deney no: 7 transistörlerin kutuplanması

TRANSİSTÖRLERİN KUTUPLANMASI
DENEY NO: 7
Bipolar transistörlerin dc eşdeğer modellerini incelemek, transistörlerin kutuplama şekillerini
göstermek ve pratik olarak transistörlü devrelerde ölçüm yapmak.
I- KURAMSAL AÇIKLAMALAR
Elektronik sistemlerin gelişimi yarıiletken temelli transistörlerin bulunmasından sonra
hızlanmıştır. Transistör kelimesi transfer ve resistör sözcüklerinin kısaltması ile ortaya
çıkmıştır. Transistör iki eklemli üç bölgeli bir devre elemanı olup NPN ve PNP tipi olmak
üzere iki ana grupta toplanmıştır. Bacak bağlantıları baz (B-base), kollektör(C- collector) ve
emetör (E-emitter) ile ifade edilir.
Şekil 1. Bipolar transistörlerin gösterimi ve sembolleri
Baz ucu tetiklendiğinde CE arasının direnci azalarak akım geçirir. CE arasından geçen akımın
değeri baz ucuna uygulanan akımın değerine bağlıdır. NPN ile PNP transistörün çalışma ilkesi
ve yapısı birbirine benzer. NPN transistör NP arası emetör baz diyodu, PN baz kollektör
diyodu şeklinde düşünülür. NPN transistörü çalıştırmak için emetör baz diyodu ileri baz
kollektör diyodu ters kutuplanmış gibi düşünülür. Ancak transistörün yapısı her ne kadar
diyodun yapısına benzese de çalışması ve fonksiyonları diyottan çok farklıdır.
Transistörlü devreler tasarlanırken öncelikle transistörün çalışma noktası belirlenir. Çalışma
noktasının belirlenmesi demek kutuplama geriliminin belirlenmesi demektir. Kutuplama
gerilimi ise transistörü çalıştıran dc gerilimdir. Transistörlerin dört çalışma bölgesi vardır.
Bunlar doyum (saturation), aktif, kesim (cut-off) ve ters aktif. Bu deneyde transistörlerin aktif
bölgede çalışması incelenecektir.
Transistörlerin dc Modelleri
a-Aktif dc model
VCE  0 , I C  0 ve I C   F I B koşulları sağlanmalıdır. Bu modelde I CEO ters doyma
akımıdır (reverse saturation current). Bu akım genellikle çok küçük olduğu için ihmal
edilebilir.
41
I E  I C  I B  (   1)I B
b-Doyma modeli
Eğer I C   F I B ise transistör doyma bölgesindedir.
c- Kesim modeli
IE  IC  IB  0
Transistörlü devrelerin çözümünde önce hangi çalışma bölgesinde olduğu bulunur. Bulunan
bölgenin modeli yerine konularak devre çözülür.
Transistör Kutuplama Devreleri
Transistörün baz ucuna akım uygulanmadığı zaman kollektör emetör arasında bir akım geçisi
olmaz. Transistör silisyumdan yapılmışsa baz ucuna uygulanan gerilim 0.6-0.7 V olunca,
germanyumdan yapılmışsa 0.2-0.3 V olunca kollektör emetör arasında iletken olur. Bu akım
geçişinin olması için transistörün baz emetör eklemi ileri baz kollektör eklemi ters yönde
kutuplanır ve transistör iletime geçer.
Transistörün asıl görevi değişik frekanstaki ac işaretleri yükseltmektir. Önce transistörün dc
olarak beslenmesi gerekmektedir. Şekil-2a’da görülen devrede iki tane dc kaynak gerekli
olduğu için BJT kutuplama için pratik değildir. Bu sebeple şekil-2b devre geliştirilmiştir. VCC
kaynağına R B direnci bağlanarak VBB kaynağına olan gereksinim ortadan kaldırılır. Bu
kutuplama devresine baz yada sabit kutuplama adı verilir. Bu devre için I C ve VCE bulalım.
42
Şekil 2a
Şekil 2b
VCC  I B R B  VBE
IB 
VCC  VBE
RB
(VCC  VBE )
RB
VCE  VCC  I C R C
I C   I B ise I C  
VCC  I C R C  VCE
Şekil-2b’deki devrede  parametresi değiştikçe I C akımı da değişir. İyi bir kutuplama
devresinde  parametresinin değişimlerine karşın I C ’nin sabit kalması yani kararlı olması
gerekir. Transistörün kararlı çalışmasını etkileyen faktörler sıcaklık, frekans, limitsel
karakteristik değerleri, kutuplama yönü, nem, sarsıntı, elektriksel ve manyetik alan etkisi, ışın
etkisi ve kötü lehimdir.
Dc Yük Doğrusu
Dc yük doğrusu devrenin çıkış akım ve geriliminin hangi değerleri alabileceğini gösterir.
Yukarıdaki devrede VCC  I C R C  VCE denklemini kullanarak dc yük doğrusunu çizelim.
VCE  0 VCC  I C R C
I C  0 VCE(Cut _ off )  VCC
Şekil 3. Dc yük doğrusu
43
I C (SAT) 
VCC
RC
ÖRNEK
Aşağıdaki devre için yük doğrusunu çizelim.
VCC 12

 6mA
R C 2K
VCE(Cut _ off )  VCC  12V
I C (SAT) 
Dc yük doğrusu
Çalışma Noktası
Transistör kutuplandığında üzerinde sabit bir I C ve VCE değeri vardır. Bu değerler dc yük
doğrusu üzerindedir. Bu noktaya Q çalışma noktası denir. Q çalışma noktasındaki I C ve VCE ,
I CQ ve VCEQ ile gösterilir.
ÖRNEK
Yanda görülen devre için I CQ ve VCEQ değerlerini hesaplayalım.
(   100 )
VBE  0,7V kabul edelim.
IC  
(VCC  VBE )
8  0,7
 100 
 2,028mA
RB
360K
VCE  VCC  I C R C  8  (2,028mA  2K )  3,914V
Şimdi yük doğrusunu çizelim.
I C (SAT)
Dc yük
doğrusu
V
8
 CC 
 4mA
R C 2K
VCE(Cut _ off )  VCC  8V
44
Yük doğrusu grafiğine bakılırsa çalışma noktası I CQ ve VCEQ maksimum değerlerinin yarısı
olacak şekilde kutuplama yapılmıştır.
Transistörün çalışma noktasının stabilize edilmesi gerekmektedir. Çalışma noktasının stabilize
olması transistörün girişine ve çıkışına uygulanan kutuplama gerilimi ve akımının çalışma
süresince aynı kalması için gerekli önlemlerin alınması demektir. Kararlı çalışmayı zorlaştıran
iki önemli etken vardır. Birincisi ısınan transistörün I C kollektör akımının artması, diğeri ise
bir devredeki transistör yerine başka bir transistörün kullanılmasıdır. Bu etkileri ortadan
kaldırmak için transistörlü devrelerde geri beslemeli düzenlemeler yapılmıştır.
Kollektör geribeslemeli kutuplama
VCC  VRC  VRB  VBE
 (I B  I C )R C  I B R B  VBE
 (I B   I B )R C  I B R B  VBE
 (   1)I B R C  I B R B  VBE
VCC  VBE
 (VCC  VBE )
IB 
I CQ 
(   1)R C  R B
(   1)R C  R B
VCEQ  VCC  ( I CQ  I B ) RC
Şekil 4
Eğer   1 VCEQ  VCC  I CQ R C
Emetör geribeslemeli kutuplama
VCC  VRB  VBE  VRE
 I B R B  VBE  (   1)R E
IB 
VCC  VBE
(   1)R E  R B
I CQ  
VCC  VBE
(   1)R E  R B
VCEQ  VCC  ICQ RC  I E RE
Şekil 5
Eğer   1 VCEQ  VCC  I CQ (R C  R E )
45
Gerilim bölücü kutuplama
Bu kutuplama en çok kullanılan tiptir. Tam kararlı ve
otomatik kutuplama da denilmektedir. R B 2 direnci bazın
kutuplama geriliminin sağlamaktadır. Thevenin teoremi
uygulanarak devre basitleştirilir.
Şekil 6
Yukarıdaki devreye Thevenin teoremini uygulayarak aşağıda görülen devreyi elde ederiz.
VTH 
R B2
 VCC
R B1  R B2
R TH  R B1 // R B2
VTH  R TH I B  VBE  R E I E  0
IE  IC  IB
IC   IB
IC 
 (VTH  VBE )  (R TH  R E )I
R TH  (   1)R E
IC 
 (VTH  VBE )
R TH  (   1)R E
(   1)R E  R TH
46
IC 
 (VT H  VBE )
(   1)R E
VTH  VBE
RE
Üç tip geri beslemeli kutuplama devrelerinin, I C akım denklemlerine bakıldığında I C ’nin 
parametresinin değişimlerinden etkilenmeyeceği açıkça görülmektedir.
Eğer   1 ise I C 
Transistörün sağlamlık testi
Multimetre komütatörü diyot sembolü üzerindeyken silisyum transistörler için BE ve BC
yönünde 450-650 mV arasında bir değer okunur. Tersi yönde herhangi bir değer okunamaz
açık devredir. Bu şekilde ise transistör sağlam demektir. Ayrıca BE eşik gerilimi BC eşik
geriliminden daha büyüktür.
Transistörün tipini belirleme
Multimetre komütatörü Ohm kademesinde iken multimetrenin (+) probu B ucuna, (-) probu E
yada C ucuna değdirilir. Okunan direnç değer küçük (300 Ώ -3000Ώ) ise NPN, büyük ise
(50K Ώ -200K Ώ) PNP’dir.
II - ÖN HAZIRLIK
1- BC238B transistörün katalog bilgilerini araştırıp bacak bağlantısını öğreniniz.
2- Şekil-7’deki devrelerde BC238 transistörü kullanılmaktadır. Her iki devre için   250
kabul ederek I CQ ve VCEQ ’yu bulunuz.   500 kabul ederek I CQ ve VCEQ ’yu bulunuz.
 ’daki değişimlere karşın çalışma noktasının kararlılığını nasıldır ? ( VBE  0.7V )
Şekil-7a
Şekil-7b
3- Şekil8’deki VCEQ  7V olacak şekilde R 1 direncinin değerini bulunuz. Bulduğunuz R 1
değeri standart değil ise en yakın değeri seçiniz. ( VBE  0.7V ,   250 ).
47
Şekil 8
III- DENEYDE KULLANILAN MALZEMELER
4 adet BC238B transistör, 470K, 33K, 10K, 1K,
hesapladığınız direnç.
0.47K, 0.33K ve ön hazırlık 3’te
IV- DENEYİN YAPILIŞI
1. Deneyde iki adet BC238B transistör kullanılacaktır. Bunlara I ve II şeklinde numara
verin. Bu transistörlere sağlamlık testi yapın.  parametresini multimetre yardımıyla
ölçüp tablo1’e kaydedin.
Tablo1-  parametreleri
I
II

2. I nolu transistörü kullanarak ön hazırlık şekil 7a’daki devreyi kurun. Kollektör
akımını, baz akımını, kollektör emetör arasındaki gerilimi ve baz emetör arasındaki
gerilimi ölçün. Tablo2’e kaydedin. Bu ölçümleri kullanarak akım kazancı  ’yı
hesaplayın. Aynı adımları II nolu transistör için tekrarlayın.
Tablo 2 . Şekil7a’daki devrenin ölçümleri
I C ( mA ) I B (A)
VCE ( V )
VBE
I
II
3. I nolu transistörü kullanarak ön hazırlık şekil 7b’deki devreyi kurun. Kollektör
akımını, baz akımını,emetör akımını kollektör emetör arasındaki gerilimi ve baz
emetör arasındaki gerilimi, kollektör gerilimini, baz gerilimini ve emetör gerilimini
48
ölçün. Tablo3’e kaydedin. Bu ölçümleri kullanarak akım kazancı  ’yı hesaplayın.
Aynı adımları II nolu transistör için tekrarlayın.
Tablo3- Şekil7b’deki devrenin ölçümleri
I C ( mA )
I B (A)
I E (mA)
VCE ( V )
VBE (V)
VC ( V )
VE (V)
VB (V)
I
II
4. I nolu transistörü kullanarak ön hazırlık şekil 8’deki devreyi kurun. Kollektör akımını,
baz akımını, kollektör emetör arasındaki gerilimi ve baz emetör arasındaki gerilimi
ölçün. Tablo4’e kaydedin. Bu ölçümleri kullanarak akım kazancı  ’yı hesaplayın.
Aynı adımları II nolu transistör için tekrarlayın.
Tablo3- Şekil8’deki devrenin ölçümleri
I C ( mA )
I B (A)
I E (mA)
VCE ( V )
VBE (V)
VC ( V )
VE (V)
VB (V)
I
II
IV- RAPORDA İSTENENLER
1. Transistörün  parametresi değiştiğinde, I C ve VCE
değerlerinin değişip
değişmediğini ölçüm sonuçları ve gerekli teorik hesaplamaları yaparak karşılaştırın ve
yorumlayın. Hangi devre daha kararlıdır ? kısaca açıklayın.
2. Şekil-8’deki devrenin yük doğrusunu çizin. Çalışma noktasını bulun.
A. KOCAKAYA, Eylül 2005
49