PowerPoint Sunusu

Elektronik Devreler
1. Transistörlü Devreler
1.1 Transistör DC Polarma Devreleri
1.1.1 Gerilim Bölücülü Polarma Devresi
1.2 Transistörlü Yükselteç Devreleri
1.2.1 Gerilim Bölücülü Yükselteç Devresi

Konunun Özeti
* Transistörün yükselteç olarak kullanılabilmesi için, yani girişindeki AC
(değişken) Vi giriş voltajını, çıkışından yükseltilmiş AC (değişken) Vo çıkış
voltajı olarak alabilmek için, uygun bir DC polarma devresine ihtiyaç vardır.
* DC polarma, transistörün uçları arasında uygun DC çalışma gerilimlerinin
veya öngerilimlerin sağlanmasıdır.
* DC polarma devreleri transistör beyz, kollektör ve emiter uçlarından statik
(Quiscent-Durgun) akımların akmasını sağlar.
* Transistör girişlerinde herhangi bir AC sinyal yok ise, transistör üzerindeki
gerilim veya akımlar statik çalışma gerilim ve akımları olarak sabittir.
* Bu durum ideal şartlar için geçerlidir.
* Bu çalışma noktasına Q çalışma noktası denir ve bu noktadaki akım ve
gerilimleri belirleyebilmek için sembollere alt indis olarak Q harfi eklenir.
* Statik çalışma noktasında beyz akımı: IBQ
* Kollektör-emiter arası gerilim: VCEQ
3
* Sıcaklık değişmeleri transistör üzerinde bazı olumsuz etkilere sebep
olmaktadır.
* Bunlardan en önemlisi transistör akım kazancı β'nın sıcaklık ile doğru orantılı
olarak değişmesidir.
* Sıcaklık arttığında, β değeri de artacak, bunun sonucu olarakta, normalde
sabit kalması istenen statik çalışma akım ve gerilimleri değişecektir.
* Bu istenmeyen durumu önlemek için farklı yapılarda polarma devreleri
kullanılır.
* En Fazla Kullanılan Transistör DC Polarma Devreleri;
 Sabit Beyz Polarması,
 Emiteri Kararlı Polarma Devresi,
 Gerilim Bölücülü Polarma Devresi,
 Kollektör Geri Beslemeli Polarma Devresi
4
* En çok kullanılan polarma devresi, gerilim bölücü dirençler kullanılarak
yapılan, Gerilim bölücülü polarma devresidir.
* Aşağıdaki şekilde bu polarma devresinin bağlantı şeması ve akım yönleri
gösterilmektedir.
* Bu şekilden de görüldüğü gibi transistörün beyz (VB) polarması RB1 ve RB2
gerilim bölücü dirençleri kullanılarak sağlanmaktadır.
* Şekilden görüldüğü gibi RB1 üzerinden geçen I1
akımı VB noktasında ikiye ayrılmaktadır. Bu
noktadan sonra I2 akımı RB2 direnci üzerinden,
IB akımı da transistörün beyzinden geçmektedir.
Bu bağıntıyı kısaca,
I1=IB+I2
şeklinde yazabiliriz.
* Bu polarma devresinin normal işlevini yerine getirebilmesi için, I2 akımının IB
akımına göre oldukça yüksek olması gerekmektedir. Diğer bir deyişle,
bağıntısı yerine getirilirse, gerilim bölücülü polarma devresi daha kararlı
çalışacaktır.
* Aksi takdirde devre kararlılığı bozulacak ve değişik çevre şartlarında farklı
sonuçlar verecektir. Analiz işlemleri sırasında bu şart sağlanıp işlemler ona
göre yapılacaktır.
6
* Verilen şart sağlandığında IB akımı hesaplamalarda ihmal edilir. Aslında her
ne kadar IB akımı I2 akımından küçük olursa olsun, devrenin çalışmasına bir
etkisi vardır, fakat bu etki I2 akımının oluşturduğu etkiye göre oldukça
küçüktür.
* Yapılan analizin hatasız gerçekleşmesi için, devrede bulunan RE ve R2
dirençlerini 10.R2≤β.RE şartına göre seçmek yeterlidir.
* Gerilim bölücülü polarma devresinde VB voltaj değerinin yaklaşık olarak RB2
direnci üzerinde düşen voltaja eşit olduğu görülebilir (Yukarıdaki şart
sağlandığı durumda).
* Bu durumda I1 akımının yaklaşık olarak I2 akımına eşit olduğu anlaşılabilir.
* Buna göre VB gerilimini bulmak için RB2 direnci uçlarındaki voltajı bulmamız
yeterlidir. Eğer devrede bulunan gerilim bölücü devreye bakarsak, VB
geriliminin,
değerine eşit olduğu görülebilir.
7
* VB gerilimi bulunduktan sonra, emiter direnci uçlarındaki voltaj VE 'de,
değerine eşit olacaktır.
* Buna göre RE direncinin değeri ve uçlarındaki voltaj belli olduğuna göre,
üzerinden geçen IE akım değeri de bulunabilir. Buradan,
alınırsa, IB ve IC akımları da,
ve
eşitliklerinden bulunabilir.
8
* Diğer taraftan transistörün harcadığı gücü bulmak için VCE gerilimini bulmak
gerekecektir.
* VCE voltaj değerini bulmak için, transistörün çıkış katındaki IC akımının
izlediği yol üzerinden bir çevre denklemi yazılırsa,
eşitliği elde edilir.
* Buradan VCE değeri çekilirse,
eşitliği bulunur.
* Transistörün ısı enerjisi olarak üzerinde harcadığı güç ise,
eşitliğinden Watt olarak bulunur. Bu eşitlik transistörlü tüm devreler için
geçerlidir.
9
Örnek 1:
Gerilim bölücülü polarma devresinde, RB1=39K, RB2=3.9K, RC=10K, RE=1.5K,
VCC=22V, β=140 ve transistör silisyum tipinde olduğuna göre,
a) IB
b) IC
c) VCE
d) PD değerlerini hesaplayınız.
Çözüm:
a) İlk olarak VB değeri hesaplanırsa,
olarak bulunur. Buradan
VE voltajı bulunabilir.
Bulunan VE değeri IE eşitliğinde yerine konulursa,
değeri bulunur. Buradan IB değeri hesaplanabilir.
b) IC akım değeri β.IB eşitliği kullanılarak bulunabilir.
11
c) VCE gerilimi için seri koldaki gerilimler VCC geriliminden çıkarılırsa,
değeri bulunur.
d) Transistörün harcadığı güç, PD,değeri ise,
olarak bulunur.
12
Elde edilen sonuçların doğruluğunu test için aşağıdaki animasyonda bulunan ilgili
kutucuklara devrede verilen değerleri girerek, istenilen değerleri hesaplattırınız.
Elde ettiğiniz sonuçların yukarıda elde edilen sonuçlarla uyuştuğundan emin olunuz.
Bundan sonra kendiniz yaklaşık analiz için gerekli olan koşulu göz önüne alarak farklı
değerler için VCE, IC, IE, PD ve IB değerlerini önce kendiniz hesaplayınız ve daha sonra
program ile sonuçlarınızı karşılaştırınız.
* Transistörler
AC sinyallerin yükseltilmesi işleminde sıklıkla kullanılırlar.
Bunun için en başta transistörün uygun bir DC polarma devresi ile
polarmalandırılması gerekmektedir.
* AC sinyal yükseltmesi denince girişten verilen değişken Vi sinyalinin, çıkıştan
yükseltilmiş bir Vo sinyali olarak alınması kastedilmektedir. Örneğin yükselteç
girişine verilen bir mikrofon çıkışında oluşan elektrik sinyali, yükselteç
çıkışından yükseltilerek alınabilir. Yani seviyesi yetersiz herhangi bir AC
sinyali istediğimiz seviyeye getirmek için yükselteçleri kullanırız.
* Burada gerilim bölücülü polarma devresinin AC sinyal altında kullanılması
konusundaki eşitlikler verilecek ve eşitliklerin uygulamasının daha iyi
anlaşılması için bir animasyonla desteklenecektir.
* Diğer polarma devreleriyle oluşturulan kuvvetlendirici devrelerinin de benzer
eşitliklerle analizi gerçekleştirilebilmektedir. Bu yüzden burada sadece
gerilim bölücülü polarma devresiyle gerçekleştirilen kuvvetlendirici devresi
incelenecektir.
14
* Aşağıdaki şekilde gerilim bölücü dirençler kullanılarak yapılan yükselteç
devresi görülmektedir. Bu devrenin yaklaşık DC analizi önceki slaytlarda
verilmişti. Burada devrenin AC analizi sonucu ortaya çıkan sonuç eşitlikleri
verilecek ve örnekler üzerinde uygulanacaklardır.
* Devrenin girişinden baktığımızda görülecek
AC dirence, giriş empedansı denir ve kısaca
Zİ sembolü ile gösterilir ve devrenin AC
analizi yapıldığında, giriş empedansı Zİ,
olarak bulunur. Burada " // " sembolü iki
direncin paralel olduğunu belirtmektedir.
15
* Devrenin AC voltaj kazancı,
olarak bulunur.
* Formülde bulunan (-) işareti giriş ile çıkış sinyalleri arasındaki 180 derecelik
faz farkını belirtmektedir. Devrede bulunan kondansatörler AC sinyale karşı
kolaylık gösterecek ve onları zayıflatmadan üzerinden geçirecektir, yani AC
sinyale karşı kısa devre gibi davranacaktır.
* Yukarıdaki formülde görülen re, transistörün girişinde görülen AC direnci
sembolize eder ve değeri oda sıcaklığı için yaklaşık,
ifadesinden bulunabilir. Buradaki IE değeri transistörün DC analizinde bulunan
emiter akım değerini ifade etmektedir.
16
* Yine benzer şekilde çıkış empedansı Zo,
olarak verilebilir.
* Son olarak akım kazancıda,
olarak bulunabilir.
* Şimdi verilen bu denklemleri bir örnek üzerinde uygulayalım.
17
Örnek 2:
Gerilim bölücülü yükselteç devresinde, RB1=39K, RB2=3.9K, RC=10K, RE=1.5K,
VCC=22V, β=140 ve transistör silisyum tipinde olduğuna göre,
a) Zi
b) AV
c) Zo
d) Aİ değerlerini hesaplayınız.
Çözüm:
Bu örneğin DC analizi örnek 1'de yapıldığı için, DC analiz tekrarlanmayacak,
bunun yerine oradan elde edilen değerler kullanılacaktır. Örnek 1’de
IE = 0.867 mA olarak bulunmuştu. Buradan re değeri;
olarak bulunur. Şimdi istenilen değerleri hesaplayalım.
a)
b)
c)
d)
olarak bulunur.
Örnekte bulunan bu sonuçları karşılaştırmak için aşağıdaki animasyon programını
kullanalım ve sonuçların doğruluğundan emin olalım.
Konunun Özeti
Transistörün yükselteç olarak kullanılabilmesi için,
yani girişindeki AC (değişken) Vi giriş voltajını,
çıkışından yükseltilmiş AC (değişken) Vo çıkış voltajı
olarak alabilmek için, uygun bir DC polarma
devresine ihtiyaç vardır. DC polarma, transistörün
uçları arasında uygun DC çalışma gerilimlerinin veya
öngerilimlerin sağlanmasıdır. Transistör girişlerinde
herhangi bir AC sinyal yok ise, transistör üzerindeki
gerilim veya akımlar statik çalışma gerilim ve akımları
olarak sabittir. Bu çalışma noktasına Q çalışma
noktası denir.
Sıcaklık arttığında, transistörün akım kazancı β değeri
de artacak, bunun sonucu olarak ta, normalde sabit
kalması istenen statik çalışma akım ve gerilimleri
değişecektir. Bu istenmeyen durumu önlemek için
farklı yapılarda polarma devreleri kullanılır. En çok
kullanılan polarma devresi, gerilim bölücü dirençler
kullanılarak yapılan, Gerilim bölücülü polarma
devresidir. Transistörün beyz polarması RB1 ve RB2
gerilim bölücü dirençleri kullanılarak sağlanmaktadır.
Transistörler AC sinyallerin yükseltilmesi işleminde
sıklıkla kullanılırlar. Bunun için en başta transistörün
uygun bir DC polarma devresi ile polarmalandırılması
gerekmektedir. AC sinyal yükseltmesi girişten verilen
değişken Vi sinyalinin, çıkıştan yükseltilmiş bir Vo
sinyali olarak alınması olarak tanımlanabilir.
Gerilim bölücülü yükselteç devresinin AC analizi
sonucu, devrenin girişinden bakıldığında görülen AC
direnç, (giriş empedansı, Zİ), devrenin AC voltaj
kazancı, (AV), çıkış empedansı (Zo) ve akım kazancı
(Aİ) değerleri bulunur.