Transistörün Anahtarlama Elemanı Olarak Çalıştırılması
Sayıcılar (counters), bilgisayarlar (computers), ateşleme devreleri (trigger circuit) gibi, bir kısım devrenin çok hızlı çalışması (on) ve sukunete geçmesi (off) gerekebilir.
Bu gibi hallerde çok hassas bir anahtarlama yapılması gerekir.
Bu devrelerde, transistörden anahtar olarak yararlanılmaktadır. Transistör ile nano saniye 'lik yani 10-9 saniyelik (sn) bir çalışma hızı sağlanmaktadır.
Transistörden, iki şekilde anahtar olarak yararlanılabilmektedir.
Normal çalışmada
Doyma halindeki çalışmada
Transistörün doyma halinde çalışması, kısa bir an için, taşıyabileceği maksimum akımda görev yapması demektir.
Transistörün Normal Çalışmada Anahtar Görevi Yapması
bir NPN transistörün anahtar olarak çalışmasını gösteren iki devre verilmiştir.
Bu devreler, 6 Volt 'luk besleme kaynaklı ve emiteri ortak bağlantılı, lamba yakan bir transistörden oluşmaktadır
IB akımının değişmesi yoluyla çalıştırılan bir devredir:
R reostası ile IB akımının ayarı yapılmaktadır.
R direnci yeterince küçültülüp IB akımı yeterince büyültüldüğünde, IC akımı lambayı yakacak seviyeye ulaşacaktır.
VBE gerilimini kontrol etmek suretiyle çalıştırılan bir devredir.
VBE gerilimi, S reostası üzerindeki gerilim düşümü ile sağlamaktadır.
"S" reostası, "0" 'dan yani en üst noktadan başlatılarak, yavaş yavaş büyütüldüğünde, beyz-emiter arasına uygulanan gerilimde büyür. Bu gerilim, örneğin, silikon transistörde 0.6V 'u geçince transistör iletime geçer ve lamba yanar.
Bu çalışma şeklinde, transistör kesikli çalışan bir yükselteç olarak görev yapmıştır.
Transistörün gerçek anlamda anahtar olarak çalışması, doyma halindeki çalışmadır
Transistörün Yükselteç Olarak Çalıştırılması
Yükselteç olarak çalıştırılan bir transistörden, şu üç işlemin gerçekleştirilmesinde yararlanılır:
Akım kazancını sağlamak
Gerilim kazancını sağlamak
Güç kazancını sağlamak
Buradaki kazancın anlamı:
Transistör girişine verilen akım, gerilim veya gücün çıkıştan daha büyük değerlerde elde edilmesidir. Bunu sağlamak için de belirli devrelerin oluşturulması gerekir.
Kazancın sayısal değerinin bulunması da, çıkıştaki akım, gerilim ve güç değerlerinin, girişteki akım, gerilim ve güç değerlerine oranlanması suretiyle elde edilir.
Karakteristik eğrileri, transistörün üreticileri tarafından hazırlanan tanıtım kitaplarında (katalog) verilir.
Transistör, hem DC hem de AC yükselteç olarak çalışabilir. Bu nedenle, transistörü gereği gibi inceleyebilmek için, ayrı ayrı DC ve AC 'deki çalışma hallerinin incelenmesi gerekir.
DC çalışmada girişteki ve çıkıştaki akım ve gerilim değerleri arasındaki bağıntılara Statik Karakteristikleri,
AC çalışmadaki akım ve gerilim bağıntılarına da Dinamik Karakteristikleri denir.
Transistör yükselteç olarak şu üç bağıntı şeklinde çalıştırılabilmektedir.
Emiteri ortak bağlantılı yükselteç
Beyz 'i ortak bağlantılı yükselteç
Kollektörü ortak bağlantılı yükselteç
Ortak bağlantı deyimi, girişte ve çıkışta ortak olan uç (elektrot) anlamında kullanılmıştır.
Transistörün DC Yükselteç Olarak Çalıştırılması
Emiteri ortak bağlantılı bir DC yükselteç devresi verilmiştir. Bu yükselteç devresi ile transistörün statik karakteristikleri incelenmektedir.
Statik karakteristikleri incelerken yukarıda da belirtildiği gibi giriş ve çıkıştaki DC akım ve gerilim değerlerinden yararlanılır.
Girişteki akım ve gerilimdeki değişmeler girişe seri bağlanan mikro ampermetre (µA) ve paralel bağlanan küçük değerler ölçebilen voltmetre (mV) ve çıkıştaki değişmeler de, çıkışa bağlanan mili Ampermetre ve normal bir Voltmetre ile ölçülür.
transistör çıkışında başka bir eleman bulunmaksızın yapılan DC ölçümlerdir.
Uygulanan bu tür ölçme yöntemi ile hesaplanan statik karakteristik değerlerine ve çizilen eğrilere Kısadevre Karakteristikleri 'de denir.
Girişe ait:
Beyz akımı, IB
Beyz - Emiter arası gerilim, VBE
Çıkışa ait:
Kollektör akımı, IC
Kollektör - Emiter arası gerilim, VCE
Ölçülen bu değerler ile şu karakteristik değerler hesaplanmaktadır:
Akım kazancı: Kİ(β) = IC/IB
Giriş direnci: Rg = VBE/IB
Çıkış direnci: RÇ = VCE/IC
Eğim: S = ΔIC/ΔVBE
Transfer oranı: µ = VBE/VCE (%0,01-0,001) dir.
Buradan ilk üçlü, "Kİ, Rg ve RÇ" her transistör için, her devrede bilinmesi gereken karakteristik değerlerdir. Son iki "S ve µ" değerleri ise transistör üzerinde daha derinlemesine çalışma yapılması gerektiğinde, ihtiyaç duyulan değerlerdir.
Yukarıdaki karakteristik değerler, Şekil 4.11 'de verilmiş olan dört bölge karakteristik eğrisinden yararlanılarak da hesaplanabilmektedir.
Bölge karakteristik eğrisi: (VCE,IC)
Bölge karakteristik eğrisi: (IB,IC)
Bölge karakteristik eğrisi: (VBE,IB)
Bölge karakteristik eğrisi: (VBE,VCE)
Bu karakteristik eğrilerinin değişik noktalarındaki, küçük değişim (Δ) değerleri ile yapılacak olan hesaplamalar, Kİ, Rg ve RÇ değerleri, hakkında daha doğru bilgi verir.
Şöyle ki;
Kİ(β) = ΔIC/ΔIB bağıntısı, karakteristik eğrisi doğrusal olduğundan her noktada aynı değeri verir.
Rg = ΔVBE/ΔIB bağıntısı, eğrisel olan karakteristik eğrisinin farklı noktalarında farklı değerler verir, en iyi noktayı seçmek gerekir.
Karakteristik eğrisinden de anlaşılmaktadır ki, IB beyz akımı büyüdükçe transistörün Rg giriş direnci küçülmektedir.
RÇ = RCE = ΔVCE/ΔIC bağıntısı da, IC büyüdükçe daha küçük RÇ verir.
Görülmektedir ki, DC yükselteç devresinde ölçülen değerler ile elde edilen sonuçlar, transistör hakkında önemli bilgi vermektedir.
Transistörün Gerilim ve Güç Kazançlarını Bulmak İçin:
giriş devresine paralel olarak bir RB direnci, çıkış devresine de yine paralel bir RL yük direnci bağlanır. Bunların üzerinde oluşan gerilim düşümlerinin ve sarf olan güçlerin oranı gerilim ve güç kazancını verir.
Gerilim kazancı: KV = VRL/VRB
Güç kazancı: KP = PRL/PRB = IC.VRL/IB.VRB = β.KV
Görüldüğü gibi güç kazancı ile gerilim kazancının çarpımına eşit olmaktadır.
Transistörün AC Yükselteç Olarak Çalıştırılması
AC işaret gerilimi uygulandığında da AC yükselteç olarak çalışır.
AC yükselteçler de iki ana gruba ayrılır:
Ses frekansı yükselteçleri
Yüksek frekans (Radyo frekansı) yükselteçleri
Yüksek frekans yükselteçleri özel yapılı yükselteçlerdir.
AC yükselteç olarak inceleme konusu, günlük hayatta daha çok karşılaşılan ses frekansı yükselteçleridir.
AC işaret gerilimi, genelde sinüzoidal olarak değişen bir gerilim olarak düşünülür. Bu gerilim, girişteki ve çıkıştaki DC polarma gerilimini büyültüp küçülterek sinüzoidal olarak değişmesini sağlar.
AC çalışmada, yalnızca AC değerler önemli olduğundan, giriş ve çıkışta ampermetre ve voltmetre olarak AC ölçü aletleri kullanılır.
AC ölçü aletleri efektif değer ölçtüğünden, gerekli hesaplamalarda efektif değerler ile yapılır.
Örneğin:
Akım kazancı: KİAC(βAC) = ICef/IBef
Gerilim kazancı: KVAC = VCEef/VBEef = (ICef/IBef).(RL/RB) = βAC.RL/RB
Güç kazancı: KPAC = βAC.KVAC şeklinde ifade edilirler.
Alçak frekans (ses frekansı) yükselteçlerinde: βDC = βAC olarak alını.
Giriş ve çıkış dirençleri de DC ve AC 'de aynı özelliklere sahiptir.
Transistörün Çalışma Kararlılığını Etkileyen Faktörler
Bir transistöre kararlı bir çalışma yaptırabilmek için, öncelikle karakteristik değerlerine uygun bir devre düzeni kurmak gerekir. Bunu içinde, daha önceden de belirtilmiş olduğu gibi, katalog değerlerine ve karakteristik eğrilerinde verilen bilgilere uyulmalıdır.
Transistörün kararlı çalışmasını etkileyen faktörler:
Sıcaklık
Aşırı ısınan transistörün çalışma dengesi bozulur, gücü düşer. Daha da çok ısınırsa yanar. Isınan transistörlerde elektron sayısı anormal artacaktır. Bu artış nedeniylede belirli giriş değerleri için alınması gereken çıkış değerleri değişir.Buda kararlı çalışmayı önler.
Daha çok ısınma halinde ise kristal yapı bozulur. Bu durumda transistörün yanmasına neden olur. Isınma transistörün kendi çalışmasından kaynaklandığı gibi, sıcak bir ortamda bulunmasından dolayı da olabilir.
Frekans
Her transistör, her frekansta çalışmaz. Bu konuda ine katalog bilgilere bakmak gerekir.
Örneğin: NPN transistörler, PNP transistörlere göre yüksek frekanslarda çalışmaya daha uygundur. Nedeni de NPN transistörlerde elektrik yükü taşıyıcıları ELEKTRONLAR dır.PNP transistörlerde ise taşıyıcılar pozitif elektrik yükleridir. Elektronlar, pozitif elektrik yüklerine göre çok daha hızlı ve serbest hareket edebildiklerinden, yüksek frekanslar için NPN transistörler daha uygundur.
Limitsel Karakteristik Değerleri
Her transistörün ayrı çalışma değerleri vardır. Bu çalışma değerlerinden bazılarının kesinlikle aşılmaması gerekir. Bunara, "Limitsel Karakteristik" denir.
Limitsel Karakteristik Değerleri Şöyle Sıralanır:
Maksimum kollektör gerilimi
Maksimum kollektör akımı
Maksimum dayanma gücü
Maksimum kollektör - beyz jonksiyon sıcaklığı
Maksimum çalışma (kesim) frekansı.
Limitsel değerler gerek birbirlerine, gerekse de giriş değerlerine bağlıdır. Yukarıda sıralanan maksimum değerlerin ne olmasının gerektiği transistör kataloglarından ve karakteristik eğrilerinden saptanır.
Polarma Yönü
Polarma gerilimini uygularken, ters polarma bağlantısı yapmamaya özellikle dikkat edilmelidir. Böyle bir durumda, transistör çalışmayacağı gibi, normalden fazla uygulanacak olan ters polarma gerilimleri jonksiyon diyotlarının delinmesine, yani kristal yapının bozulmasına neden olacaktır.
Aşırı Toz ve Kirlenme
Transistörlerin toza karşı ve özelliklede metalik işlemlerin yapıldığı ortamlarda çok iyi korunması gerekir.. Aşırı toz ve kirlenme elektrotlar arası yalıtkanlığı zayıflatacağından kaçak akımların artmasına neden olacaktır. Bu da transistörün kararlı çalışmasını engelleyecektir. Eğer metal ve karbon (kömür) tozlarıyla karışık bir tozlanma varsa, transistör elektrotlarının kısa devre olma ihtimalide mevcuttur.
Tozlu ortamda çalıştırılması zorunlu olan transistörlerin ve bütün elektronik devrelerin toza karşı iyi korunmaları ve zaman zaman devrenin enerjisi kesilmek suretiyle, yumuşak bir fırça ve aspiratör tozların temizlenmesi gerekir.
Tozların temizlenmesi sırasında, elektrik süpürgesiyle üfleyerek temizlik kesinlikle yapılmamalıdır. Zira bu durumda yapışkan tozlar daha da çok yapışıp kirliliği arttıracağı gibi, buradan kalkan tozlar diğer cihaz ve devrelere konacağından başka devrelerinde tozlanmasına neden olacaktır.
Nem
Transistörler ve bütün elektronik devreler, neme karşıda çok iyi korunmalıdır. Gerek su buharı, gerekse de bazı yağ ve boya buharları, doğrudan kendileri elektrotlar arasında kısa devre yapabileceği gibi, tozlarında yapışıp yoğunlaşmasına neden olacağından, cihazların kararlı çalışmasını engelleyecektir.
Sarsıntı
Sarsıntılı ortamda kullanılan cihazlarda, daima bağlantıların kopması ihtimali vardır. Aşırı sarsıntı iç gerilmeleri de arttıracağından kristal yapının bozulması da mümkündür.
Sarsıntılı ortamlarda çalıştırılacak cihazlara üreticiler tarafından özel sarsıntı testi uygulanır. Bu gibi çalıştırmalarda, üreticisinden sarsıntı testleri hakkında bilgi almak gerekir
Elektriksel ve Magnetik Alan Etkisi
Gerek elektriksel alan, gerekse de magnetik alan serbest elektronların artmasına ve onların yönlerinin sapmasına neden olur. Bu da kararlı çalışmayı önler. Bu gibi ortamlarda kullanılacak cihazlar faraday kafesiyle ve anti magnetik koruyucularla korunmalıdır.
Işın Etkisi
Röntgen ışınları, Lazer ve benzeri çok yüksek frekanslı ışınlarda kararlı çalışmayı etkiler. Bu gibi yerlerde kullanılacak cihazlarda özel koruma altına alınmalıdır.
Kötü Lehim (Soğuk Lehim)
Transistörün ve bütün elektronik devre elemanlarının çok ustaca lehimlenmesi gerekir. Soğuk lehim olduğu taktirde, dışarıdan bakıldığında lehimliymiş gibi görünmesine rağmen, elektriksel iletimin iyi olmamasına neden olacağından bütün bir sistemin kararlı çalışmasını engelleyecektir.
Bu tür arızaların bulunması da çok zordur. Ayrıca aşırı ısıtılarak lehim yapılması da devre elemanlarını bozar.
Belirli bir lehim pratiği olmayanların, transistör ve benzeri elektronik devre elemanlarının lehimini yapmaması gerekir.