sonra üzerinde yaklaşık 1 Voltluk bir gerilim elde edilen bir R3 emetör direnci eklenmiştir. Bu emetör direnci ile bir C3 kondansatörü paraleldir, giriş ve çıkış sinyalleride sırasıyla C7 ve C2 üzerinden geçerler.

R3 emetör direnci ile başlayalım. Kolektör geriliminin 5 Volt ve bu gerilim yüzünden transistörden akacak akımın (sükunet akımı) i mA (mantıklı bir değer) olması istendiğinde, R3 üzerindeki gerilimin 1 V, içinden geçen akımın da 7mA olduğunu bildiğimiz için Ohm kanunu kullanarak R3 direncinin değeri kolayca hesaplanabilir:

R3=1/1 x 10-3=1 KOhm

Transistöre baz akımı sağlayan gerilim böIücü zinciri böylece transistör bazında 1.7 Voltluk (emetör direnci üzerinde 1 Volt ve transistörün eşik gerilimi olan -Vbe=0.7 Voltun toplamı) yaratır. Dirençlerin değeri gerekli kutuplama akımının yaklaşık on katı kadar akıma izin vere bilecek şekilde seçilmelidir. Kutuplama akımı hesaplanabilir, sükunet akımı (1 mA), ve transistörün akım kazancını bildiğimiz zaman (mesela 100), kutuplama akımının da 10 mikroA olacağı görülür, dolayısıyla gerilim bölücü zincirin den geçecek toplam akım 100 mikroA olacaktır. Bu hesaplamaların hiçbiri kesin olmak zorunda değildir.

Toplam giriş gerilimi için, 10 Voltluk gerilim bölücü için gerilim bölücünün toplam di renci

Rtop=10/10 x 10-6 =1 M

ve tek tek dirençler de

R1=830k

R2=170k

olacaktır.

Bu direnç değerlerine en yaklaşık değerler 820k ve 180k dur ve bu değerlerde gerektiği kadar yakındırlar.

Şimdi devrenin işleyişine bir göz atalım. Da ha önceki devrede değişik transistörlerin değişik kazançlı devreler yarattıklarından bahsetmiştik. Bu durum şimdiki devre için geçerli değildir, çünkü transistör akım kazancındaki herhangi bir artış, sükunet akımında bir artışa sebep olmakta dır. Bu, emetör direnci içinden akan emetör akımında bir artışa, bu da direnç üzerindeki gerili min artmasına neden olur. Baz gerilimi, gerilim bölücü tarafından 1.7 Voltta sabitlenmiştir, böylece emiter direncinde 7 Voltun üıerinde bir ar tış, baz-emetör geriliminde 0.7 Voltun altında bir azalmaya yol açar; böylece transistör ‘kapanmaya’ başlar, bu da sükunet akımını, emetör akımını ve dolayısıyla emetör direnci üzerindeki gerilimi azaltır. Yani artık kuvvetlendiricinin kazancı transistörün akım kazancından bağımsızdır. Görüldüğü gibi bu devre basit ama etkili bir yolla kendi kendini ayarlamaktadır. Zekice değil mi?

Eğer biraz dikkatlice düşünürseniz uygulanan AC sinyalinin devredeki etkisinin yukarı da bahsedildiği gibi olacağı sonucunu çıkarabilirsiniz.Emetör direncine paralel bir kondansatör bağlanmasının sebebi de burada ortaya çıkmaktadır. Bu kondansatör audio sinyaller gibi yüksek frekanslı sinyallerde düşük dirence, DC kutuplama sinyali gibi (zaten DC den daha düşük frekanslı bir sinyal sözkonusu değildir) düşük frekanslı sinyallerde yüksek dirence sahiptir. Yani sanal olarak, transistörün emetörü ve 0 Volt arasındaki AC sinyaller kısa devre edilir ve böylece bunların devrenin kazancına etkisi olmaz.

Giriş ve çıkış kondansatörleri C1 ve C2 devreye eklenmişlerdir çünkü yukarıda açıklanan sebebten dolayı bunlar AC sinyalleri ge&
ccedil;irirler ama DC sinyalleri geçirmezler. Yani önce gelen devreden ve takip eden devre ye sinyaller geçirilirken, önce gelen devrede ki ve takip eden devredeki kalmış gerilimler bloke edilir.

En son olarak, farklılaşan akım kazançlarının etkilerini azaltmak için daha başka kutupla ma yöntemlerinin de olduğunu belirtelim. Ama yukarıda bahsedilen yöntem en çok kullanılan yöntemdir.

Önemli Terimler

Kutuplama: Bir giriş sinyali uygulanmadığında bile transistörü kısmen işletecek şekilde transistöre sabit bir DC baz akımı uygulamak.

Kutuplama akımı: Her an transistörü kısmen işletecek şekilde bir transistöre uygulanan DC akım.

kutuplama direnci: Ortak emitörlü bir devrede içinden kutuplama akımı akacak şekilde transistörün bazına bağlanan direnç.

Bloklama: AC.sinyaller geçirilirken DC sinyallerin. geçirilmesini engellemek: -normalde bu bir . köndansatörle sağlanır..

tampon: Yüksek giriş direncine ve alçak çıkış direncine sahip olan ve böylece önce gelen devreyi yüklemeyen ve sonra gelen devre tarafından yüklenmeyen cihaz.

hibrid transfer karakteristiği: Kolektör akımının baz-emitör gerilimine karşı olan eğrisi. (ortak emitör modundaki bir. tıransistör için)

yük:Çok düşük.dirençli bir devrenin çok akım çekmek yoluyla kendisinden önce gelen devreyi yüklediği söylenir.

çıkış karakteristiği: Kolektör akımının kolektör- emitör gerilimine karşı olan eğrisi. (ortak emitör modundaki bir transistör için)

sükunet akımı: Uygulan kutuplama akımı yüzünden.transistörden akan kalıcı akım.

kendi kendine kutaplama: Transistörün akım kazancındaki herhangi bir değişmeye karşı kendi . kendini ayarlayan bir ortak emitör transistör kutuplama yöntemi.

transfer karakteristiği: Kolektör akımının baz akımına karşı olan eğrisi.(ortak emitör modundaki bir transistör için).