Bipolar Junction Transistor

BLM 224 ELEKTRONİK DEVRELER
Hafta 4
BJT TRANZİSTÖRLERİN TEMELLERİ
Prof. Dr. Mehmet Akbaba
Karabük Üniversitesi
Bilgisayar Mühendisliği Bölümü
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet Akbaba
1
TRANZİSTORLER
BJT
FET
BJT: Bipolar Junction Transistor
(ÇİFT JOKSİYONLU TRANZİSTOR)
FET: Field Effect Transistor
(ALAN ETKİLİ TRANZİSTOR)
Prof. Dr. Mehmet Akbaba
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet Akbaba
2
Tranzistor:
Çift Jonksiyonlu Tranzistor (BJT)
Genel Yaıpsı ve Çalışması
Tranzistorlar elektroniğin temel yapı bloklarını (tuğla
taşlarını) oluşturur. İki tip tranzistor vardır:
1. Çift Jonksiyonlu Tranzistor veya Bipolar Junction
Transistor (BJT) (Bundan sonra sıkça BJT
kullanılacak)
2. Alan Eykili Tranzistor veya Field Effect Transistor
(FET).
Bu bölmde BJT leri göreceğiz. FET leri daha sonraki
bölümlerde inceleyeceğiz.
BJT ler üç terminalli bir yapıya sahiptir ve iki tipleri
vardır: npn ve pnp. Genel yapı şekil 1 deki gibidir.
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet Akbaba
3
Şekil 1 den görüldüğü gibi üç tababakadan daha
doğrusu üç bölge ve buunların arasındaki iki
jonksiyondan oluşur. Bu tabakaların ortadakine beyz
vaya baz (base) kenarlardakilere Emiter (Emitter) ve
kollektör (collector) adı verilir.
pnp BJT trazistorun simgesi şekil 2 de görülmektedir.
Üç terminalin Base (Beyz veya baz) (B), Collector
(kollektör) (C) ve Emitter (Emiter) (E).
Emiter için Emetör sözcüğü de sıkça kullanılıyor.
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet Akbaba
4
Şekil 1: Tranzistorun Genel Yapısı
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet Akbaba
5
a) npn tranzistor
a) pnp tranzistor
Şekil 2: npn and pnp tranzistorların yapıları
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet Akbaba
6
(Elektron
akım yönleri
Şekil 3: npn tranzistorun yapısı ve devre simgesi
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
7
Şekil 4: npn tranzistörün yapısı ve devre simgesi
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
8
Geçek akım yönü
dediğimiz oyuk akımı
yönü şekilde
gösterilen akım
yönlerinin tersinedir.
Şekil 5: pnp tranzistorun yapısı ve elektron akım yönleri
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
9
Çeşitli Tranzistor tipleri
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet
Akbaba
10
Çeşitli Tranzistor tipleri
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet
Akbaba
11
7 Tranzistorlük
Entegre devre
Çeşitli Tranzistor tipleri
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet Akbaba
12
Kutuplandırma (Eğilimlendirme)
Şekil 6 npn ve pnp BJT ler için kutuplandırma
ve yükseltici olarak çalışma düzeneği
görülmektedir. Her iki tip için Beyz-emiter
birleşmi ileri yönde Beyz-kollektör birleşimi
ters yönde kutplanmiştır. Bu tür bağlamaya
ileri-geri yönde kutuplandırma
(eğilimlendirme) denilmektedir.
(forward-reverse bias)
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet
Akbaba
13
Şekil 6: npn ve pnp tranzistorların temel devreleri
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
14
TRANZISTORUN ÇALIŞMA PRENSİBİ
Şekil 7(a) npn tranzistorun genel bağlama şemasını
göstermektedir. Çok ac yoğunlukla katkılanmış ve
kalınlığı çok küçük olan p-tipi tabaka iki tane
yoğunluklu olarak katkılanmış p ye oranla kalınlıkları
daha büyük olan n tipi tabakalar arasına
sıkıştırılmıştır. p tabakasının kalınlığı 1 mikron kadar
küçük olabilir.
Şekil 7(a) da S anahtarı açık olduğundan beyz akımı
akmaz (IB=0) fakat Şekil 7(b) S anahtarı
kapatıldığında ve VBE bataryasından tranzistorun beyz
ine bir akım akmaya başlar. Şekil 7(a) kolektör-beyz
jonksionu ters (tıkama) yönde kutuplanmış ve bir
potansiyel bariyeri oluşturmuştur ve buda çoğunluk
taşıyıcıların akışını önlemektedir.
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
15
Şekil 7(a)
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
16
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet
Akbaba
17
Bu durumda kaçak akım ihmal edilirse kollektör akımı
sıfır oluur.
Şimdi Şekil 7(b) de görüldğü gibi S anahtarını kapatalım .
Bu durumda beyz-emiter jonsiyonu doğru (iletim) yönde
kutuplanmış olur faka kollektör-beyz jonksiyonu yine
ters yönde kutuplanmış olarak kalır. Beyz-emiter
jonksiyonu doğru yönde kutuplanmış olduğundan,
elektronlar n-tipi emetörden p-tipi beyz bölgesine
geçerler. Bu elektronların bir kısmı beyz bölgesindeki
oyuklarla birleşip yok olurken diğer bir kısmı beyz
bataryasına doğru hareketlenirler. Fakat geriye kalan
elektronların çoğu n-tipi kollektöre geçer ve ordanda C
ucundaki bataryaya doğru hareketlenirler. Böylece
kollektör-emiter arasında akım akmaya başlar. Kollektör
ve emiterden geçen akımlar, bu akımlara kıyasla çok
daha küçük olan beyz akımı ile kontrol edilir.
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
18
Şekil 7(b)
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
19
Çalışma prensibi Şekil 8 den de takip edilebilir. Doğru
yönde polarmalanan emiter-beyz jonksiyonu, çok sayıda
çoğunluk taşıyıcısının P tipi malzemeye (beyze)
ulaşmasını sağlar. Bu çoğnluk taşıyıcılar IB akımına
katkıda bulunacaklardır ve büyük bir çoğunluğuda n tipi
malzemeye migeçeceklerdir. Beyz bölgesinin (p tipi
malzeme) iletkenliği düşüktür ve çok incedir. Bu nedenle;
az sayıda taşıyıcı yüksek dirence sahip bu yolu izleyerek
beyz ucuna ulaşacaktır. Dolayısıyla beyz akımı, emiter ve
kollektör akımlarına kıyasla çok küçüktür.
Şekil 8 de gösterildiği gibi çoğunluk taşıyıcılarının çok
büyük bir bölümü, ters kutuplanmiş kolektör-beyz
jonksiyonu üzerinden difüzyon yoluyla kollektör ucuna
bağlı n-tipi malzemeye geçecektir.
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
20
npn ve pnp BJT tranzistorlar akım yönleri ve grilim
polariteleri şekil 9 da görülmektedir.
(Emiter akımının beyz ve
kollektör akımlarının
toplamına eşit olduğunu
görünüz)
(a) npn transistor
Şekil 9. npn(a) ve pnp(b) tranzistorların akım yönleri
ve gerilim polariteleri
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
21
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet
Akbaba
22
TRANZİSTORLARDA AKIM BAĞINTILARI
Şekil 10(a) npn tranzistorun, Şeki 10(b) pnp
tranzistorların akım yönnlerini göstermektedir.
Burada dikkat edilmesi gereken bir husus vardır oda
Emetörde akım yönünü belirleyen bir ok
kullanılmaktadır. npn tip tranzistorda bu okun yönü
tranzistorun içinden dişarıya doğru, pnp tip trazistorda
ise bunun tersi, yani okun yönü dışarıdan tranzistorun
içine doğrdur. Bu sayede devre şemalarında pnp ve npn
tranzistorlar kolaylıkla tanınabilmektedir. Üç akım
arasında aşağıdaki bağıntı vardır:
I E  IC  I B
(1)
IB beyz akımı, IE emetör akımı ve IC kollektör akımına
kıyasla çok daha küçüktür. Büyük harfler DC (doğru)
akımları, küçük harfler AC (değişken) akımları gösterir.
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet Akbaba
23
(b)
(a)
Şekil 10: npn ve pnp tranzistörlerde akım yönleri
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
24
Tanzistor Şekil (10.a) ve (10.b) den gösterildiği
biçimde kutuplama (polarma-eğilimleme) gerilimlerine
bağlandığında hem npn hemde pnp tiplerde, VBB
beyz-emiter jonksiyonunu doğru (iletim) yönde
kutuplar (forward-bias) , VCC ise beyz-kollektör
jonksiyonunu ters yönde (tıkama yönünde) kutuplar
(reverse-bias).
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet
Akbaba
25
DC Beta (βdc= βDC=β) ve DC Alpha
(dc=DC=) parametrelerinin tanımları
Βir tranzistorun doğru akım kazancı, ortak emiter
bağlantı akım kazancı olarak da adlandırılır. Bir
transistör için akım kazancı, kollektör akımının (IC),
beyz kımına (IB) oranıyla belirlenir ve beta DC olarak
bilinir ( βDC= βdc= β ). Bu aşağdaki bağıntıyı belirler:
 DC
IC
  dc   
IB
(2)
Ve βac veya βAC aşağıdaki gibi tanımlanmiştır:
 ac   AC
16.03.2015
I C

I B VCE cons tan t ( sabit )
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
(3)
26
I E  I C  I B  I B  I B  1   I B
(4)
β>>1 (genellikle β>50) ve =0.96 ile 0.991
arasında kalır. Bu durumda gerektiğinde IB
ihmal edilerek aşağıdaki yaklaşik ifade
yazılabilir:
(5)
I  I  βI
E
C
B
(5) bağıntısı uygulamalarda sıkça kullanılmaktadır.
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
27
β=IC / IB bağıntısında IB=IC / β, aynı şekide
= IC / IE bağıntısından IE =IC/ yazılırsa:
(6)
(7)
Yukarıdaki bağıntının her iki tarafı IC ye bölünürse:
(8)
(9)
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet
Akbaba
28
Örnek: Aşağıdaki şekilde IB , IC , IE , VBE , VCE , ve VCB
değerlerini hesaplayınız. Tranzistörn dc akım kazancı
βDC =150.
Çözüm: Tranzistörün silisyum tranzistor olduğunu
varsayıp VBE=0.7 V alırsak beyz, kollektör ve emiter
akımları aşağıdaki gibi olur:
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet
Akbaba
29
ve
hesaplanırsa
Kollektör beyze göre daha yüksek gerilime sahip
olduğundan kollektör-beyz birleşimi (jonksiyonu) ters
(tıkama) yönde kutuplanmıştır.
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet
Akbaba
30
Tranzistorun Çalışma Bölgeleri
Tranzistorarın aşağıda verilen dört ayrı çalışma :




Cutoff region (Kesim bölgesi)
Saturation region (Doyum bölgesi)
Active region (Aktif bölge)
Breakdown region (Bozulma bölgesi)
Bozulma (Breakdown) bölgesi tranzistorların normal
çalışma bölgelerinden biri değildir . Bu bölgeye giren bir
tranzistor artık kullanılmaz hale gelir ve bir daha
kullanılamaz. Çalışma bölgeleri şekil 11 de gösterilmiştir.
İlk üç bölgeyi anlamaya ve analiz etmeğe çalişalim.
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
31
BJT çalışma bölgeleri
(IB=0)
Şekil 11(a): BJT çalışma bölgeleri
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
32
Şekil 11(b): BJT çalışma bölgeleri
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet Akbaba
33
IB1<IB2<IB3<IB4<............<IB6
Şekil 11(c): BJT tranzistörün çalışma bölgeleri
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet
Akbaba
34
Çalışma bölgelerinin en belirgin özellikleri aşağıda
açıklanmaktadır:
1. Cutoff region (Kesim Bölgesi): Beyz-emiter
jonsiyonu tıkama (ters) yönde ktuplanmıştır. Akım
akmaz.
Şekil 12: Cutoff
çalışması
n
p
n
Kollektörden sadece kaçak akım (ICEO) geçer ve bu akım çok
çok küçük olduğundan yok sayılacaktır. Beyz-emiter ve beyzkollektör jonksiyonlarının her ikiside ters (tıkam a) yönde
kutuplanmıştır.
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
35
Cuttoff bölgesinde kollektörden geçen kaçak akım ICBO veya ICO ile
gösterilir. Bu akım çok küçük olduğundan devre çözümlerinde ihmal
edilir. Fakat sıcaklık ile çok fazla değiştiğinden sıcaklık arttığında
devrenin çalışmasınıbüyük oranda etkiler.
2. Saturation region (Doyma Bölgesi):
 Beyz-emiter jonksiyonu iletim( doğru) yönde
kutuplanmış
 Kollektör-beyz jonksiyonu iletim (doğru) yönde
kutuplanmış
 IC maximum değerdedir ve IB den ve aynı zamanda
β dan bağımsızdır. Kontrol yok.

VCE < VBE ve VB>VC (çok önemli bir özellik)
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
36
Şekil 13: Saturatıon (Doyma) bölgesinde çalışma
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
37
Saturation (doyma) bölgesinde çalışırken VBB deki artıştan
dolayı IB artar , aynı zamanda IC de artar ve bu durumda
RC nin uçlarında düşen gerilimdeki artışan dolayı VCE
azalır. Tranzistor doymaya (saturasyona) ulaştıktan sonra
IB
artsa bile IC dada fazla artamaz. Beyz-emiter ve beyzkollektör jonksiyonlarının her ikiside doğru (iletim) yönde
kutuplanmış durumdadırlar.
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
38
3. Aktif Bölge (Active region):
 Beyz-emiter jonksiyonu doğru yönde kutplanmış
 Kollektör-beyz jonksiyonu ters yönde kutuplanmış
 Kontrol var, IC, IB ile kontrol edilir
 Ic = βIb. Şekil 11 den görüleceği gibi aktif bilgede
IC nin VCE ile değişiminde eğrinin eğimi çok
kücüktür. IC Hemen hemen yatay olarak değişir.

16.03.2015
VBE<VCE<VCC
(VCC>VC>VB )
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
39
BJT – Modes of Operation
(BJT Çalışma bölgeleri)
Mode (Bölge)
BEJ
CBJ
Cutoff
(Kesim)
Reverse
(Ters kutuplama)
Reverse
(Ters kutuplama)
Forward Active
(Doğru yönde
aktif)
Reverse Active
(Ters yönde aktif)
Forward
Reverse
(Doğru kutuplama) (Ters kutuplama)
Saturation
(Doyma)
Forward
Forward
(Doğru kutuplama) (Doğru kutuplama)
16.03.2015
Reverse
(Ters kutuplama)
TRASİSTÖRLER Prof. Dr. M. Akbaba
Forward
(Doğru kutuplama)
RC
RB
VC
VBB
VB
VCC
VE
Gerilimlerin yönleri
Şekil 14: Biasing Transistor for operation in Active
Region. npn Transistor. (Aktif bölgede çalişmaya uygun
bir şekilde kutuplanmış (polarmalanmış) bir npn
tranzistör)
16.03.2015
TRASİSTÖRLER Prof. Dr. M. Akbaba
Tranzistorlerin Konfigurasyonları
- Bağlantı Tipleri
Üç çeşit bağlantı tipi vardır:



OrtakBeyz Bağlantısı (CB)
Ortak-emiter Bağlantısı (CE)
Ortak-Kollektor Bağlantısı (CC)
Bu bağlantı tiplari değişik uygulamalarda kullanılmaktadır.
En yaygın kullanılan tip ortak-emiter (CE) bağlantısısdır.
Her bir tipi aşağıda ayrı ayrı inceleyeceğiz.
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
42
Ortak-Beyz Bağlantısı (CB)
Bu bağlamada Şekil 15 de görüldüğü gibi beyz otak
bağlantısı ve sistemin sıfır gerlimli referans (toprak)
noktasını oluşturur ve kutuplama (polarma ) gerilimleri
şekil 15 de gösterildiği gibi bağlanır.
Şekil 15: Ortak-Beyz bağlantısı ve npn tranzistör için
kutuplama gerilimlerinin yönleri
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet Akbaba
43
Gerilim polariteleri ve bağıntısı ile akım yönleri ve
bağıntısı aşağıdaki gibi dir.
Gerilim bağıntısı: VCE=VCB+VBE
Akım bağıntısı: IE=IC+IB
Şekil 15.b: Ortak-beyz bağlantısı (pnp)
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
44
Ortak-beyz bağlantısında tranzistor aşağıdaki gibi
kutuplanır.
Figure 16: Otak-beyz bağlantısında gerilimlerin
polariteleri (npn)
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
45
Gerilim polariteleri ve bağıntısı ile akım yönleri ve
bağıntısı aşağıdaki gibi dir.
Gerilim bağıntısı: VCE=VCB+VEB
Akım bağıntısı: IE=IC+IB
Şekil 17: Otak-beyz bağlantısı (npn)
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
46
Şekil 18: Ortak beyzli tranzistorde giriş karekteristiği (Emiter
akımının beyz-emiter gerilimi ile değişimi)
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet Akbaba
47
Şekil 19: Otak-beyz bağlantısı (npn) çıkış karekteristiği
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet Akbaba
48
Şekil 20: Otak-beyz bağlantısı (pnp) çıkış karekteristiği
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
49
Ortak-Emiter Bağlantısı
Bu bağlamada Şekil 21 de görüldüğü gibi emiter otak
bağlantı noktasını ve sistemin sıfır gerlimli referans
(toprak) noktasını oluşturur ve kutuplama (polarma )
gerilimleri şekil de gösterildiği gibi bağlanır.
Şekil 21: Common-Emitter Configuration (npn)
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet Akbaba
50
Figure 22: Common-Emitter Configuration for pnp
transistor
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
51
Ortak emetörlü bağlantı en çok kullanılan bağlantıdır ve
bu devrede giriş ucu beyz, çıkış ucu ise kollektördür.
Buna göre giriş büyüklükleri beyz-emetör gerilimi VBE ile
beyz akımı IB, çıkış büyüklükleri kolektör-emetör
gerilimi VCE ile kolektör akımı IC dir.
Akım ve gerilimlerin yönleri Şekil 21 (npn) ve Şekil 22
(pnp) de gösterilmiştir. Şekil 21 deki akımların yönleri
referans yönü olarak alınmıştır, pnp tranzistorda
akımların yönü, referans yöne ters terstir (Şekil 22).
Bu bağlamada Kollektör-emiter gerilimi, kollektör- beyz
gerilimi ile beyz-emiter gerilimlerin toplamına eşittir.
Buna göre
VCE=VCB+VBE
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
(10)
52
koşulunun sağlanması gerekir. npn tranzistorda VBE>0
tür. VCB'nin pozitif olması durumunda npn tranzistorda
C-B jonksiyonunun tıkama yönünde kutuplanabilmesi
için (10) bağıntısından
VCE > VBE
(11)
koşulunun sağlanması gerekir, pnp tranzistorda VCE ve
VBE gerillmleri negatiftir, C-B jonksiyonu, VCB negatif
olduğunda tıkama yönünde kutuplanır. (10) bağıntısına
göre bu, ancak VCE'nin VBE'den daha negatif olması
halinde mümkündür. VCE<VBE koşulu, pnp tranzistor için
mutlak değerler kullanılarak
|VCE| > |VBE|
16.03.2015
(12)
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
53
bağıntısına dönüşür. Tranzistorda beyz-emiter
jonksiyonu iletim yönünde kutuplanmış bir diyot gibi
davranır. Emıter akımının büyük değerlere çıkmadığı,
miliamperler mertebesinde kaldığında, npn tranzistor
için yaklaşık VBE=0.7V, pnp tranzistorda ise VBE=-0.7V.
Kadardır (silsyum tranzistor. Ge tranzistor için bu
değerler 0.3 V ve -0.3 V alınır).
Ortak emetörlü devrede giriş büyüklükleri VBE ve IB
arasındaki değişime giriş karekteristiği denir. (9)
bağıntısına göre beyz akımı IB, yaklaşık olarak IE akımının
lE / β'sine eşittir. Akım kazancı β, akıma ve VCE'ye az da
olsa bağlı olmasına karşın giriş eğrisi, IE'nin VBE‘ ye
bağımlılığın da olduğu gibi diyot eğrisine benzeyecektir.
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
54
Şekil 23 : Ortak-emiter bağlantısında bir npn
tranzistorun giriş karekteristiği
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
55
Şekil 24(a): Ortak-emiter dvrede tranzistorun çıkış karekteristiği
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet
Akbaba
56
Şekil 24(b): Ortak-emiter dvrede tranzistorun çıkış
karekteristiği
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
57
Şekil 25: Ortak-Emiter bağlantısında kollektör çıkış
ucundaki işaretin polaritesinin değiştiğine dikkat edelim.
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
58
Ortak-kollektölü bağlama
npn ve pnp tranzistörler için ortak kollektörlü bağlantı,
gerilim polariteleri ve akım yönleri sıra ile Şekil 26 ve 27 de
gösterilmiştir. Ortak kollektörlü bağlama esas olarak
yüksek giriş empedansı ve düşük çıkış empedansı
karekteritiğinden dolayı empedans uyumu sağlayan devre
olarak kullanılır. Gerilim kazancı bir (1) e yakın olduğundan
gerilim yükseltici olarak kullanılmaz.
Ortak kollektörlü bağlantılı tranzistörün çıkış karekteristiği
(emiter akımının kollektör-emiter gerili ile değişimi)
Şekil 29 da gösterilmiştir.
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
59
Bu bağlamada Şekil 26 da görüldüğü gibi kollektör otak
bağlantı noktasını ve sistemin sıfır gerlimli referans
(toprak) noktasını oluşturur ve kutuplama (polarma )
gerilimleri şekil de gösterildiği gibi bağlanır.
Şekil 26: Ortak-Kollektör bağlantısı, npn tranzistör
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
60
Bu bağlamada gerilim ve akım yönleri ve kutplama
polariteleri yönleri aşağıdaki gibidire:
Şekil 27: npn tranzistör için Ortak-Kollektör bağlaması,
gerilim ve akım yönleri
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
61
Gerilim polariteleri ve bağıntısı ile akım yönleri ve
bağıntısı aşağıdaki gibi dir.
Gerilim bağıntısı: VCE=VCB+VBE
Akim bağıntısı: IE=IC+IB
Şekil 28: npn tranzistör için Ortak-Kollektör bağlaması,
gerilim ve akım yönleri
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
62
Figure 29: Common-Collector Outpu Characteristic
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
63
DC Yük doğrusu (DC Load Line )
VCC  RC I C  VCE
VCE=0 için
I C  I C ( sat )
VCC

RC
VCC VCE
IC 

RC RC
IC = 0 için VCE = VCC
Bu iki nokta birleştirilerek dc yük
doğrusu (dc Load Line) çizilir.
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
64
Şekil 30: DC Load Line (DC Yük Doğrusu)
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet Akbaba
65
Gerilim Amplifikasyonu (Yükseltilmesi):
Tranzistorun Yükselteç olarak Çalışması
Daha önce öğrendiğimiz gibi kollektör akımı akım
kazancı, β ile beyz akımınnın çarpımına eşit olduğundan,
bir transistör akımı yükseltir. Tranzistörde beyz akımı
kollektör ve emiter akımları ile karşılaştırıldığında çok
küçüktür. Bu nedenle, kollektör akımı emiter akıma
yaklaşık olarak eşittir. Bu düşünceyle, Şekil 31 verilen
devreye bakalım. Gösterildiği gibi bir ac voltajı Vs,
kapasitif kuplaj ile DC besleme gerilimi VBB ye bindirilir.
DC besleme gerilimi VCC kollektör direnci, RC aracılığıyla
kollektöre bağlanır.
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
66
Şekil 31: Temel tranzirtörlü yükseltici devre. ac kaynak
gerilimi Vs dc beyz gerilimi VBB nin üzerine bindirilmiştir.
(superimpoz edilmiştir)
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
67
ac giriş gerilimi bir ac beyz akımını üretir ve buda çok
daha büyük bir ac kollektör akımı ile üretir. Ac kollektör
akımı RC direncinin uçlarında daha büyük fakat negativ
yönde bir ac gerilimi üretir ve böylece çıkışta giriş
geriliminden daha büyük ac gerilimi üretilmiş ve
gerilim yükseltme işlemi gerçekleşmiş olur. Şekil 31 de
bu oluşum gösterilmiştir.
Doğru yönlü beyz-emiter jonksiyonu ac sinyali için
çok düşük bir direnç gösterir. Bu ac emiter iç direnci
Şekil 31 seri RB direnci ile birlikte gösterilmiştir. Ac
beyz gerilimi (13) bağıntısı ile belirlenir. (ac işaretlerinin
küçük harfli alt simgeler veya tamaen küçük harflerle
gösterileceklerini hatırlayalım)
(13)
16.03.2015
Electronics (BLM 224) Prof. DR. Mehmet
Akbaba
68
ac collector gerilimi, Vc , RC direncinin uçlarında
düşen ac gerilime eşit olacaktır..
Ic  Ie
Vb gerilimi trranzistörün giriş gerili olarak alınırs
Vc tranzistorun ac çıkış gerilimi alınırsa
tranzistörün ac gerilim kazancı Vc nin Vb ye
oranı olarak alınır ve Av ile gösterilir.
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet
Akbaba
69
Yukarıdaki ifadelerden
Ve sonuç olarak gerilim kazancı aşağıdaki gibi elde
edilir:
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet
Akbaba
70
Tranzistörün Anahtar Olarak Kullanılması
Şekil 32 tranzistörün bir anahtar olarak kullanılma şeklini
sergilemektedir. Şekil 32(a) da beyz akımı sıfır
olduğundan beyz-emiter birleşimi tıkama yönündedir
(kesimdedir). Budurumda akım akmaz ve tranzistör açık
bir anahtar gibi davranır. Şekil 3 (b), yüksek beyz akımı
uygulanmiş ve yüksek collektör akımı geçtiğinden VCC
geriliminin büyük bir bölümü RC direnci zerinde düşer ve
tranzistorun kendi üzerinde düşen VCE gerili çok küçük
değerde kalacağından tranzistor doyma bölgeside çalışır.
Bu durumda tranzistorden büyük akım geçmesine karşılık
uçlarında düşen VCE gerilimi çok küçük olduğundan
tranzistor kısa devre olmuş gibi çalışır ve kapalı bir
anahtar gibi çalışır. Böylece tranzistörün beyzine kare
dalga uygulanarak tranzistor anahtar olrak çalıştırılır
(kesim ve doyma bölgeleri arasında geçiş yaparak çalışır)
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet
Akbaba
71
Şekil 32: İdeal bir Tranzistörün anahtar olarak
çalıştırılması
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet
Akbaba
72
Kesim (Cutoff) bölgesinde çalışma
Beyz-emiter jonksiyonu ileri yönde ktuplandırılmamışsa
tranzistör kesim bölgesinde çalışır. Kollektör kaçak
akımı ihmal edilirse
Öte yandan beyz-emiter jonsiyonu
ileri yönde kutuplandırılmışsa ve
yeterince büyük beyz akımı
akıyorsa tranzistor saturasyona
(doymaya) sürülür ve bu durumda
saturasyon (doyma) akımı
aşağıdaki gibi olur:
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet Akbaba
73
Doyma gerilimi VCE(sat) VCC geriliminden çok küçük
olduğundan ihmal edilebilir ve doyma için gerekli olan
beyz akımının değeri aşağıdaki gibi hesaplanır:
Normal olarak IB akımı doyma bölgesine girmeyi
garantilemek için IB(min) dan belirgin bir şekilde büyük
olmalıdır.
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet
Akbaba
74
Örnek:
(a) Şekil 33 deki devrede VIN = 0 V olduğu zaman VCE
nin değeri ne kadardır?
(b) Tranzistörn doyuma gitmesi için IB akımının
minimum değerini bulunuz. βdc = 200 ve VCE(sat)=0
alınacaktır.
(c) VIN =5 V için RB nin maksimum değerini bulunuz.
Figure 33
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet Akbaba
75
(a) VIN =0 V olduğunda tranzistör kesime gider ve açık
bir anahtar gibi çalışır:
(b) VCE(sat) = 0 alındığından
IB nin bu değeri tranzistörü doymaya gürmek için gerekli
olan minimum akımdır. IB daha fazla arttırılırsa kollektör
akımı artık daha fazla artmaz.
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet
Akbaba
76
(c) Tranzistör akım akıtınca RB nin uçlarındaki gerilim:
Ohm kanununa göre 50 mA lik IB akımı akması için
RB nin maksimum değeri aşağıdaki gibi olur:
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet
Akbaba
77
KAYNAKLAR
1. Robert Boylestad and Louis Nashelski,
Elektromik Cihazlar ve Devre Teorisi, Palme
Yayıncılık
2. Mehmet Akbaba, Elektronik Devreler Ders
Notları
3. Thomas L. Floyd, Electronic Devices, Merill
Publishin Company
16.03.2015
Elektronik Devreler
Prof. Dr. Mehmet Akbaba
78