Uploaded by User2627

elektronik-elemanlar-ve-devre-teorisir-boylestad-l-nashelsky-meb

advertisement
ENDUSTRiYEL OKULLAR
iCiN
•
\
')
E~.EKTRONIK
Eli'EMANl:AR
,,,..,.
VE DEVRE', TEO Risi
, ..:->..
t:.
''
i
,,'
\Ii
;
/
i
!
t.
II
!
,,
,•.·
Robert Boylestad
Louis Nashelsky
OEVLET KiTAPLARI
BE$iNCi BASK!
Mill1' Egitim Bas1mevi -
[stanbul, 2004
TE~EKKOR
1
~·/ -, ! :'.it.
-·:;:1
: 1 DiYf.T! L./\Fi
1.1
Giri~ I
1.2 Gene! Karakteristikler I
1.3
Encrji Duzeyleri 5
1.4
Katkih Malzcrneler 7
1.5
ideal Diyot ll
1.6
Tcmcl Yapi Karakteristikleri 13
1.7
DC veya statik direnc 21
1.8
AC vcya Dinamik direnc 22
1.9
Ortalama AC direnci 27
1.10 E~degcr Devreler-Diyot modelleri 28
1.11 Siiriiklcnme ve Difiizyon (yayrlrna) akirnlan 32
OnSiiz
1
1.U
Ge9i§ ve Difiizyon Kapasitansi
1.13
1.14
Tikanma Silresi 34
S1cakhlc Etkileri 35
Diyot bilgi Sayfalan 36
Yaniletken Diyot Sembolleri 40
Diyodun OMMETRE ile Test Edilmesi 40
Uretim Teknikleri 41
Diyor dizileri-Entegre Devreler 49
Problemler 5 I
1.15
1.16
1.17
1.18
1.19
2
btYOT UYGULAMALARI
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
3
33
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
SB
Girl§ 58
DC Gir~li Seri Diyot Devreleri 58
Paralel ve Seri-Paralel Devreler 65
VE/VEY A Mantik Kapilan 68
Yanm Dalga Dogrultrna 71
Tam Dalga Dogrultrna 75
Kirpict Devreler 81
Kcnetleme Devreleri 89
Problemler 97
ZENEH'-ER VE DiGER iKi U(LU ELEMANLAR
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
Giri§ 163
Transistorun Yaprst 164
Transistorun Cahsmasr I 65
Transistorun Yiikseltme Etkisi 167
Ortak Bazh Devre 169
Ortak Emetorlu Devre 173
Ortak Kollektorlil Devre 180
Transistor Maksimum Anma Degerleri 181
Transistor Karakteristik Ozellikler Sayfasi 183
4.10
Transistor Ureurni 189
Transistor K1Ltf1 ve Uclann Tammi 192
Problemler 194
4.11
5
1G5
DC ONGERiLiMLEME:
Giris 199
5.2
5.3
5.4
5.5
Cahsma Noktasi 200
Sabit-Ongerilirnli Devre 202
Emetor Direncli DC Ongerilim Devresi 207
Beta'dan Bagrmsrz DC Ongerilirnleme Devresi 212
Geribcslemeli DC Ongerilimleme 217
Cesitli DC Ongcrilirn Dcvrclerinin Analizi 221
Grafik olarak DC Ongcrilim Analizi 225
DC Ongerilirn Devrelerinin Tasanrru 230
6ngerilimin Kararlr hale Getirilmesi (Stabilizasyon)
DC Ongerilimlemenin Bilgisayar <;ozlimii 241
5.7
5.8
5.9
5.10
5.11
Gil9 Diyotlan 127
Tiinel Diyotlan 127
Fotodiyotlar 130
Fo10 Iletken Hilcreler 134
Kizrlotesi (IR) l§tk Kaynaklan 136
l§1k Yayan Diyotlar 139
SIVI Kristalli Gorilnril Birimleri 144
Gunes HUcreleri 148
Termistorler 153
Problemler 155
199
(BJT)'LER
5.1
5.6
Giri~ 105
Zener Diyot Karakteristikleri vc Sembollcri 105
Zener Diyot Uygulamalan 109
SCHOTTKY-ENGEL (Steak tasiyrci) Diyotlan 117
V ARAKTOR (Varikap) Diyotlan 123
"163
iKi KUTUPLU JONKSiYON TRANSiSTORLHti (BJT)
235
Problemler 246
Bilgisayar Problemleri 253
Pratik Problemler 253
6
i~indekller
ALAN ETKiLi TRANSiSTORLER
256
6.1
6.2
6.3
Alan Etkili Transistonin Gencl Tammi 256
JFET'lerin Yaprsi ve Karakteristikleri 257
JFET Transfer ve Karakteristiginin Cizilmesi
6.4
6.5
JFET Parametreleri 266
MOSFETlerin Yaprsi ve Karakteristilcleri 268
i~lndekiler
263
6.6
6.7
Karakteristik ozellikler sayfasi 274
CMOS 276
Problemler 277
7.1
7 .2
7.3
7 .4
7.5
7.6
7.7
7.8
Sabit ongerilim 281
Kendinden ongerilimli JFET ytikseltcci 285
Gerilim-bolucu ile ongerilimlerne 292
Kanai olusturmah MOSFET ongerilirn devreleri 300
<;e§itli ongerilim devreleri 303
DC ongerilim devrelerinin tasanmi 310
Genel JFET ongerilim egrisi yardrrmyla DC ongcrilirnleme
JFET ongerilim Devrelerinin Bilgisayarla analizi 325
Problernler 330
Bilgisayar problernlcri 337
8.1
8.2
Giri§ 338
AC Domeninde yukseltrne 338
8.3
Transistor Modellemesi 340
Transistonin karma C§deger devresi 343
r, modeli 349
Hangi model 354
h.-Parametrelerinin grafik olarak bulunmasi 355
Transistor Parametrelerindeki degisrneler 360
Problemlcr 363
9.9
9.10
9.11
9.12
7
440
320
8
8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
9
10.1
10.2
10.3
10.4
10.5
10.6
10.7
10.8
10.9
Genel giris 440
JFET/kanal-ayarlamah MOSFET kiicuk sinyal modeli 441
AC kucuk-sinyal vah§mas1 444
Yiikleme Etkileri 451
Kaynak Izleyici (ortak-akac) devresi 456
Ortak kapih devre 461
FETli ytikscltec devrelcrinin tasanrru 463
Yuksck Frekans etkilcri-Millcr kapasitansi 469
FETli Yukseltec devrelerinin bilgisayarla analizi 472
Problemler 477
Bilgisayar problemleri 48 !
11.1
11.2
11.3
11.4
Giris 482
Gene! kaskat bagh sistemler 482
RC -kuplajli yukseltecler 484
Transformator kuplajh transistorlu yukseltecler
11.5
Dogrudan kuplajli transistorlu yukseltecler 495
Kaskod yukseltec 497
11
11.6
11.7
U.JT 1<0<.;:Ui<-:;iNYAL
.'\:l.i/\U;::i
9.1
Girls 367
9.2
9.3
9.4
9.5
9.6
9.7
9.8
Ortak-Emetorlu sabit-ongerilirnli diizenleme 367
Gerilirn-Bolucu ile ongerilimlerne 374
CE koprulenmemis Emetor-ongerilimli dtizenleme 379
Emctor-Izleyici diizenlemesi 385
Ortak-Bazli diizenleme 390
Kollekror DC geribeslemesi ve fark yukselteci 394
Kollektor geribeslemeli dtizenlcme 400
RL ve Rs'nin yiiklemc etkilcri 404
Tam karma csdeger devre 412
Sistern yaklasmu 420
Bilgisayar analizi 424
Problemler 431
Bilgisayar problcmleri 439
:.11
k:indekiler
11.8
Darlington Birlesik Duzenlemcsi 499
Dcsibcl 506
Frekansa iliskin temel noktalar 514
492
11.9
11.1 O Tck kath Transistorlu yiiksehec-Dusuk frekanslardaki temel noktalar 518
11.11 Tck kath transistorlu yiikseltec- Yiiksek frekans durumu 533
11.12 Cok kath frckans etkileri 540
11.13 Kaskat bagh FET'li yukselteclerin frekans tepkisi 543
Problemler 545
if;:indekiler
14.6
BU YUK SiNYAL YUKS EL TE<;LERi
12.1
Girls 554
12.2
12.3
12.4
12.5
12.6
12. 7
Seri beslemeli A-Sm1fi yukseltec 555
Transformator-Kuplajli giir; yiikselteci 560
B-Sm1f1 yukselteclerin cahsmasr 572
B-Sm1f1 Yukseltec Devreleri 578
Yukseltec Cahsrna Smrflan ve Bozulma 586
Gii9 Transistorunun Sogutulmas1 594
Problemler 599
14.7
14.8
554
15
13
pnpn VE DiGER ELEMANLAR
13.1
13.2
Giris 603
Silisyum Kontrollii Dogrultucu 603
13.3
13.4
13.5
13.6
Temel Silisyurn Kontrollu Dogrultucunun Cahsrnasi 604
SCR Karakteristikleri ve anma degerleri 608
SCR'nin Yaprsi ve u9 tanmu 611
SCR uygulamalan 612
13.7
Silisyum kontrollii anahtar 616
15.5
15.6
15.7
15.8
15.9
603
16
13.11 DiY AK 626
13.12 TRiY AK 629
13.13 Tek jonksiyonlo transistor 631
13.14 FOTOTRANSiSTORLER 646
13.15 Optik yalmctlar 648
17
13.16 Programlanabilir tek jonksiyonlu transistor 652
Problemler 659
ENTEGRE
DEVRELER
14.l
14.2
Giri§ 664
Son gelisrneler 665
14.3
14.4
Tek parca (monolitik) entegre devre 667
Tek parca devre elemanlan 670
Maskeler 674
14.5
661
i~indekiler
ENTEGRE DEVRELER:
i$LEMSEL YUKSELTE<;LER 695
Temel fork yiikselteci 695
Fark yukselteci devreleri 702
Sabir Akim kaynagi 710
Ortak isaretin bastmlrnasi 719
Islemsel yiikseltecin tcmelleri 726
lslernsel yukseltec devreleri 730
Pratik islernsel yukseltec devreleri 737
Islernsel yukseltec ozellikleri 739
Islemsel yukselrec uygulamalan 746
Problemler 755
QOGRUSAL
16.I
16.2
16.3
16.4
16.5
16.6
16. 7
16.8
13.8 Kapidan kapanabilir anahtar 620
13.9 Isikla Calisan SCR 622
13.10 SHOCKLEY Diyodu 625
14
DOGRUSAL
15.1
15.2
15.3
15.4
Bilgisayar problemleri 601
Tek parca entegre devre-vc/degil kaprsi 678
Ince ve kalm filmli entegre devreler 693
Karma (hibrit) entegre devreler 693
IC'LER: REGULATORLER
761
Giri§ 761
Gene! filtre esaslan 762
Basit kondansatorlii filtre 765
RC filtresi 772
Gerilim katlama devreleri 778
Aynk gerilim regulatorleri 781
IC Gerilim regiilatorleri 793
Pratik gii9 kaynaklan 796
Problemler 801
OOGRUSAL/SA YISAL ENTEGRE Df.Vflf::LER
17.1
17.2
17.3
17.4
17.5
17.6
17.7
Giris 806
Karsilasnrma birimleri ve cahsmalar 807
Sayisal analog donustiinictiler 815
Zamanlayrci IC birimi ve Uygularnalan
Gerilim kontrolli.i osilator 824
Faz kilitlemeli dongti 828
Arabirim kurma 834
Problemler 837
lctndekiler
819
(IC)
806
18
GEFliBESLEMELi
YUKSELTE<_::LER VE OS!L.t,,TOfl
18.1
18.2
Geribesleme kavramlan 840
Geribesleme baglann tiirleri 841
18.3
18.4
18.5
18.6
18.7
18.8
18.9
18.10
Pratik geribesleme devreleri 850
Geribeslemeli Yukseltee-faz ve frekans 859
Osilatorun ~al1§mas1 862
Faz kaydirmah osilator 863
Wien kopru osilatoru 868
Akortlu osilator devresi 870
Kristalli Osilator 874
Tekjonksiyonlu osilator 878
Problernler 880
DEVFlELEi:li
El<LER
A.
B.
C.
Karma (Hibrit) Parametreler-Doniisiim E§degerleri (Tam ve Yaklasik) 883
Dalgalihk faktoru ve gerilim hesaplamalan 886
Grafikler ve Tablolar 894
iNDEKS
TERiMLEr-i
90'1
SOZL0G0
'.3 i ,
Elektronik Elemanlar ve Devre Teorisi kitabim okumak icin zaman, ilgi ve caba harcayan turn kisilere sukranlanmrzi sunmak istiyoruz. Onlann yorum ve oncrileri dordiincii baskuun gelistirilmesinde icerik ve yaklasimm en son egilim ve gelismeleri
yansumas: bakumndan katkida bulunmustur,
Metni kullananlardan, metnin ihtiyaclanrn karsilayip karsilamadigi ve teknik
olarak miimkiin oldugu kadar dogru olup olmadigi konusunda elestiri bekliyoruz.
Yorumlar taktirle karsrlanacak ve ilk firsatta §ahsi bir yamt alacaktir.
Ernest Lee Abbott, Napa Valley College
J. L. Brockband, DeYry Institute ofTechnology
John W. Coons, RCA Bloomington
Kenneth Dunn, Peusacola Jr. College
Bryan L.Gugnon, Indian V ocutional Technical College
Trevor Glove, British Columbia Iustitube of Technology
Thurman Grass, Lima Technical College
Harold Hambrock, De Voy Institute of Technology
D. Hanchak, Northern Alberlia Institube of Technology
Robert W. James DeVry lnstitue of Technology
John Jcllema, Eastern Michigan University
Albert Koon. Tidewater Community College
Ken Kramer, DcVry Institute of Technology
D~vid Krispinsky, Rochester msitute of Technology
Paul Maini, suffolk Community College
Jim Pannell, DeVry Insitutc of Technology
Lester C. Peach, Illinois insitute of Technology
i~indekiler
Fred Pirkey, DeVry Institute of Technology
Raghuwanshi Pravin M., DeVry Institute of Technology
P.K. rastogi, Case Western Reserve University
....
-.·--·-·-·----~---------------------------------,
'.,\
1.1
cinis
l 940'larm sonlanna dogru yaniletken transistorun ortaya crkmasmdan sonraki
yirrni-otuz yil, elektronik endiistrisinde cok dramatik degisikliklere raruk olrnustur.
Gerceklesen minyaturlesme, suurlan konusunda bizi merak icerisinde birakryor.
Daha onceki dcvrelerin tek bir elemanmdan binlerce kat daha ki.io;:i.ik bir pul tizerine
simdi komple sistemler yerlestirilebilrnektedir, Daha 6nceki yillann ttipli.i devreleriyle kiyaslandrginda yaniletken sistemleriyle ilgili olan avantajlar btiytik capra
hernen gorulebilir: daha kiio;:i.ik Ve hafif olrnalan, isiuci gereksinimini veya (tuplerde
oldugu gibi) rsrticidan kaynaklanan kayiplann olmarnasi, daha sert yapida ve daha
verimli olmalan ve ismma si.iresine gerek duymamalan.
Son yillardaki minyatiirizasyon, oylesine kucuk sisternler ortaya cikarmisur ki
sistemlerin icine konulacagr kutunun temel arnaci sadcce elemarun yerlestirilmesini
ve bacaklann yaniletken pula sabitlesrnesini saglamaknr. Minyatiirizasyonun Strnrlan ti9 faktorle srrurh gibi gorunuyor: yaniletken rnalzernenin kalitesi, devre tasarun teknigi ile urerim ve islerne donarurnnun sirurlan.
1.2
GENEL KARAKTERiSTiKLER
Yartiletken adrrun kendisi karakteristlikleri konusunda bazi ipuclan veriyor. Yan
oneki, genelde iki sirur arasinda kalan birsey icin kullarnhr, lletken terimi ise srrurh
miktarda d1~ basinc uygulanmas, sonucu rahat bir yuk akisma izin veren hcrhangi
bir maclde icin kullamlrr. Bu nedenle bir yaniletken, bir izolator (cok dusuk iletkenlik) ile bakir gibi yi.iksek bir iletkenlige sahip bir iletkenin srrurlan arasmda kalan
bir iletkenlik duzeyine sahiptir. Bir maddenin, yiik akrsma veya akima karsi direnci
Tipik Ozdireni; Degerleri (300 k Oda Srcakligmda)
iletkcnligi ile tcrs oranuhdrr, Yani, iletkenlik diizeyi nc kadar yuksekse, direnc diizeyi o kadar dusuktiir, Tablolarda ozdirens: ( p, Yunan alfabesindeki ro) terirni,
maddclerin direnc diizeyleri kiyaslarurken sik sik kullaruhr. Bir maddenin ozdirenci ~ekil 1.1 'de gosterildig! gibi 1 cm uzunlugunda ve 1 cm2 kesite sahip bir
rnalzerne orneglnin direnci esas ahnarak incelenebilir. Bir maddenin direncine ili§kin denklemin (belli bir sicakhkta) R = pl/A ile belirlendigini haurlayin; burada R,
ols:iilen omik direnci, I malzeme orneginin uzunlugunu, A kesitini ve p da ozdirenci gostermektedir, l = 1 cm ve A = l cm2 olursa yukanda gosterildigi gibi R
I olur. Bu nedenle lcm3'liik numunenin direnci, ozdirenc tarafindan bclirlenir. Veya
=
baska bir deyisle, ozdirenc ne kadar buyukse, boyle bir numunenin direnci de o
kadar biiyiiktiir. p 'nun birimi;
p= RA ~
I
Q · cm2
cm
=
n.cm
olarak bulunur.
(1.1)
~FF"~l
i.
~lcm_-·
~=
A
I ,1112
,,,
I cm
.
Iletken
..
.
Yartiletken
---
..
- -
--·-~·
Yalukan
---~~---· ·-·--··--
P= 10 0 · cm
= 50 n · cm (germanyum)
(mika)
(bakir)
p = 50 x 10 Q · cm (silisyum)
--·-·-·--· -·---·-···---··· -·-----·-- ....... ------------
P= 10·6
n · cm
p
12
3
.....
manyumdan uzaklasarak git gide silikon kayrmsur, fakat germanyum hala bir miktar ilretilmektedir.
Tablo 1.1 'de verilen iletken ve yahtkan rnaddelerinin l cm uzunlugundaki or·
nekleri arasmda bulunan buyuk farklara dilckat edin. Bir sayi ile diger sayi arasinda
ondahk virgulunun konumu balammdan 18 hane fark vardir, Ge ve "Si bir dizi nedeaden dolayi bu ilgiyi toplanusur, Cok onernli bir sebep bunlann cok yiiksek bir
safhk duzeyinde uretilebilrncsidir. Gercekten de, son gelisrneler saf maddedeki katkih dizaym 10 milyarda l 'e (1: 10,000,000,000) dii§iiffilil§tiir. Insanin akhna boylesi
diistik yabanci madde duzeylerinin gerekli olup olrnadigi sorusu gelebilir. Silisyum
maddesinin bir pulunda, milyon basina bir adet katkr maddesi cklenmesinin maddeyi
nispctcn kotu bir iletkenden iyi bir elektrik iletkenine donusturulebildigi
gozonunc
almirsa bunun gerekli oldugu gorulur. Acikca goriildtigii uzerc yaniletkenler alaruna
girdigimizde karsilasurma diizeylerinin yepyeni bir tanmuyla karsr karsryayiz. "Katkilama" denen bir islern ile maddcnin tipik ozelliklerini onemli olcudc degistirebilmc
imkaru, Ge ve Si'nin bu kadar yogun ilgi toplamasimn bir baska nedenidir. Baska nedcnlcr bu rnaddelerin karakteristiklerinin 1s1 ve J§i.lc uygulanarak onernli olcude de·
gi§tirebilmesine dayamyor; bu, 1s1 ve 1§1ga kars; duyarli aygitlann gelistirmesinde
onernli bir varsayirndir.
Liitfen bu kitabin matematiksel islemlere ve karmasik cebirsel tekniklere cok
fazla egildigini dii§iinmeyin. Saglam bir miihendislik ternelinin gelismesi icin, birimlcrin acrk bir sekilde anlasdrms olmasmm mutlaka gerekli olduguna inaruyoruz.
Biraz soyut olan ozdirenc olciim biriminin §imdi belli bir a91kliga ve anlasilabilirlige kaVU§tugunu varsay1yoruz. Bu arada i9in, yaniletken bir maddenin
ger9ek direnci yukandaki gibi ol9illdiigiinde govde direnci ad101 ahr. Telleri govdeye (malzemeye) baglamakla ortaya 91kan diren9, omik temas direncidir. Bu tcrimler kitap boyunca tamlllacak elemanlann tarifinde siirekli olarak kullamlacaktir.
Tablo I . I'de us: gene! maddc katcgorisi i9in tipik ozdircn,;: dcgerlcri vcrilmi§tir. Her ne kadar ge,;:mi§ dcrslerinizden bak1r vc mikanm elcktrikscl ozelliklerini biliyor olsamz da, germanyum (G,) vc silikon (S;) yaniletken maddelerinin
karakteristik:leri sizin i,;:in nispeten yeni olabilir. ileriki boliimlcrde goreceginiz
gibi, tck yaniletken madde bunlar dcgildir. Arna bunlar, yaniletken ayg1tlann gcli~tirilmesinde en s:ok ilgi toplayan iki madde olmu§tur. Son y1Uarda ilgi ger2
Boliim 1
Yanitetken Olyotlar
Ge vc Si'nin yukanda arulan bazi essiz nitelikleri, atomik yapilanna dayanrnaktadir. Her iki maddenin atomlan yapisal olarak periyodik (yani surekli ken·
dini tekrarlayan) ozellikle cok belirli bir yapi olusturur, Komp le bir yap1ya kristal, ve
atomlann periyodik diizenine de orgi! deniyor. Ge ve Si kristali, ~ekil l.2'de gosterilen ii9 boyutlu elmas yapisma sahiprir. Yanhzca siirekli tekrarlanan ayru tipte
Bol!im 1.2 Genel Karakteristlkler
3
enerji alip kovalent bagdan koparak "serbest'' duruma gecmesi miimkilndilr. Bu dogal sebepler, foton ~eklinde ~1k enerjisi ve cevreleyen ortamdaki 1s1 cnerjisi
sayilabilir. Oda sicakhgmda, bir santimetre kiip oz silisyum maddesinde yaklasik
1,5 x 1010 serbcst tasryrci vardir. Oz maddeler, katkilan yak dil§ilk bir duzcyc dii§iirmek amaciyla modem teknoloji ile miimkiin olan en yiiksek saflik i~in ozenle rafine edilmis yaniletkendir. Maddenin icinde yanhzca dogal sebeblerden dolnyi
serbest halde bulunan elektronlara,
ta,r1y1c1/a1:.~cnmcktedir. Aym sicakhkta, ()Z
gcrinanyum rnaddesinin bir santimetre kupunde: .yaklasik olarak 2.5 x 1013 serbest tasiyic: olacakur. Gerrnanyumdaki tasiyierlann silisyumdaki tasiyicilara oraru
1013'tcn daha fazladir ve bu da, germanyumun oda sicakhgmd» cok daha iyi bir
iletken oldugunu gosterir. Bu dogru olabilir ancak her ikisi de halen, oz (yapisal)
durumda zayif iletkenler olarak kabul edilir. Tablo 1.1 'e bakngimzda ozdirencin de
yaklasik 1000: 1 'lik bir oranla farkh oldugunu goreceksiniz ki; silikon daha biiyiik bir
degerc sahiptir. Boyle de olmasi gerekir, yiinkii ozdirenc ile iletkenlik ters oran1Il1d1r. Yaniletken maddenin sicakhgmdaki bir degi~me, serbest elektronlann sayisuu onemli oranda artirabilir. Sicakhk mutlak sifrrdan (0°K) yiikselmeye basladikca
valans elekrronlann artarak biiyiiyen bir boltimii kovalent bag, k1rmak ic;:in 1s1l cnerjiyi altr ve yukanda anlat1ld1g1 gibi serbest haldeki elektron say1s1111 artmr. Arlan ta~1y1c1 say1s1 iletkenlik oranm1 art1racak ve daha dil§iik bir direny diizcyine yo! a<;:acaktJr. G, ve S; gibi, artan s1cakhkta direnc;:Ierinde dil§ii§ gosteren yaniletken
maddeler iyin, negatif s1cakl1k katsay1sma sahiptir denir. iletk.enlerin bir yogunun direncinin s1cakltkla birlikte arttigm1 hatirlaym. Bunun nedeni, iletkendcki ta~1y1c1
say1sm10 s1cakhk ile onernli olyilde artmama..~1, ama nispeten sabit olan konumlannm iistiindeki titre~me deseninin elektronlann geyi~ini giderek zorh1~tmnas1d1r. Bu nedenle stcakltk.taki bir art1§, direncin artmas1yla ve bir pozitif s1caklrk katsay1S1yla sonuylanmaktad1r.
k:ristal yapilardan olusan herhangi bir maddeye tek-kristalli yapi denir. Elektronik
alarunda pratik uygulama bulan yaniletken maddelerde bu tek-kristalli yapi goniliir
ve buna ck olarak yapirun periyodikligi, katktlama silrecinde katkrlarin yaprlmasryla onernli olyilde degismez .
Sirndi de atomun kendisinin yaplSlm inceleyelim ve maddenin elektriksel kanasrl etkileyebileceginc bakalirn. Bildiginiz gibi atom iiy terncl
rakteristliklerini
oz
paryactkta~ ol~~ur: Elektron, proton ve notron. Atornik orgtlde, notronlar ve protonlar cckirdcgi olusturur, elektronlar ise cekirdek etrafmda sabit bir yorungede
d_ola~ir. En yaygm olarak kullarulan yaniletken maddclcrdcn gcrmanyum ve silisyumun Bohr modelleri, ~ekil l .3'de gosterilrnistir.
~ekil l.3a:d_a gosterildigi gibi germanyum atornunun ~2 adet yorungesel elektt'onu_ varken, silisyumun 14 adet elektronu vardir. Her bir durumda, en dt~ (valans)
~a~ugunda 4 elektron bulunrnaktadrr, Bu dort valans elektronlarmdan herhangi binm uz~la~tirma~ icin gerekli olan potansiyel (iyonizasyon potansiyeli) yapidaki
herhangi baska bir elektronu uzaklasurmak icin gerekenden daha azdir, Saf bir ger'.11~ny~m ~ey:_si~s~um kristalinde bu dort valans elektron, Sekil l.4'de silisyum
1ymgostenld1g1 gibi, 4 kornsu aroma baglidir, Hem G. hem de S;, dart valans elektrona sahip oldugu icin tetravalans atomlar olarak arnhrlar.
-J-L-J-L-J-L
J~·trD~t
j~[J~[J~t
(b)
S<kil 1.3
Atomik Yap, (a) gcnnanyum (b) silisyum
Si -
- Si -
r-11-11·-,
-
Si
Seki! 1.4
-
-
Sili,yum atomun kovatent ba~laisn11.
Bu elektronlann paylastlmastyla olusan bu tilr baglara k~valent bag denir. Her
ne _kadar kovalent bag1, valans elekrronlan ile ana atomlar arasmda daha saglam bir
baglasuna yo! acsa da, valans elektronlannm dogal sebeplerle yeteri kadar kinetik
4
BiilOm 1
Yanilelken Diyotlar
1~
ENERJiDOZEYLERi
Yahttlmt~ atomik yap1da, ~ekil l.Sa'da gosterildigi gibi her bir yorilnge elektronuyla
ilgili aynk (farkh) enerji diizeyleri vard1r. Ashnda her madde, atomik yapismdaki
elektronlan iyin kendi izin verilebilir enerji "diizeyleri kiimesine sahip olacakt1r.
Elektron, yekirdekten ne kadar uzakta ise, enerji durumu da o kadar yuksektir ve ana
atomundan aynlm1~ olan bir elektron atomik yap1daki herhangi bir elektrondan daha
yiiksek bir enerji durumuna sahiptir. Ayrtk. enerji diizeyleri arasrnda, yal1ttlm1§ atomik
yap1 iyerisinde, hiybir elektronun goziikemeyecegi bo~luklar vardH. Maddcnin atomlan kristal orgii yap1sm1 olu~turacak ~ekilde birbirine yakla§Ukya atomlar arasmdaki
etkile§im, bir.atomun belirli bir yi:iriingesindeki elektronlarm kom~u bir atomun ayn·1
yiirilngesindeki clektronlarrndan biraz daha · farkh enerji dilzeylerine sahip olmas1
Biili.im 1.3 Enerjl Di.izeyleri
5
Enerji
sonucuna yol acar. Toplam sonuc, valans elektronlan iyin miimkiin olan enerji durum!anna iliskin aynk diizeylerinin, §ekil l.5b'de gosterildigi gibi, bantlara yayilrnasidir. Yine de atomik orgudeki herhangi bir elektronun bulunabilecegi smir
diizeyleri ve maksimum enerji durumlannm oldugunu ve valans bandiyla iyonizasyon diizeyi arasmda yasak bir bolgenin kaldigm: unutmaym. lyonizasyonun,
bir elektronun atomik yapidan kopup, iletim bandmdaki "serbest" tasiyicrlara katilabilecegi kadar enerjilendirilmesini saglayan mekanizma oldugunu haurlaym,
Enerjinin elektron Volt (eV) birimiyle olytildiigiinii goreceksiniz, Bu olytim birimi
uygundur, c;ilnkil
Vala.ns seviyesi
(yorUnge elckttonlan i~ercn cm dl~ kabuk)
Encrji bo~lugu
1---------H2. Seviye
(atomlk yapidald bir sonrald kabuk) ·
Enerjl~lugu
3. seviye
us
(vs.)
:,,.
+
...
ti
Il
£1> SeV
• •bandi•
• Valans
Q. veya Q = It
:t
(1.2)
~1y1c1 var d 1 r.
I
• • •
~I
V alans bandl
tlctim
bandi
• • • •
,--
BandlarO
llstcblner
V alans bondi
.. c
u
- ..
<
~'iS
E1= l.leY
(Si)
E, = 0.67eV (Ge)
Yan [letken
hetkcn
(b)
Boliim 1 4'de oz y~uletken malzemelere bazr katkilar yap1ldtgrnda,
.
,
. .
.
..
yasak bantta izin verilebilir enerji durumlan ve her iki yaniletken malzeme. icm
Es'de net bir azalma dogacak, sonuc;ta oda sicakhgmda iletim bandmda artan bir ta-
(1.3)
§ty1c1 yogunlugu olacaknr,
A§ag1daki tarusmada yok kiir,:iik sayilardan kacmrnak icin kiic;iik olr,:ii birimi
kullarulacakur,
0°K veya mutlak sifirda, yaniletken malzemelerin tUm valans elektronlan valans bandmda bulunurlar. Ancak, oda sicakhgmda (300°K) c;ok sayida elektron iletim bandma girmeye, yani silisyumda 1.1= -eV'luk, germanyumda
0.67 eV'luk
enerji arahgim atlamaya yetecek enerji rniktanm alrms olacakttr. Germanyum icin
belirgin olarak daha dii§ilk ol~1E8,.oda sicakhgmdaki silisyum ile k~~tmld1gmda
bu malzemedeki fazla ta§1y1c1 sayismm nedenidir. Izolator icin enerji bO§lugunun
tipik olarak 5eV'dir.
Cok az elektron oda sicakhginda gerekli enerjiyi alabildiginden, malzeme bir yahtkan o!arak kalmaktadir. Bu nedenle dogal olarak
oda srcakligmda biiyiik bir yuk akI§l veya akmu sagrayacak fazlaca serbest ta-
6
,,:.:
Enorjl
,,.1.;i
, Enerji Dii«yicri: (a) Yallllln>lj alomik yapllarda aynk diixeylet (bl Yalttkan, yan ilclkcn ve ilctkendc
1
iletim \IC vatansbantlan
W=QV=(1.6 x 10·19c}(1 v)
x 10·19 J
,.!!:'
E,
Yahtkan
icin,
1 eV = 1.6
• •
c!
>
Bir elektron ytikii ve l vollluk bir potansiyel farkrru Denklem l.2'dc yerinc koyarsak, bir elekiron volt dcnilen bir enerji dtizeyi bulrnus oluruz. Enerji aym zamanda jul birimiyle olc;Uldiigii ve elektronun yiikii = 1.6 x 10-19 coulomb oldugu
I
band.I
'°"!;
vu
L~~le.
tletJm
.=l
.B
:
. ~ : •• :J;
Enerjl
·A•
P=,VI
I=
•·.
.!! ii
tlctim
band.I
W (enerji) = P (gtiy) · t (zaman)
W=
~ I
-a
Enerji
'
<;:cldrdck
1.4
i<ATl<ILI MALZEMELER-
Yaniletken malzemelerin karakteristlikleri, nisperen' saf yaniletken malzemeye b~z1
katki atomlan eklenerek onemli olr,:iide degi§tirileoilir. Bu katkilar, ancak 10 milyonda J orarunda ekleniyor olrnasma karsm Bant\-ap__1~1~1, ":1~1zemenin elektrik~el
ozelliklerini tiimiiyle degi§tirmeye yetecck olc;iidc deg1§llreb1hr. Bu katk,lama I§·
lemine tabi tutulan yaniletken malzemeye, katk,11 malzeme denir. Y~li!etken ~l~man iiretiminde paha biyilmez onemde iki katlah malzeme vardir: n-up1 ve p-t1p1.
Bunlann her biri, ll§ag1da aynnuh olarak anlatllacaktrr.
BolUm 1.4
B610m 1
Yanlletken Dlyotlar
n · VE p ·TiPl
Katk1h Malzemeler • n-ve p-Tlpl
7
malzemenin ·i.letkenligi onemli
ol,;:iide artmisur, Oda sicakhgmda bir oz Si mal-
zemesinde her 1012 atom icin (Ge i9in I ila 109) yaklasrk bir serbest elektron bulunur. Katki diizeyimiz 10 milyonda (107) I olsaydi, (1012/ 107 = 105) oraru tasiyrci
yogunlugunun 100,000:1 oranmda artngm: gosterecekti,
.,
n-Tipi Malzeme
Hem 11- hem de p- tipi malzeme bir gcnnanyum veya silisyum tabana. onceden belirlenrnis sayrda katki atomu ekJenmesiyle olusturulur. n-tipi malzerne.
antirnon, arsenik ve fosfor gibi bes valans elektronuna sahip (pentavalans) katki
maddeleri eklenerek olusturulur, Bu katki maddelerinin etkileri ~ekil I.6'da
gosterilrnistir (silisyum taban iizerine katla olarak antimon kullarulrmsnr), Dort
kovalent bagm halen mevcut oldqg~na dikkat edin. Ancak, katkt atomundan doIayi ck bir besinci elektron vardir ve belirli herhangi bir kovalent bag ile iliskisi
yoktur. Geri ye kalan ve- ana (antimon) atornuna gevsekce bagh olan bu elektron, yeni olusturulan n-tipi malzeme icerisinde nispeten hareket serbesrisine sahiptir. Eklenen katkt atomu _ni~peten serbest bir elektron katkismda bulundugu
Energy
E1llncelcl gibi
r,
I'
,---,r--'--"--;..;...L-£/;;0.05~V (Si, 0.0leV (Ge)
Vcriti ~rji dilzeyi
!
:;r:
,:.·,,
:.·11·.1~-
$ekil 1.7
Enerji band, yaprs: iizerinde verici kal-
k1s1mn elkisi
p- Tipi Malzeme
oda stcakhginda iletim bandina gecmek icin hi~ zorluk cekmezlcr. Bumm sonucunda oda s1cakhgmda, iletkenlik dilzeyinde cok sayida ta§ty1c1 (elektron) vardir ve
p-tipi malzeme, saf bir germanyum veya silisyum kristaline ii~ valans elektronuna sahip katk.t atomlan eklenerek olusturulur, Bu amacla en sik kullarnlan elementler boron, galyum ve indiyumdur. Bu elementlerden boron'un silisyum taban
uzerindeki etkisi Seki] l .8'de gosterilmistir,
.
Dikkat edilirse, yeni olusturulan orgude kovalent baglan tamamlamak icin yeterli sayida elektron olmadig; gorulecektir, Sonucta ortaya cikan bu bo§luga delik
denir ve negatif yilk olmamasi nedeniyle kucuk bir daire veya matematiksel arti isareti ile gosterilir. Ortaya cikan bosluklar serbest elektronlan almaya hazir oldugundan, eklenen katkilara ahct (akseptor) atomlar denir. Olusan p-tipi maJzeme, ntipi malzeme i~in gecerli olan nedenlerden dolayr, elektriksel olarak notr durumdadrr.
Deligin iletkenlik iizerindeki etkisi ~ekil l.~;da gosterilmi§tir. Eger bir valans
elektronu kovalent bagm1 koparmaya yetecek ki~etik enerjiyi altr ve deligin yaratt1g1 bo~lugu doldurursa, bu durumda elektronu b1rakan kovalent bagda bir delik
veya bo~luk olU§Uf. Bundan dolayt ~ek:il l .9'da da goriildilgii gibi deliklerin hareketi sagdan sola, elektronlannki ise soldan saga dogrudur. Bu kitapta kullamlacak
olan yon, delik ala§ yoniiyle gosterilen geleneksel ala§ yontidiir.
Saf halde, Ge veya Si'deki serbest elektron_ /,if\s1sadece valans bandmda bulunan ve 1s1 veya 1~1k kaynaklarmdan kovalent bag'i'icoparmaya yetecek enerji alan
veya tam ,afs1zla~tmlamamaktan kaynaklanan az say1daki elektrondan olu~ur. Kovalent bag yap1smda geride kalan bo~luklar ~ok s101rh delik kaynag1 durumundad1r.
Bir n-tipi malzemede, delik say1s1 bu oz dtizeyden pek farklila§mam1§Ur. Yani so-
8
Bolilm 1.4 Katk1h Malzemele_r - 1>-ve p- Tipl
n-tipi ma!zemede an!imon katk!SI
i9in bes elektrona sahip katki maddelerine katki atomlan veya donor atornlan
denir. 11-tipi malzemede ,;:o~ · sayida "serbest" tasiyicrlar olusmasina ragmen
rnalzernenin atom cekirdegindeki pozitif yuklu protonlann sayisi ideal yapida
serbest olan ve ycrungede bulunan negatif yiiklil elektronlann sayrsina esit
oldugundan, elektriksel clarak notr durumunda olduguna dikkat ediniz. Bu
katkilarna islerninin nisbi iletkenlik iizerindeki etkisi en iyi ~ekil l.7'dek:
enerji bandi diyagrami ile tarumlanabilir. Yasak bantta E ,'si oz malzerueden
onemli olcude dilsuk olan
bir enerji duzeyinin (donor diizeyi olarak
adlandmltr) ortaya ,;:1kt1gtna dikkat ediniz. Eklenen katkrdan gelcn bu serbest elektronlar, bu enerji diizeyinde kalrr ve yeterli olcude lSII enerji alarak
ay}lk
Boliim 1
Yartiletken Dlyotlar
,
9
Benzer nedenlerden dolayi ahci (akseptor) atom icin de negatif isaret kullamlir.
n- ve P: tipi malzemeler yaniletken elemanlann temel yap; taslanrn olusturur,
Bu boliimiln ilerki kisrmlannda tek bir n-tipi malzemenin p-tipi bir malzeme ile birlestirilmesinin elektronik sistemlerde oldukca onernli bir yaniletken eleman olusturacagmi gorecegiz.
1:5
iDEAL DiYOT
Tanrtacagmuz ilk elekrronik eleman, diyottur. Y aniletken elemanlann en basiti ol-
"";!'
-1
;I
. . . - \ Si- L.-·
-----.jL---- ~-?L~
- Si. . Si -
- L~
~ckil J .S J>-lipi malzemcd~ boron
kutk1s1
Si -
JI=f1;[;[J:L
-:s1-
t: r---------7- \1
-Si-
iM--r-
-·ir·-
-st-
Delikaklfl
Hlelctron'WJI
~\·kif f
.c,
Elcktron..ctelik. aka:p
nui;:t~, el~kt'.~~ s.a~1s1 delik sayisuu fazlasiyla asrnaktadir. Bu nedenle ~ekil l.lOa'da
da ~ostenld1g1 gibi, elektrona r;ogunluk tasiytcts: ve delige de azmltk tastyicts: denir.
~ekil 1.10.b'de bunun tersinin p-tipi malzeme icin gecerli olduguna dikkat edin. Bir
d?nor atornun besinci elektronu ana atomdan ayr1ld.tgmda, geride lcalan atomun net
bir pozitif yiikii olur; bundan dolayi donor-iyonu gtisterimindc
isareti vardir,
art,
Verici iyonlan
- <;:ogwuuk
r-~+A+--::j+...,..,..
lH:- +. ~ +-- _ +
1
,·
Azmhk
-
[. +
I.'..
. ..., +-
+,-
.
+
~1yictlan
~
Allnlak
+: - +· . ~1yu:tla.n
. --:.,
Ab~1 iyonlan
r!·+·.
--1_-+·-··1
_ +
+ '
r·_
-
+
-
.
+
+
-
:~,-1,il
10
1.lfl
elernandrr.
A§ag1da gorecegimiz elemanlann aciklarnalannda kullarulan cesitli harf sembollerinin, gerilim polaritelerinin ve akim yiinlerinin tarumlanrms olmasi onemlidir,
Uygulanan gerilimin polaritesi, ~ekil 1.1 I'da gosterildigi gibi ise, Sekil 1.1 lb'de karakteristigin goz ominde tutulacak parcasi dikey eksenin saguilr. Ters bir gerilim uygularursa solda verilen karakteristikler gecerli olacakur, Diyottan gecen akim, ~ekil
1.1 Ia'daki yonde ise karakteristigin dikkate almacak boli.imii yatay eksenin tisnidur.
(~ekil 1.11) Tcrsine bir durum karakteristigin yatay eksenin alnnda kalan kisrnmm
kullamlmasuu gerektirir. Bu kitapta islenecek diyot karakteristiklerin biiyiik i;:ogunlugu icin ordinat; aktm ekseni, apsis ise gerilim ekseni olacakur,
.
Diyoda iliskin onemli parametrelerden bir tanesi r;:al1§ffia bolgesi veya noktasmdaki direnctir, ~ekil l. l Ia'da i;nin yonu ..ve. ..V J.nin polaritesi ile. tanimlanan
.
+ I.
~
.
d
.-
+
+
+
-\
-·
+
+~-
f
<;:ogWllukta.,iy1C1lm
(a)
masma ragmen, basil bir anahtannkine benzeyen karakteristikleri ile, elektronik sistcmlerde cok onernli rol oynarlar. En basitinden en karmasigma kadar i;:e§itli uygulamalarda karsirmza r;1kacakt1r. Yapisi ve karakteristiklerine iliskin detaylara ek
olarak, veri sayfalannda bulunabilecek cok onemli bilgilerin . ve grafiklerde kullarulan terrninolojinin anlasilrnasrm sagfarnak ve iireticilerden almabilecek tipik
bilgi zenginligini gosterrnek icin bu tiir veri sayfalan da ele ahnacaknr,
Gercek bir diyodun yapismi ve karakteristiklerini incelemeden once, kar§1la§t1rma olanagi verrnek arnaciyla, ilkin ideal diyodabir goz atacagiz, idealdiyot
sirasiyla ~ekil l.lla ve 1.llb'deki sembol ve karakteristiklere sahip iki uclu bir
(b)
.; +
0
.......,
---·-· - o~
ud
0
(b)
(a)
Yanllotken Dlyotlar
1 ·.;
Id
(a)11-tipim.alzemc
Bol!im 1
+
Bol!im 1.s
ideal Diyot
Snkil 1.11 Ideal diyot..
(a) sembol
(b) Karakteristik
11
bolgeyi (Sekil 1.llb'nin sag iist bolgesi) dikkate alacak olursak, Ohm kanunu ile belirlenen ileri yi:in direnci R /nin degerinin;
R1=Y..t_=-·---~~----=OQ
11 2, 3, mA , ... , veya pozitif deger
-
oldugunu buluruz; burada VJ, diyot ilzerindeki ileri yi:in gerilimini ve lf ise diyot'tan
gecen ileri yon akmudir.
Bu nedenle ideal diyot, ileri yonde iletim icin bolgesi icin kisa devre elemanidir (id*' 0).
~imdi ~ekil 1.1 lb'in ters yonde uygulanan potansiyele iliskin bolumune (iictlncil ceyrek) bakacak olursak,
-
./.·
vd
(a)
i,c
id= 0
.• ,:t.
!-,·kil 1. IJ 'Uysulama devrenin nkun yllnUyle bclirlendifinde ideal diyodun (a) ilc1mc ve (b) ile1momo durumt:i;•·
. i~:
sonsuz (oo) kabul edecegiz,
Burada Vn diyot iizerindeki ters yon gerilim ve I, ise diyottan ters yonde akan akrmdir,
Bu nedenle ideal diyot, iletimin 9lmadtg1 bolgede bir a¥1k devre elemamdir (id= 0).
Ozetle Sekil l.12'de gi:isterilen kosullar gecerlidir,
O>------il.i9t---O ~
~-:
(b)
= Cok biiyiik sayr, amacrrnrza uygun olmasi icin
+
Id
id
O
:p,f-
- - - -(a)
~
R, = V, = -5, 20, veya ters yonde herhangi bir potansiyel deger!
i
~
id
1.6
TEMEL YAPI VE KARAKTERiSTiKLER'--":
! ·.
:,
Bu bolurnun baslannda, hem 11- hem de p~tipi malzeme tanrnlrmsu. Yaniletken
diyot, bu malzemeleri, ~ekil I.l4'de gcsterildigi gibi ve bolumiin ileri kisrmlannda
tammlanacak teknikler kullanarak biraraya getirmekle olusturulur (G, veya S; gibi
ayru taban kullamlarak). iki malzernenin "birlestirildigi" anda jonksiyon bi:il-
Kisa devre
(devrcylc suurh)
~-·
(b)
Scki1 1.12
Uygul~nan ong..:,llimlcmeyc
gore ideal diyodun iletme ve ilecmcmc
,J.urumlan.
Genelde, uygulanacak gerilimin olusturacagi akirn yontine Cid) bakarak bir diyodun iletme veya iletmeme bi:ilgesinde olup olmadigrru anlamak nispeten kolaydtr,
Klasik: ala§ yonii (elektron akisirim ters yon!i) icin eger akan akim, diyodun sembolii
iizerindeki ok ucu ile aym yorie sahipse, diyor iletim bolgesinde c;:ah§1yor denir. Bu,
sekil l.13'de gosrerilrnistir,
Pratik bir diyodun gercek yaprsi ve karakteristigi 2. Bolumde anlanlmakradir.
Ileri ve ters yondeki direnclerin degerlerini az i:ince elde edilenlerle karsilasnnn ve
ideal diyodun gercek diinyadakine uyup uymadigma karar verin.
p
Ongerilim yok
)~~ii
12
BolOm 1
Yanlletken
Diyollar
n
I.tr
Bolum 1.6
'd
·,
I l:uici Nl~crilimk..'tllCOinolmad1~1 ,luni od., p·n \uU. ·iyouu
Temel Yap, ve Karakterlstikter
13
gesindeki elektronlar ve delikler birleserek, jonksiyona yakm bolgede bir tasryic)
eksilmesine yo! acacaknr, Pozitif ve negatif iyonlardan olusan bu bolgeye, bu bol-
gcnin tasiyicilardan bosaltilrrns olmasi sebebiyle, bosalulmis bolge denir.
Bosalulmis bolgede bulunan n:tipi rnalzemeye ait azmh.k tasiyrcilan. dogrudan ptipi rnalzemeye gececeklerdir, Azfr1hl<- tasiyicilanrun, jonksiyona yakm olrnasi, negatif
iyon tabakasmm o oranda gil9J'u"ohira.k 9ekilrnesine, uza.k olrnasi ise, n-tipi rnalzemcnin bo§altllm1§ bolgesindeki pozitif iyonlan itrne gucunuu o oranda azalmasrna
neden o!ur. Ilerki tartismalannuz acismdan rastgele hareketlerinden dolayi kendilerini
bosalulmrs bolgede bulan n-tipi rnalzemeye ait tiim azmhk tasiyrcrlanrun, p-tipi malzerneye gececegini varsayacagiz, Benzer bir varsayirn, p-tipi malzernenin azmhk ta§Iy1cllan (elektronlan) icin de yapilabilir. Tasryicilann bu sekilde ala§! ,<; ekil 1.14'de
her bir malzemenin azmhk tasryicilan iyin gosterilmistir,
n-tipi malzernenin yogunl~k ta~1y1c1lan, p-tipi malzemedeki notr bolgeye gtiy
edebilmek icin, zr-tipi rnalzemedeki pozitif iyon katmanm cckim giiciinil ve p-tipi
malzemedeki negatif iyonlann olu§(U:rdugu kal.kam asmak zorundadir, Anc~k n-tipi
malzemedeki_ yogunluk tasryrcilanrun sayisi o kadar bilyiiktiir ki, kacirulmaz olarak
p-tipi malzemenin bosalnlrms bolgesine gecebilecek ycterlilikte kinetik enerjiye
sahip cogunluk tasiyic; sayrsi 90.k az olacaknr, Yine, aym olay p-tipi malzernedeki
9ogunluk tasryicilan icin de dil§iiniilebilir. Sonucta ortaya 91kacak cogunluk ta§ty1c1larmm akis. da, !;iekil 1.14'de gosterilmistir,
Sekil l.14 dikkatlice incelendiginde, akis vektorlerinin nisbi biiyilkli.iklerinin,
her yondeki net a.kl§ sifir olacak §Ckilde oldugu ortaya crkar, Vektorlerin bu sekilde
birbirlerini gtitiirmeleri kesik 9izgilerle gosterilmistir, Bilyiikliiklerin birbirlerini goturmeleri icin e§it olmasi gerekmedigini ve her malzerne icin katki diizeylerinin
delik ve elektronlarm esit olmayan tasiyici- akisiyla sonuclanabilecegini gostermck
_ icin dclik akisrru temsil eden vektor, elektron akisma ait olan vaktordcn daha uzun
'yizilmi§tir. Ozetle, gerilimin uygulanmadtgi durumda herhangi bir yone olan net yuk
akts: stftrdtr.
T-.,;·:;.ine bnr1eri!imleme
etkin olarak srfira inidirecektir (!;iekil 1.15).
Anca.k bo§allllm1§ bolgeye giren azmhk ta§1y1c1lann say.ts1 degi§meyecek, bu
da ,<;;ekil l.14'te verilen ve gerilirnin uygulanmad1g1 durumla aym bilyilkliikte azmb.k
ta§1y1c1 ak1§ vektorleriyle sonu9lanacakur. Bu ko§ullar altmda ortaya ~lkan ak1ma rers
doyma akmn denir ve s indisi ile gosterilir. Bu alam, baz1 yUksek giiy elemanlan d1§tnda ender olara.k birka~ mikroamperi ll§an biiyiikliiktedir. Terimdeki "doyrna" kelimesi bu ak1mm azami degerine yabucak ul8§mas1 ve tersine ongerilimlerne potansiyelindeki art1§la beraber onemli tilyude degi§memesi ger9egine dayanmaktad1r.
~ekil l.15'de gosterilen durumu tersine ongeril{rr1lqme durumu dcnir.
I~un1ulc - 0
'" . ' . .
'.~_,, . .i
+
i ,,_;
:,
n
p
~-hilu;;
Ttt.re~~1,-rr
jonk-
~iyonu
v
+
ileri Yonde Ongerilimlemc
Dun.:mu
ileri yonde ongerilimleme dururnu, .<;;ekil 1.16'da gostcrildigi gibi, p-tipi malzemeye pozitif potansiyel ve 11-tipi, malzemeye de negatif potansiyel uygulanarak
saglamr (ileridcki tart1~malar ayismdan. ileri tingerilimleme durumunun; ilk harf-
-1,
-------~u);
.
Durumu
_-. ' + - ' - +
+
Yaniletken Diyotlar
w
I ,1•:'J
- + - - +
+ ----+-+_t,
· Boliim 1
.,:..,;.
Aztnbk~1y1c1 ~·-·...-:
- + . - - - .+ .+ + + - ···!
... +...
..._
+ -- + - __ + + + ; + .....;'!
+ + - - - - + ++
- +
-- +----+++_+
__,
-
!;iekil l.15'de gosterildigl gibi p-n jonksiyonuna, pozitif us; n-tipi rnalzcmeye ve
negatif Uy da p-tipi malzemeye bagtanacak §ekilde V voltluk harici bir potansiyel uygulandrgmda, n-tipi malzemenin bo§alUlmr§ bolgesindeki iletime katilmayan pozitif
iyonlarm sayisi, uygulanan gerilirnin pozitif potansiyel tarafma cekilcn s;ok sayrdaki
"serbest" elcktron dolayisiyla artacaktrr, Benzer sekilde, p-tipi malzeme icindeki iletime katilmayan negatif iyonlann sayisi da artacaktir, Bunun net sonucu bosalnlmis
bolgenin genislemesidir, Bosalnlnus bolgenin bu genislemesi, yogunluk tasryictlann
asamayacaklan kadar bilyiik bir engel olusturacak vc yogunluk tasryicisr akrsim
14
.
-1,
+-
+ -
+.-+
- +
+; -
+
~+
+
+
-
+: - + -
+
n
p
+
BolOm1.6
+!"-
v
Temel Yap1 ve Karakterlstlkler
15
halde, dilsey eksenin akmu gi:isrerdigi yaniletken diyotlar da mevcuttur.
Katihal fizigi kullarularak bu diyot akimt ile sicaklik (TK) ve uygulanan ongerilirn (V) arasmda a§ag1daki rnatematiksel iliskikurulabilir:
25
20
(1.4)
(lleri l\ngerilimbo!gcsi)
(5
Burada ls= ters yonde doyma akimi
i ..
k = 11.600!/ 11
.
10
ve id'nin kii9tik degerleri icin Ge'de 71 =l ve Si'de 11 = 2'dir.
s
/d(mA)
60
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
so
.:•.,
r
I
I
..•• J.~-.
v4(volt)
I
I
Eq. (1.4)
<,
-5
40
(Geri ongeriltrnbolgesi)
I
I-
-10
I
i
30
-IS
Ticari piyasada mevcut
tipilc Si iinltesi
T-25°C (Oda s1cakh*1)
i
I
20
l
I
I
I
-20
(ilerfongerilimbolgesi)
-25
30
lerin kar~1hg1 olarak p-tipi malzeme ve pozitif veya n-tipi malzeme ve negatif olarak tamrnlandrgiru hanrlaym). Azmhk tasiyrcisr akisrrun §iddetinin degi~medigini,
buna karsihk, bosalnlnus bi:ilge geni§ligindeki azalmamn, jonksiyon iizerinden
biiyiik _bir 9ogunluk t8§1y1c1S1 akisina yol ayllgma dikkat edin. <;ogunluk ta§1y1c1s1 akrsirun siddeti, ,5ekil l.17 ve $ekil l.18'de gosterildigi gibi ileri ongerilirnlemenin arl!§1yla birlikte ustel olarak artacaknr, ,5ek:il l.l 7'de, cok buyuk negatif gerilimler di- ·
'smda ideal diyotla olan benzerliklerc dikkat edin, Eksen sisteminin ilk bolgesindeki
kayrna vc ii9iincii bolgedeki keskin dii§ti§ bu bolumde inceleneccktir, Tekrnrlamak
gerekirse, ilk bi:ilge; ileri ongerilimleme bolgesini ve ii9iincii bolge de; tersine ongerilimleme bolgesini temsil etmektedir, $ekil l.18'de hem gerilim hem de akirrun boyutlanndaki asm degi§iklige dikkat edin. Bu degi§im, aktrn icin 5000: 1 orarundadir.
Sekil l.18'de gosterildigi gibi, kuciik birimlerin 9ogunlugu icin dusey eksen miliamper cinsindendir. Ancak gunurniizde kihflar 1/4 inch boyutunu ge9medigi
16
Bo!Om 1
Yanllatken Diyotlar
20
10 .
v,1(voll)
Is
2µA
Ilk ~eyrekten
itibaren olyegin
nasrl degl~igine
dikntedin
(Ters 6ngc.. ilim b6lgesi)
3µA
4µA
' .
1:'·
~<·1,il I .IX
Yoriilelkcn ;liyo1 (S;)kurnk1eris1ifi.
ve hem G, hem de S; icin karakteristigin dusey lasmmda r, = 1,
TK=Tc+273°
(TK=°K,Tc=°C)
Bol!im 1.6 Temel Yap, ve Karakterlstlkler
17
Bunun yanmda, V'deki arnsm, /'mn·da iistel bicirnde artrnasi sonucunu doguracagina
dikkat edin. Piyasadan alman bir silisyum (Si) diyodun tipik ozellikleri; yaniletken
malzemenin giivde veya kiitle direnci ve yaniletken malzeme ile d.t~ rnetalik ilctkcn
arasindaki temas direnci nedeniyle, !jekil l.18'deki ozelliklerden biraz farkli olacakur, Bu direncler egrinin, !jckil"lJ8'de kesik yizgi boyunca ileri ongerileme bolgesine dogru hafifcc kaymasma yol 'a9acakt1r. Yapim teknikleri ilerledikce ve bu istenmeyen direnc diizeyleri dii~iitiildiikye, ticari olarak satin almabilen birimler
Denldem (1.4) ile tarumlanan karakteristlige yaklasacaknr,
(1.4)'nolu denklemin pratikte ·~-ekil l.18'in egrilerini temsil ettigini gostermek
uzere, 0.5V'Juk ileri ongerilimlem1tvoltajmm oda sicakhginda (25°C) yaratacagi I
akimiru bulahm.
..- .. ,,.:"
I)
:,. : '.
I,i;,;-1,:µA = l x 10·6 A
···;r!
·,;
ti.
·
Tk ==Tc+ 273 ° = 25° + 273 ° = 298°
.· :·i '. ;iJ~ ~ .
k(Si).;;;.},+,pOO.= 5800
2·
kV = (5800) (0.5) = 9_732
TK
298
· l:;: ls(e9·132 - l):;: (1 x 10·6) ( 16848 I ;;; 16.8 mA
sabit gcrilim ctkisi, diyot uzerindeki ters yonde biiyiik bir ongerilim duzeyinden kaynaklanmakradir, Uygulanan ters yonltl potansiyel, negatif yonde daha da arunldikca, az
sayidaki serbest azinhk tasryicismm, iyonizasyon yolu ile ck tasryicilan serbest hale getircbilmeyc yetecek hiz kazandiklan bir noktaya ulasilacakur, Yani, valans elektronlan
ile 9arp1§acak ve bunlara ana atomdan kopmalarnusaglayacak yeterlilikte enerji aktaracaklardir. Ardmdan bu ek tasryrcilar, yiiksek.bir fig akimimn olusturulup, fig ksnlma bolgesinin belirlendigi nok.taya kadar iyonizasyon siirecinc katkida bulunabilirler.
<;1g bolgesi (Vz), p- ve n- tipi malzcrnelerdeki katki diizeyleri yiikseltilerek
dii§ey eksene daha da yaklastmlabilir, Ancak,,Yz, .~n1egin - 5 V gibi cok dii§iik duzeylere indikce, Zener kirtlmasi denen baskabir.mekanizma karakteristiktcki keskin degi§ime katkida bulunacakur, Bu olay, jonksiyon bolgesinde, atomdaki baglan
koparabilecek ve tasiyic; "uretilebilecek" giiylii bir elektrik alarurun bulunmasmdan
kaynaklamr. Herne kadar Zener kmlmasi anp,~ dii§iik Vz diizeylerinde onernli bir
katki durumunda olsa da, karakteristik uzerinde, herhangi bir dtizeyde keskin degi§imin oldugu bolgeye, Zener bolgesi, ve p-~-jo'nksiyonunun karakteristiginin bu
ozgiin k1smm1 kullanan diyotlara da Zener di7otlari denir. Bunlar 3. Boliimde aynnt1h olarak anlaulacaklard1r.
id (mA)
I):;: I ~.848 x ~ ~-3
Sicakhk, diyottan akan alam iizerinde belirgin bir etki olusturabilir. Bu etki, 1.4
no'lu denldemdeki TK faktoru ile aylkya belli olmaktadir. Degisen TK'nin etkisi
boliirn sonundaki problemlerde ileri ongerilimteme durumu icin belirleneccktir. Tersine ongerilimlcme bolgesinde, ters yiinde doyma akinu Is'nin, sicakhktaki her
lS
J0°C'lik degi~im icin siddetinin hemen. hemen ikiye katlandigt deneysel olarak gorillmiistiir, Ornegm ls degeri 25°C'de I veya 2 µA diizeyinde olan bir germanyurn
diyodunun 100°C de, 100 µA~ 0.1 µA'lik bir kayak alama sahip olmasi olagand1§1
JO
Yaniletken Diyotlar
Si
1
Yz (Si)
I
I
I
1
/i
5
ls (Si)• 10 nA
ve
BolOm 1
I
I
.j
I
deg.ildir. Tersine ongerilimleme bolgesinde bu §iddetteki alam duzeyleri, tersine ongerilimleme bolgesinde gormek istedigirniz acik-devre durumunun gerceklesmesine
golge dii§iirecektir. Silisyum'!tipik ·d~iederi, benzer gui
akim duzeylerinde germanyumunkinden cok daha dii§iiktiir. Bunun sonucu olarak yuksek sicakhklarda
bile silisyurnun ls degerleri, germanyumda gorulen yiiksek degerlere ulasmaz ve bu
da
silisyum elemanlann tasanmda daha yOk kullamlmasmm en onemli nedenlerindendir. Temelde, tersine ongerilimlerne bolgesinde acik devre esdegeri, her
sicakhkta silisyum ile germanyumdan yOk daha iyi gerceklestirilmektedir,
~ekil l.19'da vcrilen, V. ters yonde ongcrilimlerne potansiyeli altmda (Z, Zener
admm b~ harfidir) karakteristigin nasil keskin bicimde dcgi§tigine dikkat edin. Bu
I
L
25
20
18
I
I
30
_,./
Vz (Ge)
O. J 0.2 0.3 ·0.4 O.S 0.6
t
ls (Ge)
2µA
I
Yr (Ge)
oi7 0.8
''d(voll)
Vr(Si)
41,1A
6µA
Si
~('!,II l, 19
Ge
Si ve Ge yaniletken diyotlannL:al}1l~l1nlm,1~1
BoJOm 1.6
Temel Yap, ve Karakteristikler
19
Ters gerilim bolgesine ili§kin karakteristikte gorulen keskin degisrnenin. herhangi bir sisternin cevabmi tiimiiyle degi§tirrnesi istenmiyorsa, soz konusu ya., niletken diyodun Zener bolgesinde ~ah§1lmamas1 gerekir. Bu bolgeye girmeksizin
uygulanabilecek malcsimum tersine ongerilimleme potansiyeline, ters tepe gerilimi
• (veya basitce PIV degeri) denmektedir. Eger bir uygularnada tek bir i.initenin saghyabilcceginden daha fazla bir PIV degeri gerekiyorsa, ayru karakteristige sahip birkac diyot seri sekilde baglanabilir. Diyotlar paralel baglanarak da, a.lam tasima ka-
1.7
DC VE.VA STATit< DiRENt'.;
I
Diyodun, belirli bir r;ah§ma noktasmdaki direncine de veya statik direnci denir. ~u
sekilde hesaplamr;
(1.5)
~ohm
~
pasitesi arnnlabilir,
~ekil l.20'deki ideal diyot icin, i,1 = 20 mA'deki de direnci;
Germanyum-Silisyum
Ka_r~1la~t1rmas1
Silisyum diyotlann, geneldc gerrnanyum diyotlara gore daha yiiksek bir PIV ve
akim degeri ile daha genis bir sicakhk arahg1 vardir. Silisyum icin PIV degerleri
1000 V'a yakm olabilirken, germanyurn icin maksimum deger 400 V'a yakmdir. Silisyurn, 200°C'ye kadar sicakhklarda kullarulabilirken, gerrnanyumda maksimurn Stcakhk cok daha dii§tiktiir (100°C). Ancak germanyuma kiyasla silisyumun dezavantaji, Sekil l.l8'de de goriilecegi gibi, yukari sahmm bolgesine ulasmak icin
daha yiiksek bir ileri ongerilim diizeyinin gerekli olmasrdir. Piyasadan satm alman
silisyurn diyotlarda bu deger 0.7 V iken, gerrnanyum diyotlar icin 0.3 V'tur, Silisyumdaki daha yiiksek saprna temelde (I-4) denklemindeki 1J faktorunden kaynaklanmaktadir. Bu faktor egrinin sneak dii~iik akim diizeylerindeki scklini be'Iirlernede rol oynar. Egri dikey olarak yiikselmeye basladiktan soma, Tl katsayisi I'e
iner (germanyum icin siirekli deger). Bu, sapma potansiyeline ulasildigmda egrilerin benzerliklerinden gorulebilir. Bu yiikselmenin ba§lad1g1 potansiyel genelde
sapma, esik veya atcsleme potansiyelr olarak amhr. S1k stk, belli bir niceligi tamrnlayan bir terimin ilk harfi, bu niceligin gosteriminde kullamhr. Ancak baska terimlerle, ornegin ytkl§ gerilimi (V0) ve ileri yonde gerilim (VJ) ile dogabilecek kafl§tkl1g1 en aza indirebilmek icin, bu kitapta, "esik" (threshold) kelimesinden
Roc=~=_Q_=On
lo 20mA
beklendigi gibi; buna karsrlik silisyurn diyodun de direnci ise;
Roe= Vo= _QJL_= 40 Q
lo 20mA
id= 20mA'de ideal diyodun direnci On olarak kahr, ancak simdi silisyum diyodun
direnci;
Rdc =Vo=~= 250 Q olarak bulunur.
lo 2mA
Sonuclar, ileri ongerilimleme bolgesindeki bir diyodun de direncinin, daha yuksek
gerilim ve akimlara yaklasukca azaldrgim gostermektedir,
va= -lOV'daki ters yonde ongerilimleme bolgesinde ideal diyodun direnci, teorik
olarak (acik-devreye karsihk gelecek sekilde) soosu:z.dur ve §U formulle hesaplarur:
turetilerek Vt sernbolu benimsenmistir.
30
Kisaca:
-
20
Vr=0.1 (Si)
Vr= 0.3 (Ge)
10
Acikca gorulebilecegi gibi yukan salrmrn, dikey eksene ne kadar yakmsa, eleman da
o 51,;iide "ideal" olacaktir. Ancak germanyuma ktyasla silisyumun diger karakteristikleri onun dcari elemanlannm r;ogunlugunda tercih edilmesini sag-
I
....!.--____....
Boliim 1 YaniletkenDlyotlar
;!
O
2 µA
0.5
I
I
I
0.8
v,1(volt)
Silisyum
lamaktadir.
20
SUil.')'Ulll
------
asrem 1.7
DCveya Statlk Dlren~
21
Diyod kamkteristigi
Silisyum diyodun direnci ise,
Rdc= .!'.'.Q= -=.J.Q_=
ID -2 µA
5 Mil
ki bu da bircok uygulama icin kesinliklc bir acrk devreye karsihk gelir.
Bclirli bir yah§ma noktasinda de direnei bulundaktan sonra, diyodun yerine
~ekil l.2l'de gosterildigi gibi bir direnc elernarn konularak analize dcvam cdilcbilir.
akun duzeylerindc ac direnci cok daha biiyiikken, karakteristikligin diisey yiikselis
bolgesindeki ac dircnci oldukca kiiciiktiir.
1.8
AC VEYA DiNAMiK DiRENc;
CJl~:\EK
Seki! l.20'den acikca gorulebilecegi gibi bir diyodun de direnci, soz konusu noktayi
cevrelcyen bolgedeki karakteristigin biciminden bagrmsrzdir. Dogru gerilim yerine
sinusoidal bir giris uygulandiginda durum tamamiyle degi§ecektir. Degisken giris,
karakteristigin bir bolgesindc anhk 9ah§ma noktasmi a§agiya-yukan harekct ettirecek ve ~ckil l.22'de gosterildigi gibi akirn ve gerilimde ozel bir degi§imi gosterecektir, Degi§ken bir sinyal uygulanmadrgi takdirde 9ah§ma noktasi, uygulanan
de diizeylcri tarafrndan belirlenen ve ~ekil 1.22 gosterilen Q-noktas1 olacakur, Qnoktasi terimi "hie degi§Jneyen duzey" anlamina gelen quiescent (siikunct) kclimesinden turetilmistir.
Q-noktasindan geyen egriye 9izilen tegel, diyot karaktcristiginin bu bolgcsl i9in
ac vcya dinamik direnci hesaplarken kullarnlabilecek akun ve gerilimdeki degi§iini
tarumlayacakur, Denklem §eklinde yazrnak gerekirse:
(1.6)
1.1
~ckil l.23'deki karakteristik icin:
(a) 1. bolge icin ac direncini bulun.
(b) 2. bolge icin ac direncini bulun.
(c) (a) vc (b) krsimlannm sonuclanru karsilasunn,
<;oziim:
(a) I. bolge icin
~vd
ve
= 0.72 - 0.57 = 0.15
v
Md= (6-2) mA = 4 rnA
r,11=6V!£=0.15V::37.50
M,r
4mA
(b) 2. bolgc icin
6Vd: 0.8 - 0.78 = 0.02 V 6/J= (30- 20) mA = JO mA
Egim nc kadar dik ise, Afd'daki ayrn degi§meyc karsilik ~Vinin degeri o
kadar clii§iik vc dolayisiyla direnc de o kadar kucuk olacaknr. Dolayisryla dii§iik
22
BolOm 1
Yaniletken Dlyotlar
ve
rc1i=o.02v
lOmA
B610m 1.8
=2n
AC veya Dinamik Direni;
23
Ge ve Si icin karakteristigin dii~ey-yiikseli~ bolumunde T/ = 1 koyarsak
k = 11.600
T/
30
= lL..2QQ.= !l.600
.I
elde edcriz ve oda sicakhgmda,
----------------
TK =Tc+ 273° = 25° + 273° = 298°
2
25
boylece
w ---------------
TK
298
JJL= 38.93/
ve
15
:, s.= !.l...QOQ.= 38.93
sonucunu buluruz.
dV
Sonucu bir direnc oraru (R
= VI[)
dV
di
10
s
veya
elde ctmek icin cevirirsek
= 0.026
I
rJ=dV = 26mV
di
lo (mA)
'--------~
0.1 0.2 0.3
0.4 0.5 0.6 0. 7 0.8 0.9
1
v,i(vo)l)
~d,il l.lJ
(c)
rd,: rd2 oraru
= 37.5: 2 = 18.75:
1.
Diferansiyel matematikte, bir fonksiyonun bir noktadaki tiirevinin, o noktadan
cizilen bir tegetin egimine esit oldugunu ifade eden bir Lamm vardir, Bu nedenle
~ekil l.22'de tarumlandig) gibi, (1-6) denklerni esasta fonksiyonun, Qscahsrna noktasmdaki turevini alrnaktadir. Yaniletken diyot icin gene! denklemin [Denklem
(1.4)] uygulanan ileri ongerilime gore tiirevini bulup sonucu tersine cevirecek olursak, bu bolge icin dinamik veya ac direncinin denklcrnini buluruz, yani, Denk.
( l.4 )'un turevini uygulanan ongerilerne gore ahrsak §U sonucu elde ederiz:
Ge,Si
[Denklem (1.7)] elde ederiz,
.
Denklem (l.7)'nin onemi acikca anlastlrnahdir. Denklern, dinamik direncin,
diyot akimirun sukunet degerini esitlikte yerine koyarak hnlunabilecegini gostennektedir. Karakteristigi onceden bilmeye veya Denklern (1.6) ile tarumlandigr
gibi teget yizmeye gerek 'yoktur.
·
.
Denklem ( I.6)'dan, egrinin seklinin dinamik direnc uzerinde bir etki yaratacagiru anlryoruz. Sekil l.18'deki silisyum ve germanyum egrilerinin, dusey
yukselisledne basladiktan sonra neredeyse
aym olmalan gerceg],
Denklem
(l.7)'nin isaret ettigi gibi her biri icin dinarnik direnc denklerninin aym olmasi gerektigi sonucunu akla getirir.
~ekil l.18'de de belirtildigi gibi, yaniletken elemanm govde ve tcmas direncinden dolayi ticari bir elernamn karakteristikleri, Denklcrn 1.4 ile be·
Jirlenenlerden kii<;:iik farklihklar gostermektedir. Bu ek direnc diizeyi, Denklem
(l.8)'de gosterildigi gibi Denklem l.7'ye r8 olarak adlandinlan bir faktor ck·
lenerek dahil edilebilir.
ve
r'J= 26mV +r8 ohmdur
diferansiyel matematigin bazi temel kurallarim uygulayacak olursak geneldc [.,'den
cok cok buyuk oldugundan I, ihmal edilebilir,
a.; ...L1
dV
24
(1.7)
(1.8)
lo(mA)
Ohm birimiyle olyiilen 1·/J faktoru, yiiksek guce sahip elernanlar icin tipik olarak 0.1
degerinden, bazi gene! amach dii~iik gii9te diyotlar icin 2 degerine kadar de-
TK
Bolurn 1
Yarriletken Dlyottar
BolOm 1.8
AC veya Olnamik Diren~
25
gi§ebilmektedir.
Yapirn teknikleri gelistikce,
bu ek faktoriin onerni azalacak ve so-
~unda_ ih'.11al·e·dile':k 0,-7) dcnklemi uygulanacakttr. /o'nin mA olarak degerleri icin
ilk tcnrrun birirnleri rll ile aymdir: Ohm. Dii§iik akrm diizcylcri icin Denklern l.8'in
ilk terimi elbette ag1rhk!t olacakur ..
lo= 1 mA
oldugunu varsayahm.
r0=2D.
O halde
r~ '= 12. + 2 = 0.5 + 2
52
= 2.5 D.
Daha yiiksek akim diizeylerinde ikinci terim ag1r basacakur.
oldugunu varsayalim.
ORTALAM/\
AC DiRENCi
Giris sinyali ~ekil l.24'de gosterilen turde bir sahrum iiretebilecek yeterlilikte
lo= 52 mA
r,i = 26 + 2 = 0.5 + 2 = 2.5 D. olur.
52
~1:
Ornek 1.1 iyin 25 mA'daki ac direnci 2D. olarak hesaplannusu. (J.7) denklemini
kullanarak
degerin] elde cderiz.
Bu l
nkadarhk
F
I
(1.9)
ti!,,~
~ekil I.24'te, I bolgesiyle gosterilen durum icin,
fark, r0'nin katkrsi olarak dii§ilniilebilir.
lo= 4 mA'da ac direnci 37.5
lamrsak,
isc,
bu bolgede elernarun direnci, ortalarna ac dircnci olarak arnhr. Ortalama ac dircnci,
tamm gereg! giri§ gcriliminin en yilksck ve en diistik degerleriyle bclirlencn kesisrne noktalan arasinda cizilen diiz bir 9izgi tarafindan belirlcnen dircnctir. Esitlik
olarak (Sekil l.24'c bakm)
ve
O haldc
ruzca ara akim djizeyleri durumunda ortaya 91k1yor. Dii§iik akirn duzcylerinde 'B degerlerinin her ikisi de onemsiz faktor olacakur. Daha yiiksek duzeylerde direnc diizeyi diger seri elemanlara kiyasla oylesinc kil9iiktiir ki ihmal edilebilir. Konumuz ay1sindan, ornek olarak secilen rs degeri dogrudan alum diizeyi ile iliskili olacakur;
yuksek akimlarda 0.1 .Q gibi minimum bir degerden, dil§iik akimlarda 2 n gibi maksimum bir deger arasmda yer alacakur, Deneyimle birlikte, hangi degerin secilrnesi
gcrcktig], haua bunun onemli bir faktor olup olmadrg; sezgisi de birlikte gelisccektir,
Ozetlcmck gcrekirse, bir diyodun statik veya de direncinin tiimiiylc, calrsma
noktasi ve dinamik direncinin ise soz konusu bolgede ki cgrinin bicimi tarafindan
bclirlendigini haunruzdan crkarmaym.
n olarak
hesaplanrmsu. (1-7) denklemini kul-
r
- .1 V,1
.1/,1
m1.-
I
nok.-nok.-
- __Q,_85
- 0.6
(5-0.75)x 1()-3
0.25
=
58.s n
4.25 x 10-3
Id (mA)
:f-----------j/
rd=-~.-= 2fu:n.Y._= 6.5 D.
Io(mA)
25 mA
sonuc~nu buluruz ki bu da 37.5 'dan oldukca farkhdir. Ancak, (1-7) ve (1-8) denklemlenntn sadece karakteristiklerin 17 = I oldugu dusey yukselis krsrm icin tarumh
oldugunu unutmaym .
·
. .
4
3
Hangi rs degerinin secilmesi gerektigi sorusu gilndeme gelcbilir. Bazi elemanlar
2
Iym 2 n miikemmel bir secirn olacaknr, digerleri i9in ise l n yaklasik ortalamasr daha
uygun olabilir: '.akat 2 n degeri, her zaman icin en kotu-durum tasarun yaklasirm olarak kullamlabilir. Ancak giiniimiiz teknolojisi genelde ortalama 1 .Q degerinin daha
uygun olacag: bir noktaya gelmis goriinilyor. Tabii ki dogru degcri secrne sorunu ya!26
Solum 1
Yaniletken Oiyotlar
0
BolOm 1.9
0.5
o,rt,itam,a AC Direnci
Sekil 1.24
Ortalama ac direnci
27
IL Bolge icin
L1Vd·1
Fort, = -- ,
,1Jd
=
nok.-nok.
07· - 0
(r.z -o)«
10-3
= 583.3 Q
Egri boyunca ~ag1ya dogru ilerledikce direncteki onernli arusa dikkat edin. Dusey
eksenin akrmr Akmun ve yatay cksenin de gerilimi gosterdigi egrilerde, bolge ne
kadar yatay ise direncin de o kadar yilksek olduguna dikkat edin. Veya tercihe bagl:
otarak, bolge ne kadar dikse direnc de, o oranda dil§iik olacaktir.
Ortalama AC direncine iliskin bu tarusrnada, elernan ile ilgili direncin, karakteristigin tiimilyle de,~il,sadece soz konusu bulge ile belirlendigine dikkat ediniz.
1.10 E?DEGER DEVRELERDiYOT MODELLERi
Esdeger devreler, eleman, sistem v.s.'nin gercek u9 karakteristiklerini en iyi temsil
edecek uygun bir elemanlar kombinasyonudur. Yani, bir kez esdeger devre belirlendiginde, elernarun sembolii semadan cikarulip yerine; sistemin gene! davrarusi
onernli olcude etkilenmeksizin esdeger devre konabilir.
Bir diyot icin C§deger devre clde etme tekniklerinden biri, Sekil l.25'dc gosterildigi gibi, duz-cizgi parcalan (segrnanlan) ile elemarun karaktcristiklerine yaklasrnaya cahsmaktadrr, Bu ttir e§deger devreye, parcali do.~rusal e~de.~er devre
denir. Egrilerden de goriilecegi uzere duz-cizgi parcalanrun olusturdugu karakteristik ile esdeger devre arasmda tam bir esdcgerlilik saglanamaz. Ancak en
azmdan uc; davraruslan icin bir ilk yaklastm saglayacakur. Her durumda secilen direnc, Denklcm (1.9) ile tammlanan ortalama ac direncidir, Sekil l.25'de esdeger
id (mA)
JO-----'
Tort :
_Q1__ :
IOX 10-3
Jon
devre egrinin altmda gorunmektedir. ideal diyot, elemanda sadece bir yonde iletimin sozkonusu oldugunu ve tersine ongerilirnleme durumunun, acik devre durumu oldugunu gostermek icin konulrnustur,
Bir silisyum yaniletken diyodu,
yaklasik 0.7 Volt'a varmadan iletim
("ate~Jeme") dururnuna gecmedigi icin, esdeger devrede bu degere karsi koyan bir
Vr pi! geriliminin gorunrnesi gerekir. Bu ise, esdeger devredeki ideal diyot ileri
yonde ongerilimlenmcden once, diyot iizerinde dusen toplam ileri yonde gerilimi
VD'nin Vr 'den daha buyuk olrnasi gerektigini gosterir,
Ancak Vr'nin bi~ sistem icerisinde bag1ms1z bir enerji kaynagi olmadigma
dikkat edin. Basirce bir voltmetre, yahulrms bir silisyum diyot iizerinde Vr =0.7
V'lik bir gerilim dti§iimii gostermeyecektir, Bu sadece, yaniletken diyoda iliskin
yatay kaymayi temsil etrnek icin yararh bir aracur, R0,1. degeri genelde sadece bilgi
sayfalannda verilen birkac sayisal deger kullamlara.k hesaplanabilir. Bu nedenle
bu hesaplar icin tilm karakteristige genelde ihtiyac duyulmaz. Ornegin bir yaniletken diyot icin l V'ta Vp = lOmA ise karakteristik yilkselmeden once silisyum
icin 0.7 volt'luk bir kayrnarun gerekli oldugunu biliyoruz, buradan:
t'ort.
= l - 0.7 = _JlJ_ == 30
IOmA
lOmA
.
Q
sonucunu buluruz.
Bircok uygulama icin rort. direnci, devrenin diger elernanlanna kiyasla gozardi edilebilecek kadar kti9ilktiir. Rjdeger devreden rorr.'11111 cikartrlrnasi, diyot karakteristiginin ~ekil _I .26'da gosterildigi gibi oldugunu soylemekle aym §Cydir. Gerc;ekten de bu yakla§im yan iletken devre analizinde s1k9a kullamhr. indirgenmi~
e§deger devre aym §ekilde gorillmektedir. ~ekil, d.c §artlanndaki bir elektronik sistemdeki ileri yonde ongerilimlenmi~ bir silisyum diyodun, diyot ak.Jm1 ne olursa
olsun (tabii ki nominal degerleri i9erisinde)'iletim durumundayken 0.7V'luk bir gerilim dii~iimii oldugunu gosiermektedir.
Aslmda §imdi bir ad1m daha ileri gidip uygulanan gerilimlere layasla 0.7 V'un,
yalmzca ideal diyodu yan iletken elemanm C§degeri olarak blfakarak, c;ogu dummda
goz ard1 edilebilccegini soyleyebiliriz. Bu nedenle sonraki boliimlerde ele almacak
uygulamalann biryogunda komple e~deger devrenin yerine ideal diyotlar kullamlm1§t1r. Dii~iik gerilimler veya seri direnyler hari~ olm:1k tizerc, elde edilcn bu
devre yanltl, higbir zaman gcryek yamttan rok fark!, degiltlir vc c;ok say1da m:i,
O Vr=0.7
1.0
',.
: :Vr
vd
'•
=0.7V
•·
.
<;;:;1; j:J~.·.
0
Ideal
divot
28
Boliim 1
Yaniletken Diyollar
1.2<,
!)ilisyun1 yanilc1ken ctiyOI i~in
k.1smeo do~msal i:~cger dcvreler
~ckil
$ckil 1.25 Ynrtitctken bir diyo1 i~in pnn;al1
dogn1!,:.;•l e~do..!.~er devreler.
O
Bolum 1.10
VT=0:7_V
ud
E~deger Devreier-Diyot Modelleri
29
tematiksel islern yapilmasi, uygulamayi cok karmasrk hale gctirmez,
Cozum:
Endustride "diyot esdeger devresi" terimi yerine yaygm bir terim, diyot modeli'dir;
model, tarum itibariyle mevcut bir elernan, nesne, sistem vs.nin temsilidir. Bundan
sonraki boli.imlerde hemen her zaman sadcce bu terim kullarulacaktir. Aciklik saglamak icin, bir dizi devre parametresi ve uygulamalan icin kullarulan diyot modelleri ve parca bazmda dogrusal karakteristikler, Sekil l .'.27',k ,·,·1 il1111~lll.
Komple:
-
o---f>f--o -
R (devresl)
·~--~
--..-v ... ~
'ort
Ideal
diyot
~· ol
(a) R, diyodun rort. degerindcn 9ok daha biiyiik oldugundan, rort, yaklasiklik
acismdan ihmal edilebilir. Ancak Vr, Vnin %14'i.i kadardir ve bu nedenle hesaba katilmahdrr. Secilcn model ~ekil 1.29'da gosterilmistir,
,, /...
L
Vr
r=
+
V
"d
Vr
SV
.)tkil 1.2')
>>r ..
o---(>f--o
o--j1-1
-
--t~--0
Vr
(b) Uygulanan gerilirn, diyot uzerinde, diyotu kisa devre durumuna getiren bir
gerilim yaratrmstrr, Diyot yerine kisa dcvre esdegeri konuldugunda, !jekil
l.30'daki devre ortaya cikar, buradan da,
Ideal
diyot
V(dcvrosi)>> Vr
R (dcvresi)
>>r,.,
o..--{)1---o
Sekil 1.27
Vn= V - Vr=5 -0.7 =4.3 V
-
O>----~.-.i
..... ----<O
0
Diyot modelleri.
Bunlardan her biri,
ve
Iv= I« = VR = --4,_1_ = 2.15 mA
R 2H2
bu ve sonraki bolumlerde verilen analizdc, bir veya iki uy-
gulamada kullamlacakur.
(>RNEK 1.2
~ekil l.28'deki devre verilrnis olsun:
(a) Verilen devre parametreleri di.izeylerinde silisyum
· modelin daha uygun oldugunu belirleyin.
(b) R direncine iliskin aknn vc gerilimi hesaplaym.
V1·:: . .
~v-~
diyot
i~in
hangi
+
R
~<~ii I.JO
rtN"' 20-U
+
Si
v
30
sv
~ekil l.27'deki modellcrin kullaruldigi bir cok uygulama BoWm 2'.de verilmistir, Bu bolum, oncelikli olarak yaniletken diyotlarm tcmel isleyisi, karakteristigi, modelleri ve yap1m tekniklerini tamtmaya aynlrrusur,
R
Boliim 1
Yaniletken Oiyotlar
Boliim 1.10
E~deger Oevreler-Dlyot Modelleri
31
1.11
SURUKLENME
VE DiFUZYON
Bu harekct yanlizca komsu atomlarrn karsihkh etkilesiminden kaynaklarur; suruklenrne akmunda gereken bir enerji kaynagma burada ihtiyac yoktur, Difiizyon
akirru kavrami, n · ve p-tipi malzemelerde azmhk tasryicisi akrsirun incelemnesincle
onemli bir yaklasirndir. Difiizyon olgusu katkilama islernine yonelik bir teknoloji
olarak da onernlidir ve yaniletken eleman modclleri olusturuldugunda dikkatlice
incelenrnesi gerekir (difiizyon kapasitansi v.s).
(YA YILMA) AKiMLARi
Bir yanilelken malzcme icerisinden yi.ik veya akirrun ak1~1 normalde iki sekilde mumki.indi.ir: Si.iri.iklenme ve difi.izyon. Siiriiklenme akimt dogrudan dogruya bir iletkendeki
yiik akismda karsilasilan mekanizmayla ilgilidir. ~ekil 1.3 l'de gosterildigi gibi ya·
niletken malzemeye bir gerilim uygulandigmda, elektronlar dogal olarak malzernenin
pozitif ucuna cekilirler, Ancak, hareketleri sirasmda karsilasnklan diger atom, iyon ve
rasiyicrlarla carpismalan, Sekilde gosterildig! gibi duzensiz bir dag1hma yol acabilir,
Fakat net sonuc, tasryicilann pozitif uca dogru siirtiklenmesidir.
UygulaDMgcrilim---------
t,
-
+
....
Elektron siiriiklenmcsi
~t·kil LH Surukteome akrrru
Difiizyon aktmi kavrarru ise en iyi §ekilde temiz bir su havuzuna damlatilan bir
damla boya ornegiyle acrklanabilir, En sonunda, boyanm yogunlugu suyun tamamma yayilmis olacaknr, Yogun boyamn koyu rengi, su icerisinde yayildrkca yerini daha acik bir tona birakacakur, Ayru etki, bir yaniletken malzeme icerisinde,
~ekil l.32a'da gosterildigi gibi, bir bolge cok yogun olarak yuklendigi zaman gerceklesir. Elektronlar zamanla ~ekil l.32b'de gosterildigi gibi malzeme icerisinde
dengeli olarak yayilir.
Dcngell clektron dagilmu
·1.12
GE<;i$ VE DiFUZ,YON KAPASiTANSI
Elektronik devre elemanlan yapisal olarak cok yiiksek frekanslara karsi duyarhdir. Xe = l !2rcfC reaktansuun 9ok yiiksek olmasi dolay1S1yl~ _(a91k _de:re ~§·
degeri) alcak frekanslarda gozardi edilebilen sont (paralel) kapasirif etkilerin bircogu, <;ok yiiksek frekanslarda gozard, edilmeyecek diizey!ere cikar, Bu durumda Xe
, yiiksek f degeri nedeniyle dii~iik reaktansh bir "kisa devre" yolu acmaya yetecek
kadar kii<;i.ik olacakur. p-n yaniletken diyodunda gozoniinde bulundurulmasi gereken
iki kapasitif etki vardir, Her iki tip kapasitans hem ileri _hem de geri ongerilimleme
bolgesinde gorulmekle beraber, her bir bolgede biri digerine o kadar baskmdir ki biz
ancak her bolge icin birisinin etkilerini dikkate alacag1z._Geri ongerilimlerne bolgesinde ger;i§ veya bosalalmis bolge kapasitansr (CT) sozkonusuyken, ileri ongerilim
bolgesinde difiizyon. (CD ) veya sak/ama kapasitanst agtr basar.
Paralel plakali bir kondansatoriin kapasitansi icin temel denklemin C = EA!d ile
tarurnlandigrm hanrlaym; burada , aralannda d mesafesi bulunan A alanh iki plakanm
arasmdaki dielektrigin (izolatorun) permitivitesidir (gecirgenlik). Geri ongerilimlerne
bolgesinde ters yiikle yiiklii iki plaka arasmda temelde, bir yahtkan olarak i~lev goren,
bo~alulm1~ (yiiksiiz) bir bolge vardlf. ~ekil l.33'de gosterildigi gibi, bo~alt1lm1~ bolge,
geri ongerilim potansiyelinin artmas1yla birlikle biiyiiyeceginden bum.in sonucunda ortaya 91kan ge9i~ kapasilama dii~cektir. Kapasitansm,uygulanan tersine ongerilimlemc potansiyeline bagh ol111as1 bir dizi elektronik sistemde uygulama alam bulmaktadlf. 3. Bi:iliimde varhg1 1.1111w11en bu olguya bagh olan bir diyot tamt1lacak11r.
C(pF)
I
--~---.---.-----,.--15 ,___
..... , --1
1--+--+--+--t--·----=:
:i---.::·-
1----+--+--+---l--:-:-t----v~---1----+---+----t---1.--10+----~r----l---+--1--+----t---i-·--·--j----
f----t--Ters Ongertlim
(CT) +--+---/,'-1i------
Net diffilzyonakuru
-
O.
~(\kif J.]2
omu~on .,k.11111 taJ ya
niletken malzemcnin bir btiigesim.lcL I
yotun ta11y1c, giriJi; (b) kararf lletkcnlik durumu
32
Bo!Qm 1 Yartlletken Diyotlar
hro ongertlim (Col (V) -25
-20
-15
-10
-5
O
0.25
O.S
$ekil 1.33 Silisyum diyo1tan ~ygulann_n On·
garilim1n tonksiyonu otarak gee,~ ve d1fuzyon
kapasilans1
BolOm 1.12 Ge~i~ve Oifiizyon Kapasitans1
33
. Her ne kadar yukarda tammlanan etki, ileri ongerilimlerne
bolgesinde
necek ve azmlrk rasiyrcilann karsi malzcmede cogunluk rasryicrsi durumuna don·
rneleri icin gereken t, zamam kadar (saklama siiresi) bir siireyle bu olculebilir duzeyde kalacaklardir, Ozunde diyot, devre parametreleri ile belirlenen bir /"'·' ters
akum ile kisa devre durumunda kalacaknr, Bu saklama suresi gectikten sonra akirn,
iletrneme durumu diizeyine inecektir. Bu ikinci sure t, (geyi~ arahgr) ile gosterilir.
Tikanma suresi bu iki arahgin toplarmdir: t.; = t, ·+t1 • Dogal olarak bu olgu yiiksek
hizh anahtarlama uygulamalannda onemlidir, Ticari olarak. saun almabilen anahtarlama diyotlannm yOgu birkac nanosaniyeden, 1 mikrosaniyeye uzanan bir t,, ara
hgma sahiptirler. Ancak yanhzca birkac yuz pikosaniyelik (10-12) t.; degerine sahij ·
birirnler de mevcuttur.
de mevcut
bolgenin hemen disindaki bolgelere elektron puskurtme hrzma bag1mh olan bir kapasitans etkisinin golgesinde kalmaktadir, Baska bir deyisle bu, dogrudan dogruya diyottan ge9en akima bagbdir. Akim §iddetinin artrnasr, difuzyon kapasitans diizeylerinin artmasma neden olacakur, Ancak, akim §iddetinin artmasi, ilgili
direnc diizeylerinin azalmasma yo! acar (kisaca anlanlacagi gibi) ve sonucta yiiksek
luz uygulamalannda cok onemli olan zaman sabiti ( r = RC) asm artmaz,
Yukarda tarif edilen kapasitif etkiler, ~ekil l.l4'de gosterildigi uzere, ideal bir
diyota bagh bir kondansatorle temsil edilmektedir. Ancak alcak veya orta diizeydcki
frekans uygulamalannda (giiy alaru haric), kondansator norrnalde diyot semboliine
dahil cdilmez.
olsa da, bosaltilrms
1.1,1
1..•.1 Gec;i4 vcya <lifUzyon knpa,i.i1nn,.1nm y11nik1kcn diyot Ozcri1)dcki clklslnin clahil t."tlilmesi.
~,·$..ii
1.13
T!KANMA SUFiESi
SICl,l<LIK f.:TKiLER!
Sicakhk, elektronik sistemlerin tasanrn vcya analizinde dikkate ahnrnasr gcreken
cok onernli bir noktadir. Herhangi biryaniletken elemamn tiim karakteristiklerini
etkileyecektir. Bir yaniletken diyotun karakteristiginde oda sicakhginm (25°C) tistiinde veya altmda kalan sicakhk dcgi§imlerinden dolayi meydana gelen degi~me,
Sekil 1.36'da gosterilrnistir, 100°C'de ilcri yonde uygulanan gerilimdeki dii§ii§ duzeyine karsilik, doyma akrmmdaki arusa dikkat edin. Zener potansiyeli diizeyinde
de belirgin bir degisme gorulmckrc.lir.
Norrnaldc diyot bilgi sayfalarmda ureticiler tarafmdan vcrilen bazi vcriler vardir. $u
ana kadar dikkate almadrguruz bu niceliklerden bir tanesi t,, ile gosterilen ukanma
siiresidir. Daha once, ileri ongerilimleme durumunda 1Hipi malzemeden p·tipi malzerneye dogru ilerleyen cok sayida elektron oldugunu ve n-tipi malzemede cok sayida delik bulundugunu soylemistik; bu, iletkenlik icin bir gerekliliktir. p-tipi malzemedeki elektronlar ile 11-tipi malzemede ilerleyen delikler, her bir malzemede cok
sayida azmhk tasryicrs: olusturur, Uygulanan gerilim, geriye ongerllimlerne durumu
yaratmak uzere tersine cevrildiginde, ideal olarak diyotun, iletme durumundan ilet.meme durumuna amnda gectigini gormeyi bekleriz. Ancak her iki malzemedeki cok
.' sayidaki azinhk tasiyicis: nedeniyle diyot, sadece ~ekil l.35'deki gibi tersine do·
12
4
(volt)
Dunun dcgl~ikligi (acik - kapah)
60
.•• . . .
r-r--=------
50
40
I
/--~-----..,/
,
I
I
I
I
I
I
30
.
:
1.5
2
2
3
(µA)
l.;1.·l,ili \ ..•,~ Diyot kar.1ktcris1iklcrindc s1cuk1tga haS,h dcgi~mdcr.
~1·kil
1 •. t.:..
Tikanma si.lrcsinin tammlnnmnst,
Bolum 1 .14
34
Bolilm 1
Yanlletken Dlyotlar
S1cakhk Etkllerl
35
1.15
DiFOZYONLU SiLiSYUM DUZLEM
DiYOT BiLGi SA YFALARI
Belirli yaniletken elemanlar hakkindaki bilgiler, uretici tarafindan genelde iki sekilde verilir. Bunlardan birisi, diyotun cok kisa bir tarurm seklinde olup, birkac sayfada mevcut tiim diyotlann cabucak gozden gecirilmesini miimkiin kilar, Digeri ise
grafikler, uygulamalar vs. gibi rnalzerne de dahil olmak uzere bir elernarun etrafhca
incelenmesini kapsar ve ayn bir btitiinlilge sahiptir. Ikincisi genelde yalmzca ozellikle istendigi zaman saglarur.
Ancak her ikisinde de ortak olan bazi bilgiler vardir. Bunlar arasmda:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Maksimum ileri gerilimi VF (mah) (belirlenen bir akrm ve sicakhkta)
Maksimum ileri akrrru VF (mah) (belirlenen bir sicaklikra)
Maksimum ters akim IR (maks) (belirlenen bir srcakhkta)
Ters gerilim degeri (PIV) veya PRV veya V(BR), burada BR (Breakdown) "kmlrna" sozcugunden gelmektedir (bclirlcnen bir sicakhkta)
Maksimum kapasitans
Maksimum
7.
Maksimum cahsma (veya kilrf) sicakhg: gibi bilgiler sayilabilir,
t,,
Ele alman diyot tiirilne bagh olarak, frekans arahg1, giiriiltii diizeyi, anahtarlama si.iresi, isrl direnc dilz_eyleri ve tekrarlanan tepe degerleri gibi ck veriler de
sunulabilir. Dtisiintilen uygulama icin verilerin onemi genelde kemli icinde acik olacaktir. Eger maksimum giiy veya harcama degeri de verilmisse, asagidaki carpima
esit oldugu anlasilmahdir:
BV ... 100 µA'de 125 V (M!N)(BAY73)
BV ..• 100 µA'de 200 V (MIN) (BA 129)
DO • 35 BOYUTLA.R
-ss·c •
s,cakhkler
Saklama s,cakhk Arahg,
Jonksiyonun Maksimum <;ah,;ma s1cakl191
Bacak s,cakhg,
= Volo
-·
..'!.f
____
Eleman.
Tipi
I N463
IN462
IN459A
TISI
36
IF(mA)
1.0
5.0
100.0
200.0
VF(V)
1.0
1.0
LO
1.0
VsR
(V)
200
70
200
20
R _____
v
µA
175
60
175
10
0.5
0.5
0.025
Solum 1
__M _____
v
175
60
175
µA
30
30
5
Yantletken Diyotlar
04111to.WJDU
.t.Oiito•-,)
·
600mA
fil
1.on(ttl)
iJiiTiiij
;'
Cllla
1.0A
4.0A
MIN
MAKS
0.85
0.81
0.78
0.69
0.67
0.60
0.94
0.88
0.80
0.75
0.68
Ters YOn Akim,
~---
I50°C
100V
180V
200mA
soomA
BAY73
KARAKTERiSTiK
ilori Yon Gerilimi
Maksimum IR
25°C
3.33mwrc
ELEKTRiKSEL KARAKTERiSTiKLER (Aksi belirtllmedlkge 25°C ortam srcakhgmda)
IR
heri Akim
i.. ..
J
SOOmW
Makslmum Gerlllm ve Ak1mlar
WIV
Tars YOnte y3h$ma Gerillmi BAY73
BA129
10
Onalama DOOruttulmu} Akim
IF
iteri Yonde SOrekU Akim
ileri Y6nde Tekrarlamalr Akim Tepe
Degeri
it (§ok)
ileri YMde $ok Akim, Tepe Degeri
Darbe Geni§ligi • 1 s
Darbe Geni}ligi = 1 us
burada Io ve Vo belirli bir cahsma noktasindaki diyot akirm ve gerilimidir; de-
T ABLO 1.2 Genel-Amaeh Diyotlar
,.•
(H.<IO)-
,.i:",t'iiii"ii\
, ,,,
G!lg Harcemas1 (Not 2)
2s•c onam s1cakhg1nda Toplam Maksimum
Gil<; Harcamas,
DOOrusal Gu<; Du§urme FaktOril (25°C'den
itibaren)
SEMBOL
~Dmaks
fil
-aoo'c
+175°C
+260°C
,----
(l. l 0)
a---r
MUTLAK MAKSIMUM ANMA DEGERLERi (NOT 1)
Ktnlma Geriliml
BA129
MIN
c
Kapasitans
Irr
Ters YOnde T1kanma suresi
8.0
0.60
0.51
0.71
0.60
v
v
v
v
v
v
v
10
5.0
nA
nA
µA
nA
µA
v
IR·1~0µA
6.0
pF
VR • 0, f • 1.0 MHz
ps
~. tOmA. Vr-35 V
L • 1.0 • 100 Kn
CL• 10 pf, JAN 256
3.0
-
--·
~-o;.,~:~ade(jerle<i, uterine ~1k1l<!!O,nda eklmaron hasar gilfebilecll\'ji su,r_~rle<dir.
2. BurJar, kararh durum smu ~eridlr. Oarbeveya ~
·~~
TEST KO~ULI.ARI
1.00
0.83
200
125
-
0.78 ·
0.69
1.00
500
5.0
1.0
-
BiRiMi
MAKS
--
IF· 200mA
IF· lOOmA
IF· 50 mA
IF•10mA
If• 5.0 mA
lf-1.0mA
If·.~---VR • 20 V, TA • 125 -e
VR·100V
VR • 100 V, TA· 125°C
VR•180V
VR • ~80 V. T~.- 100°C_
·----
.
dgili i1Jem4erde tabnkaya dani~11ma,1 gerekir,
Seki! 1.37 Fairchild Bay 73. BA 129 yuksek·gerilim, du~uk-ka<;ak ak1mh diyot1a11na ili~kin karakterisikler
(Fairchild Camera ve Instrument Corporalion'un izniyle.)
· ··
--
Solum 1.15
Oiyot Sllgi Sayfalari
37
gi§kenlerin maksimum degeri
TIPtK ELEKTRIKSELKARA.KTER1srtKEGR.tu:Rf
>bl bdlnllmtmlpe lS c •cllwJ>Dda
SICAKLIK KATSA YISINA
BAGU !LERI AKIM
tLERl AKIMA BAGLI
ILERt GERlLlM
500
1
!
,,-
1.0
i
\
.!!- 0.1
I
-~
O.OI O
0.5
1.0
1.0
ii
-:;
it
i
!....
0.1
,.,.
10
,--.....
.!:'- 1.0 '-
.!!- 0.02
0.0 I ........__,__.._...__.__.___,___.__.__,
0
25
50 75 100 125
~
/
100
O.I O
.,,
25
--
--
7'
-
so
75
buyuktur.
Fairchild Camera and InstrurnentCorporation tarafmdan BAY 73 ve BA 129
yiiksek-gerilim dii§iik-ka<;:ak akirnh diyotlaricin verilen bilgilerin tam bir kopyasi
Sekil 1.37 ve l.38'de verilmistir. Bu ornek, bilgi ve karakteristikler icin kapsamh
bir listeye karsilik gelir. Bu bolumde, ortalarna dogrultulrnus akrm, ileri tepe tckrarlamah alum ve ileri sok tepe akimi dismda tiim terimlerin tarurnlannus oldugunu
2.5 3.0
mvrc
ORTAM SICAKLIGINA BAGLI
TERS YON AKIMI
SK
:::vR~12sv
I
IK ~I
...li
5 o.os '-"'--•·-'-- ...·-"--<--'I-
simum anma degerinden daha dii§iik olmasi gerekebilir, Her eleman icin sicakhga
bagh olarak IR'deki arusa dikkat edin. 1N463 diyotu icin bu deger, 30/0.5 =.60 kat
,::
H-
,-
·!---
(1) (1 x 10-3) = I mW (dii§iik giiylii diyot)
Kuskusuz bir eleman, maksimum degerler ile belirlenenden daha dti§iik bir rnaksimum gii~ harcamasma sahip olabilir. Yani gerilim maksimum ise akmun, mak-
\_
1.S 2.0
Tc• SicalcJ1k k11Uy1M •
TERS Y0NDE AKIMABAGLI
TERS YON GER1L1Ml
--
--./-= i\ !::::=
\
Tablo l.2'deki bilgiler dogrudan
llgma clikkat edin,
1N463 diyotu icin maksimum ileri.gerilim ve alum durumunda;
Po= Volo
degerini buluruz,
\
-
10
t
TERS YONDE GERILb:'.
BAGLI KAPASlTANi
I \
100
asmarnasi gerekir,
Texas Instruments, Inc. veri kitabmdan ahnrmsnr. ileri yonde gerilim dtisumunun
l V'u asmadigma, ancak akmun l'den 200 mA'e kadar maksimum degerlere ulas-
100
1
~-e
..:!!
.!!-
10
unutmaym. Bu ii~ niceligin onemi a~ag1daki gibi aciklanabilir:
1.0
1.
0.1
---
100 125 150
Orta lama Dogrultulmus Akim. Bir yanm-dalga-dogrultulmu§ sinyal (2.5. boIurnde anlaulmisnr), I ort . = 0.31811epe ilctarumlanan bir ortalama degere
sahiptir, Ortalama akim anma degeri siirekli ileri akumndan dusuktur, ~iinkii
bir yanm-dalga akim dalgasmm anlik degerleri ortalama degerler-den ~ok
daha yiiksek olacaknr.
T,\·OrWD11cuhi)· C
2.
iLeri tekrarlamalt tepe akinu. Bu, tekrarlanan ileri akrrmrun, maksimum anhk dcgeridir. Cok krsa bir sure icin bu duzeyde kald1g1 icin, siirekli diizeye
gore daha yiiksek olabilecegini goz onunde bulundurun.
:t:
E
3.
~
1
200
tP
100
13
s<
araliklan icinde eek yiiksek akimlar (tekrarlanrnayan akirnlar) gececektir, Bu
anma degeri, akirn duzeyindeki ani yiikselmelerin maksimum degerlerini ve
~{.
'.:}
'.,!
25 50 15 100125150
so
15 100125 150 175 200
TA. Oum s1c:ak11tJ · •c
175 200
TA · Ort.Im sicakhl• ~ •c
.:: ·, ..
·
Fairchild Bay 73 · B}\Jg9 Y,u!<sek-g,•riUm, diyolla11nm u,: kara~.!Grislik!eri (Fairchild Camera ve
Instrument Corporalion'un izniyle.)
38
lleri §Ok tepe akum. ilk a~tlt§, anza, vb. durumlarda diyottan yOk kisa zaman
Bolilm 1
Yaniletken Diyotlar
"
;:}:
zaman arahklanru tarumlamaktadir.
.'?ekil l.38'deki bazi egrilerde gorulen logaritmik olceklere dikkat edin. Her
bolge, her yatay cizg] az cok belli olacak §ekilde esit arahklara boliinmii§tiir. Vp'nin
bir fonksiyonu olarak verilen ft.·, 1.0 ve 10.0 mA arasmdaki yatay cizgiler 2 mA, 4
mA, 6 mA ve 8 mA §Cklindedir. Verilen grafiklcrdeki eksen degi§kenlerin yogunu
daha once tamlmt§tik; bu degi~kcnler, kavranabilir bir anlam ta§tyan bir egriler kiimcsi vermcktedir. S1cakhk katsay!SI, farklt akJm· diizeylerinde gerilimin s1cakl!ga
BolOm 1.15
Diyot Bllgl Sayfalan
39
Du,;uk okurna
Yftk.sckokuma
bagh olarak degi~imini
tammlar, Her aknn dUzeyinde sicakhk katsayisi icin bir degerler arahgt verilmistir. Din~mik empedans (pratikte elemanm ileri akirnda gosterdigi
direnc) daha sonraki bir bolumde cle almacaktir, ,$eklin sag alt ko§esindeki sicakhgm,
guce iliskin degeri ve akim anma degeri uzerindeki etlcilerine dikkat edin.
1.16
Kmruz1
VARI iLETKEN DiYOT SEMBOLLERi
Yan iletken diyotlar icin en sik kullamlan semboller ,$ekil l.39'da verilmistir. Diyotlann yogunlugu -~<;in, ,$ekil l.39'da gosterildigi gibi bir nokta veya band seklindeki herhangi bir 'isaret katot ucunu gosterir, Katot vc anot terimleri vakumlu
lamba devrinden kalmadir. Anot yuksek veya pozitif potansiyele, katot ise dusuk
veya negatif uca karsilik gelir. Ongerilirn duzeylerindeki bu ye~itlilik diyotun ileri
ongerilim veya "acik (iletim)" durumuna gelmesine yo! acacakur. Genelde Sekil
1.39'daki diyotlann akrm tasima kapasitesi soldan saga dogru artrnakradir, Her birinde ek gily kaybiyla basa crkabilmesini saglarnak icin akirn anma degerine bagh
olarak fiziksc! hovur da artacaur. Saplama.tipi haricindc tiimii birkac amper ile sin1rl1d1~
·
~cl.:if L.\IJ
1.17
Yuniletken diyol sembolleri,
DiYODUN OMMETRE iLE TEST EDiLMESi
Bir yan iletken diyodun durumu, standart VOM (Volt-Ornrnetre) aletinde bulunan
tiirden bir ommetre kullamlarak cabucak belirlenebilir. Ommetre bolurnunun iy pili
(genelde l.SV'luk), uygulandigi zaman diyodu ileri veya ters yonde ongerilimleyecektir, Eger ommetrenin pozitif (nonnalde kirrruzr) ucu anoda ve negatif
(norm aide siyah) ucu da katoda baglarursa, diyot ileri ongerilimlenrnistir ve i:ilyi.i alerinden dU~Uk bir direnc okuruz. R x 1000 veya R x 10.000 kademesi bu olyiim icin
uygun olacaknr, Ters polarite ile, i9 batarya, diyodu geri ongerilimleyecektir ve bu
durumda direnc 90.k yiiksek olmahdir, Ki.i9iik bir geri ongerilimleme direnci okumasi bir "kisa" devre dururnunu; buyuk bir ileri i:ingerilimleme direnci ise bir "acik"
devre durumunu gostcrir,
Test icin temel baglant1I J"iekil
(DMM) 9ogu, bir arahk secimi olarak
0
40
l.40'da verilmistir, Sayisal milltimetre'lerin
•I
diyot semboliiylc gosterilen bir
BolOm 1
(bl
(al
:jc~il I AO Ynnilctken bir diyotun Ommetre testi: (:I) ileri gerilirn: (b) ters on-
geiilim.
diyot test ozelligine sahiptir. ileri ongerilirn baglannsi atesleme gerilimini/ saglarken, geri ongerilim baglanusi, acrk devre durumunu temsil eden 0.L'yi gosterir.
1.18
URETiM TEKNiKLERi
Herhangi bir yaniletken elemamn i.iretimindeki ilk adirn, gennanyum veya silisyum
gibi yaniletken malzemeleri istenilen safhk di.izeyinde elde etmektir. GUnUmiiz yaniletken iiretimlerinin s;ogunlugu icin bir milyarda birden az (1,000,000,000'de 1)
katki diizeyi gerekmektedir.
Ham maddeler ilkonce istenilen safhk diizeyinde bir yok krlstalli yap1ya sahip
kristal olusturmak · iizere bir dizi kimyasal reaksiyon ve bir bolgesel antma i§leminden gecirilir, Cok kristalli yapiya sahip bir kristalin atomlan rasgele duzenlenmislcrdir. Buna karsin tek kristal yapida atornlar simetrik, tekbicirnli, geometrik bir orgusel duzene sahiptir.
Bolgesel-antrna diizenegi Sekil 1.4l'de gosterilrnistir, Bu diizenek, kirlenmeyi
(kontaminasyonu) minimum diizeyde tutmak iyin bir grafit veya kuvars althktan, bir
kuvars kap ve bir grup RF (Radyo Frekans) endiiksiyon bobininden olusrnaktadir.
Endilksiyon
isnma
bobinleri ---~
Kuvartt kap
; _
Asal veya bo~luk
Eriyen b<ilge
Grafit tekne
C:ok saf
gennanyurn
harcketi
.
Gerrnanyumkiilcesi (d~iiksatl,kta)
. ~:: ,:;: .- . ; :
Yarrlletken Diyotlar
BolOm 1.18 '.Oretlm Teknlklerl
41
Althgm veya bobinlerin kuvars kap icinde boylamasma
hareket ettirilebilrnesi
ge-
rekmektedir. Her iki uygulamada da sonu9 aym olacakur; ancak biz burada daha
yaygm olarak kullamldig; icin bobinlerin hareket ettirildigi secenegi tartisacagrz.
Kuvars kabm ici, kontaminasyon (kirlenme) riskini azaltrnak icin soy (cok az veya
hiy kimyasal reaksiyon verrneyen) bir gaz ile doldurulur veya bosalnhr. Bolgeselantma isleminde, bir germ an yum kulcesi, ~ekil 1.4 J'de gosterildigi gibi, kulcenin
bir ucuna bobinler sanh oldugu halde, althga yerlestirilir, Daha soma bobinc radyo
frekans sinyali uygulamr; bu da germanyum kiil9e iizerinde bir yiik akis: yaraur
(anafor akimlan), Bu alamlann §iddeti, yan iletken malzemenin sozkonusu bolgesini eritecek ol9iide 1s1 olusuncaya kadar artmhr, Kulcedeki katki maddeleri, bunIan kusatan yan iletken malzemcden daha sivi bir hale gelecektir, ~ekil 1.21 'deki endiiksiyon bobinleri §imdi yavasca saga dogru komsu bolgede erirne saglamak uzere
kaydmldiginda, "daha akrcr" olan katki maddeleri eriyen bolgeyi "takip" edecektir.
Net sonuc, endiiksiyon bobinleri sag uca vardrginda katki maddclcrinin biiyiik bir
yiizdesinin bu ucta gorunecegidir. Katki maddelerirr bulundugu bu uc kisim bundan
sonra kcsilcbilir vc tiim islem istcnilcn .saflik diizcyinc ulasana kadar tckrarlnnabilir.
Yan ilctkcn iiretimine gecmedcn onceki son islem gcrrnanyum
vcya silisyumdan tek kristalli bir yapirun olusturulmasidir. Bu ya Czochralski veya yiizerbolge teknigi kullamlarak gcrceklestirilir. Bunlardan ikincisi daha yakrn zamanlarda
gelistirilmistir.
Czochralski rekniginde kullamlan cihaz ~ekil l.42a'da gosterilmektedir. Cok kristalli yapiya sahip malzemeilk once RF enduksiyon bobinleri
ilc crimis hale donii§liiriiliir. Ardmdan istenilcn safsizlik diizeyindc tck bir kristal
"tohumu" erimis germanyumun icine batmhr ve tohumu tutan mil yavasca ckseni ctrafmda donerken kademe kademe disan ~ekilir. "Tohum" disan cckildikce, bir tek
kristal gcrmanyum orgii yapisi ~ekil l.42a'da gosterildigi gibi biiyiir. Olusan tekkristal kiilceler tipik olarak 15 ila 90 cm uzunlukta ve 2.5-12,5 cm capinda (Sekil
l.42b) olrnaktadtr. 120 cm. uzunlugunda ve 7.5 cm. capmda kulceler de iirctilmistir.
Boylesi bir yapmm ag1rhg1 yaklasik 13 kg'drr.
.
Yuzer-bolge teknigi hem bolgesel antrna hem tck-kristal olusturrna islernine dulyuJan ihtiyaci ortadan kaldmr. Her ikisi de, bu teknik sayesinde aym anda yaprlmaktadir, Bu yoruemin ikinci bir avantaji da germanyum veya silisyum kiilcede sik
sik kontaminasyona (kirlenmeye) yo) ayan grafit veya kuvars althgm bulunmamasidrr.
~ekil l.43'de gosterildig! gibi germaniyum veya silisyum kiil9e dikey durnmda hareket
edebilir bir grup RF endUksiyon bobini icerisinde mengene kolu arasmda tutulur, istenilen safsizhk diizeyinde kii9iik bir tek-kristal "tohurn", cubugun a§ag1 ucuna yerlestirilir ve germanyum ~ubuk ile beraber eriyinceyc kadar isruhr. Ardindan endiiksiyon bobinleri germanyum veya · silisyurn killye boyunca yava§~ yukari dogru
hareket edcr ve bu arada 9ubuk yavas bir donme hareketini gerceklestirir, Oncekinde
oldugu gibi, katki maddelcri erimeye devam eder; bu da erimis bolgenin altmda artan
safhk diizeyinde bir tek-kristal germanyum orguye yo! ayar. Islemin uygun bicimde
kontrol edilmesiyle, kiil9enin erimi§ bolgeden k.mlmasuu onlemek iyin yan iletkcn
malzemedc her zama:n yeterli yiizey gerilimi olacakhr.
42
Solum 1
Yariiletken Diyotlar
Doner ,;ekme ,;ubutu
German~
Asal gaz veya ~luk
tohwn
Kuvartz leap
Teklcrist.aJU
.8~yum
_____ \T
Grafil\'Mak
'l'ermolrupl (1st! fifl)
(S1cak11k ol,;Umil)
+
0)
N
II
0)
S~kil 1.42 CzochralsklteknlOi ve
ku~eler. l(b) Ostteki, Texas lns1.(uments'in lzniy!e: alllakl ~ekil,
MotorolaJnc.'in izniyleJ
/\'>
Dretilen tek-kristal yap1s1 arl!k bazen 0,001 in9 kalmhgmda (bir kitap sayfasmm
yakla~1k be§lc biri kahnhkta) incelikt.e pullar halinde kesilebilir. Bu, kesme i§lerni
~ekil l.44a veya b·de gosterilcn diizcnck kuUamlarak ger9eklc~1iril~bilir .. ~ckil
l .44a'da 1.m1para yiizcyli tungsten teller (0.001 in9 9ap10da) uygun arahkla destek
bloklar tizerine baglanir ve tiirrt sistem testere gibi ileri geri hareket ettirilir. ~ck.ii
1.44 b'deki sistem yeterince ayiktir.
,•-:•.
BolOm 1.18
Oretlm Teknlkleri
43
Bi.iyi.iti.ilmi.i~ Jonksiyoniu Diyotlar
ll>::====::;:'11
Bu tip diyotlarCzochralskikristal cekme islemi suasmda olusnaulur,p- ve n-tipi katkilan,
potadak:i erimis yaniletken malzemeye suasiyla eklenebilir ve ~kil l.44'de gosterildigi gibi
kristal ~kildiginde bu bir p-n jonksiyonunun olusmasma yo! as:ar- Dilimlemeden sonra,
biiyiik-hacimlielemanlar cok sayida (bazen binleree) daha ~ilk hacirnli yaniletken diyotlar
halinde kesilebilir, Biiyiitiilm~ jonksiyonlu diyotlarm ~-yiiksek akimlarla basedebilecek
yeterliliktedir(ve bundan dolayi yiiksek gi.iiy aruna degerlerire sahiprir). Ancak biiyiik yuzey,
istenilmeycnjonksiyon kapasitif etkilerineyol ~-
Dil,jiiksafukderccch
polikristalingeimanyum.
13nglama
t/
~enelcrt
<._')
Eri¥N~
b61ge
Yliksek dereeede saf
tek k.ristalli gcnnanyum
Krist~! eekme ~bugu
:,-;yoo, rh
"Tohum"
Dilimlemei~lemi
5ckil 1.43
Yuzer-bolge
1eknigi
T
Figure J.-15
diode.
"Ergitme
Grown junction
!;,ckil
Tungstenteller
us
llUyU1Ulmu1 jonksiyonlu diyot,
Ala~1m Diyotlan
Kiili,,e
Alasim isleminde de, yuksek akim anma degerine ve biiytik PIV anma degcrine sahip jonksiyon tipi yaniletken diyot olusacaktir. Ancak buyuk jonksiyon
alam nedeniyle jonksiyon kapasitansi da biiyiik. olacakur,
p-n. jonksiyonu, ilk once bir p-tipi katkmm bir n-tipi katrnan tizerine konulrnasr, daha sonra iki malzemenin birle~tigi yerde erime meydana gelene kadar
ikisinin de rsrulmasiyla olusiurulur (:;,ekil 1.16). Bir alasirn, sogutuldugunda, alasirn
ile alt katman arasmdaki simrda bir p-n jonksiyonuna ortaya 91km1.~ olacaktrr. n- ve
p-tipi malz.emelerinin oynadigi rol karsilikh degi~tirilebilir.
p-lipi
malzcme \
Doner
break
~\ \i, !Y'""''~·
Ktil~destck
blogu
I
(b)
$ekif 1.4.J
Tek-kristal ktilcesinin pullar halinde dilimlenmesi (Texas Instruments lnc.'in iz-
niyle)
Diger yaniletken maddeler, kullamm alanlan yeri geldikce tamtilacaknr.
Yan iletken diyotlar normalde ~u tiplerden birisi halindedir: Buyutulrnus jonksiyonlu, alasim, difiizyon, epitaksiyel biiytittilmii~ veya nokta-temash. Bunlardan her
biri bazi aynnuyla bu bolumde tamtilacaktir.
44
Biiliim 1
Yaniletken Diyotlar
-:
I
r \\\~
~-njonksiyonu
I
n-lipi ah katrnan
SEC. 1.18 Manufacturing Techniques·
BolOm 1.18 Oretim Teknlkleri
45
Epitaksiyc! Buvutulmus Diyotlar
Dlfuzyon
Yaniletken jonksiyon diyotlannm olusturulmasmdaki difiizyon isleminde kau
veya gaz difiizyonu kuUamlabilir. Alasim i§lemine gore daha fazla zarnan gerektirmekle beraber nispeten' daha ucuzdur ve cok hassas bir sekilde kontrol cdilebilir. Difiizyon cok yogun bir parcacik yogunlugunun, yevresindeki daha az yogunluk:lu bolgeye "nufuz ettigi, (yayildigt)" bir islemdir. Diftizyon ile alasim i§lemi
arasmdaki ternel fark, diftizyon isleminde sivilasrna noktasma vanlmarnasidir. Difilzyon isleminde 1s1, yalmzca kullamlan elernentlerin hareketliligini artirmak icin
uygulamr.
Kati diftizyon islerni n-tipi katman iizerinde bulunan bir akseptor katkrsintn
"boyanmasiyla" baslar, katkilar alt katmana p-tipi katmarn olusturacak §ekilde yayilana kadar ikisinin birden isrulmasryla devam eder (~ek.il 1.47a).
Gaz difiizyonu isleminde. n-tipi bir malzernc akseptor katkilanndan olusan
bir gaz ortamma daldmlir ve 1S1l1hr (~ekil 1.47b). Katkilar, alt katmana yaniletkcn
diyodun p-tipi katmamru olusturacak sekilde yayihr, Burada da her iki halde p- vc
rr-tipi malzemclerin rolti karsrlikh olarak dcgisurilebilir. DifUzyon islcmi guni.imlizde yaniletken diyotlarm uretimindc en sik kullamlan yorucmdir.
Epitaksiyel terimi, Yunanca "uzcrine" anlanuna gelen epi ile "diizenlcme" anlamina gelen raxis'tcn turetilmistir, n+ malzemeli bir taban pulu, Sekil l.18'de gosterildigi gibi metalik bir iletkene baglamr. 11 +, dli§iik. bir direnc karakteristigi icin
cok yiiksek bir katkilama duzeyini ifade eder. Gorevi, .p-n jonksiyonunun n-tipi
malzemesi olrnaktan cok iletkenin yaniletken uzanusi olarak davranmakur,
1Hipi katman, ~ekil l.48'de gosterildigi gibi bir diflizyon i§lemi uygulanarak
bu katrnan i.izerine birakihr. Bu 11+, baz: kullanma teknig:i ureticiye belli tasanm
avantajlan saglar. Sonraki adirnda bir difiizyon teknig! kullamlarak p-tipi silisyum
uygulamr ve ~ek: I I. l 8'de gosterildig! gibi rnetalik anot baglanusi eklenir.
Anot
11• silisyum
Ka tot
0d .. il 1.-1;,.;
Epitahiycl bUyii1Ulmli*
yanilc.tkcn diyot.
Nokta Ternash Diyotlar
Is, uygulamr
""\\iJ;
_____
Is, uygulamr
.,,...- ~~yah"
n-tipi · -"
alt Jcatmani -- ·
i I
~\\iJ;
indiyum
Indiyum
"kaznur"
_
n-tipi
· alt kaunan
indiyuin pareacrklan
iccrcn gez halindeki
atmosfcr
i
/I
~
i
n
Kesmc
i~lcmi
$
i
Nokta temash diyotlar, yaniletken diyotu bir fosfor-bronz yaymm (kedi b1y1g1 denir)
11-tipi bir alt katmana bastmlmasiyla olusturulur (Sekil 1.49). Archndan biyik ve altkatmandan kisa siireyle yi.iksek bir a.lorn gecirilir, Bunun sonucunda telden birkac atom
11-tipi malzemeye .gecerek pulda bir p-bolgesi yaraur, p-n jonksiyonunun kiictik alaru
cok kii9i.ik bir jonksiyon kapasitansma (tipik olarak 1 pF veya daha az) yo! acar,
Bu nedenle, nokta temash diyotlar, mikrodalga mikserleri veya dedektorler gibi y0k,yiiksek
frek.'UlSlaroa ~a§llan uygulamalarda sikya kullaruhr. Temas alarurun ktiylik olmasuun dezavantaj1, jonksiyon tipi.yaniletkcn.diyotlara gore daha dti§iik akJm anma degerlerive karakteristiklerinde yatmliktachr. Nokta temasl1 diyotlanrun teinel yap1S1 ve fotograflan ~ekil
_ l .SO'de verilmi§tir. <;e§itli tipte jonksiyon diyotlan ~kil 1.51 'de verilmi§tir.
Kesme
~lemi
$
-is, gcnl~mcsinc ka~,
b1ralalan egim
p-11 jonksiyontt
,,.~ii
I .J>. DifUzyon i~lcn1H diyottur: (a) kar,
di!Uzyon; (b) gazh difUzyon
46
BolOm 1
Yaniletken Diyollar
~,:kil J .•.p: Nokto1-tcma.,h diyot.
Boliim 1.18 Oretim Teknikleri
47
1.19
DiYOT
oizu.rn: - ENTEGRE
DEVRELER
Entegre devrelerin essiz karakteristikleri 14. Bolumde tarunlacaknr. Ancak elektronik devrelere giriste, entegre-devre paketi i~eri.sind~ bulunan diyot dizilerini en
azindan yiizeysel olarak inceleyebilecegimiz bir'seyj¥¢ye gelmis bulunuyoruz. Entegre devrenin, bu giri§ bolumlerinde inceleyecek 01~ufa:1anm1zdan tamamiyla farkh
karakteristiklere sahip essiz bir eleman olmadigmr gb;~_ceksiniz.
,---·-·
FSA 1410M
I
.
D0?L.EMSEL HAVADAN-YAUTILMI$
DIZISI
(a)
C ... 5.0 pF (MAKS)
a.VF ... 10 mA'de 15 mV (MAKS)
Sekil 1.50 Nokta-1cm:cd1 diyottar: (a) 1cmel y:ip,so: (bl {~i1li
tipleri. (General Electric Comr,:rny izniylc)
UAGLANTJ DIYAGRAMI
MUnAK MAKSiMUM ANMA DEGERLERi (NOT 1)
ELEKTRiKSEL
SEMBOL
.rso-c
+260-C
MIN
25°C ortam s1cakhgmda)
BiRiM
MAKS
TEST KO$ULLARI
v
IR~10µA
v
IF· 500mA
IF •200 mA
IF• 100mA
·-·-
··--
ileri Yon Gerilimi (Not 3)
IR
Ters Yon Akrm1
Ters Yon Ak1m1 (TA-150°C)
100
100
nA
µA
c
Kapasitans
5.0
pF
VFM
ileri YOnde Gerilimln Tepe degeri
4.0
v
ileri YOnde Trkanma SOresi
40
ns
II • 500 mA, tr < 10 ns
60
ilerl Yonde Gerilim Uydurma
-
-
NOTLAR:
1. Ou anma de,Oei1&n.Uzerine ~1kUdi(;1nda elemanin hasar
2. B\Jolar, kararh durum snur ~erta<idir. Dame veya ~
3. VF. 8ms'lik dart>e slnyali kullanHarak ~~tut.
~ekil 1.52
v
v
1.5
1.1
1.0
Ters Yonde Ttkanma Siiresi
t!.VF
Yanlletken Olyotlar
1.0 A
2.0A
Krrrlma Gerilimi
-·--
BolOm 1
BKZ. T0-96 Standard, Paket Boyullnn
BV
Irr
~ekil l.Sl ~itli iiplcrdejonk.<iyoo diyo!lan,{(a),ve (b). General Electrik Company ve (c), Internationa! Rectifier
Company izniyle.l
'
SSV
350mA
(Aksi belirtilmedik~e
KARAKTERiSTiK
'
400mW
600mW
3.2mWl°C
4.8mWl°C
VF
--·lfr
{C)
KARAKTERiSTiKLER
j fHHfH
. . . .
-ss•c • +2oo·c
Maksimum Gerilim ve Aktmlar
WIV
Ters Yonte t;:alt~a Gerilimi
lleri Yonde Surekli Aktm
IF
it (~ok)
ileri Yonde $ok Ak,mt Tepe Degeri
Darbe Geni~ligi ~ 1.0 s
Darbe Geni~ligi • 1.0 ps
o«~
----··
VR • 0. f • 1 MHz
VR • 40 V
VR •40 V
If • 500 mA, tr -c 1 O ns
··-··--
10
ns
50
ns
~-Ir·
10·200 mA
L .100 n,.Dogr. 0.1 Ir
~ • 500 mA,
50 ma
L • 100 n, ogr. 5 mA
15
mV
IF•
l5.
lOmA
s1rur deOenerdr.
i$~imiyte ilgiti i$1emlerde lab<ikayadarn;1lmas1 gerekir.
..
Monolitik diyot dizisi, (Fairchild Camera ve lnstnnntiir'eil,\xi~tion
BolOm 1.19
l
I
FIA1410M
S1cakhklar
Saklama Stcakhk Arahg,
Jonksiyonun Maksimum yalt~a s1cakli91
Bacak S1cakhg1
Guy Harcamast (Not 2)
Guy harcamasr, 25°C ortam s1cakf191nda herbir
jonksiyon iyin 25°C ortam srcakhg,nda herbir paket i<;in
Dogrusal Gu<; Du~urme laktoru (25°C'den
itibaren)
48
MONOLiTiK DiYOT
Olyot Oizlleri-Entegre Devreler
izniyle.)
49
Bu sadece basitce elektronik sisternlerde onemli oli;:ude boyut kii<;iilmcsini saglayan bir paketleme teknigidir. Baska bir deyisle, entegre dcvrcnin iccrisindc. bugiin
la111lacag1 dururnlardn, sadccc 1 vc 2 nurnarali bacaklar (3'tcn 9'a kadar hcrhangi bir
bacak) kullarulacakur, Geri kalan diyotlar scrbest olacak ve 1 ile 2 numarah bacagm bagl: oldugu devrcyi etkilemeycceklerdir.
bildigirniz anlarmyla entegre devreler gerceklcsmeden cok once var olan sisternler
·ve dcvre elemanlan bulunmaktadir.
Olasi dizilerden bir tanesi ~ekil l.52'de gorulrnektedir, Fairchild FSH 1410M
diyot dizisinde sckiz adet diyot bulunduguna dikkat edin. Yani Sekil l.53'de gosterilen paket icinde bulunan diyotlar, tiim anotlan 1. bacaga ve katotlan 2-9 arasi bacaklara bagll olan tek bir silisyum pula ycrlestirilrnistir. Kihfa aluan bakugirruzda I
numarah bacagin, kihfta bulunan kii<;ilk i;:1k.tntrnm solunda bulundugunu ayru §Ckilden gorcbiliriz, Bunu sirasiyla diger numaralar izlcr, Yanhzca bir diyodun kul-
~--~Jrl_ f
......
2 0
~
mm~oo~
t
:'ROB LEMLER
.'·-'
1.
Yaniletken, oz direny, govde direnci ve omik temas direncini kendi ciimlelerinizle ifade cdin.
2.
(a) Tablo I. I 'i kullanarak 1 cm2 alana ve 3 cm uzunluga sahip bir silisyurn
parcasimn direncini hesaplayin.
(b) (a) §lkk.tm, uzunlugu I cm2 ve alaru 4 cm? kabul ederek tekrarlaym.
(c) (a) §Lkkm1, uzunlugu 8 cm2 ve alaru 0,5 cm? alarak tekrarlaym.
Otunnaduzlcmi
.500
(d) (a) sikkim bakir icin tckrarlaym vc sonuclan karsrlasnrm.
min.
3.
Bakmn atomik yapisuu 9izin ve nedcn iyi bir iletken oldugunu taI11§1p, yapisimn germanyum ve silisyumdan hangi acilardan farkh oldugunu bclirleyin.
4.
Oz yarriletken bir malzemeyi, ncgatif sicakhk
Cam
katsayrsmi ve kovalent bagi
kendi tan,mlaym.
Yahtk:an rnaddedcgi~k ;ekiUerdc
No4/ar:
Kovar bacaklat, alhn kaplamah tam
Tam 11zdfrmazhk HllaaQ\lf paket
Paltet •l,ritli 1.32 gram
t.,.,
~,·~ii
FSA 1410M diyotdizisinc
ili;kin TO-% soandanlt p:okci boyuuan.
Tl.im Ulunluklar ii~ olarak verilmistir.
C Fairchild Camera and lnstrumem Cor~tion faniyh!.)
TO·l 16-7
5.
Kiitiiphanede arasurma yaparak, negatif sicakhk katsayisma sahip ii<; rnalzemeyle, pozitif sicakhk katsayisina sahip ii<; malzemeyi belirleyin.
Slooda,do Boyullaro
1.3
1,
/
6.
7.
Baglanll¥)malan
FSA2500M
8.
I
3 volt'luk bir potansiyel farkmdan 6 C'luk bir yiikii gecirmek i~in ne kadar
enerji (joule)gercklidir.
Eger, 12 Volt'luk bir polansiyel farkmdan bir yiikil gecirmek icin 48 eV
enerji gerekiyorsa, yiikiin biiyiikliigiinii bulun.
Kiitiiphaneden yararlanarak pratik oneme sahip olan yan iletkenJerclen GaP ve
ZnS i<;in E, diizeyini belirleyin. Aynca bunlardan her birinin 1am admi bulun.
~~{{1---.---.-,.--,{111
Bn TQ-TIC>-2 Paket BoyuUari
Nll4/ar:
42 adet alllfundanyap,lmlf kolay
kaplamalt bacak
Altla taplam•h bacaklat da vardlr
Tam ,izd,rmazhk u~laomtf
&enmik paket
,;-,, l , -.
1 .•. 1
~ddl 15J Mnoolitilr.. di~or ~li~1~1. I •1111
uzunluk.lar i1~ 0J:,.r3\:. ven\n11~11r. (l·a
irchild Cumcra nud 11ls1rnm.enlCorporation izniylc.)
BolOm 1
Yaniletken Oiyotlar
9.
n-lipi ile /Hipi yar1iletken malzemeler arasmdaki fark1 belirtin.
10.
Donor ile akseptor kalk1lan arasmdaki farkt belirtin.
Boliim 1
Problemler
51
lamlacagi durumlarda, sadecc 1 ve 2 nurnarah bacaklar (3'cen 9'a kadar herhangi bir
bacak:) kullamlacaktir. Geri kalan diyotlar scrbest olacak ve 1 ile 2 numarah bacagm bagh oldugu devreyi ctkilemeyeceklerdir.
Bu sadece basitce elektronik sistemlerde onernli oli;iide boyut kii<;iilmesini saglayan bir paketlemc teknigidir. Baska bir deyi~le, entegre dcvrenin i9erisinde, buglin
bildigimiz anlarmyla entegre devreler ger<;:ekle~meden cok once var olan sisternler
ve devre elemanlart bulunmaktadir,
Olasr dizilerden bir tanesi $ekil l.52'de gorillmektedir. Fairchild FSH 1410M
diyot dizisinde sekiz adet diyot bulunduguna dikkat edin. Yani Sekil l.53'de gosterilen paket icinde bulunan diyotlar, tum anotlari 1. bacaga ve katotlan 2-9 arasr bacaklara bagh olan tek bir silisyum pula yerle~tirilmi~tir. Kilifa alttan bakt1g1m1zda I
PROBLEMLER
1.
nurnarah bacagro, kihfta bulunan kiiciik cikmnrun solunda bulundugunu aym ~ekilden gorcbiliriz. Bunu sirasiyla diger numaralar izler. Yanlizca bir diyodun kul-
2_.._}0_
-
mm~m~
..... Otunnadiizlemi
1
min.
Cam
Notw:
Kovar bacatl&C.altm kaplamabtam
Tam stzd1rmazhk••~l••nui patct
Pakel a~irbA• 1.32 gtant
(a) Table 1.1 'i kullanarak I cm2 alana ve 3 cm uzunluga sahip bir silisyum
parcasrrun dircncini hesaplaym.
(b) (a) §tkkmt. uzunlugu I cm2 ve alaru 4 crn? kabul ederek tekrarlaym.
(c) (a) §1kkm1, uzunlugu 8 cm2 vc alaru 0,5 cm? alarak tekrarlaym.
(d) (a) sikkiru bakrr icin tekrarlaym ve sonuclan karsrlasnrm.
.500
Yahtkan maddede!i~ik ~elcillerde
dz direnc, govde clirenci ve omik temas direncini kendi cum-
lelerinizle ifade edin.
2.
~Flrl_
Yaniletken,
~,kil J.,.< FSA 1410M diyot dizisine
iliikin TO-% standanh paket boyuttan.
Tiim uzun1uklar inc; olara.k verilmistir.
(f'airchild Camera and Instrurncut Corl'M~.11ion izfliyh:.)
3.
Bakmn atomik yapismi <;izin ve neden iyi bir iletken oldugunu tartisrp, yaptsrrnn germanyum ve silisyumdan hangi acilardan farkh oldugunu belirleyin.
4.
Oz yaniletken bir malzemeyi, uegatif srcakhk katsayismt ve kovalent bag,
kcndi tarumlaym.
5.
Kutuphanede arastirma yaparak, negatif sicakhk katsayisma sahip liq malzemeyle, pozitif sicakhk katsayisma sahip ii<; malzemeyi bclirleyin.
T0· 116-2 Standard, Boyutlan
~
6.
3 volt'luk bir potansiyel farkmdan 6 C'Juk bir yuku gecirmek icin nc kadar
enerji (joulejgereklidir.
7.
Eger, 12 Volt'luk bir potansiyel farkmdan bir yiikii gecirrnek icin 48 eV
cnerji gerekiyorsa, yukun bilyiiklligiinu bulun.
8.
Kutuphaneden yararlanarak pratik oneme sahip olan yan iletkenlerden GaP ve
ZnS icin E.~ dtizeyini belirleyin. Aynca bunlardan her birinin tam adm1 bulun.
.0:?5 nom.
Baglanb. ~malan
FSA2500M
! . .I
1.-!
l--31! •
not
BlczTQ-Tf6-2 Pake! Bo)Ullan
Notlar:
42 add. al°'mtdan yapll!ruf kolay
uplamab bacak
AIIIO taplamah bacaklar da vardlr
Tam ,izd1nnazhlr. .alJan1111t
seramik pokel
• <;;,_; ,-,:.
Seki! l.5-.t Monotitik diyct disi:.i. l'iim
u.zuoh1ktar in<.; olamk vtrih11l~1ir. (\·;1
ircluld C:m~r:\ .11\d ln~trum.::nt Corporation i1.niytcJ
BiilOm 1
Yaniletken Diyotlar
9.
11-tipi ile p-tipi yaniletken malzemeler arasmdaki farki belirtin.
10.
Donor ile akseptor katktlan arasmdaki fark1 belirtin.
Biiliim 1
Problemler
51
22. Geri ongerilimleme bolgesinde bir silisyum diyodun doyma akirru yaklasik
0.1 µA (T = 20°C). Sicakhk 40°C artmldigmda yaklasik degerini bulun.
11.
c;ogunluk ile azinlik tasiyicrlan arasindaki farki belirtin.
12.
Silisyumun atomik yaprstru cizerek, !;iekil l.6'da germanyum icin gosterildigi
gibi, bu yapiya arscnik katkilan yapm.
13.
23.
Bir silisyum ile germanyum diyodun karakteristiklerini ka~1la~tmn ve pratik
bir uygulamada ~ogunlukla bunlardan hangisini kullanrnayi tercih cdeceginizi
belirleyin. Baska aynnnlan da belirtin. Bir uretici listesini kullanarak ve benzer
maksimum anma degerlerine sahip bir gerrnanyum ve silisyum diyodunun karakteristiklerini karsilasunn.
Problem 12'yi indiyum katkisi yaparak tekrarlaym.
I
14. Kutuphaneden yararlanarak delige karsihk elcktron aki~1 i~in Iarkh bir acrklama bulun. Her iki acrklamayi kullanarak kendi kelimclerinizle delik enjeksiyonu islcmini anlaun.
I.7
''
15.
16.
Bir ideal diyodu kendi sozciiklerinizle tammlaym vc elemamn a~,k (iletrne) ve kapali (ilctrncme) durumlanm nasrl belirledigini acrklayin. Yani, kisa-dcvrc ve
acrk-devre C§dcgerlerinin neden uygun oldugunu anlatm.
Basil bir §alter {anahtar) ile diyot karakteristigi arasrndaki oneml! fark nedir?
(Ipucu: Iletirn durumunu ve yuk aki§ ydnunu goz onune alm).
~
17.
1.5
19.
!;iekil l.18'i kullanarak, id= 10 mA - 50 mA bolgesi icin, piyasadan allnabilen ticari bir S; elcmaru ile 1.4 C§itligi ile verilen karakteristikler
arasindaki gerilim cinsinden hesaplaym.
52
25.
24. problcmi. 30 mA'Irk bir ileri alum degeri icin tekrarlaym ve sonuclan
karsilasunn,
26.
!;iekil l .20'deki diyodun, -5 V'luk bir ters gerilimdeki statik veya de direncini belirleyin. - 10 V'luk bir ters gerilimde elde edilen degcrlc nasil bir
farkhhk gosteriyor?
r.s
Kendi kclimelerinizle bir ileri ve geri ongcrilirn durumu tarafmdan bir p-n
jonksiyon diyodunda olusturulan kosullan ve bu nun olusan akinu nasil etkiledigini tarif edin.
Bir p-11 jonksiyon diyodunda ileri ve geri ongerilirnlerne durumlarrru nasil
haurlayacagmm tarif edin. Yani, hangi potansiyelin (pozitif veya negatit)
hangi uca uygulandrgrm nasil hatirlayacaksrmz?
21.
!;iekil 1.20'dcki diyottan, ilcri yonde 5 mA'lik bir akrm akmasi durumunda statik veya de dircneini bulun.
{.(,
18.
20.
24.
Denki em (l.4)'ii kullanarak 20°C'de, I,= 50A olan bir silisyum diyot vc 0.6 V'luk
bir ileri ongerilirnlemesi i~in diyot ak1m1111 belirleyin.
20 numarah problerni T = 100 °C (suyun kaynama noktasi) icin tekrarlayin. I., 'nin
5.0A'e yukseldigini varsaym.
BotOm
1
Yanlletken Dlyotlar
27.
~ekil 1.23'deki diyottan, ileri yonde, IO mA'lik bir akim akmast durumunda
dinamik (ac) dircncini bulun. .
28.
~ekil l.23'deki diyodun, 10 mA'lik bir ileri akrrndaki dinarnik (ac) direncini
Denklem (l.7)'yi kullanarak bulun ve 27 numarah problemin sonuclan ile kar§!la§llnn. ro'nin katkisi ne kadardu? Dinamik (ac) dircncini Dcnklcm (l.7)'yi
kullanarak bulun ve 27 numarali problemin sonuclan ile karsilastmn. r8'nin
katkisi ne kadardir?
, ..
29. ~ekil l.23'deki diyodun, 20 mA'hk bir ilcri yon akrmmdaki de ve ac direneini
hesaplaym ve sonuclan kar§ila§Urm.
*
1.9
30. !;iekil l.24'deki diyodun, 0.4 ile 0.8 V arasmdaki bolge i~in ortalama ac direneini
bulun.
BOIOm 1
Probtemtar
53
31.
Sekil l.24'deki diyodun, 0.6 V'ta de ve ac direncini hesaplayrn ve 30 numarah
problemdc hesaplanan ortalama ac direnciyle karsilastrnn.
~
I. [ ()
10
32. ~ekil 1.24'deki diyot icin parcah dogrusal esdcger devreyi bulun. Yanilctken
diyod icin dogrusal-cizg! kisrrunm yatay ekseni 0.7 V'ta kestigini varsaym (S;).
33. Ornek problem l .2'yi r 011• = 32
n icin tekrarlaym.
Ryuk = 220
n
0
:r,
;___J10,n
5
~
l.l I
34.
Difi.izyon islemini baska bir drnek vererek aciklayin.
35.
Stiriiklemne akum, difiizyon akimmdan hangi baktmdan farkhdir?
~
~
41.
l.12
1.1-1
Sekil l.36'da karakteristigi gorulen diyotta 10 mA"lik bir akimda ve ~75
°㩤ɆC, 25 °C, 100 °C, ve 200 °C sicakliklarda meydana gelen ileri gerilim dii§iimiinii bulun. Her bir sicakhk icin doyma akrmirun duzeyini belirleyin.
Her ikisinin u9 degerlerini karsilasunn ve bunlann birbirine oraru uzerine
yorum yapm.
36. (a) Sckil l.33'c gore, -25V ve - lOV'luk geri ongerilimlerne potansiyellerinde
ge<;i~ kapasitansuu hesaplaym. Kapasitanstaki degi~imin gerilimdeki
degisime oram ncdir?
(b) (a) sikkuu -lOV ve -IV'luk geri ongerilmelerne potansiyelleri icin tekrarlaym. Kapasitanstaki degi~imin gerilimdeki degi~imc ora111111 bulun.
(c) (a) ve (b)'de elde edilen oranlann karsrlasunnasi ne gibi bir sonuc veriyor.
Hangi gerilim arahgimn daha pratik uygulama alam olabilecegi konusunda ne soyleyebilmektedir,
42.
37.
$ekil J .33'e bakarak, OV ve 0.25V'ta difuzyon kapasitansiru belirleyin.
43.
38.
Kendi kelimelerinizle difiizyon ve ge9i~ kapasitansi arasmdaki farki belirtin.
39.
$ekil I .33'teki karakteristikle tarurnlanan bir diyodun, uygulanan frekansm 6
MHz olmasr halinde 0.2 V ileri potansiyelde ve -20 V geri potansiyelde sagIayacag. reaktansi belirleyin.
T 151 diyodu icin ileri ongerilimlerne bolgesindeki maksimum giiy kaybuu hesaplaym. Maksimum geri ongerilimlerne kaybi V = -lOV'ta (T = 25 °C) ne
kadardrr?
Problem 42'yi 1N459A diyodu icin tekrarlaym, /R'nin geri ongerilirnlerne ile
onernli bir degi~ildige ugramad1g1nt varsaym.
44.
$ekil l.37'nin verilerini kullanarak BAY73 diyodu icin gii<; anma degerinin dti~ti~
egrisini yizin ve 50°C'de nominal gtiy diizeyini bulun.
45.
~ekil 1.37'delci verilerden yararlanarak BAY73 diyodu icin Ir (ordinat)'yc karsi
VF (maks) (apsis) egrisini cizin ve varsa, konuya iliskin belli bash noktalan be-
lirtin.
40.
Sekil l.55'deki devre icin i'nin dalga bicirnini t, = 2t., ve toplam nkanma suresi
19 ns oldugunu dikkate alarak cizin.
54
Bolilm 1
Yanlletken Dlyotlar
46. Problem45'i ters (geri) akim icin tekrarlayin (TA= 25°C).
I
BOIOm 1
Problem!er
55
47.
BA129 diyodunun
1 MHz'lik bir frekansta kapasitif reaktansi nedir'!
48.
t, = ls olarak kabul edildiginde, BA Y73 diycxlunun ukanma siiresinin cgrisini cizin.
59.
y
· 49. lo= 200mA'lik bir ortalama dogrultulmus seviye anma degeri ile baglannh
olan tepe akimiru hesaplaym (yanm dalga dogrultulmus sinyal).
'
60.
SO.
$ekil l.38'deki V,.- - Ip egrisini 45 numaralan problemin sonuclanyla karsilastmn.
51.
Eger FSA 141 OM'nin her bir diyodundan 40 rnA'lik akirn akiyorsa, 1.
uctan akan akim ne kadardir? Eger 1,5 ve 9 nolu diyotlar 100 mA'lik
ileri akirnlarla (!,,) ile aktif dururndaysa, 1 nolu bacaktan 9 nolu bacaga
kadar ileri yondc gerilim dii§iimii ne kadardir?
Sekil l.54'deki her bir diyodda 0.7V'hk bir Vr ve 30 mA'lik bir IF oldugunu
kabul edersek, l nolu uctan 10 nolu uca kadar olan akirru ve l nolu bacakan ·
10 nolu bacaga kadar dii§en gerilimi hesaplaym.
(a) $ck.ii l.38'e bakarak, maksimum §artlar altmda IrnA'Iik ileri akimdaki srcakhk katsayrsiru belirleyin.
(b) (a) kismmm sonuclanru kullanarak, sicaklik 20C arttigmda ilcri gc-
rilimdeki degi§imi belirleyin.
52.
Sckil 1.38'dcki gi.ic;: anma degerinin dii§i.i§ egrisiyle 44 numaralan problemin
sonuclanru karsrlasunn,
53.
Maksimum kosullar altinda akrm, !OmA'den O. Im A'e dii~iiriildiigiindc dinamik empedansdaki degisim nedir? Sekil l.38'i kullanm.
~
54.
1.18
Tck bir gcnnanyum vcya silisyum kristali iiretrnek icin kullanilan Czochralski yontemini anlatm.
55. Ytizer-bolge bolge tcknigi Czochralski yonteminden ne gibi farklt.hldar gostermektedir?
56.
Endiiksiyon isitmasi nedir? Kendi ciimlelerinizle anlatm.
~:
x
'
1.1
'>
57. FSA 1410M dizisindeki her bir diyot icin 75 °C'de maksimum giic;: kaybi nedir?
Giic;: anma degerini dil§iinne egrisin; cizin.
58.
Seki! l.52'yc bakarak, (diyot basina) ileri akinu 100 mA'in ve s1cakl1g1 oda stcakhgirnn (25 °C) iistilne c;:1kanld1g1nda meydana gelebilecek zararli etkilerin
listesini cikarnn.
Bolilm 1
56
BolOrn 1 YarilletkenDlyotlar
Problemler
57
II
Si
I
0
Sekil 2.i
Diyodury ideal ve yakla~ok karak1e1is1ikleri .
..
Herhangi bir diyodun "kapah" durumu.
vd>O
lld
O
v.,. 0,1 V'dan
az
l/4
~
Si
l'J,0,3 V'cb,naz
V4
~
Ge
-
-
DC GiRi$Li SERi DiYOT DEhlHEl-1i
A§ag1daki analiz icin l.10. Bolumde tarnmlanan ve ~ekil 2.1 'de verilen sembollerle
yaklasik diyot modeli kullarulacaknr. ~ekil 2.1 'in turn modelleri icin ~ekil 2.2'de
verilen polarite ile diyot iizerine uygulanan veya sonucta ortaya cikan her buyiiklilkte gerilimin bir aak-devre esdegcrine yani "kapah" duruma yol a9acagm1
unutmayin. Yaklasik modeller durumunda (ideal model hari9 olmak uzere), silisyumda 0.7V ve gennanyumda 0.3V'dan dii§ilk ve ~ekil 2.3'deki polarireye sahip
olan gerilimler, aynca bir acik devre esdegerine yo! acacaktir. ideal diyot icin Sekil
2.3'de gosterilen polariteye sahip herhangi bir pozitif gerilim, ~ekil 2.4'i.in "acik"
durum kisa-devre ~degerini saglayacakur.
58
+~
-
vd~ 0.7 V
114
0-
~
Si
ua> 0_.3 V
l/4
<>------
Sc kif 2.3 Si ve Ge diyotlannon "kapah• durumlaro.
2.2
0 0.3 V
GiHi$
Yaniletkcn diyotlann yapiss, karakteristikleri ve modelleri 1. Bolumde tamttldt. Bu boli.imi.in temel arnacr ise, deg~ik dcvre diizenlemelerinde, uygulama alanma uygun modeller kullanarnk: diyodun pratik uygulamalanna ili§kin bilgiler kazandurnakur, Bolumun
sonunda diyodlarm de ve ac devrelerindeki temel davrarus yapisi a9tl((;:a anl~Jlm1§ olmalidrr, Bu boliimiinde ogrenilen kavramlar daha sonraki boliimlerde biiyiik oneme sahip
olacaknr, Omegin, cliyotlar transistorlerin temel yapisirun tamrnlanrnasmda ve transistor
devrelerinin de ve ac eksenlerinde analizi sikca kullamlmaktadrr,
Bu boliimiin i~rigi elektronik elemanlar ve sistemlcr gibi bir alan iizerinde i;;a·
hsmarnn olumlu bir yoniinii ortaya koymaktadrr; bir elemanm temel davrarus bicimi bir kere anlasildiktan sonra sonsuz sayida duzenleme icinde islevleri ve repkileri belirlenebilir. Uygulama alanlanrun sonu yoktur; ancak karakteristikleri ve
modelleri hep ay111 kalmaktadir,
-t>t-
0
$ekil 2.1
2.1
Ge
-t>J--
~
Ge
0
-
-
-
0
• 11 •
0
• 11 •
0
0.7V
0
0.3 V
Sckil 2.•
ideal ve yakla~,k e~deger di·
yottaron ·a~1k" durumlan.
A~ag,daki analizde esdeger devrelerde yer alan 0.7 ve 0.3V'luk gerilim kaynak.lannm,
ba.~1ms1z birer enerji kaynag1 olrnadigiru unutmaym. Ornegin, diger devre elemanlarmdan yahulrms tek basina bir doyotun uclanna bir. voltmetre bagland1gmda 0.7V
vc 0.3V'luk degerler gostermeyecekrir, Bu, diyodu, ideal karakteristikten ayiran saprna
geriliminin etkilerini dahil etmek icin kullamlan bir mekanizma, yontem, vs'dir.
Kuskusuz, uygulanan ileri ongerilirnin bi.iyiikliigi.i diyodun davraruslan iizerindc
belirgin bir etkiye sahiptir. Arna ya sonuctaki akirn diizeyi? Ai;;ik dcvre durumu icin bu
a91k~a O A'dir. Eger kisa devre durumu sozkonusuysa, aktm; diyodun ba,~t, oldu.~11
devre tarafindan belirlenecektir. Dogal olarak bu deger, aygiun maksimum anma degerinden daha dil~iik olmahdir, ancak ideal olarak, ileri ongerilirnli bir diyot iizerinde
sabit bir gcrilim dii~i.imil olacakur (ideal diyod icin OV, Si icin 0.7 V ve Ge icin 0.3V)
ve akirn, diyodun icinde bulundugu devre tarafmdan belirlenecektir.
BolOm 2.2
OC Glrl§II Serl Dlyot Devrelerl
59
~ekil 2.5'deki seri bagh de devrelerinin farkli gerilim vc akim diizeylerini hesaplayarak i§e ba§layahm. Aglf!Jkh oneme sahip ilk soru diyodun durnmudur; acik
devre durumu mu yoksa kisa devre durumu mu varsayllmaildir? Devrelerin cogunlugunda, diyotu §Ckildcn tamamiyle pka11t1g1mtZda, akrrrun hangi yonde belirlcrnek, diyodun durumuna ili§kin ipucunu saghyacaktu. Eger akirnm yonii (~ekil
2.6'da oldugu gibi) diyot seniboliindeki okun yoniiyle aym yone sahipsc, diyot, devrcde diyotun Vr geri ongerilimleme geritimim karsilarnaya yeterli gerilim oldugu
siirece "a~ak" durumdadrr,
E
+
rt
+
VD
Si
~ckil 2.8'deki seri diyot devresi icin Vo, VR ve lo'yi bulun.
-t>t--
~:R
R
ORNEK2.1
~
(I
VR
.. .
•'
E
+
R
VR
~'
(oziim:
. . sem bo1··un okuyla ayru yonde olacak §Cki!de saat yonunde bir
Uygulanan gerilim,
akimm akmasma neden oldugundan diyot "acik'' durumdadir.
~··k ii 1.,
devres;
Seri bagh di}'OI
E>Vr oldugunu
~l:~iJ .?.(1
l)jyot
varsayarsak, diyot "acik" dururndadir
devre ortaya crkar, ~imdi,
durumunun belirlcnmc.~i.
ve ~ekil 2.7'deki ~deger
IVD=VT]
IO = lR = ~
R
=7.3 V
= __:j;J_ = 3.32
2.2 kil
mA
{2.1)
E3
ve
Vo=0.7 V
Vn=E- Yr=8-0.7
()RNEK 2.2
(2.2)
.. k pro blem 2- 2'y1' diyodu ters yonde yerlestirerektekrarlayin.
Orne
f lo=IR=1;f
(2.3}
Ciizilln:
•
.
.. .. ..
..
.
..
c: kil 2 9'daki diyot semboli.indeki ok yo·
Diyodu kaldirdrgirmzda, fnm yonunun "e
. h . ode! kullanihrsa kul..
..
Id ~ nu buluruz ve dolayrsiyla ang1 m
.
nune gore ters o ugu
!j kil lO'daki devredir; bu2
larulsin diyot ~dcgeri a~tk devre.o!acak~ :~nufd ~e i~in. VR = (O)R = 0 V'dir .
. rada ID, aytk devre dolayisiyla OA dir. VR - R o ugu
•
<;evrc boyunca Kirchoff gerilim yasasmi uygularsak,
~l'kil 1.7 Si dlyo1a ail ·~1k"-durum qdej;crinin devredc ycrine kooulm.iSe.
60
vc
Bolum 2
E- Vo- V11=0
Vo= E- VR E- 0 E= 8 V
=
=
Oiyot Uygutamalarr
DC Giri~U Seri Oiyot Devrelerl
61
rr;
E
.. ,,
;•
ID =OA
=n/R
R
8V
EC
+
2.21cn
VR
=i)!R =OA
6mek 2: l'dekine benzer bir yaklapm, akan alamm her iki diyodun sembolleriyle
aym yonde oldugunu gosterecektir; dolayrsiyla E =. (2V > (0.7 + 0.3)
IV oldugu icin ~ekil 2.13'deki devre ortaya ytkar. Yeni 12V'luk kaynaga ve 5.6 k'luk
direnc uzerindeki Vo'm polaritesine dikkat edin. Olusan gerilim;
+
VD
R
2.2 kn
=
VR
V0=E-V7 I -V7•,=12-0.7-0.3=11
~ckll 2.10
Ozellikle Ornek 2.2'de "kapah" durumda olrnasma ragrnen diyot iizerinde dii§en
yiiksek gerilime dikkat edin. Akim sifir, ancak gerilirn anlarnh bir diizeydedir, inceleme acismdan, ll§ag1daki analiz icin ~u noktalan aklrruzda bulundurun:
I.
2.
kullarulacaknr, Bunlar, endustride yaygm kullamlan ve okurun bilmesi gereken
sembollerdir. Bu semboller ve diger tarumh gerilim diizeyleri 5. Bolumde daha ayrmnh olarak ele ahnacaktir.
-l
R
5.6
kn
1.96 mA
,;-1,ii
!.l-1
( 'ii1i1111:
Diyotlar 91kanhp olusan I alammm yonii belirlenince $ekil 2.15'deki devre elde
edilir, Silisyum diyot icin akirn yonunde eslesme vardir, nncak gennanyum diyot
i,;:in yoktur. Bir kisa devrenin bir a,;:1k devre ile seri olarak dtizenlenmesi her
zaman acik devreye yol aear, $ekil 2.16'da gosterildigi gibi Iv= 0 A olur.
V
EI
R
I
~imdi verecegirniz ornekte uygulanan gerilim icin ~ekil 2.ll'deki semboller
0
_=
VR =YQ.=_t_l
(Jl{:\l-'.f( 2 .. :
Bir actk: bir devrenin uclanna herhangi birgerilim uygulanmts olabilir,
ancak, aka'! aktm daima O A 'dir.
Bir kisa devrenin uclanndaki gerilim diisiimi! daima OV'dur, ancak akan akimin biiyiiklii.~ii sadece ccvreleyen devreyle strurlultr.
E=-S
/o=IR=
ve
V
sv
·-,, •.
1'
i;)
+
S.6Jc0
<)HNEK:U
-=-
Sckil 2. I 2'dl'ki scri dcvrc icin 1 ·,, vc '"'yi hulun.
Si
1·,
IR
+
+
l
12V~
~d,il ~.I~
62
'-l1i.i:.•
Bolum 2 Diyot Uygufamalari
B610m 2.2 DC Girl~II Serl Dlyot Oevrelerl
:-,:.-1,:1
.' I"
63
(,:iiziim:
~imdi sorun, silisyum diyodun yerine neyin konmasi gerektigidir, Bu ve ileriki bolumlerdc yapilacak analizlerde pratik diyot icin I. Bolumde ongerilimlemenin olmadigr durum i9in tarumlandigr gibi VO= O V oldugu zaman / 0
= 0 A oldugunu (ve tersi) hanrlaym. Vo, = 0 V ve lo= O A ile tammlanan ko§Ullar ~ekil 2.1 Tde gosterilmistir.
~ekil 2. l 9'da gosterildig! gibi kaynaklar 9izilmi§ ve akirn yonleri belirlenrnistir.
Diyot "acik" durumdadir ve yaklasik C§deger model .~ekil 2.20'de yerine kon-
mustur.
l=Ei+Ei-Vo=
Ri + R2
= 2.1
ve
!0+5-0.7
4.6 kn+ 2.2 kn
=_H,l_
6.8 kn
mA
Vi= !Rt= (2.1 mA)(4.6 kU) = 9.66 V
V2 = IR2 = (2.1 mA)(2.2 kn)= 4.62 V
<:;1kt§a Kirchhoff gerilim yasasuu saat ynnilndc •. ,1guh,rsak;
+
4.6 k!l
~rkil .!.17
Kirchhoff gerilim yasasiru saat yonunde uygularsak
E - Vo1
Vo1 = E - Vo1
vc
= 12
~ckil 2 . .!U
Vo1 - Vo= 0
•
-
Vo= 12 V - 0 - 0
V
ve
Vo= 0 V
Vo= V2 - E2 = 4.62 - 5 =- 0.38 V
Eksi isareti, V0'm ~ekil 2.20'dekinin tersi bir polaritleye sahip oldugunu gosterir.
(YRNEK 2.5
2.3
~ckil 2.18'deki seri bagh de devresi i<;in I, V1, Vz ve Vo'1 bulun.
+
4.6 kn
PARALEL VE SERi-PARALEL
DEVRELER
2.2. Boliimde uygulanan yontemler, paralel ve seri paralel devrelerin analizini de uygulanabilir. Her uygulama alam icin, seri diyot devrelerinde uygulanan ardisik adim-
v, R1
Ei" IOV
-£2 + V2 - V2 = 0
Si
i)
R2
Vo
2.2 kSl
lar dizisini e~lcmcniz yctcrlidir.
+
"2
()RNEK 2.6
Seki! 2.2l'deki paralel diyot devresi icin V0, !1,
Biilum 2.3
64
BolOm 2
Diyot Uygulamalan
Paratel ve Serl·Paralet Devreler
101
ve /D2'yi bulun.
65
(}ltNE!,: 2.7
t,
E
IOV
+
o.33 kn
J'o, +
R
D1
Si D1
+
101
Si
Vo
V11.
~·
£110V
Seki! 2.23'dcki dcvreden akan I akirrum bulun.
-
0.7v_I
-
-r0.7Vo:
i
Si
R
Ge
~i:kil 2 . .!I
Dcvreyi $ekil 2.24'de gosterildigi gibi tekrar cizersek akan akim yiintiniiri, silisyurn diyodunu acik ve gerrnanyum diyodunu kapali hale gctirccek sekilde ol-
Coziuu:
(1ugu ortaya crkar. Dolayrsiyla sonucta akan I akirm
Uygulanan gerilim icin kaynagm "baskrsi", Sekil 2.22'de gosterildigi gibi her bir
diyot uzerindc aym yonde bir aktm almmasma neden olur. Akan akirrun yonti,
her diyodun uzerindeki sernbol ile aym yonde ve uygulanan gerilim 0,7 V'tan
daha biiyiik oldugu icin, diyotlann ikisi de "acik" durumdadir, Paralcl baglt elemanlar iizerindeki gerilim her zaman ayrudtr ve bundan dolayi,
20 - 4 - 0.7 = 6.95 mA olur.
2.2 kD
Vo=0.7V
fl
·1~v
Akim
fi=V11.=E-Vo=l0-0,7
,,,28.18mA
R
R
0.33 kn
Diyotlann, benzer karakteristiklere sahip oldugunu dii~iiniirsek,
R =2.2krt
(JJ{:\J.:k .!.t\
Sekil 2.25'deki devrc icin ls, /z ve lo; akrrnlanru bulun.
lo =lo= lL:28.18 mA - 14.09 m A
I
I
2
2
R1
1,
_3.3kn
Si
iIoz
D1
Ornek 2.6'da, diyotlann nicin paralel bagland1klanm gostermektedir, $ekil
2.21'deki diyotlann akim anma degerleri sadece 20 mA olsaydi, 28.18 mA'lik bir
akrm, Sekil 2.21'deki tek elernan olmasi halinde hasara yol acardr, Ikisini paralel
yerlestirerek, akim aym ur;; gerilimi ile 14.09 rnA'lik giivcnli bir diizeyde s1rurlanrmsnr.
66
BolOm 2 Diyot Uygulamalarr
E
20V
Si
Dz
S.6 kfl
Boli.im 2.3 Paralel ve Serl-Paralel Devreler
67
<,:ii,:ii
Ill;
Uygulanan gcrilim (basmc) her iki diyodu as:1k duruma getirecck §Ckildcdir. Du
durum ~c.kil. 2.26'da gosterilen alam yonleriyle belirtllmistir. Burada esdeger
d~vre c;:ekild1kten sonra + c;:ozi.imiin dc-seri-paralel devreler ic;:in uygulanan teknikler kullanilarak elde edildigine dikkat edin.
"O" olarak verilmistir, VEY A kapisi, girislerden biri veya ikisi birden I oldugu zaman ~~
gerilim diizeyini 1 yapar. Her iki giri§ siftr oldugunda, S:00§ da O'dir, VF,/VEY A kapilanrun
analizi ideal diyot modcli kullanmak yerine diyot yaklasik ~degcrinin kullanilmasiyla oldukca kolayl~maktadir. <;Unkii diyot uzerindeki gerilirnin, "acik" duruma ge9cbilmek icm
silisyum diyotta 0.7V (Ge'de 0.3V) olmasi gerektigini varsayabiliriz.
Genelde bu konuya en iyi yaklasim, uygulanan gerilimin "baskisma" vc yoniinc
bakarak, diyotlann durumunu belirleme konusunda bir sezgi geli§tinncktir. Daha
sonra analiz, ilk varsayirmzm dogrulugunu veya yanh§hgm1 ortaya koyacakttr.
()RNEK 2.9
~ekil 2.27'dcki dcvre icin Vo't bulun
Si
(I)
+
s.s en
Vz
0.7 V
R1
E• IOV
- ------ _Ja
~cl.ii
+
I
Vr1
R2
' (a) alt diigiimiinde,
vc
18.6 V
!kn
~ekil Z.27
Potilif mannk veya kaptst
Ill:
Baslangicta, sadece 1. uca uygulanan lO V'luk bir gerilimin uyguhmdigma dikkat
edin. O V di.izcyindeki 2. girls ucu, ~ekil 2.28'de yeniden cizilerck vcrilcn devrede de goserildigi gibi, toprak poransiyelindedir, Sekil 2.28, D/in bir olasihkla
uygulanan lO V 'dan dolayi "acik" ve Di'nin "pozitif" yonii O V'da oldugu icin
"kapah" durumunda bulundugunu "dusilndtirrnektedir".
Bu durumlann ~ekil
/z = YI.= ---11LlL= 3.32 mA
ilc ve
Vo
D2
()i,:ii
2
• VT2=20-0.7=
2
R
l.26
-V1 + E. VT • VT = 0
V2=E-
D1
Si
ov
(0)
~irchhoff gerilim yasasi gosterilen yevre boyunca saat yonunde uygulamrsa
VC
I
3.3 kU
5.6 Jen
lo +f1=h
2
fo1 = li -Ii= 3.32 rnA - 0.212 mA = 3.108 mA
+
2.4
VE/VEYA MANTIK KAPILARI
Aruk analiz icin gcrekli arac;: gerece sahibiz; ve bir bilgisayar diizenlenmesini incele~~k, .nispcten basil olan bu elemanm uygulamalanrun genisligin] gosterecektir,
An~l'.z1m1z gcril!m duzeylcrini bclirlcmeklc suurh kalacak vc Boole ccbirinin vcya
pozitif ve negatif manugm aynnulanna girmeyecektir. Ornek 2.9'da incelenecek
olan dcvre pozitif manuk icin bir VEY A kaprsidir.
Yani, ~ekil 2.27'deki lOV diizeyi, Boole cebirine gore "1" ve O- diizeyide
v
68
Bllliim 2 Dlyot Uygulamalari
I
R
I kSl
~d,il !.~~
BolOm 2.4 VEJVEYA Mantik Kap1lan
69
Sonraki adim, yapugmuz varsayunlar y~li§en bir dumm olup olmadrgmr kont-
ise de, D1 'in katot tarafmda IO Vile Di 'in "kapah" oldugu varsayrlnusnr, Ancak,
bu bolurniin girls kisrrunda belirttigirniz gibi analizde yaklasik modelin kul-
rol etmektir. Yani, DI uzerindeki polaritenin onu ay1k duruma ve Di iizerindeki polaritcnin onu kapah dururna getirdigine dikkat edin; D 1 icin "acik'' durumu Vo= E Vo::::: 10 - 0.7 = 9.3 V dtizeyinde bir Vo olusrurmakradrr, Dj'nin katot (-) tarafmda
9.3 V ve anot (+) tarafmda bir O Vile Di kesinlikle "kapali" durumdadir. Akirrun
yonil ve iletim icin olusan kesintisiz yol da D i'in iletim durumunda oldugunun bir
baska gostergesidir, Varsayimlanrmz, devredeki gerilim ve akimlar tarafmdan dogrularuyor gibi gorunrnektedir ve dolayisiyla ilk analizimiz dogru kabul edilebilir.
lannrunm v .mlnucr olacagim hanrlaym.
<;:1ki~ gerilim duzeyi, "I" giri.~i icin tammlanan IOV'Juk dilzeyde degildir ancak 9.3
V'Juk deger 1 diizcyinde oldugunu kabul etmek i9in yeteri kadar bilyiiktilr. Bundan
dolayr 91ki~. yalruzca bir giri§ yardirruyla l duzeyinde bulunmaktadrr, ki bu da kapmm bir VEYA kaplSl·Oldugunun belirtisidir. Ayru devrenin lOV'luk iki girisle
analizi her iki diyodun da "acik" durumda ve 91k1§m 9.3 Volt duzeyinde olacagim
gosterecektir. Her iki giristeki 0-V'luk bir girls, diyotlan acmak icin gerekli 0.7
~d,:il
Voltu saglayamayacaktir ve 91k1§, 0-V'luk 91kl§ diizeyi nedeniyle O olacaknr. Seki!
2.29'daki devre icin akrm diizeyi §U §Ckilde belirlenir:
l = E - Vo
R.
j Sekil 2.30'daki
!
= ..!..O...:...Q. ~
lkn
. 'l
DI diyodu durumunda; giris ve kaynak gerilimleri ayru diizeydeyse ve karsilrklr
bir baski yaratiyorlarsa 0.7 V nereden gelecektir? D2 diyodu, katot tarafmdaki
l dii§iik gerilim ve 1 kn'luk direnc uzerinden gelen 10 V kaynag1 nedeniyle "acik"
9.3 rnA
Ili
I
r
~
\ yiikliigii ise
I
Si
(0)
E1=- 0 V o--KJ-~~--oV,,
2
t
I
!
R
i
l
olarak kabul edilmektedir.
~ekil 2.3l'deki devrede V0'daki gerilim, ileri i.ingerilimlenmi~ olan Dz diyodu sebebiyle 0.7V'tur. D1 anodunda 0.7 V ve katotunda 10 V oldugu icin Di
kesinlikle "kapali" haldedir. I akirrurun yonii ~ekil 2.3 l'de gosterilen yon, bu-
!
pozitif "':mt.:!_.--1, '.!?_ kaprsi i~·in 91k1~ duzeyini bulun.
(I)
Si
£1=-JOVo---ilC}-~--,
l
!
~.Jt
I kn
~;,.1.it .! . .10 Po-lilifmunrtk
VE kap1s1
I= E - Vv = l.Q...:JU. = 9.3 mA
R
l kn
olacaktir. ·
Dolayisiyla diyotlann ne durumda olduguna iliskin varsayrm dogrulanrrusnr
ve daha onceki analizirniz ge9erlidir. 0 diizeyi i9in tammlanan O V'ra olmamasma
ragmen 91k1§ gerilimi O diizeyinde kabul edilebilecek kadar kli9iiktiir. Bu nedcnle
bir VE kapssirun tek bir girisi, 0-diizeyinde bir 91ki~a yo! acacaknr. Geriye kalan
iki giri~li ve girissiz olasihklan icin diyot dururnlan boltimiln sonundak.i problemlcr kismmda incelenecektir.
')"'
,.,,)
Bu durumda devrcnin .topraga bagh bacagmda bagimsrz bir kaynagm bulunduguna dilckat edin. · Birazdan gorecegimiz nedenlerden dolayi bu kaynagm
diizeyi, giris rnanttgi duzeyi ilc ayru tutulmustur, Devre, diyotlarm durumu ko. nusundaki ilk varsayimlanrmza uygun olarak ~ekil 2.31 'de yeniden cizilmisrir.
Herne kadar D1 diyodunun anoduna direnc iizerinden IO V'luk bir kaynak bagh
70
Boliim 2
Dlyot Uygulamalan
Y AfllM DALGA OOGRUL TMA
Diyot analizini simdi, sinusoidal dalga bicimi ve kare dalga gibi zamana gore degi~en fonksiyonlan kapsayacak §Ckilde geni§letilecektir. Zorluk derecesinin artacag1
ku§ku gollim1ez, ancak temel teknikler bir kere anla§tld1ktan sonra analiz, olduk9a
dolays1z ve s1radan bir yakla§1m i;izgisini izleyecektir.
Bo!Om 2.5
Yanm Dalga Dogrultma
71
Zamanla
degi~en
sinyal
girisli
en basit devrelcrden
riilmektedir. Y aklasmun ek rnatematiksel islemlerle
lemek icin simdilik ideal modeli kullanacagrz,
2.32'dc
go-
karmasik hale gelmesini
biri ~ekil
on-
~-
+
0
V;
L\j']T
2
I
I saylah
de diizeyi elde etmek icin giri§ sinyalinin yansmi kesme islemine yerinde bir
deyimle yartm dalga dogrultma denir, Dogrultma terimi ac'den dc'ye donustttrme i~lemindc gi.i<;: kaynaklarmdaki diyotlar icin kullamlan "dogrultucu" teriminden gelmektedir, Ileride sabit bir de gerilimi olusturmak i<;:in bu dalgah gerilimin kullarurm
iizerinde duracagiz,
R
t-'~cl.ii .! .. t:?
\';in:u-c.folga d0Jruhuc11.
~ekil 2.32'deki T periyodu ile tarumlanan bir tam cevrimde ortalama deger
(eksen iizerindc ve alunda kalan alanlann cebirsel toplami) sifrrdrr. ~ekil 2.32'deki
yanm dalga dogrultusu adi verilen devre, ac'den dcye donusturme isleminde bclirli
bir kullarumi olan ortalama bir dcgere sahip bir LI? dalga bicirni uretecektir.
~ekil 2.32'deki t = 0 ~ Tl.2 arahgmda giri§ gerilimi V; 'nin polaritesi, Sekil
2.33'de gosterilrnistir, Sonne, diyot iizerinde gosterildigi gibi, yarundaki sekilde
gosterilen krsa devre esdegerine yol a<;an polaritedir. Bu sekilde <;tkt§ dogrudan girise baglannusnr ve dolayisryla O~ T/2 periyodunda 1,y, = v;'dir. T/2 ~ T pcriyodu boyunca V; girisinin polaritesi ~ekil 2.34'de gosterildigi gibi olup, sonunda
~c~il ~ .. •;;
+
+
+
+
+
+
+
+
-r:,v
1 ,~
Sekil 2.36'da ileri ongerilimleme bolgesinde VT = 0,7 V olan bir Silisyum di·
yodun kullamlmasmm etkileri gosterilmektedir. Burada diyot, iletmeye baslamadan
once gtr1§m en az 0,7 V olmasi gerekir; k:i bu da ge<;i§ gerceklesene kadar sifir
zeyinde bir <;:1k1~a yo! acmaktadir, Iletirn durumuna ge<;ildiginde, LI? ile v, arasmdaki
fark sabit VT = 0,7 V duzeyinde ve §Ck:i!de gosterildigi gibi Vo = V; - Vr'dir. Net
etki eksen uzerinde kalan alanm kii<;:iilmesidir; bu da doga! olarak sonucta elde edilen de gerilim diizeyini dti§iirecektfr. Eger V m, Vo'dan <;:ok daha biiyiik aradaki fark
ihmal edilip Denklern (2.4) uygulanabilir. Yani,
=.
R
+
~ekil 1..1.l i!otim oolgcsi (0-,
T/2)
,,,;,,_s ,.,,m, -; fen ~ "
+ Vr -
o-<>-JT
diyot iizerinde olusan polarite, acik devre esdegeriyle diyodun "kapalr" duruma
gecmesine neden olur. Sonuc, yuk i<;in bir akl§ yolunun olmayisr ve T/2~ T periyodu i<;in L\? = i R = (0) R = 0 V olmasidir. Karsilasnrma amaciyla V; girisi ve L\?
<;1kt§l ~ekil 2.35'de birlikte <;izilmi§tir. Bu durumda Vo <;tkt§ sinyali tam bir periyot ·
boyunca eksenin iistiinde net pozitif bir alana ve a§agidaki denklem(e bclirlenen bir
ortalama degere sahiptir:
.
ortalarna (de degeri) = 0,318 V,,,
72
(2.4)
Bolilm 2
Yanm-dalga dogrullmu} ,inya!
Diyot Uygulamalan
+
,,
0.7 V
\R=
+
·~
O
I
I
,1
.112
T
'-J ..'.
.
T
VT'dcnkaynaklanansapm
Vr'nin yanm-Oalga doSrultu!nul~sinyal ti,.ccinc olan etkisi.
B61ilm 2.5 Yanm Dalga Do{lrultma
73
Vm, nispeten Vr'a yakm bir duzeydeyse Denklem 2.4'U, tepe degerini kayma
gerilimi kadar dii§iircrek kullanmak suretiylc yaklasik bir deger bulunabilir. Sag ve
sol kenarlardaki saeaklama alanlarmm ihmal edilmesi ncdeniyle de diizeyinde meydana gelen farkhhk normalde cidcii sorun yaratrnayacak biiyiikH.iktedir. Bu nedenle
··-········ ··-- ···-··-1
Vdc
I__
= 0.318
+
v,
(2.6)
(v .. - Vr}_ I
0
2 kn
+
( ~ :>·.f ~ .....
(a) ~ekil 2.37'deki devre icin v0 9ik1§m1 cizin ve cikrsm de duzeyini bulun.
(b) (a) stkkim ideal diyot yerine silisyum diyot kullanarak tekrarlaym.
0
.
f'V!/jfjJT
V;
0
v,
T
T
2
L20 _ 0.1 = t9.3 v
+
+
20V
w
Diyodun ters tepe gerilimi (PIV) anma degeri, dogrultucu sistemlerin t11·· elikli onerne sahiptir · Bunun • geri ongerilirn alamnda
ph§1ld1gmda
sanmm d a one
.
y
lmamasi gereken anma gerilim dcgeri oldugurm, aksi takdirde diyodun, zener 91g
::lgesine girecegini unutmaym. Yanm dalga dogrult~cus~ ~-9in ~e~ken P.IV ~nma
degeri, maksimum uygulanan gerilimle ~ekil 2;32'd~k_1 gen ongerilimlenmis d1yod.u
gosteren ~ekil 2.40'tan bulunabilir. Kirchhoff gerilim ya~as1 ~yguland1gmda d1odun PIV anrna degerinin uygulanan gerilimin tepe degerine e~H olrnasi veya onu
(a) Bu durumda diyot ~ekil 2.38'de gosterildigi gibi girisin negatif yansi boyunea iletimdc olaeak ve v0 aynen, sekilde gosterildigi gibi gortmecektir. Tam
bir periyot icin de diizeyi,
Vdc = -0.318Vm
= -0.318(20)
~~mast gerektigi ar;:1kr;:a belli olmaktadir. Bu nedenle;
----· -·-·----·--· -1
( 2.7)
~~Vanma c1eiori = Vn, yanm d,lga dotrult:c~--
= -6.36 V
V(PIV)
Eksi isareti, 91k1§ polaritesinin ~ekil 2.37'de tamrnlanan polariteye gore ters ol-
dugunu gostermektedir,
(b) Silisyum diyot kullaruldigmda 91k1§ ~ekil 2.39'da gosterildigi gibidir ve
Vdc
= -0.3I8(Vm
- 0.7) = -0.318(19.3)
= -6.14
+
V
Sonucta de diizeyinde meydana gelen dusme 0.22 V ya da % 3.5 kadardir,
74
V0 = IR = (O)R
Boli.im 2 Dlyot Uygulamalan
2.6
= 0V
!.. :Ii Yunm-dalg11 tl\1~-rtJ1tucu iqin gereken PfV anma
~rinln betirlenmes].
•wJ,il
+
'
TAM DAL.GA DOGRULTMA
Bir sinusoidal giristen elde edilen de dlizeyi tam dalga. dogrultmasi denen bir i~lemle % 100 diizeltilebilir. Boylesi bir islevi yerine getirmek icin kullamlan en yayBol!lm 2.6 Tam Dalga Dogrultma
75
Bir tam periyot boyunca eksen iizerindeki alan, yanm dalga sistemine gore
\,·~ii !.J1
Tam-dalga kUpN d,,gmhucu
r::::::-;ama (de degeri) = 0.636 Vm
L~:--------... -~· -----
v,
u,
.-::,·1. ii .!.-11
ikiye katlandrgr icin de duzeyi de ikiye katlannus olmakta ve
+
-+
J
( 2.8)
~kil 2.41'dcki v; girii gc-
rilimin O -+ T/2 pcriyo<lu~a ili1kin dcvrcsi.
gm devre, koprii duzeninde baglanrms dort diyotlu devre, ~ekil 2.4'dc go·
riilmektedir. Giri§in polaritesi l/O'dan T(2'ye kadar olan periyodda ~ekil 2.42'de
gosterildigi gibidir,
D2 ve D.1 iletim durumdayken D1 ve D,'Un "kapah" oldugunu gostermek icin
ideal diyotlar uzerindcki polariteler de ~ckil 2.42'dc gosterilmisrir, Net sonuc R
iizerinden akan akim ve polaritcyle beraber Sekil 2.43'deki devredir. Diyotlar ideal
olugu icin aym ~ckilde gosterildigi uzere yuk gerilimi (yilk dircnci uzerindeki gerilim), v" = v/dir. Girisin negatif bolgesinde iletimde olan diyotlar D1 ve D4 olup
Sekil 2.44'dcki dcvre mcydana gelmektedir, Buradaki onemli sonuc yuk direnci R
iizerindeki polaritenin ~ckil 2.42 ile aym ve bunun da ~ckil 2.44'de gosterildigi gibi
ikinci pozitif bir darbeye neden olmasidir, Bir tam periyot boyunca giris ve c;1k1§
gerilimleri ~ekil 2.45'deki gibi gorunecektir.
0
T
T
2
Silisyum diyotlarda
pozitif iletme fazi siiresince ~ekil 2.46'da gosterildigi gibi
Vo'rn etkisi de ik.iye katlanrmsur. Ancak, eger Vm >> 2Vr ise, bu durumda
(2.9)
+
ve eger Vm, 2Vr'ye yakrn ise
r~l
de
= 0.636 ( v, - ;v~):J1
(2.10)
v .. ·yeyakin'Zl'r
Her bir (ideal) diyot icin gereken PN, ~ekil 2.47'de giri~ sinyalinin pozitif bolgedeki tcpc dcgcrinden cldc cdilcbilir. Gosterilcn dongii ic;in R ilzerindeki rnak-
I
O
simum gerilim Vm'dir ve
r-
\
T
0
2
T
[ PIV = Vml
tam-dalga kopru dogruhucu
( 2.11)
+
Bolum 2.6
76
Bolilm 2
Dlyot Uygulamalan
Tam Dalga Dogrultma
77
O
---,.,---
.. ·V
T
T
- 2V
lf:Jzv10J~~
2
...,
T
I ..
0
ikinci ve yaygm olarak kullamlan bir tam dalga dogrultucu ~ekil 2.48'de go·
rulmektedir; yalmzca iki diyodu vardrr, Fakat transfcrmatorun sekonderinin her bir
sargi dilimi ilzerinde giris sinyalini olnsturmak icin orta uclu bir transformatore
gerek duymaktadir,
Transformatorun primer sargrsma uygulanan v/nin pozitif kisrm sirasmda
devre, Sekil 2.49'da gosterildigi gibi gori.inecektir. Sekonder gcrilimleriyle ve sonucta akan ak1m111 yonleriyle belirlcndigi gibi D1 kisa devre esdegerinin yerini, D2
ise acik devre ~degerinin yerini alacaktir. <;1k1§ gerilimi Sekil 2.49'daki gibi gori.inecektir.
,-'•
•
•
..·fm
·.\,1!,}i'.;_: :._\
O
T
2
T
Girisin negarif boltimii ~f]resmce devre, ~ekil 2.50'deki gibi gorunecektir, yani
diyotlarm rolleri degi~mi~1ir, ancak R yilk dircnci iizcrindeki gerilimin polaritesl.aymdrr. Net sonuc ~ekil 2.45'de gorulen ~da~ ve de duzeyleri ile ayrn olmaktadrr, /
Sekil 2.5 l'deki dcvre, bu tam dalga dogmltusunun her bir diyodu icin ;nqt
PIV'yi belirlcmede bize yardimcr olacaknr. Sekonder gerilimi icin maksimum g~rilimi ve bitisikteki dongu ile olusturulan V,,,'yi yerine koyarsak
+
PlV
ssr:
1:-:·-·.·_-;
\Y
v'"
:)_
+
R
v..
...••..
,u
+
I
I
I
I
; • .:.i:
PIV
I
./\ vm
P\
1.. '
O
-~ 1·
= Vsckondcr
+ VII
= V,,,+ Vm
P[V = ~~:
j tr.111,fonnotOrlU tam-dolga
do~rullucu
(2.12)
elde ederiz.
~
T
2
i-. il ·'.-~ •,
BolOm 2
78
Dlyot Uygulamalart
.
I·'.
BolOm 2.6
Tam Oalga Dogrultma
79
Bu nedenle iki diyodu kopni devresinden 9Ikarmanm etkisi, mevcut de dtizeyini,
(>RNEK 2.12
Vc1c:: 0.636(5) :: 3.18 V
Sekil 2.52'deki devre icin 9ikl§ dalga bicimini bulun ve her bir diyot icin gerekli
veya aym giri§ degeri ile yanm dalga dogrultusundan elde edilcn degere dii~iirmek olmustur. Ancak ~ekil 2.S6'dan belirlenen PIV, R uzerindeki maksirnum
gerilime esiuir, Bu ise S volttur, yani ayru giri§ degeri altmda bir yanm dalga
PIY'i ve de diizeyini hcsaplaym.
dogrultucusu icin gerekenin yansi kadar.
+
2.7 KIRPICI DEVRELER
Donil§i.imlu dalga biciminin gcri kalan kismim bozmadan girls sinyalinin bir boliimilnii "kirpma" ozelligine sahip olan vc k11_p1c1 adi verilcn i;e§itli diyot devreleri
vardir. 2.5. bolumdeki yanm dalga dogrultucusu, bir diyotlu kirpicuun en basil ornek:lerinden (bir diyot bir direnc) biridir. Diyodun yoniine bagh olarak girls sinyalinin pozitif veya negatif bolgesi "kirpilmakur".
Kirptcilann iki gene! kategorisi vardir: Seri ve parallel kirpicilar, Seri devrelerde diyot, yiike seri, paralel devrelerde ise paralel baghdir.
(.'iiziim:
Devre, giris geriliminin pozitif bolgesinde ~ekil 2.53'deki gibi gorunecektir,
Dovre yeniden cizildiginde Sekil 2.54'deki devre ortaya cikar; burada
v,~mak.,) = t V;cmah) = t(IO) = 5 v(~ekil 2.54). Negatif bolumil i9in diyotlarm rolleri degi~ecek ve Vo Sekil 2.55'deki gibi gorunecektir,
+
~
(a)
11,
-V
+
(b)
+
{0[f>,.5 V
2kSl
O
i'
2
0
....,.;·:.:;·":
T
2
T
I
i.·
'
;
BolOm 2
80
____v
Oiyot Uygulamalari
tf
Seri
~ekil 2.56a'daki seri devrenin i;e§itli donii§iimli.i dalga bicimlerine tepkisi ~ek:il
2.56b'de gosterilmistir. Baslangicta bir yanm dalga dogrultucusu (siniizoidal dalga
BolOm 2.7
K1rp1c1 Devreler
81
V Volt'tan daha biiyiik bir giris gerilirninde diyod kisa devre durumundadir;
daha dii~iik bir giri~ geriliminde ise a91k devre veya "kapali" durumdadir.
bicimleri icin) olarak gelistirilrnis olmasma karsin, bir kirpiciya uygulanabilecek
dalga turleri uzerinde herhangi bir smirlama yoktur.
$ekil 2.57'deki gibi bir de kaynagrrun eklenmesi, krrpicnnn 91k1~1 iizerinde belirgin bir etki yaratabilir. Buradaki tarnsmarmz ideal diyotlarla sirurh katacakttr ve
V0'm etkisi son bir ornekle gosterilecektir.
3.
v
. . . v,,,
Tantmlanan 11,tarm ve v0 polaritesinin stireklifarkmda olmaltstmz, Diyot
$ekil 2.59'daki gibi, krsa devre durumundayken, r;~~ gerilimi v0 ~ek.il ii~erindc gosterildigi gibi (a) ve (b) kisimlan ile ayrudir; ve Kirchhoff gerilim
yasasrru uygularsak;
r----,
~.__---iM---.--<> +
V; -
!..'· \.
O
R
·1 T
T,
2 ·.
'
V -v0 = 0 (Saatin donme yonunde)
Lv
vc
0=V;
I
-v _
(2.14)
$ckll 2.57
+
$ekil 2.57'deki gibi devreleri analiz etmenin gene! bir yonterni olmarnakla beraber, r;oziim iizerinde ~l~trken aklmtzda bulundunnamz gereken birkac nokta
vardir.
l.
R
-
•,,,.,,,
sinyalinin diyodu acmak icin pozitif olmasi gerekrigini dii§iindilliiyor. Aynca
de kaynagt 1Jj geriliminin, diyodu acmak icin V Volt'tan daha biiyiik olrnasrru
gerektiriyor.
Giris sinyalinin negatif bolgesi, de kaynagmm da destegi ile, diyotu "kapaIr" duruma gecmeye "zorluyor". Bu nedenle genelde diyodun girl§ sinyalinin negatif bolgesi icin bir a91k devre ("kapah" durumda) oldugundan emin olabiliriz.
Diyodun durumunda degi~·ikligeyo/ acacak uygulama gerilimini (gerif gerilimi) belirleyin, Ideal diyotta bir ge9i§i saglayaeak v;'nin diizeyini belirlemek iizere id= 0 veya Vd 0 kosulu kullarulacakur.
$ckil 2.57'deki devreye Vd = O'da (1 0 kosulu uygulandigmda $ekil 2.58'deki devre elde edilir. Buradan anla§1lacag1 uzere durumdaki bir degi§ffieyi mcydana getirecek V; diizeyi
=
1.
4. Giris sinyalini, Seki/ 2.60'da gosterildW gibi, r1k1~,n iistiinde fizmek ve fikJ§t girisin anlik deiferlerine bag!, olarak belirlemek kolaylik sa,~layabi/i1·. Daha sonra
91kl§ gerilimi, V0 'rn belirlenen veri noktalarmdan cizilebilir, v. 'nin anlik bir degerinde girisin O degerde bir de kaynagi olarak ele almabileeegi~i ve s:ikt~m, buna
karsrlik gelen de degerinin (anhk deger) belirlenebilecegini unutmaym. Ornegin,
~ekil 2.57'deki dcvrede V; =V.,'de incelenecek olan devre ~ekil 2.61'de goriilmektedir. I'm >V icin diyot kisa devre durumunda olup, ~ekil 2.60'da gosterildigi gibi, V0= Vm- V'dir.
U;
=
0
T1x0·.
... ,.I, T
121 ·/ I
I
I
( 2. !'3)
I
I
I
V
U4"'
+
OV
I
Vol
id"' OA
--<>:: •
~t-l-<io--o-o-1....+-R 1,R • l,R •
I
I
1
I
I
I
I
I
I
I
1
I
I
I
I
I
I
0R• 0 V
'
I
I
0
~··~·1-.58
T
2
O>-~~~~~~~---+~~-
t
I
I
I
I
I
I
I
I
! v... - v :
_
. 82
..
Diyodun yoniinii ve uygulanan gerilim diizeylerini dikkate alarak, devrenin
tepkisini kafantzda canlandmn. $ekil 2.57'deki devre icin diyodun yonii vi
2.
b
v0
I
+
v.
R
T
·,
Bolum 2
Dlyot Uygulamalari
BolOm 2.7
K1rp1c1 Devreler
t.,,
83
I
.
t
Aym yontem
vo 'in kesintisiz bir egrisini 9izmek icin yeterli sayida ~1kt§
.. nok-
j
rilimi icin Vd = O'da id= 0 koyarsak Sekil 2.65'deki devreyi ve V; = -5V elde ederiz.
Diyot -SV'dan daha negatif gcrilimler icin acik devre durumunda, -5V'dan
daha pozitif gcrilimler icin de, kisa devre durumunda olacakur. Giris ve c;:1k1§ gerilimleri ~ekil 2.66'da gorulmektcdir.
Uygulamada kare-dalga girisli kirpicr devrclerin analizi, sinusoidal girisli
dcvrelerin analizinden daha kolnydrr. t;i.inkii sadccc iki di.izcyin goz oniinde bu-
ralan elde $eki1'2.57'deki
edilene kadar girl§ geriliminin istenen sayidaki noktasi icm uyculanabilir.
devre icin c;:ikt§, ~ekil 2.62'deki gibidir.
~
.
0
T
_ + "d., 0 V
o---tl---o--<>--1,-..--<> ~---if-----<>-~-o----.~-o
+ - +
+
+
+ 5 V 14
5V
v,.
R
t
=DA\
u,
I
v.
I
0
20
'
\
.
I;
-5V
!>RNEK 2.!J
V=SV
o-;
+ 01
r "-\- , ;:
Vt+
Sckil 2.63'deki devre icin c;:1k1§ dalga bicimini bulun.
V1
- - T--:- -~-T--~
+
R
O
f \
110
= O+ 5 = 5 V
T
"• = -5 +5
"•
= 0V
Ba~ka bir deyisle devre iki de diizcyine sahiprnis gibi c;:oztimlenebilmekte ve olu~an v0 1y1kI~1 uygun zaman cercevesinde cizilebilmektedir.
Iii
· ..,,
~ckil 2.67'dcki kara dalga giri~c gore ornck '.!. l'.1'ii rckrarlaym.
(,.'iiziim:
Onceki deneyimleriniz diyodun, V; 'nin pozitif bolgesi ic;:in "acik" durumda olacagm: dii§iindilnnektedir (Ozellikle V = 5V'un yardrmci etkisini dikkat~ alirsak). Devre, ~ekil 2.64'deki gibi davranacak ve v0 = V; +5 olacaknr, Gec;:1§ ge-
84
gerllimi
5 = 20 + 5 = 25 V
--..,;;.-;-----:--
+
t
~i~
B610m 2
Diyot Uygulamalan
0
Biiliim 2.7 Kirp1c1 Devreler
r~~.r
2
c.:
tr ,
-10
85
=
V; 20 V (0 ~ T{l.). i~in $ekil 2.68'deki devre elde edilir. Diyot kisa devre dururnundadu ve Vo= 20 + 5 = 25 V'dur. V; = 10 V icin $ekil 2.69'daki devre meydana gelir ve diyot "kapah" duruma gecer, Dolayisiyla v,, = inR (O)R = 0 V olur.
Sonuctaki i;:1k1~ gerilimi ,5ekil 2.70'de vcrilmistir.
$ckil 2.72'deki dcvre icin L\'i't bulun.
v,
16
+
R
-
0
-16
L
25V
ov
---T
T
. 2
t
Ornek 2.14'delci kirprcmm tam saluumdan 5 V krrpmakla kalmayip sinyalin
de duzeyini 5 V yukseltmis olduguna dikkat edin.
Diyodun yonii ve de kaynagirun polaritesi, giri§ sinyalinin negatif bolgesiride diyotun "acik" dururnda olacagiru diisiindurilyor. Bu bolge icin devre Sekil 2.73'de
gosterildigi gibi olacakur ve v0 icin tamrnlanan terminaller v0 V ::: 4V olmasrrn
=
gerektirmcktedir.
VR
+
R
Sekil 2.71'deki devre, en basil paralel devre olup, ,5ekil 2.56'daki girislere
karsihk r;1kt~lan gostermektcdir. Sonraki ornekte de gosterildigi gibi, paralel devrelerin analizi scri devrelerinkine cok benzcrncktcdir,
v,
VI
+
u0
= V=4
V
v
0
0
+
td=o:)
"1
4V
0
R
+
= OV
vd=OV
+
-I
v.
4V
0
+
"'
Ger;i~ durumu,
v,, =0
V'de V; =0 A kosulunun uygulandigt $ekil 2.74'ten be-
lirlenebilir. Sonucta V;(ger;i§)= V =4 V olur.
de kaynagr, diyodun kisa dcvre durumda kalmasi icin "baskr" uyguladrjnna
v
r
+
86
-
v,
"o
Vo
v 0
0
-V
-V
....
-
gore diyodun "kapah" dururna gecmcsi icin giris geriliminin 4V'tan daha btlyuk
olmasr gerekir. 4V'tan daha dil~ilk herhangi bir gerilim, diyotun kisa devre durumunda kalmasma yo! acacaknr.
A91k devre durumu iein devre, ui = V; olmak uzere ~ekil 2.75'de gcisterildigi
gibi olacaktir. 1.\?'m cizimini tarnamlarsak ~elcil 2.76'deki dalga bicirnini elde ede-
-V
riz.
Vy'nin ~:ikt~ gerilirni iizerindeki etkilerini ineelemek uzere bir sonraki 6rnekte ideal diyot esdegeri yerine silisyum diyot kullarulacakttr.
Biitom 2
Dlyot Uygulamalan
BiilOm 2.7
K1rp1c1 Devreler
87
.I
.
v,
16/.
0:
Vl4V
O>---
_
_._J __
·1 _ .\,,.
I
I
O
!6V
4yl
j
l
j
!
I
!
...
T
I
I
I
I
I
I
I
il\it,
0
I
..
f\\/
I
I
u0
-- - - 4-V g~i~ duzeyi
.,i.11''
_
T
2
T
Sonuctaki t,:1k1§ dalga bicirni $ckil 2.79'da gorunmektedir. Burada Wnm tek etkisinin, "acik'' durum duzeyini 4V'dan 3.3V'a dusurmek olduguna dikkat cdin.
ilk <)OCe Vd = Vo= 0.7'da
id=
0 A kosulu uygulamp get,:i§ gerilimi bulunabilir.
Sekil 2.77'deki devre elde edildikten soma Kirchhoff gerilim yasasi t,:1k1§
I i;cvre denklemi icin saat yonunde uygularnrsa,
v;+
I
I
VT_ v =
o
V; = V - VT= 4- 0.7
•
16 V
.
(.;'il1.li1n:
!
II
I
..
Ornek 2.15'i, VT= 0.7V olan bir silisyum diyot icin tekrarlayin.
3.3 V
.
0
J(
T
2
T
;1 ·
goturmez, ancak ideal diyot analiz bir kere anlasildiktan
vo == v;
olacakur, ~.3V'dan daha dii§iik giri§ gcrilimleri icln diyot "at,:1k'' durumda olacak ve ~ek1l 2.78'deki devre clde edileeektir; burada
kusku
soma, yontem,
Vr'nin etkileri de dahil olmak uzere ytintem o kadar zor olrnayacaknr.
<;e~itli seri ve paralcl kirprci devrelcr ve sinusoidal
t,:tkt§lar
§ekil
naklanmn
2.80'de verilmistir.
girisle elde edilen
Ozellikle son konfigurasyonun
de kay-
biiylikliigiinc gore belirlencn pozitif ve negatif boliimlcri kir-
pabilme yetenegine
1'0
'
VT'nin etkilcrini hesaba kaunamn analizi biraz karmasrklasuracagi
= 3.3 V ve buluruz.
3.3V'dan daha biiyiik giri§ gerilimleri icin diyot bir acik devre ve
.'\
.
dikkat cdin.
= 4 - 0.7 = 3.3 V
Kenetlcyici, bir sinyali farkh bir de duzcyine "kenctlcyebilcn" bir devredir. Dcvrede
bir kondansator, bir diyot ve direncscl bir eleman bulunmak zorundadrr; aneak ek bir
kayma elde etmek icin bagrmsiz bir de kaynag: da kullaruyor olabilir.
R ve Cnin degeri, r RC zaman sabiti, kondansatordeki gerihm, diyodun iletim duromunda olmadig: zaman arahg1 icerisinde oncmli ol<;iide bosalmasnu onleyccck biiyiikliiklc
I
=
I
88
Biiliim 2
Oiyot Uygulamalan
Biiliim 2.8 Kenetleme Devrelerl
89
BASiT SERlKIRPIClLAR
NEGATiF
POztriF
ONGER.iLlMLi SERI KIRPICILAR
~-.~~
~i~
R
olacak sekilde secilmelidir. Analiz boyunca pratik acidan kondansatorun bes zaman
sabiti silresince tamamen bosaldiguu veya doldugunu kabul edecegiz.
,5ekil 2.81'deki devre girl§ sinyalini srfir diizeyinc kenetleyecektir (ideal diyotlar icin). R direnci yilk ulr::;1ci veya R'mn istenilen dii,x':-·ini saglamak iizere yuk
direncine paralel bir direncin kombinasyonu olabilir.
:IF,
+
v
V;
T
0
2
T
-V
~o--~---R-+---0~:~
CI··~=r~
. : ~· .
BASiTPARALEL KIRP!CILAR
+
v
R
+
-
R
+
+
-
:
ONGER!J.lMLI PARALELKIRPICJLAR
~v~
Vt
;
.,1.
v
I
Vo
J·
o
i'
~v
U1
.,..:r.
v I
-
Vo
-0
-
Kenctk:1111.; devresi
0 ~ T/2 zaman arabgt icinde devre ,5ekil 2.82'deki gibi olacaknr, Burada
diyot kisa devre durumunda oldugundan R direncinin etkisini ortadan kaldmr, RC
zaman sabiti o kadar kucukrur ki (R devrenin icseldirenci tarafmdan belirlenir)
kondansator, V volta cok cabuk yi.ikleneccktir. Bu zaman arahginda i;:1k1§ gerilimi
dogrudan kisa devredir ve Vo= O V olur.
Girisin -V durumuna gei;:tigi zaman devre, ~ekil 2.83'deki gibi gortrnecektir, Burada diyodun acik devre esdegeri, her ikisi de akmu diyotta anottan katoda dogru
"iten" uygulanan sinyal ve kondansatordeki gerilimle belirlenmektedir, R tekrar devreye girdigi icin RC ile belirlenen zaman sabiti, T/2 T periyodundan cok daha buyiik
olan 5't'lik bir bosalma periyodunu olusturabilecek uzunluktadir ve yaklasik bir varsayimla kondansatorun rum yiikilnil ve dolayisiyla gerilimini (cunkii V = Q/C) bu
siire icinde turtugu kabul edilebilir.
c
v rv-
v -rtc
+
R
Vo
+
:)
+
Vo
+
R
Vo
•
1-~~-1
0
Lb, paralel baglt diyot ve direncin uclanndaki gerilim oldugundan, Sekil
2.83'de gosterilen diger pozisyonda da cizilebilir. Kirchhoff gcrilim yasasi girise ait
cevre dcnkleminden,
ve
h,ij0h,l
90
I',-.,
Bolilm 2
Diyot Uygulamalar1
,.
BlilOm 2.8 Kenetleme Devreleri
-V-V-Vo=O
Vo= -2V
91
2V polaritesinden kaynaklanan eksi i.§areti, Vo icin tarurnlanarun tersidir. Sonucta elde edilen c;1k1§ dalga bicirni, giri§ sinyali ile birlikte Sekil 2.84'de verilmistir,
<;lk1§ sinyali O ~ T/2 zarnan arahg1 icin OV'a kenetlenmistir, ancak giri~ ilc ayru
(2V duzeyindcki sahrurru korumakradrr.
Verilen giris icin ~ckil 2.85'deki devrenin v0'1m belirleyin.
C=. I µF
~t--~-.-~-,-~~~+
v
R
5V
JOOkn
Vo
T
O
2
-2V
Kenetleme devrelerinde c;1k1§m toplam sahrurm, giris sinyalinin toplam salmmuna esittir, Bu olgu elde edilen sonucu kontrol etmek icin cok iyi bir aractir.
Genelde kenetleme dcvrelerinin analizinde a§ag1daki noktalar yardirnci olabilir:
1..
Frekansm 1000 Hz oldugu gbz onunde bulundurulursa, diizeyler arasmda 0.5
ns'lik zaman arahgi ve toplam l rns'lik periyotlann varhg1 gorulur. Analiz 1. oneride soylendigl gibi, diyodun krsa devre durumunda oldugu giris sinyalinin t1 -? r2
periyodu ile bashyacaktir, Bu zaman arahgma karsilik gelen devre ~ekil 2.86'daki
gibidir.
c
Kenetleme devrelerinin analizine her zaman ic;in giris sinyalinin diyodu ilcri
ongerilimleyen bolurnu ile baslaym. Bu bazen giri§ sinyalinin bir bolumuntin arlanmasiru gerektirebilir (bir sonraki ornekte gosterilecegi gibi)
0
ancak analiz, gereksiz bir incelemeyle uzarruyacakur.
2.
I
Ve
+
+
20 V
Diyodun krsa devre durumunda oldugu siire icerisinde kondansatorun, ac;1k devre
C§degeri durumunda kondansator iizerindeki gerilimle belirlencn duzeye arun-
+
v
+
R
IOOkU
Vo
'-rl,,l
2.Sr,
SY
cla yuklenccegini varsayin.
3.
Diyodun acrk devre ("kapah") durumunda oldugu sure icerisindc kondansatorun
tiim yiikiinii ve dolayisiyla gcrilimini korudugunu varsaym.
4.
Ana liz boyunca
5.
(:1k1§ saluunnrun giri§ salinunma cslenmesi gercktigi kuraluu unutmaym.
92
v0'rn nerede rarumh oldugunu siirekli goz onunde bulundurmaruz, v0'm uygun diizeylerini elde etmenizi saglayacaktir.
Boliim 2
Oiyot Uygulamalari
<;1k1§ R uzerindedir, ancak Vo icin tarumlanan uclan ile kaynak uclan arasmdaki dogrudan baglanuyi izleyccek. olursaruz, bunun dogrudan 5- V'luk batarya iizerinde oldugu da goriiliir. Sonuc, bu zarnan araligi i'rin 1.Jo= 5- V'dur.
BolOm 2.8
Kenelleme Oevrelerl
93
I
Kirchhoff gerilim yasasi giris 9evre dcnklemine uygulamrsa,
-20 + Ve - 5 = 0
Vc=25 V
ve
1/0
11,
f .
0
Bu nedenle 2. oneride de soylendigi gibi kondansator 25 V'a kadar yilklcnecektir. Bu durumda R direnci diyot tarafmdan devre d1§1 brrakilrnarrusnr;
ancak devrenin, kaynak ve direncini kapsayan bir Thevenin esdeger devresi RTH
= O veEr11 = 5 V ile sonuylanacakt1r. Devre, 12 ---) ts periyodu icin Sekil 2.87'deki
I
35
10
3
,.
20
~·
_J
5
0
30V
_J_
30V
fI
fl
t3
'•
gibi ~iir;jnecektir.
2sv~~~~~~~o--=-t~+__.t--~--~-o
+
+
Ornck 2.17'yi Vr= 0,7 V'luk bir silisyum diyodu ile tekrarlaym.
R
JOY
V0
SV
Kisa devre durumu icin devre ~ekil 2.89'daki goriintimil alir. Ve
himiindc Kirchhoff gcrilim yasasi uygulanarak bulunabilir.
KVL
v0, 91kt§
bo-
+5 - 0.7 ~ Vo"' 0
Vo = 5 - 0.7 = 4.3 V
vc
Diyodun a91k devre esdegeri 5 V'luk bataryamn UJ uzerindeki tum etkilerini
ortaclan kaldiracaknr; devrenin cit~ cevresine Kirchhoff gerilim yasas1 uygulandigmda a§ag1daki degerler clde edilir:
0
_I +
+10+25-V11=0
20V
ve
+
Sekil 2.87'deki bosalrna devresinin zaman sahibi RC yarp1m1yla belirlenir
ve btiyUkltigii
-r
=RC= (100 kn (0.1 µF)
= 0.01 s = 10 ms olur.
Giris bolumu icin Kirch!1~ff acrilim
vasasi
uyannca
"'
.
Toplam bosalrna siiresi bu nedenle 5 t = 5(10 )ms= 50 ms'dir.
-20 + v,. + 0.7 - 5 = 0
v,. = 25 - 0.7 = 24.3 V
tz ---> ts
zaman araligi ancak 0.5 ms surecegi icin, kondansatorun girls sinyalinin
darbeleri arasmdaki bosalrna periyodu sirasmda gerilimini koruyacagirn kabul
etmek iyi bir yaklasim olacakur. Eide edilen 91k1§, giri§ sinyali ile birlikte $ekil
2.88'de verilrnistir. 5'inci oneride de belirtildigi gibi 30V'luk ,;:1kt§ salmmurun
94
ve
verecektir,
lz ~ ts
giris salirurmyla e§IC§tigine dikkat edin.
Bolum 2
Dlyat Uygulamalari
.
BolOm 2.8
periyodu icln devre, tek fark kondansator uzerindeki gerilim
Kenetleme Devreletl
95
olmak uzcre, ~ekil 2.90'daki gibi olacaknr. Kirchhoff gerilim yasas1 uygulanirsa,
+10+24.3-Vi, =0
Vo= 34.3 V
ve
Olusan
~1k1~ ~ckil 2.9l'dc
verilrnistir. vc giri§ ve
{'Ji.01\lY.\li.l.l<
l.
~tlcl§ salimmlann
$ckil 1.9'.>'tkki dcvrclcr icin VO ve /o'yi bulun.
-lo
aym ol-
-S V
dugunu soyleyen kurah dogrular,
+6V
.
~Y,
34.3 V
~+
n
+
R
lsv
lo+
I
24.3V
IOV
:-
30V
Vo
I
(aJ
I
I
.
Vo~,
;
~
C
-R~
Si
-.
lo
,?,-: ··,;
Vo
Si
1
Bir dizi kenetleme devresi ve ~airis' sinvali
ilzcrindeki etkileri Sekil
2.92'de ve'
'{
·1 ..
,n::; f 1 ~
(b)
-
•... ..:.ii·_•;\
4.3V
l
Vo
1.2kn
+
-!-
2.2k!l
2.2k!l
IOmA
-
(a)
0
lo
-V
+2~v
-2V
6.8 kfl
QI
Si
(b)
-~·L! : ·,:
+
111
-
C
R
v,
u,;
2.
. -
~ek.il 1.'··'·'i"::l:::t
+12 V
~
c
Si
d, · +elcr 1\:in I : ; ve 1D'yi butu»,
-JOY
6.2 k!l
Ge
Si
2.2 k!l
+
R
110
01------
.v,
3.3 k!l
Ge
t
2V
i
(a)
Kcnedeme dcvrcleri ('t .~. :,KC »Tf2)
Boliim 2 Diyot Uygulamalan
96
Solum 2
Problamler
(b)
97
Vo1
io sn
Sekil 2.96'daki devreler icin V0 ve J0'yi bulun.
4.
v~2
tl
Si
20V
-
s.6kn
Si
15 V
ID
Si
+20V
PD
Si
Vo
Si
Si
7.
Vo
4.7kn
Sekil 2.99'daki devre icin V0 ve J0'yi belirleyin.
2.2 kn
lOY
-
8. ~ekil 2.27'deki devre icin her iki girisre OV oldugunu varsayarak V0'1 bulun.
9. ~ekil 2.27'deki devre icin her iki giriste IOV oldugunu varsayarak V0'1 bulun.
(b}
(a)
10. Sekil 2.30'daki devre icin her iki giriste OV oldugunu varsayarak V0'1 bulun.
5.
~ekil 2.97'deki devreler icin VO ve /'y1 bulun.
11. ~ekil 2.30'daki devre icin her iki giriste !OV oldugunu varsayarak V0'1 bulun.
12. Sekil 2. lOO'deki negatif manuk VEY A kapisi icin V0'1 bulun.
+16V
-JOY
+!OY
Si
fl
Si
Si
Si
fl
Si,
G.e
-IOV
Si
Si
Si
I k!l
Vo
Vo
,$ckil 2.100
+4Y
-::-
6.
-lOV
s.s en
I kn
Ca>
2.2 kn
$ekil 2.!01
13. ;,ekil 2.101 'deki negatif rnanuk VE kaprsi icin \10'yi bulun.
(b)
~ekil 298'deki devre icin V01 ve V02'yi bulun.
14. ideal diyot kullaruldigmr varsayarak $ekil 2.102'dcki yanm dalga dogrultucu
icin v;, vd vc i"'yi bulun. Giris, 60Hz'lik bir sinuzoidal dalgadir.
98
Bolum 2
Dlyot Uygulamalan
Bi:iliim 2
l
Problemler
99
. (e) Yanhzca tek bir diyot kullanilmis olmasi durumunda. diyouan akan akmu
bulun ve maksimum anma degeri ile karsrlasunn.
-
U;
Id
+ +
u,
Si
Ideal
l60Y
Si
2.2kn
4.7 kn
ss kn
15. Problem 14'ii bir silisyum diyot kullanarak (Vr= 0.7Y) tckrarlaym,
16. Prob_lcm 14'0 !}ekil 2.103'de gos1erildigi gibi uygulanan bir 6.8 kn yuk (direnci) kullanarak tekrnrlaym. Aynca VL ve iL'yi yizin.
Ideal
u,
l)'L
z.z kn
s.s xn
RL
-
z.z xn
+
+
UL
+
V,= 110 Y (rms)
Ideal
Uo(Vdc)
-
20.
20 V rms sinuzoidal giri~li bir mm dalga kopru dogmltucusunun
I kQ'luk yiik
direnci vardrr.
(a) Silisyum diyotlar kullamldigmda yiik uzerindeki de gerilimini bulun.
(b) Her bir cliyot icin gcrckli PIV anma degerini bulun.
(c) Her bir diyouan iletirn sirasmda gecen maksimum akirru bulun.
(cl) Her bir diyot icin gerekli gii9 anma degeri nedir?
21. $ckil 2.107'de verilen devrcdeki her bir diyot icin gerekli PIV anma degerini
vc v0 91k1~ gerilirnini bulun.
u,
'•!.t! • 1111
+
20Y
17. ~ekil 2.104'deki devre icin v,,'1. yizin ve V<k:'yi bulun.
18.
-20Y
-
~ckil 2.105'deki devrc i<;in v" ve iR'yi cizin.
'
. .. . . \'.·..
-JOY
\(j
.r
'II
+
!kn
22. ~ekil 2.108'deki devrc icin ui'19izin
Si
ve mevcut de gerilimini·bulun.
+
40Y
19. (a) ~ckil 2.106'daki h bi .. i:,
• p
. . olsun. Her bir di.
er "'"')Ot ·lytn
"'"ks =14 mW vcrilrnis
yodun maksirnum akirn anrna degerini hcsaplayrn.
(b) V;..,,,h= 160 Y icin ln1<1ks degerini bulun.
(c) V,,, = 160 V iyin her diyottan gecen akrmi bulun.
· -40V
~d) (c~ ~1kk111da bulunan akimlar (a) ~1.kkmda bulunan maksimum anrna degcrlermden az rmdir?
100
Bolum 2
Dlyot Uygufamalan
· BolOm 2
Problemler
101
23.
~ekil -~-109'daki
Ut/1 cizin ve rncvcut de gcrilimini bulun,
dcvre icin
+
+8V
Si
Si
I
t.
-=-
4 v--<>
o-----+----....
-8V
v,
~rv.,
4V
. v,
+
(b)
(a)
IOY
·1
. . . . Sckil 2 • l 13'deki devrenin ip akmum ,;:izin.
27. Gosten en gin~ 1,;:111 "
-IOV
-
10 k!l
24. Gosterilen giris icin ~ckil 2.11 O'daki her bir dcvrcnin
!Jo
+
tOV
degerini bulun.
+
IR
"1
S.3V
-lOV
5Y
Si
Si
Si
I
Vo
7.3VI
---~-~-------;;
0
-
Ideal
~··kill.il3
~11----M----i~---<l+
+IS V
~
6.8kS°2
V;
•
-ISV
• •
•
•
<1
28. Gostcrilcn gin~ rem 'fc
~
(a)
kil 2 114'deki hcrbir devrenin tJo grafigini cizin.
I
·
c
(b)
-·
~
zo v
25. Gosterilen giri~ icin ~ck.ii 2.111 'dcki her bir devrcuin Uti degerini bulun.
·'
c
_JJ-------,~~
v1
+
o--1-----~----Q
~
R
Ideal
Ideal
~
R
0
., 2V Ideal
o--f
+
v,
v,
+
IOY
IOkSl
-20V
Ideal
Vo
v.,
(a)
(b)
2.2 kSl
,
... :,
'11
0
-SV
+S V
(a)
26. Gosrerilen giri~ icin ~ckil 2. I l Z'dcki her bir dcvrcnin
102
29. ~ekil 2.ll5'deki devre icin:
(b)
tJo
degerini bulun.
BolOm 2 Diyot Uygulamalart
!
l
t
(a)
(b)
5't'yi hesaplaym,
St'yi uygulanan sinyalin yan periyodu ile kar~1la~t1nn.
(c)
Voegrisini ,;:izin.
BolOm 2 Problemler
103
!
L~.~·-=···--",,,_I
+JO
_...J
r»
c
~r--,-~~----o
+
0.1 µF
Si
-10
"1
R
I kHz
S6k!2
110
2Y
~l'kil :?.J ,~
30. J~eal diyotlar kullanarak ~ekil 2. l l 6'da gosterilen i§levi yerine getirrnck icin
Im kcnetleme devresi tasarlayin.
+JOY
Ideal diyotlar
20V
-+-
·1.•
~
"1
I
--
Yaniletken diyot gibi tek bir p-n jonksiyonuna sahip olan, ancak cahsma sekiller],
+
Tasanm J
,_
Uy karakteristikleri ve uygulama alanlan farkh olan bir dizi iki uclu eleman vardir,
o·
lJ-1ov
I
Bunlardan bazilan (Zener, Schottky, tiinel ve varikap diyotlan, foto diyotlar,
LED'ler ve giine.~ hiicreleri gibi) bu boliimde tarutilacaknr. Buna ek olarak foto iletken hiircc, LCD (sivi kristalli gostergc) ve termistor gibi farkh yaprya sahip iki uclu
elernanlar da incelenecektir .
. :· I
"-d,il .?.11<1
"';i.
31. f~eal diyotlar kullanarak ~ckil 2.117'de gosterilen i§levi yerine getirmek icin
bJI kenetleme devresi tasarlaym.
Silisyum diyoclan
GTl
•.·
I
0
:·~.-
oY
(
2.7Y
. c·.
_l'.··j·
_
•·::'"._---·_
: ·!·•.:I
I
-JOY
,c-1. . ir.1.,1·1
Yaniletken diyodun Zener ve 1r1g bolgesi 1.6. Boliimde aynnulanyla anlaulmisu.
~ekil 3.la'daki diyoua bu durum, bir Vz geri ongerilirnlerne potansiyelinde ortaya
y!kar. Zener diyodu, bu Zener bolgesinden tam anlamiyla faydalanmak icin tasarlanan bir elernandir. Karakteristigi ~ekil 3.lb'de gosterildigi gibi (~ekil 3.la'mn
O noktasma gore simetrigi) soz konusu bolgeyi vurgulamak icin xy koordinat duzleminin birinci bolgesinde verirsek, bu karakteristik ile 1.10 bolumdeki silisyum diyodun karakteristigi arasinda bir benzerlik ortaya 91kar. Dikey yiikseli§ Vz gerilimi
kadar ideal egriye yaklasmaktadrr, O'dan V1'ye kadar herhangi bir gerilim, silisyum
diyotta V7'nin aluna dii§mcsi gibi, bir a91k dcvre esdcgerine yol acacakur. Bununla
beraber Zener diyot ile silisyum diyodun karaktcristikleri arasmda geri ongerilimleme bolgesindc onernli Iarklrliklar vardrr, Silisyum diyot geri ongerilirnlemc bolgesinde acrk devre C§degerliligini korurken, Zener diyotu geri
kayma gerilimine ulasildrktan sonra ICJSa devre duruma gecer. Sekil 3. l 6b'nin birinci bolgesi, aym §Ckildeki Zener diyotu semboliiniin yanmda gorunen polarite vc
104
Bolum 2
Dlyot Uygulamalan
105
lz
-
lz
lz
+
Vz -
Vz
I
0
v
~~lO~A•/11.
----------~0.25
mA
• lzx.
0
.,..
{a)
(b)
1.:---------'-------ilzr• 12.5 mA
:0,- ,, • 8.S ri • Zzr
...
Zenerdiyodar: (a) Zener pocansiycli (b) karJktcri,cik ve nocosyoou
akim yonuyle tarumhdir. ,5ekil 3.lb'de gosrerilen polariteyle bir Vz geriliminin uygulanmasi, Zener diyodunun, 2. Boliimde silisyum diyotu icin tarif edilene cok benzer bir bicimde, acrk devre durumundan "ac;:1k'' duruma gelmesine yo! acacaknr,
Zener bolgesinin konumu, katkilarna duzeyleri deg~tirilerek ayarlanabilir. Katkilarnadaki arus, eklenen katki maddelerinin sayrsuu artirarak, Zener potansiyelini
dusurecektir. Zener potansiyeli 2.4 ila 200 V arasinda bulunan ve 1/4 ila 50_W arasmda degi§en bir giic;: anma degerine sahip Zener diyotlan mevcuttur. Daha yiiksek
sicaklrk ve akirn kapasitesi nedeniyle Zener diyotlann yapimmda genelde silisyum
..:-------------;lz1,1"32mA
rJklcrisci~.I
IN961)
Zener
Zener diyodunun Zener bolgesindek] tam e§deger devresi ,5ekil 3.2'de gosterildig] gibi kiic;:iik bir dinarnik direncten vs: Zener potansiyeline esit bir de kaynagmdan olusur, Ancak a~ag1daki. uygul<1malar i~in birinci dercceden yaklasrk olnrak harici dircnc;:lerin Zener e§degeri direneten cok daha biiyiik vc e§deger devrenin
$ekil 3.2b'de t7osterildigi gibi oldugunu kabul edecegiz,
Anma
Jcdec
Tipi
(b)
Tcot
Gcrilimi, Akum,
1N961
i>
(a)
(Fain:ihild
TABLO 3.1 Elektriksel Karakteristikler
(Aksi Belirtilmedikce 25°C ortam sicakhgmda)
tercih edilir,
Zener eyle~cr devresi:
(a) cam (b) yakfa4,k
Zener t¢sl ka-
Mnks,
Dinamik
Mak.~.
Buktllme
Empedansr,
lzx'dnZzx
Maksimum
Ters-yonde
(V)
tzr
empedans;
lzr'deZzr
(ml\)
(0)
(0) (mA)
Akim,
VR'delR
(J1A)
10
12.5
8.5
700 0.25
10
Vz
Mok.~imum
Test
Tipik
S1cnkhk
Kntsay1s1
Gcrilimi.-
Regulator
Akim,
VR
(V)
(mA)
(%fC)
7.2
32
-t-0.072
IZM
Vz 'yle ilgili "nominal" (anma) terimi bunun tipik bir ~rt~a'.11a deger oldugunu~ gosterir. Bu, % 20'lik bir diyot oldugu icin Zener potansiyelinin, uygulama arahgrnda
lQV %20 ya da 8 iH\ 12 V arasmda degi~mesi beklenebilir.
. .
Ayru ozelliklerde % 10 veya % 5'lik diyotlar da mevcuttur. lzr test ak.Im'. tipik
bir yah§ma duzeyi olup Vzr bu akim dtlzeyinin dinamik empedansidrr. Masimum
biikiilme empedansi, /ZK biikiilme akirmnda ortaya cikar, Ters-yonde doyma '.11<1m1
belirli bir potansiyel dilzeyinde saglarur ve lzr % 20'lik birimc karsihk maksimum
akmudir,
x. d k.
Sicaklik katsayrsi Vzr 'nm s1cakl!ga gore % degi~imini yansinr; ve 8§301 a I
denklem ile tamrnlamr:
Tablo 3.l'deki Zener isim plakasmda IN961, Fairchild, 500 mW% 20 ile tamrnlanan diyot icin gosterilen verileri aciklamak amaciyla Zener bolgesinin daha buyiik9e bir cizimi ,5ekil 3.3'de verilmistir,
106
Bolilm 3
Zenerler
ve Dlger
ikl U~lu Elemanlar
:Tc=
..1Vz
x %100 ,
Vz (T, - To)
;
%l°C
{3.1)
Burada t.vz sicakhk degi§iminden dolayi Zener potansiyelinde meydana gelen deBolOm 2.2
Zener Dlyot Karakterlstlklerl ve Sembollerl
107
-I_,
'
aJamma gon:
s1cakhkkatsayw
Ztncr
.I 2
!kn
I II
a-nx-
.0
'"
e-6.8V
1i
-.04
'?
-.08
~ J.
--·
1_,_
~
'7
'""'
!"-··
• ·1
~{tY___
-.12
11
.
200
1100
..
0
l-."
~
50
J
20
:!:!
----- -
.'
:
N~
.05 .1
.5 I
5 JO
1•• Zener abmi • mA
(a)
-.
''
' i'
I
<;
-,
~
2
Ii
1.0 0.2
50100
Vz = Vz + 0.54
,,
=
"'
.....
.:;_3, .~v
5 10 20
2
V
cdin. Aynca yine egrinin biikiilrne
kisrmna yakla§u.k93 ve ileri ge9tik9e di-
rencin onemli diizeylere 91kt1gma dikkat edin.
· <;:e§itli Zener diyotlannm kihf ve Uy tammlan ~ekil 3.5'dc goriilmektedir.
Seki! 3.6'da ise ye§itli Zener elemanlarmm fotograf) ~ekil 3.6'da verilrnistir. Go·
rliniimlerinin yaniletken diyoda cok bemrccli~inc dikkat edin. Zener diyodunun
,6
0.5 I
10.54
3.4b'de gorUlmektedir. lOV'luk Zener yine 6.8V vc 24V'luk Zencrler arasmda
gortinmektedir. Burada. akim artukca (ya da ~ekil 3. lb'deki yuksclen egrinin ne
kadar yukansmda bulunulursa) direnc degerinin o oranda dii§ilk olduguna dikkat
~I~
I
5
ile tarumlaoan yeni Zener potansiycli
Dinamik empedanstaki (aslinda, seri direncteki) akirna gore dcgi§im .';,ekil
'
.......
Vi
§Oyle olacakur:
"'\.
10
111
.01
rr··: . . , ~
50 Or,
t 111
vc pozitif srcakhk katsay1smdan dolayi
SO JOO
1. • Zena abmi • mA
(b)
birkac uygulama alanlan
;o,.,f:"l:i
i.« :'.:~, ·.
·I:: ..
~cl<il
3.4 iz.niylc)
500-n>W Fairchikl Zcncrdiyod a 1T·"·
·
.. ukk:.r \F'.il.irchikJCamera vc lnstrumeru Cor~
por.uion
•rm c lck tnkscl
k.Jrakteni1i
gi§~liktir. Sekil 3.4~'da :~rklt Zener diizeyleri icin sicakhk katsayisnun ozitif ncgat1~, hatta sifir olabilecegine dikkat, edin. Pozitif bir deg- er srcaklikraki bp . rt '1 V
'd ki b li li bi
. .
"
'
If a I§ a z
e
e ir i tr artisr, negatif bir deger ise srcakliktaki bir arnsla V 'deki bir dii ....
yansiuyor
olacaknr,
24
V,
6.8
V
ve
3.6
V
diizeyleri
1N961
·1
zz
§U§U
1 e aym ener grubundan
b
.
.
•
z
.'5
Zener u~ 1un:..:l.1n
, ~· ~mbotlcri
~d.il
,. -
u anma degerlenne sahip ii9 Zener diyoduyla ilgilidir IOV'luk IN961
· · I -I I
·
ener m eg"" c oga .~ ara.~ 6.s_v_ ve 2~V 'luk zenerlerin egrileri arasmda kahyor olacaktir, Bu
diyodun tum bolge lym pozitif bir sicakhk katsayisma sahip olduguna dikkat d'
Denklem
3 . I' e d"onece k o I ursak, To, Vz'nm sagland1g1 sicakhkur (normaldc
- oda
e m,.
;
cakhg, 25oq; T, ise yeni diizeydir. Ornek 3.1 ~itlik 3.l'in k II
st
layacakur,
u arurmrn acik()l{NEf(3.l
Bir iN961 Fairchild Zener diyodunun 1000C'deki anma gerilimini bulun .
.<
<;1)/.tllll:
Dcnklem 3.1 'dcn:
'-.d,il .\.r, 7.c-ncr di}o\l.u
•' 1~·011..·n:- Corponuion \·1.n1yk1
L\Vz =~(T1 · To)
100
Yerine konursa
AV
£.I
3.3
z = (0.012)(10)
100
(
100 · 25 )
= {0.0072) (75)
= 0.54
108
V
BolOm 3
ZENEn oiYOT UYGULAMALABI
Zener diyodun en sik go1iilen kullamm1 ongerilimleme ve kar§tla§llrmaya yonelik
sabit bir referans gerilimi°saglamaktlr. Orncgin Vi veya R1,'deki degi§imlere karsr
Bolum 3.3
Zenerler ve Diger iki U~lu Elemanlar
Zener Diyot Uygulamalan
109
Denklem 3.2 ile tammlanan kosul minimum RL yaratir; ancak maksimum
yuk uzerinde sabit bir Vz gerilimi saglamak icin tasarlanrrus olan ~ekil 3.7'deki devreyi
ele alahm, Burada gozonunde bulundurulmasi gereken iki durum sozkonusudur: birincisi
. v
giri~ geriliminin sabit olup RL'nin degi§ecegi ve digerinin ise RL'nin sabit olup V;'nin degi§ecegi durum. Bu iki durum ayn ayn ele alinacaktir,
Sabit V;, Degi~ken RL, Vz kayma gerilimi dolayisiyla Zener diyodunun "acik" durumda
olrnasini sagliyacak belirli bir direnc degeri (ve bu nedenle yuk akirru) arahg1 olacakt1r.
RL dii~iik degerde olursa, V2'den daha dii~i.ik VL geriliminc yol acncak ve Zener diyodu
"kapah" durumda bulunacakur.
-
Rs
+
111
V1
+
_Vz
i
R1,
11.m;.
(3.3)
Diyod bir kere "acik" (cahsu) duruma gectikten sonra Rs uzerindeki gerilim;
(3.4)
ile sabit kahr ve IR
::;) Ti
tfz
v
h,m,k, = ....1,_ = -2- ·
h
1R
RL
s
=~
R»
i
(3.5)
ile sabit kahr.
Zener akirm,
Zener diyodunu <;alt~Uracak minimum yiik direncini (ve dolayrsiyla maksimum yuk
akrrmru) belirlemek i<;in basitce ~ekil 3.8'de gosterildigi gibi Zener diyodunu 91karnn ve VL =V2'lik bir yuk gerilimine yol acacak Rl degerini hesaplaym. Yani;
VL= Vz=
RL V;
Rl + R,
Buda JR sabit oldugu icin
m,n
=
maksimumken minimum bir /z'ye ve lt. minumumken
Bilgi sayfasindan gosterildigi gibi /2; /ZM ile sinirh oldugundan R,.'nin ve dolayisiyla
.. l
RL .
h
maksimum bir lz'ye yo) a<;ar.
Gerilirn-bolucu kuralmdan; ve Rl icin c;ozersek
elde cderiz.
(3.6)
I
I
/2
R., Vz
V; · Vz !
h 'nm deger aralrgim etkilemektedir .
yerine JRM konursa minimum le.
(3.2)
(3.7)
. • ..J•
Esitlik 3.2'den clde edilen Rl 'den btiyiik her direny degeri, Zener diyodunun 9llh~asm1 saghyacakur ve aruk diyot Vz kaynak e¢egeriyle ~ekil 3.9'da gostcrildigi gibi degi§tirilcbilir.
olarak bulunur ve maksimum ytlk direnci de
(3.8)
Rs
+
Vi
+
Rl
vL
+-
_
Rs
R1.,.,ks --=;..IL
-~eklinde bulunur.
hmin
+
l11s
v,
Vz
RL
vL
(a) $ekil 3.lO'daki devre icin VRL 'yi lOV'ta tutacak RL ve h arahgrm bulun.
(b) Diyodun bir regulator olarak rnaksimurn gii<; anma degerini hesaplaym,
110
Botom 3 Zenerler ve Dlger ikl U9lu Elemanlar
Bolilm 3.3
Zener Dlyot Uygulamalan
111
VL)'C
karsihk RL'nin grafigi Sekil 3.1 l a'da ve h'ye karsihk V,,'nin grafigi Seki!
3.11 b'dc goriilmektedir.
1kn
+
(b)
=
Vz
V1 SOY
P11111k.<
= 10 V
=
Vz lzM
= (10}(32 mA)= 320 mW
Iv,= 32mA
i
.
I
!•
··.? ·
zso n
tn,in
=
R.,
Vz
V; - Vz
Jt kn){lO) = lO x 10
50 - JO
40
250
rv
~•
Daha sonra Rs dircnci iizerindeki gerilim Denklem 3.4 ile bulunur:
VR, = V; - Vz = 50 - JO = 40 V
ve Denklem 3.5 !Rs degerini verir:
'.:. II
1.2s kn
Vi
!OV
3 __
I
·:1 .• l
~ (a)
(a) Zener diyodunu i;;ah§Ir duruma getirecek RL d~erini hesaplamak icin Denklcm 3.2'yi kullarun:
R
,
~-----.. .,"1
IOV
l
1 ·
•
!
I
I
I
40mA
8mA
(b)
Sabit R1., Dcqisken
V;
~ekil 3.7'deki devrede RL'nin sabit degerleri icin V; gerilimi Zener diyodunu cahsuracak biiyuklukte olrnahdir. <;ah~tirma gerilimi,
VL= Vz= RL V;
RL + Rs
Ardindan minimum
Ii. degeri Denklem 3.7 ilc bulunur:
hmin=Is,
i-::(~·: R,)
ve
·IZM ·40 - 32 = 8 mA
ile bulunmaktadir.
Denklem (3.8) maksimum Rl degeri bulunur:
Vz
I
L---,-~·-·
Maksimum V; degeri, maksirnum Zener akuru IZM ile srrurhdir, lZM
(3.9)
= IR - lt: ol-
dugundan
Rt,,0,ks = ~
= _lQ_
RL.,;
0
8 mA
=
I
~~:·:~,+h
1.25 k
(3.10)
/11(,1.1\.',
.
112
Bolum 3 Zenerler
ve Oiger
Boliim 3.3
ikl U~lu Elemanlar
Zener Diyot Uygulamalari
113
Ic, VzfRL'de sabit
ve Tw maksimum lz degeri oldugu icin, maksimum
V;;
V;'nin fonksiyonu olarak Vi'nin grafigi $ekil 3.13'de verilmistir.
veya
(3.11)
ilc tammlamr.
20V
.
$ekil 3.12'deki Zener diyodunu "acik" (cahsn') durumda tutacak V; deger arahgiru
bulun.
.
.
-------
I :~'
0
I~
20
23.67 V
v,
40·
36.87 V
1:·:
-
Ornek 3.3'de elde edilen sonuclar $ekil 3.12'deki sabit Rl'yc sahip devredc
23.67 V -36.87V arasmda degin giris gerilimi icin 91k1§ geriliminin 20V'ta sabit ka-
/Rs
Rs
+
220.n
v,
Vz220V
IZM •60mA
J!z
lacagnu gosterir.
=n1i
RL
Ashnda giri§ $ekil 3.14'deki gibi olabilir ve yU<l§, Sekil 3. l4'de gosterildigi
gibi IO V'ta sabit ~alabilirdi. $ekil 3. !4'de gorulcn dalga bicimi yanrn- veya tamdalga dogrultulmus ·bir 9tla§m filtrelcnmesiyle eldc edilmektedir, bu islem daha sonraki bir boliirnde aynnusiyla anlanlrnaktadir. Ancak net sonuc, ortalama O degerine
sahip siniizsoidal bir kaynaktan $ekil 3.13'de gosterildigi gibi kararh bir de gerilirn
olusturulmasidir.
Zener diyotlar $ekil 3.15'de gosterildigi gibi seri baglanarak iki veya daha fazla
referans diizeyi olusturulabilir, E, Vz1 ve Vz2'nin toplammdan daha bliyiik oldugu sUrece her iki diyot "acik" durumda olacak ve ii9 referans gerilimi elde edilecektir,
1.21cn
v,
(Denklem 3.9]
V·1min _ (RL +
R
L
-
It:
Rs) Vz
= ~=
Ri
-
(1200 + 220) (20)
1200
}'.'.z_= -2Q__=
Ri 1.2 k!l
= 23.67 V
16.67 mA
;!
IRm,,..=lw+h=(60+
----
16.67)mA
E
Vimaks = IR11111ksR, + Vz
= (76.67 mA}(0.22
=16.87 + 20
SOV
30V
0
k.Q) + 20
04; refcrans
=36.87 V
114
+
+
10
=76.67 mA
[Denklem 3.11)
+
Skil
23.67 V
[Denklem3.10)
+ 20V _
36.87 V
')
B610m 3 Zenerler ve Olger lkl U9!u Elemanlar
Botom 3.3
Zener Olyot Uygulamalan
i:;eri limi
115
~ekil 3.l6'da gosterildigi gibi, sut suta bagh iki Zener de bir ac regulatoru olaruk
kullarulabilir, Siniizoidal Vi sinyali icin devre, V; = l OV amnda $ekil 3. l 6b'deki gibi davranacakur, Her bir diyodun ¢.t§ma bolgcsihemcn yiuundaki §Ckilde gosterilmistir,
Skn
0
wt
20V
20- V Zcn:nkri
20V
t
o-~~~~-'-~~~
22
iz
(a)
WI
z,,Zi
5kS1
ka.ralctmstikfori
rov
Vz = 20V vz
.
(b)
.
.
SinHzoill;\I ac rq;.iila~yonu:h(1 T-.:1,~.:ll,·1o 1.:1"::\. ·'''
.1~ 1l:.:1;,,,i·· •.•. ,11
..
~-vr"·nin V; = 10 V'rn ~uh~U.;\:,.i
,
Z1 ile ilgili empedansm cok ku<;i.ik, hatta bir kisa dcvre olduguna dikkat edin, cunku
5 kfrluk dircncle scri baghdir, buna karsrhk a<;1k devre scmbolune karsriik gelen Z:
cmpedansi cok biiyiiktiir. Z2 bir acik devre oldugundan, Vo :c V; = I OV'dur. Bu, V;, 20
V'tan biraz daha biiyiik oluncaya kadar devam edecektir. Bundan sonra Z2 dii~i.ik clirenc bolgesine (Zener bolgesine) girecek, Z1 pratik acidan kisa devre olacak ve Vz =
20V Zi'nin yerini alacaknr. Olusan <;tki~ dalga bicimi aym sekilde gosterilmistir,
Dalga biciminin tam bir siniis olmayip, rms degerinin 20V'luk tcpe degerl] siniizoidal clalga bicimine 22V'luk tepe degerine sahip sinusoidal giristen daha yakin
olduguna dikkat cdin (bir karc dalgarun rms degeri tepe degeridir; buna karsin bir siniizoidal fonksiyonun rms degeri, tepe degerinin 0.707 kadandir). V; sinyali IO V'luk
Zenerlerle 50V'luk bir tepe degerinc yukscltirsc, $ckil 3,. l6a'daki devre basit kare
dalga iiretecinc donii§tiiriilebilir (kirpma ozelliginden dolayr), Eide edilen dalga bicimi $ekil 3.l7'de gorulmektedir,
r
SOY
z,
Gcctigimiz yillarda, Schottky-engcli, yuzey-engeli vcya sicak-tasryici diyotlan denen
iki uclu elemanlara olan ilgi giderek artrrusur, Kullamm alani baslangicta noktatcmasli diyoda altcrnatif olarak cok yuksek frekans arahg; ilc sirurhydi. Bu denemc basanh oldu, <;iinkil bu elemanlar cok daha saglamdi, (yiiksek frekanslarda onernli ohm)
daha kisa bir tepki surcsine ve (yiiksek frekans uygulamalan icin prarik oncrnc sahip
bir biiyiikliik olan.) daha <lii§iik giiriillii degerine sahipti, Ancak son yrllarda diisukgerilim yiiksek-akrrnli giir kaynaklan ile ac'den dc'ye donii§tiiriiciilerde giderek daha
cok kullamm alam buldu. Diyodun diger uygulama alanlan arasmda radar sisternleri,
bilgisayarlar icin Schottky TIT.. mant1g1, iletisim cihazlanndaki kansnncilar ve. detektorler, alctlendirme ve analog-sayrsal doni.i§ti.iriiciiler sayilabilir,
Yapisr, geleneksel p-ti jonksiyonlanndan ~ekil 3.18'dc gori.ildilgii gibi bir
rnctal-yaniletken jonksiyon kullamlmasi bakmundan cok farkhdrr, Yan iletken olarak normalde n-tipi silisyum kullanilmaktadrr (her nc kadar bazcn p-tipi silisyum
kullaruhyor olsa <la); Ancak molibden, plarin, krom veya tungsten gibi farkh metaller de kullanilmaktadrr. Farkh yapun tekniklcri clcmanda, frekans arahklanrun
artrnasr ve daha dii~tik 6ngcrilimlcmc vs. gibi farkh karakteristiklerc yol a9111aktad1r.
Konumuzdaki oncelikler her bir tcknigin_burada incelenmesine elvenniyor, ancak bu
ko11ud;1ki hil~ilcr gcncldc iirctici taraflndan saglanmaktad1r.
,_
=--'__ II
Sllifywndiyouitelrnn
Met.al yan ilctkcnjonl<slyon
~t•J..il
J.1:-:
Pasitl~1irilmi1
~tt.:ak·l.1~1y1c1
di-
yodu.
,
2,r
WI
Ancak nokta-temasli diyoda k1yasla Schottky diyot daha tek bi<;imli bir jonksiyon
bolgesi ve saglam bir yapt saglamaktad1r.
Malzemclerin ikisinde de <;ogunluk ta~1y1c1s1 elektrondur. Metalde azmllk ta§Lytcilaruun (deliklcrin) diizcyi onemsiz kalmaktad1r. Malzcmclcr birle~tirildiginde
n-tipi silisyum yaniletken malzemesindeki elektronlar anmda biti§ikteki metale akar
vc boylece biiyiik bir i;ogunluk ta§1y1c1s1 akt§t olu§turur. Enjckte cdilen ta§1y1c1lar
metaldeki elektronlara gore 9ok yi.iksek kinetik enerjiye sahip olduklarmdan, bun Iara
gcnelde ''s1cak ta~1y1c1lar" denir. Gelenckscl p-11 jonksiyonunda biti§ikteki bolgeye
azmhk ta§1y1cilar111 cnjeksiyonu sozkonusuydu. Burada ise elektronlar ayru elektron
+
IOV
IO V'luk Zenctlct
B:i.'1:'.il hir karc dalga ilrctcci.
116
SCHOTTKY-ENGEL (SICAK-TA~IYlCI) DiYOTLARI
Kalot (·)
L'1
0
3. i
Boliim 3 Zenerler
ve Diger iki
U~lu Elemanlar
Boliim 3.4 Schottky-Engel (S1cak-Ta§1y1c1) Diyotlari
117
c;:ogunJuguna sahip bir bolgeye girmektedir, Bu nedenle Schottky diyotlan, iletimin
tiimiiyle cogunluk tasryicilan aracrlrgryla gerceklesrnesinden dolayi-benzersizdir,
Merale olan biiyiik elektron aki§t, silisyum·malzemedejonksiyon yuzeyine yakin bir
yerde, tasryrcilan bosalulrrus bir bolge ya,rnt1r (p-n jonksiyon diyodundaki bosaltrlrrus bolgeye cok benzer bir §ekilde). Metaldeki ek rasiyicilar iki rnalzernenin srnmnda metal uzerindc negatif bir duvar olusturur. Ne! sonuc, iki malzerne arusmdaki aknm onleyen bir "yiizey engelidir." Yani·silisyum malzernedeki elektronlar
(negarif yi.ikler). metal yiizeyinde tastyicisrz bir bolgeyle ve negatif bir duvarla kar-
ne kadar darsa, Vr dcgeri de o kadar dii§iik olacakllr. Baz1 dii~lik-glic;:lti elemanlarda
Vr degeri yakla!jtk s1f1r olarak kabul cdilcbiiir. Ancak orta ve yiiksck arahklarda
0.2V'luk bir deger iyi bir temsili degcr olarak kabul edilcbilir.
I
I
JJ.n
Jonksiyon /
/ diyodu I
S,cu
§ila§ir.
Sekil 3.18'de gosterildigi gibi bir ilcri ongerilim uygulanrnasi, uygulanan pozitif potunsiyelin bu bolgeden gelen clektronlar' iizerindeki cekirninden dolayi negatif engelin gucunf ·azaltacaktll'. Ortaya 91kan sonuc ise, sintr uzerinden, siddeti
uygulanan ongerilirn potansiyeli tarafmdan kontrol edilen yogun elektron akismm
tekrar baslamasidir. Bir Schottky diyodunun-"jonksiyonundaki engel, hem ileri hem
de geri ongerilimlerne bolgelerinde p-n jonksiyon elemana gore daha di.i§iiktiir. Bu
nedenle ileri ve geri ongerilim bolgeslnde uygulanan ayru ongerilimlerne icin daha
biiyi.ik bir akim meydana gelecektir. Bu, ileriongerilirnlemede istenilen bir sonuctur,
ancak geri ongerilim bolgesinde kesinlikleistenmeyen bir sonuctur,
ileri ongerilimlerne, akimda meydana gelen ustel ylikselme Denklem l .4'le tarumlanmaktadrr: ancak burada ri yapim reknigine baghdir (metal kedi b1y1gr yap1m
tiiriindc, germanyum diyoda benzer bir sekilde bu deger 1.05'dir). Ters ongerilirn
bolgesinde f" akmu, temel olarak metalden yaniletken malzemeye gecen elektronlardan kaynaklanmaktadir. Schottky: diyodunda devam eden arasurma alanlarmdan bir tanesi, 100°C'nin i.istiinde sicakhklarda meydana gelecek olan yuksek
kacak akimlan uzerinde yogunlasmaktadmTasanmda iyilestirmelerle artik, -65°C'den
150°C'ye kadar sicakhk arahgma sahip elemanlar mevcuttur, Oda sicakhgmda ls,
dii§iik-giic;lii elemanlarda tipik olarak mikroarnper diizeyinde ve yitksek giic;:lli elcmanlarda ise, miliamper dlizeyinde olmaktadir: ancak bu degerler, ayru akim Stmrlarma sahip tipik p-11 jonksiyon elernanlardaki degerlerden gcnelde daha bilyiiktiir. Buna ek olarak, her ne kadar Schottky ·diyotlan ters ongerilim bolgesinde
Sekil 3. l 9'da gosterildigi gibi nokta ternash diyotlara gore daha iyi karakteristiklere
sahip olsa da, bu diyotlann PIV anma degerleri karsilastmlabilecek bir p-n jonksiyonlu elemana gore genelde onemli olc;i.ide daha dii~i.iktiir. Tipik olarak 50 A'lik bir
eleman icin, Schottky diyodunun PIV degeri, p-n jonksiyonundaki 150V'a kiyasla
yaklasik 50 V'ta kalmaktadir. Ancak son zamanlardaki gelismeler bu akim duzeyinde 100 V'u asan PIV degerlerine sahip Schottky diyotlarina yo! acmisnr. $ekil
3.19'da verilen karakteristiklerden de anla~J!acag1·i.izere Schottky diyodu, ideal karakterisriklere, nokta ternas diyoda gore daha yakindir ve tipik bir silisyum yaniletken /J-11 jonksiyonuna gore daha dU§tik VT duzeylerine sahiptir. "Sicak-rasryici"
diyodunun Vr duzeyi biiyi.ik olc;:iide kullarulan metal tarafmdan kontrol edilir, S1caklrk aralrg: ile Vr dlizeyi arasmda bir ili§ki vard1r. Birindeki bir Uf'll'i cligerindeki
bir an1~a kar~thk geliyor gibidir. Buna ek olarak, izin verilen ak1m diizcy!eri arallg1
I
~l)'lCI
diyodu
I
,,
J ,""I
/
I
i
/
I /
I // ~ok!a
umash
diyot
,-----------,
r--~-·:-1·
I
I
I l
~~~~~~~~~~~~.i.--- .....::~.,,...,.. /
v
I
_p·n
I
I
I
jonksiyon
diyodu
• S1calc
~l)'lCI
II
,I
diyodu
I
I
Nok!atemull
diyol
I
I
I
·~d.il J.l'l
S1c"k~l-''t'Ytcl, nokta-tem.::i.sh ve
11-11
jonksiyon diyotlimnm
l.:aq:tlatttrillll:.I.SI,
Elcmarnn maksimum akrm anma degeri ~imdilik: 75A ile smirhdrr, fakat yakm gclecekte IOOA'llk elemanlar beklenmektedir.Bu diyodun temel uygulama alanlanndan birisi
20 kHz veya daha yiiksek frekanslarda 9al1~an analuar/ama/1giir kaynak/and!I'. Bu gti9
kaynaklanndan birinde kuliamlmak iizere 25°C'de 0.6V ileri gerilim degeri ve 10 ns'lik bir
ukanma siiresine sahip 50A anma degerli tipik bir eleman dii~iiniilebilir. Aym 50A'lik ak1m
limitine sahip /Nl jonksiyonlu bir eleman, l.JV'luk bir ile1i gerilim dii~ii~iine ve 30 ilfi 50
ns'lik bir ukanma siiresine sahip olabilir. heri gerilimdeld fark onernli goriinmeycbilir,
ancak giic;: kaybt frukm1 goz oniinde bulundurun: P s,cak-i~,yic, = (0.6) (50) = 30W'a kar§1hk
Pp.,,=( L !) (50) = 55 W; bu da verimlilik kriterleri a91smdan ol9i.ilebilir bir farkllr. Dogal
olarak Schottky durumun-da ortaya c;:tkacak olan daha yiiksek ka9ak aklmmdan dolay1 gcri
ongerilimleme bolgesinde daha yiiksek birkay1p olacaktu; ancak p-n jonksiyon elemam ile
kar§1l~11nld1gmda ileri ve geri ongerilimleme bolgclerindeki toplam kay1p onemli olc;:lide
iyile~ti.rilmi~tir.
Yaniletken diyotlardaki tJ.kanma siiresi konusunda vcrdigimiz bilgilerden hat1rlayacag1mz gibi, enjekte edilen azinhk ta§1y1c11an ytiksek t,,. degerinin (t1kanma
sliresi) nedeni olarak gosterilmi~ri. Schottky diyodunda kayda deger diizeydc azmhk ta~1yicdann gortilmemesi yukarda belirtildigi gibi c;ok daha dii~iik diizeylerde bir
t1kanma siiresine yo] ac;maktadtr. Schottky diyodunun, durumlar arasmda i;ok l11zl1
;
118
Bi:iliim 3 Zenerler ve Oiger iki Uc;:lu Elemanlar
;c,ijt·_.
.
.
;
Boliim 3.4 Schottky-Engel (S1cak-Ta~1y1c1) D!yotlan
119
gcr;:i~ yapilmasi gerckcn 20GHz'c yakrn Irckanslarda bu kadar ctkin olmasnun temcl
nedeni budur. Daha ytiksck frekanslar icin, eek kuciik jonksiyon alaruna sahip nokta
temash diyotlar hala kullamlmaktadrr.
0
~
"'
"'
-o
0
8
0
""
Diyodun C§deger devresi (tipik degerleriyle) ve yaygm olarak kullarulan sernbolu
Sekil 3.20'de verilrnistir. Bazi ureticiler, i§levi ozunde aym oldugu bu diyot icin standart diyot semboliinii kullanmayi tercih etmcktedir. L,, endiiktansi ve C» kapasitansi
paket (eleman) degerleri olup, r11 ternas ve govde dircncini iceren seri direnctir. r0 direnci ve C] kapasitansi. daha onceki boliimlcrde tarutilan degerlerdir. Bircok uygulama icin miikemmel bir yaklasrk C§deger dcvre basitce ideal diyoda paralel baglanrms jonksiyon kapasitansmdan olusmaktadir. (~ekil 3.21 ).
"'
0
""
r-
"'
M
--0
8
co
.,,
.,,
"'.,..0
8
co
0
.,..
8
""
8
"'
....
""
co
"'
"'
N
N
"'
N
"'
"" "'
0
0
.
tl
.,..
"'
~0..
...
""
~
.~
~
"'~
e
~
0
~
"'
"'
0
9g
~
s
:a?{l
1~
oli
·~
5 it
""e
f..·t0
~
-g
:aq
,..,..
c-,
;;
5~
.
00
"'
0
o~c--11~-{-J-ideal diyodu
-,;;
'cl'
;;;
]6
,.,
li
-!!:
§
~~
]
"'"
i~
l~-
~
.9:;
-!!
:ii ..
"""'
=~
.,..
"'
0.15 pF
(a)
.,,
(b)
\1 ·1.
.,..
.\.! 1 Schottky diyota ili~ki11 y11kla~1k ·~dc~crdcvrc
ii ~ .. •; 1 Schottky C~1c;\f.. t:,~1y1cu d;}'\~~l (:,:
qdc~t!r
N
~.-~;i
dcvrcsk (b) scmhum
N
Motorola Semiconductor Products., Inc. tarafmdan uretilen bir dizi steakta§1y1c1 dogrultucusu ozellikleri ve Uy kodlanyla birlikte ~ekil 3.22'de gorulmektcdir. Gordiigiiniiz gibi elemanlarm tiimiinde, maksimum ileri gerilim du§timti VF, 0.65 V'u asmamaktadrr; ki bu bir silisyum diyot icin ozunde Vr'ydi.
Hewlett-Packard 5082-2300 serisi gene! amacli Schottky-engel diyoduna ait ti9
egri, ~ekil 3.23'de verilmistir, ~ekil 3.23a'da T = 100°C'de 0.01 mA'Jik bir akimda
Vp'nin yalruzca O.IV olduguna dikkat edin. Aynca ~ekil 3.23b'de geri akmun nanoamper diizeyiyle ve kapasitansm yiiksek bir anahtarlama hiz; saglarnak icin ~ekil
3.23c'de I pF ile smirh kaldigma dikkat edin.
"'
N
"'
N
0
Jl~
.. :;i
'g-§
5 lj
"'
-:
~
"'0 :::! ..
"'
.,..
"'
~
"'
"'0
.
0
"'
ci
0
.,,
ci
x
~..2
Jl ..
g~~
OOc ~
-=-8 ..2
1·., s
""
i!=-i
·~ a
]:Sf
"" ::lo
"'>,
>, .....
Ef > "
~·~
l:L:o.!!
CIO'C:: t;
·c...
-li~'°°
....... ~
-8 e
-a:a.e
.~:.::,
5-o·c
";;:i
~
!~i
-·c:.!,(
_g>~ 12
u
:zi'
0
g-~
8 i ..
,au>
cX'iiE
;ii:~
120
Boliim 3
Zenerler ve Oiger ikl Ui;:lu Elemanlar
Biilum 3.4
Schottky-Engel (S1cak-Ta;;1y1c1) Diyot1ar1
...
;:,
·:.::e s&. .5"
·c-"
.. 0
00 ~
j
rf E
.!l _;i 8.
s:~
:~-~
:~-~-~.~
[·c.:::-
:il ~:,:
::::. ......
121
3.5
V.I>.FLU(T\JF; (V.t\fi!KAP)
DiYOTLARI
Varaktor [aym zamanda, varikap, VVC (gerilimle-degistirilebilen kapasitans) veya
akort da dcnir] diyotlan yaniletken, gerilime bag1mh, degisken kondansatorlerdir.
Cahsma modu, eleman gcri (lngerilimlemligi zaman p-n jonksiyonunda var olan kapasitansa baghdir. Geri ongerilimlcme kosullan alnnda, jonksiyonun her iki tarafinda, bcraberce bosalnlrrus bolgeyi olusturan ve bosalnlrms bolge geni§ligi W"'yi
ramrnlayan ve kullarulmayan yuklerden olusan bir bolge oldugu tesbit edilmisti.
izole kullamlmayan yiikler tarafindan olusturulan ge<;:i§ kapasitansi (Cr) <1~ag1daki
s,cuhk
talsay .. ,
IF
lOµA
1000
-
formtil ile belirlenmektedir:
500
~
,::.
1
2900
2303_.....
c
!
-2
~
]j
i
100 t::
501---z-···-·
1_........
-::,/
------- -
(3.12)
__.,->
"'--+-----!
2301--4-----!
2302--41------!
2305
15
I 00 200 300 400 500 600 700
Ters gerilim (V)
iltri gerilim(mV)
5082-2300 S«isi
5082-2:!00Scrisi Sdiotthy
. DiyoUara ili~l<inTipil: S1cakhk
Deg~imini Glls~en
1-VE~i
/
1./
Diyotlara iliflcin
Ten: gerilime bagh
Ter:s Alam
burada yaniletkcn malzernclerin geyirgenligi (permitivite), A, p-n jonksiyon alam
ve Wd bosalulrms bolgenin genisligidir.
Ters yonde ongerilirnlerne potansiyeli artukca, bosalnlrrus bolgenin alaru buyiimekte, bu ise gc<;:i§ kapasitansiru azaltrnaktadir. Ticari olarak sanlan tipik bir varikap diyodun karakteristigi, ~ekil 3.24'de gorulmektedir. Ters iingerilimin artmasiyla Cr'nin baslangictaki keskin dii§ii~iine dikkat ed.in. VVC diyotlan icin
normal V,. arahg1 yaklasrk 20V ile sirurhdu. Uygulanan ters ongerilim terimleriyle
ge«;:i§ kapasitansi yaklasik olarak
(b)
(a)
(3.13)
j 1.01\
!B
hulunur; burnda K = yan iletken malzeme ve
Vr 1.6 boliimde ranrmlanan
Vr
= uygulanan ters ongerilim
C(pF)
11 •• :11.1~1111 j.,11!.. ,i) "n!.,n i,·in
=
0.8 ~\::--~---4-----1---1---!
,
\\
0.6 _\_;,...\+_--29+-00--4---1--1
---·
0.4 ,___..:.,.e::, __-e,2~!-03_-1---4-.......
0.21--~1--
yapim teknigine bagh sabit
bi.ikiilmc potansiyeli
potansiyelinin biiyiik!iigii
l/2, difuzyon jonksiyonlan icin l/3
~::....-i1g~ - -~2305
QL--.1-~.L-~.L-~.J......___J
0
4
12
8
16
20
VR-Tas gcrilim (V)
40
5082-2300 Serisi DiyoUanna
ilitl<i• Tin Gerilime
bagh Tipik upasitafts.
(fA :ZS C s,cakhk:ta)
20
(c)
. ~ · !, ! \
122
Hewlen-Packard 5082-2300 gcnef-amar;h Scho1tly t::ngd diyotlnnna ili~kin knr,~kl~r.is.tik cgri!er ( HewlettCorporJ.tiou iwiyle)
·
".•,;.,.';,;.: · :· ··
;
.:
.; · ~ :.
Packard
Biiliini 3 Zenerler ve Diger iki Ui,lu Elemanlar
0 -2 -4 -6 -8--10-12
-14
V,(volt)
(If, = uygul....,. lefS On gerilim)
Biilum 3.5 Varaktiir (Varikap) Diyotlan
!i
i Vr'yc h•t~h C(pF> olarak vuril:,1~ L:.1.,r:.1ktcri:..1i~i
~ .. I.
123
Srfrr ongerilimlerne durumundaki C(O) kapasitans rerimleriyle, ve V,.'nin bir fonksiyonu olarak kapasitans
88139
VHF/FM VARAKTOR DiYODU
DiFOZYONLU SiLiSYUM DUZLEMi
cr(vr)
c(o)
=
(1
ile ifade edilir.
+I:; Ir
DO. )S STANDARD) DOYlITLARI
(3.14)
• CJ!C25 5.0-6.5
, UYDUAULMU$ TAKIMLAR (Not 2)
lolUTLAK MAKSiMUM ANMA OEGERLEAi (NOT 1)
Varikap diyodu icin kullanilan en yaygm scmboller vc geri ongerilimle
s,cakhklar
Saklama S,cakhk Arahl)1
Jonksiyonun Maksimum 9ah~ma s1cakl191
Bacak S1cakhg1
Makalmum Gerilim
WIV
Ters Yonde <;;ali~ma Gerilimi
bolgcsindeki e~deger devresi icin birinci dereceden yaklasik devresi ~ekil 3.25'de verilmistir. Geri ongcrilim bolgesinde oldugumuz icin, C§degcr devrcdeki direncin degeri cok bi.iyi.ikt.iir (tipik olarak l Mn veya daha buyiik), ancak diyodun geornetrik
dircnci Rs, ~ckil 3.25'de gosterildig] gibi, cok kii9iikti.ir. C'nin dcgcr: ele alman varikap diyoduna bagh olarak 2 ila 100 pF arasinda dcgi§eccktir. Rr'nin (kacak aknrun
n.1inim~m di.izeyde olmasi arnaciyla) mi.imkiin oldugu kadar biiyiik olrnasr icin, varikap diyodlannda normalde silisyum kullaruhr, Diyodun cok yi.iksck Irckanslarda
kullarulacak olrnasi, nanohenri olarakolculmesine karsm, L, endukransmi da hesaba
katmarmzi gerektirmektedir. Hanrlayacagmn gibi Xl = 2 nf L ; vc 10 GHz'lik bir frek~~
l?H, ?C1.,=2:r,fL (6.28) (10'°) (W-9) 62.8 Q 'a elde edilecektir. Acrkca
goruldugu gibi varikap diyodunun kullarummda bir frekans smrrlamasi vardir.
ii~!:.:'=.
=
NOTLAR,
Baklr kapll ~elilr. uzeriae
lalay bplanllllf
Allin Jr.aplamah bacalr.larda vardir
Tam sii.dirrnazblr. aajlanlnlf
campaket
Paket aj)rhlt 0.14 gr' dir,
I
ELEKTRiKSEL KARAKTERiSTiKLEA (Aksi bellrtllmedik9e 25°C Ortam s,cakhginda)
~MBOLI-
Bv
IR
Ls
(I - 5 nH)
~i·h ii . .' . .:!::;
Yarik.:tp diyudu: (a) gcri fing.crilim hOlgcsindcki ~dcgcr dcvre..ii;i (b) semboltcrl
Uygun bir frekans arahg; ile diger seri elemanlanna kiyasla dii~iik bir R., ve X1_,. oldugu Sekil 3.25a'daki varikapm e~deger devresi yerine sadece degi§ken kondansator
konulabilir. Tam bilgi sayfasi ve karaktcristik egrileri srrasiyla Sekil 3.26 ve ~ekil
3.27'de gorulmektedir. ~ekil 3.26'daki C3/C25 oraru, 3 vc 25V'Iuk ongerilirn potansiyellerindeki kapasitans diizcylerinin orarudir. Du oran kapasitansin, geri ongerilirn potansiyelindeki bir degi~imle ne kadar degi§ecegi konusunda hizh bir tahmin saglamaktadir, Bu olcu, varikap diyotun kullarulmastnda
goz onundc
bulundurulan bir nicelik olup, her yevrimde kapasitif clernan tarafindan depolanan
enerjinin her cevrimdc harcanan (veya kaybedilen) enerjiyc oranirun ol9iisi.idi.ir.
Enerji kaybi cok ender olarak olumlu birsey olarak goriildiigiindcn bu nisbi degcr nc
kadar yiiksekse O kadar iyidir. Elernarun rezonans frekansi f o = l/2rc ...fLc· formiiliiyle belirlcnir vc varikap diyotun kullamm arahgiru etkiler.
Sekil 3.27'de miktarlann (,Ogu ycterincc acikur. Ancak kapasitans stcakltk katsaytsi a~ag1daki formiil ile tamrnlamr:
124
30V
=
Cr= f(V,)
R,>IMh
-55'C to+ 150'C
+t50'C
+260'C
Biiliim 3 Zenerler ve Diger iki U~lu Elernanlar
KARAKTERiSTiK
-. K1 nlma Gerilimi
Te rs Yon Ak1m1
C3IC25
Kapasitans orarn
y ararhllk Faktoru
4.3
".
5.0
..
'
-~----·---
TEST K0$ULLAAI
IR -100 µA
so
na
6.0
pF
pF
~~:~:~. TA-60°c
VR • 3.0 V, I • 1 MHz
VR • 25 V, I= 1 MHz
0.35
n
VR = 3 V/25 V, I • 1 MHz
VR • 3.0 V, I - 100 MHz
C. 10 pF, I• 600 MHz
2.5
1.4
nH
GHz
10
0.1
Seri Diren£.
eri Endiiktans
eri Rezonans
tt-:
v
30
"
Kapasilans
__ Q___
MAKS; BiRiM i
TiPiK
-
C
Rs
i MIN
29
5.1
5.7
0.5
µa
6.5
150
K1hllan 1.5 mm uzakta
VR- 25 V
NOTLAR
·
·
d • r1 ·d·
1 Bu anma degerleri. iizerine 91k1ld1ginda ayg1t1n hasar 90reb1leceg1srn1r ege e(• ,r.
..
. .
Bir gruplaki herhangi iki diyol arasindaki kapasitans lark,: 0.5 V-28 V aras,ndaki ters genhm degennin
%3'iinden daha kiii,uklur.
2:
~ckil 3.26 VHF/FM Fairchild varnk10r diyoduna ilijkin clck1riksct k:traktcrisiiklcr (Fairchild C,uncr, and lnsirun,cnl
Corponu•un l:t.niyll!)
Tc •
LlC
c Co (T1 -
7o)
x % JOO %f'C
(3.15)
burada t.C, T, - To s1cakhk dcgi~iminden dolay1 mcydana gelen kapasitans degi§ikligini; ve Co, belirli bir geri ongerilim potansiyelinde To s1cakbg111daki kaBiili.im 3.5
Varaktor (Varikap) Diyotlan
125
pasitanstrr. Ornegin ~ekil 3.26'ya bakihrsa VR = 3V ve To= 25°C'de Co= 29pF oldugu giiriiliir. Bcylece kapasitanstaki fonniil 3.15'te T1 ve sicakhgi ve grafikten belirlenen TCc degeri (= 0.013) yerine konularak bulunabilir. Yeni bir VR degerinde
TCc'nin degeri buna uygun olarak degisecekrir. ~ekil3.26'ya donersek maksimum
Tersa.lam •
C
ters gerllim
1.0
.v
··,
0.1
-y
_., .,
/
., 1./
10
J
'J
1~
GI~
)'
0.03
.a li
O.o2
11.
~·
30
20
0.05
0.04
Ten gerlllme baAh l:oadanaa!Or\lJI
11cakl1k tauay1&1
~
'"""' '~
0.01
100
Vk • Ters gerilim-volt
so
30
20
l
~...
r-,
.
'
'l
10
degeri ise diyotlan seri baglayarak artmlabilir.
,_._
Degisik tipteki g!i9 diyotlan, akrrn anma degeriyle birlikte Sekil 3.28a'da ve-
rilmistir. Yi.iksek akrm dolayisryla rneydana gelen yiiksek sicakliklar, bir cok durumda
3.0
LO
,'.._
5.0
3.0
2.0
0.5 1.0 2.0 3.0 S
' I\. ·-·
10 20 30
1S1y1
cekrnek
tizere
sogutuculann
kullamlmasmi
· ge-
rektirmektedir. Degi§ik tipteki bir kac sogutucu Sekil 3.28b'de gosterilmistir.
Sogutucu kullamlmadrgi durumlarda, sasiye dogrudan takilan ve onun sogutucu
olarak gorev gormesini saghyan iri bash diyodlar tasarlanrnaktadir.
1ooo~~~~J~~~l...---.-c-TT~,
c
5001---r'~~-+1---+~+--1-++-.....j
--:.
elemandan
Yararhhk- frekans
b.tsa}'ISI - ICl'S gerillm
10
1.0
30
',
Vk • Ters gerilim-volt
Kapesitans sicaklik
100
"-
DiYOTLA!il
yotlara genelde dogrultucu denir.
Gu~ diyotlannm ~ogunlugu daha yuksek akrm, sicaklik ve PIV anma degerinden dolayi silisyumdan yapilmaktadrr. _Daha yiiksek akrm gereksinimi, dti§tik
bir ileri diyot direnci saglamak icin daha buyuk jonksiyon alanlan gerektirmektcdir.
Ileri yon direnci cok biiyiik olsaydi, asm I2R kayiplan rneydana gelirdi. G!i9 diyodlarmm akirn kapasitesi, iki veya daha cok diyodu paralel baglayarak, PIV anma
--h
GU<;
Bazt uygularnalann yiiksek gii9 ve sicakhk gereksinirnlerini karsilamak icin ozel
olarak bir dizi diyot tasarlannusur. Gii9 diyotlanmn en sik kullarnrru, ac sinyallerinin (ortalama degeri stfir olan) ortalama veya de diizeyli sinyallere donii§tiiriildiigii dogrulima islerninde gorulmektedir. Bu arnacla kullamldiklannda, di-
0.1
,J
.....__:
3.6
.
0,
c
'-,
100 1---l--+--l.-l--~"""',·-,+-;-+-+-----,
.,
so
r---.
~-+--++~+----+-++-~
<,
10..__.__._.L.J..~..l----'---'-..L.L~~
IO
50 100
500 1000
FrekansMHz
V,. • Tets gerillm-volt
'-1.-1.,I ~. )".' VHf'/f'M Fairchilc.1 v.t.rak1<\r diyoduna ili~kin kctr.tktcristik cgril<:r (f-airchild C.,mer.1 and lnsrrnment Corr...-ration izniyle)
IR HlZU 11KANMALI ooCRULTIJCULAR
401 PDL (SOLDA), 400 AMP.
251 UL(ORTADA>.,_2SOAMP.
101 KL& KLR(SAuDA), IOOAMP
Irekansin 600 MHz oldugunu gorurtlz. Bu frekans da
XL= 2rr.fL = (6.28) (600 x 106) (2.5 X 10'9)
= 9.42!1
olarak bulunur, normalde ihmal edilebilecek kii~iikliikte bir degerdir,
Diyodun kullamrn buldugu bazi yiiksek frekans alanlan (dii§iik kapasitans duzeyleri ilc belirlendigi uzere) arasinda FM rnoddlatorleri, otomatik frekans kontrol
aygrtlan, ayarlanabilir bantgeciren filtreler ve parametrik ytikseltecler bu-
lunrnaktadrr.
126
Solum 3 Zenerler ve Dlger iki U9lu Elemanlar
(a)
(b)
~··l,il l!X t ,11\ ,h~·~""" vc M1:,:utucular. lfmc.ma1ional ReclifterCorµor:nion
3.7
TUNEL
izniylc)
DiYOTLMl!
Tiincl diyodu ilk defa 1958 yilmda Leo Esaki tarafmdan gelistirildi. Sekil 3.29'da
Boliim 3.7
Tiinel Diyotlan -
127
~u ana dcgin ele aldigumz
krrrnndan
Iarkhdir.
tiim diyotlardan,
Bu bolgede
negatif direnc bolgesine
u~ gerilimindeki
bir arns, diyot
sahip olmasi ba-
akirnindaki
bir aza-
hsa yo! acmaktadtr.
Tune!_ diyotlan, p-11 jonksiyonu olusturan malzemeleri normal bir yan ilctken
diyoduna gore yiizlerce ve binlerce kat daha fazla katkilayarak iircrilir. Bu, 1Q·6 cm
gibi, yani tipik bir yan ilctken diyodunun yiizde biri gcni§liginde cok kiiyiik bir bo§alt1hm§ bolgeye yol acmaktadrr. Bu ince bosalulnus bolgeden bircok tasryici, dii§Uk
yoduna aittir. Ls enduktoru uc tellerinden dolayi olu§maktadtr. Rs direnci ise, teller,
rel-yaniletken jonksiyonundaki rcmas vc yan iletken malze1~elerinin k~ndil~rindcn
kaynaklanrnaktadir. C kapasitans1, jonksiyon difuzyon kapasitansuu, R is~ bo-~gemn
negatif dircncini gosterir. Negatif dircnc, ileride ele ahnacak olan osilator uygulamasmda kullanilmaktadlf.
~
Diyodun ozellikleri arasmda bulunan 1/8 inclik tel uzunluguna dikkat edin.
Bu uzunluktaki bir arus Ls'de arnsa yol acacaknr. Gercekten de bu tiinel diyot icm
tel uzunluguna bagl! olarak Ls 'nin l ila 12 nH arasmda dcgi§tigi biliniyordu, Yuk-
sek frckanslarda (X1.~= 2rtf Ls) bu fakror ctkisini hissettirebilir.
y = 500 111 y (tipik) ve I;1.,; (rnaks) = 5 mA olmast tiinel diyotlann dii§iik
11,
:.,
Lsil'.
;:..:
tii ~
· 5 pF _
(>---'VY'--__.
. 6nHR-•--
.r~: _. -~.
I.SU
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
I.
I
VP
Vu
.
~d,.il J.:?9
Bu inceltilmis bolge klasik diyotlardakinden cok daha yuksek hiza sahip tasryicilara
yo! acmaktadir. Tiinel diyodu bu nedenle nonosaniyc veya pikosaniye duzeyinde
anahtarlama hizlanna gcrcksinirn duyulan bilgisayar gibi yuksek 1112 uygularnalannda kullarulabilmektedir.
t 3.2. Bolumden de hazrrlayacaguuz gibi katkrlama diizeyindcki bir arus Zener
potansiyelini dii§iinnektedir. ~ckil 3.29'da, cok yiiksek bir katkilarna diizeyinin bu
bolge iizerindeki etkilerine dikk.at edin. Tiinel diyodu ilretiminde en sik kullarulan
yan iletken malzemeler germanyum ve galyum arseninir. l,Jlc orarn, bilgisayar uygulamalan icin cok onernlidir. Bu oran, germanyum i1rin tipik olarak 10:l'ken, gerrnanyum arsenittc 20: l 'e yakmdir,
Tunel diyodunun tepe akinu (/p) birkac mikroarnperden birkay yiiz ampere
kadar degi§ebilmekledir. Ancak tepc gerilirni yaklasik 600 m V ile smrrhdir. Bu nedenle 1.5 V'luk bir pil gerilimine sahip basit bir AVO-metre yanhs kullamlrrsa tune!
diyodunda oncmli hasarlara yol acabilir. ·
Tuncl diyodunun negat..if direnc bolgcsindeki csdegcr dcvrcsi, tiinel diyotlar
icin en srk kullamlan sembollerlc birlikte, ~ekil 3.30'da gosterilmistir. Her pararnetreye iliskin degerler Tablo 3.2'de ozellikleri gosterilen IN2939 GE ti.incl di128
BolOm 3 Zenerfer ve Diger iki Uglu Elemanlar
; ·..
,l:
. .-~,- .. ~'
(b)
(a)
TUocl diyot karaktcrlstiSi.
ileri ongerilimde ~ekil 3.29'daki egridc gorulen tepeye neden olan, "tunellerneyi''
gerceklestirrnektedir. Karsilastirrna acisindan tipik bir yaniletken diyodu karakteristigi ;,ekil 3.29'daki tiincl.diyotu karakteristiginin uzerine cizilmistir.
"\:~
TABLO 3.2
Karaktcristik Oicllikler: Ge 1N2939
Minimum
Mutlak maksimum anma dcgcrleri ·
ileri-yon ak1m (-55 ila + 100°C)
Ters-yon akum (-55 ila + J00°C)
Elektrikod karaktcrisliklcr (25°)
(1/8 ins: bacak uz.)
5mA
0.9.
Vp
50
Vv
I/Iv
·R
c
450 ·
1.0
0.1
60
350
500
10
-152
5
1.1
0.14
65
30
600
1.5
R_,
TOnel Diyotlan
mA
mA
mV
mV
mY
mV
.n
15
6
Ls
BolOm 3.7
Maksimum
lOmA
Ip
Iv
Ters-yon gerilimi UR== 1.0 mA)
!Jeri yonde tepe nokta ak1m1 gerilimi, V11,
Tipik
4.0
pF
nH
.n
---129
gii<;: tunel diyotJan
oldugunu [Po= (0.5) (5 x 10·3)
Reklam medyasi sayesinde sokaktaki insan, u;1k kaynaklanrun essiz bir enerji
= 2.5 mWJ gosrerrnektedir. ki bu da bil-
kaynagi sundugunun farkma varnustir. Foton denilen aynk paketler halinde iletilen
gisayaruygulamalan i9in mlikemmeldir. Elemarun bir gi.irilniimii ~ekil 3.3l'dc verilrnistir,
Her ne kadar giiniimiiz yiiksek frekans sisternlerinde tiinel diyotlanmn kullarurru tiinel diyoduna alternatif olusturan iiretim tekniklerince kisitlannus olsa da,
basitligi, dogrusalhgr, dii§iik gii~ kullarurru ve guvenilirligi, bu diyotun kullarulmaya
devarruru saglam1§llr. Gelisrnis tasanmli bir tiinel diyodun temel yapist ve gercek
bu enerji, a~ag1daki formiilde belirlendigi gibi hareket eden 1§1k dalgasirun frekansiyla dogrudan ilgili bir diizeye sahiptir:
Ii. W =~t-1J joule
jonksiyonun fotograf1 Sekil 3.32'de verilmistir.
(3.16)
burada Fi Planck sabitidir ve degeri 6.624 x 10·34 joule-saniyedir. Bu forrnul, 1i sabit
oldugu icin, gelen 1§1k dalgalanyla ilgili enerjinin, hareket eden dalgamn frekansiyla dogrudan iliskili oldugunu ortaya.koymaktad1r.
Frekans ise, hareket eden dalganm dalga boyuyla (art arda gelen tepeler ara-
rn,~,
· ! <.i1.· In ~1>J9
diyoru. (Gem::rn1 Electrk Corpor.11too izuiyle)
smdaki uzaklik) dogrudan ilgilidir ve a~ag1daki formtille ifade edilir:
(3,17)
SONVAL!TlM
(KAYNAK)
Sn-lCAPU
Ni0R00
burada A= dalga boyu, metre olarak
v = 1~1k
YAUTKAN
0Ro0 Dl!STEOI
luzr, 3x108
mis
f = hareket eden dalgarun
frekanst, hertz
Sl!RAMIK.
Dalga boyu genelde angstrom (A.) veya mikrometre (pm) birimiyle ol9Uliir;
DAl'.ll.ANMJ$ Cl< YONOASI
burada
KOVARTABANI
(a)
I
A
= 10·10 m ve lprn == 10·6 m
Dalga boyu onernlidir, ,;i.inkii optoelektronik elemanda kullarulacak olan rnalzcrneyi belirleyecektir. G,, S; ve Selenyum'un bag1l tayf tepkileri ~ekil 3.33'de gosterilmistir.
Gi.iriinebilir 1~1k tayfida degi~ik renklerle ilgili dalgaboylan da birlikte
verilmistir.
Her malzeme icinde uretilen serbest elektron sayisi, gelen 1.~1gm ~iddeti ile
orannhdir. I~1k ~iddeti belli bir yiizey alamna dusen
Tii11cl diyodu: la) y;ipm; (b) foto~mr,. (COM-SAT1'echnical Review. P.l'. Vuruili ,md T.D. Kirkeud11!1 izniyle)
akisr rniktannm bir ol-
I Im= 1.496 x 10·10 W ·
'..LB FOTOOiYOTLAR
!.
l§1ga duyarli elemanlara olan ilgi, g~tigimfa: yillarda olagantistii bir arns gosterdi,
iliskisi vardir.
I~1k §iddeti normalde Im/Ft, fit-kandela (f/c) veya W/m2 ile ol9iiliir; burada
Sonuctaki optoelektronik a/am, verirnlilik diizeylerini artirma yonundeki cabalarda
=
1 lm/ft2 l fc
biiyiik arasurmalara sahne olacaktir.
130
1~·1k
9iisiidiir. /~1k akts: norrnalde, lumen (Im) veya watt ile i:il<;:iiliir. Iki birim arasinda
Biil!im 3
Zenerler ve Diger ikl
u.,ru
Elemanlar
Biilum 3.8
Fotodiyotlar
= 1.609 x
10·12 W/m2
131
1. Bolumden hanrlayacagiruzgibi ters doyma akirm ..normalde bir mikroamper ile
smrrhdir. Bu akim tamarmyle n- ve p-tipi malzemelerde JS1! olarak iiretilen azmlik ta~1y1cdannclan kaynaklamr. Jonksiyona I§lk uygulamasiyla, gelen hareket halindeki
(foton halindeki) 1~1k dalgalan atomik yap1ya enerji transfer ederek azmlik tasiyici sayismda ve tcrs yondeki akirn diizcyindc brr arnsa yol acacakur, Bu, ~ekil 3.35'de degi~ik 1,1k siddeti diizeyleri i<;in acrkca gosterilmi~tir. Karanltk akimi, uygulanan ayIh (µA)
1-----.i-.,,.,,.--.
-=·-~""" ------/.
jl /
600
5000fc
.. ~ ......~·--"·
4000fc=
.....-.---·='-'·-----,· ---·-
/,/ - ---------
.
400{,! ,.r·
'I'./
·---···--
~~~/~
7----
l,i'c.,;:.---1-----+----+.2°00.tc=_
i, It' /1~,,,..~ -·----'
200 I;.
!OOOfc-
/:o .
40~
Moriitesi
\'.?"
a
>< "'
6~00
/.°'' .I soon
5
{!
l2
/?..
Goriinilrtayf
!.' .,/·'-
9000
'°;,:'.s:;;ooo
12.000
is.ooo
/'
a.,,.....-··---.
V0 O.
Kmloksi
,-
-
---- ------~~llkmu.., ,_.
IO
.
,
20
I
30
..
40
V1 (ters-gcnltm)
Tipikbir forodiyot
).::ar.a.k1crl~tik gjubu
·,-:t ;I :
.
Foiodiyodu. calisma bolgesi tersine ongerilimleme bolgesi ile sirurh olan bir
yaniletken p-11 jonksiyon elemamdir. Temel ongerilimlerne cliizenlemesi, yapisi, ve
Iotodiyot sembolii Sekil 3.34'dc giistcrilmi~tir:
~
t
---·· -----·. ·-····-·-
dmlatma olmadan var olan akimdir. Burada akimm ancak V0'a esit bir pozitif ongerilim
uygulanmasryla srfir. duzeyine donecegine dikkat edin, Buna ek olarak, 1~1gi jonksiyon
bolgesine yogunla§trrmak.i¢in birinert:egin nasil kullamldtgi ~ekil 3.34'dc gosterilmistir.
Kapaktaklmercegi gostercng~#,kblfeiemanaait fotograf~ekil 3.36'da sunuhnustur.
11111
-
r,.
+
R
+
v
(a)
v,.
x
-·'~
+
o~~~--1....
~.t--~~~o
132
(b)
{:I.ii '· '''llcwlcn-l'acbrd 50R2.
s 1...":-11..!1 fctodivodun ro.
1o~r.,f1 cl l~wkn-Pod:~,r(I Cor·
f'Ot":_tlloo i1.11iyk:)
4:!00
·..;,-1.1: l. ~-i Folodiyol:
(a) Temcl-Ongcrilimlemc
dilzcnlcmesi vc y;.1p1s1; (b)
sembolu.
Boliirn 3
Zenerler ve Diger iki Ui;:lu Elernanlar
BolOrn 3.8
Fotodiyotlar
133
I~Ll< akrsinda,
ayru artis egrileri
arasindaki
hemen
hemen
birbirine
esit olan aralrk,
akis: arasinda yaklasik dogrusal bir ilisk; oldugunu ortaya koymakradir. Baska bir deyisle, 1~1k siddetindeki bir artis ters akimda benzer bir arnsa
ters akun ile 1~1k
ncden olrnukradrr, Bu dogrusa! iliskiyi gosterrnek i.izere iki egrinin cizirni 20V'luk
sabit bir V" gerilirni icin ~ekil 3.37'de verilmistir. Baglanuh olarak degerlendirirsck
gelen 1~1k olmadan ters akrrnin nere<leyse srfir di.izeyinde oldugunu varsayabiliriz.
Yukselme ve alcalma si.ireleri (durum degi~ikligi pnramerrelcri) bu clernan icin cok
kii9i.ik oldugundan (nanosaniye nrahgmdn). yuksck luzda sayun vcya unahtarlarna uygulamalan icin kullamlabilir. ~ekil 3.33'e donersek, Gc'un Si'dan daha genis bir dalga
boyu rayfiru kapsadrgiru gortiritz. Bu ozcllik onu. ileridc k1,aca aulutacagmuz lazer ve
kizilotcs! (JR) 1~1k kaynaklan icin uygun kilmaktadrr. Kuskusuz Ge'un silisyumdan
daha yuksek bir karanlik akrmi var anca.k ayru zamanda daha yuksek bir ters aknn diizeyine de sahiptir. Gelen 1~1gm fotodiyot uzerinde iirettigi akun dtizeyi, kontrol amacma yonelik olarak dogrudan kullamlacak kadar olrnasa da bu arnacln yukselrilebilir.
J..,.. (µA)
v'
/~
400
/
v ...
200
/
0
v
_,,/
/
I
3000
(b)
'\, 1 ·I ; -i'·:
Fotoilerken hucre: (u) gO·
rtlnll*U: (b) sombolO l(nl lntem,uio,u,I
Rectifler Corporation iz.niyl!!l
i;.i_, ·....
En sik kullarulan foto iletken malzemelerin basinda kadmiyum stilfit (CdS) ve
Kadmiyum Selenit (CdSe) gelmektedir. Sekil 3.33'de gosterildig! gibi Cds'nin tayf
tepe tepkisi yaklasik 5100 A'da, Cdse'in tayf tepe tepkisi ise 6150 A'da buIunmaktadir. Cds kullamlan elemanlarda tepki si.iresi yaklasik 100 ms, CdSe'li hue-
R (log. O!yek)
(A ortaliuna kalllkterlsUJder)
IOOkU
2000
*
rcnc;teki bi.iyiik degi§meye (100 kQ ~ JOO 0) dikkat edin.
/I
1000
(a)
0
relerde ise 10 ms dolaymdadir.
Foto iletken hucrenin, normal diyotta gorulen jonksiyonu yoktur, Uclar arasma
baglanm1~ ince bir malzeme tabakasi gelen 1~1k enerjisine maruz birakrlmaktadrr.
Foto iletken uzerine dusen t§tgm siddeti artnkca enerji tasiyan foton paketlerinin artmasmdan dolayi yapida bulunan cok sayrdaki elektronun enerji di.izeyide artacaktir. Boylece yapida nispeten "serbest" elektronlarm sayismda bir art1~
ortaya cikmakta ve u9 direnci dusmektedir. Tipik bir foto iletlcen hucrenin duyarlihk egris! ~ekil 3.39'da gorulmektedir. Olusan egrideki (bir dogrusalhga logaritmik-logaritmik olceklc <;izildiginde) ve l§tkta.ki degi§iklige bagll olarak di-
800
600
0
4000
5000
'
[c
~chit 3.37'd<ki tctodiyoda ili*kin
IC· I). (VA~ 20 VJ egrisi
'
I.
'
lOkU
' 1,
....
I"
Jkn
3.9
FOTO iLETKEN HUCRELER
Foto iletkcn hucre, i<; direnci, gelen 1~1gm.§iddeti ile (dogrusal olarak) degisen iki
uclu bir yaniletken elemandtL.~u:ozelliginden
dolayr da sik sik fotodirenc elemaru
d~ ~lenilme~tedir. Tipik bir fotoiletken hucre en cok kullanilan grafik scmboliiyle
birlikte ~ektl 3.38'de gbriilmektedir.
134
BolOm 3
Zenerler ve Diger iki uctu ElemanJar
0.1 kn
0.1
1.0
10
100
1000
Mmn.cil'IS!ndcn
aydmluttm
(log.01¢.k)
'··.·~ ii '· -:· ! Fo1oi!etken hticr(:nin u.;
karaktcri<tikleri (GE 9425.)
Boliim 3.9
Foto iletken Hilcreler
135
Elernarun basit ancak ilgin9 sayilabilecek bir uygulamasi ~ekil 3.40'da sunulmustur. Sistemin arnaci, V; anma degerinden sapmalar gostcrse bile, V0'1 sabit bir
di.izcydc tutrnaya yoneliktir. ~ckilde gosterildigi gibi, fotoilerken hiicre, lamba vc direncle birliktc bu gerilim regiilatoru sisrernin bir parcasiru olusturmaktadir. ~u veya
bu ncdenlc V; miktan dusecck olursa, lambanm parlakl1g1 da azalacakur, I~lktaki bu
dii§U§, V0'1 gerilirn boliicu kuralmm belirledig] anma degerinde tutrnak iizere, foto
iletken hucrenin dircncinde bir artisa yo! acacaktir: yani,
'
100
I
+
I
\
I
I
60
\
\
·1
so
..
)
I
30
-
,
0
" ·t .I ~ J1t Fotoilcrkcll hilcrc
kull:anan hir gcrilim rc:Ulat61ii
(IR} 1$1K KA YNAl<LARI
K1Z1! oresi diyotlan, ilcri yonde ongcrilimlcndikleri zaman bir 1§1ma akr huzrnesi
yayan yan iletken galyum arsenit elemanlardrr, Elemanm ternel yapisr, ~ckil 3.42'cte
gosterilmi~tir. Jonksiyon ileri yonde ongerilimlendigi zaman n-bolgesinden gclen
elektronlar, p- ile 11-tipi malzemeler arasinda bulunan 01.el tasanmh bir yeniden birlesme bolgcsindeki p malzemesinde bulunan aruk deliklerle
yeniden birle~mektedir!cr. Bu yeniden birlesme islerni sirasinda elemandan Coton seklinde enerji yayrhr, Oretilen Iotonlar ya tekrar malzerne icerisindc emilir veya ~ckil 3.42'de
goriildugii gibi yayirn cncrjisi olarak elcman yiizcyini terk eder,
Tipik bir clemandaki de ileri aknrnmn bir fonksiyonu olarak ynyim nk1~111m (mN
olarak) cgrisi ~ekil 3.43'dc gorulmcktedir, Bu iki dcgi§ken arasindaki neredeyse dogrusal olan ili§kiyc dikkat cdin. Bu tiir elemanlara ail ilgine bir desen, ~ekil 3.44'de venlmistir, Dahili bir kolirnator (paralcllestirici) sistemli elemanlardaki dar desene dikkat
edin. Bu liir bir elemanm i9 yapisr ve grafik. semboliiyle birlikte ~ekil 3.45'de verilmistir, Bu liir elemanlann birkac uygulama alaru arasrnda kart ve kagH serit okuyuculan, §aft kodlayicrlan, veri-iletim sistcmleri ve Iursrz alarmlan sayllabilir.
BolOm 3 Zenerler ve Diger iki U9lu Elemanlar
'
/
I
\
\
\
-.
'
0
4~0
Her bir eleman icin ureuciler tarafindan saglanan bilgilcrin zenginligini orneklemek acismdan ~ekil 3. I l'de tammlanan CdS (kadmiyum sulfit) Iotoiletken huercsini inccleyin. Sicaklrk ve tepki suresine dikkat cdin.
136
l
I
20
KIZILOTESi
\
I
40
+
v,
3.10
\
1
!
(3.18)
.
l
J
!
80
'
\
I
90
70
Vo=_fu.XL
R~+ R1
\\
I
6000
<,
10,000
8000
An8Jlrom
----··--
I\·
iletkenligin S1cakhk ve l~1ga Bagh
Olarak Degi~imi
Fit Kandela
.OJ
10
100
% lletkenlik
Sicaklt):
103
-25°C
0
25°C
50°C
75°C
1.0
0.1
98
100
98
90
104
102
100
102
106
104
102
100
103
108
102
100
100
104
109
106
103
100
99
• 104
1.0
10
JOO
.005
.002
.002
.001
1~1ga Bagh Tepki Silresl
Fir Kandela
.01
0.1
Yukselme (saniye)*
Azalrna (saniye)**
0.5
.125
.095
.021
.022
.005
* 5 sn'lik kar~nltk adaptasyonu sonrasmdason okunan
degerin 1/e'sine kadar ge9en sure.
..
** ilk okunan degerin 1/e'sine kadar ge9en sure.
BolOm 3.10
K1z1lotesl (IA) 1~1k Kaynaklan
').·,. ii :. 11 Clairex
CdS fo1oilc1kcn hUc·
rtnin karnklcrisllktcri
(Cl.:irex Elec1ronics i,
niylc)
137
I
·1t1
$<kil 3.45 IR-yayan RCA diyodu (aJ yap .. r; (bl roto~f,; (c) seem
bolii. (RCA Solids,.,,., Division illliylt)
l!robil~ne
Yansittc1
+
K1hf s1cakh~1 (T,)
10.---~-~-
J)!UllboUk
yiluy
J:
,.·-1 ;I ·
IR·y-•y•n yarsilotken diyotlarm ~enel yap,s, (RCA Solid Sl310
Division izniyle)
<;clordolr.
= 21•c
:!:
E
(a)
I
4r---+--
20
40
60
80
100
de ilcri akuru Up) - mA
120
~d .. i! .~.~.~ IR·yuya11 bir diyodu ili~·.k ileri ~ktmum ba£h tipik bir
,11n~ ak,s, e~ri$i (RCA SoJid Suue Oi,·ision izniyle)
(c)
1 11
~.:\..if i ...l t IR·y;,yim RCA dir.odu,n11l
tipik bir ,~mni yo~unluk dcscni (RCA
Sofi<l Srate Division izniyle)
138
Boliim 3 Zenerler ve Diger ikl U9lu Elemanlar
3 11
1$1K YAYAN DiYOTLAR
l~1k yayan diyot (LED), adirun da belirttigi gibi, enerji verildigi zaman gorulebilir bir
1~1k yayan diyottur. ileri ongerilirnli bir p-n jonksiyonunda, yapi icerisinde ve temelde jonksiyon yakmlannda elektronlar ve delikler yeniden birlesir. Bu yeniden birlesme, baglanamayan serbest elektronun t~1d1g.i enerjinin baska bir enerji durumuna
transferini gerektirir. Tiim yaniletken p-11 jonksiyonlannda bu cnerjinin bir boliimil 1s1
olarak bir boliimii de foton seklinde disan verilmektedir. Silisyum ve germanyurnda
enerjinin buyiik bir boliimii 1s1, geri kalan bolum ise 1§1k ~klinde yayihr. Galyum arsenit fosfit (GaAsP) vcya Galyum Fos.fit (GaP) gibi diger rnalzernelerde, yayilan 1§1k
enerjsindeki fotonlann sayisr, iyi gorillebilir bir t§Lk kaynag1 yaratmak. i,;in yeterli olrnaktadrr. Elektrik enerjisi uygulayarak ~Lk vermeyi saglama islemine elektroparlakhk denmektedir. $ekil 3.46'da gosterildigi gibi, mak.simum sayida 1§1k enerjisi
fotonu uretrnck icin p-malzemesine baglanan iletken yiizey cok kii,;iik tutulur, $ekilde dikkat ederseniz ileri yonde ongerilimlenmis jonksiyon dolayisiyla cnjekte edilen tasiyrcslann yeniden birlesrnesi, yeniden birlesme bolgesinde 1~tlc yayrlmasma yol
acmaktadir. Gene §Ckilde de gosterildigi gibi dogal olarak foton enerjisi paketlerinin
bir btiliirniinii yapmm kendisi tarafrndan emilir; ancak cok buyuk bir yuzdesi aynlrnayr basanr,
BolOm 3.11
l~1k Yayan Diyotlar
139
/
/
Y ay,Jan gorilniir
c;,k
.46(.018)
r;,
·J ,91 (.075)
maks,
(+)o----
.l=
T
Melal
lcoulak
I.
,18(.007)
Me!al
· kontak
Maks
>·~ ,,·; ,,~
LED i~indekielektro-
i.96(.077)
.76(.030) Mats
1~1rlakl1k i;lemi
;I
.J.
Not3'e
2.54{. WO) ' bakimz
nom,
Hewlett-Packard tarafmdan iin:iikll)iir minyaulr-alu yuksek verimli yan iletkcn LED'lerin gorunum ve karakterikieri~ekil3.47'de verilmistir ..
~u ana kadar tammlanmayan iki nicelik, TA = 25°C'de elektriksel/optik karaktcristikler ba§hg1 altmda goriiltnektedit.:Bunlar eksenel.rsrk §iddeti (lv) ve t§1k resirliligi (11v) terimleridir. I§tk §iddeti.kanddil:iirirniyle ol9liliir. Bir kandela, I§Ik kaynagrndan l fit uzakhkta l
alaild~d fil -kandelalik bir aydmlatma saglar ve 4
'1umenlik bir I§lk akisi yayar. Bu tarifhernekadarbir til9iim birirni olarakkandela hakkmda yeterli aciklik getirmese de, diizeyi, benzer elemanlarla karsilasunlabilir, "Tesirlilik" terimi, tarum itibariyle bir elemarun istenilen etkiyi yaratma kabiliyetinin bir
fit2
olcusudur, LED icin bu, uygulanan her watt icin uretilen liimen sayrsirnn orarudir,
Yuksek-verimli kirrmzi LED'in yiiksek tesirliligine dikkat edin. ~ekil 3.47h'da gtiriildiigii gibi bag1! verimlilik, birim akima karsilik gelen I§tk §iddeti ile tammlarur, Aynca her bir LED'in (kirnuzr, san, yesil) lircttigi I§lk dalgalanmn tepe dalga boyunun
her bir renk icin tarnmlanan dalga boyuna (Ad)'ne ol9tidc yakm olduguna dikkat edin.
Her rengin bag1l §iddetinin dalga boyuna gore grafigi ~ckil 3.47c'de verilmistir,
LED p-n jonksiyonlu bir eleman oldugundan, l. Bi:iliim'de taruulan diyot tepkisi
egrilerine benzer bir ilcri ongerim karakteristigine sahip olacaktir (~ekil 3.47f). Ileri
akima bagl, olarak bag1l 1§1k siddetinin hernen hcmcn dogrusal bicimde artmasma
dikkat edin (Sekil 3.47g). Sekil 3.17i'den anlasilabilecegi gibi belli bir frekansta
darbe silresi ne kadar uzun olursa, izin vcrilcn tepe akimi da o kadar ki.i9ilk olur (11,
kmlmi degerini gectikren sonra). ~ekil 3.47j'de ise, sidderin, I§tgtn 0°'den (tarn yukaridan) gelmesi halinde maksimum, 90°'den gelmesi (elemana yandan bakrlrnasi)
halinde ise minimum oldugu ortaya 91kmaktadir.
Gunumuzde LED gorunruleme birimleri bircok ebat ve sekilde bulunabilmektedir, Bu birimlerin I§Ik yayan bolgesi 0.1-1 inc arasmdadir. Rakamlar
140
Bi:ilOm 3 Zeoerler ve Diger iki Ui;lu Elemanlar
(b)
Notlar:
l. Tum boyutlar milimetre (inc) cinsindendir.
2. Bacaklar giimti§ kaplanrmsur, Bkz. basvuru billtcni 3.
3. Kullaruci, bacaklan sckildc gortildiigti gibi krvirabilir.
(b)
-----------·---Mutlak Maksimum Anma Degerleri (TA= 25°C'de)
·--------·-------------------------j
Parlak
I'arumetre
K1rm1z1
4/0014}0/
K1n111u
4/()()
100
120
2()1!1
60
-55°C ile
GUi;, harcamast
Ortalama ileri akrm
ilcri tepe gcrilimi
50111
1000
<;:.ilt~ma ve saklama
Srcakhk .1ral1g1
Bacak lchimleme s1cakhg1
lgovdeden L6 mm (0,063 in~) mesafede]
Sari
Ye§il
4150
4190
120
20111
120
30121
60
60
I 00°C arasinda
Birimi
mW
mA
mA
230°C i,in 3 saniyc
[ 1 J. 50°C'den itibaren 0.2 mArC azalnn oramylu
12]. 50°C'dcn itibarcn 0.4 mA°C azahm oramyla
(C)
~ekil J.41 Hewlen-Packard mtnyatur-atn yuk.<ek-vcrimli ktrnuzt yan-ilclkcn LEO'ler. (a) gMinlijii: (n) p:,kcl boyutlan~(c) mutlak maksimumanmadcgcrlcri(dcvanu sayfal.1rd.1)
Boliim 3.11
1~1k Yayan Diyotlar
141
....
"""
I\)
Elektrik/Optik Karakteristikler (TA::: 25°C'de)
5082-4/00!4/0J
Ta111m1
Min.
Tipik.
Eksenel aydmlauna ~iddeti
-/0.5
7/1.0
Sembol
,,.
Yan aydmlatma ~iddetine
sahip noktalar arasindal<.i
i, 3yl
Tepe degeri dalga boyu
29112
Atepe
NJ
t:O
o,
i5
tS
Baskin dalgaboyu
Tepid hiz;
B.1c
ls1ldire~
c
------
Maks. Mi11. Tipik. Maks. Min. Tipik. Maks.
80
655
635
2.0
1.0
3.0
1.0
45
Min.
Tipik.
0.8
1.5
Maks.
Bi rim
med
derece
IF=20mA'de
70
90
583
585
90
LS
100
628
90
JI
120
640
15
100
125
Kapasitans
5082-4/90
5082-4/50
5082-4/60
565
nm
572
200
13
100
nm
ns
pF
(.,)
~
~
~
11)
<
11)
'e
t5;
~
~c:
"'c
rn
.;
3
"'
::,
~
lleri gerilim
Bl'R
Ters yonde kmlma gerilimi
1]\f
Aydmlatma tesirli~i
.......
···~·7~
.. -
1.,,
- --
0
(.,)
:....
-'
<ii
;.-
,tl
-·
~·~
Ut'e
!~%
c
.;;:·
1·
2.
~
;t,t
~~g
i1
[~~
;rg'~
.; :;!!
}~.,)~
7?. ·;.
i(S~
~&;:.
~~~
o ar
-g tl .-;·
g, ~·~
----·-···-
v
v
lm/W
mm (0.031 ini;:) uzunI uktaki katot bacagina baglanu
IF= IOmA
JR= IOOµa
Not 3
--·~~,..~-----
mob
~
w
.,C:I,.
V\
IF - lien abm-mA
°'
J
"'
v,
.;:: 00
I
-
\.ho
8
'IQ
V,·
-<
a o
I v.
o,c···*r
!
<...,
0
Nilpi Aydllllatma fidde:tl
(JO mA ilc normalize edilmif)
I
I
I
I
0
T,
s
:.,'-!
...'1
II
7'
g'
~
~1
(")
~
l. ;:;;
~
...
0
Nispi VeriJn
(10 mA de ile oormaliu edilmi4)
~
s ~11o
~ j.__·i
0
O
s~
a
0
i'e- -0
Co
.F.
...,
.,,- v,
=a?:""
~
••
...0
I
~ a.
:: :,.
V't
...
§
.o
~
~ !'-'
f;..[~
i~
:i ~
N'iapi~iddet
0
.v,
8. :--
.:,
~.;i
"$.ii~
~~
...
v,
0
-0
2 a~
s
:.rp:
}[email protected]
....
VF=O;f= l MHz
....U.. .,....,.lmurp
...
l;i':'.',-.
-<
~
~"'
3.0
665
ic,pc,ok1n>, • lz;lo
vcrilea d.c. &t1n:wla
oraru
1..,..mab
3
Tepe degcrinde
<ll,ilm
Not2
Seki! 3._47 (devanu) (d) Elek1rik.<eVop<ikkarakteristikler.
bifl
s
570
147
55
2.4
IF=20mA'de
5.0
Not I
NOTLAR:
I. el/2; aydmlatma §iddetinin, eksenel aydmlatma ~idderinin yans1 oldugu ekscn-drsi acrdir.
2. Baskin dalgaboyu, Ad, CIE renk diyagrammdan tiiretilrnis olus, cihazm rengini tarurnlayan tek bir dalgaboyunu temsil eder.
3. Yayinun ~iddeti, le, (watl/steradyan); le"" /1,/T)p formOllinden bulunabilir, bu formiildeki 171'; aydmlatma ~iddeti (kandela) ve parlaklrk tesirliligi
(himen/wa!t)'dir.
••==sw-·
c:,
o.
3.0
5.0
5.0
10
3.0
2.2
3.0
2.2
2.0
1.6
VF
IF= lOmA,
•CfW GtlvdC!len i;:1kan 0.79
3
N
Test Kosullan
e
!~
f
~
...
O
f ~
r:
t
O
"""
\.n
""'
0
ot
C>
1
I
f
I
J
I
I
t
s
-------
0\~0Cl'-OO=-Nw~t,..O\
:-,,....._
:-,.. '-
\
gl~
,.I
...'1
(")
;:;: .._
I
\
0
......
_J
~·.
I
.
a]H
lD
e.
.
.
1.0875
lb:==
.' =:=!i~
t,
0.600
(·1·
'.
-o.ot
1,1·
:'."
S
{.'
-0.000
0.803-J
±0.003
t O.o40R-;;;35+0.004~
J:_r±:
-1.
I 0.600 I
f.. ±0.QlO...j
sirnda kisa ranuacagiz.
Bir SIVI kristal malzemesi (LCD'ler icin normaldc organiktir), sivi gibi akan
ancak molekiiler yapsst norrnalde kaularda gorulen bazi ozelliklere sahiptir, Isiksa9an unitclcr alarunda en biiyiik ilgi, Sckil 3.SO'de gosterilcn kristal yapiya sahip
nematik stvt kristaller uzerinde yogunlasmisur. Bagimsiz molekullerin, §ekilde goruldligii gibi 9ubuga benzer bir gorunurnleri vardir.
.
,,·~,! :
-0.000
0.300
rak mikrowatt duzeyindedir. Ancak harici veya dahili bir t§tk kaynagina gercksinim
duyarlar, 0-60°C'lik bir sicaklik arahg: ile smirhdir ve omurleri ilgi konusudur,
9iinkii LCD'lcr kimyasal olarak bozunabilrnektedir.Thtnurnuzde merkezi ilgi odagmda bulunanlar alan-etkili ve dinarriik-sacihm iiniteieridir. Her ikisini de bu kt-
I-JL
0.100 Tip,k
±0.010
l · Luroniks pori;:oh g6sterye.
Gelen
1~1k
0.020 Tipik<;ap
±0.003
14 adet kooum
Aralayici
vc
yahncr
,,_Lil ; .,,_. Sekiz-haneli Ye i~aretli
h.·'-1Jl m.-ldoesi eknul1 (l Iewleut'ockard Corpornllon)
Sekil 3.48'deki tiirden parcalarla olusturulabilir, Uygun p-tipi malzeme parcasina bir
ileri ongcrilim uygulanarak O ila 9 arasmda bir sayi gorunnilenebilir,
~ckil 3.49'daki goriintiilerne (display) birimi, hesap makinalannda kul-
larulmaktadir ve sekiz hanelidir.
iki
LED'li iki uclu LED larnbalan da rnevcut olup
~•. -], 11 : .. ::.. .! i Ongerillm uygulanm.imti hal<le »emmik
!..lVt
k1iS1aL .
Indiyum oksit iletken yiizeyi saydamdir ve sekilde gostcrilen sartlar altinda gelen
1§1k, buradan gccerck srvi kristal yapryi gorunur kilar, Iletken yiizeylcrc Sekil
3.5 l'de gosterildigi gibi gerilim (ticari elemanlar icin esik degeri genellikle 6 ila 20
arasmdadir) uygulandig, zarnan molekiilcr duzen bozulur vc sonucta farkli kr-
v
nlma indisli bolgeler olusur.
boylelikle ongerilimlerncnin yonii degi§tiginde rcnk yesilden kirmizrya veya tersine
donmektedir. LED'ler giiniimiizde kirmjzi, san, portakal rengi ve beyaz olarak iiretilmektedir. Mavi renkte LED'lerin uretilmesini yakin gelecekte miirnkiin gorunuyor.
Genelde LED'ler, bunlarla yanilctken devreleri tarnamiyle uyumlu kilan 1.7 ile 3.3V
arasi gerilim diizeylerinde 9ah~1r. Cok hizh bir tepki suresine (nanosaniyclcr duzeyinde) sahiptirler vc gorunilrluk acismdan iyi kontrast oranlan saglarlar. Gus: gercksinimleri 10 ila 150 mW arasmda olup ornurlcri 100.000 saati asmaktadir. Ya-
niletkcn yapilan onemli bir saglamhk faktorii saglar,
3. \ '.!
:.;iv1 l<RiST ALL!
/\111lay1e1
VC-
C:,ORUN1'Q FJ!f-11MLERi
yabllCI
SlVI kristal gortintulerne birimlerinin (LCD) LED'e gore daha dii§iik gii9 ihtiyaci gibi
onernli bir avantajr vardir. Bu ihtiyac, LED'deki miliwatt diizeyine kiyasla tipik ola144
Boliim 3
Zenerler ve Diger iki Uc,lu Elemanlar
BiilOm 3.12
S1v1 Krlstalli GiiriintOleme
Birlmleri
145
Arayu;1
yal1llc1
ve
Bu nedenle gelen 1~1k, degi§ik kmlma,indislerine sahip bolgelerin ara yuzeylerinde degi§ik.yonlere yansmlmakta ve. dolayrsiyla sacrlan 1~1k, buzlu cam goriintimiinti vermektedir (ilk defa RCA tarafmdan 1968 yilmda incelenrnistir ve dinamik sacilma adiyla arulmaktadrr. Ancak .Seki! 3.51 'e dikkat ederseniz buzlu
gorunum sadece iletken yiizeyler birbirine karsitsa olusmakta ve geri kalan alanlar
yan saydam kalmaktadir.
LCD goruntuleme birimi iizerindeki bir rakam ~ekil 3.52'del<l parca gortiniimtine sahip olabilir. Siyah alan gercekte alttaki uclara harici kontrol arnaciyla
bagh olan temiz bir iletken yiizeydir. iki benzer maske, sizdtrrnaz ve kalm bir sivi
kristal malzeme tabakasirnn karsihkh yuzeylerine yerlestirilmisrir. Eger 2 rakarm isteniyorsa 8, 7, 3, 4 ve 5_ ~umaralt uclara enerji verilir ve bu bolgeler buzlarurken
Y •toy polanzasyon
~d .. i! 3 5.~
gostergesi
Daha once belirtrigimiz gibi, LCD kendi 1§1gm1 iiretrnez; dahili veya harici bir
katmana ihtiyac duyar. Karanlik kosullar altmda birim, LCD'nin arkasmda veya yan
tarafmda kendi dahili 1§ik kaynagma sahip olmahdrr, Giindiizleri veya aydmhk alanlarda, maksirnum siddetl saglarnak iizere 1§1g1 goruntuleme birimi icerisinden geriye
yansttrnak icin LCD'nin arkasma bir yansruci konabilir. Optimal cahsma saglamak
icin giiniimiizde saat iireticileri, transmisif (kendi J§tk kaynagma sahip) ve yansttmah tiplerin transreflektif (yansitmah) denilen bir birlesimi kullanmaktadir.
Alan-etkili veya biikfl!ii-nematik LCD'ler, ayru parca gonlnurnune ve kapatilrrus
ince srvi kristal katmamna sahiptir, ancak c;ah§ma· sekli oldukca farkhdir. Dinarniksacrlrmh LCD'ye benzer bir sekilde, alan-etkili LCD yansuma veya gecirgen modda
dahili bir kaynak ile c;ah§abilmek(eclir. Gecirgen goriintii aygm $ekil 3.53'de goriilmektedir. Dahili 1§1k kaynag1 solda ve bakan kisiye sagda kalmaktadir. Bu sekil,
Sekil 3.50'den, bir 1i1k polarizatorii bulundurrnasi bakrrmndan oldukca farklidir.
Sagdan gclen l§tgm yalnizca dusey bileseni sagdaki diisey-isrk polarizatoriinden
146
BiilOm 3
Zenerler ve Diger iki U~lu Elemanlar
tcnltZilctitu )1tlcylen
icluden ~~cmc.1.
~d j I ; ~ .,
II
1'
2345678
.;.,·.
UYg,ulonan Ongerilimin bngl:1ntoh "ldufu
dll.!ey polnrlay1c1
\:
,-
diger alanlar acrk kalu.
.··
L'am
I
Ongerilitn uygulanmam1~
haldc rr.msmisif al;\n-ctkiH LCD.
gecebilrnektedir, Alan-etkili LUYd..: ya ~a;;dak1 ;1.,:1k iletken yuzey kimyasal olarak
asmdmhr veya srvi kristaldeki molekiillcri diisen yilzeyde hucre duvanna paralel
yonlendirmck icin organik bir film uygulamr. SIVI kristalin sag ucundaki cubuklara
dikkat edin. Molckullcrin
gostcrilen yond~ (yatay) 90° faz farklr, buna karsm
hucre duvarma paralel olmasmi saglarnak icin, kars: taraftaki yiizey de i§lenir/S1v1
kristalin iki duvan arasmda, sekilde gosterildigi gibi, bir polarizasyondan dig~rine
gene! bir si.irilklenme vardrr. Soldaki t§tk polarizatorii de yalnizca dusey olarak polarize edilmis gelen 1§1gm geyi§ine izin· verecek §ekildedir. iletken yi.izeyle-re uyg11lanan bir gerilim uygulanmam1§sa/dii§ey olarak polarize edilen I§tk, s1v1 kristal
bolgesine girip molekill yap1smm 90°'lik biiklimlerini izler. Sagdaki dii§ey 1§1k polarizatoriindeki yatay polarizasyon gec;i§e · izin vennez ve bakan ki~i tilm goriinttileme ekram iizerinde tek pars;a halinde karanlik bir dcscn goriir. Bir e§ik gerilimi uyguland1gmda (ticari Unitelerde 2 ila 8V aras1) c;ubuk benzeri molekiiller
elektrik alam ile aym yone donerek (duvara dikey olacak §ekilde) l§tgm 90°'1ik
kayrna olmaks1zm gcc;i§ine izin verir. Dii§ey olarak gelen t§tk boylece ikincil
dii§ey polariz.e edilmi§ ekrandan dogrudan g_ec;~r ve bakan ki§i aydmltk bir alan
gtiriir. Her rakamm par9alannm uygun bir §ekilde enerjilenmesiyle desen, ~ekil
3.54'de gosterildigi gibi gorlinccekfir. Yans1hc1 tip·alan-etkili LCD, ~ekil 3.55'de
·Araytc1 ve yaht1ct
i
Cam
':i,:l..d ~ ).! Yansmc1 tip
LCD (RCA Solid Stale
Yan.s1t1c1
]>
Division izniyle.)
ODZ
.Temiz iletim yUzey1eri
LL..J----''--"-.._
\
.Yatay 111k po;a,l~y1m1
",:k:i \:'(, Tnmsmisif
rip LCD. (RCA Solid
Sture Division izniyle.)
Bolilm 3.12
DuteY 1;1k polarlay,cm
S1v1 Kristalfi Goriint(Heme Birimleri
. .~.·!. ii : . ~ ~ On~crilim uygulanmam1~ h;.tfch:
lip ah10-erkili LCD.
y:111s111L'i
147
Bu durumda sol uctaki yatay polarize edilmis l§Jk yatay polarize edilmi~ bir filtre ile karsilasir, yansrticrya geyer ve buradan tekrar kristalin icine yansir, digeri dikey polarizasyona yonelir ve gcri bakan kisiye doner. Uygulanan hcrhangi bir
gcrilim yoksa tek parca halinde aydmlanlmrs bir ekran goriiliir. Belirli bir gcrilimin
uygulanrnasi diisey olarak gelen l§Igm solda bulunan ve icinden gecemeyip yansmlacag: yatay olarak polarize edilrnis bir filtre ile karsdasmasina yol acacaknr, Kristal uzerinde karanlik bir bolge olusur ve ~ekil 3.56'da gorulen desenortaya cikar,
Alan-ctkili LCD'ler normalde, cnerjikaynagrrun temel faktor oldugu durumlarda
(om: kol-saatleri. tasmabilir cihazlar vs) kullamhr; c;:unkU 1§1k-sa91c1 modellere gore
cok daha az cnerji harcarlar (birincisinde mikrowatt duzeyinde digerindc miliwatt duzcyindc). Alan-ctkili elcrnanlarda maliyet daha yuksckiir ve boylan yaklasik 5 cm ilc
sirurhdir; buna karsihk 1§1k-sa91c1 iinitelerin boylan 20 crn'ye kadar 91kabilmektedir.
Goruntu birimlerinde onemli baska bir nokta, acilma ve kapanma siireleridir.
LCD'ler ozellik itibariyle LED'lerden 901< daha yavasnr, LCD'ler tipik olarak 100 ila
300 ms arasrnda tepki siirclerine sahipken, LED'ler JOO ns'nin altmda tepki sureleri
saglamaktadrr. Ancak, 100 ns ile 100 ms (saniyenin onda biri) arasindaki farkin pek
onernli olmadigi cesitli uygulamalar .(ornegin saatler) mevcuttur. Bu uygulamalar
icin LCD'lerin dii§iik gii<; gereksinimi cok.cekici bir ozellik olmakradrr. LCD birimlerinin omrii surekli artmlarak 10.000. saati geyen duzeylere getirilmistir. LCD
birimlerinin iirettigi renk, aydmlatma kaynagina bagh oldugundan, renk secimindc
daha cok sccenck soz konusudur.
riilmektedir, Usuen gotiinii§le gosterildigi gibi gunese dik bakan yuzey alarurun maksimum diizeyde olmasiru saglamak icin her tiirlii yaba harcanmakradir,Buna ek olarak, ptipi malzemeye baglanan metalik iletkenirr vep-tipi malzemenin kalmhguun maksirnum
sayida i§ik enerjisi fotonunun jonksiyoiia ulasmasim saghyacak §Ckilde olduguna dikkat
edin. Bu bolgcdekibir 1~Lk enerjisi fotonu bir valans elektronuile <;:arpt§lp ana atomdan aynlmasma yetecek oranda cnerjiyi aktarabilir.Sonne serbest elektronlann ve deliklerin uretilmesidir. Bu, jonksiyonun her iki tarafindada olacakur, p-Lipi malzemede yeni iiretilen
elektronlar azinhk tasiyicilandirve jonksiyon boyunca, ongerilimsiz temelp-11 jonksiyonu
i9in a9J.k.land1g1 gibi, serbestce hareket edeceklerdir. Benzer bir yaklasim 11-tipi malzcmcde tirctilen delikler i9in geyerlidir. Sonuc;:, bir p-n jonksiyonunun konvansiyoncl ileri
ak1m1yla ters yonde olan azmhk la~1y1c1s1 akimmdaki bir artJ§tlf. Tcrs ak.imdaki bu a111~
~ekil 3.58'de gosterilme~tir. Dii§ey cksenin herl1angi bir yerinde V = 0 oldugu vc bir losa
-devrc durumunu temsil ettigi i9in bu kesi~me noktasmdaki akima lasa-devre ak1m1 denir
ve r«· ile gosterilir. A<;tk devre durumunda .c;,, = 0) fotovoltaikgerilim (V.,.) ortaya 9lkar.
Bu ~ekil 3.59'da gosterildigi gibi, aydmlalmanm Jogaritmik bir fonksiyonudur. V,H·, yiiksiiz
(ar;:lk-devrc) durumundaki pilin terminal (uc;:) gerilimidir. Ancak aym §Ckilde, losa devrc
alammm aydmlatmarun dogrusal bir: fonksiyonu olduguna dikkat edin. Yani aydmlatmadaki art.J§a ka!§1.lik ikiye katlanacaktlr (~ekil 3.59'dakiJcI ve 2/c1) buna ka!§ihk
V0c'deki degi§im bu bolge ir;:in tlal1a dii§iik kalacaktJ.t. Voc'deki temel art!§ aydmlatmadaki
dii§iik diizeyli artt§larda gotiilmektedir;Sonuc;:ta aydmlatmanmdaha tla artrnas1 V'". iizcrinde, [IC arliTia5103 fagT11CI1, yOk az etkiyaratacaktu; bu da· gii<; kapa,iteSiJ1lll alt!118Slll3
neden olacaktir.
gosterilmistir,
. ·, l ,
G(!f'H:$ HLJCREU:fli
Son yillarda alternatif enerji kaynagi olarak gtine§ hucresi artan bir ilgi toplarrusur.
Denizseviyesinde gunesten ahnan giiq§iddetitiin 100 mW/cm2 (JkW/m2) dolayinda
oldugunu dii§iiniirsek, gunesin bir enerji kaynagr oldugu ve gunes enerjisini elektrik
encrjisine dcntisturme verimini en yiiksek diizeye 91kam1ak icin daha fazla arasnrma
ve gelistirrne gerektirdigi kesindir.
.
Silisyurn p-11 Jonksiyonlu hir giine§ hiicresinin temel yaprsi ~ekil 3.57'de goGolen gone~
·~•l•
v
01tca1oriia~
n,~ halka
temasi
!"--. D,, halka
temas1
n·tipi
0-
'-:,,,·1 .. d ·. ..,'
148
l911t 1iddell/c1
!
{.
Metalik lemas /
(a)
------~
(b)
GUnc~ htic:rc.,:;i ; (aJ Kesi1i: (h) usnen g,Ori,oii~.
BolOm 3 Zenerler ve Dlger ikl Ui;:lu Elemanlar
I
!
I
,.·;, ;, ·· ':. UU11q hikn:.lcrimJc 111k fid·
deline ha!;h ol,rnk kisa-devre ak1m1 v:;:•
3lj:lk-devm i;erililTlinin dciilimi.
Borom 3.13
Gune~ HOcrelerl
__.,
__
149
Voe orlsc
f
triksel Karakteristikl
er*
Yuk
!R
Numarasi
Ayd1nlattna
·~-.:~,! ; 5
11
Gone* hUcreleriod..:, uyt.hnlatmaya ba£.h ol;u1tk \10c: vie. lJr'nin de·
~iiimi
Giines hucreleri it;;in en yaygm kullarulan malzerneler selenyum ve silisyumdur.
Ancak baska malzemelerinin yarusira galyum arsenit, indiyum arsenit ve kadmiyum
sulfit de kullanilmaktadu. Gelen 1~1gm dalga boyu. p-n. jonksiyonunun gelen Iotonlara tepkisini etkileyecektir. Sekil 3 -,60'da sclenyum hiicrenin tepki egrisinin
(volt) (min.)
SP2A40B
SP2B48B
SP4C40B
SP2C80B
SP4048B
SP2D96B
LOO
1.6
36
1.6
36
72
(miliwatr)
(min.)
58
64
40
3.2
1.6
S2900E5M
S2900E7M
S2900E9.5M
G11~·
{miliamper) (min.)
1.6
3.2
115
l 15
40
128
80
129
60
90
120
.4
.4
.4
24
36
48
... * A.k1m-Gerilim
ka_rakteristi~leri~ 100 mW/cm2 (yaklasik giine~ l§tgt parlakhgmda) lik bir aydrnlatrna duzeymdeki degerleri ifade eder.
_Gi.ine~. hiicr~l~rinin
Gu~:§ hucrelennm seri
fgerilimler elde . etrnek
. .
ormansi da verilm.stir,
%Tepki
Yiik
Akmu
Gerilimi
kullammmdaki bir · yenilik Sekil 3.62'de gorulrnektedir.
olarak diizenlenmesi tek bir elemandan daha fazla gerilimleri
miimkiln
olmaktadir
· · · · per.
.
·· Tipik bir do"rt - hii
ucre di1z1s1mn
Yaklasik 2.6 mA'lik bir akunda ~OO§ gerilimi 1.6 V doluvm. I.I
Schottky diyotlu tlpik bir 4-hUcreli dizi.
(Gcrilim • Akun Grafifi)
75
3.4
3.2
50
3.0.
2.ij
25
4 Hllcre: 0.490 X o.2_55. inv ( l 2.44 x 6.48 mm) .
2:6
O'--~-""...L._....'--~.....1-....,._::,,,__.__~_._~--"'~~-.
2000
4000
6000
8000 l0,000 12,000
x
A ·,.id : ,,,,
repkisi
Sc.Si
IOOmW/cm2, AM holar yay1n1m1
2.2
vc~ipl:.k g6Zli111:1yf
Scbonky
diyodu ·
-e 2.0
e
insan gozununkinc ne kadar yakm olduguna dikkat edin. Bu olgu, pozometrc vc otomarik pozlama diyaframlan gibi fotograf makinelerinde genis bir uygulama alaru
bulmaktadir. Silisyum da gorunebilir tayfa sarkmaktadir, ancak tepe degeri kizilotesi
bolgede olan 0,8 mm (8000 A) dalga boyundadir, Gene! olarak silisyumun daha yiiksek bir donusturme verimi, daha biiyiik kararhgi vardir ve yorgunlugu karsi daha dayamklrdir. Her iki malzemenin de miikemmel srcaklik karakteristikleri vardir, Yani,
iinemli olc;iidc verimlilik dii~~iinc ugramadan asin steak veya soguga dayarukhdir,
lipik hir glinc~ hiicrcsi. clcktrik karakienstligi ilc birliktc ~.:kil 3.61 'de gorulmektedir.
e
-i---+.·----+-~
[I Sun.'daal~~J
i:4
Solar gUy devresi
1.8
.;;
..
1.6
5
1.4
cJ,
l.2
Doldurulabilir
pil
Solar
power
cells
1.0
.8
.6
de solar
gU~
donuiur11cu.u ----+--.!!.
.4
+
.2
0
.2
.4
.6
.8
l.O
l.2
c,1u, gerilimi - volt
1.4
1.6
l.8
2.0
(b}
·...,.:.;: \!>I "l'ipik birgilnc~hucresi ve
efcktrikse! kurakterisrikler! (lntern:.niooal
Rectifitr Corporntion izntyie.)
150
Solum 3
Zenerler ve Diger iki U~lu Elemanlar
·.. !_.11 : .i~--~ Li -:.. 1to!"'·' Rectifier'in dOrt#hllcrcli dizisi: (a)
goronu~u; th• l~1.-:1lten!U1klcr;(Jmemarionul Rectifier Corporation izniylel
Solum 3.13
GOnei? HOcreleri
151
olmakta ve boylece 9tk1§ giicii de 4.16 mW'1 bulrnaktadir. Schottky engel diyoou, gii9
konvertoni uzerinden pi! akim ka~giru engellernek icin konmustur, Yani Schottky diyodunun direnci gti9 konvertoninden (+ dan -ye) gecen yiik icin o denli yiikscktir ki yeniden doldurulabilir pi! icin a91k devre gibi goninecck vc ondan aknn cekmeyecektir.
Bu konuyla ilgili bir not ilgin9 olabilir. Lockheed Missiles and Space Company
NASA, uzay rnekigi icin biiyiik bir giine§ hucresi kanadi iiretmek iizere ihaleyi kazanmisur. Kanat a91ld1g1 zaman 4 m gcni§liginde ve 32 m uzunlugunda olacakur ve
iizerinde her biri 3060 silisyum gunes hiicresi bulunan 41 adet panel olacak, Kanat,
toplarn 12.5 kW'lik elektrik encrjisi uretebilccektir,
Bir giinC§ hiicresinin verimi, elcktriksel gii9 9tkt§mm 1~tk kaynaguun saglad1g1
giice oraruyla belirlenir. Yani
1l
= P,, (eleklrikscl)
P; <•$•k cncrjisi)
X
% l OO =
P m:iks(gonc;
hiicrc$i)
(cm2 olarak alan) (100 m W/cm2)
X % l OO
3.14
Termistor, adindan da anlasilabilecegi gibi sicakhga duyarh bir direnctir; yani u9lanndan olculcn direnc govdc sicakhgina baglidir. Negatif bir srcaklik karsayrsina
sahiptir; bu da govde sicakhg; artukca direncinin azalacagi anlamma gelir. Bir
jonksiyon elernarn degildir, Ge veya Si'dan veya kobalt, nikel, stronsiyurn veya
mangan elementlerinin oksitlcrinin bir kansirrundan iiretilmektedir.
Ternsili bir termistortin karakreristigi eleman icin yaygm olarak kullanilan
scrnbolle birlikte ~ekil 3.64'de verilmistir. Dikkatle incelerseniz termistorun oda srcakliginda (20°C) 5000 Q dolayrnda bir dirence, 100°C'de ise 100 Q 'luk bir dirence sahip oldugunu gcrtirsunuz. Yani 80°C'ltk bir sicaklik farki 50:l'lik bir diren9 dcgi§imine yol acrrusur. Bu degi§im oraru tipik olarak sicakhktaki bir derecelik
degi§itn icin % 3 ila % 5 arasmdadir. Temelde elemanm sicakhgim degi§tinnek icin
(3.19)
Vcrimlilik duzeylcri % JO ila 40 arasrnda degismcktcdir vc mcvcut ilgi devam
cdcrsc bunun daha da aurnasi bcklencbilir. % 10 verimliligc vc I cm-Tik aktif alana
sahip silisyum giine;f hiicrelerine ait tipik 91k1~ karakteristikleri ~ckil 3.63'de goriilmektedir. Sabit gerilimde l§tk akisma bagh olarak 91kt§ akmundaki neredcysc
, logrusalhga ve optimum giic; yuzcyinc dikkat cdin.
TEPMiSTORLER
Ou! din,09 • (ohm-cam, dltcn~ maberncnin
Icm'' IUk ytw,ylcrl aru1odad1t
(log. Ol9ek)
·!
I\
\
No: I Fwwall elekttooik
14misUlr malume<i
, 100mW/cm2
3
<,
90m-.Y/cm2
-
r-.
O>----•'W~'lnl·---o
25
(b)
.
~ ~()
g,
10"""
il
1o-6
~
~
~
c-
15
-100
0
100
200
300
400
20°
(a)
10
~d 1\ : ., •. : 'l\:nirn.1i.lr. i.a) ,:pik. hir 'knrnktcri~lik ~rubu: (b) SernbolO.
5
S mW/cm2
0
0
0.1
0.2
0.2
0.4
~1kl4 gerilimi (voll)
0.6
,-
~52
_, .. ·-. -
,_·l.11 ~ (1 ~ '1m vcrimlilil.: vc ' cm? .1k1,r .ti.Ina
,,,hip silisyum gli1q hOcrelerinc ililkin 1ipik ~1k1~
"-arak1eris1iklc.ri. HUcn:nin ~K;ai-.:hi• JOc,Cdir
Biiliim 3 Zenerler ve Oiger lki Uglu Elemanlar
iki yo! vardir: dahili ve harici. Terrnistorden gecen alamdaki kii9ilk bir degi§iklik i~
srcakliktaki bir degi§iklige yol acacakur, Uygulanan kii9ilk bir gerilim, govde s1cakhgm1 9evre s1cakhg1mn ilstiine 91kannaya yetecek oran,da bir ak1m yaratmayacakt1r. Bu bolgede, ~ekil 3.65'de gosterildigi gibi, termistor bir dircn9 gibi
davranacak ve pozitif bir s1cakhk katsay1sma sahip olacakt1r. Ancak ak1m arttJk9a
s1cakltk, negatif s1cak.ltk katsay1smm ortaya ~1kacag1 noktaya kadai'yiikselecektir.
BiilOm 3.14
Termlstiirler
153
I•.
.
·~ ; 11 ~ .. ,·.
Duyarh J,.arckcl
v
>:.::
i/,.-.
Dahill akt§ oranmm, elcrnanm direnci iizerindc boylesinc bir etkiye sahip olmast:
kontrol. ol<;ilm teknikleri vs. gibi bircok alanda yeni ufuklar acrnaktadir, Harici bir
degi§iklik <;evreleyen ortarnm sicakhginrn degi!itirilrnesini veya rermistor sicak veya
soguk bir cozelti icerisine daldmlmasiru gerektirirdi.
Ticari piyasada mevcut birkac termistorurrfotografi Sekil 3.66'da verilmistir,
,.f1'•
<;c1irlitcr111.· .. ,. tiplcri: (I) damln; (2)
t ·.,, • l'l'ObiU: (3) Cj·O~l'ili devi- : ,kbi!ir problu ve dumla
,,,, ,~) mercimek: (S) pu]:
t(, ;uhuk; (7) ozel montajh
.t:11 ,la; (8) vakumlu ve goz
,1,,, 111,\IIITl<1j problu: (9) Orel
!'f• •111 (FcnwttJ Electronicn
~
4
11,· .rpomted izniyle)
Belirli birZenerdiyodu icin §U karakteristikler verilrnistir: V2 = 29V, VR = 16.8
Vzr = lOmA.In = 20A ve lzu=40 mA. Karakteristik egriyi Sekil 3.3'de gosterildig!
sekilde <;izin.
2.
Hangi sicakhkta 1N%1 lOV Fairchild Zener diyodunun 10.75V'luk bir nominal
gerilimi olacakur (Ipucu: Tablo 3.1 'deki verileri dikkate aim).
3.
5V'luk: bir Zener diyodunun (25°C anma degeri) 100°C sicakhkta nominal gerilimi
4.8V'a dii§iiyorsa, sicakhk katsayrsiru hesaplaym.
4.
~ekil 3.4a'daki egrileri kullanarak, 20V'luk bir diyot iqin srcakhk katsayrsmin
hangi diizeyde olmasim belclerdiniz? Soruyu 5V'luk bir diyot icin tekrarlaym, Nominal gerilim diizeyleri ile o: 1 mA'lik akim diizeyi arasmda dogrusal bir i.ilqek oldugunu kabul edin.
5.
~ekil 3.4b'den lz = IO mA'de, 24V'luk:diyodun dinamik ernpedansrm belirleyin,
Logaritmik oti;:ekte bir qizim olduguna dikkat edin.
6.
~ekil 3.4b'deld 24 V'luk diyot i9in 0.2 mA, l mA ve 10 mA'lik akrm duzeylerin-de
clinamik empedans diizeylerini karsilasunn. Sonuclar, bu bolgedeki karakterisugin
bicirniyle ne ol9ilde iliskilidir?
. Cf
' I\•
Basit bir sicakhk gosicrgc dvvres: .-;,.:kil J.o'i'dc giirtilrn.:k1ed1r. (cvreleyen ortam sicakhgmdaki herhangi bir artt§ tennistor direncinde bir dil§il§C ve Ir akirmnda bir artisa yo! acacaknr. /r'deki arus, artan birsapmatiretecekvc bu da iyi ayarlarnrsa artan
sicakhgi gosterecektir, Degisken direnc, kalibrasyon amaciyla eklenrnistir,
BolOm 3
Zenerler ve Diger iki Uclu Elemanlar
.\.2
l.
\.:t.;1
154
s,cakhkla ny11rh
PF!OBLEMLER
rcnw3I Electronics 8K65VI Terutl:iitilrH1, Kamrh-durum ukun-gerdirn k11·
1;1k1c:ristillerL (Fenwnl Electronics.
lncorporn1etl izniyle)
Abm(Ampu)
S1c1tkhk gOstcrgcdcvresi.
~ .u
1.
(a) RL =180 .0. olarak kabul edilirse, ~ekil 3.68'deki devrenin Vt, Ii, In ve In
degerlerini bulun.
BolOm 3
Problemler
155
+
20V
TR
11.
Girisi 50 V'luk kare dalga kabul cderek $ekil 3.17'deki devrenin 91k1§1nt
cizin. Problcmi, SV'luk bir kare dalga giri§i icin tekrarlayin.
12.
(a) Sicak-tasryici diyodunun gelencksel yan iletken diyodun yapismdan hangi
bakimmdan onemli bir fark gosterdigini kcndi ciimlelerinizle aciklaym.
(b) Buna ck olarak 9ah§ma §Cklini anlatm.13. (a) ~ekil 3.19'a bakin. Diyot-lann
ileri yonde ongerilimleme bolgelerindeki dinamik direnclerini nasil kar-
Rs
zzo n
Jiz
Vz = JOV
Pz
~IL+
YL
RL
=400mW
mak.s.
§ila§tmrsuuz?
(b) (a) sikkiru RL = 470 alarak tekrarlayrn.
(c) Zenerdiyodu icin maksimum gii9 kosullari saglayacak:RL dcgerini
(d) Zener diyodunu "9al1§H" iletim duruma geti.recek minimum Rl degerini bulun:
8.
9.
(a) Sekil 3.69'daki devrede VL yiik akrrrumn O i!e 200 mA arasmda degisrnesi
durumunda VL'yi 12 V'ta tutacak Rs vc Rz dcgcrlcrini bulun.
(b) (a) §lkktndaki Zener diyodu icin Pz,,,ah degcrini bulun.
~ckil 3.70'deki devre icin, V1,'yi 8V'ta. tutacak ve Zener diyodun maksirnurn
lgii9 anma degerini asmayacak V; dcgcr arahgrm bulun.
(b) ls 'den daha negatif olan t e rs a kr m 111 herhangi bir diizeyindc nasil
bir karsilasnrrna yapilabilir?
14.
~ekil 3.22 ile ilgili olarak; sok aknm lrs« , ortalama dogrultulmu§ ileri yon
akmu ilc nasil bir iliski iccrisindedir? Tipik olarak 20: I 'den daha buyuk miidilr?
Bu kadar yuksck akirn diizcyleri nasil mumkiin olabiliyor? Akirrun nominal
degerlcri arttikca yapilarda ne gibi onernli farklar gorulmektedir?
15.
~ekil 3.23a ile ilgili olarak; hangi sicaklikta l mA'lik akirnla 300 m V'luk yonde
bir ileri gerilim dii§iimii meydanagelmektedir. Hangi akun duzeyleri en yiiksek sicakhk katsayisma sahiptir'i.Sicakhk diizeyleri arasmda dogrusal bir gecis
oldugunu varsaym.
16.
Sekil 3.23b'deki 2900/2303 ile amlan egri icin tees gerilimin 5'ten 10 V'a
yukselmesi durumunda IR'deki degisimiyuzde cinsinden bulun. Hangi ters
gerilimde l µA'lik bir tcrs akirn el de edilmesini beklcrsiniz? IR icin logaritrnik olcek kullamlnus olduguna dikkat edin.
17.
o--,V. .l\r--...-1
Rs
V;
91
VZ
$ekil 3.23c'deki 2900/2303 egrisi icin O ila 2 V arasrnda kapasitansta meydana gelen dcgi§imi yiizde cinsinden bulun, 8 ila lOV arasmdaki degisimle ne ol-
cudc karsilasunlabilir?
n
= 8V
. .
0.22 k.f2
RL
PzM =400mW
-=-
~
18.
(a) Difuzyou jonksiyonlu bir varikap diyodun, C(O) = 80 pF ve Vo:: 0.7 ise
4.2 V'luk bir ters gcrilimdeki gcc;i§ kapasitansi ne degerde olacaknr,
(b) (a) §tk.kmda vcrilen bilgilerden yararlanarak Dcnklcm (3.13)'deki K sabitini
bulun.
10. 1 kQ'luk bir yuk direnci iizerindc 20 V'luk c;1k1§ gcrilimi
saglayacak, 30 ila 50
V arasi girise sahip bir gerilim regularoru tasarlaym. Yani, uygun Rs degerini
ve rnaksimum akimt ([ZM) bulun.
156
19
(a) Sekil 3.24'deki karakteristige sahip bir varikap diyodu icin -3 ve -12V arasinda kalan ters ongerilirn potansiyellerindeki.kapasitans farkim bulun.
Boliim 3 Zenerler ve Diger iki Uglu Elemanlar
BolOm3
Problemler
157
(b) V = -8V'ta (tiC/tW,)degi~iminin arum oramm bulun. -2V'ta belirlenen de·
gi~imin arum oram ile nasil bir iliski gorulebilir,
20
21.
22.
(a) Bir RLC (direnc, enduktans, kapasitor) seri devresinin rezonans frekansi
fo = 1/(2~
ile bulunur. $ekil 13.26'da verilen Fo ve Ls degerlerini
kullanarak, C degerini bulun.
(b) (a) sikkmda hesaplanan deger ile ~ekil 3.27'deki egriyle Vii=25 V'la bulunan
degeri karsrlasunn,
=
$ekil 3.27 ile ilgili olarak; VR = 3V'taki kapasitans ile V11 25V'taki kapasitans
arasmdaki orarn bulun ve Sekil 3.26'da C1/C25 icln verilen degerle karsilastmn
(Maksimum = 6.5).
Co= 22 pF. TCc = %0.02t'C ve tiC = 0.11 pF olursa, To
28.
Tiinel diyodunun maksimum ters akirn anma degerinin ileri aknn anma degerinden daha biiyiik olabilecegine neden inarursimz? (Ipucu: Karakreristige
bakm ve gii9 anma degerini goz onunde bulundurun.)
29.
Yesil ~1gm (500 A dalgaboyundaki) fotonlannm enerjisini bulun. Cevabnuzi
jul ve elektron volt birimleriyle verin.
30.
(a) ~ekil 3.33 ile ilgili olarak; gorulebilir tayfm alt ve list simrlanyla ilgili
frckanslar hangileri olabilir?
(b) Silisyumun bagtl tepe tepkisi ile ilgili dalgaboyu kac mikrondur?
(c) Her malzemenin tayf tepkisinin bant geni§ligini tepe degerin %
70'indeki diizey ile tarurnlarsak, silisyumun bant geni§ligi ne olurdu?
= 25°C'nin iizerinde bir
sicakltk arusr icin varaktor diyodun Tl degerini bulun.
23.
24.
BB 139 varaktor diyoduna uygulanan ters gerilimdeki her bir degisim basma kapasitansta meydana geleceken biiyiik degi§irn V 11'nin hangi bolgesinde ortaya ~1kacakur? Olceklerin dogrusal olmadigma dikkat edin.
Q = XJR = 21tfUR, ise R5 = 0.35 ve L5 = 2.5 mH degerlerini kullanarak 600
MHz'teki yararl!hk faktorunu (Q) bulun, Frekansa bagti olarak Q'daki degi§me-
31.
$ekil 3.35 ile ilgili olarak; V.i =30V ve t§i.k siddeti 4 x 1(}9 W/m2 ise I,.'y1 bulun.
32.
(a) Sekil 3.33'de verilen malzemelerden hangisi san, krrrruzr, yesil ve kizil
otesi ( 11.000 A'dan az) l§tk kaynaklanna en iyi tepkiyi verir?
(b) Hangi renk 0.5 x lQlS Hz'lik bir frekansta maksimum tayf tepkisine sahiptir?
33.
Gelen ala 3000 fc, V,t = 25 V ve R =100 kn ise, $ekil 3.34'deki direnc uzerindeki gerilim dusumu ne olacaknr?
34.
$ekil 3.39'daki karakteristige sahip bir fotoiletken hiicre icin, direncin I§Iga gore;
(a) l ~ I ill, (b) I ~ 10 Qk, (c) 10 ~ 100 kQ (bu nun logaritrnik bir olcek olduguna dikkat edin) araWdan icin yaklasik degisme oraru nedir? Direncin 1~1ga
baglt olarak en biiyUk gosterdigi bolge hangisidir?
35.
Bir forodiyodun "karanlik ak1m1" nedir?
36.
$ekil 3.40'daki fotoiletken diyot iizcrindeki aydmlatma 10 fc ve Ri= 5 k ise
hticre iizerinde 6 V'Juk bir gerilim iiretecek V; degerin bulun. $ekil 3.39'daki
karakteristikleri kullamn.
37.
$ekil 3.41 'deki verileri kullanarak, 0.0 l, 1.0 ve l 00 _t;, ii;in iletkenlik yiizdesinin
s1cakhga gore egrisini r;izin?
38.
(a) $ekil 3.41'deki verileri kullanarak: aydmlatmaya
yi yorumlaym ve ~ekil 3.27'deki grafigi destekleyip desteklernedigini aciklaym.
25.
Bir tiretici bilgi sayfasma bakarak bir yiiksek gtir; elernaruyla (> lOA) ve dU§Uk
gU9 aygmrun (<lOOmA) genel karakteristiklerini karsilasnrm. Verilen bilgi ve
karakteristiklerde onemli bir degi§iklik var midir? Neden?
~ J.7
26.
27.
158
Bir yan iletken jonksiyon diyoduyla tunel diyodu arasmdaki temel farklar nelerdir?
$ekil 3.30'daki e~deger devrede kapasitorun negatif direnc ile paralel bagh olduguna dikkat edin. C = 5 pF iken bir kapasirorun l MHz ve 100 MHz'deki reaktansrm bulun. Aynca parale l birle~irninin (R= - 152 Q) her bir frekans icin
toplam empedansiru bulun. Ls'i 6 nH kabul edersek, endiiktif reaktansm biiyiikltigti, bu frekanslann herhangi birinde onemsenecek kadar biiyiik mii olmaktadir?
BolOm 3 Zenerler ve Dlger ikl U,;lu Etemanlar
Biilum 3 Problemler
bagh olarak yiik-
159
47.
selrne siiresinin egrisini cizin.
(b) (a) sikkiru bozunma suresi i_c;i_n tekrarlaym.
(c) (a) ve (b) §Jk!armdaki aydmlatrnarun onernli tum etkilerini tarusin.
39.
(a) ~ekil 3.47i ile ilgili olarak; darbe suresi 1 ms, frekans 300 Hz vc izin
verilebilir maksimum de aknm 20 mA ise, izin verilebilir tepe akmu ne
olacakur.
(b) (a) §LkkLm JOO Hz icin tekrarlayin.
48. (a) Q0 acisal yerdegistirmede J§lk §iddeti ~ekil 3.47'deki eleman icin 3 med
olursa, hangi acrda 0,75 med olur?
(b) Hangi acida 1§1k siddeu kaybi % 50 diizeyinin altma duser?
~ekil 3.41'deki CdS elernam en ~ok hangi renge kaq1 duyarhdir?
~ J.IO
49.
40.
(a) ~ekil 3.43'<leki aygn lcin 70 mA'Jik bir ileri de akurundaki 1§11na akisiru bulun,
(b) 45 mA ileri akirmndaki l§IIT!a akisiru lumen birimiyle bulun.
41.
(a) ~ekil 3.44'ten y ar ar l an arak dtiz cam pencereye sahip bir kihfin 25° acrdaki bag1l 1§1ma siddetini bulun.
(b) Di.iz kihf icin derecenin fonksiyonu olarak nisbi yaytrn siddetinin grafigini
*
SO.
cizin.
Sekil 3.47'de gorulen yuksck vcrimlikurmzi LED ic;in sicaklikla belirlenen,
ortalama ileri akirmna ait akim anrna degerini dii§iirme cgrisini <,:izin. (Mutlak
maksimum anma degerlerine dikkat edin).
J.12
~ekil 3.52 ile ilgili olarak; 7 rakarruru goriintiilcmck icin hangi uclara
enerji vcrilrnelidir?
42.
Bir SG 10 JOA krzilotesi emetorune 60 mA'lik bir de ileri akum uygularursn vc
emeti:irdedahili bir paralellestirici sistem varsa merkezin 5° disindaki isirna akisr
lumens birimiyle ne kadar olur? ~ekil 3.43 ve 3.44'e bakm.
J.11
43.
51.
LCD'nin tcmel <,:all§1nasm1 kendi cumlelerinizle
anlattn.
52.
LED ile LCD'nin c;ah§ma bicimi arasmdaki nispi Iarklan aciklaym.
53.
LCD gi:iriintii elernamyla LED goriintii elemaru ile karsilastmldigmdabagmuh
avantajlari ve dezavantajlan nelerdir.
54.
lcrn x 2 cm boyutunda bir gunes hucresi %9'luk bir donii§tiirme verimliligine
sahiptir. Elernarun maksimurn gii<,: anma degerini bulun.
(a) Sekil 3.47e'deki yatay ekseni angstrom birimine cevirin.
(b) Bagi! §iddetin tcpe degerleri ~ekil 3.33'dc verilen rcnk bandlannm nerelcrinc
karsilrk geliyor?
44/ ~ekil 3.47f ile ilgili olarak; sozkonusu eleman icin en uygun Vrdegeri nedir?
Bu deger silisyum ve germanyuma ili§kin Vrdegerleriyle ne i:ilc;iide karsilastmlabilir?
45.
~ekil 3.47'deki verileri kullanarak bagil 1§ik §iddeti 1.5 ise diyot uzerindeki ileri
gcrilimi bulun.
46.
(a) ~ekil 3.47'deki elernarnn tepe akrrm 5 mA'den 10 mA'e yukselrilirse bag1l
vcrirnliligindcki arus yuzdesi nc olur?
SS. Bir giine§ hiicrcsinin giic; anma degeri kabacaVoc! sc c arpinuyla bulunursa,
en yuksek a111§ oraru, aydmlatmamn yi.iksek mi yoksa alcak duzeylerinde mi elde
edilecektir? Ula§UgmIZ sonueun nedcnlerini belirtin.
56.
(b) (a) §tkk1m 30'dan 35 mA'c yukselme icin tekrarlaym.
(a) ~ckil 3.63 ilc ilgili olarak: 0.25 V'luk bir c;1k1§ gcrilimindc 24 rrtA'lik bir ak101
akitrnak icin gercken giic; yogunlugu ne kadardir?
(b) ~ckil 3.63'dc maksimumgilc yogunlugu ncdcn 100 mW/cm'dir?
(c) <;1k1§ gerilimi 0.3V ve giiy 40 mW/cm2 ise <,:1kl§ ak1m1m bulun.
(c) (a) ve (b) siklannda buldugunuz arns yuzdelerini karsilasnnn, Sizcc egrinin
hangi noktasmda tepe degerinin daha fazla artmlrnast onemli bir kazanc
saglamayacaknr.
57. (a) .<;,ckil 3.63'dcki karnkterisli.klcri k.-ullanarakO. l 5V'luk bir c;lk1~ gerilimindc c;.tla~
akmunm giic; yogunlugm,a -gore cgrisini ~izin?
BolOm 3
160
Bofilm 3 Zenerler ve Diger iki
U~lu
Elemanlar
Problemler
161
(b) 19 mA'Jik bir akimda y~ geriliminin gii9 yogunluguna gore egrisim cizin.
(c) (a) ve (b) siklarmdaki egriler maksimum gii9 sirurlamalan icerisinde dogrusal kaltyor mu'!
~ J. r .:
58.
59.
~ekil 3.64'de gorulen terrnistor icin sicakhk T = 20°C'deyken oz direncteki dinamik degi§im oraruru belirleyin. Bu deger 300°C'de belirlenen degerle ne
olyiide karsilasunlabilir? Eide euiginiz sonuclardan yararlanarak birim sicakhk basma direncte mcydana gelen en biiyiik degisimin yiiksek sicakhklarda rru
yoksa dii§iik sicakhklarda rm meydana geldigini bulun. Dusey ek.senin logaritmik olduguna dikkat edin.
·::}
... :
~ ·.
: -~··
~ckil 3.64'deki verileri kullanarak 1- cm2 dikey yiizey alamna sahip 2-cm uzun-
lugunda bir malzeme parcasirun 0°C'deki toplam direncini bulun. Dusey eksenin logaritmik olduguna dikkat edin.
60.
~---___]
(a) ~ekil 3.65 ile ilgili olarak, 25°C sicakhga sahip bir malzeme parcasuun pozitif srcakhkkatsayismdannegatifsicakhk katsayisma geyi~ yapt1g1 akim degerini bulun. (Sekil 3.65 logaritmik olceklidir).
(b) Sekil 3.65'deki elemamn 0°C'likegrinin
ve direnc diizey!erini bu!un.
tepe noktasmda sahip oldugu giiy
(c) 25°C'!ik sicakhkta, direnc diizeyini I MQ kabul ederek giiy anma dcgerini
bnlun.
61.
162
=
~ekil 3.67'de V 0.2V ve R.ie~i~ket, = 10 ffdur. Duyarli harekette geccn akim
2mA ve gerilim dii§iimii OV olursa termistorun direnc degeri ne olur?
Solum 3
Zenerler ve Olger ikl U~lu Elemanlar
4.1
cinis
1904-1907 doneminde vakum tiipler, ilgi ve gelistirme odagi durumundaki elektronik aktif elernaru. 1904'de vakum tiip diyodu I.A. Flemming tarafmdan bulundu.
Bundan kisa bir siirc sonra, I 906'da Lee De Forest, kontrol tzgarasi denen ve ilk
yukseltec sayrlan triyodun ortaya 91kmasm1 saglayan ii9lincii bir elernaru vakum diyoduna eklcdi. llerleyen yrllarda, radyo ve televizyon tup endustrisine biiyiik ivme
kazandirdi. Oretim 1922 yilmdaki l milyon tiipten 1937'de 100 milyon tiipc yukseldi. l 930'lann ilk yrllannda dort elemanh tetrot ve bes elemanh pcntot, elektrontiip endustrisinde agJrhk kazanmayabasladi. Sonraki yrllarda, bu endiistri iincelikli
onem kazanmaya basladi ve tasanm, uretirn teknikleri, yiiksek giic;: ve ytlksek frekans uygulamalannda ve rninyaturlesmede luzh gelisrneler yasandi.
Ancak 23 Arahk 1947'de elektronik endiistrisi yepyeni bir ilgi ve gelistirrne alarurun
ac;:1h§1nt yasadi, 0 giiniin ogleden sonrasmda Waller H. Brattain ve John Bardeen,
Bell Telephone laboratuvarlarinda ilk transistorun yiikseltici etkisini gosterdi, ilk
transistor (bir nokra-ternas transistoru) Sekil 4.1 'de gosterilmistir. Bu lie;: uclu yan
iletken elernarun tiipe gore avantajlan hemcn anlasilabiliyordu: daha kiii;iik vc hafifti; rsitryiciya gereksinirn duymuyordu veya 1s111c1 kaybi yoktu; saglam bir yaprya sahipti; ve eleman daha az gii9 harcadigmdan daha verimliydi; hernen kulIarulabiliyordu, yani ismma siiresine ihtiyac yoktu; ve daha dustlk oranda
cahsma gerilimi gercktirmekteydi. Bu bolumun, iiy veya daha fazla uca sahip
elemanlara ilk deginisirniz olduguna dikkat edin. Tiim yukselreclerin (gerilim,
163
~ekil 4.2'de gosterilen ongerilimlemede uclar, ba§ harflcrle gosterilrnistir: emetor
(emitter) iyin E, kollektor (collector) iyin C ve baz (base) icin B. Notasyonun bu §C-
kilde kullamlmasmm nedeni, transistorun cahsmasuu ele ald1g1m1zda anlasilacakur,
iki kutuplu (bipolar) jonksiyon transistoriiniin krsaltrnasi olan BJT terimi, bu iif uclu
clcman icin sik sik kullarulmaktadir. iki kutuplu'luk terirni elektron vc dcliklcrin, zit
polarizasyonlu malzemcdek:i enjcksiyon islernine kanldiklanru gosterir. Yanlizca bir
ta§1y1c1 kullamldigmda (elektron veya delik) tek-kutuplu elcman olarak arulrr.
Schotrky diyodunun boylesine bir eleman oldugunu haurlaym.
;(
·'
>'-ii I.I Ilk lrnn<i<tCr.
(Bell Telephone l..iborntorics izniylc.)
akim veya gUf diizeyini aruran clemanlar) di-,~r ikisi
. .
bir uca sahip en az iiy uclu elcmanlar old kl g ..
ara_smdak1 ak.1§1 kontrol eden
T
4.2
,
u arm, gorcccksmtz.
TRANSiSTORUN YAPISI
Tr:insisllir ya iki n- ve bir p-tipi malzerne rabakasmdan vc . .
.
. .
tabakas•ndan olusan ·· k .
,.
.
ya iki P- ve bu n-11p1 rnalzcme
. .
•'
""Y"'' Uf
atmanu yan iletken bir elemand.tr iikine 11
. • •• .. • .
cisme rse pnp lransistorii demnektedir. Her ikisi de u
. ..
. ~n-transIStoru, ikin~eki! 4.2'dc goriibnekledir 5 B.. ..
..
. • y~n de ongenhmlemc durumu ilc
<;:a11~ma bolgesi yaratma ~aku~:~:e;:.:t~;':mesm,_~· ac !iikseltme iyin uygun bir
bakalan, sandvif benzeri arad b I
J o ugu~u- gorecego, Transistorun di~ tabu .. .
. . .
a u unan P- veya n-Up1 malzemeJerdekinden k .
uyukolan gen!§liklere sahip yuksek katkih
.
.
. yO daha
terilen transistorlerde toplam kalml _.,_ y~etken malzemelerdu. ~ekil 4.2'de gos.
igin met ....eZI tabakanm kali.nhgma oraru O 15QKl 001
1 50 : t;dir,
Sandviytabakasmm katkilan d"' .
· ,v.
=
(ti ik l
ma uzeyi de di§ katmanlara goreoldukca diif 'kt ..
p o arak 10: l veya daha az). Bu d~Uk katlolama duze i "se
"
u ur,
sm1rlayarak malzemenin ilelkenJ"ln
. du .. kl . . ~ . rbest ~1y1cilarm say1s1111
10·111 usurme edir (direncini antinnaktad!r).
,i.?
TT,'/J·l!:·:j•::'
1\-'.JI.:. ·
i.:
i: . , ;,;:.;
~imdi, §ekil 4.2a'daki pnp transistorunu goz onune alarak bir transistorun temel yahsmasi anlaulacakur, Elektron vc deliklerin rolleri karsrhkh olarak degi§tirildiginde,
bir npn transistorunun yah§mas1 pnp transtorunki ile npatip ayrudir,
Sekil 3.43'delci pnp transistoru baz-kollektor ongerilimlemesi olmadan yeniden fizilmistir. Bu durum ilc I. Bolumdc anlaulan ileri ongerilirnli diyodun durumu arasindaki benzerligc dikkat edin. Bosalulrms bolgcnin gcni§ligi uygulanan ongerilimleme dolayisryla azalmisur vc dolayrsiyla p-tipi malzcmeden n-tipi
malzemeye biiyiik bir yogunluk t~1y1c1s1 akt§J olmaktadir.
~imdi ~ekil 4.2a'daki pnp transistoriiniin baz-emetor ongerilimini, ~ekil 4.4'de goruldiigU gibi kaldrrallm. Bu durum ile 1.6. BolUmde ters-i:ingerilimi diyodun durumu
arasmdaki benzerliklere dikkat edin. Haurlayacagm1z gibi fogunluk ta§1y1c1larmm
ak1§mm s1firlamp, ~ekil 4.4'de gosterildigi gibi yaln1zca azmltk-ta§1y1c1s1 ak1m1run
olclugunu gormii§tUk.
' Azmhk t~1y1c1lan
'c;.ogwuuk 1a~1y1cilan
E
•
++
e+•+e -:. .•
·-
--n
+ +_n
+ p .+
+•+- +
+ - B
Bo~lllllll~ bolge
+
I
,. -
;f
B
+\-
Bo~alulm1§ bolge
-
llir 1m1, 1r:u\!C.i~16rOn ilcri·Ol\{!crilimli
JOnksiy1\1111
+ ~--+
$+\6 C
+Pf&_+
S+s +
,.
..
+1, Vea
I .
Oir ,,,,,, 11,IIN~IOrlin Ccr.t·Ungcrili111i1
jonksiyono
Bu nedenle, ozetlcrsek, bir transis1orii11 bir p-n jonksiyonu ters ongerilimliyken differ
jonksiyo1111 iferi ongerilimlidir.
(b)
164
~cl.ii I.:
-•lp,1p:
Tran,i<t<lr tiplcri;
(b)n1m
Bolum 4 iki Kuluplu Jonksiyon Transislorteri (BJT)
1
I
I
~ekil 4.5'dc her iki ongerilimlcme potansiycli bir p11p-transistorU11e uygulanm1§llr vc
olu§an ~ogunluk ve aZJnhk ta§1y1c1 ala§lan gosterildigi. gibidir. ~ekil 4.5'de bo4.3
Transistorun <;:ahi;;mas,
165
salnlmis
bolgelerin
ters ongerilimlenrnis
genisliklerine
oldugu
dikkat edilirse, hangi jonksiyonun
hernen anlasdabilir,
ileri, hangisinin
Yine ~ekil 4.5'de gosterildigi
gibi
ileri.ongerilimli p-n jonksiyonunu difiizyon yoluyla
asarak n-tipi malzemeye ulasmakradir .. Buradabu tasiyicrlann dogrudan fn baz akr-
eek sayida yogunluk
tasiyicisr,
mmami katkida bulunduklan, yoksa dogrudan p-tipi malzerneye mi gectikleri sorusu
glindernc geliyor, Arada kalnn- n-tipi malzemc, cok incc vc iletkenligi dii~iik oludugu icin cok az sayida ~1y1c1; yuksek dirence sahip bu yolu izleyerek baz ucuna
, ulasacaknr. Tipik olarak mikroarnper dilzeyindeki · baz akirru, ernetor ve kollektor
akimlannda gorulen miliamper duzeylerine kiyasla kii9Uk kalmaktadtr,
'Cogunlnk l•~1y1c1lan
p
~co Cle
!t.-
Gene! amach transistorlerde, le miliamper diizeyinde goniliirkcn, lco mikroamper veya
nanoamper diizeyinde gonllmektedir, Ters ongerilirnlenmis diyotlardaki Is akiminda oldugu gibi, lea akmu da sicakliga kar§• duyarhdir ve genis sicakhk arahklanna sahip uygularnalar sozkonusu oldugunda dikkatle incelenmelidir, Gerekli onern verilmezse yuksek sicakhklarda sistemin kararhhgtru onemli olyiide etkileyebilmektedir,
Yapim tekniklerinde saglanan ilerlemelerle lco duzeyleri, etkilerinin ihmal edilebilecegi noktalara kadar dU§iirUlmil§tUr.
$ekil 4.2'de npn ve pnp transistorleri iyin gorulen devre, bazm hem girl~ (emetor) hem de
ylkt§ (kollektor) uylannda ortak olmas1 dolay1s1yla orrak-bazli devre olarak amlmaktad1r.
Onak bazh devresinde sabit Vco degerleri i9in /c'deki kU9iik bit degi§mcnin h'dcki
kUyiik bir degi~ime olan oram genelde ortak-bazh, k1sa devre yiikseltme faktorii ad1yla
amlmakta ve o; (alfa) semboliiyle gosterilmektedir.
. (4.3)
Dosnlltlnui bolgelcr
ile ifade edilir.
),:l,d -L' Bir pnp 1r.1nsistOri.in<.fo cogunhtk vc azmhk 1t1~1y1c,larmm :tk.1~1.
Sekil 4.5'de gosterildigi gibi bu 9ogunluk ta~1y1ctlann daha biiyilk bir boli.imii, ters
ongerilimli jonksiyon uzerinden diftizyon yoluyla kollektorun ucuna bagh p-tipi
malzemeye gececektir, <:;ogunluk tasiyicrlann ters ongerilimli jonksiyon uzerinden
kolayhkla gecmelerinin sebebi, egertcrs ongerilimli diyota enjekte edilen cogunluk
tasiyicilanmn n-tipi malzemede azmhk tasiyicist olarak goriindiigUnii goz onunde
bulundurursak, rahathkla anlasrlabiirnektedir. Baska bir deyisle, n-tipi baz bolgesi
rnalzemeye aztnhk tasiyicrlan enjekte edilrnis oluyor. Bunu, bosaltilnus bolgedeki
tiim azinhk tasiyicilannm diyodurr rers-ongerilim jonksiyonundan gecmcsi ol-
"K1sa-devre" terimi, a. belirlendigi anda yiikiin ktsa devre yap1ld1gm1 gosterir.
Yi.ikiin (yi.ik direncinin) k1sa devre·yap1lmas1 zorunlulugu ve Denklem (4.3) beni.eri
formiillcrin kullantlmas1yla ilgili i§lemler konusunda, 8. Bi.iliimde e~deger devreleri
ele ahrken daha aynntlh bilgilcr verileceklir. Tipik a. degerleri, 0.90 ve 0.998 arnsmda degi~mektedir. Pratik uygulamalann 1rogunda degeri yi.izde birka9ltk bir belirsizlikle ve a~ag1daki formUUe yakla§lk olarak clde edilebilir:
(4.4)
burada le ve h siras1yla kollekti.ir ve emeti.ir ak1mlannm transistor karakteristigi i.izerinde belli bir noktadaki biiyiikliigiidUr.
Denklem (4.3) vc (4.4), a. degerini, transistor karakteristikleri veya devre ko§ullanndan bulmak i9in kullantllT. Ancak en kcsin anlamda sadece $ekil 4.5'in p-
gusuyla birlestirirsek, $ekil 4.5'deki ak1§ yonunun nedeni anlasilacaknr.
Sckil 4.5'deki transistorii ·tek bir diigiim kabul ederek Kirchhoff akrrn yasasiru
uygularsak,
tipi emetor malzemesinden s:1k1p kollekliir ucuna ula§an deliklerin (9ogunluk ta~1y1ctlann) yUzdesini gosteren bir ols:Udiir.
Bu nedcnle Denklem (4.2) ile tammland1g1 gibi
(4. l)
elde ederiz ve ernetor akirmyla kollektor ve baz akrmlanrun toplarru oldugunu buluruz. Ancak kollektor akmu iki bilesenden olusmaktadir: $ekil 4.5'de gosterildig:
gibi yogunluk ve azinhk tasiyicrlan. Azmltk-akirni bilesenine kayak akim denir ve
,. I"" sembolilyle gosterilir. (ernetor ucu.acikken akan J,. akirm). Bu nedenle kollektor
akrmi toplam olarak Esitlik (4.2) ile belirlenir.
(4.2)
166
BiilOm 4 iki Kutuplu Jonksiyon Translsliirleri {BJT)
IC = o;/ F.~o~unluk + I ~~~uihk
4.4
THANSiSTORUN
I
(4.5)
YUKSEL TME ETKiSi
Art1k ~ckil 4.6'daki devre kullamlarak ortak bazl1 devrenin gerilim-yUkseltme etkisi
a1r1klanabilir. ~ekilde, de ongerilimleme ~ekilde yer almamaktadtr, 9iinkU ilgimiz ac
4.4 Translstiiriin Yiikseltme Etklsl
167
,:j._
tepkisiylc srrurh olacakur, Ortak bazli devrede bir rransistorun cmctor ilc bazr arasmdaki giris direnci tipik olarak 10 ila.100 Q arasinda, <;:Ila~ direnci isc 100 kn ile I
M.Q arasinda degi§ir. Direncteki bufarklihk, giristeki ileri ongerilimli jonksiyondan
Vi=
200mY
-
+
B
zun
)d,il -U1 t)t1nk-b,1th dcvrcninpcrilim ytlkselnne clki.-:i.
(baz'dan emetore) vc crkistaki ters ongerilimli jonksiyondan (bazdan kollektore)
kaynaklanmaktadir, Giris direnci olarak 20 .Q degeri ortak alrmr vc eikin dcgcrlcr
kullarursa,
I= V; = 200 x 10·3
R;
20
,:i
();: .._ ·;·· '· '.:
Gtinlimiizde yaymlanan kitap vb. yaymlarm yogunlugunda transistorler icin kullamlan isaret ve semboller, ~ekil 4.7'de pnp ve npn transistorleri ortak bazh devrede
gosterilmektedir. Ortak-baz terimi, bazm, devrenin hem girls hem y1kt;i1 icin ortak
olrnasmdan kaynaklanrnaktadir. Her iki gerilim kaynaguun da B harfiyle isaretlendigine ve bazm, devrenin toprakh veya "destekleyici" ucu (bacagi) olduguna
di.kkat edin. Kitap boyunca turn akim yonleri, elektron akismdan yOk geleneksel ak1§
yonlinii (delik akisun) gosterecek sekilde kullarulacaknr. Bu secim ternelde gitniimiizdeki ve gecmistcki yaymlann · 9ogunda gelcneksel akirmn kullarulnns olmasma dayanmaktadir.
Bazt kitaplarda, transistoriin cahsmasi anlaulirken, ~ekil 4.7'yc giren ttim akirnlan
gosterip gerekli oldugu yerlere eksi isareti koyma yontemi tercih edilmektedir. Baska
bir deyisle, gercek konvansiyoncl akt§ yonu ters oldugu takdirdc buyukluk ilc birlikte
eksi isareti de kullamlmaktadir. A91klik gctirri1ek:amac1yla, ~ek:il 4.7'de gosterildigi
gibi tiim akimlar, aktif bolgedcki gercck ak1~ yi:inletlnLgosterecektir. Semboldeki ok
yoniiniin, fE'nin yoni: ile aytu olduguna dikkai edin (bu yalmzca geleneksel akis yonii
icin dagrudur). Bilgi sayfalarmdakieksi isareti tiim akrmlann girdigini gosterir,
!OmA
le
_.;.
buluruz. Bu noktada o: =l (le =le) kabul cdersck,
E
le
n
h=l=lOmA
ve
= (10
X
10'3)(5
x
10+3)
=SOY
-
le
E
Gerilirn yukseltmc
Av = J'.1.. =
V;
. 50
200
x
10·3
+
olur.
Tern el_ yukscltme islemi, bir I akmuru bir alcak dircnc devresinden yuksek direnc
dcvrcsine transfer cderek gerceklcstiriimektedir. Bu terirnlerin Ingilizcc kar§thklannm tek bir terimde birlestirilmesi ile transistor kelimcsi uretilmistir; yani
transfer+ resistor ~ transistor
Vea
+
Vea
le-
Vea
--le
+
vt·a
= 250
Ortak bazh devrede tipik gerilim yukseltme dcgerleri 50 ila 300 arasinda degi§mektedir. Akim yukseltme (/c/h) oraru, ortak bazh devre icin her zarnan l'in alnndadir. Bu son ozellik a9ik9a anlasihyor olmalidrr, 9iinkii fc = JE ve her zaman
I'den kii<;:tiktiir.
-
+
+
f la
c
£.
n
p
Id
VL=hR
Vea
c
B
+
-
--
Vcs
+
Vea
-+-
tis
B
B
(a)
(b)
le
+
c
Vea
, • . • Ortak-b.17.h devre i~in kulktn1l:m i~arcl vc scmboller: (a) pnp;
(b)np11.
Ortak bazh devre durumunda uygulanan potansiyeller, baz potansiyeline gore ve V1,a
ve
§etdinde yazihrlar. Ba§ka.bir ·deyi§le, indisin ikind harfi daima transistoriin
devr~~ipini bclirtecektir. Her durumda indisin ilk harfi her zaman i~in, ~ckil 4.7'dc
gosterildigi gibi, daha yiiksek potansiyele sahip noktay1 tammlar. Bu n~~enle pnp
transistorti i9in, ~ekil 4.S'dcki karakteristikte belirtildigi tizcre, VEB po21t1f ve Ven
negatiftir (ytinkii CB kaynag1, kollektorti daha dii§iik potansiyelde tutmaktad1r). npn
v
v
transistortinde VEB negatif ve VcB pozitiftir.
168
Boliim 4 ikl Kutuplu Jonksiyon Transistdrlerl (BJT)
4.5 Ortak Bazh Devre
169
I
tc
(mA)
i
Buna ek olarak, §ekil 4.7'deki pnp ortak-baz transistoruntln davrarusmi temsil
etmek icin iki grup karakteristigin gerekli olduguna dikkat edin: Siirme noktasi
(veya giris) ve riktf grubu.
,5ekil 4.8a'daki 9Ikt§ veya kollekror.karakteristigi, kollektor (91k1§) akinuru, kollektorden baza giden.(900§) geriiin:i~vi(giri§) ernetor akmuna iliskilendirir, Kolektor karakteristiginin., §ekil48a'da. beHrtildigi gibi ilgi konusu i.i<,: temel bolgesi
vardir: iletirn, kesim ve doyrna bdlgeleri.
llcrim hiilj!rsinde kollektor jonksiyonu ters yonde, emetor jonksiyonu ise ileri
yondc iingerilimlcnn11}1ir.
Bu kosullar !;,ckil ·4.5'dcki durumla ilgilidir, lIctirn bolgcs]. sinyallerin minimum
dilzeyde bozulurak yukscltihncsi :1111ac1yl:1 kallumlan 1ck biilg.:di,
1-----Aktif bolge (lalllf1 olmayanalan)-------,
7mA
6mA
5mA
4mA
3mA
2mA
Emetor akmu Ch) sifir dtizeyindeyken kollektor akirm Sekil 48a'da gosterildigi gibi,
ters doyma akirm Ico'dan olu§malctadir. !co akirru, /c'nin dil§ey eksen ol9egine (miliamper) gore o denli kti<,:Uktiiiki (mikroarnper), le= 0 ile ozunde aym yatay eksende
gortilmektedir, Ortak-bazh devrede le= O'durumunda gordlerr devre kosullan ~ekil
4.9'da gosterilmistir, lco icin bilgi sayfalarmda en sik kullarulan isaret, ~ekil 4.9'da
gosterildigi gibi, Icso'dur. Gelisen yap1m teknikleri sayesinde gene! amach (ozellikle
silisyum) transistorlerde dil§ilk ve orta-gil9 arahklannda Icoo dilzeyi genellikle o den Ii
di.i§ilk kahr ki etkileri ihmal edilebilmektedir. Ancak yiiksek gilc;: elemanlarmda lceo
yine mikroamper arahginda kalacaknr, Buna ek olarak: Icso'nun, ayru diyottaki ls
akirru (her ikisi de kacak akimdir) gibi, sicakhga ~1 duyarh oldugunu unutmayin.
Daha yilksek srcakhklarda herhangi bir dtizeydeki gti<,: elemani icin sicakhkla beraber
hizlr bir yukselise gecmesi nedeniyle onernli bir faktor olabilir.
Sekil 4.8a'ya dikkat edilirse, emetor akirru siftnn uzerine crkmca kollektor akirru
yaklasik olarak, transistor-akim denklemlerinde belirtildigi gibi emetor akmurim artrsma esit bir arns gostermektedir. AyncaVc8'nin, iletim bolgesinde kollektor akmu
uzerindeki neredeyse ihmal edilebilir olan etkisine dikkat edin. Egrilerden de a91k9a
anlasilabilecegi gibi, le ve le arasmdaki iliski iletirn bolgesinde yaklasik olarak
(4.6)
vc8 (volt)
kadardir,
(a)
if: (mA)
Vea= -20V
8
Vrn c -;IOV
7
v-
/ Vcn=-IV
6
5
4
Omck4.l
Tcrs doyma aktnu,
Ornek4.I
3
2
0
0.2
0.4
0.6,
0.8
1.0
vw(volt)
CVr>
(b)
Onak-baz.h dev-rcdeki bir J)Jtf) tr.msis1ori.i;1iin kar:ik;cri5tildcri: (a) kolfck10r veya f.rlk1~ k;..rJJ.ac:;r1si\..:leri: (b)
CnlCtOr vcy.1 giri~ karakteristikteri.
\(·I.ii .J.~
170
BolOm 4 ikl Kutuplu Jonksiyon Transisti:irleri (BJT)
Kesirn bolgesinde, hem kollekror hem de emetor jonksiyonu ters ongerilimlenrnistir ve
dolayisiyla, ,5ekil 4.8a'da gosterildigi gibi ihmal edilebilir bir kolleklor alomma yo! ac;:makradir, Bu bolgenin karakteristigini ac;:1kc;:a gostermek i9in Yes yatay ol9egi O V'un
soluna dogru genisletilmistir. Doyrna bolgesi adr verilen bolgede kollektor ve ernetor jonksiyonlan ileri ongerilimlenmistir; bu da kollektor-baz potansiyelindeki
kil9ilk degisikliklere karsihk kollektor akmunda i.istel degisimler yaratmaktadrr,
Sekil 4.8b'de gosterildigi gibi, girirveya emetor karak:teristiklerinin sadece bir bolgesi ile ilgilenilmektedir. Kollektori.in sabit Vea geriliminde bulunmas1 dururnunda,
emetor-baz potansiyeli artuk9a emetor alam1 da artmak:tad1r. Arlan Vea dilzeyleri,
4.5
Ortak Bazil Devre
171
I
4.6
uyru akmu saglayacak sekilde, VEu diizeyinin azalmasma yol acmaktadir. Genis bir
\Ien degerleri arahg1 is;in egrilerdeki yakm gruplasmaya dikkat edin. Aynca silisyum
transistorde egrilerin ortalarna degerlerinin yaklasik Vr= 0.7V'da yiikselise ne kadar
yakm basladtklarma dikkat edin,
Yan iletken silisyum diyotta oldugu gibi, de fal1;mada ileri ongerilimli baz-emetor
jonksiyonu icin yaklast]: olarak
(4.7)
olacakur,
()RNEK 4.1
$ekil 4.8'deki karakteristikleri kullanarak:
(a) 1£= 3mA ve Vco = -lOV olursa akacak olan kollektor akimim bulun.
(b) V1w = 750 mV ve Vco = -IOV olursa/c'nin degeri ne olur?
.c] le= 5 mA ve Veo = IV icin VEB'Yi bulun.
<,::oziim;
(a)le=
ORTAK EMETORLU DEVRE
pnp vc npn trnnsitorlcri is:in en sik rastlarulan transistor dcvresi, ~ckil 4.11 'de gosterilmistir,
Emetorun hem giri§ hem de yikl§ uclannda ortak clmasi nedeniyle bu duzenlcrneye ortakemetorlu devre denir, (bu durumda hem baz hem de kollektor uclan emetoru ortak olarak
kullamr). Ortak-emerorlu devrenin davrarnsiru tam anlanuyla ortaya koymak icin gene iki
karakteristik grubu gereklidir: birincisi giri§ veya baz devresi iyin ve digeri de ~tla§ veya
kollektor dcvresi icin. Her ikisi de ~14.12'dc gosterilmistir.
Emetor, kollektor ve baz akimlan, gercek geleneksel akim yonleriyle gosterilmis
olup, potansiyeller icinse devrenin tipini bclirtmck uzerc ikinci indis olarak E harfi
konulur. Transistor devre tipinin degi§mesine ragmen, daha once ortak-bazli devre
icin gclistirilen akirn denldemleri aynen gecerlidir,
Ortak cmctorlii dcvrenin s:1k1§ karakteristigi. (/o) giri§ akirrnrun dcgcr arahg1 icin,
i;:1k1~ akmumn (le) s:1k1§ gcrilimine (Vet:) gore bir grafigi olacakur, Giris karaktcristikleri ise (Va) s:1k1§ gcriliminin dcger arnhg1 icin, giri§ akirmrun (lo) giri~
gerilimine (Voe) gore grafigidir.
Sckil 4.12'deki karakteristige dikkat cderscniz, /c'nin miliampcr duzcyinde olmasi
karsin lo rnikroamperler diizeyindedir. Aynca lo egrilcrinin ortak bazli dcvrelerdc le
icin clde ed.ilen egriler kadar yatay olmadigma dikkat edin; bu olgu, kollektor-cmeror
gcriliminin, kollektor akirmnm biiyiikliigiini.i etkileyecegini gosterir.
IE ::3mA
(b) Giri§ karakteristiklerinde VEo = 750 mV ve Ve8 = -lOV'tan kesisme noktasinda h= 3.5 mA boylece le= le= 3.5 mA'dir.
c
(c) le= le= 5 mA. Giris karakterisuginde le= 5 mA ve Ven= -IV'un kesisrne
noktasinda VEn 800 mV 0.8 V olarak bulunur,
=
=
=
f~.=le yaklasik degeri kullarularak ve 10 0 µA varsayrlarak ortak-bazm uygun ongenlimlenme kosullan kolayca belirlenebilir. Sonuc, ~ekil 4.1 O'da pnp transistoru icin
gorulen devredir. Semboliin uzerindeki ok le le durumu icin geleneksel aki§ yonimu
gostermekredir, Daha sonra de kaynaklan akan akirmn yonilnii destekleyccek bir polaritcyle araya eklenmektcdir. 11p11 transistoru icin polariteler tersinc ycvrilcccktir.
=
+
172
lg
c
E
Vea
le
c
+
+
c
B -
+
~,·~rl ,I. Ill
BolOm 4 ikl Kutuplu Jonkslyon Translstortert (BJT)
),. ; : I f. ! I
4.6
E
E
(a)
(lb)
Ori~11.. cmct0r1u dcvre i}in k.ullam\an i~rtl vc sembcltcr- (al upn tran.,i~r. (b) p111> transi~16r.
Orlak Emetorlil Devre
173
le (mA)
Ortak ernetorlu devrenin iletimde oldugu bolge, eksenin en biiyiik dogrusalhga sahip
paryas1; yani, Is egrilerinin hemen hemen diiz ve esit aralikta oldugu bolgedir, $ekil
4.12a'da bu bolge Vee doyrna noktasindaki ddsey kesik cizginin sagmda ve lo= 0 egrisinin iistiinde gotii!Ur. VC£ doyma noktasmm solundaki bolgcye doyma bolgesi denir.
lletim bolgesinde kollektor jonksiyonunun tees ongerilirnli olmasma karsihk, emctor
jonksiyonu ileri ongerilimlidir, Bunlann, ortak-bazh devrenin iletim bolgesinde gorulen
kosullarla aym oldugunu hanriayacaksiruz. Ortak-emetorlu devrenin iletim bolgesi:
gerilim, akim veya gi.iy yiikseltmede kullamlabilir.
ta-
Ortak ernetorlti devrenin kesim bolgesi. ortak bazh devredeki kadar iyi
rumlanmarmsur. $ekil 4.12'dek.i kollektor devresinde, ls sifirken Ic'nin sifir olmadrgma dikkat edin. Ortak bazli devre durumunda h giri~ akimi sifira esirken, kolektor akirm yalmzca tcrs doyma akimi leo'ya esittir; boylece le= O egrisi ve gerilim
ekseni pratik acidan aymydi,
ancak
Ie=Lc+Ie
Bu nedenle,
le=
ve
sonucta
/c(l - a)= ala+
r
l
1-a
-----
100
VcE = IOV
90
· VcE = 20V
60
Omck4.2
50
40
30
20
!co
(4.8)
1-a
······----1
10
--L...-. ..I
0
., I
0.2
.. ,, •·
0.4
ve
le= 250 lco
I
.Ica:
174
!
ak1011 Denklem (4.1 Oj'daki gibi
La =O
i·,
sapmasiru
kollektor
BiilOm 4 iki Kutuplu Jonksiyon Transistiirleri
(BJn
o.s
1.0
l
I
:i
I
1
(u) kol\cktijr kurukrcristikteri;
(b) baz kn-
6sterilecektir ..
1,=" f';;- I,,
j
0.004
bu da, la = 0 egrisinin yatay gerilim eksininden dusey dogrultuda
aciklarnaktadir. ilerde kullanmak iizere Denklem (4.9) ile tammlanan
I
'\.·I d I I .1 Ormk emcUSrltl dcvrcti bir ,,,,,, tr.1nsis10rOnUn kumkt~,,~tiklcri:
rnklcns.tikl~ri.
a= 0.996 i9in,
!co
o.6
(Vrl
(b)
(4.9)
l ·0.996
VC£(volt)
80
Daha once tarnsilan la= 0 durumunu ele alirve bu degeri Denklem (4.8)'de yerine koyarsak
le=
+15
+20
(Kesim l>Olge.i)
70
-·· ·---1 I
ala +
\
Vee= IV
le)+ lco =ale+ ala+ lco
j le =
+10
(a)
(Denklcm 4.5)
lco
+5
Vcr(doy)
(Denklem 4.1)
a (le+
,,.iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiijiiiiiiiiii'N
i'i'~fsj=~0--t
11!,i
0
Kollektor karakteristiklerinde gorulen bu farkhligm nedeni Denklem (4.1) ve
Denklem (4.5) kullanilarak bulunabilir. Yani,
le= alE +lco
ll----------~---e'+IOµ.A
+I
Yeni tammlanan bu akrrm 9ev7efeyen ko~ullar,
•O
(4.10)
bu'na iliskin referans yonu ile bir-
likre Seki! 4. I 3'te verilrnistir,
4.6
Ortak Emetiirlii Devre
175
..---<>C
lc:5.1
mA
degerinde bir akim elde edilir.
(b) <;1kt§ karakteristiginde le= +4 rnA ve ls== +40µ A'in kesistigi noktadan,
VC£=+6.2 V
E
bulunur.
~<kil 4.13
IC£o'• ili~kin dcvrc koiullan.
lcw'nun biiyiikliigii tipik olarak silisyum malzemelerde germanyum malzemelerde olandan cok daha dii§ii~tiir. Benzer anma degerlerine sahip transistorlerde tipik few degeri, silisyumda birkac mikroamper olurken, gerrnanyumda
birkac yiiz mikroamper olabilmektedir.
Dogrusal (en az bozulmali) yilkseltme amaclan ifin, ortak-emetorlii devrenin kesim
bolgesi (bu kitap ii;in) I c = I ceo ile belirlenecektir, Baska bir deyisle bozulmasiz bir c;ikis
sinyali istendigi takdirde l 8 = O'm altmda kalan bolgedc yali§maktan kacirulmahdrr,
'
Bir bilgisayarm rnannk devrelerinde anahtar olarak kullamld1gmda. transistorun
onem tasiyan iki · cahsrna noktasi olacakur: birincisi, kesim digeri doyum bolgesinde. Kesim durumu secilcn VCE gerilimi icin ideal olarak le= O ile bclirlenrnis
olmahdir. Iceo. silisyum malzcmelerde tipik olarak dii§iik oldugu icin, anahtarlama
amacma yonelik kcsim, yalmzca silisyum transistorlcri icin le= lcno vcya /11 = O'da
ger?ekle§ecektir. Germanyum transistorlerde ise anahtarlama amacma yonelik
kesirn lceo = lceo = lea kosullan altmda tarnmh olacakur, Bu kosul, germanyum
transisrorlerde, normalde ileri ongerilimli baz-ernetor jonksiyonunu, gerilim degerinin onda biri-ikisi kadar ters ongerilimleyerek clde edilebilir.
:
I
'• :.·
~
Giris karakteristiginde 18 = +40µA ve VCE= +6.2V'un kesi§tigi noktadan,
bulunur.
4.3. Bolurnde alfa
(a)
sembolu, ortak bazh devrenin ileri akirn transfer oraru ic;in
kullamlmisn. Ortak emetorlu dcvrede, sabit bir kollektor-ernetor gerilirninde <Vee)
kollektor akrmmdaki kii<;iik bir degi§iklige karsi baz akirmndaki degi§ikligin oraru
Yunanca beta CP) harfi ile gosterilir ve genelde ortak-emetor ileri yonde akim yiikseltme faktorii adrru ahr. Wnm degcri,
Mc I
{J _--,
Mn I VcE=sal>i1
(4.11)
formi.iliiyle veriliri.
ile ifade edilir. Beta
CP) degeri, yaklasik olarak
§U
formulden de bulunabilir:
{hie
j,~:
(4.12)
lo
~ekil 4.12'dekj karakteristikleri kullanarak:
(a) V/J£ = +800 mV Ve£= +1.0V'a karsrlrk gelen le degerini bulun.
(h) le= +4mA ve lo= +40 µA'e k~§1hk gelen Va vc V8E dcgcrlerlni bulun.
burada le ve !8, dogrusal bolgedeki (yani, ortak emetor karakteristiginin yatay baz akimi
cizgilerinin paralel ve C§it aralikh olmaya en yakm oldu.l<lan yerde) belirli bir cahsma
noktasmm kollektor ve baz akirnlandir. Denklern (4.12)'dc le ve 18 sabit vcya de degerleri oldugundan icin Denklem (4.12) ile bulunan degere de, Denklem (4.11) ile bulunan degere de ac veya dinarnik degeri denmekteclir. Tipik degerlcri 20 ila 100 arasmda degi§mektedir. Denklem (4.1). (4.4), (4.12) iizerinde ~ag1daki islemleri yaparsak:
(a) Giri§ karakteristiginde V8£ = +800mV ile Ve£= +JO Y'un kesi~Ligi noktadan,
Denklem (4.1)
f3 = !.£ ifadesindcn ls=!.£ elde edilir,
lo
f3
gibi bir dcger bulunmaktadu.
Denklern (4.4)
a=
<;:1kl§ karnkteristiginde Iq = 50 µA ve VC£ = IO Y'un kesi:}tiginoktadan,
Dcnklem (4.1)
Ie=Ic+!»
lo:
176
50pA
Borom 4 ikl Kutuplu Jonksiyon Transistorleri
(BJT)
4.6
ls:
le
Ortak EmetorlO Devre
ifadesinden
IE=!.£
a
elde edilir.
177
Yerine koyarsak:
le= le+ le
a
f3
ve Ic ile bolersek;
l._= l +l
Ortak cmetorlu devredeki gins karakteristikleri, ortak bazh devrenin karakteristiklerine cok benzemektedir (~ekil 4.12). Her iki durumda <la giri~ akirrundaki arns, ilcri ongerilim potansiyelinin artmasi sonueu baz-emetor jonksiyonunu gecen r;:ogunluk tasiyicrlanrnn arusindan kaynaklanrnaktndir, Aynca r;:1k1~
gerilimindcki degi~melerin (ortak-emetorlu devre icin Va ve ortak-bazli devre icin
Vca) karakteristiklerde buyuk kaymalara yol acmadigma dikkat edin. Ashnda, genelde karsilasrlan de gerilim duzeylerinde, r;:1kl§ ur;: gerilimindeki degi§meler ne-
f3
13 = al3 + a
a
ve
13(1-a)=a
veya
'[
elde ederiz,
J
f3=JL
1-a
(4.13)
_
1--a=L·-1
/3-
veya
1
I
1
,
Buna ek olarak
I
few= lea = Jeno
1-a
---------~
oldugundan
lcw=
=
(4.14)
_J
I
I
1-a
<13 +_ 1)/c~
(4.15)
(a) ~ekil 4_12'deki karakteristikte Vee= +10 V ve le= +3mA r;:ali§ma noktasmdaki
de beta degerini bulun.
(b) Bu cahsma noktasiyla ilgili a degerini bulun.
(c) Vee= +JO V'a karsihk gelen lceodegerini bulun.
(b) (a) §lkkmdan elde edilen 13dc degerini kullanarak yaklasik
hesaplayrn.
deniyle baz-emetor geriliminde meydana gelen degisirnler, yaklasik olarak ihmal
edilebilir. Bu temelde ortalarna bir deger kullarucakolursak, kollektor-emetor devresi icin ~ekil 4.14'deki egri olusmaktadir. Silisyum diyotu karakteristikleriyle olan
benzerliklere dikkat edin. Yaniletken diyot tarurmrmzdan hanrlayacagiruz gibi de
aualizindc ~ekil 4.l4'deki egriyi, ~ekil 4.JS'deki egriyle gosterrnistik. Bu neclcnle
ozunde bir transistor yapismm baz-ernetor gerilimi, de analizinde birinci derecedcn
yakmsama, silisyum ir;:inVnE
0.7V ve germanyum icin de 0.3 V olarak varsayrnaknr. Eger uygun polariteyle 0.7 V ongerilirn (silisyum rransistorler icin): saglayaeak ycterli gerilim yoksa, transistor aktif bolgede olamaz, Bu yaklasik degerin
kullaruldtgi bir dizi uygulama 9. Bolurn'de gortilecektir. Ortak-bazh devresinin benzer giris karakteristikleri oldugundan [bu ilcride tamtacagrmz ortak-kollektor (CC)
devresi icin de dogrudur], de analizinde birinei dereceden yaklasikhk olarak karakteristigin iletim bolgesinde ongerilimlenen bir_BJT'nin baz-emeior geriliminin v.,.
oldugu sonucuna varabiliriz. Aynea CB devresinin r;:1k·1~ karakteristiginde le= Iii oldugunu gorrnustuk. CE devresinin le= l3ln'dir vc R calisma kosullanyla belirlenir.
I
II
;I
is (µA)
is (µA)
1
JOO
JOO
1
lceo degerini
50
I
50
j
l
(a) VCE = + 10 V ve le= +3 mA, ln = +25 µA 'nm kesisme noktasmda
/3<lc =le= 3 x 10·3 =
la
(b) a=
L
13+ l
120
25 x 10·6
= llQ.= 0.992
121
(e) lczo = 0.3 mA; Va;= 10 V ve In= 0 ;,A'in kesisme noktasinda.
(d) lcso
178
=km.= lU.mA. = 2.5 µA
/3
VaE = Vr = 0.7V
'j,I. ii .1 1 I Vci;'nin ihmal ttlil·
mcsi halinde ~eki1 4.12'nio ycni<lcn
,;izilm~i.
vse
~~·~ ii ~ ) ~
<k· :urnlii'i il;in ~\::kil
.J.1-l'iiu y,,t.:l;,~1L.h._ yi\mcmiylc: yenitk•n (.,'hiltm·si.
El kitaplan, bilgi sayfalan ve transistorlere iliskin diger yayinlarda ortak-ernetor karakteristiklerine sikca rastlamr. Ortak-baz karakreristigi, son birkac kisrmda tiiretilen
akim denklemleri kullamlarak dogrudan ortak-emerorlu devreden eldc edilebilir.
Baska bir deyisle ortak-emetorlu devrenin karakreristiglndeki her nokta icin, ortak-
120
B610m 4 ikl Kutuplu Jonkslyon Translstorlerf (BJT)
4.6
Ortak EmetorlO Devre
179
baz karakteristiginin
bir noktasiru
olusturmak
iizere turetilmis
olan ve forrnullerde
islem dogal olarak
zaman ahcidir, ancak istcnilen karakteristigi saglayacakur.
Uygulanan de potansiyelleri icin uygun polariteyi belirlernek uzere ilk once ~ekil
4.16'da bir npn transistoru icin gostcrildig! gibi, le yoni.inii scrnbol iizcrindeki ok
yoni.i ile eslestirrnektir. Ie =le+ In oldugundan hem le hem de lo ayru §elcilde gosrerildig] gibi transistorc girmclidir. Bundan sonra gerekli tek §CY, (Seki! 4.16)
yerine
konabilecek
yeterli
sayida
degi§ken
elde edilebilir.
Bu
.n
p
-
VEB
-
te
+
lu
8
• ,• Onuk cmeH)rlU bir
np11 lransi>ii!riin uygun 6ng<:rilin>lcnmcsinin hclirlcnme!";i
.
· .. ! ,,
.
E
E
Vee
c
c
(a)
(b)
,. l 11 I I a Onakkollcl<10rlii
h11 ,I.·.,\·•~ kulamlan ifH'CC ve
"·m·,0111.·1· (a) p,rp tr::msi.stf>r:{h)
IIJ)ll
"".11l'(i:,.tl)r.
.I
· V8£ vc Va kaynaklanru, aknm In ve le ile gosterilen yonde "itecek" sekilde yerlcstirmektir. Bir pnp transistorunde tiim akimlar ve dolayisiyla da tiim kaynaklar ters
ccvnlcccktir.
D~tinci.i ve sonuncu transistorlu devre tipi, ortak-kollektorlti devredir ve ~ckil 4. l 7'de
ilgili akim yonleri ve gerilim sembolleriyle gosterilmistir. Ortak kollektorlu devre, oncelikli olarak empedans uydunna arnaciyla kullarulir; ~iinkii bu devre, yilksek giri§
empedansiru vc dii§iik ~1k.i§ ernpedansma yevirrnektedir, yani ortak baz ve ortak cmetorl,.ti devrelerin tam tersi ozelliklere sahiptir.
Ortak kollektorlu dcvre genelde ~ekil 4.18'de gosterildigi gibi emetorden topraga,
arada yiik dircnci bulunacak sckilde di.izenlenir. Bu devrcde transistor, ortakernetorlu devreye benzer §elcilde baglanm1§ olmasina karsin kollektorun topraklanrms olduguna dikkat edin. Tasanrn acisindan, ~ekil 4.18'deki devrenin parametlerini secmek icin ortak-kollektor karakteristik grubuna gcrck duyulmaz,
Devre, 4.6. bolumdeki ortak ernetor karakteristikleri kullarularak tasarlanabilir, Pratik acidan ortak kollcktorlti devrcnin c;:ik1§ karakteristikleri, ortak-emctorlu devreninkiyle ayrudir. Ortak kollektorlu devrede c;:1kt§ karakteristigi, Io deger arahgmda fc'nin Vi::c'ye gore grafigidir, Bunedenle giri§ akirm, hem ortak emetor hem
de ortak kolektor karakterisuginde aymdir. Ortak kollektorlu devrenin yatay gerilim
ckseni, VEe = -Vee oldugu iyin, ortak emetor karakteristiginin kollcktdr-emetor geriliminin isareti degi§tirilerek elde edilir. Son olarak, ortak kollektor karakteristinde
,.-1.. d I i \: En1pcdan.,uydumut
:m1ac1yl:1 lullao,lan or1:1k kollck1Brli.i dcvrc
le, ycrine le konuldugu taktirde, ortak ernetor karakteristigi~in ~~§C!le olc;:egindc
hernen hernen fark edilemeyecek bir degi§iklik mcy~ana gclir (c;:unku a :1). Ortak
kollektorlu devrenin giris devresine iliskin gerekli bilgiyi elde etmek i~in ortakcrnctor knrakteristigi yetcrlidir; yapilrnasi gereken tek §CY ~ekil _4.18'~eki yev_re etrafinda Kirchhoff gerilim yasasiru uygulayarak uygun matematJkscl l§lcmlen gerc;:ekle~tirmcktedir.
4.8
TRANSiSTOR MAKSiMUM ANMA DEGERLERi
'Standart transisror bilgi Sayfalannda en az tic;: maksimum anma degeri goriil~c~ktir:
Kollektor kaybi, ko/lektor gerilimi ve ko/lektor ak1m1. ~ekil 4.12'dc karaktenstiklen
4.8
180
Boliim 4 iki Kutuplu Jonkslyon Translstdrleri {BJT)
Transistor Makslmum Anma Oegerlerl
181
vcrilcn rransisrorun
le= 1.5 mA
maksimum anma degerlcri a~ag1daki gibidir:
Bu tic; noktanm birlestirilrnesiyle gtic; egrisi elde edilir. Maksimum gtic; anma degerinin asilrnamasr gerekiyorsa, bu transistorun kullarnldrgr sistem tasanmlarrnda bu
egrinin ilstunde kalan bolgede 9ah~tlmamas, gerekir. Maksimum kollektor gerilimi,
yani ornegimizdeki VCE, ~ekil 4.19'da dti~ey 9izgi olarak gosterilrnistir, Maksimum
kollektor akmu da yatay cizgi olarak gosterilmi§tir.
Ortak bazli devre icin kollektor kaybi a~ag1daki esitlikle verilir. Maksimum kollektor gerilimi \Irn'yle ilgilidir.
Pcmnk., = 30 mW
lcmak,; = 6 mA
VC£maks= 20 V
Gi.ic; veya kayip anma degeri, kollektor gerilimi ve kollektor akmurun carpinundan
olusur. Ortak emerorlu devre icin
!
!
Pcmaks=Vc£lc
__ ......
I
l
(4.16)
J
Bu formiil ile belirlenen dogrusal olrnayan egri ~ekil 4. l 9'dn gosterilrnistir, Egri, c;e§itli VCE (veya le) degerleri secilerek ve diger degi§ken Denklem (4.16)
Pmaks
VCE
= 30 x 10·3 = 3 mA
10
Sekil 4. l 9'da gosterildigi gibi. VCE= SV'ta
le= 6mA
ve VCE = 20 V'ta
le
,;
(mA)
+7
lcmax =
+6
+90µA
+80µA
+70µA
+60µA
+5
+4
+3
+2
+I
+S
+10
+IS
+20
Va (volt)
VcEmax (V(BR)CEO)
'-:.·t. ,! ; . i'' YOkseltnll! 1~lcm111.:
ili1ldn cahsma txslgesi.
182
Biifum 4 iki Kutuplu Jonksiyon Transistorleri (BJT)
(4.17)
Yukseltme amaclan icin, doyma ve kesim bolgelerinin dogrusal olmayan karakteristiklerinden de kacinmak gerekir. Doyma bolgesi, Vce doyma noktasmdaki
dusey cizgiyle, kesirn bolgesi ise In = 0 ile gosterilmistir, (Sekil 4.19). Geriye kalan
taralr olmayan bolge yukselrme arnaclan icin kullanilan bolgedir, Her ne kadar yahsrna alam cok srmrlanmrs gorunse de, karakteristigin yatay ekseni volt olcekli oldugunda, bircok sinyalin mikrovolt ve milivolt arahgmda kaldrgim unutrnaym. Maksimum anrna degerlerine ck olarak bilgi ve karakreristik ozellik sayfalannda
transistoriin cahsmasina 'iliskin baska onemli bilgiler de bulunrnaktadir. Bu ck bilgilerin tarusmasma, her parametre tamarruyle tamnlrnadan girilrneyecektir,
yardrrmyla bulunarak elde edilmistir. Orne gin, VCE= lOV'ta
le=
Pcmnks = Vcof~
<)
T!lMlSi-;ron
l<Ml/\i<TEP.iSTiK
(lZELLfKLER SI\ YFi\SI
RCA gu9 transistorleri veri kitabmda 2Nl7 l l transistoru icin verilen bilgilcr 4.20 4.27 ~ekillerdc verilmistir. Belinildigi gibi bu, genel arnach kiic;tik sinyal/orta-guclu
bir elemandir.
Bir parametrcnin sonundaki "o" harfi, belirtilrnernis olan ucun acik brrakrldrgtru gfistcrir. ~ekil 4.20'de dikkat edcrseniz Iceo 25°C'de sadece 0.01 A iken 150°C'de IO A'c
crkrnaktadrr, ~de = Ic/18 ile esanlarnh clan hpe biiyiikliigiiniin minimum degeri 20'dir.
Onceliklerirniz, ~ekil 4.20'de verilen rum buyukluklerin tamarmru tarnsmarruza izin vermiyor. Ancak §irketlerin ~ogu bu biiyilkliikleri kataloglannm basinda dikkatle tarumlamaktadir. Bu biiytiklillderden bazilan ileriki boliimlerde taruulacakur,
Vcg (doyl• kapasitans diizeyleri ve isrl direnc buyukluklerini elbette biliyor olmamz
gerckir. h1,. h;b, hrh• ve h01, hibrid (karma) parametreleri 9. Bclumde tamtilacakur.
Elemarun c;1k1~ karakteristikleri ~ekil 4.22'de goriilmektedir. Ytiksek gerilim ve
akim duzeylerinde gonllen bozulmaya dikkat edin; dogrusal c;ah~ma ic;in bu bolgeden kac;11'11lrnahd1r. Dogrusal c;ah§ma, ~ikt~ dalga bic;irninin giri§ ile aym _ gori.inilme sahip olmas1m {yiikseltilmi~ olarak) ve yukseltici birim tarafmdan bozulmamasmr gerektirir.
4.9
Transistor
Karakterlstik Ozellikler Sayfas1
183
.....
co
""
·-~_.J.i:
Elektriksel Karakteristikler
..
RCA 2N171 I' gU~ transisrbrtlrnin elekrriksel karaktcrlsrlkten
Test Kosullan
Kamkteristtk
Kollektor-kesim
akmu
Emetor-kesim akrmr
Jeno
1£80
dc-darbesi
ileriakrrn
transfer oraru-
iiFE
de ileri akrm
transfer cram
hFE,
Kollektor-baz
km Ima geri!imi
Emetor-baz
kin Ima gerilimi
Kollektbr-emero«
arasrnda dusen
gerilimli
lOohmluk
buz-emetor direnci
durumunda
kolleklor-entetor
arns1 gerilimi
···········--
Sembol
V(BR)CBO
V1BRJEBO
VRT
VcER (sus)
Kil,/
s1cakltg1
•c
de
de
Kollektor Kollekuir
- Baz
· £nrefl1r
Gerilimi Gerilimi
v
Frekans ---
kHz
25
150
25
Vea
v
de
Emetilr-
Baz
Gerilimi
v
---
---
VC£
VEB
de
Kollekriir
akinu
nrA
---
de
Enreuir
akmu
nrA
---
le
IE
60
60
5
25
25
25
25
25
.55
10
10
10
10
10
10
mA
--Is
75
100
40
20
35
35
soo
0.01
0.1
10
25
Birim
µA
µA
300
0.1
0
75
v
0
0.1
7
v
75
v
50
v
0.1
1.5'
Maks.
Min.
0.01
10
0.005
10
150
25
Stntrlar
0
0
0
25
25
de
Ba:
aktmt
100
(darbeli)
---...------------- -·~
·····--··--··
----,----,---~-~-,....,._,........... ,__,...
__
Elektriksel Karakteristikler (devarru)
Test Kosullan
de
de
de
K ollekWr K ollekliir Emetor-Emetiir
Ba:
- Ba:
Gerllimi Geriiimi Gerilimi
Karakteristik
Sembol
Kollektor-emeter
VCF. ( doyum)
doyma gerilimi
Baz-ernetor
Var, (doyum)
doyma gerilirni
Kil)Uk-sinyal ·.
ileri akrrn
hr,
transfer cram
GUrilltil fakttirii
Oret~ direnci
NF
(RG) = 510' ohm.
devrenin bant gcru~ligi
(BW) = I periyot
Co1,
<;tki~ kapasitans.
C;o
Giri~ kapasltansi
Giris direnci
Gerillm-geribeslerne
cram
....
,::0
(11
h;b
hrb
<;1k1j iletkcnli~i
hob
Isrl direnc:
Jonksiyou-kihf
Jonksiyon-snbcst kova
R8lc
R81.i
A
B
Darbe surest = 300 µs; i~ faktoril S %2
VEDF= Emetor-baz yilzer potansiyel
Krl,f
s1wk/1g1
•c
v
Frekans --kfl:
Vea
v
v
VcE
Vt:B
--- ---
de
Ko/lekror
aktmt
de
Emrtiir
akmu
mA
mA
le
IE
--- ---
de
Baz
akmu
mA
--Is
S1111rlar
Min.
Maks.
Blrlm
25
150
15
1.5
y
25
150
15
1.3
v
25
25
25
I
I
20MHz
25
I
25
25
25
25
25
25
25
I
I
I
I
I
I
0.3
10
10
25
5
10
5
10
5
10
50
70
5
I
5
50
5
10
10
0.5
0
l
5
0
24
4
200
300
8
dB
15
pF
pF
80
34
8
I
5 x 10·•
n
5
I
5
5 x 104
0.5
I
11S
0.1
0.1
58.3
219
·crw
Gii4r Transistorleri
.J
·-a
2N1711
~
: I
2Nl711L
JEOECTO·S
2107111
J£DfCT0•3'
H·131!110
~
c,yta O<elilml; ootunan t,i, smsyum n1)1) dilzlemseC transislOoudOt. ~uk-gO..ulliive ka~ak karakteristikleri. yiiksek
I
Uygulamalan
6zellikleri:
• Minimum kazan~ x bani geni~liQI • 70
MHz; dc'den 25 MHz'e kadar uygulamalarda kuNamma uygundut
• Yiiksek jonksiyon s1cakl1klannda eah~obilme
• Ou~Ok.gOrultil ve dO§Ok·ka~k karakteristil<Jeo 9n diizlemsel (planar)
y6ntemiyle imal edilmi~tir.
• Dii~Ok c,1k1~ kapasitans,
RCA·2N1711, asl<eri ve endustriye!ciNZlarda ~
bi<
k~·Sinyal ve orta-g(l,; uygulamal.vlnda Wlanolmal<atna·
be!a (hFE)
8
7
6
0
w
keU)
saglanabilir.
Bacak
di!Oeri, ~
l«nlma
rilitni, yOksel< Mma goriliml ve ~
Oz.el nileliti.lere sahiptir.
ANMA DEGERLERi,
·t
2
so
90
100
400 ._..._..__.Lo
:.:!
::,
10
20
n
gerilimi. ~
doyma ge,
,;tlu~ kapasitansi g;IJi
H
l~
Mutfak-Maksimum De{jerler:
KOLLEKTOR·BAZ GER ii.I Mi
KOLLEKTOR·EMETOR GERILiMi:
o,~artan bal)lanan baz-emeter dkend lie (RBE) s 10 o
EMETOR·BAZ GERiLIMI
KOLLEKTOR AKIMI
TRANSiSTOR GO<; HARCAMASI:
2s•cye kadar k1hf s1cakl1l)1nda
25'C uzeri klh! s1cakl101nda
25"C'ye kadar serbest hava s1cakl1C1nda
2s•c uzeri serbest hava s1cakl1Cinda
SICAKLIK ARALIGI:
Saklama ve <;ah~a (Jonksiyon)
BACAK SICAKLIG1 (Leh!mlemede):
oturma dOzlemincfen ~ 1/16 i~ (1.58 mm) mesa!ode males. 10 s. sOreyle
30
70
40
30
so
60
QL....;~~::...a.!~-L..L....L....;Ll--1.....J
0.5 0. 7 0.9
I.I .1.3
1.5
70
Bu- emdllr aerlUml (Y IE) (volt)
RCA 2Nl71 I ~1kli
korak1cris1ikkri. (RCA Solid
Stare Division itniyle.) ·•
uzunluQu
-.-,1--+-+--ir
5001--+--+---+-
Kollelr:!llr • cmdOr aerilimi 0/C£)
(volt)
dana uzun clan tipler, tip numa,as, ve
L son eki, daha k1sa olan lipler tse lip
numaras, ve. s son eki Re befirtilirter.
'.TFA)=2S C
~
4
3
0
Bu eleman: bacak uzunlugu, 1/2 In<;
(T0·5 pakeli) veya 1/2 I~ (T0-39 pa·
S<rbait·h• ....~li
,!j 300
ea
MAKSiMUM
Ji
10
9
El
Silisyum N-P-N
Diizlemsel Transistor
KU9'.ik·Sinyal ve Orta-0~
~n Gonel Amayl1 Tip
600
Ortak-einetOrlU devre, bo:r: Jiri4li.
s..t-t-bav• 1ic&tl1i1 CfFA) • 2S C
·. '''
RCA 2N171 I transfer
kanokreristikh:ri. (RCA Solid St>le
Division i1J1iyle.)
t
3
2
:E~
..
.
.
.
..
..
.
.
Vceo
75
V
VCER
VEBO
IC
50
7
V
V
A
Pr
t
3
Bl<Z.~322
OB
0
-SO
0
ISO
100
50
200
S1cak11k - °C
'' RCA 2N171 I i;U~
doiunne ei\rilcri. (RCA Solid
Smtc Division izniyte.)
W
Ortak-emdllrlU devre baz air{tli.
ICollektO<·emdllrattilimi 01 Cl!) • 1 o
(volt)
W
Bl<Z.$eld322
..
·65 ile +200
-c
.
230
-c
' ! ·I : ': RCA 2Nl711 gOc; trnnsisr~ril. (RCA Solid Stoic Division izniylc.)
Artan baz akim duzeylerine bagli olarak Voe'nin /c'ye gore egrisinde rneydana
gelen kaymaya dikkat cdin. Aynca elemamn bir giiy transistoru olmas, nedeniyle
!8'nin miliamper ile olyiildiigiinii goz onunde bulundurun. ~ck.ii 4.28'de gosterildigi
gibi baz akimlan muhtemelen 25 mA'i gecmeyecegi Icin, kullandigumz V8£ = 0.7 V
degerinin iyi bir ortalama oldugu gortllecektir,
'
'
0.01
0.1
10
100
Kollck16r alollll (le} mili~)
186
Bolum 4 ikl Kutuplu Jonkslyon Translstortert (BJT)
4.9
Transistor Karakterlstik 6zellikler Sayfas1
!000
RCA 2N17 I I de k11·
r;k1eristikleri. (RCA Solid SIM~ m.
vision izniylc.)
187
~ekil 4.26'da lceo duzeyi, farkh kollektor-baz gerilim diizeyleri icin, jonksiyon
scakhgmm fonksiyonu olarak _verilmi§tir. Goriindiigii kadanyla jonksiyon srcaklrgi
135°C'ye yaklasmcaya kadar lceo, 1 A'c i;:1k.maz. Bcta'nm 100 olmasi dummunda bile
lceo bu sicakhkta few= ~lceo 100(1) = 100 µA= 0.1 mA ile suurli olacakur, Ortagiiy)li bir clemanda bu istenilmeyen etki icin bu oldukca dli§iik bir degerdir,
Kucuk-sinyal ileri akim transfer oraru (hie) 9. Bolurnde tarnmlanacaknr. Kisaca
aciklarnak gerekirse bu, elemamn kiiyiik-sinyal ac kazancuun bir olcustldur (yani bir
=
sinuzoidal sinyalin tepeden tcpeye arus duzeyidir).
~ekil 4.28'dc yuksek akim diizeylerinde kollektor karakteristigindeki degi§iklikler
-50
0
100'
50
·150
200
'>d.il -U<> RC.\ 2Nl7i ! kollck1tlr·
kcsim.;1lun1 ~~r.11..h.'l'il-likkri. (RCA
Solid Suuc Division izniylc.)
Orlak - en,e16rlU devre, baz giriJli
Frek.ans c 20 MHz
Scrb.. t-hava s1calth!1 (/FA)= 25 ·°C
-
ll
10
9
--
8
7
3
i
--- -·
/,,-
"'
/,
,,v """
-·
2
"~[O~~+
4 68
bir kitap gcrcktirecck kadar biiyiiktiir.
.
I
10
2
4 68
100
2
4 6 8'
1000 '),·kil ~.27
RCA 2Nl71 I ku,uk-sinyal
beta karaktcristikleri. (RCA Solid S1:uc
Division lzniylc.)
KolleklOraktm1 (/ c) (miliampe,)
Bilmcn gii1r unma d..:gerini dusiirme egrisi ~ekil 4.24'dc verilmistir, Kihf icinde ve
acik-havadaki sicakhk ii;:in de bir egri verildigini da fark edeceksiniz. Belli bir sicaklrk
araligmda hff'dcki degisme /c'nin bir fonksiyonu olarak verilmistir. Kollektor aki1111111n cok viibd: ,,Jm:1,1 dun111111nd:1 nr:111111 h,·r ,1r;1khk degi§iminde dli§tugiinii go-
rcccksiniz.
TRANSiSTOR URETiMi
Transistor uretirninde kullarulan yontemlerin 9ogu kisaca yan iletken diyot uretiminde kullamlan tekniklerin bir uzanusidrr. Giiniimlizde en sik kullarnlan teknikler
arasmda nokta temas, alasim jonksiyon, biiyiitiilmii§ jonksiyon ve difuzyon yontemi
bulunrnaktadir. Her yonternin a§ag1da sunulan tarnurm kisa olacak, fakat her birindeki temcl adimlara yer verilecektir. Her yontemin aynnnli taruurru kendi basina
~ sr+r++
'
II~ - ~ -i'
..........
Diger bolurnlerde onemli yeni biiyiikliikleri tamtukca bu §ekillere donecegiz.
4.10
xeaeeor-eeeIOfgerilim
,va·> -.1s cvo11>
5 ___
/i/,
6
5
4
........__..,._ _ ....
gosterilmistir. ~ekil 4.22'deki egriler arasinda gorulen esit arahklar gitrnis, yerinc
cizgilerin artan yogunluklan oldukca dogrusal bir desen kazanrnisnr.
·
Or1ok-<me1Urlu Jcvre. oaz giti,li
•«ticst·hava &1cnkl1l1 (T,. ) • 2.S C
Nokta Temash Transistor
Nokta ternasli transistor, nokia ternash yan iletken diyot icin kullarulan yonterne
cok benzer bir sckilde iiretilir. Bu durumda .iki adet tel, ~ekil 4.29'da gosterildigi
gibi, bir n-tipi pulun hcmcn yanma yerlestirilir, Ardindan her tele elektrik darbeleri
verilcrek her tel ile yan ilelken pul arasmda kalan s1mrda bir p·n jonksiyonunun olu§Umu saglamr. Sonui;:, ~ekil 4.29'da gosterilen pnp transistoriidlir. Bu teknik glinUmiizde yiiksek frekans/dii§iik gi.i1r elcmanlan ile sm1rhdir. ~ck.ii 4. l'de gosterilen
ilk transistoriin imalinde kullan1lan yi\n1cm buydu.
I
g
e"
S1.:kir .1.21,
!\i~10r
il
~
...9
.!!
~
~00
Ala~11n Jonksiyonlu Transistor
B
100
0
0.S
1.5
~
~.S
]
3.S
KnllcklOr-e111tlllr &<rilinu (V n:) (Voll}
188
Nokia 1cma~h wm-
4.
4.5
,'id.ii -1.~X RCA 2Ni71 I ~1k11
~or:1k1cri>1il:lcri (YU\:sck IC).
(RCA Solid Stare Division iiniylc.}
Biilurn 4 iki Kutuplu Jonksiyon Transistorleri (BJT)
Ala§im jonksiyonu teknigi de yanilc_tkcn diyotlann iiretimincleki ala~1m yontcminin bir u1.ant1S1chr. Ancak trnnsistordc :-";,ckil: 430'da gosterildigi gibi, aym kat4.1O Transistor Orelimi
189
kiya sahip iki .nokta, yan Heiken pu!un zukatkilnra sahip .iki ya1111m yerlestirilir,
Daha sonra p11/9a11111. tarnarm eriyip noktalar taban pulla birlesinceye kadar isrnhr;
sonucra ~ekiF4'.30'da io.si~filen VC yaniletken diyotlar icin anlaulan p-n jonksiyonlan meydan11\;elir.,\'
c
transist1irlcrin iiretiminde uygulamr. ~ekil 4.32'de gosterildigi gibi pnp difuzyon-tipi
mesa (duz tipte) transistorde ilk i§lem,. taban bolgesini olusturmak iizere, p-tipi bir
pul iizerinde n-tipi difiizyon yapilmasidir, Ardmdan p-tipi emetor, §ekildeki gibi, ntipi tabana difuze edilir veya alasim yapilir. Kollektor jonksiyonu kapasitansim dii§iirmek amaciyla kimyasal asmdirma yapihr, "Mesa" terimi cografi sekulere bcnzerlikten esinlenerek niretilmistir. Diyot tiretimiyle ilgili tarusmada da belirttigirniz
gibi difiizyon teknigi, c;C§itli bolgelerin katkilarna diizeylerinin ve kalmliklannm
cok hassas bir sekilde kontrol edilmesini saglar,
11· lipi pareacrkler iceren
~.:ktt
J .3c f
lntnsis1Hr
gazh atmosfer
Ala11m jonkslycn!u
E
-~
Kollektor damlasi (noktasr) vc olusan jonksiyon, kollekror-baz jonksiyonuridaki
gii9 kaybma ve biiyiik akima dayanacak kadar buyilktur, Bu yontem kisaca anlaulacak olan difiizyon teknig! kadar sik olmasa da yuksek-guclu diyotlarm yapirrunda ha.la yaygm olarak kullamlmaktadir.
Bi.iyC1tulmO? Jonksiyonlu
rs, uygularur
Transistor
(b)
(a)
Biiyiittilmii~ jonksiyonlu
transistoriin
iki p-n jonksiyonunu
olusturmak
icin
Czochralski teknigi (Ll~, B.?~ilnl)il:ullan1hr. Bu i§lem, Seki! 4.31 'de gosterildigi
gibi, .katki duzeyi kontroliinMefve~~~e lnzuun, n- vc p-tipi malzernelerinde uygun
. katkilama cliizeyi ve taban geii\§Hgiff{saglayacak sekilde olmasim gerektinnektedir.
Bu tipteki transistdrler genelde
altrnda bir anrna dcgcri ilc s1111rl1d1r.
-·
f·w:t.i~·
:: ··~iau.;• ~buiu
---Tolun
p
Difuzyon
·-·-Erg:i!l)C.
B
i1• ! .; ! OUyUttilmii~jookxiycntu 1r-Jn~is10r
', ·l
~.·!,i! .t
_!_'
(c)
Dill (mesa)transistor:(a) diH.iz.yon ~icmi: \b) ~la~mi ~ku•i; \c) oyma i~h.·mi.
Epitaksiyel mesa transistoru ile mesa transistoru arasmdaki temel fark, orijinal
kollektor alt tabakasina bir epitaksiyel tabakanm eklenmesidir. Epitaksiyel terimi
Yunanca cpi-ustune vc taksi-duzenlemck kelimelerindcn turetilmis olup bu ck tabakarun olusrurulmasmdaki islerni tarif etmektedir. Asil p-tipi alt tabaka (Sekil
4.33'deki kollekror) aym katki diizeyine sahip buharla dolu kapah bir kihfm icine
yerlestirilir. Srcaklrgm gerektigi gibikontrol edilmesiylc, buhardaki atomlar orjinal
p-tipi alt tabakamn iistiine dii~iip belli bir diizene girerek Sekil 4.33'de gosterilen epitaksiyel tabakayi olusturur. Bu tabaka olusturulduktan sonra, mesa transistorti icin
yukarda anlauldrgi gibi bu isleme baz ve emetor bolgelcrini olusturacak sekiklc
devam edilir. Orijinal p-tipi alt tabakamn epitaksiyel tabakaya gore daha yuksek bir
katkrlama diizeyi ve dolayisryla daha az direnci olacakur.
E
Tranststorleri
B
Giintimiizde transistor imalatmda en s1k kullamlan yontcm difiizyon (yay1lma) tcknigidir. Temel i~lem yariiletken diyot tiretimi anlallrken tanmlrm~t1.
Difiizyon teknigi, difiizyon veya epitaksiyeltipte olabilen mesa (diiz) ve diizlemsel
('
190
Bi:ililm 4 iki Kutuplu Jonksiyon Translsti:irleri
(BJT)
4.10
Transistor Oretiml
:-;, Li! L :. : Epilaksiyal
sisrOril.
mes;:1 fnJll-
191
Sonucta transistonin kayiplanru
baglanarak elde edilir.
dii~iirmek,
kollektor
bacagmn
daha ctii~iik direnc
· Duzlernsel ve epitaksiyel diizlemsel transistorler, baz ve emeror bolgelerini
olusturmak ic;;in iki difiizyon islerni klillanarak iiretilir. Diizlemsel transistor,
.'?ekil 4.34'de goriildiigii uzere, diiz bir yuzeye sahip oldugundan diizlernsel srfan
veritrnektedir. ~ekil 4.34'de gosterildig] gibi yiizeysel kacak kayiplanru (jonksiyorr' ic;;erisinden eek yuzey iizerindeki kacak akimlannr) biiyiik olr;:iide azaltmak icin, acrkta kalan jonksiyonlan
kapatmak iizere bir oksit tabakasi ek-
lenmektedir.
. .
." r ·
. · .1, ,ipleri 1(3) vc (b) General Electric Com1s111~: (c) vc hll lmcm:u .. •nal
)l:~,
I .I. , :,. ..,..e~tt 1-.' lm_ma.s or
Rectiticr Corr,or;\tmn ,rn1y1e.)
/C(l1hf)
OC
B • . 0 ::
\ ..::l.i! -L_;_i Duzlemsel (planar)lmnJislOr
E
.\:Lil .:..·:r,
Transistor u~
E
·,
f;~;ol
B
........_~,,
c
tanunlan
Ekscncl dokmc
Uil~ik cnjebiyonu
4.11 TRANSISTOR KILIFI VE
U<;LARIN TANIMI
Pasifu~
4.10. Bolumde anlatilan tekniklerden .biri.kullarularak
transistor iiretildikten sonra
tipik .olarak altm, alurninyum veya nikelden teller takilmakta ve tum yap1 ~ekil
4.35.'de gosterilen kihfa benzer bir kapsiile yerlestirilmektedir, Biiyiik bash ve sogutma plakah olanlar yiiksek giic;; elemanlan, ve kiic;;iik baslr veya plastik govdeli
olanlar ise dii§iik veya orta-giiclii elernanlardir,
Miimkiin oldugu ol9iide transistor kihfinda hangi bacagm emetor, kollektor veya
baza baglandiguu bclirtmek icin bazi isaretler olacakur. Genelde kullarulan yontemlerden birkac, ~ekil 4.36'da verilmistir.
Fairchild scrisinden T0-92 ambalajrrun is: yaptsi ~ckil 4.37'dc gonilmektcdir.
Gordugunuz gibi asil yan iletken eleman cok kucuk boyuttadrr, Altm baglann telleri, bakir bir 9er9cve ve epoksi malzcmeden kihf vardir.
14 bacakh plastik 9ift mah pakete (DIP) (~ekil 4.38a) dort adet bagrmsiz pnp silisyum transistoru konulabilmektedir. i~ bacak baglanulan ~ckil 4.38b'dc gorulmektedir, Diyot IC paketinde oldugu gibi, iist yiizeydcki ~1kmu 1 numarasrm ve
Epol:si paketi
Baku cerccve
14 bacagi gosterir"
(b)
192
4.11
BolOm 4 ikl Kutuplu Jonksiyon Translstorlerl (BJT)
(al
Transistor K,tih ve Uc;1ann Tammi
~c:J..il .! ..\71'0-92 ~:andard1 bir pakcucki
F;,irchiklmarka bir tr.m~istOrUn i~ yaprsr.
(Faichild Camera«ool lnstrumcnt Corporation izniyle.)
193
(OSTEN G0RONO$)
c
B
E
NC
E
B
'-.
8.
Kollcktor aknrundaki 2 mA degi~meye ve a= 0.98 degerine karsrlik emetor akimmda meydana gclen degi~imi bulun.
9.
Emetor akuru 8 mA ve degeri 0.99 olan bir rransistorun kolektor akmu ne kadardtr.
!i -1.-1
10. ~ekil 4.6'daki devrede V; = 500 mV ve R:: 1 k oldugunu kabul edersek, gerilim
knzancim (A.= \1,,/V;) hesaplaym. (Diger devre degerleri ayru kaliyor.)
C ·-, B
E
NC
E
B
c
11. ~ekil 4.6'daki devre icin kaynagin Vi ile seri bagh 100 om'luk bir i9 dirence
sahip oldugunu kabul edersek, elde edilecek gerilimi (A.= V"/V;) hesaplaym.
'1/C- i~erden bai)anllh delildir
(b)
(a)
\,:!~il .l. :.:,.: Q~'l'2905 tipi Texas tn~tntnl~nt~
;n:,,rkn dOrtlU hir fM11) ~ilisymn tr~u,sistOl'\l, (a) gi>rUoO~O {b).b:.1cak bilghtl\t1!1,n. (Texas lnstnmlcnts
l~lC<'lrpor.ul izuiyle.)
!i ~-=12. Yalruzca ve yalruzca hatirladiklanmzmdan cikarak ortak bazh transistor devresini (npn ve pnp icin) cizin ve uygulanan ongerilimin polaritesine bagh olarak
akan akunlann yonlerini belirtin .
'ROB LEMLER
.u.
1.
lki transistor tiiriiniin adlan nelerdir? Her transistl.iriin ~emasm1 cizip, her bir tabakadaki yogunluk ve azmlik t~1y1c1lann tiiriinii belirtin. Bu bilgiler silisyurn
tipi rnalzemeden germanyum tipi malzemeye gecildiginde degi~iyor mu?
2.
lki kutuplu ile tek kutuplu transistor arasmdaki temel fark nedir?
13. ~ekil 4.8'deki karakteristikleri kullanarak:
(a) fr= 5mA ve Ven"" -lOV ise akan kollektor akirrum bulun,
(b) VEn= 7 50 m V ve Vco= - lOV ise akan kollektor akinum bulun.
(c) le"" 4 mA ve Ven== -lV ise V£8'yi bulun.
14.
,;
3.
-1..1
Transistorun
uygun
calismast
icin
iki
transistor
jonksiyonu
nasil
Sekil 4.8b'dcki karakteristikler bir silisyum trnnsistl.iri.ine aittir, lleri l.ingerilimli
jonksiyonun baz-erneror gerilimi icin yaklasik deger ne olabilir? Bir germanyum transistoru icin ne gibi farklihklar bcklersiniz?
on-
gerilimlenmelidir?
!i
4.
Bir transistordeki kayak akimm nedeni nedir?
5.
Bir npn transistorunun ileri ongerilimli jonksiyonunun $ekil 4.3'e benzer bir cizimini yapm. Meydana gelen ta~1y1c1 hareketini actklayrn.
6.
Bir npn transistorunun ters ongerilimlenmis jonksiyonunun Seki! 4.4'c benzer
bir cizimini yapin. Meydana gelen tasiyici hareketini actklayin.
7.
Bir npn transistorunun yogunluk ve azmhk.tasiyicrlan akismm Sekil 4.5'e benzer bir cizimini yapm. Meydana gelen ta~1y1c1 hareketini aciklayin.
194
BiilOm 4 ikl Kutuplu Jonksiyon Translstorlerl (BJT)
-I .I,
15. lco ve/cr:0'yu tarurnlaym. Aralanndaki farklar nelerdir? Aralanndaki iliski nedir?
Biiyiikli.ikleri bakimmdan tipik olarak birbirlerine yaktn rrudir?
16.
$ekil 4. l2'deki karakterisrigi kullanarak:
(a) Vo£= +750 mV ve Vee= +5V icin le degerini bulun.
(b) I c = 3 mA ve Io "" 30 A icin V CE ve Vo£ degerlerini bulun.
17. (a) $ekil 4.12'deki ortak ernetor karakteristig] lcin, VC£ = +8V ve le= 2 mA'lik
bir cahsma noktasmda de beta degerini bulun.
(b) Bu cahsma noktasma karsihk gelen a degerini bulun.
PROBLEMLER
195
·1·'.
(a) VCE= 30V, la= 25 µA ic;in le.
(b) le= 4 mA, Ia= 30µA icin VcE·
(c) le= 3mA, Va= 20V icin la degerini bulun,
(c) VCE = +8V icin lceo dcgerini bulun.
(d) (a) ~1kkmda elde cttiginiz de beta degerini kullanarak lcna'nun yaklasik
degerini hesaplaym.
28.
~
18.
4.7
~ekil 4.18'dcki devreyc 2 Vrms'lik bir giris gcrilirni (baz toprak arasi olr,:Ulen)
uygularuyor. Emetor geriliminin baz gerilimini lam olarak takip euigini ve V,,,.
(rms) = 0.lV oldugunu kabul cdcrck, RE= lkU icin devrenin gerilim yukseltime oraruni (A,.= V,,/V;) ve emetor aknrum hesaplayin.
19. ,5ekil 4.12'dek:i karakteristige sahip bir transistor icin, ortak-kollektor devrenin
girls ve c.,1k1§ karakterisrigini cizin.
~ -r.s
20.
/cnrnks
= SmA, Vc£n.,k, = 15V vc Pcmaks = 40 mW icin, ~ekil 4.12'dcki ka-
30V vc le= 7mA'lik bir t;ali§ma noktasmda, ,Seki! 4.22 ve 4.23'den yararlanarak VBE degerini bulun, lOmA'den cok ktir,:iik akimlar icin, VCE = l OV
degeri ile $ekil 3.23'de isaretli bulunan egriyi kullarun.
(b) Vee== 2V ve lc=300 mA'lik bir c;ah~ma noktasmda, ~ekil 4.23 vc 4.28'clen
yararlanarak Voe degerini bulun.
(c) (a) ve (b) §iklanndaki c;ah§mi'.I kosullanrun her biri icin yaklasik esdegerbir
devrenin uygun Vr duzeyi ne olurdu?
(a) VCE=
29. (a) $ekil 4.24'deki her bir egriye ili§kin gii<; anma degerini diisiirrne faktoriinii
hesaplaym.
(b) K1hf-s1cakhg1 egrisi icin elde ettiginiz degerden yararlanarak, 100°C'lik bir srcakhktaki gii<; anrna degcrini bulun.
(c) Grafiktcn eldc edilcn dcgcri (b) §ikkmda eldc edilcnle karsilasunn.
rakteristige sahip bir transistorun r,:ah§ma bolgesini belirleyin.
21. lcmaks = 6 mA, Vc/Jmaks = -15V ve Perna!<.<= 30mW icin, Sekil 4.8'deki karakteristige sahip bir transistorun r,:ah§ma bolgesini belirleyin.
~
4.')
30. (a) Sckil 4.25'den yararlanarak, le= 5mA ve 100°C'lik bir srcaklikta de degerini
belirleyin.
(b) Bu noktadaki a degeri nedir?
(c) le = 0.01 mA ila le= 10 mA'lik bir aralikta, oda sicaklig. ilc 100°C arasmdaki ortalama degisim nedir? Bu, tasanmda ustiinde onernle durmamiz
gereken bir nokta m1d1T? Neden?
22. ~ekil 4.21 'e bakarak, transistorun sicakhk arahgnu Fahrenheit cinsinden bulun.
23. Verilen a de ileri akrm transfer
d~gerini bulun.
orarnru
(,5ekil 4.20) kullanarak I c = 0.1 mA iken
24. Denklem (4.9) ve 23. Problemin sonuclanru kullanarak lco'yu hesaplaym ve ~ekil
4.20'deki Ic80 degerinin smirlan icinde kahp kalmadigma bakin, / 8 = 0 µA'de le= 0.1
mA ve kihf srcakhgm; Tk,br = l50°C ahn ..
25. ~ekil 4.20 ve 4.2l'deki verilerden yararlanarak ortak cmetorlu devrenin maksimum gi.iy kaybi bolgcsinin sinrrlanru cizin (Tkihf= 25°C).
26. A,;1k hava sicakhgrm J 00°C alarak, maksimum gu,; cgrisini ,Seki! 4.28'dcki karakteristigin uzerine cizin.
i1rin I cuo'nun degi§me oram nedir?
32. (a) $ckil 4.27'dcn yararlanarak, le= 2 ile 4mA (V CIJ =--1 OV) arahgmda kollektor
akJmmdaki degi§meyc gore hfe'nin degi§me oranuu belirleyin.
(b) Tipik life dcgerlerinin 100 dolaylannda ohnasma ragmen, buradaki dii§CY
M1rck1e bu kadar ki.ir,:iik olmasm1 ncyc baghyorsunuz?
~
-1.l O
33. (a) Transistor yap1m teknikleri arasmdaki temel farklan a,;1klay111.
(b) Yi.iksek-giir,: uygulamalan ic;in hangilerini kabul edilebilir buluyorsunuz?
27. ,Seki! 4.22'ye bakarak:
196
31. (a) 50°C'lik bir jonksiyon sicaklig: ve Ven= 30 V icin $ekil 4.26'dan lcoo
degerini bulun. Logaritmik olr,:ege dikkat edin.
(b) j3 =200 ise, I ceo diizeyi nedir?
( c) 50°C'yc yakm sicakhklarda V co = 30 V'da s1cakhktaki her dcrece degi§iklik
Boliim 4 ikl Kutuplu Jonkslyon Translstortert
(BJT)
PROB LEMLER
197
(c) Difi.izyon islemini anlaun.
~ ~Lt r
34. (a) Degisik kiliflara sahip il9 transistor bulun, uclan (bacaklari) belirleyin
ve
aygin 9izin.
(b) Bir uretici bilgi kitabmda yalruzca transistorlerle sirurh bir IC (Entegre
Devre) yap1S1 bulmaya 9ah§m. i<; sernasnu cizin: uclan belirleyin.
·:.
""!:.
:i1
cinis
Transistorler 9ok ~§itli uygularna alanlannda 'rok 9C§itli §ekillerde kullarulmaktadir.
Aksi halde, her alarun ve uygulamamn ogrenilmesi 'rQk zor hatta imkansiz olurdu.
Bunun yerine, daha temel devre 'rah§masi incelenirse, bu bilgiler biraz farkhhk gosteren
veya tamamen fark.h olan uygulamalara aktanlabilir. Bu boldmde iki kutuplu jonksiyon
uanslsrcrlednln (BJT'lerin) ongerilimlenmesindeki temel kavramlar ele almacaknr.
Bu transistorlerin gerilim veya akim yUkseltme veyu kontrol (a~ma-kapama) elemanlan olarak kullanabilmek i9in once transistorun iingerilimlenmesi gerekir. Ongerilirnlemenin gene! nedeni transistortl a9Llc duruma getirmektir ve ozelde transistorti,
karakteristigin, en dogrusal 'rUh§iigi. bir bolgesiode 9ah§t1rmakt1r. Her ne kadar ongerilimlerneyi saglayan devrenin arnaci aygiu istenilen dogrusal 9ah§ma bolgesinde cahsurmak olsa da (bu beige her elernan icin uretici tarafmdan tammlamr), ongerilimleme
elemanlan hfila gene! uygulama devresinin bir parcasidir: yani yukseltec, dalga bicirni
sekillendiricisi, manuk devresi v.s. Devrenin tamarmru ele ahp ~al1~rnasmm tiim yonlerini birden inceleyebilirdik; ancak bu karmasik ve kafa'kansnnct olurdu. Her devre uygularnasi tipini, 9al1~manm ortak ozelliklerine iliskin derin bir bilgiye sahip olmaksizm
9al1~masmm tilm yonleriyle incelenmek zorunda kalacaknk, Bu bolilm bu. nedenle iki
kutuplu transistonln de ongerilirnlenmesinin ternel kavramlanm kapsamaktadir, Tabii ki
ama~; transistor karakterisriginln istenilen bolgesinde 9al1~maktrr.
Bu kavramlar iyi anlasihrsa, bircok farkh devre, hatta yeni devre uygulamalan
bile, devreler konusunda derinligine bilgi sahibi olundugu icin, daha kolay in-
198
BolOm 4 ikl
Kutuplu Jonkslyon Translstorlerl
(BJT)
199
cc~enebili~- ve yOZiimlenebilir. Yiikscltccin kazancmi ve ac ~1~masm1 etkilcyen
diger faktorlcr 9. Boliimde clc ahnacakur. Temel de ongcrilim kavramlan bu bolumde anlaulrnakta ve sonra 9., 11. ve 12. Bolumlerde uygulanrnaktadir,
~ ~~g-crili'.11lc1~c, ~bit (duragan) bir akmu (transistoriin icerisindcn) gccirrnck vc
transistor
uzenndc
istenilen sabit bir gerilim diisusiinu
sag-lam akl a ·11 g1·1· 1 o Id ugun
~ d an sta•
_ •
•
...., Y
tik bir 1~lemd1r. Transistor hakkmda gerekli bilgiler transistor statik karakteristiklerindcn
clde cdilebilir.
5.2
c;:AL1$MA NOl<TASl
Ongerilimlemenin amaci, f(llt§ma noaast (siikunet veya Q-noktasi) denen ve bclli bir diizeyde ~~ve gerilim saglamak oldugundan, bu noktarun transistor karakteristigi iizerinden
nasu_s~ld1gi kon~s~~~a b~ egile.cegiz. Gosteru.ei1 dort t;:ali~ma noktasr ile birlikie gene! bir
transistor karaktcrisugi ~ckil 5.1 'dc vcrilmistir, Ongcrilimlemc devrcsi, tran~istoriin bu noktalardan hc~angi birinde veya ~~lt§ma bolgesi11in hemangi bir nokrasinda ¥al~masim saglayacak
tasarlanrms
olabilir· <;aJ1•ma
bolgesi , sozkonusu trans1s
· t··orun
·· akr
. .
.. sekildc
..
.
,
· m veya genii~ y?nunden ~1~1mum ~m1rlar icindeki alandtr. Bu maksimum anma degerleri ~kil
5.1 d~ -~enst'.1<1e: m_aks1mum akim Im.*., iyin yatay bir cizgiyle vc maksimum gerilim
V.,"'ks.~~m. ~u§C~ brr _¥1zg1yl_e belirtilmistir, ~kil 5.l'dc Pm.As He i§aretli olan yizgiyle gosterildigi gibi, bclirli bir transistoriin <;a]1§ma bolgesinin tammlanmasinda maksi num ·· ·· d
ili -1 -•··
.
1
gucun c
(gen m 1 e asnmn carpmu) dikkate ahnmasi gerekiyor.
~J_T
elem~~,, bu_ maksirnum limit noktalanrun disinda cahsmak uzere de ongerilimlcnebilir: ancak boylesi bir uygulama ya transistorun ornrunu cok fazla krsalnr veya_ bozulm~~m_a yol a9ar. Kendimizi, guvenli olan cahsma bolgesiyle simrlarsak bircok deg1§1ie yah§ma alanlan veya noktalanm secebiliriz. Tam nokta
I
[mu·
_.
....__
-·-·-~--
.I
.
veya alan yogunlukla devrenin kullarurn amacma baghdir. Fakat yah§ma noktasi kavrarmna ve dolayisiyla ongerilimleme devresinc iliskin bazi ternel fikirleri sunmak arnaciyla ~ekil 5.1 'de gorulen yC§itli noktalar arasmdaki bazi farkhliklan. ele alabiliriz.
Ongerilimleme olmasaydi, transistor daha bastan tiimiiyle kapali olurdu; ki bu da
A noktasmdaki ak.Jma karsihk gclirdi. Yani transistorde akun stfrr (vc uzerinde
dti§en gerilim de srfir) olurdu. Transistoriin, giri§ sinyalinin tiim arahg1 icinde akim
ve gerilime gore degi§ebilecek veya repki verebilecek §Ckilde ongerilimlcnrnesi gerekir. A noktasi bunun iyin uygun olmazken, B noktasi istenilen yal1§may1 saglayacakttr, Ongerilimleme diizeyine ek olarak, devreye bir sinyal uyguland1gmda
transistor, ¥ah§ma noktasi B'den, ak1m vc gerilim olarak saparak, transistoriin, giri§
sinyalinin hem pozitif hem negatif boliimilne tepki vermesini (ve belki de yiikseltmesini) saglayacakllr. Giri§ sinyali kii9iikse, transistor iizerindeki gerilim ve
ak1m degi§ecek, ancak bu, transistorii kesim veya doyum bolgcsine kaydirmaya yetmeyeccktir. Kesim, transistoriin art1k iletmedigi durumdur. Doyma ise, transistor
tizerindeki gerilim miimki.in oldugu kadar kilyiikken, dt§ devreyc bagh olarak transistordcn ge9en ak1mtn s1mr veya doyum degerine ula§Ug1 durumdur. Genelde istenilen yi.ikscltme etkisi, transistoriin yall§ma bolgesi iyerisinde yani doyum ilc
kesim noktalan arasmda goriililr.
C noktas1 da s:ah§an transistorde pozitif veya negatif sapmalara izin verecektir;
ancak s:1k1§ gcrilimi, C ongcrilimleme noktasmm gerilimi B noktasmdan dalla U§a·
g1da oldugundan, yOk fazla yi.ikselemeyecektir. C noktas1, transistordcki ak1m dii·
·zeyinin daha di.i§ilk oldugu ve transistoriin kazancmm dogrusal olmad1g1, yani bir
egriden digerinc geyi§ arahgm C§it olmad1g1 bir ¥al1§ma bolgesindedir. Bu dogrusal
olmama durumu, transistor kazancmm, karakteristiktc ll§ag1 ongerilimlendigi zaman
daha di.i§ii.k, yukan ongcrilimlendigi zaman ise daha biiyiik oldugunu gosteriyor.
Transistor kazancmm en sabit (veya dogrusal) oldugu yerde yah§may1 gers:ekle§tirerek giri§ sinyalinin sahmm arahgmm tamammda yiik~eltme diizeyinin ayni
kalmas1m saglanmas1 tercih edilmelidir. B noktas1 daha dogrusal arahgm oldugu bir
btilgededir vc dolay1s1yla daha dogrusal bir 9all§ma saglayacakttr (~ekil 5.1).
D noktas1, transistor yal~ma noktas1m maksimum gerilim diizeyinin yamna ye_k·
mektedir. Dolay1s1yla maksimum gerilim di.izcyinin U§Llmamas1 \.yin pozitif yandaki s:1lo~
gerilimi sahrummm s11urlanmas1 gerekir. Bu nedenle B noktas1, dogrusal kazany vcya
miimkUn olan en biiytik gerilim ve alam salmuru ay1smdan, en iyi yali§ma noktas1 olarak
goriinmektedir. Bu genelde kiiffik sinyal yilkseltes:leri (9. Boli.im) is:in istenilen bir durumdur; fakat 12. Boliimde ele almacak olan gii9 yiikselticileri iyin gerekli degildir. ~im-
v
dilik uansistoriin kiif11k sinyal yiikseltme i§lcmi iyin tingerilim1enmesi iizerinde duracag1z.
<;ok onemli diger bir iingerilimlemc "rak--iorii de cle almmal1dlr. BITyi istenilen ya1.i§ma noktasma getirip ongerilimledikten sonra, s1cakllgm etkisini de hesaba katmak zorunday17_ S1cakl1k t.ranSistor alam kazanc1 ve transistor kayak aklm1 gibi transistor karakteristiklerinin dcgi§mesine yo! a9ar. Dalla yiiksek bir s1cakllk transisltirden oda
),. k i I ._. :.. r ·rrnnsi:uOtun NUui~ karateri.sliklcri Ozerinclcki ~Jilli ~ah~ma oolual.in
200
BolOm 5
DC Ongerllimfeme: BJT'ler
5.2
c;:ah~ma Noktas1
201
sicakhgma gore daha fazla akima yol acar, boylece ongerilim devresiyle kurulan ca-
hsrna kosulunu deg~tirir. Bu nedenle, ongerilirn devresinin, devreye belli bir oranda stcakltk kararhltg: saglayarak transistordeki sicakhk degi§melerinin calisma noktasmda
yaratngi degi§meyi en azaindirmesi gcrekir. <;ah~mit'noktasmm bu ~ckilde korunrnasr,
kararitltk faktoril (S) gibi bir parametre ile belirtilebilir; bu, cahsma noktasi aknnmda sicakliga bagh degi§meye gosterir, Yuksek kararhlijia sahip bir devre arzu edilen bir §Cydir; u§agida birka9 tcmel ongerilim devrcsinin kararhlrgi karsilasurrtacakur.
iki kutuplu transistorun 9ah§mas1, transistor parametreleri ile yetcrince belirlenebilir ve i:ingerilimlemeyi bulmak icin matematiksel teknikler kullarulabilir.
Buna ragrnen transistorkarakteristikleri transistorun anlasilrnasi icin yeterli bir yardim saglar; tarnsmarruzda yer yer bu kultaruiacakur.
BJT'nin dogrusal veya aktif cahsma bolgesinde ongerilimlenebilrnesi iein asag1daki kosullann saglanmt§ olrnasi gerekir:
1. Baz-emetor jonksiyonu ileri ongerillrnli (p-bolgesinin potansiyeli daha pozitif) olmali ve
baz emetorjonksiyonutizerindeki bu iteri ongerilim 0.6 ile 0.7 V arasmda olmahdir,
2. Baz kolekror jonksiyonunun ters ongerilimli (n-bolgesinin potansiyeli daha pozitif) olrnasi gerekir; baz kolektor jonksiyonu iizcrindeki bu ters ongerilirn degeri, transistorun maksirnum simrlan icinde herhangi bir degeri alabilir.
[Burada, ileri ongerilim icin p-n jonksiyonuiizerindeki gerilimin p-pozitif, rers on;
gerilim icin ise 11-pozitif ile zu (ters) olduguna dikkat edin. ilk harf uzerindeki bu
vurgu gerekli gerilim polaritesini hatulamada yardirnci olabilir.]
BJT karakteristiginin kesirn, doyum ve dogrusal bolgelerindeki calisma ~u sekilde
lernler ve hesaplar, tum akim yonleri ve gerilim polariteleri degistirilerek, bir pnp
transistorune de aynen uygulanabilir.
. 11
ac
giriJ
slnyall
lei Re
Ra
Ve
C>-- --1(---b-+ +\
-u---<)
ac
~~
slnyall
+
Vee
--I
\ VBE
"'-.
>•I.
d \ .~ Snbit ongerllimli devre
Bir BJTnin ongerilimlenmesi baz-emetor ve baz-kollektor de ongerilimlenrne cevre
denklernleri ayn ayn ele almarak analiz edilebilir. Hanrlayacagiruz gibi BJT'nin dogrusal bolgede 9ah~mas1 iein baz-ernetoriin ileri (aksi takdirde transistor kapamr), bazkolektoriin ise ters ongerilimli olmasi gerekir. ~ekil 5.2'deki sabit ongerilimli devrede,
transistorun baz ve kollektoriinun de ongerilim akrm ve gerilimlerini nasil bulabiliriz?
Bu bolurnde bu soruya cevap getirecek yontemleri gelistirecegiz,
Baz-EmetorOn irerl Ongerilimlenmesl
saglamr:
ilk once ~ekil 5.3'de gorulen k1smi devre §emasmdaki baz-ernctor devresi r;evre
denklemine bakahm. <;evre i9in Kirchhoff gerilim denklemini yazarsak,
1. Dogrusal bolgede ,all~ma:
Baz-emetor ileri ongcrilimlenir Baz-kollektor ters ongerilimlenir
Kesim bolgesinde ,alt~ma:
2.
+V cc - InRn - VOE= 0 elde ederiz.
Baz-ernetor ters iingerilimlenir
3.. Doyum bolgesinde ,altima:
Baz-ernetor ileri ongerilirnlenir
Baz-kollektor ileri ongerilimlcnir
5.3
SABiT-ONGERiLiMLi DEVRE
.
202
BolOm 5
DC Ongerlllmleme:
BJT'ler
la \
VaE
Sekil 5.2'de gosterilen sabit-ongerilimli devre, de ongerilimlerne inc~le1:1csinde oldukca dogrudan vc basit bir b~la1;1g1r; nokrasr saglamaktadir. A~ag1daki devre analizi her ne kadar bir npn transistorii'kullamlarak yapilan hesaplan gosterse de, denk-
-5.3
Sablt-Ongerlllmll Dovre
'203
c;;ah§masmdan belirlenir. Denklem (5.3) ile gosterildigi gibi kollektor akmu baz
akimmdan kat daha bilyiiktiir ve.kollektor dcvresindeki dirence kesinlikle ba-
Yukandaki denklemi le baz akimi icin 'rOzersek,
lo= Vee- Vo£
Ro
(5.1)
Kaynak gerilimi Vee ve baz-emetor gerilimi V8£ sabit gerilim degerleri oldugundan,
bir baz-ongerilim direncinin secilmesi baz akirrumn degerini sabit tutar, Yaklasikhk
· olarak ileri ongerilimli baz-emetor iizerindeki voltun onda biri ikisi kadar clan gerilirn
dii§iimii <Ve£) ihmal edilebilir, boylece baz akimuu hesaplamak i'rin sadelestirilen
leafu
gunh degildir, Bu ncdenle kollcktor akuru, devrenin kolektor-baz (veya bu durumda kollektor-emetor)
kisrru tarafmdan degil, baz-ernetor kisrru tarafrndan
kontrol edilir.
Kollektor-emetor dongusundeki gerilim dii~iimlerini hesaplarsak,
Vec-fcRc·
Ro
(5.4)
Vee=Vee~
(5.2)
denklernini elde ederiz.
Vee=O
eldc ederiz,
Baz-Kollektorun Ters 6ngerilimlenmesi
()RNEK 5.1
Dcvrcnin (Sekil 5.4) kollektor-emetor kisrm, gii'r kaynagi, kollektor direnci vc transistorun kollektor-ernetor jonksiyonunundan olusmaktadir, Kollektor ve ernetorden
gec;;cn akimlar, lo her ikisine gore cok kiic;;(ik-kald1gmdan, hemen hemen ayrudir.
~ekil 5.5'deki devrenin de ongerilimleme gerilim ve aklmlanm bulun.
Vee =+J2V
Re
2.2kfl
~%okn
le
~--<;11(---~~~1
G._,, -. '+\
\
IOµF
". "· ''· VeE
J
13"' so·
~cl, ii ;5 ()znek 5.1 'c ilijkia ;le sabit Ongerilimli oevre,
~i.:~il 5. 1
Kollckl<k-cmc10r~cvrc~i.
Dogrusal yukscltecin 'rah§mll~t icin kollektor akrrru, transistor alum kazanci beta (!})
veya hFE ile baz akmnna baghdir. Matematiksel olarak ifade edcrsek:
IB=
le= Pio
(5.3)
Baz akmu, Denklem (5.1) ve (5.2)'den yararlamlarak, devrenin baz-emetor kisrmnin
204
Biiliim 5 DC Ongerlllmleme: BJrler
Vee- Vqi;_(l2-0·7)V
Ro
=47.08µA
240 k.Q
=
le= ~/8 50(47.08 µA)= 2.35 mA
Vee= Vee ·lcRe = 12V -(2.35 mA)(2.2 k.Q) = 6.83 V
5.3 Sabit-Ongerllimll Devre
205
Ic « Vee
Re
olmahdir.
~ekil 5.6'daki ckwcnin J...,lkl..t,ir fdili11,i111 vc «l-.11111111 buiuu,
.
Vee=
-22 V
Bu nedcnlc, kollektor-cmctor gcrilim hcsaplan yapnrkcn sozkonusu devrede belirttigimiz kosulun saglarup saglanrnadigm. kontrol etmek icin Denklem (5.S)'den
yararlanrnak yerinde olacaknr, Eger kosul saglanrmssa.yukarda belirtilen Uc;: 9ozilm
adirm uygulanabilir. Ancak yukardaki esitlikle belirtilen transistorun dogrusal bol-'
gesindeki izin verilebilen maksimum le degeri asiliyorsa, transistor doyum bolgesinde c;:ab§1yor demektir. Bu durumda kollektor akirm devrece belirlcnen rnak-
Re
3.3 k!2
Rn
680kn
(5.5)
simum degerde olacaknr:
(J= 120
/cdoy
ve
~ckil 5.(1 ()~1h:k '.'.~·y..:- ilb.L s.. . i._·\ re.
In= Vcc-VnE=(22-0.1)V
Rn
(5.6)
=0V
(gercekte voltun onda bir ikisi kadar).
(5.7)
Denklem (5.1) ile hesaplanan baz akirm her durumda dogrudur,
Analiz edilecek devre yukseltec olarak kullarulryorsa, doyum bolgesinde ongerilimli
olmasiru beklemeyiz. Fakat herhangi bir degcr hatah veya baglanularda bir yanlislrk
sozkonusuysa, sonuctaki cahsma transistoru doyum bolgesine ongerilirnleyebilir; bu
duruma dikkat etmeliyiz. (Doyum durumunun sadece yukseltecin cahsmasmda istenmedigini unutrnaym. Bilgisayar anahtarlama devrelerinin c;:ah§mas1 icin bu bolec
onemlidir).
·
_
"'
:a:31.32µA
680 k.Q.
le= ~18 = 120(31.32 µA)= 3.76 mA
Ve=· (Vee- IcRc) = -[22 V • (3.76 mA)(3.3 kn)]= -9.6 V
·r,;rn:,istbri.in
VCEdoy
= Vee
Re
Doyumu
5.4
Yukandaki c;:oztim adimlanna ek bir varsayirn katmak gerekiyor. Kollektor ve baz
akimlan arasmdaki iliski, yani le :a: ~18, sadece transistor dogrusal cahsma bolgesinde uygun bir sekilde ongerillmlenmis ise dogrudur, Transistor, ornegin doyum
bolgesinde ongerilimliyse. Denklem (5.3) ve (5.4) yanhs sonuclara yo! acar.
Transistorun dogrusal yukseltec c;:ah~ma bolgesinde ongerilirnli olabilrnesi icin
(kesim veya doyum bolgelerinin tersine) baz-ernetor jonksiyonu ileri ve baz-
kollekior jonksiyonu ters yonde ongerilimlenmelidir. Burada bizi ilgilendiren sey,
ikinci ongerilimlerne durumudur; yani kollekttir-bazmm uygun bir sekilde ters ongerilimli olup olrnadtgidtr. Bu ise ancak kollektor-ernetor gerilimi Ver,; deger olarak
baz-emetor ileri ongerilimleme gerilimi V8e'den daha bilyuk oldugu siirece dogrudur. Denklem (5.4) ile belirlenen kollektor-emetor gerilimi Vee, kaynak gerilimi
Vcc ile kollektor direnci iizerindeki gerilim dusrnesi arasmdaki fark oldugundan,
ikincisinin Vcc'den daha kiic;:i.ik veya le kollektor aknru bakimmdan ifade edilirse
Vce/Rc'den daha ktic;:i.ik olmasi gerekir. Matematiksel olarak ifade edersek ca-
EME:TOR DiR_EN<;:Li
DC ONGERIUM
DEVHESI
_
~ekil 5.7'deki de ongerilim devresinde, 5.3. Bolumde ele ahnan sabir-ongerilim devresinden daha kararli bir ongerilimleme saglayan bir ernetor direnci vardtr. Devrenin
cahsrnasim analiz etrnek icin devrenin baz-ernetor cevresi ile ~ekil 5.7'deki kollektor-emeror cevresini ayn ayn ele alacagiz,
Baz-Ernetor
<;evresi
Baz-ernetor cevresinin krsmi bir §emas1 ~ekil 5.8'de gortumekredir.
Kirchhoff gerilim yasasiru uygularsak
Cevreye
elde ederiz.
hsmarun aktif (dogrusal) bolgesinde ongerilimlenecek transistor icin,
5.4 Emetor Dlrena;:11 DC Ongerlllm Oevresl
206
BolUm 5
DC Ongerlllmleme:
BJT'ler
207
le ycrine
(/3 + l )/ n koyarsak
yukardaki denklem I
+
+Vee
Re
+ le
+
+
+
Vei·
+
Vee
+
+'£
Vee
~cl.ii).•) EmeiOrdircociylc hirlikte kolkkllir-cme1or cevresi.
Kollektor akmu Uc) Dcnklcm (5.3) kullarularak hcsaplamr.
-~·:f,i! <: EmctC>rk;1rarhl1kdircnci c.klcnmis
DC OngerHim dcvrcsi
.1
•
$ekil 5.8 Emetfir di"!nciylc hirllk1e bnzemetOr~cvresi
ili§kisini kulanarak kollektor-emetor iizerindeki gerilim icin i,:ozebiliriz.
1·
Baz akmu icin i,:6zersek .--~~~~~~-~~~-,
l
elde ederiz.
lo=
Vee-Vo£
Rn+ (/3 + 1)RE
(5.8)
VCE= Vcc-lc!-Rc + Ri)~
Emetorden topraga olculen gerilim
Ve=leRe =l~
0
Sabit ongerilim akim hcsabi [Denklern (S.l)] ve Denklem (5.8) arasmdaki farkin
paydadaki (/3 +J)Re teriminden kaynaklandigma dikkat cdin.
'
Kollektor-Emetor yevresi
(5.9)
(5.JO)
ve kollektorden topraga oli,;iilen gerilim
I
Vc=Vcc
·le~~
(5.11)
Transistorun ongerilimlendigi gerilim, kollektor ile emetor arasmda 6lyi.iltir (VC£) ve
Kollektor-emetcr cevresi $el<ll 5.9'da gosterilmisrir. Bu i,:evre icin Kirchhoff gerilim denklcmini yazarsak
Denklern (5.9) ile verilmistir; .ancak ~u §ekilde hesaplanabilir:
Vee - lcRc - V0; -ld?e = 0
I
elde ederiz.
I 11;,
a.IC +lp=/Jlo
208
~ekil 5.lO'daki devredeki de ongerilimleme gerilirnini (VCE) ve/c akirmru hesaplaym.
+!» tt(/J+ /)lo
Boliim 5 DC Ongerlllmleme: BJrler
5.4
Emetor Diren~II DC Ongerllim Devresi
209
Vee= +20V
ARTIRILM1$
Ra.
IOµF
(
430kn
IOµF
V; ~---+- ----1'
ft=
c.
Ki\R,11,RULiG!
BJT de ongerilimlenmesine bir ernetor direncinin eklenrnesi kararhlrgi arttrnr;
yani kaynak gerilirni, sicakhk ve hatta transistorun betasi gibi degerlerin degi~mesine ragmen de ongerilim akimlan ve gerilimleri, devre tarafmdan belirlenen degerlere yakm kalrr. Matematiksel bir analiz
5.10. Bolurnde verilecekrir, ancak ~.5. ornekte gosterildigi gibi, kararhligm artmlrnasi icin bir
Vo
c,
~
ONGERiLiMLEME
karsrlastirrna yapilabilir.
100
~i
P
P
Sckil 5.5'deki devrede = 50 icin ve yeni bir =100 icin ongerilim degerini ve
aktmlanru karsilasuran bir tablo hazirlaym . .'.;,ekil 5. lO'daki devre icin ~ =l-00 ve
!
!l
)ci. ii _;_ 111 Omck S.3 ve 5.4'c ili~kin en>cWr-
yeni bir
P = 50 icin tablo
hazirlayin.
'
hr•rhhkdire~li 6ngerilim devresi
i_.·,_
·: (frtli!lt:
I
'8 =
j
Vee -
20 V - 0.7
VBE
RB+(f3+
I
l)RE
430ill+
V
_ J.2.,.1.Y_ = 36.35 µA
101(1 kQ) 531 ill
le = f3/n = 100(36.35 µA)= 3.635 mA
Iv CE=
V cc - lcRc - IERE
= 20 V - 3.635
=h
mA(2 k!l) - 3.635 mA( l ill)
{~rnek 5.l'de bulunan sonuelan kullanarak ~ =100 degeri icin tekrarlarsak asagtdak.i degerler elde edilir:
= 9. ! V
Sekil 5.lO'daki devreden yararlanarak: Vc:=10 V'luk bir gerilim elde etrnek icin gerckli kollektor direncini (Re) bulun.
Cfr1.ihn:
In=
Vee- VoE;
Ro+
(/3 + l)RE
/3
In (J-IA)
le (mA)
50
100
47.08
47.08
2.35
4.71
/3
18 vc lc'nin, 5.3. ornekte hesaplanan degerler ile aym kaldigina dikkat edin. Denklem (5 .11 )'i kullarursak,
50
100
Ve= Vee - leRe
10 = 20 - (3.635 x 10"3)Rc
20 - 10
- 2.75 kfl (2.7 kQ kullamhr)
3.635 x 10"3
B6!0m 5
P = 50 icin tekrarlarsak
a~ag1daki
lo (µA)
40.12
36.35
le (mA)
VcE(V)
2.01
3.635
13.97
9.095
BJT kollektor akirru, P,daki %100 azahsa karsrlik % SO'nin alnnda bir oranda
degi~mektedir. /11'nin yukseldigine dikkat edin, ki bu dale degerini korurnayn
yardimci olur; veya en azmdan P'daki degi~im nedeniyle lc'de orraya ~1kacak
ve bu da Re icin 9ozi.iliirse,
210
1.64
degerler elde edilir:
le= /3lB = 100(36.35 µA)= 3.635 mA
Re=
6.83
BJT kollektor akmu, 'daki % lOO'liik arusla % lOO'liik bir arus gosteriyor (//J'de
degisiklik yok).
Ornek 5.3'de buldugumuz sonuclan Jcullanarnk
20V - 0.7 V
= 36.35 µA
430 kQ + 101(1 kQ)
VeE (V)
DC Ongerlllmleme:
genel degi~imi azalnr.
BJrler
5.4
Emator Direm;II DC Ongerillm Devresi
'
211
Yaklasik
Analiz
Onceki de ongcrilim devrelerinde kollektorun ongcrilim akmu ve zerilirn de·
gerlcri transistorun alam kazancrna (/J) baghydr, Ancak beta degeri tlzellikle si- lisyum transistorlerde sicakliga kaf§l duyarhdrr; aynca, betamn anma degeri de iyi
tarumlanrrus olmadigmdan, bu vc baska nedenlerden dolayi (transistortin bir baska
transistorle degi§tirilmesi ve kararhhgi) transistorun beta degerinden bagtmstz bir de
ongerilim devresi tasarmu gcrekecektir, ~ekil 5Sdeki devre bu kosullan karsilamaktadir ve bu 1h·,k11k ~"" 1,,111111111:; bir iinf,·rilimll'me devresidir.
+Vee
ilk once baz-emetor giris dcvrcsini analiz edelim. Bazi goren direnc (Bkz, ~ekil
5.12) Rm direncinden cok daha biiyiikse, baz gerilimi; R81 ve Rs2 gerilim boliicii di-
rencler tarafmdan belirlenir.
Eger durum boyleyse, Rs1'den gccen akrmm neredeyse Liimii R82'ye gider ve bu iki
transistor seri bagh olarak kabul edilebilir. Direnclerin baglandig1 noktadaki gerilim
(ki bu, aynca transistorun baz gerilimidir), Rs, ve Ra2 gerilim bolucu devresi ve kaynak gerilimi tarafmdan belirlenir, Bu gerilim boliicti tarafmdan transistor bazinda
olusturulan gerilimi hesaplarsak.
Va=
!/1
Rs1
ac
giri~i
R112
+ Roi
Vee
~00~1
(5.13)
Vs
---I
Is
Rs2
-
(5.12)
elde ederiz; burada Vs; baz iletoprak arasmdaki gcrilimdir.
Ardmdan emeror gcrilimini hcsaplarsak,
lie
-!/2
Rs1
Emetor akuru
(5.14)
ile bulunur ve kollektor akirru
":"
ll(:1:1'<fn11 h . . -ij!111u1z
de On£erilim
(5.15)
devrcsi
olur.
Kollektor direnci tizerindeki gerilim du~iimii
olarak bulunur. Artik kollektor gerilimi (topraga gore olyiile~)
Ve= Vee· VRe = Vee -IcRc
(5.16)
ilc bulunur ve son olarak kollektor- emetor gerilirn,
Yaklaftk
baz gcrilimi, Vn'nin
krsmi ongcrilim dev-
(5.17)
hcsaplanma~ina iH~kin
rcsi
212
Boliim 5
DC Ongerllimleme: BJT'fer
5.5
Beta'dan Bag1ms1z DC Ongerilimleme Devresi
213
;
Uyguladiguruz
yonteme bir goz atacak olursamz (5.I2)'den (5.17)'ye
1til
..•
: .. :'.ii.
kadar clan
esitliklerde beta degerinin hiy kullarulmadiguu goreceksiniz. Baz gerilimi, R01 ve
Roz direncleri ile kaynak gerilim tarafmdan belirlemektedir. Emetor gerilimi, yakIasik olarak baz gerilimi ile ayru dilzeyde sabitlenmistir. Bu nedenle Re direnci,
ernetor ve kollektor akimlanru belirler. Son olarak, Re direnci, kollektor gerilirnini
ve bu nedenle kollektor-ernetor ongerilirn voltajirn belirler.
Baz gerilimi RIJ2 direnci ile, kollektor akirm R1: direnci ile ve kollektor-emetor gerilimi Re direnci ile ayarlamr,
Diger elemanlar uzerindeki degi§iklikler, de ongerilim ayan uzerinde pek fazla etki
yaratmaz, Kondansatorler, ac yilkseltme i§leminin parcasi olmakla beraber de ongerilimlemesi uzerinde etkileri yoktur ve buradaki analizde dikkate ahnrnayacaknr.
~ekil 5.ll'deki devre yukardaki gibi sadece, eger gerilim boliictisti transistoru goren
de empedansi ile yuklenmemisse analiz edilebilir; A§ag1daki anulizde anlanldig. gibi,
gerilim bolucunun Thevenin esdegeri kullamlarak daha tam bir analiz yapilabilir,
Rn1 ve R112 direnclerinin Thevenin C§deger direnei:
-- ·---------·--·
1
Rns=
!
Rn1R02
-1
(5.18)
-~?01_~_!?.E.d
Thevenin esdeger gerilimi ise:
I-
,· --- --- -------------·-1
-
Rno =
. -
R92
RB1+Ro2·
Vee
I
-~------·J
Artik analiz edilecek de devresi Sekil 5. l4'deki gibi yeniden cizilebilir.
5. I 4'den 18 degerini a~ag1daki formulle hesaphyabiliriz:
Sckil .'i. I :rcteki dcvrcnin ,k iin!!crilim volrniun (VCE) ve le akumru bulun.
Yee= +22V
IOµF
(5.19)
$ekil
(5.20)
Va
Vi~l-~-+--~-=-~...r
(J= 140
C1
·· ~·i 11 •. ! : Thevenin c1deti:ri kullaurlumk
de devre an.1li1.i.
Vo=
Rn2
Vee=
39 (22) = 2V
Roi + Roz
39 + 3.9
Du durumda kollektor akirm.
VE =Vo-Ver:=2-0.7=1.3V
fe=VE:fe=
RE
l.3V
1.5 kD.
=0.867mA
Ve= Vee - lcRe"" 22-(0.867 mA)(lO kD.)
= 13.33
V
VCE = Ve - VE= 13.33 - 1.3 = 12.03 V
214
Bo!Om 5
olur ve VCE degeri Denklem (5.9) yardimiyla bulunabilir.
Tam analiz a~ag1daki ornekte anlanlrrusnr,
DC Ongerlllmleme: BJT'ler
5.5
Beta'dan Bag1ms1z DC Ongerlllmfeme Devresl
215
(mNEK
5.7
mamasma baglidir. Orncgin %10 toleransh dircncler kullanihrken, miihendislik
bakis acismdan tam degerden % 10 sapmayla elde edilen sonuclar kabul edilebilir
Sekil 5.13'deki devrcnin de ongerilim voltajmi (VCE) ve le akrrrum bulun.
olacaknr. Bu baglamda yaklasik analiz
.
<,:iizii 111:
Vos=
Roi
Roi+ Roi
Ros==
Vee=
3.9kn
(22V)==2V
39 kQ + 3.9 ill
oldugu surece yeterli olacaknr,
R81 R82 == 39 kQ · 3.9 kQ = 3_55 kQ
Roi + Ro2 39 kQ + 3.9 kQ
Transistorun Doyumu
Sekil 5.7.'deki transistor doyum bolgesinde ongerilimlenmisse,
Vno - Viu:
==
2 V - 0.7 V
= 6_05 µA
Roo + ({3 + l)RE 3.55 ill+ 141 (1.5 kQ)
le= {3/n = 140(6.05 µA)== 0.85 mA ft;
Ver,== Vee - lc(Rc +Re)== 22 V -0.85 mA(IO kQ + 1.5 kQ)
le==
=
= 22 V - 9.8 V =
lecJ,,y =
12.2 V
(5.21)
Ve~
Re+ RE
olur.
Bu degerler Ornek 5.6'da hesaplanan degerlcrle karsilastmhrsa,
. ancak %2 kadar oldugu gorulur.
aradaki farkm
le "' !8 kullarularak hesaplanan le dcgcri feooy degerinden kiii,;iik oldugu siirccc,
(5.12 - 5.20) dcnklemlerdeki de ongerilimleme hesaplan gecerlidir: aksi takdirde
VC£, Denklem (5.21) kullarularakbesaplanan leooy akimmda kollektor akimmdaki
<)RNEK 5.8
~ekil 5.13'deki devrenin tam ongerilimleme analizini yaparak, f3 =140 ve
icin kollektor akmu ve kollektor-emetor gerilimlerini karsrlastinn.
transistorun VeEdoy degerinc esittir, yani VCE = VcEc1oy·
f3 = 70
5.6
GERiBESLEMELiDC ONGERiLiMLEME
Ongerilimleme kurarhhji 1111 arurrnak icin bir emeror direncinin kullamlmasmm ya-
Cozuin:
Ori1ek 5.7'de hesaplanan sonuclan kullanarak
f3
140
70
f3 = 70 icin
+ Vee
tekrarlarsak
lo (mA)
VcE (V)
0.85
12.2
12.46
0.83
Re
ac
.----JOW\r---t-ll-c--Ctt2---~1~1
t'{
~Ro
elde ederiz.
oc ___.,__
glri~i.
c,
Dcvrcnin kollcktor akirm vc kollcktor-emetor ongerilim voltajuu nc kadar iyi knrudugu goruluyor: f3 'daki % lOO'liik bir degi§imc karsihk, bu devrcdeki ongerilimleme degerleri ancak % 3'ten az bir degisrne gostermektedir.
Tam veya yaklasik analizin tcrcih edilmesi, R/nin R00'den ~ok biiyiik olup ol-
216
kollektor-emetor
uzcrindeki doyum gerilimi (VeEdoy) yakla§tk s1fir vc doyum akmn da
B.olOm 5
DC Ongerilimleme: BJT'ler
I
l
__ ,._
...,~--t :;:
+'
Vst' __
VcE
/
J
s._·kil ~.:, Gcrilim ecriheslcmcli DC en'gcrilit~l ck.vn:.'>i
..
5.6
Geribeslemeli DC Ongerilimleme
217
msrra, gerilim geribeslemesi de bu gorevi y_erine getinnektedir. ~ekil 5.15'de gerilirn
geribeslemeli bir de ongerilirn devresi gonilrnektedir. Bu boltimde bu devrenin de
akun ve geriliminin nasil hesaplanacagi gosterilecektir,
~ekil 5.17'deki
kollektor-emetor bolilmiiniin kismi devre semasmdan Kirchhoff
gerilim yasasi uygulamrsa
~ekil 5.16'da gerilim geribeslemeli devrenin baz-emetor cevre denklemi
rilmistir. Kirchhoff gerilim denklerninden,
veve /'c = I£ e§itligini kullamrsak, VCE: icin c;:ozebiliriz:
r--··--···-------·---, J
t
!
Va= Vee - lr:f.Rc + RE)
+
l
Re
RJJ
G_+
+
- fc
+
fc
--·---
Vee
+
Vee
+
Va
., ·! · 1:
: : r · llnz-cmcror d~ngUsUnU g6skn:n
...-d, ii ~ .1 ·~ Ko11ckt0r·cmcH.\r don£UsUnU gOstc~n kssml devre.
krsmi devre.
l'c akirru, le ve 18 akimlanrun toplarmdrr;
I
I '''.' '.:'.~;
Geribeslemesi
Kirchhoff gerilim eliitliginde yerine konursa
uygulanan Sekil 5.18'deki
.... -h····· __ , -· ···-··,
Vcc-VnE
Rn+ (/3 + l)(Rc + RE)
/ znyrflaulmasmr
~
l
(5.22)
;
.
218
diren. ci, kollektor ile baz arasmdaki_ dire~c;:.lerin toplanudir (ac ge-
f ribeslerne kolundaki kondansator ac geribesleme sinyalinin durdurulmasiru veya
······-··-·-··---
In=
devrenin de ongerilim aktrm, 1£ ve V cs
hesaplaym,
1 · Rn geribesleme
In baz akmu icin c;:ozulilrse
elde edilir.
(5.23)
-···
Bolum 5
I
\
-~
DC Ongerilimleme:
BJT'ler
5.6
lo=
saglar ve de ongerilim hesabi iizerinde etkisi yoktur).
Vee- VnE
Rn+
(/3 +
J)(Rc + RE)
Gerlbeslemell DC Ongerlllmleme
(10- 0.7) V
)(3 kn + 1.2
zso kn + (51
kn)
= 20.03 µA
219
Vci;-
= lOV
(:iizi'1m:
Re
3kn
lo=
ac~ila~1
(18 - 0.7) V
= 33_2
300 .kQ + (76)(2.4 kQ + 510 kQ)
Vee- Vgi::
Ro+ (/J l)(Rc + Re)
+
A
µ
le= /Jin= 75(33.2 µA)= 2.49 mA
Ve= Vee - lcRc = I 8 V - (2.49 mA)(2.4 kQ)::: 12.02 V
IOµF
acgiriti---flt----+------------l
c,
~.7 't;E$iTLi DC ONGERiLiM DEVRELERiNiN ANALiZi
6=50
-~1..·kil S. ls Cmck 5.9'a ili~kin gc.ribc~k!mcli brarlt tlcYre.
le""' (/J +!)lo""'
()RNEK 5.11
(51)(20.03 µA)= 1.02 mA
V CE= Vcc- 1Ff.Re +_ RE) "" IO V - (1.02 mA)(3 kQ
Daha onceki krsimlarda standart npn ongerilim devrelerinin analiz cdilmesine karsin,
pratik devre elemanlannda cok y~itli devre §emalarma rastlamr. Bu bolumde, daha
once ele alman standart bicimde tasarlanmayan bir dizi devre icin de ongerilim hesaplan verilecekrir. Ancak goreceginiz gibi kullanilan teknikler burada da gecerlidir,
$ekil 5.20'deki devrenin kollektor akmum Uc) ·,e gerilimini <VcE) hesaplaym,
+ 1.2 kQ)
= 10-4.28 =5.72 V
VEEz -12V
(>RNEK 5.10
Sckil 5. l 9'daki ongerilim .devresinin de kollektor akinu /c ve vc gerilirnin'
· 1· I1esapl ayin.
~
+Vee~ 18V
Re= 2.4 kn
R8 =300Jcn
R8
uoxn
Re=
1.Sltn
IOµF
:1,it1
C1
-
----i1t--------------l
IOµF
18
lei
Re
,100
1),
: ·
I'°"'
Ce
i ! .~. · ! '·1 EmctOrij dtrcn~li vc gerlbe.~\.en'\t! ik: karnrh h:,le gctir.tmi~ OC OOgcrilim de.vrc~1.
220
Boliim 5
DC Ongerilimleme: BJrler
<;ii:r,ii
111:
.)1:(if .". !fl Omek 5.1
gertum devreai.
re ili§kin nu.
Baz-Emetdr <;evre denklemi: -InRn - VBE - IERe + VE£= 0
5.7 Ce~IIII DC Ongerilim Devrelerinin Anallzi
221
ls=
Vg:E- VsE
Ro+ ({3 + 1)RE
=
Seki! 5.22'deki devre icin kollektor gerilimini <Ve) hesaplaym. (Yaklasik gerilirnbolucil metodunu kullanm)
. 12 V-0.7 V
= 74.78 µA
120 kQ + 61(0.510 Hl)
le= [3/o = 60(74.78 µA)= 4.79 mA
Kollektor-Emetor <;evre Denklemi: -VEE+ hRE +Vcs+ leRe = 0
Vee= VEE - lc(Re +RE)= 12 V - (4.49 mA)(l.5 kQ + 0.510 kQ)
Vo:
= 2.975 V
Ra,
VEE=
Roi + Ro2
VE=iVo+VoE=8.11
Ie = VEE - V£ Re
Sekil 5.2l'deki devrenin ongerilirnini (V,,) ve le akmuru bulun.
43kn
(10V)=8.11V
43 ill + 10 kn
V+0.7V=8.81
V
\0 V - 8.81 V = 0.595 mA = I e
2kD.
Ve= leRc = (0.595 mA)(6.2 kn)= 3.69 V
YEE :+JOV
YEe= +20V
Ce
R.e
Re
2..k_O
20µF
.2k0.
+1£
Ra2
C2
..-~~-n(~~~-Vo
JOkn
VE
JOµF
C1
v,~
P= so
Va
IOµF
-
-:/
C2
Ve
le+
i11
P• 180
Vee
Ia
Ra
240k0.
+\
{--Y
0
1:0µF
Re
6.2k0.
Onlcli. 5.1:?'yc ili~kin Ongcrilim ocvres!
, Omck 5.13°e ili1kin Oogeritim devresi,
Baz-ernetor 9evre denklernini yazarsak
Sekil 5.23'deki devrenin kollekior gerilimini (V c) ve le akirruru hesaplaym.
VEe ~ feRE - VoE - lsRo = 0
In=
VEE - Vee ...
20 V - 0.7 V = 48.01 µA
Ra+ (/3 + l)Re 240 ill+ 81(2 ill)
le= [3Ia = 80(48'.0l µA)= 3.84 mA
= le
Ve= VEE - iERe = 20 V - (3.84 mA)(2 k!l) = 12.32 V
222
BolOm 5 DC Ongerlllmleme: BJT'ler
I
'·
(,:iiziin1:
-loRo - Voe+ VEE= 0
In= Ve£- V11e = (9-0.7) V = 83 µA
Ro
100 k!l
':).7 ~e~ltll DC Ongerlllm Devrelerlnln Anallzl
223
(,'.iit.ii Ill:
Rao = (8.2 kQ)(2.2 kQ) = 1.735 kn
8.2 kD. + 2.2 ill
Vno =
2.2 k.Q
s.2 kn + 2.2 kn
(20 V)
8.2 kD.
(-20 V)
8.2 kn + 2.2 kn
-Von - loRoo • VoE - IERE +Vu=
f:t.·
= 32.67
0
20-11.54-0.7
lo= VEe-Vno-Vnc:Roe + ({3 + l)RE
r,' ,;,:&}
+
= 4.23 V - 15.77 Y = -J l.54 V
Re
1.21tn
.I
·
1.735 kQ + 131(1.8
µA
le= ({3+ l)lu= 131(32.67 µ A)= 4.58 mA
Ve= Vee - leRc = 20 V - (4.28 mA)(2.7 U1)
Va
kQ)
= 8.4 V
. Rs
IOOk.n
5.8
GRAFiK OLARAK
::;l'kil 5-.!.I 6m~k S.14'e ili~kin Onpcrilim dcvrc.o.i.
le= /3lo = 45(831, A)= 3.735 mA
Ve= -IeRe= - (3.735 mA)(l.2 k.Q)
= -4.48 V
emctor akmuru (/Ei ve kollektor gerilimini
16
Vee"' +20 V
... v
....
6
......
·•·.v. ~
4
2
~kil 5.24
Omck 5. IS'c ili~kin dcvrc.
Bolum 5 DC Ongerllimleme: BJT'ler
..
-
-
-
,,tr
.,...,_,
IP'
60µA
50µA
40µA
· 30 µA
'20µA
""
IOµA
18=0
w
0
80µA
~70µ.A
r
12 ....
.8
-20V
___......
>-
r:
14 >10
VEE"'
90µA
<Ve) he-
Re
2.1 kn
224
------
le (mA)
Seki! 5.24'dcki dcvrcnin
ANALIZi
Sckil 5.25'dc gosrerilcn tipik CE kollektor karakieristigi, transistorun yalruzca gencl
calismasim tammlamaktad1r. Gercek cahsma noktasuun.(stikunet cahsma noktasi vcya
Q-nuktas1 denir) clde edilrncsinde dcvrc k.ts1tlamalan da hesaba kanlmahdrr,
()RNl~K 5.15
sap)aym.
DC ONGERiLiM
De ongerilim alum ve gerilimleri i<;in yapug1m1z analiz, bir dizi transistor devresi icin
rnatematiksel olarak ger<;ekl~tirildi. Kullarulan faktorler.sadeceala.m kazanci (/3) ve ileri
yonde ongcrilimlcmede baz-ernetor · gerilim! (V0£) olmusru, Bu bolumde bir transistor
devresinin cahsrna noktasim grafik olarak bulmak icin kullamlan bir tck:nik anlatilacaknr. Aciklanan grafik yontern r,ah~ma noktasmm secilrnesine yardnnci olacakur
ve de ongerilirn devre tasanrm k:onulu 5:9: Boliim icin bir ternel olu~turacakur.
I
s
I
I
I
I
10
IS
20
25
5.8 · Graflk DC bngerilim
Anaiizi
225
Kollektor-ernetor ¥evre denklemi grafik olarak kollektor karakteristiginin
zilebilir. Daha once ele aldigmuz bircok devre is:in tipik olan Denklern
lanarak, denklemi kollektor akimi ic,iii c,ozinek tizere §iiyle yazabiliriz.
tizerine ci(5.9)'u kul-
Bu noktalar ~ekil 5.26'da sirasiyla (1) ve (2)$klinde i§llretlenmi§ olup, bunlan birlestiren
dogruya de yiik dogrusu denrnektedlr. Herne kadar transistorun kollektor karakteristigi ile
aym gerilim-akim eksen sistemi kulianilrru§ olsada, dc.ytlk dogrusunun, transistonln kendisiyle ilgili olmad1g1m vurgulamak i~iillmrakteristikler gosterilmenii§tir. Cizilen ytlk dog·
rusu yalmzca kaynak genii mi (Vcc), Rcve RE degerledne baghdir.
Yilk dogrusunun egimi yalruzca Re ve RE'nin degerine baglrdir, Sekil 5.27a'da,
(Re + RE)'nin $ekil·5.26'dan daha biiyiik: ve daha ktic,iik degerler! icin ytik dogrusu
egimleri gosterilmistir. $ekil 5.27b, yalruzca kaynak geriliminin degi~tirilmesinin,
yuk dogrusunu $ekil 5.26'ya gore paralel olarak kaydirdigiru ve (Re + RE) degeri
,:,bit kald1g1 icin egirnin aym kaldiguu gostermektedi-
Va== Vee - Ic(Rc + RE)
lele=
Vee
Va
Re+ RE
Re+ RE
. VCE+
Rc+RE
~
(5.24)
Vee
Rc+RE
<c>
y=
m
. x +
b
Denklem (5.24), cevre denkleminin a~agtda belirtilen egime sahip bir dogru denklemi oldugunu gosteriyor:
le
Ill=---.,_!_
Re+ RE
ve y-eksenini kestigi nokta ise
b
Vee
Re+ RE
He belirtilir, burada le ve VCE degisken olarak yer almaktadir, Denklem (5.24)'ti ternsil eden dogru, Sekil 5.26'daki grafik tizerine a§ag1da gosterildig! gibi dogrunun iki
uc, nokrasi bulunarak cizilebilir:
1. Denklem(5.24)'delc=Okonursa, VeE=Vcc
2. Denklem (5.24)'dc Ve, = 0 konursa, le =Yccl'Rc + RE) elde edilir.
Yc£(volt)
(a)
le (mA)
16
14
V.
12
(2) /'le= R ';R
10
.,/"
C
E
8
6
4
2
0
5
10
15
20
25
·,
226·.
Ya(voll)
(b)
De yLik dogru~n
Bolum 5 DC Ongerlllmleme: BJT'ler
(Re+ 11£) ve Vcc"nin
uzeriuc
e1ki!eri: (a) <liren~leki dej;i~menin ck
yiik dogru,u Uzerine ctkisi: (b) kaynak geriHminde1d degi~n.en;n de yllk
do~rusu Ozerinc edci~i.
dcgi~mc-sinin de yilk do~ni~u
Ycc(volt)
I
5.8 Grafik DC Ongerilim Analizi
227
Devrcnin ~ah§mas1, hem transistor karakteristigine hem de dcvre elemanlanna bagl1
oldugundan, her iki egriyi (transistor karakteristigini ve de yuk dogrusunu) bir grafigin
uzerine ~izmek devrenin Q-noktasmm .belirlenmesini saglar. Bu, ~ckil 5.28'de gos-
terilmistir, ~ekil 5.28'de gosterilen tipik de ongerilim noktasi, gerilirn araliguun (0 ile
Vee arasi) rnerkezi ile akim arahgmm (0 ile Vee /(Re+ Re) arasi] merkezine yakiudrr,
Gerilirn kaynag1 tarafmdan belirlcnen gerilim arabgma yakm bir ~00§ gerilimi sahrumma sahip bir biiyiik-sinyal yiikselteci, ortada bir ~l§ma noktasr gerektirecektir,
Yukseltec di§mdaki devrelerde farkli ongerilim noktalan gcrckcbilir. De yuk dogrusu,
devrenin kollektor-emetor kisrnmdaki tiim olasi gerilim ve akrm degerlerini rarurnlar,
~ekil 5.28'de, baz akimi ve de yiik dogrusu ile belirlencn tipik bir ongerilirn noktasi g()riiliiyor. Baz akimirun daha yiiksek degerlere yekilmesi, s:alt~ma noktasuu yiik dogrusu
boyunea doyum bolgesine dogru kaydmr. Buna karsm baz aknrurun dii§iiriilmesi ongerilim noktasim transistorun kesim bolgesinc kaydmr. ~ekil 5.28'deki karakteristik ve
yuk dogrusu icin, 60 µA'i asan baz akimlan rransistoru doyum bolgeslne siirecektir. Dikkat edilirse bclirtilen yiik dogrusu ve ~ali§ma noktasi icin, de baz on gerilim akrrmna ekIenen bir ac girisi, sirurlama (doyum) durumu ortaya ~1kmadan once yalruzca yaklasik
25 µA'lik bir pozitif sahmma (30'dan 55A'e yiikseltmek icin) sahip olabilir. Diger yandan, ac baz akimuun degi§irni kesim noktasma vanlmadan once 30 µA (30'dan O µA'e)
kadar negatife gidebilir; boylecc ~cl<ll 5.28'deki ongerilim noktasi merkezlenir. Birkac
volttan daha dU~Uk ~Lia~ gcrilim sahrumlanna.sahip -kiiyiik-sinyal yukseltcclerinde Qnoktasmm tarn olarak ortalanmasi yOk onernli degildir; genelde en buyuk transistor kazanci veya vn dnfn,,:r! cahsmanm ger~kle~tigi bolge hedeflenir.
le (mA)
90µ.A
2
+20V
1.2 kn
5l0k0 ·
szo n
S;.:til ~._2t.i Omck 5.J6'y.i ili~kin
Ongctlfon dcvcesl.
l_:iir(im:
20V
1.2 kQ + 0.62 kQ
= 11
mA
noktasmdan, VCE ekseni uzerindeki
Vee=20V
_r------:o:.~--------30µ.A
noktasma diiz bir c;izgi c;izilerek elde edilir.
.,,.--·~----__:~-------20µ.A
~y---------~~-----
Baz akinu (5.8). denkleminden hesaplarursa;
lOµA
ls=
Vc.-(volt)
VcEq
Vee
.'j\·L1 i .'. -~:,.; SUkuner ~all~ma nok1a~1 (Q-nok1as1)'111 cldc cunck ~in tr.mxish•11111 !.,,lh:kllir knrakteristiklen ve de yilk dogrusununkullan1hna,1.
228
yararlanarak ~ekil 5.29'daki
dcvrcnin Q-noktasm1 bulun.
Vee
Re +RE
--------------60µ.A
4
~ckil 5.25'deki transistor kollektor karaktcristigindcn
Bu de yiik dogrusu, le ekseni uzerindeki
.-------------~70µ.A
6
<,
Sekil 5.25'deki kollektor karakteristiginin iizerine bir de yiik dogrusu 9izilmelidir.
------------ 80µ.A
Vee
Rc+RB-10
()RNEK 5.1
Boliim 5
DC Ongerllimleme: BJT'ler
=
Vee- VBF.
Rn+ (/3 + l)Re
(20 - 0.7) V
510 kQ + 201(0.62 kQ)
5.8 Grafik DC Ongerilim Analizi
= 30.4 µA
229
~<!kil (30'da, devrenin de yuk dogmsu ve transistor kollektor karakteristigi, de
yiik dogrusu ile lo== 30A'lik baz aksrrumn kesisme noktasinda i§areUenen Q- noktasi ile birliktc verilmistir.
Gortildugil gibi transistor,
Yet:= 10 V ve le= 5.5 mA
nokrasmda ongerilimlenmistir,
le (mA)
- -·-
16
14
90µA
------
_80µA
1·'1;H:,ti;r (;eri Besleme
l),·,vrclc,rinin Tasanmi
12
20Y
{ 1.2 kn + 0.62 kn)= 11 mA10
8
5.5 mA
6
bclli bir yukseltec kau ile ilgili devrc faktorleri de bir tasarrmm Q-noktasmm belirlenmesindc kullarulabilecek akrm sahmrru, gerilim sahrumt, ortak kaynak gerilimi, vs. gibi bazi kosullar gerektircbilir.
Sentez (veya tasanrn) teknikJeri daha once ele aJman devre analizi tarusmamizdan
kolayca cikanlabilir. Hemen her durumda devre elernanlannm hesaplan analiz yontemindekine gore ters hir sira izler. Bu ktsimda ele almacak sorun temelde §ll sekilde
ozetlenebilir: Bir transistor icin belirli bir <;ah~ma noktasini saglayacak ongerilimleme devresini (direncler ve kaynak gerilimi degerleri) tasarlaym,
Pratikte, istenilen cahsma noktasirun secimine katkida bulunacak ve goz onunde
bulundurulmasi gereken baska faktorler de vardir, Ancak §U an icin belli bir <;ah~ma
noktasuu elde etmek icin elemanlann degerlerinin belirlenmesi uzerine yogunla~acag1z. Bir dizi ongerilim devresinin temel denklemlerini ve isleyislerini daha
once inceledigimiz iyin gelistirmemiz gereken yeni bir teori yolctur.
J.
-
•
-
-
Ongerilim
ilk once emetor-direncli ongerilirn kararhligma (~ekil 5.31) sahip bir yukseltec
devresinin temel de ongerilirn elemanlanrun tasanmuu ele alacagiz, Kaynak geriJimi
ve calisma noktasi, yukseltecte kullamlan transistor icin ilretici tarafmdan sunulan
bilgilere dayanaruk sccilccckrir.
,,,.---···---,,
••
Direncli
--
Vce=20V
4
2 .......--<,
r---··-·~-·
·.; ;. ii ·
5.9
·11
-
C1
la
ac
--fi-----+-----1
g~i
IOµF
Va
Omd: S.16'yn ili}kin $~kit S.29'daki tlcv~nin ~r.alik anafrzi.
DC ONGERiLiM DEVRELEAitlii'i TASARIMI
Buraya kadar, belli bir transistor devresinde de yah~rna noktasiru belirlemek icin
kullarulan ye~itli analiz teknikleri ilzcrinc durrnustuk. Her ne kadar belli bir devrenin Q-noktasm1 belirlemek sik stk gerekli olsa da, bir devreyi istenen veya ·belirlenen bir ongerilim noktasmda 9al~tuacak bir devre tasarlarnak da onern ta~1maktad1r. Genelde iireticinin ozellik sayfasi belirli bir transistor icin uygun bir
9ah~ma noktasmi (veya bolgesini) beli~en bilgiler saglarnaktadrr. Buna ck olurak,
230
Boliim 5
Ve£-= IOY
2N4401
W" 150)
DC Ongerilimleme: BJT'ler
-. t. d , 1 1 Tasnnm :una~lan i~in
cntet6r·diren~li knr.srh OngeriJim
devrcsl.
Kollektor ve emctor direncinin secimi dogrudan dogruya az once verilen bilgilerc
5.9
DC Ongerlllm Devrelerfnln Tasanm,
231
dayah olarak yapilamaz. Kollektor-emetor cevresi ctrafmdaki gcrilimlcrle ilgili
Denklem 5.9'da iki bilinmeyen vardir; kollektor ve cmetor (sirasiyla Re ve R1J direnclerinin degerleri. Problemin 9oziimiinii kolaylasurmak (ve anlarnh krlmak) icin
biraz muhendislik rnanugi kullamlabilir: ornegin emetor geriliminin makul bir yaklasik dcgeri bulunabilirse problem basitlesir,
Hatulayacagm1z gibi ernetor ile toprak arasina bir direnc yerlestirmenin amaci,
bir de ongerilim kararhhgl saglamakn; boylece transistordekl kacak akimlar nedeniyle kollekror akuninda ve transistonin /3 degerinde meydana gelen degi§imler,
9alJ§ma noktasmda buyuk bir kayma yaratmayacaku.
Emetor direnci biiyiik tutularnaz, 9iinkii uzcrinde dusen gerilim, kollektor-ernctor
arusindaki gcrilimin sahrurn araliguu snurlarnaktadir. 5.4. Boliirndcki ornekler cmetor ile toprak arasindaki R8 uzerindeki gerilimin, tipik olarak kaynak geriliminin
<Vee) bestc biri ila onda biri arasmda degi§tigini gostermektcdl-, Emetor gerilimini
bu §Ckildc sccmek, crnctor dircnci. Rt'yi ve ardmdan kollektor dircnci Re'yi hesaplamanuzi rnumkun kilar. Bu hesaplamalan. yaparsak
VEQ=_l...Vce=20V
=2V
10
·
10
Re= VEQ
IEQ
= VEQ =_ll_=
lcQ
{J
elde ~deriz.
EQ
== _L Vcc=_l...(20 V)
JO
10
= 2V
Bu durumda emetor direnci
RE= Vi,= .1.Y_ = 400Q
lea 5 mA
olarak bulunur. Kollektor direnci,
Re=
Vee· Vc£q - Vt:q _ (20 - JO - 2) V = JLY_ = 1.6 kQ
I
SmA
5mA
CQ
Baz akirru ise,
18 = ~ = 5 mA
a f3
90
= 55.56
µA
olarak hesaplamr.
Ro=
Vcc-Voi;-V£0_(20-0.7-2)'V
loo
55.56 µA
_ 17.3V
55.56 µA
= 311 kn (Ro = 300 kfl kullamhr)
Akim Kazanci Kararh (Beta'dan Baqrmsrz) .Devre Tasanrm
degi§melere
~ekil 5.32'deki devre, hem kacak akirnlar hem de akrm k. aza nclanndaki
. . .
tat
kar t kararhhk saglamaktadtr. Verilen dort direncin degerinin belirli b~ s:_al~§man_~k ;_
.. · §
.
. erekir, Daha onceki devre tasannu yaklasnrundaki gibi e1~etor _g.
1i,;m belirlenmesi g
. .
kull rulm tum direnc degcrlenmn
riliminin (VE) secilrnesinde miihendislik mantigmm
a
asi
kilde di .
•
v
d bi1~yo J sunrnaktadir Tasanm adimlan §U §C
e r.
bulunmasi icin basit vc dogru. ~n .
· d bi · kadar olacak sekilde secilir,
Emetor gerilirni, kaynak gcnhmmm (Ved yaklasik on a in
.
l kn
2 mA
Re= Vcc-Vc£Q'-V£Q_(20- I0-2)V
IeQ
2mA
lnQ = lcQ = 2
V·
c::4kn
v
mA = 13.33 µA
150
Ro= Vcc-VoE-VEQ=(20-0.7-2)V
loa
13.33 µA
v£Q-= _L
Vee= _l...(20
10
IO
= L3Mn
V) =2 V
Vee= 20V
<H{NEK 5.17
Emctor-diren~ kararhhgina sahip transistorlu bir yukseltec devresinin (Seki! 5.31)
Re, Ne ve R0 direnc dcgerlerini bulun. Bir npn 2N440 I lransistoriiniin ak1111 kazanci, 5 mA'lik bir kollekror akimmda tipik olarak 90'd1r. Kaynak gerilimini 20 V
olarak aim.
Kaynak gerilimi ve transistor hakkmdaki bilgilerden lcQ == 5mA vc Vc£Q
I O'V'luk bir cahsrna noktasi bulunur.
232
BolOm 5
DC Ongerilimleme:
BJT'ler
,Sd;.il 5.)2 Tasanm ama~h1n_ ~in
akim·kau.~-kai~rhhk devrt!;I.
5_9
DC ongerllim Devrelerinln Tasanmi
233
Bu VE degerini kullanarnk emetor-direnci degerini
RE=VEQ
lea
VCQ = fu_ = 16 V = 8 V
2
=~=200Q
VeEo = VcQ - VEo = 8 V - 1.6 V
10 mA
= 6.4 V
Sirndi Rc'yi bulun
olarak buluruz. Kollektor direnci
Rc
2
V cc - V CEq - V Eq _ (20 - 8 - 2) V = I kn
lea
Re= Vee - VeEq - VEq = (16 - 6.4 - 1.6) V = 8 kn (8.2 kn kullamlir)
lea
l mA
10 mA
Baz gerilimi yaklasik olarak emetor gerilimine esittir veya daha kesin bir ifacleyle
VnQ'yu hesaplayin:
Vs= VE+ VsE= 2 V + 0.7 V = 2.7 V
= 2.3 V
V8Q= Vt:Q+ VsE= l.6V + 0.7 V
Rn I ve Ro2 baz direnclerinin hesaplanmasmda kullamlacak e§itligi biraz incelemek ge-
Son olarak R81 ve R82'yi hesaplaym:
rekecek. Yukarda baz gerilimi icin hesaplanan degerlerden ve kaynak geriliminin degerinden yararlanarak bir esitlik elde edilir; ancak iki bilinmeyen vardir, R1J1 ve RB2,
Ikinci bir esirlik bu iki direncin baz gerilimini.saglamadaki i§levinin anlasilmasryla elde
edilebilir. Devrenin gerektigi gibi cahsmasi i9in ikidirencten gecen akim yaklasik olarak
esit dolayisiyla <la baz aknmndan yaklasik: 10 kat daha biiyi.ik olmahdir. Rm ve R02 direnclerinin hesaplanmasiru saglayacak-iki esitlik 8§ag1da verilmistir:
Vs=
Rs2
s ~f3Re) = 150(1
JO
:6 ill) = 24 kil
JO
ve
Rm
(Vee)
Rn1 + Rn2
Rn2
Vee =VnQ = 2.3 V
Re: + R02
oldugundan
Rn2 -5, J_ ({JRE)
R81 = 143 kQ
JO
(150 kO)
Bu denklemler 9oziiliirse
Rn, = 10.25 kQ (10 kQ kullamhr) ve Rn2
bulunur.
= 1.6 kQ
!;. ! O
Sekil 5.32'deki gibi bir yukseltec devresi icin bir de ongerilim devresi tasarlayin.
Bu ornek icin, iiretici bilgi sayfasimn verdigi bilgilere gore translstorun, lmA'lik
tipik bir kollektor akmunda akim kazanci 150'dir ve devrenin kaynak gerilimi 16
V'dur. VCQ = Vccf2 olacak sekilde tasanm yapm.
('.i>zii m:
Vi;;Q =
J_ Wee)=
10
J_ (16V) = 1.6 V secin ve Ri;;'yi hesaplaym:
IO
RE=VF.Q = 1.6 v
Ie0
1 mA
234
KAFlAnLI
HALE GETifl!LMES!
(STADiLi7j\:;YO!,!)
Sabit-ongerilimli devre, yukseltec olarak uygun bir kazanc saglamasina karsin, ongerilim kararhhgiru korumada zorluk ceker, Her yiikseltec devresinde kollektor akirru
le a~ag1daki ii9 temel nedenden dolayi sicakhk degi~imine bagl; olarak degi~ecektir.
1. Ters yonde alarm (kacak akimi) I co, sicakhktaki her 10°C'lik arusla ikiye katlamr.
2. Baz-emetor gerilimi V8E, °C basina 2,5 mV azahr,
3. Transistortin akim kazanci, sicakhkla artar,
Yukardaki faktorlerden herhangi birisi veya ti.imii sicakhktaki degi~imden dolayi on-
gerilim noktasmm belirlenen degerinden kaymasma yol acabilir. Tablo 5.1 'de silisyum transistorleri icin tipik parametre degerleri verilmistir.
= 1.6 kQ
BolOm 5
()NCEni~iMil-.J
DC Ongerltlmleme:
BJT'ler
5.10
Ongerllfmln Kararh
Hale Getlrllmesl (Stablllzasyon)
235
.
::
•.
TAB LO 5.1 Tipik bir Silisyum
--··--···----·-----
Transisti:ire
lea
(OC)
(nA)
-65
25
100
175
0.2 x 10-3
0.1
20
3.3 x 103
···-·--------------- --
'
-'~:.
/3
20
50
80
120
___________
Voe
(V)
.,
0.85
0.65
0.48
0.3
__________
Kararlrhk Faktoru, S
Kararlihk Faktorii, (S), ongerilim kararhhgrru etkileyen her parametre icin bir kararlthk faktorii (S) tarumlanabilir. Bunlar soyledir:
ilk once, kayak akrmmm ve akim kazancmdaki degi§menin baslangicta devre tarafindan belirlenen de ongerilim noktasi iizerindeki etkisini gostereccgiz, Transistor
kolektor karakteristigini oda srcakhgmda (25°C) ve l00°C'de gosteren $ekil 5.33a
ve 5.33b'yi ele alahm. Dikkat edilirse, kayak akmundaki oncmli bir arus, yalmzca
egriterin yUkselmesine yo! aym1yor, aynca egriler arasrndaki daha biiyiik araliklann
da gosterdigi gibi, yuksek sicakhkta.beta degeri de artar.
Cahsma noktasi, kollektor karakteristiginin grafigi uzerine dcvrcnin de yiik dozrusu
yizilerek ve yiik dogrusuyla giris devresinin olusturdugu de baz akrmmm kesi§tigi
noktaya bakilarak belirlenebilir, ~ekil 5.33a'da rastgele secilmis bir nokta ornekleme
amaciyla isaretlenmistir. Sabit ongerilirn devresi, yaklasik degeri sicakliktan veya
kayak akmundaki ya da betadaki ct,egi§melerden etkilenmeyen kaynak gerilimine ve
baz direncine bagh olan bir baz akirm saglad1g1 icin, ~ekil 5.33b'dcki grafiktc de gosI cri Id i fri .!!ihi. vuk sck srcnklrklard» da .rvnt h:,,- ;1k11111 miktan v.nolacaknr. ;,ekildc
le (mA)
80µA
4
3
nnnh matematiksel analiz sonuclan kullamlacakur,
S Uco}
2
lk========~----
40 µA
30 µA'
1-~-----+--....;;.-.::---~20µA
1-----~-+-----.::-~IOµA
1..----,----,+--,:---.,,0
10
I
60 µA
15
Ia
20
2
S(Jco) = (/3 + 1 )(1 + Rn/Re)
(/3 + 1) + (Ro/Re)
R8!RF. »
~------_;....---18 = 0
0
5
(a)
10
IS
20
Vci(voll)
(b)
'..l; I , , : S1cokli,1;1ki <k~iime n«lcniylcde onierilin, noktos, (Q-nokca.. )'n:bki kayma: 1'1) 25°C: (bl 1ocrc
236
~ckil 5.34a'da temel bir transistor devresi ve fco'nun etkilerini gorulmektedir. ~eki!
S.34b sadece fco'daki degi~imlere dayah ( ve Voe sabit varsayilrrusur)kararhhk analizleri
sonuclanru gostermektedir, ~ekil 5.34b'ye bakihrsa, kararhhk faktoninun ideal durum (en
iyi kosul) olan S = l ile maksimum deger olan S = /3 +I arasmda degi§tigini goruruz, ki bu
son durum sabit-ongerilim devresinde veya RiJRe oraru f3 + I 'den daha biiyilk oldugunda
gorilliir. Ozunde kararhlik faktoru, Rinin biiyilk degerleri iyin daha kiiyiikliir, dolayrsiyla
bir ernetor direncinin eklenmesi ongerilim kararhhgiru aruracaktrr. (Syi kii9iiltecektir).
BtilOm 5
DC Ongerilimleme: BJT'ler
(5.25)
(P + 1) oldugu durumlarda E§itlik (5.25), (/3 + l)'e yakla§maktad1r:
S(/co)-?
=0
Vcc{volt)
6./3
parametrelerinden her birisinin../c uzerindeki etkilerinikiyaslamak amactyla, eleman
vc devre bilesenlerinin ongerilim kararhhgiru nasil. etkiledigini .incelemek icin ay-
J
::....--------
.
Kararhlik faktoru, sicaklik nedeniyle·her bir parametrede meydana gclcn degi§iklik
ncdcniyle kollektor akirrunda gorulen.degismesinin niceliksel olcusudur. Transistor
,:,
7
S(/3) = Mc
S(/co)= Mc
Meo
le (mA) ·
---------
gosterildigi gibi bu, de ongerilim noktasmm daha yiiksek bir kollcktor akrmina kay-
masma ve daha dii§iik bir Uy noktada kollektor-ernetor gerilimli.cahsma noktasma yol
acacaknr, Uy noktada transistor doyum bolgesine kayabilir. Her durumda yeni cahsma
noktasi yeterli olmayabilir ve ongerilim noktasirun. kaymasmdan dclayi onemli bir
bozulma olusabilir. Daha iyi bir ongerilirn devresi, baslangictaki ongerilimlemeyi
kararh hale getiren veya koruyan vc boylece yiikseltecin, srcakhg: degi§en bir ortamda kullarulmasiru miimkiin kilan bir devredir.
--~------·--···
----···--·
T
I
ili~kin Parametreler
({3+ l)(Ro!Re) =(/3+ l)
(Ro/Re)
(/3 + I)+
Rs/Re »(/3+
I)
Ashnda Rr, = 0 (sabit 6ngerilimle yah§ma) i1rin
S(lco) = (/3 + 1)
kararhhk faktoriinUn en biiyiik degcrini saglamaktad1r.
5.10
Ongerilimin Kararh Hale Getlrilmesi (Stabilizasyon)
237
TAB LO 5.1 Tipik bir Silisyum
Transisti:ire
.: i
ili~kin Pararnetreler
gosterildigi gibi bu, de ongerilim noktasuun daha yiiksek bir kollektor akrrruna kaymasina ve daha dti§tik bir Uy noktada kollektor-emetor gerilirnli cahsrna noktasma yol
acacakur, Uc; noktada transistor doyum bolgesine kayabilir. Her durumda yeni cahsma
noktasi yeterli olmayabilir ve ongerilim.noktasuun kaymasmdan dolayi onernli bir
bozulma olusabilir, Daha iyi bir i:ingerilim devresi, baslangicraki ongerilimlemeyi
kararlr hale getiren veya koruyan ve boylece yiikseltecin, s1cakl1g1 degi~en bir ortamda kullarulmasiru miimkiin kilan bir devredir.
------··-----------lee
Ve£
/3
T
(OC)
(nA)
(V)
-65
0.2 x 10-3
20
25
100
175
0.1
20
3.3 x 103
50
0.85
0.65
0.48
0.3
80
120
Kararlihk Faktoru, S
----------·-··-·---------
ilk once, kacak akirrumn ve akrm kazancindaki degi§menin baslangicra devre tarafmdan belirlenen de ongerilirn noktasi iizerindeki etkisini gosterecegiz. Transistor
kolektor karakteristigini oda sicakhgmda (25°C) ve J00°C'de gosteren ~ekil 5.33a
ve 5.33b'yi ele alalim. Dikkat edilirse, kacak akirnmdaki onernli bir ams, yalmzca
egrilerin yiikselmesine yol acnnyor, aync~ etriler arasindaki daha biiyi.ik araliklann
da gosterdigi gibi, yiiksek srcaklikta beta degeri de artar.
. ~ah§ma noktasi, kollektor karakteristigi.nin grafigi iizerine devrenin de yi.ik dogrusu
cizilerek ve yi.ik dogrusuyla giri~ devresinin olusturdugu de baz akirmnm kesi§tigi
noktaya bakilarak belirlenebilir. ;iekil 5.33a'd<1 rastgele secilmis bir nokta ornekleme
amacryla isaretlenmistir. Sabir ongerilirn devresi, yaklasik degeri stcakhkran veya
kacak akimmdaki ya da betadaki degi§!l\elerden etkilenmeyen kaynak gerilirnine ve
b~ d'.r_:nc!n~ bagh olan bir baz akrrru sagladigi icin, ,5ekil 5.33b'deki grafikte de gos-
Kararhlik Faktoru, (S), ongerilim kararlihgnu etkileyen her parametre icin bir kararhhk faktoru (S) tammlanabilir. Bunlar §ciyledir:
S(/co)= Mc
t:.!co
S(V se) = Mc
!:!Ne£
S(/3)
.
=~le
6/3
Kararlihk faktoni, sicaklrk nedeniyle her bir parametrede meydana gelen degi§iklik
nedeniyle kollektor akimmda gorulen degi§mesinin niceliksel olcusudur. Transistor
parametrelerinden her birisinin le iizerindeki etkilerini kiyaslamak amactyla, elernan
ve devre bilesenlerinin ongerilim kararhhgimnasrl etkiledigini incelernek icin aynnuh matematiksel analiz sonuclan k.-ullan1lac~t1~.
S (/co)
ten Jd1!!1 ~101. ,·iik~t'k srcakhklnrd» da :,vni h:1;, ak,1111 miktan vaiolacaknr. ;;ekildc
le (mA)
~ekil 5.34a'da temel bir transistor devresi ve lco'nun etkilerini gorulmektedir, Sekil
S.34b sadece lco'daki degi§imlere dayali ( ve VB£ sabit varsayrlrrustir) kararliltk analizleri
sonuclanru gostermektedir.
5.34b'ye bakilirsa, kararhhk faktorunun ideal durum (en
iyi kosul) olan S 1 ile maksimum deger olan S f3 + I arasmda degi§tigini goruruz, ki bu
son durum sabit-ongerilim devresinde veya RJRE oraru /3 + l'den daha biiyiik oldugunda
gorulur. Oziinde kararhhk faktoru, R £'nin biiyiik degerleri icin daha kiic;uktiir, dolayisiyla
bir ernetor direncinin eklenmesi ongerilim kararlihguu aruracakur,(Syi kuciiltecektir),
le (mA)
80µA
7
=
70µA
60µA
<,
40µA
0
R8!RE »
30µA
·,
I
5
10
IS
20µA
IOµA
18 =o
20
Vcc(volt}
(P + I) oldugu durumJarda
S(/co)~
0
5
(a)
10
15
20
Vcc(volt)
Solum 5
DC Ongerilimleme: BJT!er
(/3 + 1)(1
+ Ro!R£)
(/3 + 1) + (RslRE)
E§itli.k (5.25), (/3 +l)'e yakla~maktadir:
(/J+l)(Rn!Rt) =(/3+1)
(/J + I)+
(5.25)
(RoiRE)
RslR£»(/3+1)
Ashnda Rt= 0 (sabit ongerilimle c;ah§ma) i9in
S(lco)
(b)
,:kil , .1: Sicakli~t:,}(i deb\i;me ncdeniyledc6ngerilim nok1m (Q·noktas,)"n:laki kuyma: (a) 25•c: (b) JOO"C
236
=
S(/co) =
SOµA
3
2
;;ekil
= (/3 + I)
kararhhk faktortiniin en biiyiik degerini sag!amaktad1r.
5.10
Ongerilimln Kararll Hale Getirilmesi (Stabilizasyon)
237
R8!RE'nin l ile
(/3+ 1) arasmdaki
()R\'El...: 5.19
degerleri icin
((J+ l)
(RnlRE)
(/3+ I)+ (RBIRE)
S(lco) ~
= Rs/RE
Tablo 5.1 'de gorulen parametrelere sahip transistor kullarulan bir devrede (a) sabir
ongerilim (RsfRE ~00), (b) RsfRE = II ve (c) R8fRE = O.Ql icin i5°C'den
J 00°C'ye bir yukselise bagh olarak lc'de meydana gelen degi~itni hesaplaym.
Son olarak, R81Re'nin l'den kii~iik degerleri icin (R8 >RE'dir, ancak, kotu bir
devre ongerilirnlernesi saglar)
C,:ii~_i\111:
S(lco) ~ ({J+ l)(l) - I
({J + I)
25°C'den 100°C'ye lco'daki degisrne %ag1daki gibidir:
en iyi kararhhgt, ancak en kotti devre ongerilimiyle sonuclamr,
Meo= (20 - 0.1) nA
Ancak modem transistorlerde Ico degeri o kadar kti9tiktiir ki (bkz. Tablo 5.1), S
(lco)'nun bUytik degerlerinde bile bir devredeki ongerilim noktasmm degi§mesi, asag1daki ornekte de 6oriilecegi gibi, pek onernli olmayacaknr.
(a) Sabit-ongerilirnde, S =./3 +l = 51. Kararhligm tarurruru kullarursak
Mc= S(Mco)
ic+ +slco
Re
Rs
--
(b) Ra/RE-:: 11 icin, S = 51(1 + 11)/(51 + 11)
+ Slco RERs+Rs
IE+
RE
(c) Ra/RE= 0.01 icin, S = 51(1.01)/(51 + 0.1)
":.-
Herne kadar lc'deki degisme ideal kararlihga sahip (S = 1) bir devre ile maksimum
kararhhk faktorune sahip (o~ncgimizde S = 51) bir devrede oldukca farkh olsa da,
bu degi§me onernli degildir. Ornegin, 2 mA'a ayarlanan bir ongerilim akirmnda
/c'de meydana gelen degi~-me 2 mA'den en koti.i durumda 2.001 mA'e kadar olacaktir. (yalruzca % 0.05); bu da ihmal edilebilecek kadar kii9iiktiir. Bazi gii9 transistorlerinde daha biiytik kacak akimlar gorUliir; fakat yukseltec devrelerinin 90gunda sicakliga bagh olarak Ica'da meydarra gelen degi§menin etkisi cok azdir,
Kararlw.Jcfalc10n1
/3+l ------·--·-· -~s,.s(1<
/
2
1 ·
Ra>
B+l,~in)
RE
(1<
Re
.,/
<
R8
Re
R.B+li~1a)
13+ I
s •.1(R8<
''7
!
Vae'deki degi§meye bagh dayanarak kararhhk faktoru analizi
1i,;;a)
S(Vnr,) =
Mc -
l'i.Vnli
RE
(b)
= ..:.L,
. :. i! °' .. : .! . tco'nun·on£-.:rilim nokt.1.,1 Ozcrine etkisi.
238
=l
Afc = 1(2.0 nA) = 20 nA
(a)
~S;;;~
= 10
Afc = 10 Meo= 10(20 nA)= 0.2 µA
S(I,.),
/
= 51 (20 nA) = 1 µA
elde ederiz.
RE
SlcoRS +R
· E
fF-r
= 20 nA
BolOm 5
R"
DC 6ngerilimleme: BJT'ler
5.10
-P
Ro+RF.({3+
icin
(5.26)
I)
(/3 + I) >> Rn ve f3 >>
R,;
Ongerllimin Kararh Hale Getirllmesl (Stabilizasyon)
I
239
Kucuk S degerleri daha iyi kararhligtn gostergesi oldugundan, RE'nin degeri ne
kadar biiyiik olursa, VaE'de sicakhga bagh degisrneler nedeniyle devre kararlihgr da
o kadar i yi olur.
I
I.
ORNH.:5.21
I
Tablo 5, I'deki parametrelere sahip bir transistoriin, oda stcakhgmdan 100°C'ye
yukseldiginde kollektor aknmnda meydana gelen degi§meyi bulun. Devrede R8!
RE= 20_ ve lc'mn oda sicaklrgmda z·mA oldugunu varsayin.
()RNEK5.20
Cozuru:
Tablo 5.1 'deki parametrelere sahip bir transistorun RE= 1 kn (ve + l»RnfRE) icin,
25 ile 100°C arasmda le dcgerinde rneydana gelen degi~meyi bulun.
tc •.!{:l;j
(,':01.lim:
= -l!Rt: = -1/1
le= S dVaE
Hl = -10"_3 ve VBE = (0.65. 0.48)
Rt:
=
= 2 mA
= -10-3 (0.17 V) = -170 JI A
Vet:'nin stcakhkla degi§me;inin yaratacagi ~tld, diyotla telafi yoluna gidilerek
biraz hafifletilebilir. Bu dururnda bir diyot uzerindeki gerilim degi§imi, /c'nin ongerilim degerini koruyacak §ekilde V8/deki degi§rneyi-dengeler. Gerektijiinde transistor ve termistor dengeleme (kompanzasyon) teknikleri de kullarulrnaktadir.
5.11
Re) ({3(_T2)//J(_T1)]- l
RE
{3{_T2)
(5.27)
sonucunu verir.
{3{_Tt) = T1 sicakhgmdaki beta
{3(_T2) = T2 stcakhgmdaki beta
240
= T1 sicakhgmdaki
+ 20) (gO/!~ - 1] = 0.315 mA = 315 µA
Ongerilim kararhhgiru etkileyen pararnetrelerin. orneklendigi ui; ornek karsilasunhrsa parametreler arasmda en biiyi.ik etkiyi fJ dak1 degi§menin yaratng, gorulur .
Parametrelerdek:i bu degi§melerin yalruzca sicakhga bagh olmasi gerekmiyor. lco'nun
dcgeri oda sicakhginda transistorler arasinda klyaslama yapildigmda ihrnal edilebilecek duzeydeyken, V8Egibi [Jnm degeri de ayru iiretim tipindeki transistorler arasinda bile 6nemli 61<;:iide farklilik gostermektedir, Ornegin aym numarali transistorlerden biri icin /3 == 150 digeri icin f3 = 300 olabilir. Buna ek olarak belirli
transistorler icin degeri ongerilim akirmrun farkh degeri icin farkh olacakur, Turn bu
nedenlerden dolayr ongcrilim-kararhhgi iyi olan bir devrenin tasanrru genelde en cok
transistor betasmm degi§me etkilerini kararhlasurma uzerinde yogunla~maktadtr.
····f •
Sicakhkla beraber degi~iminin devrenin ongerilim kararhhgi uzerindeki etkisinin
analizi,
1+
I]
Oda stcakhginda 2 mA olan kollektor akmu 100°C'de 2.315 mA olur; bu da
% l 6'hk bir degi§me demektir.
s ({J)
(
[{3(_T2)//J(_T1)]{3(_T2)
olarak bulunur.
elde ederiz. Goriildtigii gibi bu, Ico'daki degi§imden kaynakalanan akirn degi§mesine gore oldukca biiyiik bir akim degi§mesidir. Orne gin 2 mA'lik tipik bir
kollektor akirru kullarursak kollektor akmurun, 25°C'de 2 mA'den I00°C'de 1.830 mA'e indigini gortiruz; bu da % 8.5'1ukbirdegi~me demektir,
lc(T,)
I &)
[o
Mc= lc(T,) [( +
25 ile 100°C arasinda, SCVat:)
0.17 V kullarursak
Burada;
degi~me
kollektor akimr.
Boliim 5 DC Ongerilimleme: BJT'ler
DC ONGERiLiMLEMENiN
BiLGiSAYAR
<;:6Z0M0
<;e§itli ongerilim devreleri baz-emetor gerilim cevre denklerni, baz akirru icin i;ozulerek analiz edilebilirken, nispeten standart bir devre §ekliyle temsil edilebilen bircok devre vardir, Belli bir devreyi sik sik kullamyorsak, zaman ahcr bircok hesabi
yapmak icin uygun bir bilgisayar programmm gelistirilrnesi yerinde olacakur, Birkac ornek, bilgisayan anlamli bir- sekilde kullanmak ·ii;in bir yaklasirmn gelistirilmesinde yardnn saglayacakur. ilk once, ~ekil 5.1 I'deki standart ongerilim
devresinin de ongcrilim analizini yapacak bir program modiilii veya altprogramr yazrnayi ele alahm.
5.11
DC Ongerilimlemenin Bilgisayar yoziimi.i
241
LiSTE 5.2
Bu devre, ~ekil 5.7'deki emetoru kararhlasunlrms devrenin ongerilim hesaplanru
Rin'yi acrk (sonsuz direnc) ve ayru zamanda ~elcil 5.2'del<l sabit ongerilim devresini
Rsz'yi ac;:tk: ve Rbi kisa (sifir direncli) kabul ederek incelenmelidir. Denklem ozeti
E§itlik
Liste S.l'de, denklem degi§kenleri ve bilgisayar degi§kenleriise liste S.2'de verilmistir.
Modiil 10000 icin yazilan program dokiimii a§ag1da ele ahnacakur,
Modiiltin ihtiyac;: duydugu devrc degerlerini saghyacak ve hesaplarm sonuclanru
basacak bir ana programm eklenmesi gerekir.
Vss=
la=
R,n
RE
le
IE
VE
Rsi+ Rs2
Voo · 0.7
Rao+
242
(/J + 1) Re
VE
Vo
VB
vc
Ve
Ve£·
---·---·-------
CE
10090. sanrda devrenin doyum durumunda olup olmadigr test edilir ve eger doyum
durumundaysa le (ve /£)'ye doyum degeri verilir;_ eger degilse, le ve fe. degerleri onceden hesaplandigr.gibi kahr. Daha sonra 10100 - 10120. Satrrlarda sirasiyla V£, V8
vc Ve degcrleri.hesaplamr, 10030. satrr, Ye£ degerini hesaplar ve program modiilU
ana programa doner,
Lisre S.3'te, gerekli devre bilgilerini isteyen ana program, de ongerilim hesaplanm
yapan Modiil 10000 ve sonuclan basnracak ana program adimlan verilmistir. Bazi
ornek cahsurmalar daha once c;:oziilen orneklerin degerleri kullarularak program sonuclan saglarnak uzere Liste S.4'te verilrnistir.
RT=(RI *R2)/(RI +R2)
Vee
VT
lB
BE
BETA
RE
JC
IE
lo
Vs£
f3
Bilgi=ayar Deyimi
Rss = _fu.!&l_
Rs,+ Rsi
cc
Vee
Voo
asitllkler ve Bilgisayar Deyimleri
E§itlik
Rl
R2
RT
Rin
Rao
DC onqeritim Hesaplama Modiili.ine lliskin
;..iSTE 5.1
Bilgisayar Degi§keni
Ro,
~ek.il 5.11 'deki gibi bir devrenin de ongerilimlernesi icin hesaplan yapacak bir program modiilii 10000. sanrdan baslayarak BASIC dilinde yazdrrusnr. 10010. saur,
Rin'ye paralel olan Rs1'in Thevenin C§degeri baz dircncini hcsaplar. R02 yoksa (acrk
devre ise), kullaruci, bilgisayann hesap suurlanru zorlayacak bir degeri girmek zorunda kalacak, boylece hesaplanan Rr degeri Rs, degerine indirgenecektir. 10020.
satir, bazdaki Thevenin C§deger gerilimini hesaplar. Yine R82 yoksa, hesaplanan
deger Yee'(nin degeridir. 10030. Satirda Vs£ baz emetor gerilimi 0.7V almarak !8
akrmi hesaplarnr. Daha sonra 10040. sanr Vrdegeri Yo£, 0.7V degerinden kUc;:iik oldugunda ortaya ctkan kesim-ongerilim kosulunu test eder; bu durumda 18 sifrr ahmr;
aksi takdirde ls, 10030. saurda hesaplandigr gibi kahr, Bundan sonra 10060. ve
10070. saurlar sirasiyla Ic ve Ie hesaplarur.
,·
DC Ongerilim Hssaptama Mod:J\i.i<i-&
iliskin Esitlixler ve B:Jg!sayar Ueg1s!,sn!z:ti
LiSTE 5.3
VT= (R2 * CC)/(R I + R2)
10 REM*******************************************************
IB =(YT· 0.7)/(RT +(BETA+ I)• RE)
le= /J,o
IC=BETA • IB
IE= (f3 + l)lo
TE=(BETA +I)*
VE=l£R£
YE=IE*RE
Vs"'VE+0.1
VB=VE+0.7
Ve= Vee -leRe
Vee= Ve- Vi;
vc"' cc - re • RC
IB
-ee-e-
CE=VC-VE
BolOm 5
DC Ongerlllmleme: BJrler
20 REM
30 REM
STANDART DEVRE t~tN DC ONGERILIM
HESAPLAMALARI
40 REM
50 REM*******************************************************
60 REM
100 PRINT "Bu program, ~ekil 5.ll'de
gDsterilen
standart"
110 PRINT 'bir devrenin de ongerilimlerini
hesaplar"
120 PRINT
130 PRINT "once. a~ag1daki devre degerlerini
girin:·
140 INPUT "RBI•"; Rl
150 INPUT "'RB2 Ceger ·a~1k' ise 1E30'u kullan1n) =": R2
5.11
DC Ongerillmlemenin
Bilgisayar 96:i:OmO
243
LiSTE 5.3 (devarru)
160 INPUT "RE=":
RE
170 INPUT "RC=":
RC
180 PRINT
190 INPUT "Vee .... : cc
200 PRINT
210 INPUT "Transistorun
betas1 ="; BETA
220 PRINT
230 REM Oevre hesarlamalar1
yap1l1yor
240 GOSUB 1000
250 PRINT "de ongerilim hesaplama sonu~lar1:"
260 PRINT
270 PRINT "Oevre ak i ml ar i : •
280 PRINT "IB "'" 18 #l000000!;"uA"
2 90 PRINT " IC =" IC # 1000 ! : • mA"
300 PRINT "IE=· IE #1000!:"mA"
310· PRINT
320 P~INT "Devre gerilimleri:"
330 PRINT "VB=":
VB:"volt"
340 PRINT "VE="; VE;"volt"
350 PRINT "VC ="; VC;"volt"
360 PRINT "Vee=": CE:"volt"
370 PRINT : PRINT
380 END
10000 RHi
10010 RT= Rl #(RZ/{Rl + R2))
10020 VT= CC #(R2/{Rl + R2))
10030 IB = (VT -.7)/(RT +(BETA+
1) #RE)
10040 REM Kesim durumunun testi
10050 IF VT<=.7 THEM 18 = 0
10060 IC= BETA #18
10070 IE= (BETA+ 1) #18
10080 REM Doyum durumunun testi
10090 IF IC # (RC + RE) >= CC THEN IC = CCI (RE + RC)
10100 VE = IE # RE
10110 VB= VE +.7
10120 VC = CC·IC #RC
10130 CE= VC·VE
10140 RETURN
RB2 (eger ·a~1k"
RE=? 0
RC =? 2.2E3
Vee=? 12
244
de ongerilim
hesaplama
sonu~lar1:
gerilimlerl:
.7 volt
0 volt
6.820833 volt
6.820833 volt
Bu program. Sekil 5.ll'de
gosterilen standart
bir devrenin de ongerilimlerini
hesaplar
Once. a~ag1daki devre degerlerini
girin:
RBI=? 430E3
.
RB2 (eger ·a~1k" ise 1E30'u kullan1n)
RE =? 1E3
RC=? 2E3
Vee=?
IE=
IC
20
Transistorun
betas,
de ongerilim
hesaplama
Oevre
IB IC
IE•
ak tml a r t :
36.34652 UA
3.634652 mA
3:670998 mA
Oevre
VB=
VE=
VC =
Vee=
ge~ilimleri:
4.370998 volt
3.670998 volt
12.7307 volt
9.0597 volt
=? 100
sonucler
i:
Bu program, Sekil 5.ll'de
gosterilen standart
bir devrenin de ongerilimlerini
hesap1ar.
girin:
BolOm 5
betas1 =? 50
Devre
VB=
VE=
VC =
Vee=
RUN
Bu program. Sekil 5.ll'de gosterilen ~tandart
bir devrenin de ongerilimlerini
hesaplar.
devre degerlerini
Transistorun
kullan1n)
Oevre ek ml ar i :
IB ~ 47.08333 uA
IC= 2.354167 mA
IE m 2.40125 ma
LiSTE 5.4
Once. a~agidakl
RBI=? 240£3
ise lE30'u
DC Ongerilimleme: BJT'ler
5.11
DC Ongerlllmlemenln Bllglsayar <;oziimU
245
LiSTE 5.4 (devarru)
7.
Once. a~ag1daki
devre degerlerini girin:
RBl =? 39E3
RB2 (eger ·a~1k" ise 1E30'u kullan,n)
RE •? 1. 5E3
RC•? 10E3
RE=
de Ongerilim
Oevre
IB •
IC IE•
=?
140
hesaplama sonu~lar1:
a1<1mlar1:
6.978567 uA
.8463327 mA
.8523779 mA
1.5 kn
/3=
55, ve
Vee=
le akimiru hesaplaym; Rs=
/3= 100.
~ek:il 5.7'deki devrenin
2.4 ill, Vee= 20 V ve
9.
~ekil 5.7'deki devredeki transistorun f3 degerini hesaplaym;
1 kn Re = 1.8 ve Ve 16 V, VE 3 V.
=
bulun;
Rs = 330
~ekil 5.5'deki devrenin kollektor gerilimini hesaplaym;
kn, Vee= 12 V, ve /3= 50
2.
~ekil 5.5'deki devrenin kollektor-baz gerilimini hesaplaym;
2.1 kn, Vee= 9 V, ve /3=45
RE=
2.2 kn
Re=
Re=
1.2 kn
Rs = 330 ill, RE=
2.7 kn.
Vee=
12 V, ve
/3= 150.
Rs=
1.5 Mn,
kn,
Rs=
Re=
150 kn,
2.7
Re =
Sekil 5.5'deki devrenin kollektor akirru ve kollektor-emetor
saplaym; Rs= 240 kn, Re= 1.8 ill, Vcc= 12 V, ve /3 = 70
Rs'nin hangi degeri
gerilimini
Re=
13. ~ekil 5.7'deki devrede le= 0.5 lcdoy icin ongerilirnlerneyi saghyacak
bulun: RE= 620 n, Re;,, 1.8 ill, Vcc 20 V ve {3 = 110.
Rs degerini
15. ~ekil 5.7'de ongerilirnlerne voltajlan V8, Veve Vc'Yi hesaplaym; Rs= 750 kn,
Re=
S.
~ekil 5.5'deki devrede Vee= 6V olmasi icin
510 kn, Vee= 22 V, ve /3= 120?
6.
~ekil 5.6'da /3 = 85 ahrursa, -8.4 V'luk bir kollektor gerilimi elde etmek icin
hangi degere sahip olmah?
BolOm 5
olmah?
DC Ongerlllmleme:
Vcc=9V
ve/3=75.
he-
2.4
5.5
16. ~ekil 5.1 l'deki devrenin baz gerilimini hcsaplaym;
RE=
Re'nin hangi degeri
820 n
14. $ekil 5.7'de Rs= 680 ill, RE= 910 Q, Re= 2.2 kn vc Vee= 15 V, devre degerlerini esas alarak /3 = 90'dan l 80'e 9lkt1gmda Vc'de meydana gelecek degi§imi
yiizde olarak hesaplaym.
§
olmah?
Re=
12. ~ekil S.7'de devreyi doyma bolgesine kaydiracak Rs degerini bulun;
Re= 2.4 kQ, Vcc= 18 V ve f3 = 85.
RE=0.82ill,Rc=3.3kQ,
246
Re=
=
1.
~ekil 5.5'deki devrede Ve= 8V olrnasi icin
kn, Vee= 18 V, ve /3= 90?
=
11. ~ekil 5.7'deki devre is:in ongerilimleme voltaji VcE'yi bulun;
1.1 ill, Re= 4.3 kn, Vee= 25 V ve /3= 140. "
Pi108LD.iLER
4.
510 kn,
10. ~ekil 5.7'deki devrede Vs = 4.4V'Iuk bir baz gerilimi saglryacak Rs degerini
Devre gerilimleri:
VB= 1.978567 volt
VE= 1.278567 volt
VC • 13.53667 volt
Vee= 12.25811 volt
3.
v.
18
8.
Vee=? 22
TransistOrOn betas1
§ 5.4
~ekil S.7'deki gibi bir emetoru-kararhlasnnlrrus ongerilimlerne devresi icin de
ongerilimlerne voltajr, VCE, ve le akirmru hesaplaym; Rs= 220 kil, Re= 2.7 kQ,
Rs
=
Re
BJT'ler
3.3
ill,Rc
= 15 kn, Vee= 18 V ve /3= 120.
Rs,=
470 ill,
RB2
= 68 kn,
17. $ekil 5.ll'deki devrenin baz ve kollektor akrmlanm hesaplaym; Rs,= 91 kn,
Rs2 = 11 kn, RE= 1.2 kn, Re= 4.7 kil, Vee= 18 V ve /3= 70.
18. ~ekil 5.ll'de Ve= 6V'u saghyacak RE degerini bulun;
kn,Re=5.6ill, Vee= 16V ve/3= 150?
Bolilm 5
Problemler
Rs1
= 82 ill, Rs2 = 24
247
19. ~ekil 5.ll'deki devre icin le ve Va'yi hesaplaym; R81 = 100 kQ, Rn2 = 22 kD,
Re= 8.2 kQ, Re= 2.2 kn, Vee= 9 V ve fJ = 100.
28. ~ekil 5.35a'da Vc
degerini belirleyin.
20. ~ekil 5.ll'deki devrenin 0,5 Ic,µ,y'da ongerilil!llenrnesini saghyacak Re degerini
bulun; Re1 = 220 kn, Ri,2 5 fkn, Re= 3.lk.Q, Vcc= 18 V, ve fJ = 130.
=
21. ~ekil 5.1 l'deki devrenin kollektor-baz gerilimini(Vc8) hesaplayin; Re1
30.
22. ~ekil 5.ll'deki devreyi 0.5 Vee'de ongerilirnlemek i9in gereken Re degerini
bulun; Ra1 = 220 kn, Re2 33 ill, RE= 1.8 kn, Vee= 25 V ve f3 180?
=
=
~ekil 5.35b'deki devreyi le= 0.5 fedoy degerinde ongerilimleyecek
direncinin degerin! bulun.
32. ~ekil 5.36a'daki devrenin VCE ve le degerlerini bulun.
+22 V
24. ~ekil 5.ll'deki devrenin le= 0.5 fcdoy degerinde ongerilimlenmesini sagliyacakRe
degerini buluri; R81 = 100 ill, Rn2 = 10 kn, Re= 3.3 kn, Vee= 30 V ve fJ = 200.
!Mn
'i
--1
5.6
13%
120
9.l lc!l
l
+30V
(a)
(b)
,\c'..:! ·'· ;,, 32-37 no'lu problcmler<: ili~kin Onger'1\in1devreteri.
33. !;iekil 5.36a'daki transistor yerine fJ = 60 degerine sahip bir transistor kullamldigmda Ve'de meydana gelecek degi~irni ytizde olarak hesaplayin.
6.2k!2
34. Sekil S.36b'deki dcvrede potansiyometre l MQ ve O Mffa ayarhyken lc'nin en
btiytik ve en kti~tik degerini bulun.
470k~,\
·· .. , .. :;·.
.·.:...::#'•
Jl=
120
35. ~ekil 5.36b'deki l Mn'luk potansiyometre orta degere ayarhyken goriilen Ve gerilimini hesaplayin.
Jl= 90
~c~il 5.)5 27-31 no'lu probtemlere ili~kin t>ngcrilim dev,
rcleri.
248
I
II
27. ~ekil S.35a'daki devrenin \/c degerini hesaplayin.
3.6 kn
4.H.Sl
47Dkn
=
+16 V
+12 V
9.11cn
25. ~ekil 5.ll'de kollektor gerilirnini Ve = 12V'ta ongerilimleyecek Re degerini
bulun; Ra1 91 kn,Rs2 = 11 kn, Re= l:rkn, Vee= 18 V ve fJ= 90.
~
geribesleme
31. ~ekil 5.35b'de Ve= 15V degerini saglayacak kollektor direncini bulun,
23. ~ekil S.ll'de R81 = 75 ill, Rn2 = 24 kn, Re= 2.4 ill, RE= l.2 ld1 ve Vee= 16
V, devre degerlerini esas alarak, fJ = 80'den 160'a 9iktigmda VcE'de meydana
gelecek degi~imi yiizde olarak bulun.
26. ~ekil 5.1 l'deki devrenin doyma akmuru belirleyin; R81 = 12 kD, Rn2"' 2.2 kD,
Re= 1.1 kn, Re= 2.7 ill, Vee= 9V, ve fJ= 120.
Vcc = 8V dcgerini saglayacak geribesleme direncinin
29. ~ekil 5.35b'deki devrenin Vc degerini hesaplayrn.
= 62 ill,
Vee= 16V vefJ= 110.
Rn2=9.lld1,Re=0.68kn,Rc=3.9kn,
= 0.-5
(a)
(b)
B610m 5
36. Sekil 5.36b'deki devrede potansiyornetre Offdan l Mffa cikanhnca Vc'nin alacag: en biiytik deger nedir?
DC Ongerilimleme: BJT'ler
Bii!Om 5
Problemler
249
37. ~ekil 5.36b'deki potansiyometre OQ'dan 1 MQ'a 91kanhrsa le'de meydana gelecek degi§me yiizdesi ne olur?
;i
40. ~ekil 5.37c'deki devrenin Ve degerini hesap!aym.
41. $ekil 5.37b'deki devrenin
saplaym.
5.7
38. ~ekil 5.37a'daki ongerilim devresinin Ve degerini hesaplaym.
+16V
42. $ckil 5.37c'de kaynak gerilimleri 9V almdtginda olusan Ve gerilimini
saplayin.
43. $ekil 5.37d'deki devrenin Ve degerini hesaplaym.
4.3Jc0
44. $ekil 5.37d'deki devrede negatif gerilim OV ahndigrnda olusan Ve gerilimini he-
Ve
saplaym.
·~·1_20
/Js SS
szo en
9.11cn
1s1cn
Ve
-12V
45. $ckil 5.Tdeki gibi birdevre ir,:in, Rs= 82 kQ, Re= 4.3 k.O, Vee= 20 V, V8E"'
0.7 V, degerlerini esas alarak ve S38;de gosterilen kollektor karakteristigine
sahip transistor oldugunu kabul ederek:
4.3Jc0
-
-16V
(a)
.... ·-···.!
···-.·-.
(b)
-12 V
+18 V
4.7Jc0
9.1 kn
sio en
Ve
/J• 65
(a) De yiik dogrusunu 9izin .
(b) Q-noktas1m (siikunet ~h§ma noktasrru) bulun.
(c) Re= 8.2 k.O ahrursa cahsma noktasuu bulun.
(d) Vee, 15 V almdigmda (Re yine 4.3 ill) c;al1§ma noktasuu bulun
le (mA).
··1
--------- 450µA
5.0
4.5
4.0
/Ja 130
---------
).O
7.5 lcn
I":
-18 V
+12 V
(c)
v===------------~
Ve
SlOkfl
300 µA
250 µA
-200µA
t=-------------
,.ov--1,s '
(d)
400µA
--------· ·350 µA
3.5
680kn
t.s kn
he-
+16V
121cn
-
degeri 120'ye 91ktigmda olusan VCE gerilimini he-
------
Os \----------------
,..,....,.oIs•
· r
):;kit :i .. ~: 38~44 no'lu ptohlem1erc
ili~kin Onserilim devreleri,
0
ISOµA
IOOµA
5
10
JS
20
25
50 µA
Va(voh)
39. $ekil 5.37b'deki devrenin Ve degerini hesaplaym.
250
S·~·l:!I :<}:--: Problem45'e ili~kin
riansistiir kollektOr kara.ktcristikleri.
BoJ{im 5
DC Ongerillmleme: BJT'ler
Boliim 5
Problemler
251
51. Transistorun akim kazancrrun 180 ve gerilim kaynagrrun 16V, Rc'nin 4.3 kn oldugu ernetoru-kararhlasunlrrus bir devreyi, Va= 0.5 Vcc'de <;:ali§acak sekilde
tasarlaym.
46. Sekil 5.39'daki gibibir kollektor karakteristigine.sahip pnp transistorlu bir sabitongerilirn devresinin ,;al1~ma noktasrru grafik olarak bu! un. R8 = 150 kn, Re = 2
JcQ ve Vcc= -20 V devre degerlerini esas ahn,
52. Transistorun a1am .kazancuun 140 ve gerilim kaynaguun 25 V oldugu betadan baguns1z ongerilimli bir devreyi, VCE = 12V, le= 5 mA'de~ah§acak ~kilde tasarlaym,
le (mA)
--------~14: ';--""
-12V
-IOy
I _
53. Transistorun akim kazancirun 80 ve gerilim kaynaguun I2V, RE'nin 1.2 kn oldugu betadan bagunsrz ongerilimli bir devreyi, VcE = 0,5 Vcc'de calisacak §e·
kilde tasarlayin.
-270 µA
----- -240 µA
---------------
I
-210µA
-180µA
54. Transistorun akirn kazancmin 80 ve gerilim kaynagimn 16 V, R81'in 68 kn,
Ra2'nin 7 .5 kn oldugu betadan bagnnstz bir devreyi V CE = 6V, / c == J rnA'de ~alisacak sekilde tasarlaym.
_g:V
I-----------
-6(iv----------.,.--4 v
-2 ,,,
-ISOµA
-120µA
-90µ.A
BiLGiSA VAR PROBLEMLERi
·Ia =-60µA
v---,--,------------3~µA
.,OµA
0
-4
-8 -12 -16 -20 -24 -28
A§ag1daki problernler icin BASIC programlan yazm:
·vc£(volt)
!)-:;. :1 ;,. ~11 Problem 46'y3 iti~kin tran·
_,
1.
Sabit-ongerilimli bir devre icin le ve Va ongerilirnleme deger!erini hesaplayin,
2.
Ernetoru-kararh bir ongerilirn devresi icin I c degerini hesaplayin.
3.
Yaklasik deger yonteminden yararlanarak gerilim-bolucu ongerilirnlemesi kullanan bir devrenin V8 degerini hesaplayrn.
4.
Tam analiz yonterninden yararlanarak gerilim-bolucu
renin V8 degerini hesaplayin (Thevenin esdegeri).
S.
Tam analiz yonreminden yararlanarak gerilirn-bolucu ongerilirnli bir devrenin le
ve VCE degerlerini hesaplaym.
6.
Yaklasik analiz yonterninden yararlanarak gerilim-bolucii ongerilimlerncli
devrcnin I c ve V C£ degerlerini hesaplaym
7.
Kollektor-geribeslemeyle
kararhlasunlrms
gerilirnlemc degerlerini hesaplaym,
:(istOr koCl...:k10rkorJk.teri~rikleri.
47. Sekil 5.7'deki gibi bir devrede, V cc= 22, ,~e = 75 kQ ve Re. = 3.3 kQ degerleri
esas almarak ve $ekil 5.38'dcki transistor karakteristiginden yararlanarak devreyi Vce= I 2V'ta ongerilimlemek icin gereken Re degerini bulun,
48. $ekil 5.7'deki gibi bir devrede, Ro= 3.3 kn, Vee= 22, V devre degcrleri esas
ahnarak ve $ekil 5.38'delci transistor karakteristiginden yararlanarak, Re direncinin I ile 5 kn arasinda ayarlanabilmesi halinde kollektor geriliminin ala-
II
I
bilecegi deger arahg1 nedir.
49. Va= 8V, le= 5:nA'de s:ah§acak ve 18V'luk bir Vee kaynagiyla, /Js1 100 olan
bir transistor kullamlarak, ernetorti-kararhlastmlrms bir ongcrilirulerne devrcsi
tasarlaym.
50. Transistorun akim kazancmm (/J} 120 ve gerilim kaynagirun 22 V oldugu ernetoru-karariastmlrrus bir devreyi, 0.5 lcooy degerinde calisacak sekilde rasarlaym.
252
BolOm 5
DC Ongerilimleme: BJT'ler
bir
ongerilimlemeli bir dev-
devrenin
le ve
bir
Vct: on-
PRATiK PROBLEMLER
1.
Sekil 5.40'taki devre icin a§agidaki sorulan cevaplaym:
Solum 5
Problemler
253
(a) Ro arunldiginda Ve azaliyor mu aruyor mu?
(b) f3 dii~ilrilldilgi.inde le azahyor mu ar~1yor mu?
(c) {3 arnnldrgmda doyma :1k11111 11.· \'iimk 1k"i,ir'?
3.
-+'Vee" 16 V
Rs
2'4okn
Re
~ekil 5.42'deki devre i9in a~ag1daki sorulan cevaplaym:
(a) R8 direnci a91k olursa \!c'nin degeri ne olur?
(b) Sicakhk nedeniyle /3 art1~ gosterirse VCE ne olur?
(c) Kollektor direnci, tolerans araltgirun alt smmnda olan bir direnc ilc degi§tirildiginde VE nasil etkilenir?
J.6kn
Vcc•+l8V
/J• 120
Re
Rs
2.2 kn
SIP kn
\.! r1 ' ·• • Pratik l'roblcmlcr
I 'e ilijkin devre,
(d) Vcc di.i§ilri.ildiig1indc kollektor akmu azuhr rru 9ogahr mi?
(e) Daha dii~i.ik {Jya sahip bir transistor kullaruldigmda Va nasil davramr?
2.
~ekil 5.41'deki devre icin ~ag1daki sorulan cevaplaym;
(a) Daha yiiksek bir {J'ya sahip bir transistor kullarulirsa Vc nasil davrarur?
(b) Rs2 direncinin toprak ayag1 a~hrsa (topraga bagh degilse) VCE gerilimi ne
olur?
(c) Kaynak gerilimi dil§i.ikse le ne olur?
(d) Transistorun baz-ernetor jonksiyonu acik devre yapihrsa VCE degeri ne olur?
(e) Transistorun baz-emetor jonksiyonu kisa devre edilirse Vcc degeri ne olur?
S-..:k.il 5 -~~ Prukit Prcbrcrulcr
3'e ili1kin devre.
(d) Transistoriin kollektor bagtanns. acihrsa VCE'de ne gibi degi§i.klik olur?
(e) Vc£'nin yaklasik olarak OV olrnasuu ne saglayabilir?
~:,rl 5.11 l'r,cik Problcmler
2'ye ili~kin devre,
254
BotOm 5
DC Ongerllimleme:
BJT'ler
BolOm 5
Problemler
255
FET'in bazt dezavantajlan arasinda BjT'ye gore nispeten daha kii'riik olan kazanc
bant genislig] ve kolayca hasar gorebilmesisayilabilir.
6.2
•
I•:
.-- .....
I
=,
'
JFET'LERiN YAPISf VE KARAKTERiSTiKLERi
FET, tek temel p-n jonksiyonuna sahip ii'r uclu bir eleman olup ya Jonksiyon FET
(JFET) veya Metaloksit yaniletken FET (MOSFET) otaralc tiretilmektedir. Yukseltecler icin onerilen ilk yan-iletken elemanlanndan birisi olmasina kaT§m( t ),
FET'in Licari anlamda yararh bir elernan olarak gelistirilrnesi, iiretim teknikleri s1 ·
mrlamalan nedeniyle 1960'm ortalanna kadar gecikrnistir . Buyuk ve cok-buyuk ol'rekli entegre devreler oncelikle MOSFET transistorleri kultamlaralc uretilmektedir.
A
;,
JFET'in 9ah~mas1
Bir JFET'in fiziksel yaptsi ~ekil 6.l'de gosterilrnistir, Sekil 6. Ia'da gosterilen nkanalli JFET, icine bir 9ift p-tipi bolgenin difiizyon yoluyla yerlestirilrnis olan n-tipi
bir cubuk kullarularak yapilmaktadir. Sekil 6.lb'de gosterilen p·kanalh JFET ise ntipi difuzyon bolgelerine sahip p-tipi bir cubuk kullamlarak yaprlrnaktadir.
Her bir JFET tiiriine iliskin sembol Sekilo. l'de gosterilmistir,
Sekil 6. l a'daki 11-tipi eleman icin: gecit tizerindeki ok, gecitin p-tipi, kanalm ise ntipi oldugunu gosterir. ~ekil 6.lb'<lekip,kanalJFET'in semboHinde gecitin n-tipi kanahn ise p-tipi oldugunu gosteren bir.ok isareti vardir.
ALAN ETKiLi TRANS!STORUN GEMEL TANiM1
6.1
Npn veya pnp olaralc yapdan bir iki-kutuplu jonksiyon transistoru (BJT), hem elektron akmllhem de delikalcuni:~ui'"kuUarnld1giakun kontrollu bir transistordur, Alanetkili transistor {FET) ise tek kutuplu bir elernandir. n- kanalh bir FET'te elektron
akmuyla veya p-kanall1 bir FETte delik akmuyla 'ralt§an gerilirn kontrollu bir transistordur, Hem BJT hem de FEI"ler, farkli ongerilim varsayirnlanyla bir yiikse!ter,
devresinde ( veya benzeri devrelerde) kuUarulabilir.
Ge~it(G)
FET ve BJT elemanlan ve · bunlann kullarnld1g1 devrelerin genel bir kar§lla§hrmas1 yaprldigmda §Oyle bir tab ile karsilasmz:
lo
Ge~it(G)
G
1.
2.
3.
4.
S.
6.
256
FET'in tipik olaralc 100 MU olan cok yiiksek bir girl§ direnci vardir (BJT'Ierde
bu deger, tipik olaralc 2 ill'dur).
FET'in, anahtar (veya kiyici) olaralc kullamld1gmda, sapma gerilimi yoktur.
FET'ler, yayinima (radyasyon) kars: nispeten duyarsizdir, buna karsin BJT cok
duyarhdir (ozellikle beta degeri cok etkilenir),
FET, BJT'den daha az "giiriiltiilildiir" ve bundan dolayi dti§ilk-dtizeyli yukselteclerin (hi-ti FM ahcilannda yaygm olarak kullamhr) giris katlan icin daha
uygundur.
FET, BJT'lere gore daha ytiksek 1s1 kararhhg: saglayacak §ekilde 'rah§tmlabilir.
FET, BJTden daha kii'riikWr ve bu nedenle IC'lerde daha yaygm olaralc kullaruhr.
Kaynak(S)
Aka~ (D)
\
-
..... --
Aka~(Dj
kaynak(S)
Ohmik
·kontak
(b)
(a)
S-:lil
(,.1 JF~l"in fiziksel Y•P•SI
ve sembolu: (o) 11-k:,nolh: (b) 1>·
kanalh
···.!':'
Tran~istoriin ncsil c;al1§t1g1111 incelcmek i9in,".elemanm 9ali§masm1 saglayan ongerilirnle
birlikte Sckil 6.2'de verilen n-kanalh JFET'i ele alalim. Beslerne gerilimi vDD, akacI
Ek.~tro,ls.;anJ.Holes in ~K.·onth.K..'ttlfS\New
Y,uk: V~n Nouran<l, 19SJ)
6.2 JFET'lerin Yaprst ve Karaklerlstikleri
257
6.4a), Vcs gerilimiyle ayarlanan bir akac akmu (Io) akar. Bu durumda kapi akrrm
kaynak arasmda bir Vos gerilimi olusturarak akactan-kaynaga (n-kanal tipindc ·
elektronlar gercekte kaynaktan akaca dogru hareket eder, ki adim da buradan alrr) bir
Io aktmmm akrnasuu saglar, Du akac alarru p-tipi kapi ile cevrili olan kanal icerisinden
gecer, GoriildUgU gibi kapi ile kaynak arasinda bir Vee besleme kaynagiyla bir-V<;s
gerilimi olusturulrnustur. Bu kapi-kaynak gcriliminin polaritesi, kapi-kaynak
-
(6.1)
IG=O
olur; c;iinku ters ongerilimli kapi-kaynak jonksiyonundan akirn almrnayacaknr.
Gecit-kaynak gerilimi tam olarak OV'a ayarlandigmda, akac akimirun degeri
onernli bir btiyiikli.ik olmaktadrr ve loss olarak adlandmhr (bkz. $ekil 6.4 b). Kapt
akirm (6.1).
Vos T
Kaoal UUrinde bofal
bOtae IAmamlllllllCI
b.Dal bllkU!mo<i olur
Geri oaaerilimll
bof&ltdmit bOlac
s
-10
D
n
s
n
s
D
D
+
+
T
n-bnahndald
alam
jonk.siyonunu ters ongerilimleyeceginden, kapidan alam akmayacaknr, Kapi-kaynak geriliminin yaratacagi etki, kanaldaki bit: bosaltrna bolgesi yaratrnak ve boylece kalan geni~Jigini azaltarak akac-kaynakdirencini artmp daha az.akac akrmi gecirmektir,
Elemanm 9alt~masm1 itk onceVcs = 0 ve daha sonra Vcs'Y1 sifir volt, ardrndan Vcs
ters ongerilimi amnlmis (n-kanalh bir FET i9in daha negatit) varsayarak ele alacagiz.
~ekil 6.3a'da, akac-kaynagm n-malzemesi uzerinden gec;en akac akirrurun, kanal boyunca bir gerilim dO§iimii yaratugr, bunun da akac-kapi jonksiyonun, kaynak-kapi
jonk.siyonundan daha POZtriF oldugu gorulrnektedir. p-n jonksiyonundaki bir ters
ongerilim potansiyeli, ~ekil 6.3a'daki gibi bir bosalulrrus bolge yaraur, V00 gerilimi
yukseldikce, Io akrrm aratarak daha biiyiik bir bosalulrms bolgeye yol acar. V00 gerilimi daha da ytikseltildikce, ~ekil 6.3b'dc gosterildig] gibi, kanal boyunca bosatulnus
bolge tam olarak olusur, V00'nin daha da arnnlmasi akac aktmmda herhangi bir degi~iklige neden olmaz, /0 akirm sabit kahr, Bu cahsma ~ekli ~ekil 6.3c'deki Vcs = 0
karakreristik egrisiyle gosterilmistir. Vos artukca, lo akrrru, kana\ boyunca bo~al1tlm1~ bolge tam olarak olusana kadar artar ve bundan sonra V05 artmlirsa bile
akac akirm doyuma ulasip sabit bir deger alir. Vcs = OV'ta gorulcn sabit akac akirmrun bu degeri JFETin calisrnastm tarurnlamada kullarulan onernli bir parametre
olup loss ile gosterilir. (yani lngilizce kisaltmada, kapi-kaynak kisa devre oldugunda
akae-kaynak arasmda gorulen akirndir).
~ekil 6.4'te, n-kanalh bir JFET'in cahsma ozeti goriilebilir. Kapi-kaynak geri!imi
Vcs, OV'tan daha kii9iik fakat kisma geriliminden daha biiyiik: tutulursa (bkz. $ckil
258
Bo!Om 6
Alan-Etkili Translstcrler
Yes =OV
(a)
(b)
n - kanah boyunca
sabitalwn
\
/
~
I~
I
/'--
n - bnaluun
bilkillmcsi
n - lcaMluun
dircncindcn
Jcaynaldananejim
Vos
O
(c)
-
le•
D
o
tJo
n -lcanalli
JFET
G
s
•.:Jb
-
Vas=OV
10
•
-
le= 0
n-bnalh
JFET
o
n-bnalh
JFET
+
(a)
(b)
(c)
~,f,,i (·.- Oe=scmbolu o,erinclc:n n-kanalh JFtTin f•l~m,.,: (a}OV -Yi,
bOtg.. in<lcl<i Yes: (bl Ycs:OV: (c} Yes~ Yp-
6.2
JFErlerln Yap1s1 ve Karakterlstikleri
259
denklemle verildigi gibi, hala sifrrdir. Kapi-kaynak gerilimi kisma degerinin otesine
yukseltildiginde (kanah krsmak i'.ringerek:en dejt:rclen daha negatif tutuldugunda),
akac akirm sifira iner, Ti; srfir olur Ve JFET"elemam boylece tiimtiyle kaparnr (bkz.
~ekil 6.4c ).
Sekil 6.Sa'da tipik bir n-kanalli JFET akac-kaynak karakteristigi gosterilmistir.
VGs OV icin cizilen egride, VDs artinldikca akac akmurnn doyum diizeyine kadar
artt1g1 gorulmektedir, Daha once anlanlanlardan haurlayacagiruz gibi bosalulrrus ic;
bolge, akac-kaynak aknruru simrlayacak §Cki.lde 9ah§1r. V05 = 0 icin bu doyma
akrrm loss olarak adlandmlir,
=
Aka9-Kaynak Karakteris!igi
Kapi-kaynak gerilimi V05 = -lV'a (bkz. ~ekil 6.5 b) ayarlandiginda, Vos yukseltildikce akim, doyum duzeyine ulasmcaya kadar artar, ancak bu duzey V05 = OV'a
gore daha dti§iik bir duzeydir; c;:tinkti Vos= -lV'tan dolayr lasmen olusmaya baslayan bosalnlrms bolge, akac-kaynak akrrrurun daha dil§tik bir diizeyinde tamarniyle
~ekil 6.4'de gosterilen yall§ma §_ekli, gercek akac; akrmim, kapr-kaynak geriliminin
bir deger arahginda akac-kaynak geriliminin farkli degerlerindeki grafig! cizilerek
daha iyi anlatrlabilir. Bu egri, akac akirmrun akac-kaynak gerilimine gore bir grafigi
OIU§Ur.
oldugundan, akac karakteristigi adim almaktadir.
In
(mA)
In
Vc;:s=OV
loss
+ lo_-= loss
+V:
I
I
(mA)
r
I
Vns
VGs=OV
~
Akac-kaynak karakreristigi, OV ila k.tsma gerilimi arasmdaki farkli Vos degerleri
icin cizilen bir egriler grubudur. Kisrna gerilimi, akac-kaynak akirru olmaksiruz bo§alt1lm1§ bolgenin olu~tugu ve hie; akac-kaynak akimirun akrnayacagi gerilimdir,
Krsma gerilimi, genelde V,, veya VOS(kopah) olarak adlandinhr. Sekil 6.6'da p-kanalh
JFET icin, akac-kaynak akmuru azaltan pozitif kapi-kaynak gerilirnlerine gore bir
akac-knynak karakteristigi gorulmektedir,
"::"'
I
0
l0(mA)
p-bllalh
I
Vcs =OV
0
Vm(volt)
(a)
(b)
I
+IV
,I.,._•
{/
ln (mA)
'
+2Y
/.,..--..-~~~~~~~
0
•·kanalh
V0s (volt)
.,:L ; ._,,
p-kanalh JFET ak">·kayn11k
karakteris1i~i.
VGS" 0 V-
Transfer Karakt-c:rLstig;
:,·
'~1
i
Yos(volt)
(c)
i<·:. .i:
260
h.5 Ak:1~-k.ayn.i.k kar.tktcristiji: (a) Vcs = 0 V: {t)Vcs = .(
V; (c) tlim karJkh.:ri.'ilik,
BolOm 6 Alan-Etkili Translstcrter
'"'.\!
FET karakteristiginin bir basks ~ekli, sabit bir akac-kaynak gerilimi V05 icin,
kapr-kaynak geriliminin <Vos) bir fonksiyonu olarak Io akac akrmrrnn grafigi olan
transfer karakteristigidir. Transfer karakteristlgi, dogrudan, elernarun calisma ol<;ilmleriyle egri izlerne cihazt ekrarundan izlenebilir veya ~ekil 6.7'de gosterildig]
gibi akac karakteristiginden yizilebilir. Gosterilen transfer egrisinin iki onernli noktast Ioss ve V,, degerleridir,
6.2
JFETlerin Yap1s1 ve Karakteristikleri
261
10 (mA)
Gtafilc
. Vcs 1
!0 •!~(I
-,r.l
:': .. ,.
,.
/
/
/
6.3
KARAKTERiSTiGiNiN
c;:iziLMESi
Belirli bir JFET elemarurnn 9~h~rnas1m tarumlamak icin kullamlan parametreler loss
ve v,, degerleridir. Oretici karalcteristik ozellik sayfalarmdaki tipik degerler kullarnlabilir veya sozkonusu JFET ilzerinden ol9iilebilir.
$ekil 6.8'de loss degerini ol9mek icin kullamlan bir devre gosrerilmistir. Vos'yi
OV'a ayarlarsak, devre bir arnpermetre yoluyla akac-kaynak akimi loss'yi olcer, Kaynak geriliminin (Voo). akac-kaynak akirmru doyma duzeyine ¥tkaracak oranda olmast yeterlidir (yani kaynak gerilimi, lo'nin yukselis! durana kadar arnnlir ve ulasilan dilzey loss olarak kabul edilir.)
- loss
'
v,.
JFET TRANSFER
-
O Vcs
loss
(volt)
.' . · · • - JFET rran.<fer korakrcristiii
(n-kanall1).
Bu noktalar tesbit edildikten sonra ~grinin geri kalaru, transfer karakteristigi uzerinde gorulebilir veya JFET'lerde meydana gelen fiziksel sureclerin teorik incelernesinden elde edilebilir; ve ~u denklem bulunur 2
,--·-A....----'<~r,., . . -.,._,
l
ID= Loss ( 1-
----·....
.
y"5,)2
!
p
i
+
(6.2)
Bu formill, ~ekil 6.Tdeki transfer karakteristik egrisini temsil etrnektedir, Dikkat edilirse
transferkarakteristigiridegorilldiigii gibi Yes= O'dalo =Ioss ve lo= O'da Vos= VP 'dir.
).:~,I<·-~
toss» O~,ck ~in kullanrbrr
dcvrc
:<·l,I (,.,;
Vp'yi Ol<;mek i<;in kullamlan
dcvre.
~ekil 6.9'daki devre Vp degerini ol~ek icin kullamlabilir.
Akac-kaynak gerilimi, akac akmu O'a cok yakm olana (veya minimum bir akim
diizcyinin altma dusene) kadar OV'tan daha biiyiik negatif degerlere dogru ayarlarur.
Akac akummn sifir olmasrm saghyan minimum Vcs gerilimi, Vcs(ofl) veya Vp'nin ol-
Kisilma gerilirni VP = -4V, akac-kaynak doyum akirm loss= J2mA olan bir nkanalh JFET'in akac akmuru ~agidaki kap1-kaynak gerilimleri i9in bulun.
(a) Yes= OV, (b) Vcs = -l.2V ve (c) Yes= -2V
culen degeridir,
Joss ve Vp'nin degerleri olyilrnlerle veya elemanm ozellik sayfalanndan
bulunduktan sonra kullamci, de ongerilim hesaplarmda veya ac ¥alt~ma analizlerinde
kullarulmak uzere bir transfer egrisi cizebilir.
Denklem (6.2)'yi kullarursak:
(a)lo=loss(l-~r
(b) lo= 12 mA ( I
= 12 mA
JFET Transfer Karakteristik Egrisi
-=11-r = 5.88 mA
(c) lo= 12 mA ( I -
,
= 12mA(1-1r
~r
··~-
= 3 mA
n-kanalh bir JFET'in transfer karakteristigi, yaray ekseni OV'tan Vp'ye uzanan negatif degerleri ve dii~y ekseni O'dan foss'ye uzanan, lo akirruru temsil eden koordinat
sisternine cizilebilir, ~kil 6.10_ a'da Vp =-SY ve foss=lO mA i9in bu ttir bir sistem verilmistir, Transfer karakteristigi.n iki noktasi gosterilmi~tir.
... Shockley Jenkkmi JFETlen.tek1sma bm~i ilffll 11i,;11 s:oe,n:HJir.
262
BolOm 6
Alan-Etkill Translstorler
6.3
JFET Transfer Karakteristlginin <;izllmesl
263
• ....,_,_~
2.
~----
-
--"'$-J
_ • ..,.
<.;
,.
t.,.)
-
v.
;•
Uo = OrnA).
V1, = -5V yatay eksen iizerinde
Bu degerler Denklem (6.2) ile hesaplarur:
Vos= OV icin: Io= loss (l - 0)2 =loss= 10 mA
/_.. = ll1w\
\lr;s)~·. \' . = ._';\'
ir in: II= Jll m '\ f 1 •
.
\'
.5Y
• ·.JI
I
Ardmdan, ~ek.il 6.lOb'de gosterildigigibi, transfer karakteristigi egrisi bu noktalar
birlestirilerek cizilir. Egrinin ciziminde kularulan bu noktalar a~ag1da gosterildigi
gibi oldukca kolay bulunabilir.
1.
lo= loss oldugu Vos= OV secin:
10 (mA)
2.
r
Vos= 0.3 Vp secin, burada
lo= loss ( I • O.t?
8
-5
loss= 12mA
Vos=OV
0
Vos= 0.3(-4V)
6
3.
4
= -1.2
= loss (0.49)
Io= 0.5 loss= 0.5(12 mA)
V
Vos= 0.5 VJ> secin, burada
lo= loss ( I -O.~~P
2
-5 V
-4
t
-3
-2
(a)
lo t=
0
v
10
-5V
10
6.4
3.6
1.6
0.4
-2
-3
-4
-5
Vas= V1, secin, burada
-JOSS
8
6
0
0.25 loss
·
~;r
=0
fo=O
10 (tnA)
VGS
[01
= 6 mA
lo= 0.25 loss= 0.25(12 mA) = 3 mA
ID=loss(I
VGs(volt)
10 (mA)
JO mA(I - ~)2 J
(mA)
-I
4.
0
= -2 V
r=
Vcs=Vv=-4V
VF
VGS
(V)
-I
Vos= 0.5(-4V)
= loss (0.5)
O
12
[/=)
[0.3 Vp) -1.2 V
6
1loss1
(0.5 Vpl -2 V
3 {0~!
_JVpJ __--4.._v
o__10_1_
2
. 12
r
4
I
4
/
[l~~i
10
8
2
I.
-5
t
Vp
-4
-3
-2
-I
0
VGs(volt)
(b)
\,! :i'
~1iilme,s1.
2
JFET tr.tnsfo~ kar;.1k((risriginin
-4
Transfer egrisuu <;11.n11.:k i<;in gcrcken diger noktalar O ila V,, arasinda iki veya ii<; ge-
rilim degeri secilerek bulunabilir. ~ekil <5. !0b'de birkac gerilim degeri icin hesaplanan lo degerleri transfer karakteristiginin uzerinde isarerl] olarak gi:iriilebilir.
Boliim 6 Alan-Etkill Transistorler
6.3
-1
,(O.S
...... L-,V,J;., . [0.3
,..,.L_··-·.,
V.-1 ':
(V.-J.
toss264
-2
-3
I
t~
0
YGs(volt)
.· :-/.-- ....:.: .,·.~ :'~- ..-·.'.-.~~- ' ~
-4V i~in ~izik:n trunsfer karJkleriscigi.
UI/\, ... ,, :
JFET Transfer Karakterlstlginin <;:lzllmesl
265
akac ak1m101 temsil eder. Kil9ilk sinyal elemanlannda bu akrm tipik olarak mi-
~ekii 6.11, yukardaki dort veri noktasmin transfer karakteristtgi koordinat sistemi
uzerinde birlesririlmesiyle olusan egriyi gosterrnektedir. Herne kadar daha 9ok noktayla daha dolu bir egri 9izilebilse de, yalruzca dort noktarun kullamlmasi de ongerilim veya ac 9al1~mas1 i9in bircok durumda yeterli olrnaktadir.
VGs icin kullamlan dort nokta, lo degerlerinin, 9ogu kez hesap makinasiru bile gerektirmeyecek kadar kolay hesaplanmasiru saglar, Onerilen degerlerin ve sonuclann
bir listesi Tablo 6.l'de verilrnistir, ;
liamper (mA) dtizeyindcdir,
Kapr-Kaynak Kapama (Krsma) Gerilimi,
\lo= Vas (kapah)
Akac-kaynak kanalmm kapandrg: veya kmld1g1. (yani neredeyse hi9 akim geyirmedigi) kapi-kaynak gerilimi Vos (kapali), uretici ozellik sayfalannda Vp olarak
aruhr. Pratik o\ytimler, kisma gerilirninin, akay akmumn belirli dti§Uk bir dtizeyinde
belirlenmesini (birkac mikro arnper) gerekmektedir; yiinkil stfir akim veya yok
kil9Uk bir akac akmu ol9tilmesi zor bir degerdir. Vp degerinin ol9illmesini saglayacak bir devre ~ekil 6.9'da_gosterilm~tir. V0s'nin belirli bir degerinde, Io kinlmanm geryekle§tigini gosterecek yeterli kil9tikliikteki bir degere dil§tinceye kadar
Table 6.1
Vas
lo
·! ,: ..
0
0.3V1,
0.5Vp
6.4
VGS ayarlarurken, VGs ve Io olyUIUr.
loss
loss
2
loss
4
0
Kapi-Kaynak Krnlma Gerillmi BVass
Kapi-kaynak jonksiyonunun kinlma gerilimi BVGss, belirli bir akimda akackaynak kisa devreyken (Vos = OV) ol9tiliir. Kinlma gerilimi kapi-kaynak iizerinde
ayarlanabilecek gerilime iliskin simrlayrci bir degerdir. Bu degerin ustune ylk1lmas1
durumunda elernanakmun harici bir devre tarafmdan suurlanmasi gerekir, aksi takdirde eleman hasar gorebilir. Kmlma gerilimi, akac besleme geriliminin seciminde
JFET ;.:'ARA~iElRELER~
Ureticiler, JFET elemamm tammlamak ve farkli elemanlar arasmda secim yapmak
icin gerekli olan bilgileri saglayan bir dizi parametre verir. Tarnrnlanan parametlerin
nispeten daha yararli olanlardan birkaci a§·ag1da verilmistir:
suurlayicr bir deger saglamaktadir.
1. loss, akac-kaynak doyum akirru.
2. V1, = Vos (kapah), kisma veya kapi-kaynak kaparna gerilimi.
Olctilen ortak-kaynak ileri ge9i§ iletkenligi, gf, veya 8m olarak arulir. Bu deger,
akac-kaynak kisa devreliyken ol9tiliir; yani
3.
4.
S.
Ortak-Kaynak ileri Ge9i~iletkenliqi
BVGss, akae-kaynak kisa devreyken elernamn kmlma gerilimi.
gm= g1,, elemanm ge9i~ iletkenligi (transkcnduktansi)
Ifo eleman a91ld1g1 zaman gdrulen akac-kaynak d.irenci
81,=
6/o
ti.Vas
I
91s
= 9m
v05=o
ve JFET ac yUkseltiminin bir gostergesidir, g1,'nin (veya 8m) degeri, uygulanan bir
ac kapi-kaynak gerilirnine bagh olarak ac akirrumn ne kadar degi§tigini gosterir.
8m degeri siemens (S) birimiyle olr,;iili.ir (daha once mho (U )) ve tipik degerler l
Elernarun gilril\tii gerilimi, acrna ve kaparna siiresi, gii9 degerleri ve kapasitansi ile
ilgili bir dizi parametre de genelde iiretici karakteristik ozellik sayfalannda yer alir,
ila 10 mS veya lOOOµS-10.000 µS arasmdadir,
Denldem (6.2) ile verilen bagmllmn tilrevi almd1g.mda3;
Kapi-kaynak kisa devre yapildig; zaman kanahn kapandigr (k1S1!d1g1) akirn
(Vos
0), en onernli elernan pararnetrelerinden biridir. ~ekil 6.S'deki gibi bir
devreyle koyalca ol9iilebilen loss degeri, JFET ters ongerilirnliyken en buyuk
=
~ Denklern (6.2)'nin turevi lo=
...:.·
266
Bolilm 6 Alan·Etkill Translstorter
-~'
,·-;.
loss! I •
wr.~hn11>0;
gm=~=-'
?!Jlli.(1-~)~2{oss(1-~)
a Vcs
Vp
Vp
VJ'!
Vp
6.4
JFET PARAMETRELERi
267
1· Cm = CmO ( I •
fu} I
ayarlamali tiretim tipinde kanal, fiziksel olarak olusmrulur ve akac-kaynak arasma
uygulanan bir gerilirn sonucu akac ile kaynak arasmda bir akim akar. Kanai olusturmali MOSFET'te kanal, elernan uretilirken olusturulmaz, Yuk tasiyicilanndan bir
kanal olusturrnak ve akac-kaynak arasma gerilim uygulandigmda aktrn akmasiru
saglamak dzere kapiya bir gerilirn uygulanmasr gerekir.
(6.3)
Vp
elde edilir; burada
g
m
O
= '1:!.!lli.
lvr-l
(6.4)
Kanai Ayarlamala
Cmo degeri, V Gs = OV'luk bir ongerilimde JFET'in maksimum ac kazanc parametresidir, Diger ongerilim §artlannda 8m degeri, Denklern (6.3) ve (6.4) ile hesaplandigi gibi, daha dii~iik olur.
ORNEK6.2
,-,\
loss= 12 mA ve v,, = -4V'luk degerlere sahip bir JFETin geyi§ iletkenligini (gm),
(a) VGs = OV ve {b) VGs = -1.SV ongerilim noktalannda hesaplaym.
Cozum:
Denklem (6.3) ve (6.4) kullaruhrsa
8mO = Y.fils._= 2(12 mA)
. IV,.j
(a) 8m
=
l-4VI
Cmo ( I -
~}=
= 24 xl0-3
1-41
= 6 x 10·3
s = 6 ms=
6000 µS
....
MOSFET
~ekil 6.12a'daki n-kanalli kanal ayarlamali MOSFET transistor p-tipi bir alt tabaka (FET yaprsina ternel olarak kullarulan p-katkih silisyum rnalzeme) tizerinde
olusturulmustur. Kaynak ve akay uclan, dahili olarak n-katkd1 kanal bolgesine baglanrms olan, n-katkih kaynak ve akac bolgelerine bir metal (a!Uminyum) ile baglamr, n-kanahnm tizerinde izolasyon katmaru olarak gorev yapan silisyurn dioksit
(Si02) katmaruna bir metal katrnan uygulanrrusur. Oksit bir katman uzerine metal
gecit birlesirninin yan iletken bir alt tabaka uzerine yerlestirilmesi kanal ayarlamah
MOSFET transistoru olusturur, Sekil 6.12a'daki n-kanal elemanda, negatif kapikaynak gerilimleri kanal bolgesinden elektronlan iterek kanali bosalur ve buyuk bir
negatif bir kapi-kaynak gerilimi kanali kisacakur, Ote yandan pozitif kapi-kaynak
gerilimi, kanah gcnisletecck (p-tipi tastyrcrlan itecek) ve boylece daha cok yuk tasryrcrlaruuu gccmcvinc. yani kanal akmurun :,rtm:,,111:1 n,l :1c1c1~11r .
s
s
G
6 mS ( I - ~~) = 6 mS = 6000µS
(b)g,,, = 6 mS ( I - -~5/)
= 3.75
mS = 3750µS
acrk (iletim) Direnci,
MOSFET'LERiN Y ~PISI VE KARAKTERiSTiKLERi
Alan etkili bir transistorun ger,;it ucu kanaldan izole edilmis olarak yapilabilir. Populer Metal-Oksit- Yaniletken FET (MOSFET) ya kanal ayarlamalt MOSFET (~ekil
6.12a) veya kanal olusturmali MOSFET (Sekil 6.12 b)' olarak iiretilmektedir. Kanai
268
----
rds (apk)
(a)
Belirli bi~ kapi-kaynak gerilimi ve akay akirmnda olyiilen gerilim akac-kaynak
actk: (iletlm) direnci, JFE1' anahtar olarak kullaruldrginda onem tasir, JFET, r,;ahsrnasirun doyma veya omik bolgesinde ongerilimlenrnisse, akac ile kaynak arasmda, r,1,car,k) degeri ile belirtilen ye on ila birkac yiiz arasmda degi~en bir direnc
soz konusudur.
6.5
D
sio, (dielektrik)
n - lcatloh
malz.c,mc;
Akac;-Kaynak
G
. .cc·:· (yahucr
n-1:anah
F.ndiiklenen n - kanah
(b)
. '11f
,;,
!~
Boliim 6 Alan-Etkill Translstorlar
~ekil 6.13'te kanal ayarlarnah bir n-kanal MOSFET elernarurun karakieristigi gosterilmistir. Eleman hem pozitif hem de negatif kapi-kaynak gerilimiyle <;ah§irkcn
gosterilmektedir. VGs'nin negatif degerleri akac akirmru kisma gerilimine kadar dii§Uri.ir ve bu noktadan sonra hir,; akac akirm akrnaz. Transfer karakteristigi negatif
kapi-kaynak gerilimleri icin ayrudrr, ancak Vcs'nin pozitif degerleri i<;in dcvarn
eder. Kap,, Vdnin hem pozitif hem de negatif dcgerleri ic;in kanaldan izole edilroi§
oldugundan, eleman VGs'nin her iki polaritesiyle r,;ah~llnlabilir vc hi<; bir durumda
kap1dan akim akmaz. ~ekil 6.l3'deki elemanm §Crnatik semboli.inde bir alt tabaka
ucunun eklendigi (kap1, kaynak ve akay tellerine ek olarak) goriiltiyor. Bunun tize6.5 JFET Transfer Karakteristiginin vizilmesl
...; .
269
rinde elernan tipi isaretlidir; burada ok, p-tipi bir alt tabaka, dolayisiyla bir n-kanal
elernaru olduguna gosterir. Kana! ayarlamah bir p-kanal MOSFET karakteristigi
$ekil 6.14'de gosterilmistir.
D
G_J (
10 (mA)
/
Altkabnan
/i,(mA)
Kanai ayarlarnalt bir MOSFET, loss = 12 mA ve Vp = -4.SV degerlerine sahiptir.
Akac akirmru (a) OV (b) -2V ve (c) -3V'luk kapi-kaynak gerilimleri iyin hesaplaym.
+IV
--~~~~~~~...;..-
s·
Denklem (6.2)'yi kullamrsak:
IO
Vcs •
8.5
s
-3
-4
-2
:,,~ii I•. I.;
-I
0
s
0
Vc;s(volt)
10
0V
(a)
·
lo= loss(I -
Vas)
2 = 12 mA {t _ _Q_Y_)2 = 12 mA
Vp
-4.5 V
-..:2L)
= 3.7 mA
-4.5 V
-IV
(b) lo= 12 mA (1
-2 V
-3 V,
(c) Io= 12 mA { I - ..
-4.5 V
IS
2
as:..y = 1.33 mA
Vos(volt)
11,k:,nalh i.•nal ayarlamoh MOSFET kar:,kteristildcri.
s
G
$ekil 6.15'deki kanal olusturmah MOSFET, akac ile kaynak arasmda temel eleman
yapisi olarak bir kanala sahip degildir: Pozitif bir kapi-kaynak geriliminin uygulanmasi, kapmm altmdaki alt tabakadaki delikleri iterek bosaltilrms bir bolge olusmasiru sagiar.Kapi gerilimi yeterince pozitif oldugu zarnan elekrronlar, bu bo§alttlm~
D
s
(a)
G(+)
D
-IV
Vy 'den bOyOk
pozltifkap1
Yes • UV
gcrilimi.nlnol~urduju
n-kanah
,..M~:S:.::'.l:lill!.u..,....1m~::a:;W
Bo~llllmsf b61gr.
+IV
+2V
0
VI'
VGS (volt)
Vos(volt)
O
(b)
bolgeye i;ekilir ve akac ile kaynak arasmda bir n-kanah olarak gorev yapar. Buradan
olusan n-kanal, kanal olusturmali MOSFET karakteristigi ~ckil 6.16'da gosterilrnistir.
Kapi-kaynak gerilimi V7 esik degerini asincaya kadar akac akmu akmayacakttr. Bu
esik degerini asan pozitif gerilimler, artan bir akac akrrruna yol acacakur; transfer ka-
)ck,! I•. i J p·kanalh kanal olu11um111h MOSFET: (a) yop,.,; (b) koraktcristiklcri
270
BolOm 6
Alan-Etklli Transistorler
6.5 JFET Transfer Karakterlstiglnin «;:izilmesi
271
rakteristiginin denklemi ile yc::~tir. buradaR: (tipi,k olarak 0.3 mA/V2) elemanm yapisma iliskin bir degerdir.4 Dikkatedilirse; Ve;= OV ile hiy akac akirru
s
D
G
l
1·
10 = K(Vcs-VT)2
(6.5)
n - altkatmaru
akrnadigmdan kanal olusturrnah bir MOSFET ile ilgili bir loss degeri yoktur. Herne
kadar kanal olusturmah MOSFET yah§ma aral1g1 bakimmdan kanal ayarlarnah elemana gore daha krsith olsa da, kanal olu§numalJ eleman daha basit yapist ve daha ki.iyuk
(a). ~ -
D
11- lcanal
ol~turroah
MOFSET
_J ~
G
I
Allkatman
!0 (mA)
s
---------6V
-SV
p- kana1
ol~tunnal.t
MOFSET
4.5
-4V
Vcs =6V
I
3.0
/
Vcs = ·-3v
J-,.,
I
0
Vas(volt)
Vos(volt)
(b)
:;(
1.5
.Ii
r=r+>:
4V
~ck.ii
(d7
i>--k~m41Ui kanal olu~lurmah MOSFET: (a) ynp1s1; Sb) kuJ.1.kteristikl.eri
ORNEK 6.4
!.----,---~-----ff
:J
0
5V
3V
N-kanall1 kanal olusturmah, esik degeri 2.SV olan bir MOSFET icin a§ag1dak:i
VDs(voll)
gecit-kaynak gerilirnlerinde akan akirn degerlerini bulun:
~c},;: ,,.1 •, n·kanalh knnal olul!Unnah MOSFETe ilijkin kar.iktcri:<tildcr.
(a) Vcs = 2.5 V (b) Vcs = 4V, (c) Vcs·= 6V
ol9iileri dolayrsryla, biiyiik yaph entegre devreler icin daha uygun bir elernandrr,
Kana! olusturmali elemanm §ematik sernbolunde akac ile kaynak arasmda basIangicta bir kanahn olmadigiru belirten kesik bir 9izgi gorulur. Alt tabaka uc; oku ptipi bir alt tabakayi ve n-tipi bir kanah gosterir, P-kanal kanal olusturmah MOSFET'ler de iiretilebilmektedir. Bu tiir bir eleman ve karakteristigi Sekil 6. l 7'de gosterilmistir,
<,:ozitm:
··-····-- ·-·--- ------·----------------------·-··
272
Boliim 6 Alan-Etkili Transistorler
K;
"',~:
. 'I
0.3 mA/V2 degerini Denklern (6.4)'te yerine koyarsak:
=
(a) Io= 0.3 x 10·3 CVcs - VT)2 0.3 x 10·3 (2.5 · 2.5)2
(b) Io= 0.3 x 10·3 (4 - 2.5)2 = 0.675 mA
(c) Io= 0.3 x 10·3 (6 - 2.5)2 = 3.675 mA
6.5 JFET Transfer Karakteristiginln «;:izllmesi
= 0 mA
273
. ·".('
\I
1
Bir JFET veya kanal ayarlamah MOSFET icin oldugu gibi kanal olusturrnah bir
MOSFET icin de bir aktanna iletkenligi degeri bulunabilir; bu durumda gecerli olan
bagmt15
'im = 2K(Vcs - Vr)
maksimum In= mak~imum Po = 360 mW = 12 mA
rnaksimum Vos
olacaknr; bu da 360 rnV{'luk maksimum anrna degerin oldukca alundadrr. Aslmda
30 V'taki maksimum alam;
(6.6)
ilc verilmistir,
BVcss=-30V
ORNEK 6.5
Vr
= 3V'luk
30 V
,.:.•
·~ ........
esik degerin~ ;~hip kanal olusturrnah bir n-kanal MOSFETin ge9i§
llerkenligini a§ag1daki 9all§ffi11 noktalan icin bulun: (a) 6V ve (b) 8V.
<;oziim:
(a)
(b)
6.6
?~,
!
\
g111 = 2(.3 X 10·3)(6 - 3) = 1.8 mS
g .. = 2(0.3 x 10-3)(8 - 3) = 3 mS
(a)
Mutlak maksimum anma dcJcriett t25' C ,crbc,1 huva .-ic:,~1ig1ndul
Aka~-Kap1 gerilimi
Ten yBnde Kapr-Kaynak Gcrilimi
llerl Yonde SOrckli Kapr Akum
TransistBr SOrekli Harcama Gocu (25°C (vcya daha d~Ok) Serbcst
Hava Sicakhltnda)
·
TransistBr SUrckli Harcama GUcU (25°C (veya daha dO§Uk) Bacak
SrcakllJmda
Saklama S1cakhlc Arahl•
KARAKTERiSTiK OZELLiKLER SAYFALARI
Bir JFETin karalcteristik tizelliklcr sayfasi onem tasiyan bir dizi elektriksel karakteristik ve anma degerleri konusunda bilgi saglamaktadrr, ~ekil 6.18'de sayfalarmda bulunabilecek tipik bilgiler gtiriilmektedir. Mutlak rnaksimum anma degerleri a§ag.idaki gibi bilgiler saglamaktadrr.
Maksimum Akac-Kaynak Gerilimi
360mW
SOOmW
-6S°C ile I SO"C
(b)
= 30 V
Elcktriskel karakteristiklcr (25°C serbest hava s1cakhfmda)
Buna esir veya altmdaki bcsleme gerilimleri JFET elernarurun guvenli 9ah§mas1rn
saglayabilecektir.
25°C'de toplam gii9 harcamasi
30V
-30V
IOmA
PARAMETRE
BVoss
v~,
= 360 mW
loss
rda(~•k>
Transistorun oda sicakligmda harcadigi maksimum gii9 360 mW'a ~it veya daha
dii§iik olmahdir. Omcgin Vos= 20V ve lo= 8mA ongerilirn kosufunda harcanan gU9;
Yr,.
Y"'
.Jl .
•..::L
Kapr-Kaynak Kmlma Gerilimi
Kapr-Kaynak Kapanma Gerilimi
S1f1r O~it Geriliminde Akay Ak1m1
KU~Ok-Sinyal Aka;-Kaynak A~1kDurum Direnci
KO;Ulc-Sinyal Ortak-Kaynak ileri
Transfer Admitansi
KO;Ok-Sinyal Ortak-Kaynak c;1k11
Admltans:
MIN.
MAKS.
-JOV
-2.SV
IOma
-6V
lSmA
210 Cl
3.SJJS
1.SµS
75µS
(c)
x.. •!!P._•2K(VCS· "Tl
was
bur.Ida
274
,.
.,
K • 0.3 x 10 A/V'l (1ir,it) : QJ tnAfV2,
BOIOm 6 Alan-Etklll Translstorler
fekll '-II
2N5950 JFETc ilitkln llr.cllik bililleri: (a) clernan1n bocaklan; (b) mutlalc mak.tlmum anma de-
Jerleri: (c) tipllc elelclribelkank1cri1tikbilJileri.
jonksiyonun ters tingcrilim yontlnde lcmldtg1 tipik kmlma gerilimini tarnrnlayan
U
Kll'lkterlatlk 6ztlllklerl
275
Vos=
15 V'Juk bir akac-kaynak geriliminde ol9iilen kapi-kaynak kmlma
Vp'yi tamrnlayan
VGS(kapoh) = -2.5 ile - 6V
VGS
= OV ve
VDS
= 15
V degerlerde ol9Ulen doyum durumundaki
gerilimi
akac akirniru ta-
rumlayan
loss=
15 mA (maksimum)
gibi degerler sayilabilir.
O'--~~~--'=="""'"--~~-..
+Yoo
+Vair
Bir diger pararnetre de kiiytik ac sinyalleri icin akac-kaynak direncini tammlayan
rd~~·k) = 210
s.7
n (maksimumjdegeridir.
Seki! 6.20 CMOS'un girii,l~1k1,
ili1ki:ti.
Giri~ gerilimi dii§ilk oldugu zarnan nMOS transistoru kapah kahrken pMOS transistorii. aytk duruma ongerimlenir ve 900§ besleme gerilimi dtizeyi, +V00'ye 9t.kar. Giris
gerilimi artnkca, ~ekil 6.20'de gosterildigigibi, giris gerilimi nMOS transistorunu a9tk
hale getirecek diizeye ulasmcaya kadar durum korunur. Daha sonra 9tla§ gerilirni,
pMOS elemam tarnamen acihp ve nMOS transistoriin kapanmaya baslarken hizla OV'a
cnos
Temel olarak sayisal devrelerde kularulan ve oldukca yaygm olan bir baglanti, kanal
olusturmah pMOS ve 11MOS transistorlerini tiimler veya diger adryla CMOS elemanda birlestiren bi~ baglanudir. ~ek:il 6.19'da temel CMOS baglantisr gosterilmisrir. Giris, pMOS ve nMOS transistorlerinin ortak gecitlerine baghdir. Pozitif
bir giris gerilimi pMQS'u kapali, 11MOS'u a9tk duruma getirerck, 91k1~ta OV verecektir. Dii§tik degerli bir giris gerUinu buna k~1ltkpMOS'u acik, nMOS'u kapah
duruma gerirerek, 91kt§ gerilimini +Voo'ye 91karacakt1r. Giris ve 9t.k1§ gerilimleri
arasmdaki iliskiyi gosteren bir grafik ~ekil 6.20'de gosrerilmistir.
duser,
Gerilimin +Voo'den OV'a d~tiigti veya OV'tan +Voo'ye. yiikseldig] kisa bir sure
dismda, pMOS ve nMOS transistorleriiiifl.seri baglanusmdaki transistorlerinden biri
kapahdir ve besleme kaynagindan akim i;ekilmez. Yti.ksek ve alcak 9tkt§ duzeyleri
arasmda kalan kisa anahtarlarna siiresi dismda (yani biri a91k digeri kapah duruma
gecerken her iki transistorun acik oldugu sure dismda) CMOS devresi besleme kaynagmdan giii; cekmeden yii.ksek veya alcak 91.k.t§ ile 9ah§maktadtr. Ashnda bir
CMOS devresinin gti9 tiiketimi de kosullannda sifir olup, .uygulanan sinyalin frekansryla birlikte devre daha sik anahtarlama yapt1gmdan bu ttiketim artacaknr,
CMOS'lar agtrhkh olarak sayisal devrelerde kullarulir ve besleme kaynagindan
cok az giic; cekerken OV veya +5V'luk bir 91k1§. saglar. Dti§iik giic;lii entegre dcvrelerin 9ogunlugu CMOS transistorleri ile yapilrrusnr.
pMOS
Yss (0 V)
c.:
AltkoJ.mun
1. Eleman parametreleri Vp = -3V ve loss = 8mA olan bir n-kanal JFETin akac
akirrum, a§ag1daki kapi-kaynak gerilimleri icin hesaplaym: (a) -Lv, (b) OV, (c)
(a)
-2V.
' ' '11• i-: ·:·emc1CMOS h>Al!ntoso.
276
BolOm 6 Alan-Etklll Translstorler
BolCim 6 PROBLEMLER
-~· .
.:,:
VP= +4V vel0ss = 7.5 mA olan bir p-kanalh JFET elcmnmmn akay akirruru, a~ag1daki kapi-kaynak gerilimleri icin hcsaplaym: (a)
+2V, (b) +3V.
.
2.
Eleman pararnetreleri
3.
VP = -3V ve loss= 8mA degerlerine sahip bir n-kanalh JFET elemamnda 5
mA'hk bir aka<; akirrn saghyacak kapi-kaynak gerilimini hesaplaym.
4.
Yp = +4V ve loss= 7.5 mA degerlerine sahip bir p-kanalh JFET elemanmda 5
14. V;, = -3.8V ve loss= 6.8 mA parametrelerinesahip bir p-kanalh JFET clemamnm 8nro dcgerin! bulun.
15. n-kanallt bir JFET (loss= 8mA, VP= -4V), Vcs= -1.SV'ta <;ah~tmld1gmda gc<;i~
iletkenligi gm degeri ne olur?
16. Bir p-kanalh JFET Uoss = 9mA, V1, = +3.5V), Vas= 0.75V'ta yalt~tmld1gmda
ge<;i§ iletkenligi Km degeri ne olur?
. . 'r , -'
mA'lik bir akay aknm saghyacak kapi-kaynak gerilimini hesaplaym.
~ !.~; .
17. Bir n-kanalh JFET, VGs = -1.SV ve loss= 2.9mA'de ongerilimlldir. loss = 7.5mA
olduguna gore V1,ve gm degerleri nedir?
S. loss degeri 8.5 mA olan bir n-kanallt JFET <;ah~tmld1gmda /0 = 2.125 mA ve
Vas= -2.SV olarak <ll<;iiliiyor. Elemanm VP degeri nedir?
= 6.75 mA ve
6.
V1, degeri -6 V olan bir n-kanalh JFET, 10
lt§tyor. Elemamn loss degerini bulun.
7.
Anma degerleri loss= 10 mA ve VP= -3.SV olan bir n-kanalh JFET elernam <;ah~tmld1gmda 10, 3.625 mA olarak <ll<;iiliiyor. Vas degeri nedir?
18. Bir n-kanallt JFET (loss= 7.8 mA).10 = 3.82 mA ve VGs = -l.2Y'ta <;alt§tmhyor.
Bu yalt§ma noktasmdaki gm degeri nedir.
Yes= 1.5 V'de i;a-
19. Bir p-kanalh JFET (loss= 13.SmA, VP= +SY), 10 = 9.5 mA'de 9ah§tmhyor. Bu
<;al1§ma noktasmdaki gm degeri nedir?
20. Bir n-kanalh JFET (Vp = 4.5 V, loss= 8 mA), VGs = -l.2V'ta cahsurilryor, Elernanm gcyi§ iletkenligini (gn,0) ve cahsma noktasindaki aktanna (transfer) iletkenligini (g.,) bulun.
8.
loss= 16 mA ve VP= -6V parametrelerine sahip bir n-kanalh IFET elemamna
transfer karakteristigini <;iiin.
21. Bir JFET (gmo = 4200 S) Yes= -lV'ta cahsunhyor, Bu noktadaki gm nedir?
(Vp = -4V.)
9. loss = lOmA ve V1, = -SY parametrelerine sahip bir n-kanalh JFET elemanuun
transfer karakteristigini <;izin.
22. Bir JFET Uoss = 6mA, VP= -2.5V), 10 = 5mA'dc <;alt§tmhyor. Bu noktadaki gm
nedir?
10. loss= 12mA ve VP= 4.SV parametrelerine sahip bir p-kanalh JFET clemanmm
transfer karakteristigini <;izin.
23. Bir JFET (Vp = -4V), VGs = -IV'ta yalt§tmldlg1 zaman 4500µ S'lik bir geyi§ iletkenligine sahipse, elernanm mak.simum geyi§ iletkenligi nedir?
~ 6.4
11. loss= 8mA ve VP= -4.SV parametrelerine sahip bir n-kanallt JFET elemanmm,
g,,.00 geyi~ ilerkenligini (transkonduktansuu) bulun.
12.
;:
24. Kanai ayarlamah bir MOSFET Uoss = 12 mA, VP= -4V), Vas= -SV'ta <;a·
h§tmhyor. Bu <;al~ma noktasmdak.i ge9i§ iletkenligi (transkonduktans) (g111)
v,, = -3V
ve gnr0 = 4.5 mS parametrelerine sahip bir 11-kanalh JFET clemanmm ·
Ioss degeri nedir?
~3. loss= 12 mA ve Kmo = 6500 µS parametrelerine sahip bir p-kanalh JFET elemanrnm VP degefi nedir?
(1.5
nedir?
.J.
25. Kanai ayarlamalt bir MOSFET Uoss = 8mA, VP= -2V), Vas= OV'ta yah§tmhyor.
Elemarun geyi§ iletkenligi nedir?
,}:,,
6
278
B610m 6 Alan-Etklll Tranalatorler
B610m 6
PROBLEMLER
·279
26.
3.SV
esik
gerilimi
olan
kanal
olusturrnah
vcs
bir MOSFET
hsunhyor. Akan akimlann degeri nedir (K = 0.3 mAN)?
= 5V'ta ca-
'
27. n-kana~h kanal ol~tu~al1 -~ir MOSFET, 7V'ta ongerilimlendiginde
4.8mA de <;al1§1yorsa C§1k gerilimi (Vr) nedir?
Iv
=
28. n-kanalh kanal olusturmah bir ~OSFET 6V'ta <;al1~tmld1gmda esik deger! Vr=
2.8V olmaktadir, Bu durumdaki devre ge<;~ iletkenligini hesaplaym.
.
·+
29. Vcs = 7.SV'ta <;alt§tmlan kanal olusrurmah bir MOSFET 2 5 mS'lik
· ·1
·~·
. .
, ·
ge<;t§ 1 et·
ken I rgrne sahiptir, Elemanm esik gerilirni nedir?
30. n-kanalh kanal olusturmah bir MOSFET (Vr = 2.SV), lo = 6mA'de <;a·
lt§tmld1gmda ge<;i§ iletkenligi ne olur?
.:;.·.
I~·,,:
; .. ·.i·
~=
_J
-·-·-
'#- .
····----··
· ..
Bir FET elemamn de iingerilimlemesi, istenilen bir akac akirrurun akmasma yol a9an bir
gecit-kaynak gerilirninin uygulanmasuu gerektirir, Bir JFET icin akac akirru, doyma
akirm loss ile suurhdir, Kanai ayarlamah bir MOSFET. Ioss'nin altmda, iistiinde veya
ona esir bir degerde ongerilimlenebilir; Kanai olusturmali bir MOSFETin, elemamn a91l·
mast icin ~ik degerini asan bir gecit-kaynak gerilimiyle ongerilimlenmesi gerekir. Fc.'T
gecite bakildrgmda giiriilen empedans <;ok yiiksek oldugundan (bir JFETde ters ongerilimli p-n jonksiyonu veya kanal olusturrnah MOSFETde bir silisyum dioksit tabakasiyla izolasyon) gerilim boliicii veya sabit kaynak geriliminin gecitre olusturdugu
de gerilimi FET tarafmdan etkilenrnez veya yiiklenmez. Sabit de ongerilirnleme, ~ekil
7. l'de gosterildigi gibi, gecit-kaynak jonksiyonunu ters ongerilirnlernek ic;in kullamlan
bir kaynakla elde edilir. Vee kaynagr, Vcs gerilimini Rc'den ya da gecitucundan hi'<
akirn akrnayacak §Ckilde ters ongerilirn diizeyine <;ckrnek icin kullanahr.
le =0
Gecit-kaynak ters ongerilirnli oldugu icin, bu jonksiyondan akim akmaz, C kondansatorunden de akrrru gecmediginden. Re direncinden de akrm gecmeyecektlr.
Kaynak, n-kanal JFETi ongerilimleyecek Vcs gerilimini saglar, fakat Vcs kaynagmdan akim cekilmez.
Re dircnci, C kondansatoru iizerinden uygulanacak herhangi bir ac sinyalinin Re
280
Bol(im 6 Alan-Etkill Translstorter
281
ORNEK 7.1
O:zerinde arunlmasmi satlamak i9in eklenmistir, ac sinyalinin Ra (lzerinde artmasiyla birlikte Ra Uzerindeld de gerilim dil§ilmii,
~ekil 7.2'deki sabit ongerilim devresinin aka~ akirrum ve akac-kaynak gerilimini
bulun.
+l'oo
+12 V
~
I.SY
~,,ii •.I SabitongcrilimkuUonanJFETdcvresi.
Vas. gecit-kaynak gerilimi ise,
<;:iiziim:
Vas= Vo- Vs= Vac;-0= Vea
Yes= Vee= -1.5 V
(7.1)
lo=loloss(I
olarak bulunur. Dab sonra akac-kaynak akimi lo, ~g1da verilen Shockley esitligiyle bulunabilen, gecit-kaynak gerilimi Yes tarafmdan olusturulur;
lo=loss(i
-~r
= 12mA(1--~vVY
=4.69 m
Vos= Vo - Vs= 6.4 V - 0 V = 6.4 V
(7.2)
JFET Aka~-Kaynak Karakterlstlglne Dayah
Graflk Anallz
""
=·
·
A~ag1da, bir JFET devresinin de ongerilirnli 9al1§masmm grafik olarak analizi ve-
rilmistir. Herne kadar yukarda kullarulan maternatiksel yontem devredeki rum akirnVo= Yoo - loRo
(7.3)
olarak bulunur.
282
V::r
Vo= Voo -loRo = 12 V - (4.69 mA) (1.2 kQ) = 6.4 Y
Bu aknn, ak39 direneinde belli bir gerilim dii§iimiine neden olur :
aka9taki gerilim ise,
-
lan belirlemek icin avt.k ve dogrudan bir aray saghyorsa da, grafik analiz, ongerilimle 9ah§maya yeni bir bakrs a91S1 getirrnekte ve de ongerilimlerneye neden
ihtiyac duyuldugunun anlasrlmasma yardimci olmaktadir, ~ekil 7.3'de bir JFET'in
(/ oss 12 mA, V1, = -4V) akac-kaynak karakteristigi verilrnistir,
=
B610m 7
FET Ongerlllmleme
B61il~
Sablt Ongerllim
283
..
10 (mA)
VGS = 0 V
2.
=
(10 0 yani yatay eksen iizerinde bulunan bir nokta VO= V00'de isaretlenrnistir.)
Vos= Vo= OV icin:
O V = Voo - loRo
-IV
Io =Y.iul
Ro
=
(V05
0 yani dii§ey eksen uzerinde bulunan nokta lo = VoofR0'de isaretlenrnistir.)
-2V
3.
De yiik dogrusu, I ve 2. adimlarda isaretlenen noktalar arasinda r;:izilir.
-3 V
0
2
4
6
OR:\EK 7.2
8
10
12
Vos (v)
Akac-kaynak karakteristigi ~ekil 7.3'te gorulen JFETi kullanarak ~ekil 7.2'deki
devrenin siikunet (Q) noktasuu bulun.
Kapi-kaynak ongerilirn gerilimi, Vee kaynak degeri ile secilebilir, l.SV'luk bir pilin
kullamlmasi akac aknruru ve secilen Ro degeri akac gerilimini olusturacakur. Vcs= 1.5 Va ait kapi-kaynak karakteristik egrisi ~ekil 7 .3'de gosterilrnedigi icin, vGS= • J
ve Vcs = -2V. arasmda kalan bir cizgi ~ekil 7.4'de gosterildigi gibi Vos= -l.5V'luk
kesik bir r;:izgiyte yaklasik olarak verilrnistir,
<;:01.ii111:
v
Vos= -1.SV'e ili§kin karakteristik egri, -lV ve -2Y egril,:rinin arasma r;:izilmi§tir.
A§ag1daki iki nokta arasmda bir dogru r;:izilerek de yiik dogrusu eldc edilir:
!0 = 0 ic;in: Vo= Vo0 = 12 Y
Esitlik (7.3) ile verilen c;ah§may1 temsil eden bir de yuk dogrusu, §U §ekilde <;izilebilir:
Vos= 0 ic;in: lo=fu=...ll.Y.....==
Ro
l. Io= 0 mA icin:
Vo= VoD - (O)Ro = Voo
10 {mA)
1.2 kO
10 mA
~ekil 7.4'te gortilen siikunet noktasmm koordinatlan:
De yiik ~izgisi
(R0 - 1.20 i~in)
12
Vcs=OV_
olarak bulunur.
7.2
Q. noktas1
KENDiNDEN ONGERiLiMLi JFET YUKSEL TECi
Daha pratik bir JFET ongeriliminde ikinci bir kaynaga gerek olmadan, kapi-kaynak
ongerilirnlni saglamak ic;in bir kaynak direnci (Rs) kullamh'.. ~~~I 7.5'dc sadec_c_ te~
gerilim kaynag1 (V00) kullarulan de ongerilim devresi verilrnistir, Tees ongerilimli
kapi-kaynak iizcrinden hi~ kapi akirru akmayacagmdan, kapi akimi :
-IV
. .i
lo=O
bu nedenle kapi gerilirni,
0
2
4
6
8
'0
12
Vos (V)
t
'jd.,I · I Ond; 7.2'ye iliJkin al:a~-1.-aynokl:arakrcrisri!i ve yiik do~"'"''
284
BolGm 7 FET Ongerilimleme
Vc=IcRc=OV
(7.4)
olur.
BOIOm 7.2
Kendlnden Ongerlllm JFET YOkseltecl
285
lo= O icin: VGs = (O)Rs = 0 V
VGs = Vp icin: Iv=~
-
Ornek 7-3'tc gosterildigi
Rs
gibi kendinden-ongerilim
dogrusu
ile transfer ka-
rakteristiginin kesisme noktasi istenilen Q noktasiru vermektedir.
~ckil 7.6'dak.i devrenin VGs·ve Iv d~}.:rkrin1 h11l1111.
+V00 (24 V)
6.2 kn
~kll 7.5
Kaidindon ooscritimli JFET dcv_rc:u.
Aka9 akrmi /0'ye ayarhyken, kaynaktaki gerilim;
I
olur.
.,h
(7.5)
Vs=/::]
O halde kapi-kaynak gerilimi;
VGs = VG - Vs = 0 V - 1oRs
JFET transfer karakteristigini cizmek icin [Denklem (7.2)]:
VGs = -loRs
(7.6)
Aka9 akirmrun, Denklem (7.2), ile belirlendigi gibi, JFET i9in yererli olmasi gerekir.
Denklem (7.2) ve (7.6), iki bilinmeyenli ([0 ve VGs) iki denklemdir. Bir denklcm
digerinde yerine konarak bilinmeyenlerden biri ve ardmdan digcri icin 9ozi.im bulunabilir. Herne kadar bu, bir bilgisayar prograrmyla kolayca yapilabilse de, bu iki
denklerni 9ozmenin daha uygun bir yontemi grafik tekniktir; 9izilen iki egrinin kesisme nokrasi aranan 9oziimil verir.
ilk once Denklem 7.2'nin JFET transfer karakteristigini Daha sonra Denklern
(7.6)'nm dogrusunu 9izin (kendinden ongerilirn dogrusu). Bu ikinci dogru iki nokta
secilerek kolayca 9izilebilir.
286
B610m 7
FET Ongerlllmleme
VGs(V)
J0(mA)
0
10
[0.3Vp]
-1.2
5
[0.5Vp]
[Vp)
-2.0
-4.0
2.5
0
[Yf]
[~]
Kendinden-bngerilim dogrusunu ~izmek i9in [Denklem (7.6)]:
BcllOm 7.2. Kendln~n On~llm JFET YOkaeltecl
287
Vo= Yoo - IoRo = 24 V - (1.6 mA)(6.2 kQ) = l4.08 V
Vs = IoRs ~ (l.6 mA)( l.S kn)= 2.4 V
0
0
2.67
-4
Vos= Vo- Vs= 14.08 V -2.4 V= 11.68 V
In (mA)
<>RNEK :.~
10-lnss
$ekil 7.6'daki devrede lossfl. ile /0ss/4 arasmda de ongerilimi saghyacak Rs di-
9
rencinin deger arahgm: bulun.
8
<,:iizf1m:
7
Ornek 7 .3'te 9i1.ilen transfer karakteristiglnden yararlanarak,
6
5
Vas= -10 (1.5 k.l'l)
4
3
2
t
v,.
~l·hif 7.i
-3
-2
-1
0
lsss ;
10 mA = S mA
lo=
!.fill.=
10 mA = 2.5 mA
2
2
ve
;
-4
lo=
4
2
noktalanndan ge9en kendinden-ongerilim dogrulanru 91210. Bu noktalar once
transfer karakteristigi ve kendinden-iingerilim dogrulan uzerinde i§aretlenir, ardrndan (0,0) rnerkez noktasmdan baslayarak Sekil 7.8'deki gihi birlestirilir,
Vas (volt)•
/0(mA)
Vas0 = -2.4 v
J1:1 r 1r.u1,11:r l:,ir:tL.h.:rii,.11g1,1t11 \.111111..,,,1 vc umd;.7 ·3'\! ili'-kin
kend'11iutn--ongcnf1m
.. 1 . •
...
,
dognisu.
10
9.
Self-bias line I
$ekil 7.7'de . transfer
karakteristigi
ve kendinden-ongerili·rn do"grusunun kest~rne
·
•
.
no ktasmdaki degerlen verilrnistir.
8
7
6
5
C)RNEK 7.-!
4
3
$ekil 7.6'dak.i devrede V05'nin ongcrilim c.kgerini bulun.
2
(<i/.ii ill:
....
.
Ornek 7 .3'ten, IO = 1.6 rnA
288
-4
-2
-1
0
Vcs(volts)
•!\'
BolOm 7
FET Ongerlllmleme
~··~ii 1.~ Omek 7.Yre verilen egrikrin ~izihnesi.
Bolilm 7.2
Kendlnden 6ngerilim JFET Yilkselteci
289
Rs degerleri, artik bu dogrulann egimlerinden bulunabilir.
.Rs (!..M..s.. iiin)
2
JvIn I = Ll...Y.
= 240
5 mA
GS
.Q
I u = 0 iken; VGS= --0(0.56) kn) = 0 V
ve
Rs
(lo~~4" ·
iyi11)
·
• lo -- R,
Vp = ·(-4.5k.Q
Y) = 8.04 mA
Vcs = Vp = -4.5 V iken;
0_56
JV cs I= 1.2 v = soon
Iv
5 mA
Rs - ,00 Q i~ln
kcndindcn-oo&erilim dojruw
olarak bulunur.
12
n arasmda tutulursa devre 2.5 ile 5 mA arasmdalci lo
degerleri iyin ongerilimlenecektir.
Rs'nin degerleri 240 ile 800
8
OR:\1::K 7.6
6
· ~ekil 7.9b transfer karakteristiginden yararlanarak, ~ekil 7.9a'daki devrenin In ve
Vvs degerlerini belirleyin. loss ve. Vp degerlcri nelerdir'!
/0
4
(mA)
12
+16V
~t·J..il 7.ln
Ornck 7.6'y-d ili~kin kcodinc.len-Ongerilim dojrusunun ~izi1n~i.
10
8
6
0
4
[ ~] 8.04
Rs
0
-4.5
------------,--
2
Bu dogruoun, JFET transfer karakteristigi ilc kesismesinden :
-5
-4
-3
-2
-·l
O
VGS
(volt)
l0Q = 3.2 mA ve Vc;sQ= -1.8 Y
(a)
(b)
Buradan akay gerilimi ;
V0 = V0~ -loRo = 16 V • (3.2 mA}(2.l kO) = 9.28 V
Transfer karakteristiginden
ve kaynak gcrilim ;
10 ekseni iizerinde: loss= 9 mA
Vc;sekseni uzerinde: Vp= -4.SV
Rs dogrusu Denklem (7.6) ile yizilir (bkz. ~ekil 7. lO):
Vs= loRs = (3.2 mA)(560 n) = 1.79 V
.,'i..
•• '.t.:;
:1
sonucta elde edilen ongerilim degeri;
vos = vD • Vs= 9.28 V - 1.79 V = 7.49 V = 7.5 V
Yes= -lvRs
olacakur.
290
• - BolOm 7 · FET Ongerillmleme
8610m 7.2
Kendlnden Ongerlllm JFET YOkseltecl
291
I
7.3
GERiLiM-BOL0C0
~---~--<>
iLE ONGERiLiMLEME
De ongerilimlernenin biraz degi~tiril~i~ bir fo~ri ~ikil .7. ll 'de gosterilrnisrir, Gecit
ile kaynak arasindaki ek gecit direnci RG, de ti.ngc:riFm nokrasirun daha buyuk bir
arahkta ayarlanmasmi ve daha buyuk Rs degerlerinin kullamlrnasiru miimkiin kilar,
Kisaca gosterilecegi gibi, de ongerilim analizi 7.2. Bolumde anlatilan yonternle aymdir; tek fark burada kendinden-ongerilim dogrusunun (0,Q) noktasmdan kaydmlrrus olmasrdir.
+J6V
2.1 MO
-------Vo
Vp= -4V
V;--l
1055 = 8 mA
O. \µF
21okn
.---------<>
1.5k!1
+VDD
WµF
Omck 7.Ty~ ili1kin JFET oogerilim devresl.
:f;_;:;:.
l Transfer karakteristigi ~agrdaki tablo degerleri kullamlarak !jekil 7.13'te cizilrnistir.
.~ .. kil i.! i
Il
(K!rilim-OOIOcU kullenan 6'1gerilim de\'tcsi.
!
Gecit hala ters-ongerilirnlidir, dolayisiyla /G = 0 olmaktadir ve gecit gerilimi Ve;
VGs(V)
J0(mA)
0
[0.3Vp]
-1.2
8
4
[0.5Vp]
-2
2
[Vp]
-4
0
[~]
[~]
(7.7)
Gecit VG, Denklem (7.7) ile hesaplarur:
ve JFET ongerilimi:
VG=
Vcs= VG. Vs= VG-loRs
(7.8)
ve kendinden-ongerilim dogrusu Denklem (7.8) ile bulunur: .
()R\'n: 7.7
I
Sekil 7.12'deki devrenin ongerilim akirrum (Iv} belirleyin.
292
270 Hl
(16 V) = +1.82 V
2.1 Mn+ 270 Hl
·.
Boli.im 7 ·FET Ongerilimleme
VGs= l.82 V - Io( 1.5 k!l)
/0
= 0 i9in; VGS = -1.82 V
Biililm 7.3 Gerilim-Biili.ici.i ile Ongeritlmleme
293
lo (mA)
Vs= IoRs = (2.4 mA)(l.5 kn)= 3.6 V
VDS = VD • Vs= 10.24 Y = 6.64 V
'
;
:
10
I
Kanai ayarlamah bir MOSFEf transistoru, gecit, silisyum-dioksit dielektrik ile
izole edildig! ve kapi de _aiorm her zaman i~iri Ii;; 0 oldugundan, hem pozitif hem
de negatif kapi-kaynak geri ~al1~bilir. Transistor transfer karakteristigi, loss degerini asabilmekte ve de ongerilimleme noktasi, vcs = 0 ekseninin her iki yamnda
I
l
K~llmdoj,-i
1
-----~----f====I
l
kalabilmektedir,
· ·· · ·
j
l
-S
I
-4
-3 -2
-I
0
2
3
4
s
')cl,.i' ?,l<l'deki n-kanalh kanal ayarlamah MOSFET'in transfer karakteristigini
~izin.
+18V
I
l
1
~,:!',.i/ "'.',I_';
''
Omd. 7.1'y.: ili~kin L:cndintk>ttfin~\!rilim dojrusunun fizilmc3i.
Vas= 0 icin: lo =-Yes=
Rs
1.82 V
t.5 kn
= 1.21
i.s itn
mA
[ floss. =,6 mA
VP :=.'..,3V ..
0
1.82
1.21
0
soo n
;1·:
Bu de keodinden-ongeriltm dogrusu, transistor transfer karakteristigini,
VGSQ
= -1.8
V ve IDQ
= 2.4 mA
:j.l·:..il 7. i ~ ()mck 7.9 v~ 7.1(1.a ili}kin kanal ;i:,,"3rbnl31l MOSFET OOgcrifim dcvresl.
Cozum:
noktasmda keser,
Transfer karakteristigi,
(7.2) ile elde edilebilir.
Ornek 7.7'deki devre i~in V0, V5 ve V0s ongerilim voltajlanrn bclirleyin.
Ornek 7.6'dan, /0
294
lo=
6 mA degerleri kullarularak Denklem
6 mA (1 - .!'-3.fil..)
2
V
Dahn once gosterilen noktalann yarusrra Vcs
rada,
= 2.4 mA:
Vo= VDD - loRv
v,. = -3V ve loss=
= 16 V - (2.4 mA)(2.4 kO) = 10.24 V
BOIOm 7 FET Onoi,rillmteme
lo
"'/L>ss(i -
0-~:P
r
BolOm 7.3 '''Gerlllm-BolOcO·11& Ongerlllmleme
· ·
= 0.4 v,. noktasi
da kullamlabilir; bu·
.1.i .·
= _L9p ~f~S ==,,2Joss.
295
------
---
-- ------ --------·--·~··---·
VGs(V)
/0(mA)
+1.2
12
0
[2JDSS)
6
[Iossl
-0.9
3
[~1
[0.5Vp]
-1.5
1.5
[Vp]
-3
0
[~]
[-0.4Vp]
[0.3Vp]
Vo=
ve kendinden-ongerilim dogrusu,
Vos= Vo - IoRs = 1.5 V -10 (300)
0
'j
Eide edilen transfer karakteristigi, ~ek.il 7. l5;de gosterilmistir.
/0
Rqz
Yoo=
!OMO
(18V)=l.5V
Ro, +Rci
llOMO+ lOMO
s
-·-·------ile elde edilir.
/ Kendinden-ongerilirn
(mA)
1.5
_Q__ ..
I
dogrusu $ek:il 7.16'da gosterilmistir, Bulunan de ongerilim
, noktasi:
14
Transferkarakteristigi
1
0 = 6 mA
(1 --3Vcs)V
Vos=·0.15V ve/0=5.SmA
~
i
2
I O halde akac-kaynak gerilimi,
Vo= Voo -loR0 = 18 V -(5.5 mA) (1.8 kn)= 8.1 V
Vs::: IoRs = (S.S mA) (300 0) = 1.65 V
V05 = Vo - Vs= 8.1 V - 1.65 V = 6.45 V
10 (mA)
14
-3 -2.5
:,cw 1.,;
-2 -1.5
-I
--0.5
0
0.5
1.5
2
2.5
3
·,
6mek 7.14'deki kanal ayarlamah MOSFCTin transfer kor,kt<rL<ti~i.
'
0Ri\'EK 7.10
$ekil 7.14'dek:i devre i~in ~ekil 7.15'deki transfer karakteristiginden
Vcs gerilirni, lo akirmru ve Vos gerilimini bulun.
ynrarlanarak
<,
2
__.,./'
<;ozu m:
.c: ----
-3.0 -2.5 -2.0 ~1-5 -1.0 -0.S
Kapi gerilimi Denklern (7.7) ile hesaplamr:
O
0.5
Vcs12:0.15
1.0 1.5
2.0
2.5
v
,• ' • .. 6mek 7.10'• il~kin kcO'<fiqd•ndingcrilim.dogrusu.
296
Biilum 7 FET Ongerllimleme
BiilOm 7.3
Gerlllm-Stiliicii lie Onge:rlllmleme
297
ve
~ekil 7. 17'deki devrenin ID ve Vos ongerilim kosulunu belirleyin.
kullanrlarak ~izilir.
-----------
r--------<>
~15 V
szo n
0
'·
6.76 _
IOOMn
5.07
0
~ , .
•,
O.S i<F
-,.
V1~11---.--44
·ainA
~-~
~ekil 7.18'de ~izilen egrilerin kesi~":e noktasmdan ongerillrn kosulu,
v, • -6_V __:
· .... ,,.
·•'
·--\.
'
~.,
'
loQ =.1.2 mA ve Vc;sa = -0.32 V
olarak bulunur,
1son
9
n-_kanalh JFET transfer karakieristigi;
Vc;s(V)
.......
:·1,
l
i
i
l
/0(mA)
·-
-----
,'--+---H2
[0.3Vp]
0
-1.8
8
4
[0 ..Wp]
-3
2
[Vp]
-6
0
UossJ
[~]
[¥]
- ··- ---------- .. ·-·--
yardmuyla cizilir.
_i_
... ::::::::._.L5
6 _
_
VGSQ = -0.32 V
,,~ii -1.18
Ve;=
R
5·1 MO
Gl
Yoo=
(15V)=5.07V
Res + Rc;2 100 MO+ 51 MO
~kil7.ll'e
ili.jkin ~izim.
Buradan Vos gerilimi;
=
j Kendinden-ongerilim dogrusu,
I
I
_J_L4.:--_l:3--_1:12--1:,:--!-'.o~~--:2~~3--:4~-~5---:-6
--~YGs(volt)
ilur,
V0 V00 -loRo = 15 V - (7.2 mA) (820 fl)= 9.1 V
Vs= loRs = (7.2 mA) (0.75 ill)= 5.4 V:
· ·
Vos= V0 .- Vs= 9.1 V -.5.4 V = 3.7_V
298
Bt\lOm 7.3-,Gerliln;.Bt\lDcQ
lie Ongerlllmleme
299
7.4
KANAL OLU$TURMALI
MOSFET ONGERiLiM
DEVRELERi
Kanai olusturmah bir MQSFET, transistoru acrnak icin gereken esik geriliminden
daha biiyiik bir gecit-kaynak gerilimine ihtiya1r duyulur, Kanai olusturmah MOSFET transosturunu ongenlirnlemek icin cok kullarulan bir devre Seki! 7.19'da gosterilmistir. RG direnci MOSFET'ia1rtlcdururna getirmek icin gecite yeterli buyiikliik:te bir · gerilim uygulamaktadir .. Akim. daha 'sonra akac-kaynak (veya gecitkaynak). gerilimi ile akac akirm arasmda belli bir denge durumu olusana kadar artar,
MOSFET akac akirru gecit-kaynak gerilimiyle olusturulur ve,
MOSFET akac karakteristigi Denklem (7.11) kullamlarak cizilebilir. Verilen V-r ve
K degerleri icin, birkac Vos degeri secilerek lo degerleri hesaplanarak cizirn icin gerekli noktalar bulunabilir. ~ekil 7.20'de MOSFET akac karakteristiginin veya de 011geriliminin tipik bir grafigi gosterilmisur. Denklern (7.12)'nin yiik: dogrusu da, Sekil
7.20'de cizilmistir. Burada da ~ekil 7.20'deki iki egrinin kesisrne noktasr, ongerilirn
.lcvrc-cinin <iikunct (()1.-:1l1§ma degerlerini vermektedir.
·
/0
(mA)
(7.9)
lo= K (VGs - Vr)2
ifadesiyle verilir; burada Vr, MOSFET'in belirlenen esik gerilimidir. !0 akrrm ayru
zarnanda Ro iizerinde bir voltaj dii§iimiine yol acar, boylece
Vv = Voo - loRo
(7.10)
f
0
Vc.s=
Vru(vol))
Yoo
Sddl 7 ..!U Kanai olu~tunnah MOSFETa~ karakteristiginin i;izimi.
D
(>RNEK 7.12
Seki] 7.2l'deki devrenin /0 ve V05 ongerilimleme dcgerlerini bulun.
+12 V
~:.::~i I 7. t 1.1 K.10:tl oiu~1u1m.J:1 :<AOSFET ijr.gcrilic.1 devn:.'\i.
Gecit akirm /G = 0 oldugu iyin VGs = Vvs'dir, bu nedenle Esitlik (7.9);
Iv= K
(Vos- Vrl ·.
~------i{--vo
(7 .11)
seklinde yazilabilir.
0.0SµF
lOMfl
Vs= OV iken Vos degeri,
v,-j
olur.
~?Jti:~,'J,'.,;trt~
{y',~"3V'.1
!)tkil 7.21
300
Boliim 7
FET Ongerilimleme
Bo. l!im 7.4
'sfl
-"i;...·:~,.~,
5'-µ-F_...__G_'
1
(7.12)
., ...r,.;:·
D
••
Karml ,1luitu:1•l1 MOSFL':Ton; ·1ii1111 ,k-\ ,._.,,.
Kanai
Olusturrnah
MOSFET Ongerilim Devre-le,.rr,,~-····- ":::-
301
= 3V vc K = 0.3 mA/V2 degerler! kullarnlarak, Denklem (7.11) yardirmyla nkanalh MOSFET akay karakteristigine iliskin noktalar hesaplamr. ·
Vr
lo=0.3{V05-3)2
»
7t -
.-----.----
~--:
CE$iTLi
ONGERiLiM DEVHELERi
·
.
.
Her ne kadar bi~ok devre -daha once ele ald1g1m1z standan bicimlerde kuruluyor
olsa da, bazs degi~ildilder olacakur, Bu kisundaki orneklerde bir dizi ~eiilli devre bi-
CVrJ
3
5
0
1.2
7
4.8
9
~imleri incelenecek1ir;·Gt>ri1lecegi gibi yeni bir tcoriye gerek duyulmayacakur.
<>RNEK 7. t.,
10.8
---------------
~ckil 7.23'deki devre i~in love Vos iingerilim degerlerini hesaplaym.
. D~~em (7.12)'nin yiik dogrusu a~ag1daki veriler kullanilarak ~ekil 7.22'dc
~~~
.
y
j.
+12V
· Vos= 12 V - /0 (2 kf.l)
:,. _{r_i~m~)
.
._--~-~ --.
-~-
Vc,s<Y)
------·-·--·
/Diii • 12 mA
·v,.•-6V
0
12
6
0
-------~~----- ·--·------
Rs
sse n
~ckil 7.22'deki iki ejrinin kesisrne noktasmdan buJunan ongerilim deo I · · .
In (mA)
ger en rse:
12
II
JO
!. ,
~ekil 7D
Omek.7.13'c iliJkin oogcrilim devr<si.
= 2.9 mA ve Vos= 6.1 V'dur.
<;iiziim:
r----~-----1/
-1!: ...
J:.~
i:,..
ID=0 .3(Vos·3V)2
Ashnda bu standart bir devredir ve tamulan grafik yontemle analiz edilcbilir.
Ancak altematif bir yaklasun olarak, ongerilirn ~ah§ma noktasr, hem transistor
hem devre denldemlerini karsilayacak birlc~ 10 ve Vos degerleri ararda hizh bir
sckilde hesaplanarak bulunabilir. Sagla.nmas, gereken iki denklem §unlard1r:
9
8
7
Vcs =-(680 0) lo
ln0" 2.9-3F-------~,
I
2
Vos
= 12V In· (2 ldl)
,1;,_,.v~0.=6.1v
'!,:t
1'
302
-' .'
Omek 7.12'ye ilqkin elcman vc devrc c~rifcrinin ~izilmcsi.
.J:f.
/cs=
12_mA ( I ·
(1)
V1sr
(2)
Her iki denldemi saglayacek 10 ve Yes degerleri belirlemek i~in, lo i~in bir deger
secin, DenkJem (l)'i kulanarak Yes degerini bulun ve bu degeri, lo'yi hesaplamak icin
Denklem (2)'dc kullanmBulunan bu iki /otlegeri birbirine esitse (veya yaklasik %10
farlch ise) ~oziim blilundu oeinekfu. Eger degilse, iki deger arasmda kalan yeni bir ID
degeriyle tekrar hesap yapin, ~glda bu i$1em table ~klinde verilmistir,
,._,.:. .
· BiilOm 7 · FET Ongerlllmleme
86IOm 7.5 (:etffll Onoe,111m l>evrel.ff
303
---------·1
l» (m~
-----~----~-·-·----------
---
De11klm1(I) bdlamlaruk Denk/em (2) btl1wulmr1I
v_c_s_cv_>
_
Di.~er ID d~.~eri11i11
/o(mA)
(,:iiziim:
buiunntasi
---·- ..·--- --· -----····-·-··-··--··--·-·····
6 + 1.23 = 3.615
6
-4.08
1.23
3.615
-2.46
4.18
3.9
-2.65
3.74
Kapi-kaynak ~evre denklerninden,
2
3.615 + 4.18 = 3.9
-Vas-loRs+ IOV=O
VGs= 10 V =lo (l.5 k.Q)
2
3.9 + 3.74
2
= 3.82
3.82
-2.6
3.85
3.82 + 3.85 = 3.84
-·······----·- --·---------- ------·- 2 ·-----·--··-···- . , , .
Yonterne bu sekilde devarn edilebiimesine ragrnen, de ongerilirnlemesi yaklasik
l
I
Vcs = 10 V - (1.5
Vo= Voo - lvRv = 12 V - (3.84 mA) (1.5 k.Q) = 6.24 V
Vs= lvRs = (3.84 mA) (680 Q) = 2.61 V
j
= 9 mA(I -
0
6.67
olarak bu\unur. Buradan,
Vvs= Vo - Vs= 6.24 V - 2.61 V = 3.63 V
~r
(2)
Egriler, ~ag1daki veriler kullamlara.k ~ekil 7.25'te yizilmi§tir:
Denklem (!)'den:
kadar olmaktadir. Boylece akac ve kayna.k gerilimleri :
j
I
lo= loss(l -
Iv= 3.84 mA ve VGs = -2.61 V
I
~r
buna karsihk elemarun denklemi :
(1)
elde edilir,
k.Q) /0
10
0
10 (mA)
12
10
~ekil 7.24'cleki devr-.nin 2ka~ akimun, akac ve kayna.k gerilimlerini bulun.
+20V
r.s kn
··:-:.
lDSS="9mA
v, =':,,3 V
!,
,:..,:
·:t={···
'""3
-2
~ ...'>.ii
~--·!,,:ii-;-~
304
!t01'1ll.:l
7.14'e ifi~l.'.in 5n~erilim dev~i.
0
Vos(volt)
VcsQ: -0.35 V
1.5 k.Q
-IOV
-1
7.:..;
Omek7.14'e iliikin efii!crir.yizimi.
Denklem (2)'den:
Solum 7
FET Ongerilimleme
Bolilnt 7.5
<;:e~ltli Ongerilim Devreleri
305
-22 V
lot
. _;_.:
... }0
0
-15.9.
[0.3V,,)
[0.SV,,]
[V,,)
D
.~·
v~~(V)
G
(mA)
..
2.25
-3
0
IMO
1~]
4.5
loa •7.SmA
fl',• +3.S V
s
>!'
· .1Ioss1
9
-1.5
2.71cn
l~]
~ckil 1.lr.
-
3600
Omek 7.IS'c ilitkin dtvn,.
Bu ..:griler ~g1daki veriler kullamlarak ~ekil 7.27'de ~izilmi~tir.
-·· .. ·----···---- ·~-- ..-- ------------------·--··-~·-
-
~ekil 7.25'teki egrilerin kesisme noktasmdan:
la= 6.9 ~Ave
Denkle»: (Ii k11/lt1111/aral::
VGs = -0.35
Den ft mi (2 ): hu1am/ural:
VGS(V)
---
V
Diger devre gerilimleri:
0
0
9.7
3.5 [V,,J
-~·
.~
V0 = 20 V - (6.9 mA) (1.8 Jen)= 7.58 V
Vs= -10 V'+ (6.9 mA) (LS kn)= +0.35 V
..,;,
~~~
<;<i:1.(iIll:
;
.
-
!;ickil 7.26'd,aki devrenin
:
lo
V05
t0(mA)
0
7.5
[Joss!
+l.05
3.75
[li;ss]
[0.5V,,]
+l.75· .
1.875
[~]
+3.5
0
;
~-
vc
··-·~-----
[0.3V,,J
,: ~ .,.
p-kanalh bir JFET kullanarak,
-.
degerlerini
/0 (mA)
Keodlndm-
...
c'lna«lllmdoinau
I' GI • +(036 lc0)/0
Bu p-kanalb JFET i~in kullarulacak denk!emler:
VGS= +loRs = Io (0.36 kfl)
lo= loss(I
.
-fu}\
. ·- .L
:Y'P.
·::. !
!. .:
7.5
mA (1 - .J'.'.fil...)2
3.5 V
(1)
(2)
-~ddf 7.J.7 l)111ek 7.IS'in~it.i1111.
·<, ·e610m7
FETOngerlllrnleme
86'0m 7.5. Cetltll
Ono«ilim Devrelerl
I I.S 2 2.S 3 3.S
Yc.sg•+l.2V
VGS('volt)
307
Aka~ gerilirni Vo ise,
Egrilerin $ekil 7.27'deki kesisme noktalarmdan,
Vo= Voo -loRo
lo= 3.3 mA ve Vcs = -1.2 V
= 20 V - (8 mA) (1.5 kn)= 8 V
bR,,;EK 7.17
Vos gerilimi ise :
$ekil 7.29'daki devre i~in (n-kanalh bir JFET'ten yararlanarak) lo ve Vs degcrlerini hesaplayin.
Vos= V00 +IoRo = -22 V + (3.3 mA) (2.7 kn)= -13.09 V
Vs= -loRs = -(3.3 mA) (360 0) = -1.19 V
Vos= Vo - Vs= -13.09 V - (-1.19 V) = ·11.9 V
Sekil 7.28'deki devre icin love Vo degerlerini bulun (n-kanalh kanal ayarlamah
MOSFET kullanarak).
<;oziim:
.
Devre denklemi a~ag1daki gibidir.
...
Vcs = 0 - loRs = -(1.8 kO)/o
(1)
+9 V
+20V
o.or µF
v,--11------......,
1.Hn
2.2Mn
lrus = 8 mA
v,= -4 v
Sc~il 7.29 7.17·ye ila~ldndevn:.
vc aygu denklemi:
Chnek 7. l6'ya 1i1~l<in \"'-''re.
(2)
Bir kanal ayarlamah MOSFET'te kapi-kaynak gerilimi her iki polariteye sahip
olabileceginden, yukardaki devre,
Tablo yontemi kullarulirsa:
'Joi.
Vcs=Vc-Vs=O-O=OV
-~.
noktasinda ongerilimlidir. Bu nedenle,
~::.~
,r.i.
lo= loss= 8 mA
308
BolOm 7 FET Ongerlllmleme
De11/dem (I) l:11!(amloral:: Dtnklt!m (2) l:r11/a111/arak: Diger ID dexcrinin
~·
.ii.
/o(mA)
Vas(V)
to(mA)
bu/11nnum
2 t 0.31
= 1. 16
-3.6
0.31
1.26
-2.09
1.35
l.16 + 1.35 = 1.26
1.26
-2.27
l.19
J.26 ± J.l 9 -
Boliim 7.5 t;eJitll Ongerlllm Oevrelerl
2
2
2
l.23
309.
lo= 1.23 mA ve Yes:-2.2 V
Bu durumda kaynak: gerilimi,
Voo = 20V'luk bir kaynak: gerilimiyle 2N5950 11-k:malh silisyum FET transistor
Ys=loRs=(l.23mA)(l.8kQ)=+2.21
7.6
<,alt~urmak i<,in ~ekil 7.5'teki gibi kendinden ongerilirnli bir devre tasarlayin,
V
DC ONGERiLiM DEVRELERiNiN TASARIMI
Transistortln karakreristik ozellikler sayfasmdan a§ag1da.ki degerleri buluruz:
De ongcrilim devrelerinin tasanrm, daha once ele aldigrrruz problemlerin tersten c;ozulmesinin ve rnanukh bir secirnin yapilrnasmm bir birlesirninden olusan bir yaklasrrndir, Pratikte tasanrn cok c;e§itli bicimlerde elc almabilir ve bu bolumde sunulan
yonremler sec;ilmi§ olmalda beraber istenilen bir ongerilim durumuna ula~mak icin
gerekli devre degerlerini bulmanm tek yolu degildir.
BYess=-30 V
less =-200
=
1. 30V'luk kinlma gozonune almd1gmda Y00
20V'luk bir kaynak gerilimi yeterlidir.
2. Sozkonusu devrede ihmal edilebilecek kadar kii<,lik olan 0.1 V'luk bir gerilim
dii§iimii secersek,
Kendinden-Ongerilimlemeli JFET Devrelerinin Tasanrm
~ekil 7.5'deki gibi kendinden ongerilimli bir devre icin, devre elemanlannm degerlerini belirlemek gibi bir problemi ele alalim. Once, kullamlacak olan JFET transistor iliskin karak:teristik ozellikler sayfasi bilgilerinden ba~Jayacag1z.
1. Transistorun kml_ma voltaji BY ess degennden kiic;iik bir Y00 secin. Eger kmlma degerine uygunsa, mevcutkaynak:gerilimlerinden (9 V, 12 V, vb.) birini kullarun.
2. Transistorun ters akimdan (less) kaynaldanan gerilim dli~iimii, devredeki diger
gerilirnlerle kiyaslandrgmda, oldukca kiic;iik kalacak sekilde bir Re secin. istenilen ongerilim noktasi, a~ag1dak:i araliklarda kalan love Yes degerleridir.
nA (100°C)
YGs ita,"'l,i = - 2.5 V den -6 V'a (Yp = -4 V degeri kullamlir.)
loss= 10 mA'den 15 mA'e (loss)= 12 mA degeri kullamlir.)
~~~:
'ii
·~
IcssRc < 0.1 V
Re< 0.1 V{200 nA = 5 x 105 = 500 kQ (Re= 470 kQ degeri kullarulir)
1·
elde ederiz,
"\ .
3. Yr= -4V ve lo ise belli olmadigmdan, -0.SV ila -3V arasmda bir voltajm kabul edilmesi, verilen arahga uygun dU§CCCktir. Elimizdeki ornek icin sec;tigirniz deger,
·.ti
;;:;.
\T..
Ycs=-1 V
ve
ve bu deger i<,in,
Iv< loss
lo= 12 mA (1 -
3. Gecit-kaynak gcrilimini veya akac akirruru belirli bir degerde ongerilimleyecek
(yukarda belirtilen araliklann orta noktalanna gore belirlenebilir) bir Rs secin.
4. Kendinden-ongerilim varsayimlan yoluyla 10 belirlendikten veya istenen ongerilim degerine sahip olduktan sonra R0'nin degeri bulunabilir. R0'yi, akac
akirm belirlencn bir deger veya.asagidak; aralikta kalacak ~ekilde sccin.
~r
= 6.75 mA
bulunur.
~:
·r. ..
Ya = OV oldugu icin,
Vs=YG-Yes=0-(-1
V)=+l V
bagmusmdan,
310
BolOm 7
FET Ongerllimleme
BolOm 7.6
DC ongerlllm Devrelerlnln Tasanmt
311
Cozum:
Vs= loRs
Rs= Yi_=
lo
2N5952'nin karakteristik ozellikler sayfasma gore:
I V = 148 n (Ro= 150 n degeri kullarulir)
6.15 mA
BVcss= -30 V
lcss=200nA
loss= 4 mA ila 8 rnA Uoss = 6 rnA kullaruhr)
Vcs(k.,pah> =-1.3 Vila -3.5 V (Vp = -2.5 V kullaruhr)
4. Arahk icinde kalan Vo degeri icin,
1 V<Vo<20V
Ongerilim noktasmda Vo= 12V secin,
Vo= Voo - loRo oldugu icin,
..~.
-.~
istenilen akac akirm icin Vcs hesaplamrsa ;
12 V = 20 V - (6.75 mA) Ro
5 mA = 6 mA(1-~)2
-2.5 V
Ro= 20 V • 12 V = 1.185 kn (use Ro= 1.2 kn)
6.75 mA
Ves = -0.22 V
Eld~ cdilen devre ~ekil 7.30'da gosterilrnistir.
Ve= OV oldugu icin,
+20V
Vs= Ve - Yes =0-(-0.22 V) = 0.22 V
Vs=loRs
bagrnusmdan yararlanarak,
2N5950
/DSS"•':12mA·.,
Rs= Vs= 0.22 V = 44
lo 5 mA
y, ':'.;::4;Y..
470kSl
V0s = V0 - Vs
V0 = V0s+ Vs= 15 V +0.22 V= 15.22V
Vo=Voo·loRo
15.22 V = 22 V - (5 mA)Ro
Sonucra elde edilen c'evrenin de ongerilirn analizi, secilen degerlerin kabul edilebilir bir
ongcrilim ~ali§ffias1 saglay1p saglamad!guu kontrol etmek icin iyi bir yaklasim olacaknr.
Ro= 22 V - 15.22 V = l .36 kn (1.3 kn kullamhr)
5mA
Son olarak, Re ilzerindeki gerilirn dii§ilmiiniin 0.1 V'tan daha kii~iik olmasi icin:
ORNEK7.t9
lcssRc < 0.1 V
Bir 2N5952'yi ~ah~hrmak icin sekil 7.5't~ki gibi·kendinden-ongerilimli bir devre
tasarlaym . 22V'luk bir kaynak kullanm ve transistoru lo= 5mA, Vos= 15V noktusmda ongerilimleyin.
312
4311 kullamlir)
Transistoru Vos= 15V'ta ongerilimlernek icin,
. ~ckil 7.JO Oma; 7.18'deki tasaruu ic;in :icm .. yt.:1.cit.le e<i::en dcvl'e.
I
n (Rs=
Boliim 7
Re < _QJ_Y_ = 5 x 105 (Re = 470 kn kullaruhr)
200nA
.
• J
Eide edilen devre ~ekil 7.3l'de gosterilrnistir. ·
FET Ongerilimleme
Botom 7.6
DCongerillm Devrelerlnin Tasarrrm
313
/~'111:
Transist5r karakteristiginden,
-<
.r
+22 V
loss= 12 mA ve V,=-6 V
bulunur.
.,, ·
Transistorun 10 = !0ssf2:; 6 mA'de ongerilimleyebilmek icin, Sekil 7.33'de gosterilen kendinden-ongerilirnleme dogrusu, merkezden istenilen ongerilimlerne
noktasma bir dogru 9izilerek elde edilir. Bu ongerilimlerne durumunda:
...2N5952
. ,.~ .. -· .
lo.s.1~6mA
_v, ~ ,~.?..~
.s
.Y ..
470k'1
J0=6mA
Vcs=-1.75
4311
V
Boylcce Rs degeri,
Vs=foRs
1.75 V (6 mA)Rs
=
~ckil 7 .•II
Orne.I: 7.19 ~in elde cdilen oogerilim devrt>i.
l
ORNEK7.20
Rs=~=
6mA
291.7 Q (Rs= 300 Q kullarnhr)
'?0'nin, Vo= V0o/2'deki iingerilimleme icin degeri ise,
Vo= Voo - IoRo
9 V= 18 V - (6 mA)Ro
!?ekil 7.5'teki gibi bir kendinden-ongerilimli devreyi, karakterjstigi ~ekil 7.32'dc
gostcrildigi gibi olan bir JFET kullanarak tasarlayin. l SV'luk ~ir kaynak gerilimi
kullanm ve transistoru, lo = 0.5 Ioss ve Vo= 0.5 Voo noktasinda ongerilimleyin.
Ro·= !8V-9V
= 1.5kn
6mA
Ters yonde bir kapi akmu clarnayacagmdan, uygun bir deger olarak Re
sccin. Eide edilen devre ~elcil 1734'?c gosterilmi-iir.
10 (mA)
/0
12
12
10
Kmdindcnongerllim doirusu
8
=l
MQ
(mA)
Clo.s.1>
10
8
6
6-U=/2)
4
4
~:
=
2
2
l·
!
-6
-5
-4
-3
-2
-l
0
Vcs (volt)
""'1!.
-6 -5
-4 -3
Vcs (Volt)
z.
,,
~~kit 132 Ornck 7.20'dtki tl".u-.swar0n1rJns'rtrk:1..1k1eriS1i~i.
314
Boliim 7 FET Ongerillmlerne
lsteoen keodindcn-6ngcrilimlcme doglUSunun gUStcrildijJ Omck 7.20'nin 1r-.msfcrkar.1k1cris1igi.
BolOm 7.6
DC angerllim Devrelerlnln Tasanrm
315
1
P 5 = (2 Y + ·8 V) = l .27 kn
3mA
+18V
kadar bir direnc gerekecektir.
(Rs = 1.3 kn kullanihr)
/0 (mA)
IM!l
~~kif 7.3J Orre~ 7.:!0 i<;in ckl., «Iii:~ ·i.'r.gcrilitn devresj.
-6 -S -4 -3 -2 -I O
ORNEK 7.21
V~sa
,5ekil 7.14'deki gibi bir gerilirn-boluculu ongerilimlcme devresini, lo= loss!l'de
cahsacak bir 2N3797 n-kanalh kanal ayarlarnah MOSFET kullanarak tasarlaym.
12V:Iuk bir kaynak gerilimi kullanm.
~cki1 7.35
<;:iiz~m:
ve
Omek
I
= -1.8 v
2 3 4 S
6 7 8 9 10 11 12
7.2 !'c lli:;;.;u tr-Jfbk1 L;tr.akteristi~i ve Lcndi111.lcn--Ot1gr:rilimlem,,: do~rusu.
O halde,
Vs= IvRs = (3 mA) (1.3 kn)= 3.9 V
Vcs=Vc-Vs
2N379Tnin karakteristik ozellikler sayfasmdan;
oldugundan,
Ioss = 6 mA ve VGS(kapahJ
lo= lvss/2 = 3 mA'de, kapr-kaynak gerilimi
lo
=Ioss
3mA=6mA(I
§U
= -6 V
sekilde elde edilir:
Va=Vcs+Vs=·l.8V+3.9V=2.l
Va §U formulle bulunur,
(1-~}2
-
~'yr
Ve =
2.l V =
Vas = -t.76 v = -1.8 v
,5ekil 7.35'den goriilebilecegi. gibi, istenilen de ongcrilimleme noktasr, (JOO n - 4.6 ill arasr
bir Rs icin bir kendinden-oogerilimleme dogrusu cizilerek elde edilebilir. VGS eksenini
kesen kendinden-ongerilimleme dogrusu ic;in rastgele bir deger olarak Va=+ 2V ahrursa,
316
Rei
Voo
Rc2
(12 V)
Re,+ Re2
2.1 V
!k.L+
Rei
bulunur.
Boliim 7 FET Ongerilimleme
R92
Ra,+ Rc2
~..B.a = ..12..Y.. = 5. 7
Va= Vas +lvRs
2 V = -1.8 V + 3 mA (Rs)
V
elde edili r.
... k:.:1
'.: i":
I= 5.7
Re.!..=
Rc2
5.7 - 1 = 4.7,.,.
BolOm 7.6 DC ongerilim Devrelerinln Tasenrm
•
317
loss= 4 mA - 16 mA (loss= 10 mA kullaruhr)
VGS(kapalt)
Rc2 icin rastgele 10 MO secilirse,
~ckil 7.37'deki istenen ongerilim noktast,
Rei= 4.7 (10 MO)= 47 MO
bulunur,
VGs=+l Vve/o=6.9mA
VGs=VG-Vs
+ l V = -8 V • Vs
Vs= -9V
ic;:in
Vo; Voo = 12V ve Vs= 3.9V arasinda sirurh rutulrnasr ic;:in V0 = 8V makul
riilmektedir. Boylece,
go-
Vo= Voo - loRo
8V
= 12
Vs=-loRs
oldugundan,
V - (3 mA) Ro
Ro= 12 V - 8 V
3mA
= 1.8 V - 9 V (Vp = 6 V kullaruhr)
= 1.33 kO
<-
(Ro= 1.3 kQ kullarnhr)
Rs - -Vs - 9 V) - 1.3 xl03
lo
6.9 mA
Eide edilen ongerilimlerne devresi ~ekil 7.36'da gosterilmistir,
(Rs= 1.3 kO kullarulrr)
10 (mA)
r-------o+12 V
l.3kf2
2N3797
/~•6mA
v,.;-6V
10Mf2
1.3 kn
-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -I O
. t ·.
...
r;
.,,fl'
J
ORNEK 7.22
2 3 4
I
5
6
Vas(volt)
VcsaeJV
~d. ii 7 .' '! Omck 7.22'ye ili1kin On£crilim
VG=
dof.N'• ve
RG2
RG1
Seki! 7.37'de gosterildigi gibi ongcrilimlenmis olan p-kanalh JFET gerilimboliicii ongerilimleme devresinin tasanmiru, 2N5462 elemaruru ve V00 = •
30V'luk besleme kaynag: kullanarak tamamlaym.
-8
v=
+
,...,,,~ •• i,.;,rak1eris1i~i.
Voo
RG2
RG2
RG1 +Ro2
(),9,Y,Lii
.
,·
;
I + Roi = -30 V = 3.75
Coziun:
RG2
-8 V
~=2.75
Transistoriin karakteristik ozellikler sayfasmdan;
318
I
RG2
BolOm 7
FET Ongerlllmleme
BolOm 7.6
DC ongerlllm Devrelerinin Tasanrm
,h;· •.\•, ...
319
RG2'yi 10 Mn olarak secersek,
r----r-Q
+VI> D
Ro
= 2:75 (101\10) ::,27S¥ff (RG2 = 27 Mn kullaruhr)
Akay gerilimi Vo;niii; v;o = ~JOY ye Vs.= -9V arasmda olmasi gerekir.
RG.,
Vo = -12V olarak secilirse,
.
-~
.
:
RGl
GG . Rc1 +RGl
Rs
w,1
Vo= Voo + IoRo
m•---
-12 V = -30 V + (6.9 mA)Ro
. Rsfoss
elde ederiz.
'Ll
I
I
r--------o . 30 V
II
A
I
i
y
D
0.8
1-I I
2N5462
'1.•
1,
,Sckil 7.Jg
30
12
VV = 2.61 x 103
6.9mA
(Ro= 2.7 kn kullaruhr)
-I
Eide edilen devre ~ekiJ 7 .38'de gosterilmi~tir.
GENEL JFET ONGERiLiM EGRiSi YAROIMIYLA
oc ONGERiLiMLEME
JFET'lerde (veya kar,al ayarlamali MOSFET) de i:ingerilimlemc hesaplanndaki gii<;:liigii biraz azaltmak icin ~ekil 7.39'da gosterildigi: gibi bir normalize n-kanal egrisi
kullamlabilir. JFET transfer karakteristigini · normalize eksenler tizerine <;:izilmi~tir.
Rs kendinden ongerilim dogru.11u.nui:i cizimin] kolaylasnrmak icin, Rs degerlcrinden
320
'
Omcl:7.22'yc ili~~cio rasarun devresi.
Ro=
7.7
~
Boliim 7 FET Ongerllimleme
-0.8
--0.6
--0.4
-0.2
0
,Sekil 7.39 Gcnd JFcT korakteris1isi.
olusan bir eksen, rn degeri olarak <;:izilmi~tir, burada:
IVp I
m=---
lossks
v,,: Volt,
BolOm 7.7
(7.13)
loss miliamper ve Rs kiloohm olarak !ahnir'.i'·Gerilim · bi:iliici.i ongerilim
Genel JFET Ongerilim Egrlsl Yardunryla DC Ongerilimleme
321
m=--
kararlihkh devre icin krsaca gosterileceg} gibi, M ve Vee degerleri kullamhr.
Vee=
Rc2
Rei + Rei
M=mx~
• Voo
IVpl
VGG
M=mXIVpl
lossRs
1.0
1.0
0.8
0.8
0.6
0.6
(7.14)
(7.15)
IVpl
Her bir ongerilimleme devre tilrilne iliskin bir ornek, bu gene! karakteristigin nasil
kullamld1grn1 gostermede yardimci olacakur,
ORNEK 7.23
,$ekil 7.40'taki devre icin de gerilirn ve akirnlanm bclirlcyin,
Yoo =+J6V
0.4
Ro
3.9K
C2
Ci
v1 ~1'-----......;..-.1
(--vo
0.2
O.OSµF
M=0.165
JDSS"' 6mA
O:OSµF
v.-"'-3Y
-0.8
-1.0
-0.61
VGs=-0.515
IVpl
~ckil 7..lll Omck 7.23'd ilijkin d<vn:.
--0.2
1-0.4
0
VGs
!Vpl = -0.44
-~1.·ldl 7 .-f I Orrk·k 7.23 ve 7 . .!4'e ili1kin genel c£.ri.
Cozum:
Buradan,
m degeri hesaplamrsa:
!0Q = 0.18(6 mA) = 1.08 mA
m=~=H.1._=0.31
Iossks 6( 1.6)
I
·~1
;.(:
degerleri hesaplarur,
Rs ongerilim dogrusunu M-ekseni ilzerindeki O nokrasmdan m-ekseni uzerindekt
m = 0.31 noktasma cizeriz. ~ekil 7.4l'de gorulen ongerilim noktasi:
--W..:.=0.18
olarak bulunur,
322
loss
VGSQ
J
ve Ves =--0.575
Eide ertigimiz
= --0.575 ( l-3 I)= -1.73 V
loo degerini kullanarak,
... :
.•
.
-".'.
..·.,.
VDSQ = VDO - lDQ (RD +Rs)
-- ··J6--1·08mA(39kQ+
·
•
· .• .
IVpj
l.6kfl)=10.06V
degerini buluruz.
Bolilm 7
FET Ongerlllmleme
Boliim 7.7
Gene! JFET Ongerilim Egrisi Yard1m1yla DC Ongerilimleme
323
V GS = -0.44· ve .lu: =·0;3
!VP
()R\'EK 7.24
I
loss
Ongerilim noktasuu verdigini gortiriiz ve bundan
~ekil 7.42'deki devrenin de ongerilim kosulunu hesaplaym.
VasQ=-0.44(1-3
VI) =-1.32 V
loQ 0.3 (6 mA) 1.8 mA
Cozurn:
=
§ekil 7.42'deki boliicii ongerilim devresi icin ilkonce
=
degerlerini elde ederiz.
m =~=J..iL=0.31
lossRs 6(1.6)
Ardindan,
degerini buluruz.
VosQ = Voo -IoQ (R0 +Rs)= 16 - l.08 mA (3.9 kn+ 1.6 kn)= 6.1.V
sonucunu buluruz.
,---------oVDD =)6V
·Rc1
7.8 JFET ONGERiLiM DEVRELERiNiN
BILGISAYARLA ANALiZi
.
4.7 Mn
Bir JFET devresinin de ongerilirnlernesinicesitli devre kosullannda analiz etrnek
icin bilgisayar programlan kullamlabilir. §ekil 7.43a'daki gibi standart bir JFET devresinin de ongerilim akirn ve gerilimlerini belirlemek icin basit bir program modtilii
gelistircccgiz. Sekil 7.43b'de verilcn denklemlerin kullaruldrgr bir program modi.ili.i,
ongerilimi ve akmu belirleyebilir. PrC>gralll;/?ci = actk veya Ro= ktsa (devre) durumlan icin 'ri:iziim saghyabilir ve kullamlan gerilirn polaritesine bagh olarak hem nkanal hem de p-kanal JFETler icin cahsmasi miimkiin olabilir.
c,
V;---ft--. --+--~
O.OSµF
~ckil 7.-0 Omek 7.24'c ililki,, devee.
Vee=
5JOkil
R92
Voo=
(16):::l.6V
Re,+ Rc2
4.7 Mn+ 510 kn
M= mlVqc =0.31
Vp
I
li=0.165
I -3 I
6_ngeri!im dogrusunu cizebilrnek icin onceki ornekteki dogruyla ayru egime sahip
b'.r dogruyu (ayrn Rs ve JFET degerleri) M 0.165 noktasmdan gececek §ekilck
cizmcmiz gerekir. Bu, M-ekseni iizerindek.i M-= 0.165 noktasi ile m-ekseni uzerinde bulunan ve·O.Jl'lik bir deger kadar daha . yiiksekte bulunan bir nokta arasmda bir dogru cizerek yapilabilir, ~ekil 7.41 'e:b-akarsak bu dogrunun,
Rs
=
324
(a)
)-.:1..i I 7 .·~ _:; JFET de Ongcritiminin bilgisayar aoaHzinde kutlaml:tcak devre ve e~itlildcr.
BlilOm 7
FET Ongerilimleme
BiilGm 7.8
JFET Ongerilim Devrelerinln Bilgisayarla Analizi
325
Programi gelistirmenin ilk adrrm, cozumde kullamlacak fonnilliin ortaya konmasidir. Her ne kadar bu formi)llerin yogu daha once belirlendiyse de, burada bilgisayar yoziimlcri saglamak iizere tekrar kullamlmi§hr.
Vo= Vo=
. .;;,, ·.:·,
', .•
Rgi
Rei + Roi
Ll:\i;:
(7.16)
Voo..
(7.17)
•,.)
Vos=.Vo - Vs= Voo -lnRs
•
-~)
.·~os_~Joc • lossks ( l ·
elde ederiz. Bu denklem acihrsa :
•
·
2/o~!Rs)Vos+ (/ossRs • Vee)=
A
<B .: .
ikinci dereceden bir denklem elde edilir.
..
C
0
GS= VG - VS
a
!.w_&
= I-
C = lr,ssR, - Voo
C
=SS•
D = B' - 4AC
D-=B
= -B
-4AC
2A
~=
+YD
2A
-B-YD
2A
loRo
2
2 • SS • RS/VP
RS - GG
t
2-4•A•C
VI • (-B
+
SQR(D))/(2 • A)
V2,. (-B - SQR(D))/(2 • A)
VD = DD - ID • RD
VS• ID• RS
lr,Rs
DS • VD - VS
Vp_,=Vo-~
(7.21)
.<,ii'.
olur; ve V1 ve V2 degerlerinden hangisi n-kanall1 JFET icin O ile -VP degeri arasinda
kahyorsa yciziim degeri yerine gecer, Program elbette B2-4AC dcgerini test ederek,
negatif olrnasr durumunda reel bir ~ozilmlin olmad1g1m belirtecektir. Bu durumda
akac ve kaynak gerilimleri :
Vo= Voo - loRn
(7.22)
Vs= lof?s
(7.23)
Vos= Vo - Vs
(7.24)
olur.
!:
i.!~Ti'.
'7.2
Ve
Vs
VG
VS
VD
GG
DD
GS
DS
Vo
Vee
Voo
:i
Vcs
Vos
.~
lo
,$.
Vp
,,_
.::.1•.::
VP
ID
SS
loss
Ro,
Rl
R2
RS
Rc;z
Rs
,'?o
BolOm 7 FET Ongerilimleme
Progr_amDcgi~keni
Denklern Dc~i~keni
Modill llOOO'de kullamlan degi§ken ve denklemlerin bir ozeti, Liste 7.1 ve Liste
7.2'de verilrnistir, Program Listesi (7.3), Liste (7.1)'te gosterildigi gibi daha onceki
omeklerde yer alan hesaplardan bazrlanmn tekranru iyermektedir.
326
l
A - SS • RS/VP t 2
vi,
~"' v,,.;2
ID - SS • (I - GS/VP)
B
V, ,.
Boylece kapi-kaynak ongerilimirun· bir yOZiimii
YB
t)2
B ~ I _ 21rusRs
v,
(7.20b)
',;.:
V1.2= -B±
VS• ID• RS
Vas~Va-~
~
(7.20a)
GG • (R2/(R I + R2)) • DD
~ ""loRs
A
~r
v ; •
Rilgi.wt_r(lrOeyimi
Ra1
R Voo
Ra,+
a,
lo .. lins(I -
(7.19)
Denklem (7.19)'u Denklem (7.18)'de yerine koyarsa,
eo~_rs) Ves + ( I
(7.18)
2
' ./o_=,loss { I
i ,;,.u :.. . : ..». · ~'
;\: ... ~·ni:!::
De11kl<'11t
Vno
.. .Vs
~ =~.InRs
....
•
.\.i,Jt.hd.
-i.f
861ilm7.8
-· ··---·-
RD
JFE; 6n~er;l;m ~.~;;,;;i,;;n Bllglsayarla Anallzl
327
10 REM********************************************
20 REM
30 REM FET de Ongerilim Hesaplama
Modiilii
40 REM
50 REM********************************************
60 REM
.
100 PRINT "Bu program, Sekil 7.43'deki
gibi"
110 PRINT "JFET veya kana,-.ayarlamall
MOSFET devresi
120 PRINT "de 6ngerilim
heiaplamalar1
yapar"
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
PRINT
PRINT
PRINT
INPUT
INPUT
INPUT
INPUT
PRINT
INPUT
PRINT
PRINT
INPUT
INPUT
PRINT
REM
GOSUB
PRINT
PRINT
PRINT
PRINT
PRINT
PRINT
END
"A1ag1daki
devre bilgilerini
Yiik di renei Ceger 1E30 yoksa), RL-? RUN
Bu program, Sekil 7.43'deki gibi
JFET veya kanal ayarlamal1 MOSFET devresi
de hesaplamalar, yapar
A1ag1daki
i~in"
girin:"
"(eger a~1ksa 1E30 kullan1n) - ": Rl
"RG2
"RS-":RS
-": R2
"RO-":RD
"Kaynak gerilimi~
....
VDD-": DO
RGI (eger a~1ksa
RG2
RS-? 300
RD -? 1.8E3
1E30 kullan,n) -? 110E6
- 10E6
Kaynak gerilimi,
VDD -? 18
Ongerilim ak1m1, ID- 5.460326 mA
Ongerilim voltaj degerleri:
VGS - ·.1380968 volt
VD - 8.171413 volt
VS - 1.638093 volt
VOS - 6.533316 volt
ok
"A1ag1daki transist6r de§erlerini
girin:"
::Aka~·kaynak doyma ak um , IDSS-"; SS
Kap1-kaynak k1sma gerilimi
VP-"· VP
:PRINT
'
'
11000
"Ongerilim ak1m1 ID-"; ID*l000!;"mA"
"Ongerilim voltaj degerleri :"
"VGS-":GS;"volt"
"VO-"; VD;"volt"
"VS-"; VS;"volt"
"VDS-";OS;"volt"
Bu program, Sekil 7.43'dek1 gibi
JFET veya kanal ayarlamal1 MOSFET devresi i~in
de hesaplamalar1 yapar
,J.'§
.i_T,.
11000 REM FET de Ongerilim hesaplama modiilii
11010 GG-(R2/Rl+R2)) •DD
11020 A-SS*RS/VPA2
11030 B-l-2*SS*RS/VP
11040 C-SS*RS~GG
11050 D•BA2·4*A*C
11060 IF D<O THEN PRINT "C6ziim yok !!!" :STOP
11070 Vl-(-B+SOR (D))/(2*A)
.
11080 V2•(-B-SOR
(D))/(2*A)
11090 IF ABS CVl) > ABS (VP) THEN GS-V2
11100 IF ABS CV2) > ABS (VP) THEN GS·Vl
11110 ID-SS*(l·GS/VP)A2
11120 VS-ID*RS
11130 VG-GG
11140 VD-DO·IO*RO
11150 os-vo-vs
11160 RETURN
Boliim 7
girin:
A,ag1 dak i transl storiin degerl eri nt gi ri n:
Aka~·kaynak doyma ak1m1, IDSS -? 6E·3
Kap,-kaynak k1sma gerilimi, VP-? -3
,,\'if.',
328
devre bilgilerini
i~in
girin :
A~aQ1 daki devre bilgilerini
RGl ( eger a~1ksa 1E30 kullan1n) -? 1E30
- 1.8E6
RG2
RS-? 560
RO-? 2.1E3
Kaynak gerilimi,
·~
VDD -? 16
A,aij1daki transistor deijerlerini
girin:
Aka~·kaynak doyma ak1m1, IDSS -? 9E-3
Kap1-kaynak k1sma gerilimi,
VP-? -4.5
Ongerilim ak1m1, ID - 3.225263 mA
Ongerilim voltaj deQerleri:
VGS - -1.806147 volt
VD - 9.226949 volt
VS - 1.806147 volt
VOS - 7.420802 volt
FET Ongerilimleme
Bolilm 7.8
JFET Ongerllim Devrelerinln Bilglsayarla Analizl
329
+20V
I.
i.s kn
~ekil 7.44'deki devre icin akac akirmru ve akac-kaynak gerilimini bulun.
;'°•(• -
IDSS •8 mA
Yp a-6V
;
+16 V
..·
7500
2.2kn
v,---.--.:::_.. ,
..
. ..
I Mn
,,-i_
D
G
IDs:s = 10 mA
Vp; .:,4.5 v .·.
2.
~ekil 7.44'deki devrede, kapryi besleyen 3 V'Iuk pil yerine 1.5 V'luk pil konulursa akacak akac akimi ile akay-kaynak geriliminin degerleri ne olur?
3.
~ekil 7.44'de 8V'luk bir akay gerilirni meydana gelebilmesi icin Ro degeri ne olmalidir?
4.
~ekil 7.44'teki JFET yerine
Vos degeri ne olur?
loss = 8mA
ve Vp
= 4V
;:·
6'dan 9'a bdar problcmlerc iliikin devrc.
7.
~ekil 7.45'teki devredc Rs yerine 1.2 kO'luk direnc konuldugunda olusacak de
ongerilimleme Volatji Vs'yi bulun.
8.
~ekil 7.45'teki devrede Ro, yerine 5.1 k!l'luk direnc konuldugunda olusacak de
ongerilimlerne voltaji Vvs'yi bulun.
9.
Sekil 7.45'tcki devrede ongerilimleme noktasuu Vcs= -2V yapmak icin gerekli
Rs degeri nedir?
s
l'den Ye kadar prob!¢mlerc ili;kin devre.
1
10, ~ekil 7.46'da verilcn devre i9in akac akmum bulun.
11. ~ekil 7.46'daki devre iyin kaynak gcrilimi Vs'yi bulun.
-l8V
olan bir JFET kullarulirsa
RD
3.3kn
C2
S.
.___ _.f--
~ekiJ 7.44'deki devrede lo = 5 mA'lik bir ongerilirn akirm elde cdebilmek icin
kapi besleme gerilimi ne olmahdu?
C1
v,----j1i---1r---t
O.OSµF
Vo
0.05µF
IDs{;,.·11.mA
v, .. -sv
Ro
1.51,m
6.
330
~ekil 7.45'deki devre icin de ongerilim voltaji V0'yi bulun:
~,-kil 't.u.
BiiWm 7
FET Ongerilimleme
BiilOm 7
IO'dan )2'ye kador problemlcre ili~kin ,h.,,.
Problemler
331
12. !;,ekil 7.46'daki devrede Vvs degeri nedir?
13. !;,ekil 7.47'deki devrede Iv degeri nedir?
·+30V
19. !;,ekil 7.48'deki JFET yerine loss ,,; 8 mA, VP= -6V olan bir JFET kullarulirsa lo
ve Vos degerleri ne olur?
20. !;,ekil 7.48'deki JFET yerine loss= 6 mA, .VP= -4V olan bir JFET kullaruhrsa 10
ve Vos degerleri ne olur?
21. ~ekil 7.48'deki JFET yerine loss= 8 mA, VP = -4 V olan bir JFET kullarulirsa IO
ve. Vos degerleri ne olur?
§
7.3
22. ~ekil 7.49'daki devre icin VGs ve /0 degerlerini bulun.
-~~kif 7A7 13.den 17'yckadarproblcmlereil~kindevre.
14. ~ekil 7.47'deki devrede kaynak direnci 330
15. ~ekil 7.47'.deki devrede kaynak direnci 51
ger!eri ne olur?
n yapihrsa
n
Iv degeri ne olur?
2.2 kn
9IOkn
yapilrrsa IO ve Vos iingerilim deloss= 10 mA
Vp = -3.5 V
16. Sekil 7.47'deki JFIIT yerine loss
larnhrsa Vo degeri ne olur?
=
10 rnA ve VP
=
-4V olan bir JFET kul110k11
l.! kQ
17. ~ekil 7.47'deki devreyi-lV'ta iingerilimlemek iyin gereken Rs degeri nedir?
~,·kil 7 .·l9 ~ckil 22'den 2Tye kodor problemlere il~kin dcvrc.
18. !;,ekil 7.48'deki devre icin love Vos degerlerini belirleyin.
23. ~ekil 7.49'daki devre i~in V05 degerini bulun.
+9V
24. !;,ekil 7.49'daki ongerilimlcme
degeri ne olmahdir?
1.skn
25. !;,ekil 7.49'dak.i akac gerilimini 12V'a getirmek icin Ro degeri ne olrnalidir?
~-.r,-::::;:,
V,~1----....-~~-~~:.
.~\
2.2Mn
26. !;,ekil 7.49'da Rs= 750 yapildigmda akae akmu artar
27. Seki! 7.49'daki JFET yerinc loss= 16 mA.
kaynak gerilimi artar mi, azahr rm?
sso n
!/"dil 7.4X 18'den21'cbduproblcml=ili~kindcvn-.
332
noktastrn VGs = :2v yapmak icin Rs direncinin
1111,
azahr mi?
V1, = -3.5V olan
bir JFET kullaruhrsa
28. !;,ekil 7.50-deki devre iyin kapr-kaynak gerilimini bulun.
Boliim 7
Fi:T 6ngerilimleme
Bo!Om 7 Problemler
333
21
Md
36. Akac direnci yerine 1.8 kn'luk bir direnc kull!m.ursii Vo degeri ne olur?
IDSS • 12 mA ·
37, §ekil 7.5 I'deki devrenin akac gerilimi IOV is~ K'nm degeri nedir?
V.-•-4V
38. §ekil 7.5l'deki MOSFET yerine Vr
lamhrsa Vo degeri ne olur?
= 3V
(K
= 0.3)
39, §ekil 7.5l'deki besleme gerilimi 15V'a dii~iiriililrse
·)"~ ;1 , .>ii 2l!'den 34'e kadar problcmlere ilijltin dcvre.
olan bir MOSFET kul-
Ko degeri ne olur?
40. §ekil 7.5l'deki MOSFET yerine Vr = 7.5V olan bir MOSFET kullanihrsa akac
akirru artar mi, azalir mi?
29. ~ekil 7.50'deki devre ic;:in 10 ve Vosongerilim degerlerini bulun.
~
30. ~ekil 7.50'deki MOSFET yerine /055 = 10 mA, Vp = -5V olan bir MOSFET kullanrhrsa IO ve V vs degerleri ne olur?
7.5
41. Sekil 7 .52'deki devre icin IO ve Vos de ongerilim degerlerini belirleyin.
31. ~ek:il 7.50'deki 7.5 Mfl'luk direnc c;:1kanh.rsa 10 ve Vvs degerleri nc olur?
42. §ekil7.53'deki devre icin Iv ve V05 de ongerilimleme degerlerini belirleyin.
32. ¥kil 7.50'deki 21 MQ'luk direnc devreden c;:1kanhrsa IO ve Vos degerler, ne olur?
33. §ekil 7.50'deki MOSFET yerine Vp
degeri artar mi, azahr rru?
= -2,5
43. §ekil 7.54'deki devre.icin Vp == -3V isclnssdcgeri
tie olur?
V olan bir MOSFET kullarnhrsn 10
44. §ekil 7.54'dek:i devre icin V0, VS vein degerlerini belirleyin.
34. ¥kil 7.50'deki kaynak yerine Vo= 12'1uk birkaynak kullamhrsa Vo degeri nc olur?
+IOV
35. ~ekil 7.5l'deki devrenin \11, d.:gcrini bulun.
-20V
2.2kn
+25 V
1.1
loss= .12
2.4 k!2
mA
loss.= 20mA
=+8 V
v, .. ..:.4 V
IOMn
v,
s.i kn
Vr.=S.,V ...,·,·,· ....
K,;, .0.3 m_Aiv2
1;
-IOV
kn
2.4 kn
+IOV
:1: 1
334
.-;;cl.ii 7.~3 Problem 42'yc ili~k~:1 devrc.
Solum 7
FET Ongerillmleme
Bi:ilOm7 Problemler
335
*
+20V
7.7
49. ~ekil 7.49'daki devrede bir JFET Uoss = 8.5 mA, Vp = -4.5V) kullanarak ve
gene! JFET grafiginden yararlanarak de ongerilirnleme voltaji VGS degerini belirleyin.
~c~il
i.S~
~
SO. ~ekil 7.49'daki JFET yerine loss= IOmA ve VP= -5V olan bir JFET kullaruldigi
takdirde 10 ve de ongerilirnlerne alammm alacagi degeri gene! JFET grafiginden
yararlanarak bulun.
6V
l'roblem 43'c ilijkin devre.
51. ~ekil 7.49'da Rs direnci yerine 1.2 krl'luk bir direnc kullaruldrgi takdirde de ongerilim aktrmmn alacagi degeri gene! JFET grafiginden yararlanarak bulun.
7.6
45. ~ekil 7.55'deki gibi bir JPET ongerilim devresini, loss= 6 mA ve Vp = .av degerlerine sahip bir JFET ve 22 V'luk bir kaynak kullanarak /0 = 3i:nA ve Vos=
10 V'ta i;:ali§aeak §ekilde tasarlaym.
52. ~ekil 7.49'da Rm direnci yerine 270 kffluk bit direnc kullaruldigr taktirde de ongerilimi V0s'nin alacag: degeri gene! JFET grafiginden yararlanarak bulun,
46. ~ekil 7 .11 'deki gibi bir kanal ayarlamali MOSFET devresini (/ oss = lOmA. Vp =
-4.5V degerlerine sahip bir FET kullanarak), Iv= 4 mA ve V0 IOV'ta, 30V'luk
bir besleme ile i;:ah§abilecek sckilde tasarlaym.
53. Kullamlan JFET loss= 12 mA ve Vp = -4_.5V'luk degerlere sahip olursa ~ekil
7.49'daki devrede Vcs degeri ne olur?
=
47. ~ekil 7.19'daki gibi bir kanal olusturmah MOSFET devresini (VT= 3.5V, K =
0.3 mA/V2 degerlerine sahip bir FET kullanarak), 10 6mA ve V0 = 8V'ta, 18
V'luk bir besleme ile i;:alt§abileeek §ekilde tasarlaym.
48. ~ekil 7.56'daki devrenin tasarurum tamamlaym.
=
"''.':.~
BiLGiSA VAR PROBLEMLERi
A§agrdaki problernler i9in BASIC programlan yazin,
1. loss ve Vas (kapali) verilen transistor.degerleri icin bir JFET devresinin lo ve
Vos noktalanm tablo halinde diizenleyin.
+20V
2.
+25 V
t----Vo
0.01 µF
V;--11'-------.J
IDss
Vp
Sabir kaynak ongerilimlernesi kullanarak bir JFEr devresi icin 10 ve Vos degerlerini hesaplaym.
3.
= 6 mA
= -3v
!Mn
Kendinden-ongerilimli bir JFET devresinin/o ve Vos degerlerini hesaplaym,
4.
Gerilirn-boluculu
saplaym.
5.
Kendinden-ongerilimli bir JFET devresi icin, verilen bir transistorun transfer karakteristigini cizmek uzere gerekli olan noktalann tablosunu cikann.
6.
Kanai olusturmali bir MOSFETin elemarrakac karakteristigini cizrnek icin Io
ve Vns'nin degerlerini hesaplaym tablo olusturun.
·._,:~, '.
ongerilirnli bir JFET devresinin lo ve Vos degerlerini he-
IOOM.n
~;!kil 7 . ."!1 Problem 48't ili~kin devrc.
336
BolOm 7 FET Ongerilimleme
_Bolum 7
Problemler
337
sorusu karsumza cikar, A~ag1daki birkac paragrafrn temel arnaci bu soruyu cevaplamak olacakur, Bu, kitapta daha sonra tarurnlanacak birkac onernli verirnlilik
kriterinin iyi anlasilrnasmda ternel olacakur,
i:ki ~ey arasinda.benzcrlikler kurmak bazen miikemmel sonuclar verir, ancak ~ag1da verecegirniz omek, ileride elde edilecek sonuclara goturecek olaylan a~1kJamada foydalt olacakur, ~ekil 8.la'da bir pompa aracdigiyla bir sivrrun duzenli
yogun akt§t gosterilmektedir. Bu sistemin elektriksel benzeri ~ekil 8.1 b'de goriilmektedir. Her bir durumda, btiyilklilgii Ohm yasasi ile belirlenen akt§a kars: bir
direnc mevcuttur. Her birine iliskin akis-zaman grafigi §ekilde gosterilrnistir.
,::
(';Q~
f'
Devridairn
pompasi
R
8.1
ciais
Transistorun ternel yaprsi, goriiniimii ve karakteristikleri 4. Bohtmde tamtilmt~ti:i
Daha sonra 5. Boliimde elemanm de ongerilimlemesi aynnuli olarak incelenmi§tL~
Bu boliimde BJT yiikseltecinin kiiyiik-sinyal ac tepkisini; transistoru siniizoidal ac
domeninde temsil etrnek. iqin en qok kullamlan modelleri gozonune alarak in-'!; .
L
q
~kan·la~·
j·
celemeye b~layacagtz.
Q (58~1)
· ~·
. Tni:1~istorlil devrelerin siniizoidal ac analizindc bizi ilgilendiren ilk noktadan biri, gi~ ·~ •
smyahmn biiyilldilgiidilr. Bu, kiiqilk-sinyal veya biiyilk-sinyal tekniklerinden hangisinin · ~
uygulanmasi gerektigini bcl.irleyecektir. Bu i.kisi arasinda kesin bir suur olmamakla bir- :i ·
liktc, tiygulama ve ilgilenilen dcgi§kenlerin transistor karakteristiklerine oranla bil- 1
yiiklilklcri, hangi yonternin daha uygun oldugunu ~tk¥a gosterir, Bu boliimdc kii¥ilk·
sinyal teknikleri tarunlacak, bilyiik sinyal teknikleri ise 12. Boliimdc incelenecektir.
~.
Transistorlu devrelerin kiiyilk-sinyal ac analizinde qogunlukla kullamlan iki s· .
·t
0
···1i
--·
·,.
l
/JI
I
~
~
s
.
Alam
I (s,ibit)
0
la)
(b)
:ii.1 de giri~li seri b:ilh bir clektrik dcvl'C."ioin s,v, a1u~m~ bcntt1i1mesi: (3) s1v1 .ik.11 sistemi; (b) elekrrik sistemi.
-~ti.if
Daha once de belirtildig] gibi, transistor bir yiikseltme elemamdrr. Yani ¥iki§taki ~i~';:,
n~s~id~I- sinyal, girl$ sinyalinden daha bilyiiktilr ya da baska bir deyisle, ¥tla§ acl~
gucii gm§ ac giiciinden daha biiyiiktiir. Sik srk bu ck ac gilciiniin nerede iiretildioi'2 :
~ekil 8.2'de gosterildigi gibi, her bir sisternebir kontrol mekanizmasi ekleyelim.
Bu kontrol elemanlannm herbirinin girisindeki kiicuk bir sinyal her bir sisterndeki
mevcut kararli-durum (de) ala§t iizerinde belirgin etkiye neden olabilir. Akt§ sistemi
icin bu, borudaki srvi akrsiru simrlayan bir gecidin surekli olarak kismen acihp kapanmasi olabilir. Elektriksel sistcm icin sistemden akan i akirmru kontrol eden bir
rnekanizma kurulur. Ortak ernetorlu transistor baglannsmda, ls akrrrundaki kucuk
degi§imlcrin belirgin bir etkiye neden olabilecegini hattrlaym ..
Diger bir deyi§le kii¥tik bir giri§ sinyali sistemin )warh durum akt~1 tizerinde beIirgin bir etkiye neden olabilir. Her iki sistc~\:in 'so.nuytaki yila§ aktmmm ~ekil
8.2'de gosterildigi gibi oldugunu dil§ilnelim. <;tla§ akJ§mdaki siniizoidal sahrum kc-
338
8.2
model va~~1~ Karma :§dcgeri ve r, modeli. Bu bolurnde iki modeli tarutrnanm yam }
sira, herbirinin oynadrg: roli.l ve birbiriyle iliskisln] de tammlayacagiz.
.;;:
• .i.:
"'~}JI.,
AC Domenlnde YOkseltme
339
dogrudan turetilen bir esdeger devre ile, r0 rnodeli ile paylasmaktadir. Uretici firrnalar
bilgi sayfalannda belirli bir ,.al!§ma bo!gesi icin karma parametreleri yaymlanmaya
devam etmektedir. ,., modelinin parametreleri (veya elernanlan) bu bolgede dogrudan
dogruya karma parametrelerinden elde edilebilir. Bununla birlikte karma (hibrid) esdeger devre, dogru bir sonuc verebilrnesi iyin bclirli yal.i§ma kosullanyla kisitlidir.
Diger ~deger devrenin parametreleri, iletim bolgesi icerisinde herhangi bir cahsrna
bolgesi icin hesaplanabilir ve bilgi sayfasmda belirtilen tek bir parametre grubu ile sirnrh degildir. Ancak karsihk olarak r e rnodeli de elernamn, 9tlo§ empedans duzeyini ve
~tkt§tan girise geri besleme etkisini belirleyen bir parametreye sahip degildir.
Her iki yontern de bugiin yogun olarak kullaruldig, icin, her ikisi de bu bolumde
aynntih olarak incelenecektir. Bazi analiz ve orneklerde karma modeli uygularnrken
digerlerinde ozellikle r, modeli kullamlacaktir. Metinde iki modelin birbiriylc nc
kadar yakm iliskili oldugunu ve birindeki basanrun, digerinin de dogal basansma
nasil yol acacagim gostermcyc 9ah~acaga.
slnlikle uygulanan giristen daha buyuktur, bu nedenle ac domeninde yiikseltme (kuvvet/endirme) bir gerqektir!
Dolayisiyla yukselteclerin i;:ogunun, diger iki Uy (normalde ytkt§ devresinin uclan) arasindaki akista, biiyiik deg~imleri saglayabilecek bir kontrol noktasina vaya ucuna sahip
basit elemanlar oldugu sonucuna varabiliriz. DC ongcrilim devreleri giris sinyalinin gen,
ligine ~1 cok hassas olacak yogun yiik akisiru olusturmak icin gereklidir. Anan ac
giicii, de giiciin bir kisrmrun sinuzoidal donii§tiiriilmesinin sonucudur. Bir elektronik
ytikseltecin verimliligi: 1iPik
., olarak. cikun ac giiciin, gircn de giiciinc orarudir.
Dcvrldaim
vet"
pompesr'
Re
q
.
D_{:),_!
:j
~:[[i;f{~J!'
:-7;$ ;
.;~.
.~ ;\{~~:•.:-'.· :.
0
.
0
.~e"il X.2 k,,e11~d . .,,.., .. unu;
(;ti
:-1v11\..11 sistcmi, (b) c1cktrik si$lcmi Uzerindeki c1L.i~1.
TRANSiSTOR MODELL!::MESi
Kiiyiik sinyal yaklasuruna yciziim yolu bu boliimde daha sonra tiirctilecek olan C§deger devrelerin (modellerin) kullarulrnastdir. Belirli bir yah~ma bolgesinde gercek
yaniletken elemana iliskin yapilacak en iyi yaklasim, dogru sei;:ildigi taktirde, iste bu
devre elemanlan birlesirnidir, AC e§deger devre bir kere belirlcndiginde, elernamn
grafik sembolii yerine bu devrenin §emas1 konabilir ve AC devre analizinin temel
yonternleri (dal-akimlan analizi, diigiim analizi, devre analizi ve Thevenin teoremi)
devrenin tepkisini belirlemek icin uygulanabilir.
Transistor yerine konulacak e§deger devreyle ilgili bugiin ag1r basan iki dii§Unce
vardrr, Endiistriyel ve egitim kuruluslan yillarca yogun bir §ekilde karma pararnetreleri (kisaca taruulacakur) kullandilar, Karma prametreli e§deger devre hala
popiilaritesini surdurrnekle birlikte, §imdi bunu transistorun cahsma kosullanndan
340
Rs
i
Solum 8 Transistor Modelleme
-:~
. -ii
~1
re,
c
us
"':!-
0
C2
+
B
1)0
E
+
··1'~
(b)
(a)
8.3
'?$
{
Rs1
Rs2
RE
-
JC3
-
-
~·~ii 8.J Bu iirii billilmiindc
-!-
inci:knen 1ran~iMOrdcvrc:t1 .
.::..
Re
Rs1
+
Vo
Rs
+
Rs2
Vs'\,
~
-:-
8.3 Transistor Modellemesi
-:-
-l
~·~ii SA $ekil 8.3"<1eki dev,eniu, de
o,:1;ritim k:iyM!tnm ~tlcanlma.oc;1 ve
\..1mdans.itOr yc:rine ktsa-devre e~~
l,·~l!rinin \:.onmas1yta alaca~• dun1m.
341
~ag1da analiz edilecek ac C§deger devrcnin etkisini gosterrnek icin, ,5ekil 8.3'teki
devreyi ele alahrn. Bir ail icin 'transostiirun kii9iik~sinyal esdeger devresinin belirlendigini varsayahrn. Y alruzca devrenin ac tepkisiyle ilgiJendigimiz icin, biitiin de
kaynaklan yerine stfir-potansiyelli C§deger (kisa devre) elernam konabilir; yiinkii
de kaynaklar 9tkt§ geriliminin yalrnzca de veya siikunet diizeyini belirler ve ac s;ikisuun sahrurn genliginde herhangi bir degi§iklige sebep olmaz, Bu durum, $ekil ·
4'te a91ks:a gosteriJmi§tir. De duzeyleri yaJmzca uygun bir Q 9al1§ma noktasim be!irlemek ~9in. ~nemJidir. De diizeyleri, belirlendikten sonra, devrenin ac analizi icin
thmal edllebilir. Ci, C2 kuplaj kondansatorleri ve C3 koprtileme kondansatorti cait§~a frekansmda cok kii9iik bir reaktansa sahip olacak §ekilde secilir, Bu nedenle
pratik acidan bunlann yerine de dii§iik direncl] bir yol (ktsa devre) konabilir, Bunun
da de ongerilim direnei RE'nin "kisa devre" olmasi anlamma geldigine dikkar edin.
De kararh-durum kosullarmda kondanstorlerin a91k devre e§degeri gibi davr~nd1gm1; bunun da. de diizeyleri ve siikunet kosullan icin katlar arasrnda yalium
(izolasyon) saglad1g1111 unuunaym.
i1
+
Rs
+
Vs
01
i I
B
Ra1 II Ra2
'\,
Z;
":'
lo
c
-
·· et bir tamummdan sonra yukanda sozti edilen biiyiikliiklerden her birinin beoz
.
d
..
lirlenmesini miimkiin kilan parametrelere sahip karma e§deger
evreyi inceleyeeegiz.
A§agida, iki-port teorisi olarakbilinen konunun kisa bir ozeti yeralma~tad1r. ~e~i~
8.6'dan da goriilebilcce_gi iizere, temel ii9-u9lu elektronik eleman veya ststem de 1k1
Io
,,,
jo----
<>---
-0
+
l'o-----
+
2
----<>2'
port (Uy 9ifti) vardtr. Buradaki amae1m1Z ay1smdan soldaki grup giri§ u9l~n01 _v~
sagdaki isc, 91kJ§ u9lannt gostermek i9in kullamlaeakur. Her bir Uy grubu 191_n_ '.k1
degi§ken olduguna dikkat edin. ~ag1daki C§itlikler (8.1), 4 dcgi§ken arasrndaki ih§·
kiyi gostermenin 9C§itli yollanndan sadece birisidir. Bu, transistor devresinin analizinde en 9ok kullamlan yontemlerden biri oidugu i9in bu boliimdc aynntth olarak
incelenmektir.
+
Re
z,
Vo
-
":'
.i
(8.La)
~lil 8.4'deki devrcnin k~bli:~.sinyal ac ;mali2:i ~in yemdc.'ll \'i2ih111:,1.
Ortak topraklann baglanrnasr R81 ve R02 nin paralel birlesirni saglayacak ve Re
$ekil 8.5'te gortildiigii gibi, kollektor-emetor arasmda gorulecektir. $ekil 8.5'te devreye eklenen transistor C§deger devre elernanlan bildigimiz turden elernanlar (direncler, kontrollii kaynaklar vs) oldugu icin, istenilen degerleri elde etmek icin superpozisyon teknigi, Theven teoremi vb. analiz yonternleri kullantlabilir.
~ekil 8.5'i daha aynnnh ineeleyelim ve sistern icin belirlenecek onernli biiyiikllikleri
rarurnlayahm. $iiphesiz, ~ekil 8.S'te gortildiigii gibi giri§ ve 91k1§ empedanslarnu (Z; ve
Z,,) bilmek isteriz, Transistorun yiikseltici bir eleman oldugunu bildigimiz i9in, 0
911<!§ gerilimi ile V; giris gerilimi arasmda nasil bir iliski oldugunu gosteren bir gosterge beklerizki bu, gerilim kazanc1d1r. $ekil 8.S'reki bu duzenlemede i; = i1, ve ;11 =
;/dir; ki bu da A; = i,,/i;ile ifade edilen aktm kazanc101 tammlar.
v
4. Bolumde kollekror-emeror geriliminin, i8 ve v8E arasindaki girl§ bagmtts1 uzerinde (az da olsa) belli bir etkiye sahip oldugunu gormii§tiik. Bu nedenle C§deger
devrede 9W§tan giri§e bir "geribesleme" bekleyebiliriz. A§ag1da, iki-port reorisinin
342
BolOm 8 Transistor Modelleme
(8.1.b)
Dort degi§ken arasrndak~§kileri belirleyen parametreler "hybrid" (karma) soz·
ciigtiniin b3§ harfi kullamlarak h-parametreleri adt verilmektedir. Hibrid (karma)
sozciigilniin se9ilmesinin nedeni, e§itlik1erin her birindeki degi§kenler kan§immm
(v ve 1), /z-parametrelerinin her biri i9in bir "karma" birimle sonu9lanm~s'.dtr. ~e~
§itli h-parametrelerinin neyi temsil ·ettigini ve nc §Ckilde kullantlabileceg1m daha 1y1
anlamak i9in, her birini ayn ayn ele ahp sonus:taki ili§kiyi ineeleyebiliriz.
Rastgele V" = O se9ip (9tkt§ u9lanm k1sa devre edip) 8.la denklemini lz11 i9in 90zersek a§ag1daki sonueu elde
ed~f.!b-·----~~-·-~
·~
.
~ h11 = V;
1
/;
I
ohm
•·o=O
(8.2)
•
Orant.t, h1 I parametresinin 6hmcinsinden-bir~e;;:pedansparametresi oldugunu
gostennektedir. Bu parametre 91kl§ kisa devreyken giri§ gerilimininin, giri§ akJmma
8.4 TranslstorOn Karma E~deger Devresi
343
(8.lb) denkleminde her bir terirn akim biriminde oldu~ndan dolayi ~ekil 8.8'deki
vre i elde etmek icin Kirchoff akim yasasiru ters yonde uygulayahm. h22 ad:itan: biriminde oldugundan (bu, transistor modelin~e ~letkenli~i gosteri:)·. dii:en<;
semboli.iyle gosterilmi§tir. Ne var ki bu direncin ohm ile ifade edilcn degerinin, 1Jetkenligin tersine (l/h22) esit oldugunu unutrnayalirn.
h 11 'deki
indis, parametrenin girl§ uclanndaki biiyi.ikliiklerin oraru olarak belirlendigini' gosterir.
Eger giris uclanm acarak · O'a
· e 1 4de edilecektir.
oram oldugu icin, kisa-devre
giris-ernpedans
parametresi olarak adlandinlir.
I
h12=.Y.L
birimsiz
(8.3)
Vu 1<=0
Bu nedenle h12 parametresi, girl§ akrrru O'a e§itken giri§ geriliminin 9llCl§ gerilimine
oramdir. Gerilim diizeylerinin oram oldugu icin birimsizdir; ve acik-devre ters yonde
transfer gerilimi oraru parametresi olarak adlandmhr. hr2'deki 12 alt indisi pararnetrenin giris ve yW§ ol9iimlerinin oraru olarak tarumlanan bir transfer biiyiikli.igi.i
oldugunu gosterir, Indisin ilk tamsaytsr, paya yazilacak ol9i.im biiyiikli.igi.ini.i tanimlar,
ikinci tamsayi ise, paydaya yazilacak bi.iyi.ikli.igi.in kaynaguu tammlar. Ters yonde terimi gerilim oramrun giris bi.iyiikli.igiini.in, ytk.t§ bilyi.ikli.igilne oranlanarak elde edilmesinden kaynaklanmaktadu k:i, genellikle ilgilenilen bunun tersidir.
8. lb C§itligindeki V.,, 9tk.t§ uclan kisa devre edilerek tekrar srfira esitlenirse, h21
i9in sonuc soyle olacaktir:
j
lt21
= !Ji..
/;
I ,·
0=0
;
birimsiz
v,,
I
~ekil ~- 7
siemens
~kll ~.8 Kam,a,1k11 t~~erdevresi.
Knm>a si~ qde~<rdevresl,
~~:.~:
(8.5)
1;=0
Bu, 91k1§ akirmrun 91k1§ gerilimine oraru oldugu i9in, 91kt§ admitans parametresidir
ve birimi siemens'tir (S), (daha once mhos(il) idi]. Buna acik-devre 91k1~ adrnitansr
pararnetresi olarak adlandinhr. 22 alt indisi lm'nin 91kt~ biiyiikli.iklerinin oraruyla
belirlendigini gosterir,
8.Ia e~itligindeki terimlerden her birisi Volt biriminde oldugu icin e~itligi saglayan
devreyi bulmak i9in Kirchoffun gerilim yasasiru ters yonde uygulayalirn. Bu islernin
yapilmasi ile Sekil 8.7'de gorulen devreyi elde ederiz. h11 pararnetresinin birimi ohm
oldugundan, $ekil 8.7'de bir direncle gosterilmistir. h12 boyutsuzdur (yonsuzdur), bunedenle giri§ devresinde geribeslemeyi gosteren bir r,;arp1m faktoru olarak gorulur.
344
v.
(8.4)
Burada 91ki§ biiyi.ikli.igi.ini.in giri§ bi.iyi.ikli.igi.ine oranlandigma dikkat edin. h12'e ili§kin ters terimi yerine, ileri yonde terimi kullarulacakur, h12 parametresi, 91ki§ uclan
!C1Sa devre iken 9tk.t§ akrrrurun girl§ akmuna orarudir. Bu, uygulamalann bir r,;ogu
icin en onemli parametredir. Alam di.izeylerinin oraru oldugu icin, h12 gibi bu parametre de birimsizdir. Formal olarak kisa devre ileri transfer akim oraru parametresi olarak adlandmhr, 21 -indisi, paym 91k1§ biiyiikliigiine, paydamn ise giris
biiyiikliine ait oldugunu gostermektedir..
Son parametre olan hri. 11 = 0 yapmak icin giris uclanru acarak ve 8.1 b denklemi
h22 icin r,;ozillerek elde edilir: --------.
h22 =.b_
+
Bolilm 8 Transistor Modelleme
NV'·
+
I
r·
+
;'#Ji~Ji~~~~'c~r~i;:$;;_'¥¥r~~;''.,i
».: ·,~·{!_:.~ .: '. ·-- .,/,~=-- ,,;::.
-,:_.,. ,- ~:-::; ~. Y{---.-~:> .. ,
s.; ~-·
~c~il S.?
,.
I
'
Ternel uc uclu dogrusal elemarun tam "ac'' esdeger deveresi $ekil 8.9'da hparametrele-ri ir,;in yeni bir alt indisler kiimesiyle birlikte verilmi§tir. ~ekil 8.9'~aki
semboller, h-parametreleriyle son birkar,; paragrafta elde edilen oranlar ara~mda '.lt§ki kurdugu ir,;in, daha pratiktir. Harflerin se9irni ~ag1dak:i listeden a91k b1r §Ckilde
. .'~:
;,:
,
gorillebilir:
h11--+ giri§ (input) direnci --+ h;
!t12--+ ters (reverse) transfer gerilim oram--+ h,
h21 --+ ileri (forward) transfer aklm oran1 -+ ht
h22-+ <;tla§ (output) iletkenligi --+ ho
$ekil 8.9'daki devre bagrrns1z kaynak i9ermeyen herhangi ~ir __ur. u~~u dogrusal e\ektronik aygita vcya sisteme uygulanabilir. Dolay1s1yla trans1storde, u9 '.emel b.ag~antl
§ekline sahip olmasma ragmen, hepsi de u9 ur,;lu baglantt diii.enlem~sine sah1pt1r ve
bu nedenle sonur.taki e~deger devre §Ckil 8.9'dakiyle aym formta sah1p olacakllr.
8.4 TranslstorOn Karma EJdeger Oevresi
345
I
,If;'
c
+
+
vi><
lmayacak olan diger iki transistor esdeger devresinde, gerilim kaynag: veya akim
U§l
• devrede ikisi
· • · aym anda kull
ka nagt kullamhr; ancak aym C§deger
. a~.I ~az. ,8 . 7 .
lil;de, 9e~itli parametrelerin bilyilklilkleri, transistorun arzu edilen ku9~k~smy~l esdeger devresinin elde edildigi cahsma bolgesindeki transistor karakteristiklerinden
bulunacakllr.
I,~
V.,
I,
E
--
~
h
c
~
I,
lb
+
+
c
B
+
V1,,
a·o·
v.,b
+
-
vcb
B
I,~
Ve,
E
-1,
Her bir dururnda ~ek.il 8.9'daki devrenin giris ve 900~ boliimlerinin alt uclan, potansiyel dtizeyleri aym oldugu icin ~ekil 8.IO'daki gibi baglanabilir. Dolayisiyla aslmda transistor modeli ii9 uclu iki portlu bir sistemdir. Bununla beraber hparametreleri herbir diizenleme icin degi§ecektir. Hangi parametrenin kullamld1gm1
veya rnevcut oldugunu gosterrnek i9in h-parametre sernbolune ikinci bir indis eklenir. Ortak-bazli diizenleme icin b harfi eklenirken, onak-ernetorm ve ortakkollektorlu diizenlemesi icin sirasiyla e ve c harfleri eklenir, Ortak-emctorlii diizenlemenin karma e§deger devresi ~ekil 8.lO'da standart sembolleriylc goriilmektedir. Burada I, = Ih, lo le, ve Kirchhoff akim yasasirun uygulanmas1 sonucu
l, =I,,+ le olduguna dikkat edelim. Arnk giri~ gerilimf. Vi..-, 91ki§ gerilirni ise Vn.'dir.
~ekil l l'deki orrak bazli diizenleme icin I;= l.; ln = l,, V,1, == V; ve v,.h = v,, dir. ~ekil
8.10 ve 8.J l'deki devreler, pnp veya npn raransisrortcre uygulanabilir. ~ekil
8.9'daki karma e~deger devre gilniimiiz elektronik alanmda son derece onemli bir
devredir. Bu, asagrdaki analizlerde tekrar tekrar karsumza 9ikacakur. Bu noktada,
okurun bu devreyi ezberlemek ve temel diizenlemesini ezbere cizrnek ve degi~ik parametrelerio neyi belirtigini bilmek [8.2 den 8.5 e kadar olan esuliklere bakrn] icin
harcanacak zaman bosa geymi§ olmayacaknr. ~ck.ii 8.9'da hem bir Thevenin hem de
Norton devresinin gorulmesi, sonucta clde edilen devreye karma e§deger devre denrnesi icin baska bir nedendir. z ve y parmetreleri O!arak adlandmlan ve burada tar-
=
346
BolOm 8 Transistor Modelleme
E
c
+
+
B
Ur1:1k
bazh diizentcmc.
Bu bolttm tcmel olarak modellerin tamnrru ile sirurhdrr. 9. Bolumde her biri icin 9c§itli standart duzenlemeler uygulanacakur, 9. Bolurndeki ~ygulamada esnasmda tinceki krsimlarda ~ekil 8.9'un basitlestirilmis §e\<il olan bir yaklasik esdeger model
kullarulacaknr.
·
Orrak-ernetorlu ve ortak-bazh duzenlernelerde h, ve ho degerleri 9ogu zaman oy· k"u9u"ktu.. r ki , Z,.. o, A v ve A, gibi onernli parametreler icin elde edilen sonuclar,
1esme
z
modelde h, ve h; kullamlmamast halinde cok az etkiler.
.
h, degeri normalde eek kii9iik oldugu i9in h, 0 ve h,V,, = 0 almir, bu ~a. ~elcil
8.12'de gosterildigi gibi gcribesleme elemamnm yerine kls~ de~~ ~d~g~n~1~ konulmasiyla sonu9lamr. l/h11 ile belirlenen diren9, ~ekil 8.12 de gostenld1g1 g1b1, paralel yiike oranla yeterince bilyilk oldugu i9in ihmal edilerek CE ve CB modellerde
=
yerine bir a91k devre elemam konur.
8.4
Transistor Karma E~deger Devresi
347
Z,,
= ooQ (a91k devre)
+
ileriki bolumlerde ~ekil 8.12'deki modelortak-ernetorlu diizenleme icin yaklasik
karma esdeger devre olarak, ~ekil 8.9'dili devre ise tam karma C§deger devresi olarak amlacaktir.
hr ve ho'nun getirdigi matematiksel kann~1khg1 ortadan kaldmnak icin ~ekil
8.13'deki C§deger devre 9. Bolurnde srk sik kullamlacakur. Bazi genel sonuclan dogrulamak ve C§deger devre yaklasmumn 9e§itli uygulamalardaki ge9erliligini daha iyi
gostermek icin 9.10. Bolumde tam ve yakl~tk modellerle elde edilen sonuclan kar§ll~L::acag1z.
--
Kii<;iik-sinyal ac de~relerin analizde nadi~en kullaruldig: icin ortak-kollektiirlii duzenlemeden yukanda soz edilmernistir. Bunun yerine, 9. Bolumde gosterildigi gibi,
ortak-emetorlii duzenleme kultamlrrusur, Aynca, yukanda ortak-emetorlu ve ortakbazh duzenlemeler icin gosrerildigi gibi, hoc'm etkisinin normal olarak ihmal edilebilmesine ragrnen. hrc degeri ihmal edilmeyecek kadar biiyi.ikttir.
8.5
re MODELi
I;
+
+
v,
Son yillarda, parametrelerinden biri de calisma kosullanna gore belirlenen bir transistor yaklasik e§deger devresi artan bir ilgi kaynagi olrnustur, 4. Boltirnde verilen
transistor bilgi sayfasmdan, h;, .karma pararnetresinin, belirli bir calisma noktasi
icin tammlandrguu hanrhyor olmahsimz. ~ekil 8.30'de h;e'de le(= IE) ile belirgin bir
degi§me oldugunu goreceksiniz. Bu durumda, <;ah§ma kosullanrnn (Jc I£ diizeyi)
transistor bilgi sayfasmda belirtilenden farkli olrnasi halinde verilen h;0 degerinin ne
yaprlabilecegi sorusu karsirruza cikar. A§agida gelistirecegimiz C§deger devre, devrenin de cahsrna kosullarmi kullanmak suretiylc imalatcmm saglad1g1 verilerle Slrurh kalmaksizm esdeger bir h,, devresini~:belirlenmesini mumkun kilacakur,
=
)i::kif ~-1 J Yaklasrk karma e~dcger rnodcli.
Ortak-emetiirlti diizenlcme icin yaklasrk esdeger model sekil 8.!4'tcki gibi olacakrrr. Burada,
I;= lb
Z; = h;,
le (mA)
ie
lo = le = h1,!1, (I,, nin h1, faktoru kadar biiyiitiilmesi)
-z,
I
I
IE= 3 mA
olacag. aciknr,
I;
-b
1
IE z4mA
IE =2 mA
+
(.,_,.?T-
"i
.... l
t
IE= I mA
+
0
"cs.
0
y 1 • 0.7V (SI)
(a)
VEB
(b)
~:. ~·:,..do -1...t.:.~: ...: ·~~·.,~;:~~:__.~-.~~~t~.!:.tl
'\ck.ii S.1-1 Yukf:1~1k CE k.innac~de£er
dcvre mcxkli.
Z0'yu bulmak icin V; sifrra esitlenir, bu da Ii,·= 0 ve ht.I.h = 0 sonucunu verir, boylece
akim kaynagi acik devre olur. Sonne olarak,
348
Boliim 8 Transistor Modelleme
~d,il x, 15
Yaldai1lc; CB karakteri$1i~leri a)~·~·~ b) girii.
il}de
Alternatif bir esdeger devrcnin geli~tirilmesi, ~ck.ii
gosterildigi gibi, transistorun CB duzenlemesinin girl~ ve:<;llo§ 'J<ararkteristiklerinin yakmdan incelenmesiyle baslar, Diiz cizgili bolilmlerinin, kollektor karakteristiklerini ve emetor
8.5
r0 Modeli
349
devresi icin tek bir diyot karakteristigini gostermek icin kullamldrgina dikkat edin
(giri§ karakteristiklerinin Vce'ye bagh degi§imi ihmal edilrnistir); bu da $ekil 8.16'da
gosrerilen C§deger devreyi verecektir. Bu nedenle ac kosullan i9in CB duzenindekl
transistorun emetorundeki giri§ empedansi, diyodun dinamik direnci icin verilen
(1.21) C§itligi kullarularak bulunabilir. Diyot akirru ernetor akirm olacagmdan, diyot di-
r, degerini ycrine koyarsak $ekil 8.17'de gorulen ortak-bazli dilzenlemenin r, rnodeli elde
edilecektir. $ekiJde, $ek. 8.15'deki grafiklerin de dogruladlg1 gibi, le= IE olduguna dikkat
edin. Aynca ortak-bazh dilzenleme i~in $ekil 8.18'deki yaklasik karma esdeger modeIi ile,
~ekil 8.1 Tde tarumlanan re modelinin benzerliklerinedikkat edin. Ikisinin ka!§1l~tmlmast;
renci r, ile gosterilecek ve degeri ~agidaki denklemiyle belirlenecektir:
- -
e<>----
ohm
-
.:
+
Vo
b
(a)
:=t
+
(b)
11 = I,
Z; = r,
Z0 = ee Q (/; = !0 = 0; dolayrsiyla
lo= le= I,
A§ag1daki analizlerde ~alt§ma kosullanrun, her hangi bir govde veya ternas direncinin [(1.8) denklerninde] (8.6) denklerniyle hesaplanan degere gore ihmal edilebilecek duzeyde oldugu varsayilrrnsnr.
-e
11
-
Vi
b
z,
lo
+
Z1
-
-1. c~,----...:....---~
I,-.
-e
1,
+
Vi
r,
t
,
i
b
· · Cll
'e Ejde~erdevn:sl.
c
lo
c-.
Vo
I
I
--
,,.
E
,
ic •f3is
t
ls6
:-~------~···,,,·,-~--·=·· ·· · ·· " -, 1ss
:I
· · · · la
1~---··- -· · ·--·
· la3
4
1e2 • f3ls2 '.·· · ·-·-
..
la2
fe1 :f3fs11;·
Is,
0
b
~~: •.. ·-.I~ Y,kla11k Cll karma
c~e§er devre.~i.
350
Is
~:-:--·-·-~le~"'fJls6
,
Zo
b
le= I,= O'dir)
Sekil 8.19a'da gonilen ortak-emetorlu diizenleme icin giris ve ¥1la§ karakteristikleri,
yakla§1k olarak sirasiyla $elcil 8.19b ve Sekil 8.19c'de verilen grupla ternsil edilir. Baz
karakteristikleri burada da diyot karakteristigine yaklasik olarak ahnmrsur (VCE nin karakteristiklcr iizcrindeki etkisi ihmal edilmistir) ve ~ekil 8.20'de goriildilgii gibi,
,... ----- ·- -· ... . .....
roe= 26 mV
: ohm
( 8.9)
I,"' I,
+
---,
=
.--------ooc
1.:1-.,, .l.,vn,,i.
\al CB devresi. (b)~kil 8.ISte cammlanan yakbi1k CB·
(8.8)
-
oldugunu acikca gostermektedir.
Kollektor karakteristiklerinin yatay yizgilerle yaklasik olarak gosrerilmesi, $ekil
8.17'de de 'gorilldilgii gibi, 1/hob oo n veya transistorun ytla§mm acik-devre C§degeri olmasiru gerektirir. Buna ek olarak giri§ tarafindaki ¥e§itli egrilerin yerine bir
egrinin konulmasi, karma C§deger devredc V,h'nin h,h girl§ biiyilklilkleri uzerindeki
etkisinin ihmal edilmesini gerektirir. Daha once belirtildigi gibi, r, modeli icin her
zaman h,.h = h0h = 0 yaklasiklik degerleri varsayilmaktadrr. Karakteristiklere veya
veri sayfalanna donerek belirlenen buyuklukleri C§degerdevreye eklernenin d1§tnda,
bu etkileri dahil etrnenin baska biryolu yoktur.
~ekil 8. l 7'deki ortak-bazlrmodel icin ~agrdaki parametreler tammlanrmsur:
It'"' I,
c
(8.7)
hp,=-1
... .... -....
(8.6)
- · ...,IE-~·····'
t,
I,
+
:··~:'2tmv-Ml
h;h = re
Bolum a Transistor Modelleme
(a)
(b)
8.5
r0 Modeli
(c)
351
Fakat
fr·== le= /J!s vela
Dolayisryla,
fa;
ve
= ~ ls = ~
. l,f/J
[
E !..&_
/3
= /3 (2.2..D1Y.)
r,c = /3r,
I
IE
b
c
+
+
-lo
v,
(8.10)
Sozlil olarak ifade edecek olursak sonuc; emetoni toprakli ortak-emetiirlil duzenlernedeki bir transistorun giri~ direncinin, (8.6) denklemiyle belirlenen direncinin f3 ile carpimma esittir, 9. Bolumde daha ar,:1k anla§tlmas1 icin, r, direnci
$ekil 8.20'de gosterildigi gibi ernetor bacagina baglarur.
e
e
Analizimizde {Jnm verilen.degerde sabit oldugunu varsayac~~·~_; b~ da $ekil ~.21 ve
8.22'deki 'rtki~ e§deger devreleriyJe sonuclarur, Ortak-en:ietorlu. duze~len:ie~m yaklasik karma C§deger devresi karsilasurma amaciyla $ekil 8.23 te verilmistir, Devrelerin karsilastmlmasi ;
!
f3 = ht,
/3 re=
(8.11)
(8.12)
hie
oldugunu as:tki;a gostermektedir,
.~t:kil
;(~II
Yukanda belirtilcn nedenlerden dolayi, CE diizcnlemesinin giri~ devresi yerine,
~ekil 8.2 l'deki yakl~tk diyot devresi kuUarulrn1§ttr; ancak rc'nin lh degil le tarafindan
belirlenmesi nedeniyle girl~ ernpedansr, $ekil 8-22'de /3 olarak karsirmza 9tkar. Sekil
8.19c'de {Jrun transistorun karakteristiklerinde ayru kalrnasim saglayacak bir yaklasik
deger kullarulrrusnr, Ancak bunun kesinlikle. yanh§ oldugunu biliyoruz, Bun;mla beraber, iletim biilgesinde tipik bir uygulama icin {Jmn verilen degerde degi~imin cok
ki!S:iik oldugu ve gecerli bir yakla§1m icin sabit degere sahip oldugu varsay1lm11t1r.
--
· ·1·
$ekil 8.22'den;
1·
11 = h ve I; = lu = lc=f3J,,
Z; = f3r.
Z; = oo n (V; = 0 V =, t, =t,= 0 Ave h1, l,, = 0 A)
;.si(.'
bulunur.
1,
z,
~-·""
,.
:li!:r·.
_..;:
b
+
--
Zo
c
+
+
v,
Vo
e
Boli.im 8 Transistor Modelleme
-lo
~ . , . Y.i1... i:i,,i..
~Nmh.-·'
:)ckil x.21
352
b
'
f
1 ,
.•
:~dege-rclcvrcsi
Aruk r, modelini tarnmladrgmuza gore, ileriki bolumlerde r.'ni~, de ~ngeri.lim ~lizenlemesinin de ernctor akirnryla belirlendigini unutmayabm. D1gcr bir deyisle, ac
8.5
re Modeli
353
analizine baslarnadan once, 5. Boltimde anlattlan yontemleri kullanarak
diizenlemenin ernetor akrrm oncellkle belirlenmelidir. Bu islem 9. Bohirnde orneklerle
gosrerilmistir.
··
Ku§kusuz, 9al!§ma ko§ullannda ol9illen bir h;, degerin kullamlmas1, hesaplanan /3rc
degerinden daha iyidir.
~oyle veya boyle, ogreneinin her iki modelden de haberdar olmas1 onemlidir,
~iinkU endiistri ve egitimde her iki model de uygulama alanrna sahiptir. Her birisinin
kendine gore avantajlan ve dezavantajlan vardir. Se9im, ~ogunlukla ki§inin deneyimlerine dayanarak yap1labilir. lki model arasmdaki benzerlikleri akhmzda bulundurun ve a§ag1daki ac analizinde arzu edilen niceliklerin belirlenmesi i9in kul!amlan yontemlerdeki benzerliklere dikkat edin.
A§ag1daki k1s1mda, karma parametrelcr arasmda kold.'tor ak.immtn degi§imine
kar§t en az hassas o!an pararnetrenin hfe karma parametresi oldugunu gorecegiz. Bu
nedenle h1, f!mn soz konusu arahk-ta sabit oldugunu varsaymak olduk9a iyi bir
yakla§tmdir. Ic'ye bag!J olarak onemli ol9iide degi§ecek olan ve 9ah§ma dUzeylerinde belirlenmesi gereken degcr, Ir;.= /Jr, degeridir, 9iinkti bir transistor yi.ikseltecinin kazan~ diizcyleri iizerinde ger~ek bir etkisi olabilir.
Transistor i9i1; birden fazla model tarumlanmas, nedeniyle, dogal o!arak verilen
durum icin hangi rnodelin kullarulacag; sorusu akla gelmektedir.
re rnodelinin aeik avantaji ae dtizenlemesinin yakla§tk analizi icin sadeee {Jmn bilinmesini gerektirrnesidir. /3 degeri, transistor bilgi sayfasrna veya transistorun maksimurn nominal degerlerinin otesinde aynnuh bilgilere gerek duyulmadan egri izleyici gibi bir eihazla belirlenebilir, Ashnda veri sayfalan, bir f3 (= l1Jc, degerler
arabg1 verir; bu da makul bir dogruluk dtizeyi i9in modellerden birisinin kullarulmasi halinde hesaplamalarda kullamlmas1 gereken ol9Um degerinl gosrerir,
Daha sonra,
sistemin de analizinden ve ortak-bazh diizenlemedeki fJ uygularnasrndan re degeri hesaplanarak giri~ ernpedann bulunabilir.
=
87
Bununla beraber, onceki bolumlerde de belirtildigi gibi r. modclinin, tipik transistor veri sayfalannda belirtilen geribesleme elernanj h,. ve 91kt~ ernpedansi 1/lz,..'nin
etkilerini hesaba katmamak gibi bir kusuru vardu. Kitaptaki uygulamalann s:ogunda
h,. h.,, 0 degen uygulanabilir. Ancak istenilen duzeyde doimiluk elde edebilmek
icin h.; ve 1/h"" degerlerinin hesaba kat1lmasm1 gerektiren durumlar da vardrr, Orne~in eger h,. ve V,, yeterince biiyiikse, karma modelin girl§ C§deger devresindeki
genbesleme elernaru h,.V0• girl§ baz akirrum %10'dan fazla oranda azaltabilir ve sistern kazanci uzerinde belirgin bir etki yaratabilir. Yine de 9ogu durumda 11:-e etkisi
analiz yapihrken ihmal edilebilir. Bu aciklamay, yapmarruzin tek nedeni, oitrencinin, geribeslerne elemammn etkisinin ve gozardi ediiemeyecek onernli bir etken
olabileceginin farkma varmasim saglarnaktir.
=
K1smi tiircvleri kuUanarak, ortak-emetorlti dtizenlemede ~ah§ma bolgesi i~erisinde
kti9Uk-sinyal transistor e§deger devrcsi i9in h-parametrelerinin a§ag1daki e§itliklerle
bulunabileeegini gosterebiliriz:
=
(8.13)
~---------~------··-
.-·~~··------·
= dv; =
h,.
dv0
dVbc
Ovc
'6vc,
Eger 1/hh, degerinin, yU<l§ uclanna bagh RL yukune oram ; 10:l'den az ise,
.lfho.'nin etkisinin hesaba kaulrnasi gerekebilir. Ornegin R1. = S ill ve 1/h"" = SO ill
ise, RL = RL 11 J/h"' = 5 kf2 I I so kQ
4.55 k.O olur ve elernanlar arasrndaki JO: 1
_______,
=
§~ddetin~ kar§: oldukca ~uyarh olmas1 nedeniyle farkh bir seviyenin h;,, degerleri etktlemesme ragmen, verilen h;e deger arahgmrn ortalama degeri kullamlabilir.
354
Boliim 8 Transistor Modelleme
-·lo•"3bit
(8.lS)
oraru, etkin deger olarak yaklasik %'10 luk bir dii§U§e neden olur. ~tiphesiz, daha
dil~tik bir oran daha buyuk etkiye neden olacaktrr. Ozetle, 1/h"", RL 'den 10 kat veya
daha buyukse, 1/h,.., nin etkisi yaklasik olarak ihmal edilebilir.
~artlann h,... ve I/hoc etkilerinin ihmal edilmesine elverisli olrnasi halinde iki modelin temel yapist blrbiri ile ayru olacakur, {3(h1.)bilindigi taktirde, yaklasik e§dcger
model herbir dtizenleme icin hemen hemen biliniyor demektir. Eger re model kullaruhrsa {3,., ~o~rudan de anallziyle bulunabilir. Karma model cturumunda, araligm
normalde belirli 9ali§ma kollektor akrmlan icin verilmesine ve kollektor akrrmnm
(8.14)
= !',.vb, ,
r
l
r: '.
.. ~\l
•..e& .
h,,, = di0 = die
.....--
dvo
=
clv., _
6ic
I
(8.16)
6v"-·--~~-~'._. _
t:,. sembolii. her bir durum iyin stikunet 9alr§ma noktas1 civannda bir degerdeki
kti9lik degi~meleri ifade ctmektedir. Ba§ka bir deyi§le h·parametrelcri, uygulanan
sinyalin ~ah§ma bolgesinde elde edileceklerdir, boyleee elde edilen C§deger devre,
miimkUn olan en yiiksekdogruluk derecesine sahip olacaktrr. Her birinde sabit Va:
ve 18 degerlcri, ~C§illi parametrelerinin transistor karakteristiklerinden belirlendi ·
gi zaman saglanrnasr gercken ko§ulu gosterir. Ortak-bazh ve ortak-kollektorlti
8.7
h-Parametrelerinln
Grafik Olarak Bulunmasr
355
diizenlemelerde
uygun v;, vu, i, ve io degerleri yerine konarak uygun esitlikler
edilebilir, Uy temel transistor diizenlemesinin karma parametreleri arasmdaki
k:ileri gosteren bir lisle Ek A'da verilmistir. B~ka bir deyisle ortak-emetor
zenlemesine ait h-parametreleri biliniyorsa, ortak-bazh veya onak-kollektonu
zenlemelerin h-parametreleri bu tablolar kullarularak bulunabilir.
clde
iii§·
dildu-
hie ve h,., pararnetreleri, yOO§ veya kollektor karakteristiklerinden elde edilirken, h;c
ve h,.., pararnetreleri giris veya baz karakteristi.klerinden elde edilir, fzJ, parametresi genelli.kle bizi en cok ilgilendiren parametre oldugundan, ilk once bu parametre iyin
(8.13)'den (8.16)'ya kadar olan esitliklerin iyerdigi i§lemleri inceleyecegiz, Dort karma
parametreden herhangi birinin belirlenmesinde ilk adim, ~ekil 8.24'de de gosterildigi
gibi, cahsrna siikunet noktasiru bulmaknr, (8.15) C§itliginde Va'nin sabit olmasi, sabit
bir kollektor-erneror gerilirnini temsil eden Q noktasi uzerinde kollekror ve baz alammdak:i degi§ikliklerin, duz bir dusey yizgi boyunca degi~mesini gerektirir. Bu durumda (8.15) C§itligi, kollektor alammdaki kiiyUk bir degi~me, baz akrmmda buna kar§1!.tk bir degi§meye neden olur. En yiiksek dogruluk (kesinlik) icin bu degi§imlerin
murnkun oldugu kadar kiiyiik rutulmasi gerekir.
Vce'nin kesi§tigi noktalardan dii§ey eksene yatay yizgiler yekilerek bulunur. Geri
kalan tek §CY, ic ve ib'deki degi§meleri (8.15) C§itliginde yerine koymaktu; yani:
I hi,I = ~1:i.ic
Vc£•~t
=
",<,:
- 1.1) x m31
(20 - 10) x 10"6
= c2.1
ti.ii, .
10·3
10 x 10·6
VcF.sS.4V
= 100
$ekil 8.25'te (8.16) h,,.'ye ait esitlikte gereken 18 = sabit yizgisini bulmak i~in Q
ile !8 arasmdaki egriye teget dilz bir cizgi cizilir, Daha sonra Vc£'de bir degi§me secifir, ic'de buna karsrhk gelen degi§me, ls sabit yizgisi uzerindeki kesisme noktalanndan dusey eksene yatay yizgiler cekilerek bulunur. Bu degerler (8.16) denkteminde yerine konarak ;
= (2.2 - 2.1) x 10·31
J0-7
/o=+I.SpA
le (mA)
7
.r
6
----
O.l x
3
~60µA
+SOµA
-~
"?ff.
3
Lr
i
f
',.
.,./
,, ·-
/Q-pt
2 '.
(18
·-
s
10·6
.
=33uS
.
le (mA)
+30µA
i
=33µA/V=33x
degeri elde edilir.
5 ~\"Olcdogrusu
+4()µA
V CE - 8.4V (sabit)
4
10.3
·;..,<
181 = +20µA
+ISµA)
/81 = +IOµA
I
20
vet (volt)
'\..:'.,ii;,;.~~ ''f/nin bulunm3st.
~ekil 8.24'de Ip 'deki degi§me Veenoktasmda dik bir ~izgi boyunca lni'den J112'yc
kadar seyilmi§tir. Bu durumda i/de buna karsihk gelen degisrne, Is, ve /82 ile sabit
356
Solum 8 Transistor Modelleme
·~.;.: ·
·:~ ·
1
. :.¥.
~5,
··Jj·'
tt
;"i'r-
7 ·
Sd,il S.!3, h.« 'nin buluuiu., ... ,
8.7
h-Parametrelerinin Grafik Olarak Bulunmas,
357
h,, ve h., parametrelerinin be!irlenmesi icin ilk once, ~ekil 8.26'da gosterildigi
gibi, giris veya baz karakteristikleri iizerinden Q noktasmm bulunmasj gerekir, h;/yi
bulmak icin, (8.13) e§itliginin gerektirdig] Va"" sabit 9izgisini cizmek tizere Q noktasi uzerinde VCE '=.8kV-·egris_ine teget yizilir. Ardmdan, vb;de kilfilk bir degisme
secilir, bu da is'de buna k~1hkoirdegi~me yaratir.(8.13) e~itliginde yerine konursa;
I
- D.Vh·
l h,,. I --6.i1,
- (733 - 718)
(20 - 10)
VC£'<S.bil
x 10·31
x !0"6
'• U&A)
Vc8 •0V
ltcE,. lOV
Ii I
Vc8 •20V
'/ I
l'cr: = 8.4 v
~·
15 x 10·3 = 1.5 k.Q
10 x 10"6
elde edilir.
I hre I== 6.vh
elde ederiz.
- li1~.·20V
20
Son parametre olan h,,, ilk once Is= 15 µA'.da Q-noktas1 iizerinde yatay bir cizg!
s:elcilerekbulunabilir. Daha sonra ~ekil 8-27'de gosterildigi gibi, Vddc bir degi~me
ahrur ve sonus:ta-V8/de k~thk gelen degi~me bulunur,
(8-14) C§itliginde degerleri yerine koyarsak;
D.Vc
1
== (733 - 725) x 10·3
20- 0
.
10=..i,.,
=8x
10·3
"'
J8 • 1!1 µA (sablt)
15 L----------"--t;l'j-'
~-
4 x 10·4
20
Karakteristikleri 8.25-8.27 nolu -~ekillerde gorulen transistcrun sonucm elde editen
ka=nn kii~·iik-sinyal ~deger devresi ~ekil 8.28'de verilmi~tir.
._ • n1i1 bnluemasr.
Is (JJ.A)
VcE
=ovi J VcE = JOY
....
.J ..,f 'j Ve£ = 20V
1
30
lb
..
i I f
_:.,l;t..J_
'J,-j
I
Vee 8.4
v (sabit)
B~4.X 10-• V., '\,
· ·1;1I
• ),1.
~i..
J
?Ir
20'------------:NI. :. . -}
»<s
JSl----------- ...;·,·111
.
lllb•
IOµA
. »>
--.J
·/r
.:t&t.
358
L
Vet
(h.,.)
R.27nolu ~ekill~rdc verilen 1mnsis:
r6r ~in tum k:uma C¥ieJe:r devresi,
r.'
0.11
33 µ.A/V
~.:~:l ~. i:-i Karn~rcrisriklcri 8.25-
I
0.6
(h,.V,.) _1
Eo
101-------------.<....-~
_,f
1.5 kfi(hs.)
0.8
A11b<:!!O,OISV
v8£ '(volt)
. .: .. ... :, \~ h;/nin bolunma$.1.
Bolum 8 Transistor Modelleme
Daha onccde de ll_mld1g1 gibi, ortak baz ve onak k~l~ktor ~iizenlemeleri i~!n
karma karma parametreler uygun degi§kenler ve karaktenstikler ile ayru temel esuIikleri kullanarak eldc edilebilir.
. . .
. . .
BugUn mevcut olan 9e§itli transistor!~~~ U~ d~z~nlem;eden her bm~mdeki tip_i~
parametrc degerleri; Taolo S;l'de verilmistir, Eks1 l§aretl, (8-.15) derikle~de esu
liklerden birinin degeri arunldigi zaman, digerinin azaldigmr gostermektedir.
a. 7
h-Parametrelerlnin
Grafik Olarak Bulunmasi
359
Paramctre
fz;
,,
h,
h.,
1/Jrn
cc
CE
l kn
2.5 x 10·4
50
25 pA{V
40kn
durumda h,. biiyiikliigii, belirlenen Q noktasmdaki bilyukltigilnun yaklasik 11 kauna
tikm1§llr; bu, esdeger devreden bu· parametrenin ihmal edilmesine izin vermeyebilecek bir biiytikliiktiir. h"" parametresi ise normalize degerin yaklasik 35 kaudir. hoc'delci bu arll§ transistori.in 9~ direncini azaltarak yiik direncinin degerine
yakla§ttrabilir. Bu durumda yakla§tkhk temelinde e§deger devrede h,,,,'nin iptal edilmesinin dogru 0Lmay:1cag1111 gii~terir.
CB
·---------·--··--lkO
:::l
-50
25pA/V
40kn
200
3.0 x 104
-0.98
0.5 pA/V
2MO
50
20
· Daha onc~~i boliimi~rc ·.b:OOlarak (Bolilrn 4.4: Transistorun Yiikscltme (etkisi)
o~~~-b~~h diizenlemenin gms direncinin dii§iik, c;:1k.i§ direncinin ise yuksek oldugu
gonilebilir, Aynca ktsa devre akim kazancmm J'e cok yakm oldusu da .. _
"I k ed. 0
T
5
go
ru me t ir ... rtak-ernetorlu ve ortak-kollektorlu diizenmcler icin giri§ direnci
onak-bazh d~zenlemeye gore oldukea biiyiikti.ir ve ~Ikl§ direncinin girls direncin;
oraru, 40; l civarindadir, Buna ek olarak ortak-emeti:irlii ve ortak-bazli du e l
d
h; ·
z n eme e
_,n_m 90~ kiic;:iik oldugunu d~ haurlayin, Giiniimiizde rnevcut translstortertn 171, de~en_ 20 lie 600 ~~mda degi§mektedir. Herhangi bir transistor icin calisma bolgesi
e ~~§~ll~, c;:~1th h-parametrelerini etkileyecektir. Srcaklrgin, kollektor akirru ve
genhmmrn h-parametreleri uzerindeki etkisi 8.8, Boliimiinde tarusilacaknr.
B.8 TR.~P.-JS~s·:'"68 !' ..!.:t~i1;:;i";;;·:L::;.?(<DCK~
..
·1 m1~t1r.
· ·
.. ,5ekil 8.29'da kollektor. aktmtnm
, .. h·parametreleri iizeri'ndeki' e tki Sl· gosten
Du~ey_ v~. yatay eksenlenn logaritmlk olarak i:ilc;:eklendiriJdigine dikkat edin. Log~t~ik olc;:ekler 11. Bolumde incelenecektir. Kollektor akirmna bagh olarak buyukl~kte gozlenen bagtl ~eg~meleri_n kolayca belirlenmesi icin, pararnetrelerin
~eps1, ortak say1yla_ norm~lize ~~lmi§tir. ,5ekil 8.30'daki gibi her bir egri grubu uze:.mde, .p~ametrelenn belirlendigl c;:ali§ma noktasi dairna gosterilmi§tir. Elimizdeki
omek rc;:m siikunet
noktasr VCE -- 5 •O V ve I.c -- 1 · O m A''m kesisme
·
_
noktasmdadtr. <;a~'.§m~ s1c~lig1 ~e ~e~ans da h-parametrelerini etkiledigi icin, bu degerler de egriler
uzennde
gosterilmistir. 0.1 mA'de /z,
0 O 5'dir veya 1 mA'dek·, deX
· ·
d ~
,
,.
•
6enmn yanst tr. .)
~~dey~en ~- l.5 .v~ya l mA:deki dege~in %150'sidir. Baska bir deyisle, le~ l mA
ic;:in h1,- ~O ise, le nm O.lmA den 3 mA e c;:ikmas1yla h1,degeri 0.5(50) 25'den l.5
(50) 75 e cikar. Ancak le 50 mA dtizeyindeki c;:ah~ma noktasuu ele alalrm. Bu
360
=
0·
I•
o.os
0.02
0.01 L..--L---JL-....L.--L..-....L-....L.-..l.__
0.1 0.2
o.s
2
s 10 20
i__ _
so
_...
le (mA)
D~,3~S?:ilELER
h-parametreleri~de s1cakhga, frekans;; gerilime ve ak.im~ bagh degi~meleri gosteren
cok sayida ~gn ~ard1r: Bu asamada en ilginc ve yararh degi§meler aras7nda, /z.
paramerrelennde
jonksiyon sicakhgina
·
b acr·1 l O I an
-·
.
, kollektor akimma ve ::,eerili mme
deg1~meler yer almaktadrr.
· · .:
;:,
=
le= lmA
Va=SV
T= 2S°C
f=s !kHz
=
Bo!Om 8 Transistor Modelleme
,1.(
·.~
·,~
I
.qiK,
~;
~
.·,<:.:..·
·,.{ '
W<
;.
:i;t
. Ji
,5ekil 8.30'da, h-parametre!erindeki kollektor gerilimine bagb degi~meler, normalize edilmi§ degerler cinsinden gosterilmi§tir. Bu egriler, iki egriler grubunun kar§Ila§tmlabilmesi ay1smdan, ~ekil 8.29'da veri!en transistorle aym 9ab§ma noktasmda
normalize edilmi§tir. ha, ve h,. degerlerinin se9ilen c;:ah§ma noktasmm sagmda ve
solunda 9ok daha btiyiik olmasma k~m h;, ve h1, degerlerinin nispeten kararlt ol·
duguna dikkal edin. Ba§ka bir deyi§Le h00 ve h,., kollektor gerilimindeki degi§imlere
k~,. h;0 ve ht, den c;:ok daha fazla hassastLr.
8.29 ve 8.30. ~ekillerden de gori.ilecegi iizere, en az degi§en parametrenin hte olmas1 ilginc;:tir. Bu nedenle, ak.im kazancmm belirli bir degeri, ister ht, ister /3 olsun,
yakla§ikhk ve bagil olarak kollektor ak.im1 ve gerilimi arahgmda oldukc;:a sabit olarak dii§iinlilebilir.
h1c = f3r,. 'nin degeri kollektor ak.imma gore onemli olc;:ilde degi§ir. Bu da r;nin
emetor ak1mma k~1 hassasiyetinden tahmin edilebilir. Bu ned~l)le·. bu; deger ya·
h§ma ko§ullarma mtimkiin oldu.gu kadar yak.in bir noktada tespit edilmelidir. Belirlenen VC£'nin altmda h,. oldukc;:a sabittir, ancak yiiksek degerler ic;:in belirgin olarak artar. Uygulamalann c;:ogunda h,. ve h,,. degerlerinin genellikle ihmal
8.8
Transistor Parametrelerindeki Oegi~meler
361
edilebilecek
duzeyde olmasi iyi bir avantajdrr, Bu parametreler
kollckliir-cmc1iir
~·-·riliminc kar~1 ulJul,.'rd h<1.», ..,111.
kollekror
akmu ve
-
.~
- -- ..
3000
2000
1.
Genel terimlerle bir sistemin veya cihazm "rnodelinin" temel fonksiyonunu ta·
mmlaym.
lOOO
700
500
2.
(a) karma ve r, modelleri arasindaki fark.t aciklayin.
(b) Her bir modeli, hangi durumlarda kullarulmalan gerekrigini belirtin .
3.
(a) ~kil 8.5'i uygun uelar arasma tam karma ~eger modeli ekleyerek yeni~n cizin.
(b) (a) ~1klam, ortak-ernetorlu baglann icin yaklasik e~deger modeli koyarak
tekrarlaym.
4.
~ekil 8.32'de verilen ortak-ernetorlu dlizenleme i~in:_ . . .
.
, .
(a) Transistordn e¢eger modelini koymadan ac ~degen cizm. ~ekil 8.5 teki yaptda btrakm. Z;, Z0, v;.v0 i; ve ib terimlerini tarumlaym,
_
..
(b) (a)'da elde edilen devreyi tam ortak-emetorlil karma esdeger devresini kul-
.;
·•
30'--~7'-:~~.L-~J......-...JL-..~-l_~-L~---l.~~..l_~L__--o.z
2
s
10
20
-so 100
o.s
~ !!... i I 8.3()
Kanu;,1 par.11u .. 11 ......
Va (volt)
,..,,lk:lr.1oc-emccOr i:-crilimin...· l\1fh ,i..:~1;-ui...·k..,.
~ekil 8.31 de h-parametrelerinin jonksiyon srcaklrgina gore degi~imi ~izilmi~1ir.
Nonnalizasyon degeri T = 25°C oda srcakhginda almnustir. Yatay olcek, ~ekil 8.29
ve ~ekil 8.30'dakilerin aksine dogrusal bir olc,:ekrir. Genelde biitiin parametrelerin
biiyiikliigti_ sicaklikla birlikte artar, Bununla birlikte en az etkilenen parametre hco. en
cok etkilenen parametre ise h;, giris ernpedansidir. h1e'nin -socC'de % 50 normalize
degerinden 150°C'de % 150'sine crkmasi, transistor devrelerinin tasanmmda cahsma
srcakhgirnn i\;,c11lc dikkarc ahrunavr ;!l'rcktij!ini 1,!ii,tcrir.
lanarak yeniden ~izin.
.
Vee
.bagll parame1re buyiiklwderi
3.0
(Suyun bynatn4 nok)
• (Suyun donma nolc.)
Re
2.0 >-
le= lmA
I= I kHz
c
1.5
VeE = SV
T= zs-c
0.7,..
o.s
~f"
Y
B
E
hr,
hi.i
0.4
0.3 ':-:--........1'::---'--f::--.l----l__ --1•__
-100
~~~i! SJ f
362
Karma
. .
(c) (a)'da elde edilen devreyi yakl~ik e§deger deve modelini kullanarak yeniden 91ZJn.
-SO
para,nern ..'!rinsteakhkladeiitimi.
O 2 ° SO
100
ISO
_.J_•
200
_
T"C
Oda s1<:alwgi
Bolum 8 Transistor Modelleme
Boliim 8 Problemler
363
5.
$ekil 8.33 te verilen ortak-bazh duzenlerne
(a)
9. Tipik R1 = 2;2 k.Q ve h,,. = 20 µ5 icin 1/h;,;,'nin etkisini ihmal etmek iyi bir yak-
icin:
lasikhk midir? A~g1daki denklemi kullanarak yiik direncindeki farki yiizde olarak
bulun.
Transistorun e§deger modelini koyrnadan ac esdeger] cizin. $ekil 8.5'te tarumlanan yapida birakm. Z;, Z0 v;, v0 i; ve io terimlerini tammlaym.
(b) {a)'da elde edilen devreyi tam ortak-ememr karma e§deger devresini 'kullanarak yeniden cizin.
.
% fark _ RL (I/ho, yok)-RL(llh"e:var) x %lOO
RL(llho, yok)
(c) (a)'da elde edilen devrcyi yaklasik e§deger devre modelini kullanarak yeniden cizin,
10. 8. Problemi h,. = 3.8 x 10·4 ve A,.= 280 alarak tekrarlaym.
11. 9. Problemi RL = 6.8 kn ve h°' = 25 ;1S alarak tekrarlaym.
~
1-.....1.........:..:·
-· .
"r· .:.··- .........-1•~-
...;..;,-..;,
8.7
12. (a) Sekil 8.24'deki karakteristikleri kullanarak, le = 6 mA ve VeE
hrc'Yibulun.
(b) (a) srkkiru le= 1 mA ve VcE
= 15
=5
V icin
V icin tekrarlaym.
13. Sekil 8.25'teki karakteristikleri kullanarak, le= 6 mAve VcE= 5V icin heo'yi bulun,
(b) (a) sikkiru le= I mA ve VcE = 15 V icin tekrarlaym.
14. (a) Sekil 8.26'daki karakteristikleri kullanarak, IB
h,c'yi bulun.
= 20
µA ve VCE
= 20
V icin
(b) (a) §•kkm1 la= 5 uAve VC£= IOV.ic;in tekrarlaym,
~
6.
8.5
15. (a) ~ekil 8.27'de verilen karakteristikleri kullanarak, fa= 20 µAve VCE
icin h,c'yi bulun.
$ek.il 8.32'deki devre icin:
(a) 4. Problemin (a} ~1kkm1 tekrarlaym.
= 20
V
(b) (a) srkkuu In"" 30pA ve VC£= 10 V icin tekrarlaym.
(b) (a) sikkmdaki devreyi, uygun uclar arasma r, modelini koyarak yeniden cizin.
7.
16. $ekil 8.24 ve 8.26'daki karakteristikleri kullanarak, yaklasik karma esdeger modelini /8 = 25 JtA ve VcE = 12.5 V icin bulun.
$ekil 8.33'deki devre icin:
(a) 4. Problemin (a) sikkiru tekrarlayin.
(b) (a) sikkmdaki devreyi, uygun uclar arasmer, rnodelini koyarak yeniden cizin,
· 8.
h,., = 2.104 ve Av = I (i() tipik. degerli icin sisternin ac analizinde h,."nin etkilerini ilunal
etrnek iyi bir yaklasikbk rmdir? h,;nin etkisinin oldugu ve olrnad1g1 durumlarda h'nin
dilzeyleri arasmdaki fark yuzde olarak ne kadardir? A~ag1daki fonniili.i kullanm.
% fark
364
Ii, (llh,. yOk) • h (I/ho, var) x % IOO
lb
yok)
cu«,
17. $ekil 8.24 ve 8.26'daki karakteristikleri
icin r,. rnodelini bulun.
kullanarak, lo= 25 pA ve VcE = 12.5 V
18. 8.7. Bolurndeki sonuclan kullanarak /0 = 15 µAve VCE = 8.4 V icin r, modelini
bulun.
19. (a) ~ekil 8.29'u kullanarak, lc'nin 0.2 mA'den l rrtA'e cikmasi halinde hr/deki
degisme yiizdesini ~ag1daki e§itligi kullanarak hesaplaym.
Bolum 8 Transistor Modelleme
Btiliim 8 Problemler
365
I
% _degi§im = ht• (I e) -
I
hfe(yUksek l c) x % l 00
h1,(at~akl c)
(b) (a) §lkk1m le'nin l mA'dcn 5 mA'e y1kmas1 durumunda tckrarlaym.
(c) (a) §1kk..m1 le'nill 0.2 mA'dcn 5 mA' y1kmas1 durumunda tekrarlaym.
20. 19. Problemi h;, is;in tekrarlaym (le'deki degi§imler aym).
21. (a) ~ckil 8.29 ilzerinde le =I mA'dc hoe= 20 µSise, le= 10 rnA icin hne'nin yakl~1k degeri nedir?
(b) 0.1 mA'de hne'nin direnc degerini hesaplaym vc 6.8 knluk saf omik bir yUkle
karsilasunn. Bu durumda 1/hoe'yi ihmal etmek iyi bir yaklastklik rmdir?
;.,·.1
22. (a) ~ekil 8.29'da le= 1 rnA'dc hoe= 20 µS ise h,,.,'nin le= 10 mA'deki yaklasik
degeri nedir?
(b) 10 mA'de h,,.,'nin direnc degerin; hesaplaym ve 6.8 kn'luk rezistif bir yukle
karsilasurm. Bu durumda l/h0.'yi ihmal etmek iyi bir yaklasikhk rmdir?
23. (a) ~ekil 8.29'da le= 1 mA'de h,. = 2 x lo-4 ise le= 0.1 mA icin h,.'nin yaklasik
degerini bulun.
(b) (a) §ikklnda buldugunuz hre degerini kullanarak, Av = 210 icin h,.'nin ihmal
edilmesi iyi bir yaklasikhk olacak rmdir?
9.1
GiRi;,
8. Bolumde tamulan transistor modelleri bu boH.imde, bir dizi standart transistor devresi diizenlernesinin kiiytik.-sinyal ac analizi iyin kullarulacaknr, Analiz edilecek devreler, bugi.in
pratikte gorulen devrelerin s:ogunlugunu temsil eder.. Bu boliirn iyice okunup anlasrldiktan
sonra, standart di.izenlernelerdeki degisiklikleri incelemek nispeten kolay olacaknr,
Analizdeki benzerlikleri ve modeller arasmdaki ortak ozellikleri gostermek icin
hem karma hem de r, rnodelleri kullarulacaknr, 9.10. Bolurn dismda, yogun matematiksel islcmlerden ve hesaplardan kacmmak icin, bolurn boyunca yaklasik
karma C§deger devre kullarulrmsur. 9.10. Bolum, analizde tam modelin etkilerini ve
elde edilen sonuclan gostermektedir,
Uygulanan Rl yilkilniin ve Rs kaynak direncinin etkilcri 9.9. Bolurnde ele ahnm1§, 9.11. Boliimde birkac standart diizenleme icin bilgisayar analizi verilmistir.
Analizde kullarnlan BASIC bilgisayar dilini tanttmak arnaclanmarmsur. Bilgisayar
<;oziimiinUn eklerunesinin tek nedeni, bilgisayann kullamslihguu ve geregince anlasihp uygulanmasi halinde ne kadar etkili olabilecegini gosterme arzusudur.
9.2 Oz}TJ:,K .. r:£:v1CT·:~.d=t~0
:JUI~::-.·: :;~_: . :.:;;
~j_t~~i·-t ·•
'::·!(~ ::"1~Lif;1t.f
Aynnttlanyla incelenecek ilk diizenleme ~ekil 9.1 'deki ortak - emetorlu saoit
ongerilimli devredir. V0 yLk.i§ sinyali kollektorden ahrnrken, giri~ sinyali V,-'nin
366
BOliim 8 Transistor Modelleme
367
transistorun bazina uygulandigina dikkat edin, Buna ek olarak, c;:tlc1~ akmu /,,'m kollektor akirm olrnasma karsm, giris akirm /;'nin baz akum egil kaynak akmu clduguna dikkat edin. Kiic;:iik-sinyal analizi; Vcc'nin de etkilerini kaldmlarak ve C1, Cz
de durdurma kondansatdrlerinin yerinekisa devre e§degeri konularak baslar: bunun
sonueunda elde edilen devre, ~ekil 9.2'de gorulmektedir,
(9.1)
Ro'nin h;e'nin 10 kat1ndan daha biiyillc oldugu\lururnlarda (bu, tipik bir durumdur),
a§ag1daki yaklasim sik sik uygulamr:
[ . .:; = h
1,
r. model
Johm
(9.2)
esdegerini kulland1gim1zda Z; icin ~ag1daki denklemi elde edin.
(9.3)
11
V;'o -
-
,...___.~B-.J
Z0: Herhangi bir devrenin c;:tla~ empedansi V; = 0 iken belirlenen Zo empedansi olarak tarumlamr, Sekil 9.3 lcin V; = 0 iken It ve dolayrsiyla lb= 0 ve hfe lb= 0 olur. Bu
V; o-----C)-.-.11
C1
E
z,
da akirn kaynagi yerine acik-devre esdegerini koymak demektir. Sonuc karma ve re
modelleri icin a§ag1da verildigi gibidir.
i·-------,
i
'
\
Zo=Rc
______
J'ohm
(9.4)
= /;
Av: Gerilim kazanciA,.= Vo/Vi oncelikle !,,
yaklasikhgrm yapabilmek icin Rs>> h;c
kabul edilrnesi ve daha sonra Vo icin 0zillmesiyle bulunur,
~ekil 9.2'de, de kaynagrrun ve emetor direncinin ortak topragmin, Rn ve Rc'nin St·
rasiyla transistonin giris ve c;:1k1§ bolurnlerine paralel baglanmasmi miimkiin kild'.gina dikkat edin. Aynca onernli devre parametreleri Z;, Z0, I; ve /0'm yeniden cizilen devre iizerindeki yerlerine dikkat edin.
Eksi isareti, /"'nm belirtilen yonune gore Vn'nu_n-·polaritesinin Zit oldugunu gosterir.
lo yerine lo= htc /1, ve h yerine lb= I; yazarsak, _ ·-
~ekil 9.2'deki transistorun yerine yaklasik karma e§deger devresini koyarsak Sekil
9.3'deki devre elde edilecektir. Yapilan analiz, §U sonuclan vermektcdir,
+
-
v,
-
olacaknr, Ancak
lb
1,
~
z,
b
Rs
e
hi,
= -111,Ii,Rc= -h1e/;Rc
I
-V0
ve
Re
··l'·I·
l;= V;
s;
Vu= -h1, (V'h,..') R c
A,.= Vu = _ hreRc
V;
h;,
(9.5)
elde edilir.
Son denklemdeki eksi isareti; giris ve ~1la~ sinyalleri arasmda Sekil 9.4'te goriildiigil
gibi 180° faz kayrnast oldugunu gosterir.
368
Bi:ihim 9 BJT KO~Uk-Slnyal Anali:zi
9.2 Ortak-Ernetorlu Sabit-Ongerilimli Di.izenleme
369
r, model icin h1, = {3 ve h;, = /3rc'yi yerine koyarsak
edin. Bunun icin ht, = f3 ve h;, = (Jr, oldugunu haurlamaruz yeterlidir; bu bilgiyle
her iki rnodeli cabucak olusturablliriz. A§ag1dalci ornekler iki model arasmdaki iliskileri daha iyi gosterecektir,
·
ve
<'ll{.\'EF. o. l
(9.6)
:j,~il
Y.5'teki devre icin Z;, Zn, A,. ve A;yi bulun.
elde edilir.
Bu da kazanc ir,:in daha uygun bir formdur. rc'yi bulabilrnek icin Pdan yararlanmarruz gerekmesine ragmen, (9.6) denklemdePnm bulunmadigma dikkat edin,
,-------o 12 V
-1,
. .:.:·
·+-:
----~-
VC
ya da r, modeli ir,:in,
l
...._
A;::{3
. ,_]
!
(9.7)
BolOm 9 BJT
h1, • 100
h1c ~ 1300
atlc = 2mA
z,
I ..
I
Karma parametreler (yaklattk)
Z;:
Re = 560 kfl
i
»
h,. = 1300 11
(9.2) e§itligindcn
=
Z; h;, = 1300 Q
(9.8)
CE sabit onerilimli dtizenleme icin biitiin onemli parametreler belirlendi, Gerektiginde talctirde bir modeldcn digerine gecisin nispeten kolay olduguna dikkat
370
0.1 µF
l
l
= h1,I;
B:~]
In= hJefb
Q.,J µF
v,o-f----
. I
j
I
A;: Akim kazanci A;= /JI; ~ag1daki sekilde bulunur.
560kn
K090k-Slnyal Anallzl
Z0: ((9.4) e§itligi);
ZaRc=3 kQ
9.2
Ortak,EmetorHl Sabit-6ngerilimli DOzenleme
371
A,. ((9.5) denklemi):
Av= -hr,Re = -(100) (3 ill)·
h;,
1.3 k!l
= -230.77
A; ((9.7) denklerni):
r----p-,-----+----0Vo
- ....
1o
h;,\
A;= 11•= 10-0
t
.-.:5-..I;·.\·
. r, modeli
$ekil 9.6
DC:
Is=
Vee - Viu.Rs
A,.=~(Rel
tl+II )i:
h,.
560 k.Q
le= {3/s = (lOO) (20 µA)= 2 mA
r,= 26 mV = 26
le
haline gelecek ve sonucta,
ll...:..Q1..= 20 µA
2
= 13
= h;
elde edilecekti.
.
Her bir degerin sadece Re yerine R~I 1/hoe kondugunda nasil etkilendigine dikkat
edin. A/nin elde edilmesi icin once ~ekil 9.6'daki devreye akrrn-bolticu kurahru uygulamahyiz.
I _ ( llhoe)h1~Ii!
hr,h
n
llh,1e+R
1 + h",R
.Q
r
Z; ((9.3) denklemi):
!'
l
ll
Z;
= /3re ': (100) (13) = 1300 .Q
r-
Zo ((9.4) denklemi):
Z,,=Rc=3 kQ
i
l
Re
Av=--=
r,
I
I
3 k11
---=-230.77
13
hr~
I + h,,,Rc
(9.11)
ORNEK ?.2
A; ((9.8) denldemi):
I
I;
Her bir durumda h,,,:nin etkisi.isoz konusu niceligi azaltma yoniindedir. Bununla birlikte, I/hoc degeri Rc'den s;ok dah~ biiyfil: oldui~ i9i~. etkisi genclde ihmal edilir ve
daha onceki denklemler uygulamr. r, modeli denklernlerinin degi~tirilmi~ bicimleri,
model iliskilerine bakslarak cok hrzh bir sekilde belirlenebilir.
~ A,. ((9.6) denklemi):
j
A;=f.p_=
ve
~,i
(9.10)
A;::./3=
h,.,. = 20 µS ve 1/h,,. = 50k.Q olrnasi halinde ho;nin Ornek 9. l'deki degerler uzc-
100
rindeki etkisini belirleyin.
ho,'nin etkisi: Eger h~ ~ekil 9.3'deki modele dahil edilseydi 91kl~ devresi, ~ekil
9.6'dak:i gibi olacaku, Z; etkilenmeyecekti ancak Z0 ,
Cozum:
(9.9)
Z0 ((9.9) denklemi) :
ve
Z" = R
372
Bi:ilum 9 BJT KO~uk-Sinyal
Anallzi
9.2
cl 1-hne1- = 3 k!l 11
50 kQ = 2.83 k.Q karsilik yukanda 3 kQ degeri clde edildi.
Ortak-Emetortu Sabit-Ongerilimli DOzenleme
373
''
A,. ((9.10) denklemi):
A. = _ !1k_ (Re
h;,
.J....) = -100 (2.83) kn
ho,
1.3 k.Q
o----t----;r---o--=i~Vt;::l;·\:;[~;:i·.-·.:;
+
v, z,
,'· ~
.•
A1 ((9.ll)denklemi)
A;=
h
1 +
r,
=
h,,~Rc ..
··1
100
+ (20 x 10-6) (3 x
I 03)
b
,.·,,:-1·•~7,'·1··•
R111
R111
-·~·;·_
t
···1'•
l
l
c
+
Re
-
o--t----:4-------<";----:_.-:.::t'.(. ",·.-/-~."':"~r~~:-:;;----'
~
Tz_o_"V
= J.00.
1.06
= 94.34 karsihk yukanda 100 degeri elde edildi.
9.3
-1,
.=-217.69 ka.t§lllkp'ukan~ -230.77 degeri elde edildi
R1111
GERiLiM-BOU}CO'iLE ONGERiLiMLEME
Rei ve
Rsi'nin paralel birl~imi apg1daki gibi tarumlamr.
:I Ras= Ra1 I I RB2 =
~imdi incelenecek duzenlerne, ~eldl 9.7'de gonilen gerilim-boliicidtl devredir. Dilzenleme admm, girl~ devresinde Vs'nin seviyesini belirlemek icin kullarulan gerilim-bolrneli ongeriJiminden kaynaklandigrm hatirlaym.
RsiRs/
Rs1 + R02
(9.12)
(9. L3)
,.
·,a.'
ve r, modeli i9in,
..~.•
(9.14)
·;.·
'"'
c
~~~.P~'
~.. . .
.,,s;z·..
Z0: ~ekil 9.8'dcn
B ~~-(~·
'\.'!' '":..~.i·)
..
Zo=Rc
... -.-.~ ..,.
E
her iki model i9in,
Vo= I.Re= -h1,l1,Re
Av:
=-h1,(~;)Re
h,.
=. '1kReV;
~ckil 9.7 ·
h;, .
Yaklasik karma qdeger devrcyi yerine koyarsak ~ekil 9.8'deki devre elde edilecektir. Cinin dti~iik-empedans kisa devrc etkisinden dolayi Re'nin mevcut olmadrgrna dikkat edin. Yani kondansator reaktansi, ~alt~ma frckansmda R£'yc ve
devrenin diger parametrelerine gore ~ok kil~iik oldugundan devrc, RE iizerinden ktsa
devre olmus gibi degerlcndirilir,
374
(9.15)
Boh'.im 9 BJT KO~Ok-Slnyal Anallzl
,.•..
-•"
Av=.!'.£.=_hr.Rc
ve
ve
V;
r, modeli
h;,
(9.16)
i~in ,
(9.17)
9.3
Gerlllm·BtilOcO
Ile Ongerlllmleme
375
sabit-ongerilirnli duzenleme icin elde edilenle ayru olarak: bulur.
A;: R88 direnci <rOgu durumda h;.'nin biiyiikltigiine ihrnal edilemeyecek kadar
yak:m oldugu i~in, Rss'nin erkisi akimkazanci denklerninde dikkate almmahdir.
~ekil 9,8 referans ahrursa
I~=
veya
!Jz..=
I;
Rssl;
Ras+ h;,
22V
Rap
Roe+ h;,
ss en
<;tlo~ tarafr icin ;
o_!111----+----.·.,
I ,iF
V,
-
yada
Alam kazanci ;
z,
.
A;=h.,.1£.!i?_
''/;
Cozum:
Is I,
= 'hfe
Rn»
DC analizi:
Rs» + h;,
Vas=
ve
A;=
(9.18)
Ronht,
Rao+ h;,
lo=
ill
Voo-VBf: . =
..
2-0.7
Ras+ (I + /3)RE 5.09 kQ + ( I · 90) 1.5 kQ
le= [3/8-== (90) (9.18 µA)= 0.826 mA = IE
olarak onceki gibi elde edilir.
r, modeli icin,
:.1:
Raa/3
Rae+ f3r,
= 5.09
= 9.18 µA
A;= Roehr,= hi,
Rea
A;==
Ro2
Vee=
5.6 kn (22) - 2 V
Roi + Ro2
56 kn+ 5.6 k!l
R80 = Ra1 I !Rei= 56 k!ll I 5.6 k!l
Ron>> h;, ise
= h1,
(9.19)
j.,
r, = 2fu:nY.. = -2L
IE
0.826
Z,: (9.12)
= 3 1.5 n
denkleminden :
R88 = R81 11 R82 = 56 kn I I 5.6 ill= 5.09 ill
(lRNEK9.3
I
t,
(9.14) denkleminden :
~ekil 9.9'daki devrede r, modeli yaklasmum
bulun.
376
kullanarak Z;, Zn, A,. ve A/yi
I I f3r, = 5.09 ill
= 1.821 kQ
Z; = R88
II
(90) (31.5)
= 5.09 kn I I 2835 n
BolOm 9 BJT K01,:0k-Sinyal Analizl
9.3
Gerilim-BolOcO ile Ongerilimleme
377
Z0 ((9.15) denkleminde
Zo=Re= lOkQ
r« modelini kullamrken ~ti~,~ direnci (1/h,,.)'nin etkilerini de i~ine alacak herhangi
bir gene! mekanizma yoktur; yapt.lan tek §CY, bunun, analiz icin hi~ bir sonuc vermeyecek kadar ~ok biiyUk bir nicelik oldugunu varsaymakur, Bununla beraber, 9.3.
ornekteki denklemlerde hoe= 20 µS veya 1/h,,. = 50 kfl olarak almd1g1 taktirde, 1/hne
ve Re 5: 1 oranmda oldugu i~in, belirli bir etkiye neden olacaknr,
Av ((9.17) denkleminden)
'
Rr
r,
Av=~=
A1((9.l9) denkleminden)
10 kn
·--=-317.5
31.5
9,4
Ai=
CE KOPRULENMEMi$ EMETOR·ONGERiLiMLi DUZENLEME
Bu btllilmde incelenecek devreler ac dorneninde, koprulenmemis bir ernetor direnci
i~ermekted.ir. Bu tip dUzcnlemelerin ternel yapist $ekil 9.lO'daki gibidir. Yaklasik
karma C§deger devre modelini yerine koyarak $ekil 9.1 I'deki di.lzenleme elde cdilir.
5.09 kn (90)
=
Roo./3 .
57_8
Roa.+ f3.r, 5.09 kn + (90) (31.5)
Ayru sonuclar,
ht•= /3= 90
= /3r, = 2.835 kn
11;,
Re
ve ilgili denklernler kullamlarak da elde edilebilirdi.
ho..'nin etkisi: h"" $ekil 9.6'da gorulene benzer §Ckilde R,. ile paralel oldugu i~in
Z,, ve A,. denklemleri benzer ~ekilde diizenlenir'
(9.20)
Av=· ~(Rel
h,.
l_ha,l_)
In -- (llhoe)hfelb
llhn, + Re
(9.21)
~~l...if •J.111
$ekil 9.1 l'in girl§ lasmma Kirchhoff gerilim yasasuu uygularsak a~ag,daki csitliklcr
elde edilir.
(aki
<UUm- bolu
0 UC u ku ra l)l
olarak onceki gibi elde cdilir. Pakat R88'nin etkileri n§ag1daki denklemi verecekrir;
A;=!£..=&&=
ve
(Ilho,)hfe
Ros
1/h,,, + Re Re« + h;,
I;
/1, I;
A;=
Rsa "'•
(I + li,,,Rc) (Rao+ h;,)
/1,
+h1,)RE
~ckil 9.12'de gosterildigi gibi sonuc kopri.llenmemi§ bir RE direncinin transistore getirecegi giri~ empedansmm a§agtdaki gibi bulunabilecegini gosterir.
ve
378
V·
Z1,=~=h;,+(I
(9.22)
Bo!Om 9 BJT KO~Ok-Slnyai Analizl
(9.23)
9.4 CE K6pr01enmemlf EmetOr·Ongerlllmll DOzenleme
379
....
1,
b
/J>>I oldugunu varsayarsak (9.26) denklemi,
c
+
+
- -
(9.27)
z,
v,
Ra
+10
z,
Re
-z;
olacaktir,
z, ~ekil 9 .11 'e donersek,
Vo
(9.28)
clde ederiz. Bunda z,, her iki yapi icin de yukandaki gibi tarumhdrr,
~di/ 9.11
Z,,: V1 = 0, lb= 0 alinarak h1, 18 yerine a9ik devre esdegeri konur. Sonuc her iki
yapi icin de soyle olacaktrr:
h1, normalde l 'den cok daha buyuk oldugu icin denklern,
(9.29)
(9.24)
e§itligine indirgenir,
- V;.
Ib-Zti
Bircok uygulamada ht, RE aym zamanda·:h;,'den cok daha bilyiik oldugu icin 9ogu
durumda ~ag1daki yaklasikhk elde edilir:
[
Z1,::h1,R£
ve
VQ =-/"Re= -ht,lhRe
~ ·ht, ~:)Re
(9.25)
Sekil 9.13'teki r, modeli icin normalde (9.23) denkleminden
g1daki fonntil kullanrhr,
ve
turetildigi gibi asa-
veya
( 9.26)
Av= V,, =_hr- Re
V;
Z1,
(9.30)
Av= V"=-~
(9.31)
V;
r, + RE
:1~.
,~. f
ve
....
~ckil 9./~
380
~ekil 9.13
Bolum 9 BJT KO~iik·Sinyal Analii:i
A ..
= V,, = . Bs:
V;
RE
(9.32)
bu da, herhangi bir transistor parametresi icermediginden her iki model icin de gecerlidir.
9.4
CE Koprillenmemi~ Emetor-Ongerilimli Dilzenleme
381
A,: Ra de~eri, genellikle Zi,'ye ihmal edilemeyecek kadar yakmdir; bu nedenle
giri~ devresine akim bolilcil kurahrun uygulanmasi gereklidir. Yani,
Cozum:
lb=_&_h__
Rs+ Zi,
Z1: (9.23) denkleminden,
Zb = h;e + (l + h1,)RE
=. 0.56 kn + (.1 + 120) 1.2 kn
= 145.76kn
ve
Ancak,
(9.28) denkleminden,
Z;=RJlzb
= 270 kQ II 145.76 kn
= 94.66Jcn
ve
A;:b..:&.Y!..
ile,
I;
lb I;
= IIJ, __fiB..__
Rs+z,,
Z0 [(9.29) denkleminden]:
Z0;;S.6kQ
A;=&.=
ve
I;
Rahr,
Ra+ z,
r, modeli icin, {3 = h1, yazmamz ve uygun
koymamz yeterlidir.
(9.33)
z,, degerini
Av (9.30
denklerninden] :
A;=-!.YJk
21,
(9.26 denkleminde) yerine
= _ (120) (5.6 kO)
145.76 kO
ORNEKY.4
=-4.61
A1 [9.33 denklerninden]
~ekil 9.14'deki dcvre icin Z;. Z,.. A, ve A;'yi bulun.
A; = - .Bsb«:
Ra+ Z1,
20V
(270 kn) ( 120)
270 k!l + 145.76 kn
fJo
s.61cn
270Jcfi
v, 0 _
0.1 i,F
= 77.93
0.1 i,F
(--o
V0
h1, • 120
lt---+-.,,,.,.f · .:::., h" 560 n
yaklasik denklemleri
=
=
Zi, htfi£= (120) (1.2 kQ) = 144 kn
11
ve
~eki! lJ.14
382
z,, icin uygulayarak
Z;=Ra!IZ,,=270kOll
= 93.91 k!l
144kQ
bulunur; bu, yukanda elde edilen (94.66 Jen) degere cok yakindir ve
BolOm 9 BJT K090k·Slnya1 Anallzl
9.4
CE KoprOlenmemi~
Emetor-6ngerllimli
Diizenleme
383
A.,=-&
RE
9.5
=-5.6 kQ
1.2 kQ
=
Buda yukanda elde edilen deger, -4.6t degerine oldukca yakmdir.
~ekil 9.14'deki devrenin de analizi 8.§ag1daki degerleri verecektir.
ve
h=
DUZENLEMESi
Ciktsm, ~ekil 9. l 7'de goriildiigii gibi transistorun emetor uclanndan ahnrnasi halinde devre bir emeiQr izleyicisi olarak adlandmhr..Bazdan ernetore olan dii~ii§ten
dolayi 91la.§ gerilimi,' giri§ sinyalinden her zaman biraz daha dli§tikltir; ancak A,
1
secilmesi genellikle iyi bir uygulamadir. Kollektor geriliminin aksine, ernetor gerilirni v; ile aym fazdadir. Yani hem ve hem de v; negatif ve pozitif tepelerine ayrn
zamanda ulasacakur, V0'nun, v/nin genligini ayru fazda "izlernesinden" dolayi erne-
=-4.67
lo= 46. 5µA
r, = 4.66 11 ile
EMETOR-iZLEYici
tor-izleyicisi terimi uygun bir terimdir.
En yaygm emetor izleyicisi diizenlemesi, ~ekil 9.17'de verilrnistir. Aslmda kolIektor, ac analizi ir;in topraklandrgmdan dolayi, bu gercekte bir ortak-kollektorlii du·
5.578 mA
/Jr, = 559 Q
=
zen\emedir. V,,
V; yU<l~tntn, ernetorden alJndtgl diger tiirler (varyasonlar) ~ekil
9.17'de verilrnistir ve bu boliirnde daha sonra ele almacakur .
Bun!~, yukandakilerle aym sonuclan elde etmek i9in kullarulabilirdi.
Qflgerilimi
.. ~ekil ~-15'de koprtilenmemis emetor
diizenlemenin ikinci bir liirii gorulm~_ktedir. ~ analiz i9in.(9.23)-(9.33) arasi denklemlerde RE, RE1 olurken, de analizinde
emeto~ direnci RE1 + RE2'dir. ac analizinde RE2; q.tarafmdankisa devre (bypass) edilir.
~ekil 9.16'da iii;:ii~cii bir tiir verilmistir, Bu durumda ac analiz icin (9.23)-)9.33)
12V
aras\d~~klemler~ekt Rs ~~~~ci Roj vf!?~2'nirt paralel birlesimi olacaktrr. re'yi elde
. etmes, ''<tn gereki de analizi Ornek 9.3 de yapilan ile ayru olacaknr.
zzo en
h,.= 121sn
h1 98
.=
··3.Jkn
1,
Pio-
fll---+---..:.1
C1
~~kil 'I.I:
·".''.";I
-~
Seki!
9.is
~<·kil Y.16
Ernetor izleyici dlizenlemesi r;ogunlukla empedans uydunna amaclari icin kullaruhr.
Bu diizenleme, standart sabit ongcrilimli diitenlernenin tersinc, giriste yuksck empedans. 91k.t~ta dU~lik empedans gosterir, Sonucta ortaya crkan etki, sisternde makirnum gii9 transferi icin yiikiin kaynak empedansma uyduruldugu bir transformarorden elde edilen\e aymdir.
~ckil 9. l 7'delci devrenin yerine yaklasik esdeger devreyi koyarsak ~ekil 9. l S'deki
devre elde edilecektir.
384
Bo!Om 9 BJT KOc;Ok-Sinyal Analizi
9.5 Emetor-izleyici Oiizenlemesi
385
Simdi (9.35) denklemi ile tarnmlanan devreyi kurarsak ~ekil 9.19'daki
elde edilecektir.
diizenleme
+
z,
~dil9.l<J
Zn'yu bulabilmek icin Vi sifira esitlenir ve··
.
z, = RE_,,-1EL._
(9.36)
1 + ht,
'idil9.1~
Z1: Giris ernpedansi daha onceki krsimda aciklanana bcnzer bir yontemle bulunur:
Z;=Roll Z,,
(9.34)
Burada z,,, (9.23)-(9.27) arasr denklemlerle tarumlanrmsur,
Zo: <;1k1~ empedansim tarumlamarun en iyi yolu ilk once I,, akirn denklemini yazmak,
lb= V;
vc daha sonra /c'yi bulrnak icin Ii, (1 + h1,) ile ~arpmakllr. Yani,
=
veya
(l+h1,)V;
h;, + (I + llf,) RE
I,=
V~·---
[h;.f(I
386
+ llf,)] + RE
V0 -
ve
REV;
RE+ [h;.J(J + h1,)]
Av= Vn = ----'R-'-"'---V; RE+ [h;..1(1 + h1,)J
(9.37)
Eksi i§aretinin olrnarnasi, V" ile V;'nin ayru fazda oldugunu gosterir ve V0'nun V;ye
esit olmarnasmm tek nedeni h;J(l+h1,) faktdrtldur.
A1: ~ekil 9.18'den
Zb
I, = ( I + ht,)li, = ( I + Jy,)
Baska bir deyisle, emetor kolundan "gorulen" devre,
h;, ve llf, karma parametreleriyle belirlenen bir direncle seri bag!t olan V; giris gerilimidir, h;e/(1 + ~,)
direnci genellikle oldukca kii~iiktiir ve Z0'yu, RE seviyesinin oldukca aluna dii§iiriir.
A,: Gerilim kazanciru bulmak icin gerilim bolucu . kurah uygulanarak ~ekil
9. l 9'dan yararlamlabilir.
lb=_&}j_
.YJ.
Rs +Zb
Zb
U!.:____&_
ve
I;
Rn+ Z1,
(9.35)
ve
B610m 9 BJT KO~Ok·Slnyal Anallzl
9.5
Emetor-izJeyicl Duzenlemesi
387
<;:01:iim
A;=f.u.=&U!..
I;
ve
lb!;
= (I +h1,)___Jy_
·
Rs+ Z1,
Z;:
A;= (1 + ly.) Rs
ve
Ro+Z1,
h1,)R£
= J.275ill.+ (1 + 98)3.3 ill
327.98 ill .
Z;=Rsllzb
= 220 Hl 11 327.98 k.Q
= nt.68kn
=
(9.38)
r, modeli icin esitlikler, lr;c = f3r; ve h1, = /3 yerine konarak dogrudan dogruya yukandaki denklemlerden elde edilebilir.
/3»
z,, = h;, + (t+
Z« = Rel l-1!k_
I icin
I + ht,
~
t:.:.J
= 3.3 kn
(9.39)
= 3.3 kn 1112.9 n
= 12.90
(9.40)
Ve
(9.41)
~
.L=i
burada,
A,,=
Rt:
Rt:+ (h;,/(1 + h1,)J
3300
3300 + 12.9
= 0.996
ORNEK9.5
~ekil 9.20 de gc.uien ernetor izleyici devre icin Z", Z;. A,. ve A;'yi bulun ..
-
c,
:·
I
220 kQ + 327.98 kU
= 39.75
c
"' ~1---+-<>---f
=
A;= (I+ h1,) Rn
Rt:+ Z1,
(I+ 98) 220 kU
=
I;
111.215 kn
l + 98
sistemin de analizi ~u sonuclan verecektir:
_I
/0 =20.7 JIA
fc=f318:2mA:fe
ve
~,·kil <J.111
388
r,=26mV
fr
f3r, =
ile
Solum 9 BJT KOt;:iik-Slnyal Anallzi
9.5
Emetor-izleyici Diizenlemesi
=2Q.=
2
1274
1311
n
389
Yukandaki denklemlerde
h;. ={Jr,= 1274 Q (= 1275 Q) ve ht,=
fJ = 98 degerlerini
yerine koyarsak aym cozumler! elde ederiz.
Sekil 9.21'deki devre, giri§ kaunda de ongerilimi saglarnak icin bir gerilim bolilcii
kullarulan 9.17'deki devrenin bir baska tilriidiir. (9.34)-(9.38) arasi denkJemler yalnizca Ro yerine Ros = Ro1 11 Ro2 konarak degi§tirilmi§tir.
~ekil 9.22'deki devre de bir emetor izleyicinin giri§·<rikl§ karakteristiklcrini saglar, ancak bir R c kollektor direnci icerir,
Bu dururnda Rn yerine yine Ro1 ve Roi paralel birlesimi konmustur, Z; girl§ empedansi ve 20 91k1§ empedansi, Re direncinden etkilenmcz, 9iinkti baz ve ernetor C§deger devrelerine yansrmarmsttr. Aslmda Rc'nin tek etkisi Q 9alt§ma noktasiru belirlemek olacakur.
1 •.
·
l/h<>< nin etkisi ht.lb ab~;rim bir kisrnuu
diizenleme ~ekil 9.23'te gorulmektedir. YakJ~!lc karma C§deger modeli yerine konulursa ~ekil 9.24'deki devre elde edilir. Ortak-bazli modelin; parametrelerin §imdi
ortak-baz parametreleri olmasi ve h yerine I. konulrnasi dismda, ortak-emetor e~deger devresiyle ayru yerlesim diizenine sahip olduguna dikkat edin.
-- -1,
+
·
Rc'den cekmektir: bu da Vn'nun se-
-
1.
c
E
Re
v, z,
viyesini azaltarak akirn kazancuu d~iiriir. Bununla beraber. 1/hnc, normalde Rr::' den
cok biiyiiktiir ve etkisi genellikle ihmal edilir,
-
1.
~/0
Re
-
Vo zo
B
VEE
+
Vee
'>;l,d 'i.2:
l
Vee
+
v,
-
--
-
=j}I,
e
I;
z,
·ha·
Re
c
J
hf)!,
Fo
+
Re
Vo
zo
I;
Vi~---~
'\,·j.
i!
q -~:
C1
Analize a§ag1daki gibi devam edilebilir.
Z;= REii h;h
',.,,,
LZo=Rc
..
Vn = InRc
Ortak - bazh duzenlerne, dii§iik bir giri§ vc ,;tk.t§ empedansi ile I 'den kii9iik akrrn
kazanci ile tarumlamr. Ancak gerilim kazanci oldukca biiyiik degerdedir. Standart
390
BcilOm 9 BJT KO~Ok-Slnyal Anallzi
Burada
(9.42)
(9.43)
= lcRc = -hp,l.Rc
!,==~
h;b
V., = -hp,(~)
Re
hit,
ve
9.6
I
J
Ortak·Bazll DOzenleme
391
boylece ;
A.= V0
.
A1: R6>> r, oldugunu
= _ !Yfl. Re
V;
h;b
(9.44)
.
hfb negatif bir deger oldugu ir;ia· ortak-b (d··
A;: RE» h;1, oldugunu v~ayarsak~ ~ lu,· zenlemede
ve
Vo
ve
V;,
1.
ayrn fazdadir,
=hN;
A;= !a_= - hth
I
bulunur.
r, modeli icin, h;b = r,. ve
9.25'teki gibi olacaktrr.
Z;:
[
[
hfb
= I
"
ld
(9.45)
boylece,
~
<lenklemi elde edilir.
~
.
Karma (hibrit) parametrelerin verilmedigine dikkat ederek, Sekil 9.26'daki devre
icin, Z;, Z0, A,. ve A/yi belirleyin.
(9.46)
J
{9.49)
()RNEK 9.6
o ugundan, yaklasik e~deger devre §ekil
·Z,,=.Re
= t,
10=!,=l;
ve
10 = -l9iJ,
ve
varsayarsak
I 11F
(9.47)
+-
·1
Vi
I,
z,
I,
11cn
2V
+
~l'kil
l).!(.
Cozurn:
£.::.li =
1kn
~ckil ?.25
r, = 2§..mY.
IE
V" =Ifie= I, Re
Ancak
Ve
Z;:
I,= !'.l.
r,
: ,:.:;~·
V· Re
Vn = -1..
''""::.!:""'.
,;,
boylece
bulunur.
l
BolOm 9 BJT KOfOk-Sinyal Analizi
= 12. = 20 n
l.3
Z;=Rcllr;=
1
knll
20
=19.6!1
Zo=Re
(9.48)
392
1.3 mA
=5kQ
9.6 Ortak-Bazh DOzenleme
393
Av=&=
r,
5 kD.
11
20
-
+o-------~!~.
=250
+
z,
i
Karma C§dcger devre ir;in (9.42}-(9.45) arasi aenklemlerde
hp,= -1 yerine konur.
s.:· '.~-:
--~:<T-j;::
h;h
= r, = 20
Q
ve
~
DC GERiBESLEMESi VE
R'
,=;~R.< YUl<SEL TECi
~ekil 9.27'deki devreye, karahg1 arnrmak ir;in bir de geribesleme direncini' eklenrnistir, ancak C3 kondansatoru, bu de geribesleme direncinin bir bolumtinti, ac
domenindeld devrenin giri§ ve r;tkt§ma kaydrracaknr, Girise veya r;i.kt§a kaydmlan
RF oranr, arzu edilen ac giris ve r;1lo.§ direne seviyeleriyle belirlcnecektir.
(9.51)
A.,:
/1,= V;
Burada,
h;.
;t
V., = -IIJ,
Re
RF1
--
RF2
J!o
r-'W\.--..--.,w,..--~~(---,
C2
Boylece,
Vo
I Re
R'=RF)
vn = -h1.Jifi'
ve
{t) R'
Av= Vo =-h[<R'
V;
h;,
(9.52)
Ci
~o::-:-11-----~~~~~....f
z,
. ;'
[~
~-
~1k1§ kisrm i~in :
<;:ah§ma frekansi veya frekanslannda, kondansator, diger devre elemanlanmn seviyelerine gore dusilk empedansmdan dolayi ropraga kisa devre olacaknr, Boylece
kiir;ilk-sinyal ac e~eger devresi sekil 9.28 de gosterildigi gibi olur.
Akim kazanci :
A; =
zI
(9.50)
394
I - RF2 hr, I; veya !!!..= RF1 hr,
n - R F1 + Re
[1, RF2 + Re
Btililm 9 BJT KO~Ok·Sinyal Analizl
9.7
!.e. = !.e_fl_
Ii
/1, I;
= RF2 hi,
RF1
RF2 + Re RF, + h;.
Kollekt6r DC Geribeslemesi ve Fark Yukselteci
395
:~:
I
;~
A-=
1
ve boylece
..
..
;,·.;:.
hr, RF,
RF2
(RF1 + hi~) (RF2 + Re)
(9.53)
·1.'
~:
''
;
=
f3r. = (140) (I0.04) 1.4 kn
'I,
··,:··' ·.. ;
..
..
~ekil 9.29'daki devre icin r, modelini kullanarak, Z;, Z0 A,. ve Aryi bulun,
I'
'
~}L-.>. ·:;;;~!.::.·.:.:
) ',
r~.
'll'il.
'.
·1
..
I
1
1401. ,:
681c0
\ : s-'.~;,; ~J!;J·/:f}Si
•
·,.·.··,·'
~
12 V
.41r.n !
.~
.·:.:·".·
.1, ~
~ckil 9.30
-
,,A'.'.
·.7¢.
Hn
f
r-'V\l\r---+-1\11,1~+:---1{-o
120 ill
-
-
68 Jen
o
v,,
0.1,,F
Z; = RF1l I {Jr,= 120 k.Q 11
J•.
= l.38kQ
Ii_
v,~--------
z, = Re 11 Rn=
p .. 140
0.1,,p
L4 kn
3 kn I I 68 ill
::2.87 kQ
z,
R' = Rel I Rn= 2.87 ki1
<;oziim;
-h R' -{JR'
A-~=--=v ht,
f3re'
De analizi (C3 kondansatoru a~,k devre):
lo=
RF+
=
Vee- Vat:
(/3 + I) Re
611 kn
~ ......
18.5 µA
10.04
~~t:
=
-. :'".I.
··~~-
.
A;=
=
-285.86
_ __r:13:.:.:Rc:..F!..:1
R...;Fcz.l
__
(RF, +'{Jr,) (RF2 + _Re)
(140) (120 kQ) (68 kQ)
t.4 kQ) (68 kn+ 3 kn)
le= f3!o (140) (18.5 µA)= 2.59 mA = le
r, = 26 mV = -22_= 10.04
le
2.59
IC
-2.87 kQ
·~.
,,
12 - 0.7
(120 kn+ 68 kn)+ (140 + I) 3 kn
=-1LL=
B:...
= u20 kn+
kn
=13H4
396
BolOm 9 BJT KO~Ok-Sinyar Analizi
9.7
Kollektor DC Geribeslemesl ve Fark Yukselteci
397
~ekil 9.31'deki fark yukselteci, 9.4. boliimde incelenen ernetor-kararh devreye
benzer, ancak burada emetor bacagma ikinci bir sinyal eklenmi§tir. Gerilim kazanci
denklernini belirlemenin en iyi yolu, ~ekil 9.32'deki ac e§deger devresini kullanrnakur,
Vn-- -h'ft [
ve
V;, - V;z
J Re
h;, + (hj,+ l) RE
I
I
Vo=.
_-hr, Re
(V;,.
·
h;, +(hf,+ I) Re
veya
V;z)
(9.54)
olacakt1r.
V«
VII
+
Re
Fb
I
}rk
Ra
Vo
f--ovo
C2
+
Re
__
;
1r,,1b
f1, "'.O + ,,,,)lb
+
Vi2
onuc devre parametrelerine ve transistor esdeger devresine bagh bir
Bu ne d en Ie s
T•
.1.
·
akt r
farkma C§it bir ~!kl§ gen rrm o 1ac I .
faktorle ~arpt I an I'ki . isaretin
.,
h'ft >> l ve norrnalde hi,RE>> h;, oldugundan ;
"'
~
t10 .....
Re
zo
!YLB.£.
Vo= •
.....:._
h1,
R£
RE
elde ediliir.
,
l
J
Vo=_Rc
ve
(V;1 • V;z)
(V;i·V;z)
(9.55)
I
L..~~~--....::..._~~~l
ORNEK9.8
.
.
. kn, RE -- 0 · 56 kQ h'f,. = 200 ve h;e = 1,5 kQ
Sekil
Re 4.7
9.3 l 'deki devrede verilen
degerleri icin V/yu bulun.
Cozum:
Giri~ kismma Kirchhoff gerilim yasasi uygulanirsa a~ag1daki sonue elde edi-
lecektir:
(9.54) denkleminden,
V - •
"-
-hr, Re
( V;, • V;2)
h;, + (hf, + l) R£
= 1.5
Bu denklemi lh icin fozerek,
-(200) (4.7 kn)
kn+ c200 + I) o.56 kn
cv.-1
•
V;2>
(9.55) denklemini kullanarak,
ve
v,.: · Bs:
lh = __ V.c1.;_-_V""';'-. h;r+ (hf,+ I) RE
R£
(V;, • V;2)
- 4.7 kQ (V· . V·)
elde edilir; flk;§ gerilimi ise,
-
o.ss kn
"
'2.
sonucunu elde ederiz.
398
earom 9 BJT KO~Ok-Slnyar Anallzl
9.7
Ko llektor DC Geribeslemesi ve Fark Yukselteci
399
9.8
KOLLEKTOR
GERiBESLEMELi
Tipik degerler icin h1, Is »> I've In= hJ.lb'dir.
c;:ikl~ gerilimi :
DUZENLEME
I yerine ls == V;/ h;. koyarsak,
Sistemin kararhhg1m artmnak icin, ~ekil.9.33'deki kolektor geribeslemeli devrede
kolektorden baza bir geribesleme yolu l..'11Uamlm1§tir. Direncin, bazdan de kaynagina
degil de kolektorden baza baglanmas1 gibi bir manevra, devre analiz edilirken kar§1l~1lan zorluk derecesini onemli ol9iide azaltacaktir.
b
i:
Vu== -h1, ~V·) Re
.
"
A,,= 'Y.P_= -
ve
V;
!!ft.. Re
ht« · .
.
(9.56)
elde ederiz.
, · ·
ak
A;: Kirchhoff gerilim yasasuu devrenin dt§ ¥evres1 t¥m yazars ,
f/
RF
0
-
11
B
Yi~f--_._-o---.1
C1
=
Vo
r---«.N\r--+---tf---o
C
ve
elde edilir.
C2
10 hi,h C§itligini kullanarak
-
V;+VRrV,,=0
+ (lb - l;)Rr: + I oRe = 0
·
,J'..-c-
· ·
[bh;, + f~r:-f;RF + hJ, f~e = 0
lb (h;, + Rr + h1,Rc)
• == /;RF.
ve
elde ederiz.
.
. ( · ·· · ·
Io "'h
- fc Ih'den turettigirniz lb= !Jh1.' y1 yenne koyarsak,
zo
Z1
J~;c
l<!.. (h,e +RF+
hrc
I -
ve
A§ag1da yaptlacak bazi ·manevralar, bu gibi diizenlemelerlc cahsrna sonucu kazarulan deneyimin sonucudur. Konuya acemi olan ogrenciden, ll§ag1da a~1klanan
islem basamaklan sirasrm yanli§stz sekilde .. sccmesi beklenmez. Yaklasrk e~deger
devre yerine konarak devrenin yeniden ·9izilmesi sonucunda ~ekil 9.34'teki diizenlemeyi elde ederiz.
o
r-
hfe Re)=
t, Rr:
hr, Rr: I;
h;,+ Rr+ hf, Re
clde edi lecektir.
s, ve ly,Rc'yegore h;c'yi ihmal eder_sek,
A;= lt!_= . hr(RF
I; Rr:+ hJ, Re
ilk once gerilim kazanci, daha sonra akrrn kazanc, ve cmpedans seviyeleri hesaplanacaktir.
A,.: C cliigiimiinde:
(9.57)
elde ederiz.
A--lt!.=hr, Rr:
' - /; ht, Re
c
+
-
!1
v.I -Z1
400
111,'
hi.
I'
f I,
'·::··
··•--h,,lb
(9.58)
ve
olarak bulunur.
t
z,: 9.34 denkleminden,
BiilOm 9 BJT KO~Ok·Slnyal Analizi
9.8
lb=;+--I V0 - V;
Rr:
Kollektor Geribeslemeli Duzenleme
401
Vo>>
l)R-.;EK 9.9
Vi oldugundan,
ve
V;
= l,,h;t
~ekil 9.36'da gorulen devre icin r, modelini ~llanarak A,., A;, Z; ve Zo'yu bulun.
=(Ii+ ~)h;,
= I; h;, + h;, V0
.
Av=
9V
RF
V,JV/den V0 = Av V;'yi yerine koyarsak,
Vi=
2.7kn
I; h;, + h;, A.
+1
180Jcn
V;
Burada
V0
0.1 µF
v;(1-h~:·)=J;h;,
ve
0
-AA"'-_,._--1{--o
RF
/3=200
V; _
h;
/;
I ~h;, (A.IRF)
Paralel elernanlar icin,
~eki1
xlly=...:2'......=_y_
x+y
Bu denklern, y = h;, ve
hiptir, Bu nedenle,
1+L
x = RF/A,. degerleriyle
?. .'\<,
<;ozi'1111:
x
ls=
yukandaki denklernle ayrn. yapiya sa-
Vee - VsE
=
9 - 0.7
RF+ ({3 + 1) Re
180 kn+ (200 + l) 2.7 kQ
=
11.5 µA
le= (3/s = (200) (11.5 µA)= 2.3 mA
(9.59)
burada, gerilirn kazancindan once giri~ empedansimn hesaplanrnas1 gercktigine dikkat edelirn.
Z0
z,;yu tammlamak
iyin gerektigi gibi V,, srfin esitlenirse, devre, 9.35'deki gibi
olacaktir. h;,'nin etkisi ytkanltr ve Re, RFye paralel goriiniir ve her ik.i model icin,
:
{3r, = (200) (11.3) = 2260
ve
n
A, [(9.56) denklernindenJ :
(9.60)
olur.
Vi= 0
A;[9.57) dcnkleminden]
A- -
hr, RF
,- RF+hi,Re
402
= fr.
:
-
{3RF
R,+{3Re
(200)(180 kQ)
180 kQ + (200) (2.7 kn)
= 50
Bo!Om 9 BJT KO~Ok-Slnyal Anallzl
9.8
Kollektor Gerlbeslemeli Di.izenleme
403
Z; [(9.59) denkleminden)]:
I
Z; = h;.
II , RF I·= f3r, 11., RF I = (200)
Av
= 2.261<0110.153
.. Av
k.O = o.565 kn
(11.3)11180
k.O.
238.94
,;
Z() ((9.60) denkleminden):
. ·'(::"~-:,.~:- ..
.. ::.·...
( .
+
·.
Y~elt~;
-··
z, = Rel !RF=
-I~-----o--.
.;:·.,:•::'.f
,;i· .
;:.--· ...·:,;:._. .....
2.7 k.O I I 180 ill
:
=2.66kQ
$dil 9.)~
~ekil 9.37'deki diizenleme icin ilgili parametreler (9.61)-(9.54) arasi denklemlerle
belirlenir. Tiiretilmeleri, bolumun sonunda odev olarak brrakilrmsnr.
(9.65)
Vee
ve V; gerilimi, gerilimi bolucii iizerinden V;ye baglrdu:
Re
-
. +1.
t,
V;
Y,,
r--'VV'w--i-~f---o
=
Cz
v, ~lt-------t
veya
cl
21
V:,
Z;+ R,
V;=~
Vs Z; + .Rs
(9.66)
0
Sistemin toplam gerilim kazanci :
~
A,: .
A I•.•
Z;:
(9.67)
(9.61)
·~
A;=
Z;
........
R.,_F
_
RE+ Re+ Rp/h1,
= - hf,REii.&_
Av
olarak yazrlabilir.
buna gore giris akirru :
(9.62)
/;:-L.
R.,+ Z;
(9.63)
(9.68)
olur.
Pratikte, biitiin kaynaklar bir R, itr d.irencine sahiptir ve yiikler, ~ekil 9.38'de gosterildigi gibi yiikseltecin 'rtkt~. uclanna baglamr. Giri~ tarafinda Zs;,;1 empedansi ~u
denklemle tammlamr:
<;:tkt§ kisrm icin V,, gerilimi, iizerinden !0 akirm akan Re uclannda tammlamr. Z;
daha onceki kisrrnlarda tarumlandigr gibidir.
<;e§itli diizenlemelerde R, etksi oldukca bcnzer olacak ve gerilim kazancr denklemleri Rl'den cok az etkilenecektir, /0'nun yiik direnci iizerinde tarumlanmasi, akirn
kazancim bir ol9iide degi~tirecektir, ancak a~ag'1daki ·yakla§11n hem zaman kazandiracak, hem de caba sarfetmekten kurtaracakur,
A,, = V JV; bir kez belirlendikten. sonra (buna RL nin etkileri de dahildir), herhangi
bir sistemin akim kazanci ~ekil 9.38'de tammlanan degi§kenlcr kullarularak asag1daki gibi bulunabilir.
404
9.9 RL ve R5'nin Yi.ikleme Elkileri
(9.64)
9.9
RL VE R5'NiM YUKLEME ETKiLERi
Boliim 9 BJT KO~Ok-Slnyal Anallzl
405
,.;
..
I A; I =I &I =I
V,,IRL
I;
V; IZ;
,,;.f,
·,= Zi...l
RL
z,: daha onceki gibi [(9.13) denkleminden)):
Z;
ve
I A; l=llE_l=kJAv
I;
RL
/
(9.69)
ORNEK9.to
= Ros 11
h;, = 7.378 kn 112.125 ill
= 1.6SkQ
Z8;,;1 [(9.65) denkl.eminden] :
Z8;rq = R, + Z,= 1 kn+ 1.65 kO
~ekil 9.39'daki iki kath yukseltee ifin Z1, 28;,q • Z0, A,., A,., ve A;'yi belirleyin.
=2.65 kO
<,;:01.iim:
Z0: daha onceki gibi ((9,!5) denlcleminden)] :
C, ve C2 kuplaj kondansatorler] katlann de ongerilimlerini birbirinden izole eder;
ve ikinci katm yiikii, Z,-i 1,5 ill degerindek] giri~ direncidir. ~ekil 9.40'da ac esdeger devresi goriilmektedir. Burada R88 8111 Rs2 39 ill 11 9.1 kn= 7.37 ill
degerindedir.
=
z, =Re=
=
=R
A,: (9.16) denkleminde yaprlan tek degi~ilclik, Re yerine Rel I RL konulmasidir,
· A;= .!'.'.l!. = -h1• (Re 11 RL) _ -(120) (3.3 ill 111.s kn) = -(120) (1.03 ill)
V;
h;,
2.125 kO
2.125 ill
12 V
=-58.16
'J.3 kn
39 kn
3.3 k.Q
1o
C2 = I µF.
Vot-----11-------,
Re
Yalmzca
varken, RL'nin toplam kazancta -186 seviyesinden bir dii~ii§ yaratugma dikkat edin.
A,,: [(9.67) denkleminden] :
A,., = V n = Vn V;
V, V; V,
Burada
1 ·65 kn
V; = _b__ =
- 0.623
Z; + R, l.65 kn + l kn
V.,
VC
Av
I
~ckH tJ.p:.
..l.:...'I
-J\/'V\r--....---
+
I ..
=;) ..b
,!-~-
kazanci daha da azaltir.
+
~ ?_1_2_s ~...;
•..
(0.623)
= -36.23
.
-.-.,.·;
~: ·~:t·~; \~ _:;,. ;"•
f.:
= V,,
= (-58.16)
Vs
i
A1 [(9.69) denklemindenj]:
.Ukn
r.s 1cn
I A; I = Zi I Av I
• '._,_ • ·"
RL.
= 1.65 kO (58_ 16)
1.5 kn
406
R'= J.J kn 11 1.s kn
= I.OJ kn
BolOm 9 BJT KO~Ok-Sinyal Anallzl
= 63.98
9.9
RL ve Rs'nln YOkle"'!~ Etkllerl
407
A, sonucunu kontrol etrnek icin, ~imdi A;'yi aynnnli bir devre analiziyle bulahrn.
Girls kisrm i9i11:
lb= Reel;
ve
<;1ki§ krsrru icin,
ve
ve
cozersek,
lb=
Ros+ h;.
!,, = Res
=
7_.3_7..:..8..:.ck.Q::..:....
__ =
0_776
I; Ree+ h;, 7.378 kQ + 2. 125 kQ
elde edilir.
I, 'yi bulmak icin,
R h
[0
{1, icin
!,=(I +h1,)lb=
= e ft lb
Re+ Rl
u;
Re hr,
t, Re+ Rl
A;= [,, =~UL
I;
lb !,
(3.3 kn) (120) =
82_5
3.3 kn+ I.5 kn
[, =
ve
(82.5) (0.776) = 64.02
yukandaldyle ayru sonuc elde edilir (aradaki ku9tik fark hesaplamalardan
naklanmaktadir).
(l + h[<)V,
R., + h,, + (1 + h1,) RE
V.,
(9.70)
[(R., + h;, )/(1 + h1,)] + RE
bulunur.
kay-
. r, modeli icin de analizi,/ s = 12.23 µA.[ c = 1.468 mA, r, = I 7. 71 Q ve f3r, = 2125
sonucunu verecektir.
Ernetor Kolu uzerindeki
v..
Rs + h;, + (1 + hJe) Rt:
Q
Devrenin, (9.70) denklemini saglayacak §ekilde cizilmesiyle, Sekil 9.41'deki
devre elde edilecektir; bu da emetor kollu bir devre icin daha onceden elde edilen
devreye cok benzerdir. Ancak buradaR£ 'ye seri olan direncin degerini artirmak icin
h;;ye R., eklenmistir.
Rs'nin Etkisi
Emetor kollu bir devrenin·giri§kJSrru, yak.ll!§tk e§deger devresi yerine kondugu zarnan
9.41 'de goriildtigii gibi olacaknr, Kirchhoff gerilirn yasasi, kapah cevre icin yaz,hyotsa,
$ekil
ve
elde edilir,
)...12
1
C)RNEK 9.1 I
r
+'' :::\,,1b
e
+
Sekil 9.43 teki devrede r, modclini kullanarak Z;,A", Av ve Z0'1 bulun.
IS V
f I, = ( l + hi,)Ib_
RE
j_
+
"?.'\;"'
"'J z,
Vs ...
Vi
zo
3.3 kn
408
~ckil 9.~J
Solum 9 BJT K090k-Sinyal Analizi
9.9 RL ve R5'nin Yuklerne Etkileri
-
z;
=i) 1
0
2.2 kn
-
+
Vo
z•0
409
Cozum:
DC analizi:
ls=::
.
le
z.. (9.26)
Vcc-VsE
=.
15-0.7
(/3 + I) RE 500 kn+ (65 + I) 3.3 kn
En, i9in,
Rs+
a:
143
560 kn+ 211.s kn
f3io =:: 68 (18.4 µA)
=::
=::
gerilim bolumcu kurahyla belirlenen gerekli Thevenin gerilimiyle ~ekil
9.46'daki devre kullaruhr,
18.4µA
U96 mA
(560 kQ) Vs
En.=~=
Rs+ Rs
= le
560 kn+ 0.56 kn
= 0.999 Vs
r,=~=_2L=21.74n
IE
1.196
f3r, = 65 (21.74) = 1413 n l.4 kn
=
denkleminden:
+
z,» f3<_rc + RE)
= 65(21.74 + 3300)
=2I5.9kn
r,
(9.28) denkleminden :
Z;=Rollz,,
= 560 kn 11
215.9 kn
= 155.82kQ
Rs degerinin biiyiik olmasmdan _dolay1 Rn,_= ve En,= V, olduguna dikkat edin:
bu, tipik bir sonuc ve sik srk'kullarnlan bir yaklasimdir.
A,: A,,,'yi bulabilmenin en iyi yolu, Sekil 9.42'deki diizenlemeyi kullanmakur,
Ancak ~ekil 9.43'te V, ve R,, Rs ile paraleldir ve ~ekil 9.41'de goriildiigii gibi tek
basina degildir. Giris krsrruna Thevenin teoremi uygularursa, istenilen duzenlerne
elde edilebilir ve 9.42'deki sonuclar kullamlabilir.
~ekil 9.44'deki devre icin Thevenin e§deger devresinin belirlenmesi,
~ekil 9.45'teki devrcyi verecektir.
R,11=Ra11R,=560knll
=0.559kn
Re=R£11Rt.=3.3knll
= I.32kn
Rn, icin
z.2kn
tammlayarak ve ~ekil 9.42'yi referans alarak,
Vo=
R~ETo
R~ +[(Rn,+ h;,)/(1
0.56kn
+ hr,)]
R~ (0.999 V,)
Re+ t(0.559 kO + /Jr,)/(1 + ~)]
'~
.
--Thevenin
Rs
.~ R.B
~
'~
VsaOV
-
vc
A.
'
Ru,
·~
····~·.···
../..::
410
BolOm 9 BJT KO~Ok-Sinyal Analizi
)!
0.999 RE
Re + [(0.559 kQ + {Jr,)/( l + /3)]
0.999 (l.32 kQ)
= 1.32 kQ [(0.559 k!l + 1.4 kn)/( I + 65)1
V.,
1.319 kn
1.32 ill + .0297 kn
"':':~'
\t,
~ckil 'l.'15
= v,, =
1.319 kn
1.3497 kn
= 0.977
i-
9.9
RL ve Rs'nln Yiikleme Etklleri
411
elde edilir, bu da
A,., = 1 yaklaak degerinin, ernetor-izleyie! diizenleme i¢in iyi
bir yakla§Jm olduguiiu gosterir.
·:~}
-
I
.
.
••~.,·
•• ::
•• ••••• <
;;
Z~: (9.42) denk.leminden :
Z0 = Rt: 11 Rn,
+ h;, = Rt: I J RTo + fJr,
l+h1,
= 3.3
kn 11 o.559 ill + 1.4 kn
1 + 65
= 29.44
··.~.
1+{3
= 3.3
.: '·
Vs .A.1.
kn 110.0297 kn
~.;\.;ii l))?
= 2.2 kn I I 29.44 n
= 29.05 n
11
A;:
Rs
+
Gerilim kazanci A,.= V,JV;.yerine Av,= VJV, kullandigirruz icin, yukandaki
denklemde Z; yerine Zg;n1 ku1lanmam1z gerektigine dikkat edin,
-+-
'v
Vs
-I
Z2;,~ = R, + Z; = 0.56 kQ + 155.82 kQ
=156:38 kf.l
+
+
v,
Z1
0
-~d,;i'.i,-.;i'
Akim Kazanci,
I A; 1 = Zgiri~ 1 A., 1 =156:38 kn (0_977)
RL
2.2 kQ
A;= lc,'l;
<;:iki~ devresine Kirchhoff akJm.yasasmi uygularsak:
= 69.45
9.10
· Transisfor
z,
_:L___:;__
n
Z~=RLllz"
I~
+
lo=htfb+l=h1/;+
TAM KARMA E~DEGER DEVRE
V,, =hJl;+h,,V,,
1/h/)
elde edilir.
Bu bolumde §U ana kadar yapuan analizlerde, yak1a§1k karma e§deger modeli kullaruldi. h°"'nin etkileri yalmzca.baz1 tarunci devre!erde incelendi. Bu bolumde tam
karma C§deger model kullanarak, akim kazanci, gerilim kazinci, giri§ ve ~1k1§ empedansi ve gii~ kazanci ile ilgili gene! denklemler elde edilecektir. Bir ornek verilerek kullarumi gcsterilecek ve yaklasik modelde elde edilen sonuclarta kar§tla§tmlacakur.
~ek. 9.47'deki ilgili pararnetrelere sahip gene] diizenlerney] cle alahrn. Tam
karma e§deger devre Sekil 9.48'de yerine konulrnustur, Karma parametrelen i~in
kullarulan ikinci indis konulmam1§t1r; bu da, sonucta elde edilen denklem!erin,
uygun parametreleri (hfe,hp,, veya htcv.s.) yerine koymak suretiyle herhangi bir du:zenleme icin (CE,CB veya CC) kullamlmasrn1 milmkun kilrnaktadrr.
y0 yerine v0 = -/" RL konursa,
. .; I·~
elde edilir ve yukandaki denk!emi yeniden yazarsak,
·i:,'·
10
= + h,,Rdo = hf;
L, (1 + hoRL) = hjl;
ve
boylece,
------------.
A--1"
hr
,- I;
1 + hoRL
(9.71)
elde edilir.
412
Boliim 9 BJT Kus:iik-Sinyal Ana!izi
9_10
Tam Karma E~deger Devre
413
Gerilim Kazaner,
Av= VofV;
(9.73)
hrf,,Rt,
Z;=V;=h;-
Kirchhoff gerilim yasasim giris kisrnma uygularsak,
t,
1 + .hoRL
elde edilir.
elde edilir, (9.71) dcnkleminden /1 = (1 + h,,RL) fa/hive/ = VJR
konacak olursa:
o
L
V;
=-_(,_I_+_h..:;o.;.;.R""L).:.:..h
Vo+ hr
hlh
itlikl ·
C§l
<;1k1~ Empedans1, Z0
·
= Vallo
.
en yenne
.
Bir yukseltecin ~1ki~ empedanst, V, sinyali sifrrken ¥1k1~ geriliminin ~1k1~ aktrmna orarndir. Giri~ devresindc V, = 0 yazarak,
V0
r-
-h,Vn
,- Rs+ h;
elde edilir, VJV1 oram icin ~oziiliirse
Bu iliskiyi ¥1kl~ devresinden elde edilen ll§ag1daki denklemlerde yerine koyarsak :
A.= Vn =
Vi
-hJRL
h; + (h;ho - hjlz,)RL
(9.72)
In= hp;+ ho Vo
= -hth,Vo + ho Vo
R, + h,
elde edilir,
Giri~ Empedans1, Z1
= Villi
boylece,
Giris dcvresi icin
Z,, = Vn =
l
I,, h., - [hjh,l(h; + R,)]
(9.74)
V; = h;I; + h,V0
Vo= -1,,RL 'yi ycrine koyahm,
V; = h;l; - hrRd0 elde ederiz.
Bir yuke aktanlan ortalama gu¥, Vclc cos 8 dir: elimizdeki ornekte bu, Vofo cos
8 olacaktrr. Tarusrnarmzi sadece rezistif yiiklerle simrlayacak olursak, Cos 8 = 1
ve PL= P,, = VJo olur. Giris gucii V); 'dir, dolayistyla,
oldugundan,
Ap=PL=V0ln
P; va,
._ I,,
A,·-= Vn ve A,--
Boylece yukandaki C§itlik:
V;
olacakur,
... .;::,.
Ap=A,A;
ve
t,
(9.75)
h-parametreleri cinsinden ;
Z; = .!::'..i. = h; - h,R. A .
I;
lfl1
(9.76)
ve
olacaktir.
BolOm 9 BJT Ku~Ok-Slnyal Anallzi
9.10
Tam Karma E~deger Devre
;415
.
<JR:\EK 9.12
~ekil 9.49'daki devre i~in A;, A,., Zi, A,.,, Z,, ve Ap'yi bulun, Y akJ~tk C§deger devre
i~in elde edilen sonuclarla k~tl~tmn.
+
I
7C. = soxn
"' = 20i,S
h",,.
<;:o,:iirn:
Tam karma e§deger devre ~ekil 9.50'de yerine konmustur. Giris kisrru icin ,5ekil
9.50'de yerine konan Thevenin C§deger devresi, £11, V, ve R,,, R, = 1 kn olmasi nedeniyle R8'nin, analizin kalan bolurnunde ~tkanlmasm1 milmktin kilar, Bu
durumda !0' ve R(. = Re 11 RL tarurm, dogrudan dogruya 9.48'deki duzenlerne ile
eslenen 9.5l'delci diizenlemeyi verir. Bu nedenle yukanda elde edilen esitlikler istenilen ttim nicelilderi bulmak icin dogrudan yerine konabilir.
=
Z'0
=
~ckll 9.51
--
A1: [(9.71) denkleminden] :
A;=&=
lzrr .
Iv I + ho,RL
.
110
1 + 51 .2 x 10
)10
-3
-_lliL
1.0512
1 + 0.0512
= 104.64
I + (20
x
l!O
I o-6) (2.56
x
-
• /0
ve
Io+')
1,; arasmdaki iliski
akim boliicti kuraliyla tarnmhdrr:
lo=
av
4.7kn
4101cn
(4.7 kn)/~
4.7 kn+ 5.6 ill
ve
!.£. = (4.7
i.
till)
10.3 kn
Burada,
A=
h: ~!.£.=
t,
= 0.456
Iv I;
(0.456) (104.64)
= 47.72
+
A, ((9.72) denkleminden]:
A _ ~=
-hr,RL
h;, + (h;,h,,, - lt;,h,.)R~
h;,ltv, - Jy,h-. = ( 1.6 x 10 3 ) (20 x Io· 6) - ( 110) (2 X l 0·'1)
= 32 x 10·3 - 22 x 10·3
v -
= 10 x 10·3
1,
.--~~~~~..-~~~-'11\1\.-::;)4
1.6 kn
+
v,
+
so
t"·;"~;-~~~~~
"!':'--1-·:~_.a;f
'--~~~--+~+-~~~--...J
I
~-,kil 9.50
"'1'
-- --
·.,... , .. ;,; Zo'
1cn
4.1 kn
Z0
s.e kn
ve
Av=
-{l 10) (2.56
1.6 x 103 + (10 x
= -281.6 x
103
1600+ 25.6
·~~·f·-::~l·
>,•\"
'---y--J
Thevenin
416
V;
R/ ~ Re I R1, = 2.56
Solum 9 BJT Ku9uk-Slnya1 Anallzl
x
«r 3 )
103)
3
(2.56 x 10)
= -28.6 x
103
1625.6
= -173.23
9_10 Tam Karma E~deger Devre
417
Z; [(9.73 denklemindenj,
Z; = h;, • hr,h,..R~
l + ho,R~
A ,...
A,- = k =
= 1.6x JO. (110) (2 x 10) (2.56 x iO)
1.0512
= 1600 - ~l.0512 = 1600 - 53.58
=
1546.4 n
A,,: ~ekil 9 .5 l referans ahrursa,
V;
=
'•
'\v = -hr.RL
.
h;,
A,:
3
= -(1 JO) (2.56 x JO)
.J
1.6 x JO
3
= ·176'ya k3111 yukanda -173.23 elde edildi.
Z;V.,
Z;+ R.,
Z;:
Z,-=h;,
..!'.'.i.=.....b_=
1546.4
V, Z; + R, 1546.4 + 1000
ve
~!Ji.= (0.456) (hj,)
t, I;
= (0.456) (llO)
= 50.16'ya k3111hk: yuk:anda 47.72 elde edildi.
I;
= l.6.103'e karsihk yukanda l.546.W3 elde edildi.
= 0.607
A,,:
elde ederiz,
Buradan,
V; =~=
Z; + R.,
V.,
A,.,= V., = V,, V; =(-173.23)(0.607)
V.,
V;_ Vs
l.6x 103
1.6 x 103 + 1 x 103
=0.615
= -105.15
z, ((9.74) denlclemi~den):
bu rad a:
z:=----'----~
h"' - [h1,h,.l(h;, + R,)J
A,,,:::
Va = V,.
V.,
V; "'(-176) (0.615)
V; V.,
= -108.24'e karsihk yukanda -105.15 degeri elde edildi.
Z,, =Re= 4.7 kQ'.'.yakar~1ltlc yukanda 4.46 kn elde cdildi,
=----,--'----20 x 10· 8.46x 10·
6 -
z, =
11.54 x 10"6
z,, = z, 114.7
IA,,I =IA,.!·
6
114.7
kn = 4.46 kn
• A, ((9.75) denklerninden] :
. IApl ';:IA,.!:
IA;I
=_(173.23) (47.72)
Y aklasrk <;cizum
418
=(176)(50.16)
= 8828.16'ya karsi yukanda 8266.5 elde eclilcli.
= 86.66 kn
ill= 86.66 kn
IA;!
::8266.5
(ft,,= O, lfh"' = oo fl):
Tam ve yaklasik modeller icin elde edilen sonuclar arasinda en buyuk fark (Guce
iliskin sonuctaki) %6.4'diir; bu da yaklasik e~deger devrenin gecerli bir yaklasim ol.. dugunu, devrenin tum elemanlanru dikkate ald1g1mzda elde edilecek sonuctan
±%5'1erle ifade edilen birduzeyde sapma olabilecegini g&stcrir. Bununla beraber I/
hoc ve h,./nin etkilerinin dikkate ahnrnasi gerektigi durumlar da vardir. Bilgisayar
yonternleri, bircok buyuk karrnasik sistemde tam e§deger devre analizini, yaklastk
csdeger devre ile hemen hernen aym siirede gerceklestirirBir sonraki kisrmda, bu
alana yonelik bilgisayar prograrru uygulamalanndan ornek verilecektir.
·.
BblOm 9 BJT K090k-Slnya1 Ana Uzi
9.10
Tam Karma E§deger Devre
;'.
419
9.11
SiSTEM
YAKLA;,IMI
l;_.
Son yillarda, 14. Bolumde arulan turden eek c;e§itli entegre devrelerin ve sistemlerin
ortaya cikmasr, tasanrn ve analize yonelik sistem yaklasirm konusundaki ilgiyi arnrrrusnr, Temel olarak bu yaklasimda, paketin uc; karakteristikleri kullaruhr ve her
biri, top!am paket yapisiru olusturan bir yap1 t~1 .olarak degerlendirilir, Ornegin
$ekil 9.52'de, "paketlenrnis" (entegre edilmis) bir y(ikseltecin baslica uc; karakteristikleri gosterilrnisrir.
<;1kt§ uclanna bir "Thevenin bakisiyla" bakarsa.k,
R11,
= Z,, = R,.
Z;
~
~
..
·.
.·
.
::
s~ki1 9.53
(V; = 0 iken) icin
a,;:1k devre ETI, gerilimi
£11, = Vo
= Av V; denkleminden
A,,=
Vo
V;
ifadesi elde edilir.
-fo
o---+
.,.=---,,_-
-----
.... :~-·
-::.iRl
~
<;1k1§ gerilimi,
lunabilir:
gerilirn-bolticu kurah uygulanarak
V''L _- R,.A.V;
Thevenin
RL+ Rf}
5~;.;1 ').5~
AoL
ve
<;1kl§ uclan arasina Thevenin C§dcger devresinin konulmasi,
$ekil 9.53'deki diizenlemeyi verecektir. A,.V; icin gosterilen polaritede A,. pozitiftir. $ekil 9.53'tcki
format kullaruldigrnda A,.'nin, yiikiin olmad1g1 durum ic;in· belirlendigini hanrlaym.
Bu bolllrnde analiz edilen bircok dcvre icin A,. hesaplarurken Re kullamlrms,
ancak Rt. hesaba kaulrnarrusnr. $ekil 9.53 ic;in ikinci .bir format, ozellikle i§lcmsel
yiiksclte.,lerde populer olan $ekil 9.54'deki diizenlcmedir. Tek degi§iklik modelin
gorunusundedir,
420
Sekil 9.53 veya 9.54'den bu-
BoHirn 9 BJT Kii~iik·Sinyal Analizi
= .!::'..ru..:
V;
RtAv
RL + Ru
(9.77)
Baska bir deyisle, yuk uygulamah kazanc, Re /(Rc+R") ile yiiksiiz kazancin carpuru
kadar olacaktir.
Akim kazanaci icin,
I A; I=&=
t,
IA;l=klA,'/.1
ve
9.11
V0/Rc. = Z; ~~
V;IZ;
R t: V;
Re.
Sistem Yaklastrru
(9.78)
421
(a) ~ekil 9.53'teki diizenleme icin ~ekil 9.5S'in paramctrelerini bulun.
(b) Z;, Zn, A,., A,.L ve A,.s'yi hesaplaym.
Sonuc, ~ekil 9.56'da gonilmektedir,
• ~ 1
<;•
l
I
.i
r ~;: ,.t
I
I
II
I Fl
~
Vs '\,
1
1
I
-, -=-
j
I
-
Z;
16V
iT
'
47 kn
+
2.2 kn
I
t
I
I
I µFf
3.3 kn
I
lµFf
0.56 kn +
+
-------,
I
I z,
h,,=100
I
,_
hi.= I.HO
I
Vi I
I
I
8.2 kil
I
I kil
- : -=L
_
-
l
I- __ I
+
~ekil 9.56
z
b) Z ,,. "' ve .A. yukanda verilmisti.
Vi
A,i [(9.77) denkleminden)]:
lµF
__&&.._- (2.2 kO) (-194.12)
A~= RL + Ro - 2.2 kn+ 3. 3k0
_j
=-77.65
Yiilcscl~
Onceki yontemleri kullanarak kontrol edersck ;
I
AvL =
I
I
Ron =Ro1 11Ro2 = 47 kn
z,, = h;, = 1. 7 kn
!
ve
II 8.2 kn=
Ri)
-(100) (l.32 kQ)
6.98 kn
1700
(emetor direnci krsa devre -bypass- edilmi~tir)
= -77.65 (Yukandaki gibi)
R; = Rsa 11 z; = 6.98 kn I I I.7 kf.l
R,-= 1.367 kn
A·I [(9.78) denkleminden)]:
R0 =Z0:
Rn=Rc:3.3 kn
A,:
11
-hr,(Rc
h;,
(a) R;::: Z;:
A v = Vn (yuksuz)
= -l1J,Rc = -(!00) (3.3 kn)
· h;,
1.1 kn
=-"194.12
? _7 :
...,.,,.:
-.
·::1·
I
Avl
I
·
= 1.367 k!l (77.65)
2.2
,,,:.,•. l
v,
Z·
A;=_!..
Ri
= 48.2
A,,:
ve
. - ..JiiY.L_
V,R; + R.,
V; _ .-ft_.=
1.367 kQ
= 0.71
V, - R; + R, 1.367 kQ + 0.56 kQ
422
9.11
Slstem Yakla~1m1
423
I ""' " "
9.12
V; == (-77.65) (0.71)
A,,=~=~
-V.,
=-55.13
V; V,·
.·~ ! ',
r .. ·
;-'~i \!,.
::
BiLGiSAYAR ANALiZi ·
·A
Tam ka~a. e~deger devresi kullamld1grnda kar~t!~llan nispeten karrnasik denkleml:r, ~llgisayar yardrrruyla ~~ek bir dogrulukla 9oztilebilir. $ekil 9.57, $ekil
9.58 deki devrenin baslica parametrelerini bulan bir programi gostermektedir. Devre
e~~~anl_anm~. d~g~rleri _160 ile 2~.00s_a~1rlar arasmda girilmektedir. Yazrci ~1la~mdan
gorulebtleceg1 gib! 310 lie 400 aras1ndaki saurlar sonuclan yazdiracaknr,
10
REM ------------20
REM
30 REM ------------40 REM
50 REM
60
REM -----------70 REM
10 CLS
110
~~~
•'
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
424
300 GOSUB 11000: REM BJT devresinin ac analizini
yapar.
310 PRINT • AC anal i z s onuc l an:"
c: '
320 PRINT
330 PRINT "Giri1 empedans1. Ri="; RI/1000: "kiloohm"
340 PRINT "C1k1~ empedans1,
Ro-·; R0/1000: "kiloohm'"
350 PRINT "Gerllim kazanc1 (yUksDz), Av=": Av
360 PRINT "Akim kaz enc i (IL/Ii). Ai="; AI
370 PRINT
380 PRINT "C1k1~ gerllimi (yOksUz). Vo="; VO; "volt"
390 PR £NT
400 PRINT "C1k1~ gerilimi
(yUk mevpJ/· VL="; Vl; "volt"
410 END
~~ki! 9.:', 7 (Elektrik ve Bilgisoyartcknolojisi i<;in BASIC, No.hclsky, Boylcstod, Prentice-Holl. Inc., Englewood Ctiffs.
N.J. 1986 kitabrndan).
----------------
-
PROGRAM 11-1
-------------
...
--
-- - ---
--
-- - - -- - -- - --- -- - - --
-- ---
--- -----
--
KARMA PARAMETRELERi KULLANARAK
BJT AC ANAL! Z i
-~------------ - - - - - - - ~ - - - - - - - - ----------
- --- -
PRINT "Bu program blr BJT devreslnin AC analizini"
PRINT "Karma parametrelerl kullanarak ger~ekle~tirir"
PRINT
PRINT "A,ag1daki dEvre bilgilerini
girin:"
PRINT
INPUT "RBl=";Rl
INPUT "RB2="; R2
INPUT "RC=";RC
PRINT
INPUT "YOk direnci. RL="; RL
INPUT "Kaynak direnci. RS="; RS
INPUT "Kaynak geriliml,
VS="; vs
PRINT "BJT'nin karma parametresi de~erlerini girin:·
PRINT
INPUT "hie=·: HI
INPUT "hfe=·: HF
INPUT "hoe=="; HO
INPUT "hre=": HR
PRINT : PRINT
BoHim
9 BJT KugOk-SinyaJ
11000
11010
11020
11030
11040
11050
11060
11070
11080
11090
11100
11110
11120
11130
REM Karma parametreleri
kullanarak ac hesaplamalar1n1
yapan modOl
RP=RC*Rl/(RC+RLl
RZ=HI·HF*HR*RP/Cl+*HO*RP)
RB=Rl*R2/(Rl*RZl
RI=RZ*RB/(RZ+RBl
IF H0<>0 ANO HR<>0 THEN RT=l/(HO·HF*HR/(HI+RS))
ELSE
RT=lE+30
RO=RT*RC/(RT+RC)
Al=(RB/(RB+RZ))*(HF/(l+HO*RP))*(RC/(+RL))
IF AI<.000001 THEN Al=0
AV=·HI*RC/(Hl+(Hl*HO-HF*HR)*RC)
Vl=Rl*VS/CRI+RS)
VO=AV*VI
VL=VO*RL/(RD+RL)
RETURN
Bu program bir BJT devresinin AC analizini
karma pararnetreleri kullanarak ger~ekle~tirir.
A~a~1daki
devre bilgilerini
girin:
RBI=? 47E3
RB2 =? 8.2E3
RC = ? 3 .3£3
Analizi
9.12
Bilgisayar Analizi
425
11010. saur, R'=Rcl I RL'yi hesaplar ve 11020, sanr,
YOk direnci.
RL =? 2.2E3
Kaynak direnci.
Rs - ? 0
Kaynak gerilimi,
Vs Q? lE-3
BJT karma
hie
hfe
hoe
hre
parametre
z,, = h;, -
hr,h,,R'
I+
ifadcsinden z,,'yi bulur.
degerlerini
girin:
11030. saur R88=Rs111
ho,R'
~;
RBl'den Rss'yi hesaplar.
? 1.7E3
a
b
c
? 100
? 20E-6
? 3E-4
AC anal i z
·;i,.;d
ve 11040. saur Z/yi, Z1 = Rss 11 z, bagmusmdan bulur.
»,
Eger h0, ve h,. .e O ise 11050. satir
sonuct ar i :
Zo=~--~---ho, - [h1,h,rl(h;,+ R,)]
Giri~ direnci,
Ria 1.34206 kiloohm
C1k1~ direnci,
Ro - 3.274574 kiloohm
Gerilim ke z anci (yOksuz}. AV - -192.622
Akim kazanc1 (IL/!i},
Ai =47.22017
C1k1~ gerilimi
(yuksuz),
C1k1i
Ok
(yOk
gerillmi
Vo
mevcut).
-.192622
O
yi.k1~ ernpedansim hesaplar.
Alesi takdirde z; = l x I 03° Q olarak, acik devre varsayilabilir.
Daha sonra yllCI~ empedans1.11060. satirda hesaplamr.
volt
Akim kazanci :
VL - -7.740665E·02
A;= f.e.:!R..f.d.!1..
. I; I; /1, le
volt
Burada akirn bolilcii kurah :
.--------<> "cc
lb= _fifllL_ ve /0 =
Ra1
C2
-- -1,
lb
-:) 1.
+
-
....
k, A;=
lo
lb
ht,
+ hn,R'
A v -
ifadesinin standart formandir.
-hr.Re
h;, + (h;,h,,. - h1,h,.)Rc
RL
Ra2
Burada A,, ~ekil 9.53'dcki gerilim kazancidir. B giris kisrrunda gerilim bo!iicii kurah
-uygulayarak ;
Re
-
1
Rclc
Rc+Ri
Gerilirn kazanci (yUksiiz),
Zo
Vo
Rs+Z;
-
-=-
V;=....&!'.i...
R;+ Rs
······•.'-:"!
ve 1110. saur, ~ekil 9.53 icin V0 == A,V;'yi hesaplar, son olarak,
Vol= ..fi&_
426
Bolum 9 B~T KO~Ok-Slnyal Analizl
RL+ Ro
9.12
Bilglsayar Analizl
( burada V., = A,V; 'dir.
427
Prograrnda, aym devre diizen1emesi icin Omek 9.13'te kullarnlan hi, ve iy, degerleri
aynen kullan!lm1§llr. hr, ve hoe degerleri, srrasiyla 4 x 10·4 ve 20 .uA/V olarak ortak
degerlerdir,
;.,
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
370
380
390
400
INPUT "Kaynak gerilimi. VS=": VS,
PRINT :PRINT
GOSUB 11200: REM ac analizi
ger~ekle~tirir
PRINT "Ac analizi sonuc l ar-r ;" .. ,.,:
PRINT
PRINT "Tr ans t s torun dinamik o i renct . re=":RE; "ohm"
PRINT
IF CC·IE*(RC+El+E2) <= 0 THEN PRINT "Oevre doymada" :GOTO 420
PRINT "Gt r t s empedans i • Ri="; RI: "ohm"
PRINT ·~1k1$ empedans i • Ro=": ·1.W: "ohm"
PRINT "Gerilim kaz anc i (yOksui-),-,Av=".
AV
PRINT "Akim kazanc1, Al="; Al
PRINT
PRINT ·~1k1$ gerilimi
(yuksDz), Vo=": VO; "volt"
PRINT 410 PRINT ·~1k1$ gerilimi (yuk-a Lt t nda) , VL="; VL,
"volt·
420 PRINT
430 VM=CC-IE*CBETA/BETA+l)*(RC+El+E2):
REM Maximum sinyal
sapmas1
440 IF
ABS(Vl)>VM
THEN
PRINT
"Maximum
distorslyonsuz
Sonuclann, yaklasik e§deger devrenin kullamldig1 Ornek 9. l3'de elde edilen sonuclara ne kadar yakin olduguna dikkat edin, Aynca prograrrumrzda, oramn degil,
900§ geriliminin bilyukliigiiniin hesapland1gma dikkat edin. Degerleri eslernek icin
programda giris gerilimi 1 mV olarak almrrustir. Elinizde boyle bir program olduktan sonra, devre elemanlarmm herhangi bir birlesirni icin diizenlemenin
parametreleri cok hizh bir sekilde belirlenebilir.
onemli
Program 11-2 gerilim-boliicii ongerilirnli, koprtilenmi§ ve kopriilenmemi§ Re ve
Re2 direncli bir BJT transistor diizenleinesi icin ayrmuh bir analiz ger9ekle§tirir. ~Ygulanan ,·, modeli, 11210-11260 sanrlarda r(nin ve /3<.r,+RE1)'in hesaplanmasmi gerektirmektedir. Daha sonra ~ekil 9.60'in esdeger devresi l 1270-11330. sanrlarda sisternin onemli karakteristiklerini bulabilmek icin kullaruhr, Kullamlan onemli
denklemler ~ekiI 9.60'da giirtilmektedir.
10
20
30
40
50
60
70
100
REM -·------------
REM --------------REM
REM
---------------------------------------
PROGRAM 11-2
-------------------------------
re ve BETA PARAMETRELERINi KULLANARAK
BJT'NIN AC ANAL1Zi
450
CLS
110 PRINT:·
120 PRINT
130 PRINT
140 PRINT
150
PRINT
160 INPUT
170 INPUT
180 INPUT
190 INPUT
200 INPUT
210 PRINT
220 INPUT
230 INPUT
240 INPUT
250 INPUT
PRINT ''..Bu program re ve beta parametrelerini
"bir BJT'nin ac analizini ger~ekle~tirir."
"A~a~1daki
devre bilgilerini
kul lanara!<"
girin:"
"RBl=";. Rl
"RB2="; R2
"RC=" ; RC
"K0PR0LENMEM!~ EMETOR OlRENCl,REl•":
"KQPR0LENEN EMETOR 01RENCi,
RE2=":
E2
.,,-.·,
El
.·,/
.•,',".,
.,.,.
··\'.:'
.)~~::..
"Beta:"; BETA
"Besleme gerilimi,
VCC="; CC
"Yuk direnci, RL=": RL
"Kaynak direnci, RS="; RS
~~~i_l 9.59 (Elektrik ve Bilgi<ayor teknoloji,ii<;in BASIC, Noshelsky, Boule Sl;id Prencrice-H:,11 snc. Enulcwood
Cliff.<, N.J 1986
428
c;:1
REM .....................................................
REM
kitabmdan).
'
'
·
~
Bolum 9 BJT KO~Ok-Sinyal Analiz]
11200
11210
11220
11230
11240
11250
11260
11270
11280
11290
11300
11310
11320
11330
11340
k 1 ~ •;
VM:
·volt"
END
REM re modelini kullanarak BJT ac analizi
RB=Rl*(R2/(Rl+R2))
RP=RC*(Rl/(RC+RL))
BB=R2*CC/(Rl+R2)
IE=(BB-.7)*(BETA+l)/(RB+BETA*(El+E2))
RE=.026/IE
R3=BETA*(RE+El)
Rl=RB*(R3/(RB+RB3))
RO=RC
Al=(RC/(RC+RL))*BETA*(RB/(RB+R3))
AV=-RC/(El+RE)
VI=VS*(Rl/(Rl+RS))
VO=AV*Vl
VL=VO*(Rl/(RO+RL))
RETURN
Bu program ; bir BJT devresinin AC analizini.
parametrelerini
kullanarak ger~ekle~tirir.
9.12
Bilgisayar Analizi
yapan modul.
karma
429
A~ag1daki
RBI
-
u
RB2
RC =
devre
bilgilerini
pROBLEMLER
47£3
8.2E3
3.3E3
?
?
?
girin:
1iii;i!L
. Butiin problemlerde silisyum tabanh transistor kullaruldig, varsayilacakur
(Va.:= 0.7 V).
§
Yuk direnci. RL - ? 2.2E3
Kaynak dt~enci. Rs•? 0
Kaynak gerilimt. Vs - ? lf-3
9.2
(a) ~ek:il 9.61 'deki devre icin, Z;, Z0, A,. ve A;'yi ,bulun.
(b) h<,. = 20 ;,S i9in, (a) sikkindaki degerleri yeriiden bulun.
1.
BJT karma parametre degerlertni girin:
i
hie=?
1.7E3
hfe - ? 100
hoe=?
20E-6
hre =? 3E·4
ac analiz
220kfl
--
sonu~lar1:
v, <>-:-111--~--1
Giri~ direnci. Ria 1.34206 kiloohm
C1k1~ direnci.
Ro= 3.274574 ktloohm
Gerilim kazanc1 (yOksuz). Av~ -192.622
Akim kazanc1 (IL/Ii).
Ai =47.22017
(1k1~ gerilimi
(yOksO~). Vo - ·.192622
(1k1~ gerilimi
{yUk mevcut).
.
Ok
t,
Vs./'\,. .
volt
VL - -7.740665£-02
I<
v,
la
+
Re Vo
Rei
i,
Za
hit·
soon
h1, = 60
@le~3mA
.: .·.
~ekil 9.62'dek.i devre icin, A,· =-200 ise Vcc'yi butun.
volt
IOV
------ovcc
IMO
Zo
+
....
z,
1,
z,
2.
+
·:·
12V
v, 0-,11----+---t
l
-
v, <>-ii---~
t,
3901c.n
·z,
·.•
+IOV
.. •. !
~,:kil IJ.hf•
430
Bofilm 9 BJT KOc;Ok-Sinyal Analfzl
Solum 9 Problemler
431
3.
-?ekil 9.63'deki
devrede,
(a) le, love r,'yi hesaplayin.
(b) f1Je ve h;e'yi bulun.
(c) Z;, Z0, A,. ve A;'yi hesaplaym.
(d) hnc = 25 µS'in, Av ve A; iizerindeki etkisini hesaplaym,
*
4.
6.
9.3
(a) ~ekil 9.64'de gorulen devre i~in
,,s
~ekil 9.66'dak.i devre icin
(a) rc'yi bulun
·
(b) Vs ve Vc'yi hesaplaym
(c) Z; ve A,.= V .,/V;'yi bulun.
Z;, Z A,. ve A;'yi bulun.
11,
(b) hM = 20
ise, (a) §tkkmdak.i degerler uzerindeki etk.isini hesaplaym.
(c) r/yi hesaplaym ve = /3 ile kar~ila§tinn_.
r!
.· .·:u.
Ycc•l6V
h,. • 100
7.
hi.23200{1
3.9 kfl
(b) h0,
39kn
,,
-
~ck.ii 9 .67'deki devrede
(a) Z;, Zn, A,., A;'yi bulun.
= 20 )tS
icin (a) ~1kktndak.i degerlere etkisini hesaplaym.
I µF
Yi ~1------""-f
z,
20V
4.7 kn
L2kn
5.
~ekil 9.65'deki devre A,.
= -160
I
20V
4.1 kn
IOµF
390
-=-
Jl
kn
0
-
{--ovo
hr,=
I;
z,
Vee
~----,o---o
1.2 kn
~ <>----tt----+--!::-t:·
.:~\::t]o/
· fJ
Cc
~.·
"'
s.s kn
220kn
(--ov.,
~1.:~d
c
I 00
{j = 120
z,
RE
(}.(ii
Sdil 9.hil
Va
v, <>--iJ--+...:_--{
-
8.
Cc
Sekil 9.68'deki devre icin A,.= -10 ve r,
Z8 = {3Rg varsaym.
ss en
2.2kn
'"::"
432
-
Yi~
Cc
Z;
tkn
140
-
3.3 kn
82kn
,.-+-;'}:.:.? -....
f--ovo
· h;e=0.7Skn
V;o--f
icin Vcc'Yi bulun.
8.2kn
Ra
I
-=-
Bolum 9 BJT Kuguk-Sinyal Anafiz,
Ce
9.
... ·• .... ~r.:·
= 3.8 Q iken K1; ve Ra'yi
hesaplayin.
Sekil 9.69'dak.i devre icin:
(a) rc'yi hesaplaym .
(b) Z; ve A;yi bulun.
(c) Ar'yi hesaplayin.
Bolum 9 Problemler
433
...----..--o
22 V
11.
~ekil 9.7l'deki devre.icin:
(a) Z;, Z0, Av ve A;'yi hesaplaym.
(b) V;::; 1 mV icin V0'1 bulun.
12.
~ekil 9.72'deki devre icin:
(a) r;yi bulun.
(b) ls ve /c'yi hesaplayin,
(c) A, ve A/yi bulun.
s.6kn
JJOkn
v,
=«-__~
1, .
Cc
Po l--<>vo
Cc
fJ •h,. • 80
1.2 kn
Vee
=zo v
0.47k0
*
fJ= 200
9.5
10. Seki! 9)0'de goriilen devre icin:
(a) r,' yi ve Pre' yi bulun. Pre· ile
(b) Zi. Z0• A, .. ve Ai • yi bulun.
hie'
yi karsilastmn.
~
').6
13. Sekil 9.73'deki ortak-bazh diizenlernc icin:
16V
(a)
12 V
r;yi hesaplaym.
(b) Z;, Z0, A,.
4V
ve A/yi
bulun.
270kn
-
3.6 kn
h,.=110
». • ioso n
+6
v.
-
f-:-o v,
-IOV
I;
6.8 kn
z,
'
fj=h1,= 100
-8V
~~kit 0.70
434
~~~ii 9.71
BolOm 9 BJT Kli~Ok-Slnyal Anallzi ·
.- .. :.!;:'.
Solum 9 Problemler
--5 V
435
14.
$ekil 9. 74'dek:i devre icin A,. ve A;'yi bulun.
{
15.
18.
9.7
19. $ckil 9.37'deki devre icin:
(a) A,. icin yaklasik bir denklem turetin.
(b) A; icin yaklasik bir denklern tiireti~.
(c) Z; ve Z,, icin yaklasik denklemler turetin.
(d)Rc= 2.2 ill,RF= 120 ill,RE= 1.2 ill, /3= 90, Vee= 10 V verilmis olsun.A,.,
A;, Z;, ve Zn degerlerini (a), (b) ve (c) §tklannda tiiretilen denklemleri kul-
$ekil 9. 75'dekidevre i9in,Z;, Z0, A,. ve A/yi hesaplaym.
9V
fo
l.8k0
39kSl
22 kO
r--"V\al\r------"'JV\.~...-----1{--o Vo
J.
11
I µF
lanarak hesaplaym.
I µF
lOµF
v, o-----1----...------..J
{
17.
9.9
13= 80
16. $ekil 9.3l'de gorulenfark yiikselteci icin Re= 5.6 ill, R£ = 1.1 l<ll, h1,. = 100, h;, = 2
ill, V;1 = 10 m V ve V;2 =4 m Vise, 8§ag1daki niceliklerin degerlerini hesaplaym.
(a) Vo
(b) t,
(c)1I,= I,
(d) V,
Vb degerinin V;'den V.'ye degi~tirilmesi durumunu karsilastinn.
§
$ekil 9.77'deki devrcde verilen re:::: 10, /3 = 200, A,.= -160 vc A;= +19 degerleri icin Re, RF ve Vce'yi hesaplaym.
R., = 220 Q veRL .= 6.8 kQ icin A,.,= V"/V'
ve A; = I,Jl;'yi bulun. RL, kollektor-toprak arasma baglanrrusur ve !0, Re
uzerinden akan akrmdir.
(b) Problem I 'in sonuclan ile karsilastmn.
20.
(a) $ekil 9.61 'deki devrede verilen
21.
(a) $ckil 9.64'deki devrede verilen
R, = 2.2 kQ ve RL = 4.7 kQ degerleri icin
A,.s = V,JV., ve A;= /,J//yi hesaplaym. RL, kollektor-toprak arasma bag·
lanmrstrr ve /0, RL uzerinden gecen akimdir.
(b) Sonuclan problem 4 ile karsilasunn.
9.8
=
,=
22.
(a) Sekil 9.67'dcki devrede R, 1.2 kQ ve RI.= 22 ill icin A, .. V,,/\1, ve A;=
I,JI;'yi hesaplaym. R1.• kollektor-toprak arasina baglanrmstir ve t.; RL uzcrinden ge9en akrrndir.
(b) Sonuclan problem 7 ile karsilasnnn.
23.
(a)
Sekil 9.76'da gorulen kollektor sabit-ongerilimli dtizcnleme icin:
(a) r(yi bulun.
(b) Z;, Z,,, A,. vc A/yi hesaplaym,
~ekil 9.70'deki devrede, Vcrilen R, = 6.8 kQ ve Rl = 3.3 kn icin A, ..,= V,J
V,, ve A;= l,Jl;'yi hesaplaym. RL, ernetor-toprek arasma baglanm1~t1r ve /11,
RL uzerinden gecen akirndtr,
(b) Sonuclan problem 10 ile karsilastmn.
220k0
...-...AJVv--1>---i
..~;'. . ...
-.
{--o
V0
h1, = 120
hi,= 16000
24 .
z,
'• = 10
= 200
.13
z,
'jckil 9. 7(,
436
.,.,~?· .. , ....
(a) Sekil 9.73'de verilen devrede verilen R, = 0.2 ill ve RL = 6.8 kQ icin, A,:,= V,J
V, ve A;= J,JJ;'yi hesaplaym. RL, kollektor-toprak arasma baglanm1§l!f ve !,,. RL
iizerinden gecen akrmdir.
(b} Sonuclan problem 13 ile kamlasnnn.
.').:kii 9.77
Solum 9 BJT Kiis;Ok-Sinyal Analizi
Solum 9 Probtemter
437
*
25.
9.10
BiLGiSAYAR PROBLEMLERi
(a) ~ekil 9.61'dek.i devrede, h;, = 0.5 ill, h1, = 60, h,c = 1.5 X 1Q·4 ve h0, = 25
µS icin, A,, A;, Z;, Z., ve Aµ'yi bulun.
(b) (a) §ik.kmdak:i sonuclan problem l ile kar§1la§tmn.
(c) R, = 220 n ve Rl = 6.8 ill icin, Av, ve (a) §iklanda verilen niceiikleri hesaplaym.
(d) (c) §ikkmm sonuclanru problem 20 ile karsilasunn.
26. (a) $ekiJ 9.64'deki devrede h;, = 3.2 kn, h1,= 100, h,. = 2 x 10·4 ve hnc = 20 µS
icin, A,., A;, Z;, Z0 ve Ap'yi bulun.
(b) (a) §Jklcmdak:i sonuclan problem 21 ile karsrlasunn.
(c) R, = 2.2 kn ve RL = 4.7 kQ icin, A,.,'yi ve (a) §•kkmdaki hesaplaym,
(d) (c) §ikkmdak:i sonuclan problem 2 ile karsilasunn.
27.
31.
Hem R, hem de RL direncleri varken, ortak-ernetorltt sabit ongerilimli devrenin tam analizini yapan bir bilgisayar prograrm yazm. r,, h;,, Av = VJV;.
de kaynak: geA ,·.r -- VO/nrY S• A·It Z,I ve zO'1 belirleyin
·
• Biitiin direnc;: degerleri,
rilimi ve h1, = {J programa girdi olarak verilecektir.
32.
31 'deki problemi, koprillenrnemis emetor-ongerilimli diizenleme icin tekrarlaym.
33.
31 'deki problemi ortak-bazh diizenleme icin tekrarlaym.
i1''
.;
,.
(a) $ekil 9.73'deki devrede, h;b = 33.4 Q, hfh = -1, h,1, = 2.10·4 ve h01, = 0.5 ,us
ii;:in A,., A;. Z;, Z., ve Ap'yi bulun.
(b) (a) §Jklcmdaki sonuclan problem 13 ile karsilastmn.
(c)R, 0.2 kQ ve RL = 6.8 kQ icin (a) §iklandaki nicelikleri hesaplaym.
(d) (c)'deki sonuclan problem 24 ile karstlasurm.
=
~
28.
9.11
(a) $ekil 9.6l'deki devrede, verilen R, = 220!1 ve RL = 6.8
9.53'deki pararnetreleri hesaplayin.
(b) A,.,= V,/V,'yi hesaplaym ve problem 20 ile kar§tla§tmn.
Q
icin $ekil
29.
(a) $ekil 9.64'deki devrede verilen R, = 2.2 kQ ve RL = 4.7 kQ icin, $ekil
9.53'deki pararnetreleri hesaplaym.
(b) A,.,= V,/V,'yi hesaplaym ve problem 21 ile ka!'§tla§tmn.
30.
(a) 9.53'dck.i dcvrede, verilen R, = 0.2 ill ve RL = 6.8 kQ icin $ekil 9.53'deki
paramecreleri hesaplaym.
(b) A,.,= VJV,'yi hesaplaym ve problem 24 ile karsilastrnn.
,•:
..:.= ..
· i·,,· . . .
;;;_,
438
Boliim 9 BJT Kiigiik·Slnyal Analizi
BolOm 9 Problemler
439
YARLAMf\LI
MOSFET
10. 2 JFET/KAN.AL-A
.
L
KO<;UKSINYAL MODE I
,.
~:·::~:;;;.
:-·;:
-;.-
-~---·.
.. .
-
.. ..
. ... ··.
FET kulanan ac devrelerin analizinde yardimci olmasi acismdan, ilk once transistoriln ac e§deger devresini elde etrnemiz gerekir. ~ekil 10.1, basit bir FET e§deger
devresini gostermektedir. Kapi-kaynak arasma uygulanan ac gerilimi V8,, g,., ~~-' degerinde bir akac akirru (/d) yaraur, Transistorun ges:i§ iletkenligi g111, kapi-kaynak
uzerine uygulanan gerilimden kaynaklanan akrm miktanm gosterir. grn'nin degeri
Shockley denkleminden elde edilebilir, 1
(10.1)
(10.2)
10.1
GENEL GiRi$
FET elemanlan c;:ok yi.iksek giris dircncinde gerilim kazanci saglayan kti9iik-sinyal yuk- ,__:;;.,
selteclerinin kurulmasr icin kullaruiabilir. Hem JFET hem de kanal-ayarlamal1 MOSFET, aym gerilim -kazancm, Sl\glayan benzer de ongerilim kosullannda 9ah§abilir. Bununla beraber MOSFET transiston] eek daha yuksek giris empedans, saglar.
En iyi gerilim-kazancli 9ah§may1, ortak-kaynak yiikselteci duzenlernesi saglar.
Kapiya bir giris sinyali uygularur; 91la§ sinyali kanaldan alrrur vc kaynak ucu referans ve ortak u9 olarak kullarulir, Ortak-akach bir yiikseltec, yaklasik bir kazanc
degerinde terslenmemis bir 91kt§ saglar, Ortak-kapih bir yukseltee daha az kullarulir
ve polarite terslemesi olmadan gerilim kazanci saglar.
FET kucuk-sinyal esdegeri BJT'den daha basittir ve yalruzca transisrorun ge9i§
iletkenlig] g., temel parametresine bagh olan bir 91k1~ akirnr kaynagma sahiptir,
FET'in gec;:i§ iletkenligi degerleri yaklasik olarak 1 rns'den 20 ms'ye kadar degi§ir;
bu da daha biiyiik gm degerleri ic;:in daha yuksek gerilim kazanci sagtar.
FET dogrusal veya sayisal bir eleman olara.k kullamlabilir. Dogrusal devrelerde
9ogunlukla JFET ve kanal-ayarlamah MOSFET kullaruhr, Sayisal FET dev- .. L..
relerinde, ozellikle buyuk olcekli (LSI), cok bilyiik olc;:ekli (VLSI) ve ultra buyuk bl·
c;:ekli (ULSI) entegre devrelcrde kanal olusturmah MOSFET'ler kullaruhr.
G
v,,
~ cs· = 0 iing..:rih111 noktasmdaki degeridir ve JFET
ao ma dcgeri t geri~
l' " ik:1kenlil!1nin
...
transistorunun rnaksimum kazanci icin sabit bir degeri ternsil eder. gmo'nun degeri
belirli bir FET icin sabittir ve de ongerilirn kosullanndan etkilenrnez. Tersongerilimli calisma bolgesindc herhagi bir ongerilirn noktasinda gmo degerinden
daha kiic;:iik bir g., eldc edilir.
-~~'--~~~~~~~~~~~-~~~~~
v )?.
io=Ioss ( I-~·
oldugundan,
clio
Cm = --
cJVcs
ve
bu rad a,
440
-
Iv
DS = sa bitt
gm= 21V,,/Jli.(J -~)=gnw(I
Vp
21
DSS
811m= IVp
I
-.!'..G..s.)
Vp
elde ederiz..
Boliim 10.2 JFET/Kanal·Ayarlamah MOSFET Kii1riik Slnyal Modeli
441
~.1·
·-
9m ve gmo'nun hesaptanmasi
~ekil 10.2b'deki Cni degcri de ongerilim voltajr Vos ve cleman parametresi loss ve
Vp ile belirlenir. Uygulanan V; ac giri~ gerilimi icln, elde edilen akirn g., VR, ola-
g""' degeri, Vos= 0 ongerilim noktasmdaki"ge9i~ iletkenligidir. Yani, Vos= 0 V
noktasmda :
cakttr,
~ekil 10.3'tc de gclriildU~U gibi, ac modeline JFETin ~J!a~ direnci de eklcncbilir.
Bu 91kt§ direnci genellikle veri sayfalarmda
()RNEK 10.l
loss= 12 mA
Yas
ve Vp = -3 V degerlerine sahip bir 1FET ic,:in Snro'yu hesaplaym.
Buradan 91la~ ac direnci,
<;oziim:
8mn
=
2 IDSS = 2 {12x 10·3) = 8 mS
jVpl
l-3VI
= kO~Uk-sinyal 9tla§ iletkenli~i olarak verilir.
rs= .L
)'us
= 8,000µS
olacaktrr,
Vcs = OV dismda herhangi bir ongerilirn noktasmda Vos'nin degeri 10 .I denklemde verilen 8mo'dan daha kil9iikliir.
(>RNEK 10.2
loss= 12mA ve Vr = -3 volt degerlerine sahip bir JFET icin Vos= -1 V'da gm'yi
hesaplayrn.
-.
s
Cozum:
( 10.1) denklemini kullanarak ;
g., = 8mn ( I - ~) = 8 mS ( l -
=~) = 5.333 mS = 5333 µS
olarak bulunur.
(a)
s
Cs lcondansa10rll
Ile lc.OpT1)Jcnm11 Rs
-=(b)
ec iopratma baghrur
5,·kil 10.2 JFETyUl<.,..lle,devrc.,i
(:,) devrc: (M ac eidc~er dcvres].
AC E~deger Devresi
~ekil I0.2'da, de ongerilirninin ayarlanrnasr i9in kendinden-ongcrilimli Rs direnci kullarulan tipik bir JFET devresi gorulmektedir. Sekil 10.26'da cizilen esdeger
devredc, R5'nin Cs kondansatoru ile koprtilendigini ve yerine, kisa devrc esdegerinin konuldugunu (kondansatortin ac empedansi = 0) ve +V00' ye bagh R0 direncinin, ac topragina bagland1gm1, c,:iinkii gerilim kaynagirun ac ernpedansirun yerine O degerinde bir ac empedansi kondugunu goruruz. 1FET transistorun ycrine ise
basil bir model konrnusrur; bu modelde Vos gecit-kaynak jonksiyonuna uygulanan
ac sinyali, g,,, VR, degerine e~it bir akac-kaynak (kanal) akirrn yaranr.
442
l<&ynak gcrilimi
-.-.
s
~ckil 10.3 Ak•,·koynok din:nci ~<·
"'" JFET uc modeli,
BolOm 10 FET KO~Ok Slnyal Anallzl
BolOm 10.2 JFET Kanal-Ayarlamah MOSFET KOyOkSlnyal Modell
443
Ioss = 15 mA, V1, = - 6V ve Yns
= 0.05 mS icin gnw ve rd degerleri
nedir?
RD
·1.2kn
Cozurn:
C2
_ 2loss _ 2(15 x lff3)
g1110----
_
-
l-61
Vp
5
,..~1
mS
(
0.002i1F
--1---...--..i
----lDss..8mA
0.002µF
91k1~ direnci,
rd= _!_ -
y,,,
0.05
I
x
= 20 kn
10·3
v,.
Rs
'=' 200 n
10.3
AC KO<;Ol<-Si.NY;..\L
c;:ALl$M.<\SI
=
.
l-4Vj
IVpl
gm _
- g,,., { I - ~VcsQ) = 4 mS ( l - -0.94
~
v) =
3.06 mS
( 10.3)-( 10.5) arast denklemler kullantlarak;
A,.= -gmRo = -(3.06 mS) (1.2 kfl) = -3.67
R;=Rc= l MQ
(10.3)
j
Ro= Ro= 1.2 kQ
bulunur.
Aynk devreler kullamlarak bir BJT devresinden farkh olarak, 3.67'Iik bir zerilim
kazanci, FET kullanarak elde edilen dii~iik degerlere &zgiidiir.
-
( 10.4)
ve yiikten yiikseltecin 91ki§ ucuna bakan ac empedansi:
~~-s ..j
R,,=R0
-..-r..-...,_"""'"""'~"';;,,.;::,..t
j
Gerilim-kazanci denklemi rm direnci tarumlayarak uygun bir ~ekilde yeniden ya-
zilabilir.
(10.5)
~
hesaplaym
Bol(im 10 FETKu~uk Sinyal Analizi
r
!
._.
~e~il. l?.4'de g~ri.il~n J~~· yukselteci icin A,., R; ve R,, degerlerini
(r" nm ihmal edilebilecegini varsaym).
444
= 2(8 mA) = ·4 mS
gm,,= 2foss
Yiikseltece bakan ac ernpcdansi :
I
$<!kii if!.-; 6mek 10.4'dcki FET
olarak clde edilir.
IA v=-=-g..,
Vo
R Dl1·
t
IOµF
Bolum 7'de anlattld1g1 gibi de ongerilimi VcsQ -0,94 V olarak bulunur. Bu ongerilim noktasrnda g., degeri, (10.1) ve (10.2) denklemleri kullarularak,
V; = "'.~, oldugundan gerilim kazancr,
V;
C3
Cozum:
ve
l
r
V,•-4V
yilksclte~ tlevresi
10.2. biiliimde taruulan FET ac ~deger devresi, burada, gerilim kazanci, giri§ ve
91k1§ direncleri i9in cesitli FET yukseltec diizenlemelerinin analizinde kullamlabilir.
Ac e~deger devrenin kullamrm gostermek icin Sekil I0.2a'daki FET yukseltec dev .
resini ele alahrn. Ac ~deger devresi, ac cahsrnasi i9in kondansator yerine kisa
devre, .FET transistoru yerine basit.e§deger devre (r,1 sonsuz direnc veya acrk devre
varsayilrrustir) konarak ~ekil l0.2b'de yeniden ,;:izilmi§lir. ytlct~ gerilimi,
1
Vo
....,,."'.,1
I
I
I
_
I
·
Tm--
1
g,,,
(10.6)
Burada Vcs ongerilirn noktasrnda JFET'in ac dircnci ,-,,, ile Ls iingcrilim akrrnmda
BIT'nin ac direnci re arasmda bir benzerlik vardir. (10.3) denkleminde verilen gerilim-kazancr a~ag1daki gibi
Yij :~:D
·--.-:..
Solum 10.3 AC Kii~uk-Sinyal <;ah~masr
= -Ro
r;
(lO.?)
1
445
10.6c'deki kisrni devrede goriildiigti gibi FET akim kaynag1 gerilim kaynagma do. nil~tilriildilkten sonra Vn i¥in a~ag1daki ifade elde edilir:
Kaynak Diren~li Yukselte~
Efer yilkselte¥ kopriilenmemi§ bir kaynak direnciyle kurulrnussa (,$ekil 10.5'e
G
bakin), gerilirn kazanci iliskisi ~kil 10.6'daki ac C§deger devresi kullamlarak belirtilebilir (cihazin ¥1kl~ direnci, r,/nin ihmal edilebilecek duzeyde oldugu varsayilrrusur),
=
Vg, V8 - V, = V;-1,lls, = Vi- gn.VRsRsr
••
v,.
v,
G
"'
Ro
im
v,,
s
~
RD
tI,•-
-V0
RD
Vo -Vs
Vo
rd
Vs
Rsl
/dm -~
,......------vo
+
,,
Rsi
• ''" v,.
(b)
+
(a)
~~~ ii I 05 KOpr111enmemiikaynudiron,;li FET
yuk.1elr~ devresi.
~d ii 10.6
devrest,
~ckil IOSteki yOk.<eltecin ac ejdejer
(c)
V; icin ¥ozersek
ve ~tkl~ geri!imi
V"=-
Ro
.g,,,r,1 \ ,;~
r,1+Rsi + Ro
Vg, = V; - Vs oldugundan,
Vu= -
Av= V,, = -g,,.Ro
V; 1 + g,.Rsi
Boylece
(10.8 a)
(10.6) denklemini kullanarak, (10.8a)'daki gerilim kazanc1 §tlyle ifade edilebilir:
Av=
.!:'.e. =
V;
-( .l.)
Ro
r,,,
= _ Rp
I + ( .l.) Rsr
r,,. + Rs,
rm
V,= Id . Rs,= - Vu . R51 (bkn. $ekil l0.6b kullanarak)
Ri1
(v;
8nzTdRo
+ X£. Rs1) elde ederiz.
ri1+R0+Rs1
Ro
.
Boylece yeni bir gerilim kazanci denklemi a~ag1daki gibi yazilabilir:
Vu= -
(10.8 b)
,$ekil 10.6b'de gosterildigi gibi, FET ac e§deger rnodeline FET ~lk.t~ direnci vd
dahil edilirse, A,. gerilim kazan9 ifadesi a§ag1daki gibi elde edilebilir. ~ekil
446
Ro
. 8m rd (V,-V,)
rd+Ro+ Rs,
Bl)fOm 10 FET K090k. Slnyal Anallzl ·
V;
(10.9 a)
-g., Ro
V
IA.v = _Jl.
=
1 + gm
Bolilm 10.3 AC K0¢0k-Sinyal Calt~masi
R
SI
+Ro+
r<1
Rsi
447
Ayarlanan ongerihm noktasinda ;
r4 > (Ro + .ks1) olmasi halinde ifadenin (IO.Ba) denklemine indirgenebilecegine dikkat edin.
g., = 8mo ( l -
rm= ...1..
glll ifadesini kullanarak gerilirn kazancr denklemi yeniden yazrlabilir.
A,.=J'.'.e.=
V;
r,, (Ro+Rs1)
= 2 mS ( I - -l.76V)
---
-6V
Q
=
m;,
l .413
olarak bulunur.
Buradan [(10.8b) denldemini kullanarakj ;
Rn
r., + Rs1 + rm (Ro+ Rs,)
r,lf
Vp
r.,== ...1.. = 707.7
gm
Boylece elernarun direnci,
(10.9 b)
A,.=~=--4.3x
lOJ =-5_2
rm+ R,1 707.7 + l20
rt1
(10.9 b) denklerni,
Vcs,...)
--.><.
sonucu elde edilir.
olur;
terim ihmal edilirse, yani r,,'nin degeri,
denklernine indirgenebilir.
r,,,, R0
ve R51'e gore cok buyukse, (IO.Sb)
c>it\E:S:: 1n.6
Sekil 10.8'de gorulen devre i~in gerilim kazanciru, giri~ ve ~1k1~ direnclcrini hesaplayin (rd'yi ihmal edin).
ORNEK 10.5
+16 V
~ckil ·10.7 de gorulen devre icingerilim kazancrm hesaplayin (r"'yi ihrnal edin).
+24V
RGI
2.1 Mn
4.Jkn
C1
0.05 µF
t--------1(---v,.
v, ---11------
...
Vp = -4 V
0.02 µF
Vp = -6V
"i~ss
0.05 µF
izo n
1.2 Mn
= 6mA
1
r
l
.l,
-:- 470
n
\:~:i! ;,:_., Ornc.:k
l
+
20µF
,S.~kil 10.7
6mek 10.5 i~in
JfET yOksohcci.
t;iizum:
De ongerilirni, VGSQ = - l ,76'hk bir kap1-k~y_nak gerilimi saglar,
JFET transistorun ge~i§ iletkenligi,
j
(_.'ii/.ii::i:
I
D, ongerilirni. Ornek 7.7'deki gibi belirlenir:
Bu ongerilirn noktastnda;
{
·
Iv;.
I
l-6 vi
VGSQ
}
gm=2loss 1_Vcsq
IV~
Boylece elemanm direnci
rm= ...L::
g.,
2.2x 10
I0.6tt;inckvri.:
.
= -l.8 V
=2(8mA)(r-:J.8V)
1-4
~4
vi
Vp
= 2.2 x 10·3 = 2.2
g.,o·= 2/oss == 2(6 mA~-= 2 mS
448
lo"ss =8 mA
v,~1----+----..l
v
ms
= 454.5
Q
olur.
Biilum 10 FET Kii,.:uk Sinyal Analizl
Borom _10.3 AC Kuc;uk-Sinyal ~ah§mas1
449
ac gerilim kazanci,
ongerilim noktasmda;
A,·=~= -2.4x 10 =-3.18
r,., + R.,1 454.5 + 300
giri~ direnci,
gm
= gmo ( I -
~)
Vp
= 4 mS ( l -
v} =
-0.15
---
-3V
3.8 mec
Buradan,
R, =RG111Ra2= 2.1 Mn 11210 kn= 239 kn
rm= ..L:
g..
<;tki~ direnci,
1
3.8 x 10·3
= 263.2
o
MOSFET'in 91kJ~ direnci :
Ro = Ro = 2.4 kQ
,,, = _L =
Yo, 0.05
olarak bulunur.
ORNEK 10.7
= 20
mn
Boylece ac gerilim kazancr;
A,.=
~ekil 10.9'da gorulen devre icin gerilirn kazancmi, giri§ ve 91kl§ direnclerini hesaplaym, FET 900~ iletkenlig] y,., = 0.05 mS'dir.
Rn= Roi
1;'l:f'~\ mA
I rd=
1.8 Mn 1120 kn= 1.65 kn
olur.
V, • .:_3·y
10.4
30Qfl
YUKLEME ETKiLERi
Bir yukseltee kaurun 1y1k1~1 diger bir elektronik devreye bagland1gmda, o devrenin
yilkti, yukseltecin kazanciru azaltacakur, Aynca herhangi bir kaynak direnci de,
yilkseltec kanrun giris dircncine bir ytiklenme etkisi yapacagi icin 1ytk1§ geriliminde
dii~ii~e neden olacakur.
i'lnM'k 10.7 i_;,, devre.
<;oziim:
<;11<1~
7.10 clmegindeki de ongerilim hesaplanndan V05Q = -0.15 V bulunur,
3
gm,,=~= 2(6x 10") =4 ms
Iv~
1
ve devrenin ~:tki§ ernpedansi :
!)d.cl 10.9
g,,w'yu hesaplarsak;
20x 10
= -3.05
giri~ ernpedansi ;
+----Vo
IOMn
-1.8 x 103
+ R, + !:m. (Ro+ Rs) 263.2 + 300 + ...2fil,,L(l.8 x
'd
i.s kn
v,---+---1
-_R-=o'----t'm
+18 V
450
x 10
-3
·-·- i
I
j
Bi:IIOm 10 FET KO~Ok Slnyal Anall:zl
I
;
Yukunun Etklsi
FET yilkseltecin <;tkl~mdaki bir 'yilk direnci Sekil 10. IOa'da gosterilmistir. Bu
devrcnin ac e§degeri $ekil 10.lOb'deki gibidir. Yuk direnci, kanal ongerilim direncinc paralel gorunecektir, dolayrsiyla ytik alnndaki ytikseltec kazanci (vd ihrnal
edilirse) :
BolOm 10.4 Yukleme Etkllerl
451
G
(,:iiziim :
De ongerilim analizinden Vcsa = -0.92 V
Emu= Zlo55
IVM
V csQ
(a)
m = 8nw(I -
~<~ii 111.111
C,:1k1~1 yOklO FET ylik·
selteci: (a) devre {b) ac e¥'1eger devrexi
rt1 hesaba
= -(Ro
11 RL)
T,,, + Rs
kanlirsa :
r------·----A,. =Vo=
V;
......----
T,1
olacakttr.
= 3.7
11 RL +
Rs)
~i~o)=
x 10·3
5.33
X
10·3 (1 -:Of)
= 3.7 mS
ve FET ac direnci,
(10.10 a)
,;,. = _1_=
1
= 210.3
8m 3.7 X Jff3
n
(a} yuk bagh degilkengerilim kazanci :
-(Ro II RL)
Tm+ Rs+ Tm (Ro
I-~
= -0.92 V ongerllirn degerinde ;
(b)
A,.= Vo
V;
2(8 x lff3) = 5.33 x 10·3 S = 5.33 mS
(10. IO b)
A,.= __::_&____
Tm+ Rs
=
3
-1.8 x IO - -3.53
270.3 + 240
Buradan,
<)R.\EK 10.8
V" = A,.V; =-·3.53 (40 mV tepe) = -141.2 mV tepe
~ekil 810.l l(a)'daki devrenin-gcrili11t"kazanc1
ve ylki§ gcrilimini (a) yuksiiz durumda (b) yuklu durumda hesaplaym (r,1 ihmal edilebilir).
(b) Yiik baghyken gerilim kazancr :
A,.= -Roi I Ri = -{l.8 kn) 11 (IO kn)
Tm+ Rs
270.3 !.1 + 240 n
+12V
= -2.99
l.8k.O
loss-8mA
Buradan,
VGS(ICAPALI) - -JV
2µF
V" = AY;= -2.99 (40 mV tepe) = -119.6 mV tepe
Kaynak Giri~ Direncinin
40mV,tepe
IM!l
~,·kil !fl. I I Omek 10.8 i<;in yliks.:11"', devn:si.
452
Etkisi
240.n
Boliim 10 FET Kuc;:uk Slnyal Anallz]
Gins sinyali, giri~ direnci srfirdan farkh clan birkaynak tarafindan saglamyorsa,
yukseltece uygulanan giri~ sinyali V;. Rs kaynak direnci ile R; yukseltec girls direnci
arasindaki yukleme ile, Vs sinyal kaynagrrun yi.iksi.iz degerinden diisilnllecektir.
~ekil I0.12'de bu ytiklemenin aynntilan verilmistir. Yukscltece, giris gerilimi,
Solum 10.4 Yukleme Etkilerl
453
1
......
,
.V; = --1iL_ Vs
Rs+ R;
(10.11)
+18V
IDss"'6mA
v,=-:: .,4v . ,
..... ~:/ .• , .. ,.' "!~ ,.,.
lµF
I
loss
Vp .,
V. • SOmV,
Iv,
tepe
0.02µF
r;
rson
Cs
I20µF
~
Boylece ae direnei ;
r. _ _1_ =
1
- 406.5
m - Km 2.46 X 10"3
Yiikseltece uygulanan giri§ gerilimi.(10.11) denklemiyle belirlendikten sonra geriye
kalan hesaplamalur, daha once a~tk:land1g1 gibi yaprur.
n
(a) Yuk alunda ae yukseltec kazanci (kondansator koprulernesi nedreniyle Rs= 0
(IR\'EK J ().9
ffd1r):
~ekil 10.IJ'teki devre i~in (a) herhangi bir yuk baglanmaks!Zln yiikselticinin gerilim kazanciru; (b) yilk bagh iken V,, ~1k1~ gerilimini; ve (c) devrenin yuk altmdaki toplarn VJV; gerilim kazancim hesaplayin,
-Rn _ -2. I x I 0 -~. _5 17
- .
rm + Rs
406.5
V
V;
A" = .!..!!.. = ---'-'-"'--(b) Katin girl§ direnci, R1
(,'iiztim:
R;= RG = 750 kn
~ekil 10.13'teki devrenin de ongcrilim hesaplan, VGSQ = -0.72 V sonueunu verir.
bu ncdenle giri§ gerilimi V;:
V;=_&_
Elernanm g.",'su :
8mn
=~
de ongerilim degerinde,
Vp
= 2<6 x l0'3) = 3 x 10·3 = 3 ms
-4
GSn) = 3 x IO ·3 { I - zuas:
.n 72)
-4
= 2.46 x 10·3 = 2.46 mS
g., = Cmn ( I
454
-=-
~d,rl Ill.I.~ Omck 10.9~inFETyuk.<clt~dcvresi.
)d. it I 0.1.! K3yo:il ~iri~
,: · · ·'- inin yOklcnmcsini gos-
n-rcn yukseuec kan.
-=-
V
- __,,_
IVl
BillOm 10 FET K090k Slnyal Anallzl
Rs+ R;
Vs
=
750 kn
50 mV tepe = ~7.5 mV tepe
250 kn + 150 kn
o halde yuk altmdaki 91k1~ gerilimi:
V
II
=A
l'
V·= {2.1 x 103 I I 10 x 103) 37.5 mV tepe = 160.1 mv tepe
I
406.5
BOIOm 10.4 YOkleme Etkllerl
455
Buradan,
(c) Toplam devre kazanci (yiik altmda)
V,, = -160.! mV tepe __
Vs
50mv tepe
3_2
Boylece yilksehey gerilim kazanci,
Dolayisiyla yukseltece kau kazanci tek basina 5.17'1ik bir kazanc saglarken, kaynak
ve ylik direnclerinin yiiklenmesiyle toplarn devre kazanci, 3.2'ye dii§mektedir.
V
(gmV1,)Rs
A. = ~"' --'"'----Vi (1 + g.,Rs)V,,
=
cI
I DSS
v,
v,--t~
'
R,
Ci
v.,.
....
-lf-v,,
Re
R,
j
V;
'
r;
Re
R,
+ (llr,,,)Rs
(10.14)
9tkt~ direnci ise, clcmarun r,. ac direnciyle paralel Rs kaynak ongerilim dircncidir:
.."
(10.15)
<>R\EK 10..10
~ekil 10.15'tcki devrenin gerilim kazancim ve giris ve ~tkt§ empedanslanm hesaplaym.
+9V
(b)
: I, · · Kaynok iz.Jeyici yUksel!~ dev=i.
.l»'i3 • 16mA
Y,~..74V '.
I Mn
· ···~
( 10.13)
. r'!f + Rs
B
1
Eger i;1k1§ $ekil I0.14(b)'dcki gifi_lcaynak ucundan alirursa, giri§ ve c;:1k1§ arasrnda
polarite farki olmayacaknr ve gerilirnin genlig), giri§ degerinden daha di.i§i.ik olacaknr. ac gerilim kazanci 3§ag1daki gibi belirlencbilir. Gecit-kaynak gcrilimi Vv:
...,.....
_.
·i~~~,:
= _fu_
Gorilldii~U gibi gerilim kazancr birden kii~Uktiir ve Rs, rm'den bUyiik olduk9a 1 'e
yaklasrnakradir, Ytlkseltecin giri~ direnci:
K,,, vxs.:::: '"
s
(llrm)Rs
I
Ro
(a)
,.
r-
v '\,
Av= V n =
I
G
(10.12)
re= 1/g., yi kullanarak,
$ekil !0.14a'da verilen ikinci bir ac devre duzenlernesi de, ortak-aknc veya kaynakizleyici devresidir. Devre, bipolar ernetor-izleyicl diizenlemesinin JFET uyarlamasi
olarak degerlendirilfr. Oysa gerilim kazanci, polarite terslemesi olmaksizin birirnden (birden) kiiy!iktiir ve devre ortak-kaynak dilzenlemesine gore daha yi.iksek
girl~ direnci ve daha dii§i.ik yLkl§ direnci gosterir,
+Yoo
BmRs
+ 8mRs
1
(--vo
O.OS1<F
2.2.kfl
V,, = lj?, ve Id= g111V.~, olclugu iyin yukandaki denklern §Oyle ifade edilebilir:
s~~il lll.15 Omek 10.101\° 1l<aynaklzleyici
yOluelte. dev .... i.
456
BiiJ(im 10 FET KiigOk Slnyal Analizl
BOJbm 10.s Kaynak l.zl.ytcJ(Ortak·Aka9) Oevre
457
j
<;:oziim:
(~\)1.1~1n:
j . de ongerilirn kosullanndan
l
=
VosQ -2. Sb V bulunur. Elemamn ge9i§ iletkenligi:
_ 2ln« _ 2(16 x 10·3) _ x
_
mS
g11111-~- 8 10-3 - 8
I Vp I
-4
Ongerilim kosulunda (noktasmda) :
gm=g.,o ( 1-v:-Vas,.. ) = 8 mS ( 1-~-2.86 V )
= 2.3 mS
Verilen bilgilerden,
I Vp I =Ym.t=
rn, = 1/gn, = 1/2.3 x 10-3 = 434.8 Q
ac gerilim kazanci,
A,.= Vn=__fu_=
Vi rm+ Rs
Yukselrec giri§ direnci,
-l.4V )=3.32x 10"3S=3.32mS
-5.33 V
gm=8mu(1-fu)=4.5mS(1Buradan,
3
2.2x 10
=0.835
434.8 + 2.2 x 103
ve s;tla§ ernpedansi,
I'm
11 Rs=
1
~ 301.20.
3.32 x 10"3
rm=J_=
gn,
akac s;1kl§tndaki ac gerilimi :
R;=Ro=lMQ
Ro=
n
434.8 I I 2.2 x 10-3 = 363.05
Vo, =AvV;=
=
olarak bulunur.
iU.11
·RD
+16V
3
(40 mV rrns) = -149.55 mV rms
1.5 x 10
301.2 + 100
-Rs,
V02=A,.V;=
A,.=
Yuk ve Kaynak
rm+ Rs,
100
301.2 + 100
Direncinin
'\J
V;
(40 mV nns) = 9.97 mV rms
Etkisi
loss= 12mA
~ekil 10. J 7'de gosterildigi gibi, kaynak iz.leyicinin 9tla§ma bir ytik bagland1g1
zaman gerilim kazanci, kaynak direncine paralel RL yuk direnci ile (10.13) denk-
g,..0 =4.5 mS
lemi uyarlanarak elde edil._.ir:
....~--------,
A.=~=
V;
I Mn
Yukseltec kanrun girl~ direrici,
50µF
~ekil IP. ( I, Omck 10.11 ~in JFET yilksclt~ devresi
458
V;
rm+ Rs,
kaynak 9lk1§mdaki ac gerilimi :
~ekil I0.!6'daki devre icin Y01 ve V02 s;1ki§ gerilimlerini hesaplaym.
40mV,;;
v
de ongerilim hesaplanndan VGS= -1.4 V. Bu de ongerilirn degerinde:
Vp
ve JFET ac direnci,
\J;:<.~'\t.t\.
2(12 x 10"3) = 5.33
4.5 X 10"3
8mo
Biililm 10 FET KO~Ok Sinyal Anallzl
01
I
Rsl I RL
rm+/?sllRL
(10.16)
ve R;;;i>ngerilirn direnclerinin paralel C§ degeridir,
R;=Ro, l~Roi
I
(10.17)
Yi.ikten yi.ikseltece dogru bakacak olursak 91k1~ direnci, elernarnn direnci r,,, ile paralel kaynak direnci Rs olacakur:
BolQm 10.5 Kaynak lzleylcl (Ortak-Aka~) Oevre
459
R,,=Rs
11 r,,.
(10.18)
1.
Kaynak dircncinin yuklemesi, ydkseltec katmm giri~ direnci tarafindan kaynagm
yuklenrnesi ncd~niyle giris geriliminin azalrnasma neden olur.
I
I
I
I
'=
v,
de ongerilim durumunda g., degeri:
I
I
g ..
Vp
II
'-h
! [:
= g.,,. (1 - VGso) = 2.4 mS (1 - ~) = 1.11
I
Ci
I
I
I
V;= __&___ Vs=
Rs+R;
Kaynak ve
yuk dircn,;!eri ile birlikte
FET yilbelte,; devreai
j
i
RsllRi
r,. + Rs
1
l
~ekil l0.18'deki devre icin <;tkl§ gerilimi V;, ve <;Ik.t§ direnci R0'yu hesaplaym.
+lllV
(2.1 x 10\II (IOx
ij
l/),fS·6mA
J
'\.,
L
rmsl
; ·1'
--
l.5Mn
..
---·-- -i
St:i-. d ii 1. I X
460
: v.
.
--Omek f0.12 i~in kaynak i1:leyid devee.
Borom 10 FET KOc,uk Sinyal Analizi
103)
=0_66
IOx 103)
Boylece <;tla§ gerilimi:
V0 = A..V; = (0.66) (93.75) mV rrns) = 61.9 mV rms
·i
V.-= -SY
II Ri
900.9+(2.l xI03lj
J
- ... ,- . .......
(lOOmV rms)
1
A,.=
'l
(10.19)
'
1.5 x IO
l00xlO+I.5xJO
Yiikseltecin kazanci:
1
.........
n
= 93.75 mV rms
\:;;1\ ;:.,_;;
V;=__&__Vs
Rs+ R;
mS
Giris gerilimi:
Ro~
I
-5 V
r.,= __L = 900.9
gm
v.f R,
Yuksehmekatt
JI I 00 111 V.
V'dur. Boylece,
I
rft-1--~
.. :.··· ~.. ~ -,·-·
VGs = -2.69
I
I
I
I
I
I
v, 'v
de ongerilim hesaplanndan
<;1k1§ direnci :
Rn= r.. 11 Rs= (900.9)11
10.6
(2._J'x 103) = 630.4 .Q
91k1§t
~ekil 10. l9'de, kaynaga ac girisi uygulanan ve akactan ac
ahnan il9iincU bir
devre di.izenlemesi verilrnistir; buna ortak gecitli yukseltec diizenlcmesi denir, Goriileccgi uzere bu yukseltec, dii~iik bir girls ernpedansi, terslemesiz gerilim kazanci
(ortak akacli devreye benzer bi.iyiikliikte) ve 011ak akach devre ile ayru ylk.t§ dircncine sahip olacakur.
Elotom 10.6 Ortak·Kap,h Devre
461
~ekil 10. l 9a'daki ac C§deger devre, ~ekil IO. I 9b'de verilmi~tir.
~ag1daki gibi bulunur:
Gerilirn kazancr
(,:iizum:
De ongerilim hesaplamalanndan VGsQ= -2.2 V bulunur.gnm = 5 mS ilc
A,.=
V,,
V;
...',..
= 8mRo = Ro,-,,,
(10.20)
g,,. degeri:
gm= g.,,, (1 - Vasa } = 5 mS (1 - -2·69 V ) = 2.25 rr
..
burada,
rm=
..,.
-5V
Vp
...L=
Km
2.25 x 10'3
= 444.4
n
Buradan yUkseltecin gerilimi kazanci :
.. J'f[r·i -···~.
.
R,
(a)
.•
<;1k1~ gerilimi,
Av=Yn=fu2_=3.6xl03
V;
rm
444.4
=8.1
V0 = A.V1 = 8.1 (100 mV rms) = 0.81 V rrns
.-:·1~.- ·, ', ~G
-
G
·.·
•
10.7
(bl
$,kd l•l.i'J Onok~i1liyUk<ehCf:
(a) devre (b) ac ~egerdevresi.
Giris direnci:
(10.21)
ve ~1kr~ direnci :
(10.22)
OR:\E~ 1.0.U
+12 V
~ekil 10.20'deki devre i~in Vn'yu hesaplayin.
J.6 kn
IOµF
(--vo
loss•IOmA
v,. .. -4V
FET'Li YUKSEL TE9 DEVAELERit·l!M TASAAIMI
Bir yukseltec devresinin tasanrm, istenen gerilim kazanci ile makul giris ve ,;1k1§ direnclerinin elde edilmesini kapsar. Sekil 10.2a'daki ortak kaynakh yiikseltec icin gerilirn kazanci (10.7) denkleminde verilmistir. Daha sonra de ongerilirn dururnunu ve
arzu edilen ae kazanciru elde etmek icin JFET secirni oldukca onernlidir. Tasanm islerninin adim arum veya bir islem sirasina gor(? yapilrnasi zorunlu degildir. Bu, eldeki bilgilere ve kazanc, direnc ve de ongerilimi gibi cesitli devre degerlerinin ele
ahrus sirasina baglidir. lstenen parametreler icin bir JFET devresinin tasanmmm
nasil gerceklcstirileccgi bazi omeklerle gosterilecektir. Istenen gerilirn kazancina
ulasmak icin daha baska tasanrn yaklasimlan da kullarnlabilir.
(>RNEK IOA
~ekil 10.20'daki gibi bir JFET yilkselteci tasarlayin. Gerilim kazancimn buytik!Ugii 20 olacakur. VDD= 20 V kaynak gerilimine sahip 2N4416 tip n-kanalli
bir JFET kullanm.
<:;:oziim:.
I.I
xn
2N4416 i,;in irnalatcmm saglad1g1 bilgiler ~oyledic
loss 5'ten 15 mA'e kadar Uoss = 10 rnA kullamn)
~kll 10.20
462
Omek 10.IJ ~i11dcv11:.
BolOm 10 FET KOgOk Slnyal Anallzi
Vp=-6 V
Bi:ilOm 10.7 FErll YOkselteg Devrelerlnln Tasanrm
463
loss= IO mA icin, elemarun ge9i§ iletkenligi
g=;: 2/oss
IVp
I
3
.
= 2(10 xlff ) = 3_33
l-61
mS
Tasanma baslarnanmbir yolu.ibir degerler tablosu olusturmak ve daha uygun bir
degerler aral1g1 olup olmadigma bakrnaknr,
1. VGS icin bir deger secin
2. /p = loss (1- VGsfVp)2. ·
3 .. g,,, = g"'" (1- VcsfV1,), r,,, = llgm,
4. A,.= - Ro/rm den, Ro = I ,A,. I rm.
S. Akac direnci uzerindeki ongerilim dtismesini (loR0) hesaplaym.
{1)
(2)
Vcs
lo
(V)
(mA)
0
-1.7
-3
-4
-4.5
-5
-5.5
(3)
(4)
rm
Ro
(D.)
(kn.)
-----·--·-·-·
10
5
2.5
LI
0.625
0.278
O.Q7
·-----····"""'----·-· · ·--- -·-··--(5)
300
424
600
900
1200
1800
3600
Cr
6
8.5
12
18
24
36
72
60
42.5
30
20
15
10
5
/DSS·=6 mA
V,.=-6.V
0.05 µF
R,I
RGi
IOOMn
·-
R,z
-=-
(V)
____ .._
Vo
2N3797
Vi---f 1----+---'
foRD
.... _.,..__
Ro
Rei
910Mn
~ag1da, de ongeriliminin O ile -5 volt arasmda degi§tigi bir tablo verilmistir,
-
___,....,.
}
VDD = 20 V degerinde bu
gerilim dii~i.imleri cok
biiytik olmaktadir.
}
Bu aralik icindeki herhangi bir deger kabul cdilebilir niteliktedir.
i)o·ro,/1;e
i
l
l
l
Jc,
rn s c
~ekil 10.22'deki yukseltec devresinin tasanrmm kazancr, 8 olacak sekilde ta-
mamlayin.
v,m = +!O v
I
l
Tablodaki bilgilerden, 0 ile --4 V arahgmda bir de ongerilimi secilmesinin, 20 V
kaynak geriliminde cok buyukbir dii§ii§e neden oldugu gorulur, Kabul edilebilir
bir cahsma icin Va- ongerilim degerleri -4.5 ve - 5.5 v' arasinda secilrnelidir. VGS
-5 V secildiginde kanal direncinin degeri:
10s.r=l0mA
v,. = -6 V
=
Re
Ro= 36 Jen. olur,
IMU
VGS= -IoRs oldugundan Rs'nin tasanm degeri :
-Vcs
Rs=--=
·,D
-5
0.278 X 10'3
= 17.98
(18 kn. kullanm)
Bir JFET devresi icin Re=· l Mn secilmesiuygundurv Sonucta eldc edilen devre
~ekil 10.21 'de gorulrnektedir.
BiilOm 10 FET KO,;Ok Sinyal Analili
I
s-~!-il n: ..:.: Omek I0.15'tckira~:mm1~in
dcvre.
..._...
464
Rs
rs kn
BolOm 10.7 FET'II Viikselte9 Devrelerinin Tasanmi
465
·--.,
Ornek l0.l4'tekine benzer bir tablo, Yes degerleri arahgmm tamami icinde kabul
edilebilir bir ongerilim elde edilebilecegini gosterir, Vcs= -3 V alirsak:
~:s r
Vcs = -3 V (secilen deger)
lo= loss( I gm= gmn ( I -
= 6 mA (1-
Vv°:)-
rm=..L=_L_=
gnr I x 10·3
2(6
=! ~
r
= 1.5 mA
~0'3) { I - ~ ) = I mS
10000
Kazancirnn 8 olmasi icin,
Ro
rm+ Rs,
Ro direnei, de ongerilirn dii~iimii, Voo'nin yansi olacak §ekilde secilirse:
2
Rs2=3.6kQ
Bir yukseltec devresinin tasanrru yalruzca istenilen kazanci saglarnak icin eleman
degerlerinin belirlenmesini degil, ayru zamanda FETin de ongeriliminin ele alinmasim da gerektirir. Genelde karsilasrlan bir problem, tasanrnda arzu edilen ac kazanci icin eleman degerlerinin secilmesi haJinde bu degerlerin de ongcrilirn ~ahsmas: iyin uygun olmayabilecegidir. Ote yandan, elernan degeri uygun de
ongerilimi saglarnak iyin secilirsc, devre istenilen ac kazanciru vermeyebilir. Bu nedenle devre tasarrrmru tamamlamak icin FETin Yes ve lo dcgerleri ile llgili s1mrlann da de ve ac varsayirnlanna (hesaplarma) kanlmasi gerekir. Dikkate ahnmasi
gereken bntun bu faktorler karsisinda, temelde hangi devre ozelliklerinin ilk once
seyildiginc veya hesaplandigma ve hangi devre ozelliklerinin daha onernli goruldilgiine baglt olarak, bircok uygun tasanm-cczumu olabilecegi acikur.
Ornegin, de ongerilim ozellikleriyle baslayahm ve ongerilim devresinin Ioosf2'ye
ayarlandiguu dii~iinelim. Buna ck olarak, kanal gerilimini VO V00(2 olarak secersck, tasanrnrn geri kalan kisrm, var olabilecek bu ti.ir baslangic krsitlarnalan dahilinde hangi gerilim arahklanrun bulundugunu belirlemek icin incelenebilir. ~ekil
I 0.23'te, devre ve tasanrnda kullarulan denklemler verilrnistir.
=
A,=-8=
loRo = Voo
Rs1 = 130!1
..
= 12.5 V
Ro= IoRo = ~
= 8.33 kn.(9.1 kn kullamn)
lo
1.5 mA
DCOngerilim
VGS l
lo "'loss (I--}
Burada kazancm 8 olmasi icin ,
A,.=-8=
v,
-Ro
9.1 x 103
=----rm+ Rs1
1000 + Rs,
Rss= 9.I x l03 -1000 = 137.5
8
n
(130
A = - Ro
•
rm
n kullantn)
R,
Yes= Ve - Vs oldugundan ;
r
Rs, + Rs2 = 2.475 ± 3 = 3.65
1.5
x
10·3
x
103
n
Rs2 = 3650- 130 = 3520 ( 3.6 ill kullamn)
Boylece mevcut tasanm icin a§ag1daki direnc degerleri elde edilir:
Ro= 9.I kQ
BolOm 1 o FET K090k Slnyal Anellzl
•-
I
--------------m
100 Mn
(25 V) - 1.5 x 10·3 (Rs, + Rsi) = -3 V
910 Mn+ 100 Mn
·455
ACHcsap14malar~-
~ckil I 0.2J
Km
Dcvre ve tasaruu dcnklemlcti.
OR:\EK 10.16
I
Ongerilim seviyeleri t, == loss/2ve Vo= Voof2 olcak sekildc, loss = 12 mA ve V,,
= -4V tipik degerlerine sahip bir MOSFETf!llanarak bir FET devresi rasarlayrn.
Bi:ilOm 10.7 FET'li Yilkseltei; Oevrelerinin Tasanmr
467
.,.
(En yuksek gerilim kazanciru sagtamak icin V0o = 25 V'luk bir kaynak gerilimi
kullarnn).
Rs= Vo- Vcs
lo
Cozum:
Vos=(I-
V)
6 mA
= 26.17 v = 4.36kn
6 mA
degerinden kaynaklanacagim e!e alalim, Ancak son Rs dcgerinde Rs uzerindeki
gerilim dil§iimii,
Istenilen de ongerilirn kosullanndan,
Bunu saglamak icin,
= 25V-(-1.17
·,o = lsss: = 11...mA. = 6 mA
2
2
loRs = (6 mA) (4.36 ill)= 26.16 V
6mA )<-4V)=-!.17
o;;-)Vp=(1-y
'\/ Y';;;;
olacaknr, ki bunun da cok buyuk oldugµ aciknr,
En dil§ilk Vs degerindeki de ongeriliminl secersek:
12 mA
Rs=
baglantismdan,
195
Q (Rs= 200 Q kullarun)
Bunun icin Rc1 = acik devredir ve Roi= 100 MQ (yada istenilen baska bir buyuk
deger) olacaktir. Sonuctaki devre degerleri:
V0 = V00!2 = 25 V/2 = 125V,
loRo = Voo - Vo= 12.5 V
Ro= 12.5 V = 2.08 kQ (2 kQ kullanm)
6mA
Ro=2kQ
Rs=200Q
R01 = aflk devre
Roi= lOOMQ
aynea,
Vos =-1.17 V ongerilim diizeniydeki g,., degeri :
Km= Km<>
(1 - Vos)=
6 ms·(1Vp
-1.1
7 V)
-4 V
= 4.25
mS
ve
Tm=..1.=
8111
I
- 235
4.25 x 10·3
Q
Rs'in tarnamen koprulenmis halde en bilyiik yukseltec kazanci
3
A,.= -Ro = -2 x 10 __
8_5
T,n
235
R5'yu secrnek icin orijin noktasmdan 6 mA'lik i:ingerilim noktasma cekilen bir
kendinden-ongerilirn dogrusunun
Rs=
fu= L.11..Y.= 195 n
lo
6mA
degerinden kaynaklanacagmi, aneak en u9 durumda +25 V'tan de ongerilim noktasi/0 6 mA ve Vcs= -1.17 V'a giden bir kendinden i:ingerilim dogrusunun,
=
468
Bo!Om 10 FET KO,;;Ok Slnyal Anallzi
10.8 YUKSEK FREKANS ETKiLERi •
MiLLER KAPASiTANSI
Buraya kadar yapilan AC analizinde, devrenin sadece orta frekanslarda cahsrnasi
ele ahnrmsur, Daha yuksek frekanslarda, uclar arasmdaki devre kapasitanslan,
artan frekansa bagh olarak azalan kapasitif ernpedanstan dolayi, yukseltec kazancmda dil§ii§e neden olacakur. Transistorun yapisindan (ya da devredeki kacaklardan) kaynaklanan bu devre kapasitanslannm, devreye bagh olmayan, ancak
· devre ve transistor yapisnun bir sonucu olarak ortaya cikan kapasitanslar oldugunu gostermek icin, ~ekil 10.24a'da, kesik c;:izgilerle gosterilmistir, Her bir u9
kiirnesi arasmdaki transistor kapasitansmm gene! yiikseltec kazanciru etkilernesine
karsihk, en buyuk etki, a§ag1da tartI§tlacag1 gibi etkili kapasitansin yukseltec kazanci ile carpilmasma neden olan Miller etkisi nedeniyle giris ile 91k1§ arasmdaki
kapasitanstan gelmektedir.
BolOm 10.8 VOksek Frekans Etkileri-Miller Kapasltansr
469
elde edilir.
------Vo
..
Buda kapasitans degerleri terimleriyle if~de edilebilir
' .1.-C.,, • 2pF
,r,
\
I
,'>;_,-
'
.,.
C,•4pF ......
Re
!Mn
loss "
,,,/
12mA}
V ~-4V
p
Rs
CM=(l -A,.)C.¢,1
g,,.0•6mS
(10.23a)
(10.23b)
ki burada, CM, Miller kapasitansidir,
~ekil I0.24c'de gosterildigi gibi, hem Cx, hem de C,1:,/~en kaynaklanan ctkin
(efektif) giri§ kapasitansi, (10.23). denklem ile verilen ctkin kapasitansnr ve ~ogunlukla Miller etkisinden kaynaklanmaktadir.
Cs
soon
I
C1 =Ct,+ (1 • A,.)CM
\
IOOµF
()RNEK
(a)
10.17
~ekil 10.24'deki devredeki Miller kapasitansmi hesap\~ym.
(,:ii:r.iim:
ck .ilngcrilimi hesaplarsak VGSQ = -1.8
kcnligi:
v bulunur,
Ongerilim noktasindaki ilct-
- 2/oss - 2(12 mA) - 6 mS
(b)
~kil llt~?J
(cl
!~h
It
1.1
,A.... ,,, .. :,
\111
t
I
ii
g.,,.-1
8m
""·11'•''''·111.,11111, :, i,t,, 1111K.:~l.
MiLLER ETKiSi (Miller Kapasltans1)
Vp, -
= 6 x 10- (1
3
l-4 v I -- -- -~S
)= 3.3 ms
bu durumda r, degeri :
Bu transistor kapasitanslanrun en belirgin etkisi, ~ekil 10.24'teki devrede C.t" ilc
gosterilen giri~ ile ~1k1§ ~lli1 .arasmdaki kapasitanstan kaynaklanmaktadrr, Her bir
kapasitif empedans yiiksek frekanslarda yuklerneye neden olurken. giri§/r.1k1j kapasitansi Ctiden kaynaklanan ·etkili yillcleme miktan, yukscltcc kazanci ilc artar.
~ekil 10.24b'de, ~ekil 10.24a'daki JFET yiikseltecin ac C§dcger devresi verilmistir:
bu sekilde uclar arasi kapasitanslann etkisi de belirtilrnistir. Sekil I0.24b'de giri~
akrrm:
ve devrenin orta frekans kazanci :
A,·= -Ro
t'm
3
· .... ·•
= -1.8 x IO = ~5.94
303
Bu durumda Miller kapasitansr :
Buradan,
470
C,.,= (1-A,.)C,d=
BolOm 10 FET KO~Ok Slnyal Anallzl
[1-(-5.94)] (3 pF)=20.82 pF
861Qm 10.8 YOksek Frelclns Etidferl·Mfller Kapasllans1
471
10·9
FET'L! YUKSELTEy
DsVRELERiNiN
BiLGiSAYARLA ANALIZI
Bilgisayar, ~ok <;e§itli devrelerin de ongerilim ve ac kazanc ve empedans hesaplanru
oldukcaetkin bir §ekilde yapmak amactylakullarulabilir, ac kazanci hesaplanmadan
once de ongerilim hesaplan yapilmahdir, De ongerilirn hesaplan 7. Bolumde verilen
tilrden bir modiille yapilabilir. Denklemler ve bilgisayar komutlan 10.1. listede verilmistir. A§ag1daki programda (Liste 10.2), daha once gelistirilen de ongerilirn modillii kullarulmaktadir: aynca ~ek. 10.25'teki devrenin ac hesaplan icin 1300 modil!U
adt verilen yeni bir modiil eklenrnistir, Programm <;ah§Unlmas1yla elde edilen bazi
tipik sonuclar Liste !0.3'te verilmistir,
LiSTE 10.1 Modiil 1300 i<;in Denklemler ve
Ililgisayar Deyimleri
Denklernler
g...,=2/oss
lvp
g~=g·~(i
I
Bilgisayar Deyimleri
GO= 2 * SS/ABS(VP)
-t)
r,,,=J.....
GM= GO* (1-GSNP)
RM= I/GM
gm
+ RL)
+ Si)
Rp=RollRL
RP= RD * RU(RD
A. = - ____IJ_Q__
rR,+Rs1
AV "'-RP/(RM
R;=Rc1
IIR02
R0=Ro
V;=......B.i_ Vs
Rs+R;
V0=A,V;
.
··.-,
Rl =RI* R2/(Rl
RO=RD
+ R2)
VI = RI * V A/(RA + RI)
VO=AV
* VI
10 REH************************************
20 REM************************************
30 REM FET ac yukselte<; hesaplar,
i<;in modiil
40 REM 510 REH
60 REM************************************
100 PR! NT "Bu program, bi r JFET veya kana l aya ra lama
110 PRINT "l<;in de 6ngerifim hesa~lar1n1 ve"
472
1,
MOSFET"
Boliim 1~ FET Kii~Ok Slnyal Anallzl
120 PRINT "Sekil l0.23'teki ·gibl bir· devre i<;in"
130 PRINT "ac yilkselte~ hesaplamalar1n1 yapar."
140 PRINT
150 PRINT "A1a~1daki devre bilgilerini
girin:"
160 PRINT
170 INPUT "RGI (a<;1k devre ise 1E30 kullan,n) - ";Rl
180 INPUT "RG2
- ";R2
190 INPUT "Toplam kaynak direnci
,RS - ":RS
200 INPUT"
RD - ": RD
210 PRINT
220 INPUT "Besleme gerilimi, VOD - "; DD
230 PRINT
240 PRINT "A1aij1daki eleman bilgilerini giriri:"
250 INPUT "aka<;-kaynak doyma ak1m1, IOSS - ": SS
260 INPUT "ge~it-kaynak k1s1ma gerilimi, VP - ";VP
270 PRINT
280 REM
~imdi 6n gerilim hesaplar1n1 yapal1m
290 GOSUB 11000
300 PRINT "Kutuplama ak1m1, ID-": 10*1000!; "mA"
310 PRINT "6ngerilimler:"
320 PRINT "VGS -": GS; "Volt"
330 PRINT "VD - "; VO; "Volt"
340 PRINT "VS - "; VS: "Volt"
350 PRINT "VOS =" ; OS; "Volt"
360 PRINT :PRINT
370 PRINT "Simdi de ac yilkselte<; verilerini alal1m:"
380 PRINT
390 INPUT "Yilk direnci (yok ise IE30 al1n),
RL - ";RL
400 INPUT "Kaynak gerilim,
Vs - " : VA
410 INPUT "Kaynak direnci,
Rs - "; RA
420 INPUT "K6prillenmemt1 kaynak direnci, RSI - ";Sl
430 REM
Simdi FET ac hesaplamalar1n1
yapal1m
440 GOSUB 1300
450 PRINT
460 PRINT "Yilkseltectn gerilim kazanc,. Av - ": Av
470 PRINT "Yuk Qzerindeki
~1k11 gerilimi":
VL * 1000 "; "AV"
480 PRINT
490 PRINT "Yukse l tec kat i m n giri1 direnci. Ri-";RI/1000 "kiloohm"
500 PRINT "Yukse l tec kat i 91k11 direnci. Ro - ";R0/1000 "kiloohm"
510 END
Boliim 10.9 FET'li YOkselte~ Oevrelerinin Bilgisayar Analizi
473
11000
11010
11020
11030
11040
11050
11060
11070
11080
11090
11100
11110
Fl20
11130
11140
11150
REM FET de ongerilim
hesaplamalar,
GG - (R2/(Rl+R2))*DD
A-SS*RS/VPA2
B-1-~*SS*RS/VP
C-SS*RS·GG
D-BA2-4*A*C
IF D<O THEN PRINT ·,azom yokll!"
Vl-(-B+SOR
CD))/C2*A)
V2-(-B-SQR(O))/C2*A)
IF ABS (Vl)>ABS(VP)
THEN GS-V2
IF ABS (V2)>ABS
(VP) THEN GS-VI
ID-SS*(l-GS/VP)A2
VS-IO*RS
VG-GG
VD-DD·ID*RO
i~in
modul
c,
:STOP
v,
c,
os-vo-vs
11160 RETURN
13000
13010
13020
'13030
13040
13050
13060
13070
13080
13090
$<:hil 10.25
,c ,·~acl.,..pl:mtolannd•
kull,mlan yUk.,clt~ <11,vl\:Si.
REM Module to do FET amplifier ac calculations
G0-2*SS/ABS (VP)
GM-GO* (1-GS/VP)
RM-1/GM
AV-·RD/ (RM+Sl)
RI-Rl*R2/ (Rl+R2)
RO-RD
VI-RI*VA/ (RA+RI)
VL-AV*VI* (RL/ (RO+RL))
RETURN
Bu program bir JFET veya kanal·ayarlamal1
MOSFET
i~in de ongerilim hes ap l ar tm ve ~ekil 10.23'teki
gibi bir devre 1cin ac yukseltec hesaplamalar1n1
yapar.
Besleme gerilimi.
A~ag1daki JFET transistor bilgilerini girin:
Akac·kaynak doyma ak1m1, IDSS - ? 6E - 3
Gec1t-kaynak k1sma gerilimi,
Vp - ? - 3
Onger11im ak1m1 ID - 5.460326 mA
Ongeril 1mler :
VGS - -.1380968 volt
VOS - 8.171413 volt
VS - 1.638098 volt
VOS - 6.533316 volt
~1mdi
A~ag1daki
devre bilgilerini
de ac yOkselte~ verilerini
'> .... ,
'
alal1m:
girin:
RGI (a~1k devre ise 1E30 kullan1n)
RG2
Toplam kaynak direnci.
474
VDD - ? 18
- ? 110E6
- ? 10E6
RS - ? 300
RD - ? 1800
Bo!Om 10 FET K090k Slnyal Anallzl
Yuk direnci (yok ise 1E30 al1n), RL - ? 1E30
Kaynak gerilimi.
Vs - ? 10£-3
Kaynak direnci. Rs - ? 0
KoprOlenmemi~ kaynak direnci, RSI - ? 0
YOkseltec gerilim kazanc1. Av - -6.868568
YOk Ozerindeki ~1k1~ gerilimi: -68.68568 mV
9610m 10.9 FETII YOkselte~ Devrelerlnin Bllglaayer Anall:d
475
YOkseltec;
YOkselte<;
kat1n1n
kat1n1n
giri~
c;1k1~
direnci
direnci
Ri - 9166.666 kiloohm
Ro - 1.8 kiloohm
Bu program bir JFET veya kanal-ayarlamal1
MOSFET
i<;in de ongerilim hesaplar1 yaparak ~ekil 10.23 teki
gibi bir devre i~in ac yukselte<i hesaplamalar1n1 yapar.
A~ag1daki devre bilgilerini
RGl (Ac;1k devre ise IE30
RG23
Toplanan kaynak direnci
Besleme gerilimi.
girin:
kul l arn n)
VDD - 7 16
A~a~1daki JFET transistor
RS RD -
? 2 .1E6
? 270E3
? 1. SE3
? 2.4E3
bilgilerini
girin:
6ngerilim ~k1m1, ID·= 2.416309 mA
Ongeril imler:
VGS - 1.801678 volt
VD
10.20086 volt
VS - 3.624464 volt
VDS - 6.576393 volt
verilerini
~
10.3
1. loss = 10 mA ve
v,,
= --4 volt ozelliklerine sahip bir JFET kullanarak ~ekil
10.4'dek.i devre icin gcrilim kazancuu hesaplaym.
2.
~eki\ l0.4'teki devrede Ro yerine Ro = 1.8 kn"luk bir direnc koyarak yukseltecin gerilim kazancun hesaplayin.
3.
~ekil 10.4'dek.i devrede Rs = 330
saplaym.
n alarak
devrenin gerilim kazancim he-
4. loss = 8 mA ve Vp = -5 V ozelliklerine sahip bir JFET kullanarak ~ekil
10.7'deki devrenin gerilim kazancuu hesaplaym.
Akac;-kaynak doyma ak1m1, IDOS - ? 8E-3
Ge~it-kaynak k1sma gerilimi. VP - ? -4
~imdi de ac yOkseltec;
PROB LEMLER
alal1m:
5.
~ekil I0.7'deki devrede Ro = 5.6 ill alarak devrenin gerilim kazancuu hesaplayin.
6.
~ekil 10.?'deki devrede giri~ gerilimini 100 mV tepe alarak y1k1~ gerilirnini hesaplayin,
7.
Sekil 10.7'deki devrede Ro
ylk.J~ gerilimini hesaplaym.
8.
loss= JO mA ve V,, = --4 v olan bir JFET icin ~ekil 10.8'deki devrede Av, R; ve
R0 degerlerini bulun.
9.
~ekil 10.8'deki yuk direnci 3 kn olarak degi~tirilirse V;
gerilimi ne olur?
= 3.6
k.Q,
Rs1 = 150
n ve V; = 80
mV, rm., alarak
= 75 mV tepe
i~in i;:1kl~
Yuk direnci (yok ise IE30 al1n), RL - ? 10E3
Kaynak gerilimi, Vs - ? 100 E-3
Kaynak direnci,
Rs - ? 100 E*3
Koprulenmemi~ kaynak direnci. RSl - ? 300
10. Rs = 180 n icin ~ckil I0.9'daki devrede 'yukseltecin
YOkseltecin gerilim kazanc1, Av - -3.179261
Yuk uzerindeki <;lk1~ gerflimi:
-180.8138 mV
11. Girls, V; = 80 mV tepe ve R1• = 22 kffluk yuk icin sekil 10.l I'deki devrenin
'rlki~ gerilimini hesaplaym.
YOkseltec; kat1n1n giri~ direnci, Ri - 239.2405 kiloohm
Yukseltec; kat1n1n c;1k1~ direnci. Ro - 2.4 kilohm
12. R0 = 2.4 Jen ve
476
Bolum 10
BolOm 10 FET KO~Ok Sinyal Analizi
gerilim kazancrru
he·
saplaym,
*
10.4
bulun.
Problemler
RL
= 50 kn
iyin Sekil 10.ll'deki devrenin gerilim kazancim
.I
13.
v, = 120 m
tepe, Rs= 100 k.Q ve Rl = 20 k!l i9in ~ekil 10.13'teki devrenin \:tkt§
gerilimi ne olur?
14. $ekil 10. l 3'teki devrede Rl = 50 k.O'da 300 mV'Juk tepe gerilimi elde etrnek i9in
· gerekli giri~· sinyal geriliminin bilyUkJClgilnU bulun.
20. ~ekil 10.26'daki devrede, RL = 20 kn olursa ¥1la~ gerilirni ne olur?
~
I0.5
21. $ekil 10.15'tek.i devredeki JFET yerine loss =12 mA; VP= -3 V degerlerine sahip
bir JFET kondugu taktirde ¥1k1§ gerilimi ne olur?
15. ~ekil l0.13'deki devrede, loss = 8 mA ve V1, = - 5 V degerlerine sahip bir JFET
kullanarak, Rl = 3.3 kn ve RL = 20 kn iyin A,., R;, R0 ve V,, degerlerini hesaplaym.
22. $ckil 10.15'deki devrede Rt.= 10 KO'luk bir direnc ~lk1§a baglamrsa 9t.k1~ gerilimi ne olur?
n olmasi i¥in ge-
23. $ekil 10.15 teki devrede 2.2 k.Q'luk direnc yerine L2 kn'luk direnc konursa
¥tkl§ gerilimi ne olur?
16. $ekil 10.26'daki devrede JFET dinamik direncinin r., = 250
rekli Rs degeri nedir?
24. $ekil 10.16'daki JFET yerine, loss= 8 mA ve VP= -4 V degerlerine sahip bir
JFET konursa Vo1 ve V02 ¥•kl§ gerilimleri ne olur?
+22 V
25. $ekil 10.16'daki devrede kanaldan ve kaynaktan gorulen 9tki§ direnclerini hesaplaym.
l20Mn
26. $ekil 1 O. l 6'dak.i devrede, her bir ¥1k1§m 5 kil'luk bir yuke bagland1gm1 varsayarak Vo1 ve Vai'yi hesaplaym.
o.s l'f
27. $ekil 10.18'deki devrede JFET yerine, loss= 12 mA ve VP= -4 V degerlerinc
sahip bir JFET konulursa, ~ikI§ gerilimi ne olur?
28. ,$ekil 10.1 B'deki devrede 2.1 kn'luk kaynak direncinin yerine 1.5 k.Q'luk bir diren9 konulursa ¥1k.t~ gerilimi ve direnci ne olur?
§
10.6
29. $ekil 10.20'dek.i devrede JFET yerine loss = 12 mA ve V" = -4 V degerlerine
sahip bir JFET konursa devrenin kazanci ne olur?
~dil 10.:!{J '16'dan 20'yc k:id.>rolan problcml<r if;in dcvre.
30. $ekil 10.20 devrede Va ~1k1§ma Rl
rilimi ne olur?
17. Problem l 6'daki ongerilim iyin VofV, devrc kazanci nedir?
478"
n ahrursa, ~ckil
bir yiik bagland1gmda ~1k1§ ge-
31. $ekil 10.20'deki devredc 3.6 k.Q'luk akac direnci yerine 2.7 kQ'luk bir dircnc
baglarursa dcvrenin gerilim ~azane1 ne olur?
18. $ekil I0.26'daki devrede yilk uzerindeki ¥11Cl§ gerilimi nedir?
19. Rs2 = 220
saplaym.
= 10 kn'luk
J0.26'daki devrede V,JV; devre gerilim kazancmi he-
BOIOm 1 O Problemler
32. ,$ekil 10.20'deki devrede ylkl§m 350 mV olmasi icin girise uygulanmas, gereken
gerilimi hesaplaym.
Borom 10
Problemler
479
33. ~ekil l0.20'deki devrede 1.1 kn'luk kaynak clirenci yerine 820 Q'luk'bir direnc
kondugu talctirde olusacak 9tla§ gerilirnini hesaplaym.
§
10.S
38. $ekil 10.24'deki devrede R0 = 2.1 kQ ve C.fd
_ hesaplaym.
10.7
34. loss= 10 rnA ve VP= -6 V degerlerine sahip bir 2N4416 kullanarak, lo= loss/2
ongerilimi icin en az 5'li.k bir ac kazanci saglayacak bicimde Sekil 10.4'deki gibi
bir devre tasarlaym (20 V'luk VDD kullamn).
35. $ekil 10.27'deki devrenin tasanrmru, ac gerilirn kazanci en az 10 olacak §Ckilde
tarnarnlaym.
= 4.5 pf
icln Miller kapasitansim
39. $ekil 10.24'deki devrede Cgs = 4.5 pF ve Bo= 2.1 kn iyin giri~ kapasitansrru hesaplayin.
BiLGiSAYAR PROBLEMLERi
A§ag1daki islernleri yapabilecek BASIC programJan yazm:
=
36. loss= 6 rnA ve Vp 2.5 V degerlerine sahip bir 2N5362 kullanarak, lo= Iossf2'de
9al1§mak icin en az IO'luk bir ac kazanci saglayacak bicirnde, $ekil 10.23'deki
gihi bi- viikseltec devresi tasarlaym Wno= 30 V'luk bir kaynak kullamn).
1.
Sekil 10.15'teki ortak kaynakh devrenin gerilim kazanciru hesaplaym.
+30 V
2.
$ckil 10.15'teki gibi bir JFET devresinin giris ve yUCJ§ direnclerini hesaplaym.
3.
Sekil 10.14'deki gibi bir JFET kaynak izleyici devresinin giris ve 91kl~ direnclerini hesaplaym.
4.
$ekil l0. l 4'deki gibi bir kaynak izleyici devrenin gerilirn kazanciru hesaplaym.
5.
$ekil 10. l 7'deki gibi bir kaynak izleyici devre icin 91lo~ gerilimini hesaplayin.
6.
$ekil 10. l 9a'daki gibi ortak kaprh bir devrertin' 'iik1~ gerilimini hesaplayin.
37. $ekil 10.28'deki_MOSFET yukseltecinin tasanrrum, loo= foss/2 cahsmasmda
3.5'ten daha biiyiik bir kazanc saglayacak sekilde tamamlaym.
+JOY
510Mn
2N3797
0.01 µF
V1°4t---+--.,....
,'.?··
t;:~~~3
tJ.'l:.G,::t ..,.,x:
~~kit
51 Mn
480
r20µF
10.~S Probl<m37 i\:indevre.
Solum 1 0 Problemler
BolOm 10
Bllglsayar Problemler
· 481
-
,.,
+
~~k i I I I.I Kuko1 bagh gent! bir sistem,
.
.
•
Sisternin toplam (gerilim ya da akim) kazancim ifade etrnek yenne basil bir sayisal ornek iizerinde yalt~mak, ~oziimii daha acik bir bicimde ortaya koyacaknr,
A,.1 =-40 ve A,"2 =-50 ve-Vi1 =l"mV ise,
_
V -A x V- == -40 (lmV) =-40 mV olacaktir.
01 = V;2 oldugu iyin ;
.
,.,-
v
,.,
,
V02=A,-i
11.1
Boylece toplam kazanc A,7 = 2000 m V/1 rnV == 2000
GiRi$
Bu bdltimde cok kat!J sistemler ba~lig1 altinda hem kaskat (an arda bagh) hem de biIesik diizenlemelcr ele almacaknr, Kitabm amaclan a~1smdan kaskat bagh bir sistern, katlann cok iyi tammland1g1 ve .katlar arasmdaki baglanlllann birbirinc cok
benzedigi veya ayru oldugu bir_s\~!~m olarak anl~1lacak11r. Bile§ik sistem ise ~e~itli
ara baglanttlara sahip olan diger aktif elernan diizcnlemelerinin tamami i~in ortak bir
terim olarak kullamlacakur,
'
.
Bu boliirniin ilk birkac konusu, onceki boliimlerde geli~tirilen aoaliz tekniginin
kullamld1g1 ~ok kath sisternlerin incelenmesini kapsamaktadir. Bu bolumlcrin ardrndan, desibel (dB) ve frekan~1,{(~k ve ~ok kath sistemferin tepkisi iizerindeki etkilerinin aynnuh bir §ekilde' ;~i~teridigi diger boliimler gelmektedir.
. .:i'.'"titi
11.2
V;i =-50 (-40 mV) =2000 mV = 2 V
,-f
GENEL KASKAT B,A_GL1· SiSTEMLER
Kaskath sistemlerin tarusmasina b~lamanm en iyi yolu, ~ekil J 1.1 'deki gibi bir
blok semasm, ele alrnaknr. Soz konusu nicelikler §ckilde gosterilmi§tir. Her bir kaun
gosterilen A,. (gcrilirn kazanci) ve A; (akrm kazanci), her bir kat ~ekil 11.l 'deki gibi
baghyken belirienmi§tir. Baska bir deyi§le. her bir kata ili§kin A,, ve A; degerleri, her
bir kattn bag1ms1z (tek basma ele ahnd1gmdaki) kazanc1m gostermez. Bu niceliklcr
belirlenirken bir kann digcrine olan yuk etkisi dikkate ahmr, Biitiin-kazan~. gerilirn,
akrm vc empedans seviyeleri sadecc birer biiyiikliik olup kannll§tk degerler degildir.
Buradan, iki kaun toplam kazancmm her bir katm kazanclannm (A,-1 ve A,2) carpmuna esit oldugu acikur. Geoelol_arak n say1da kat iyin
I
I
l
A.7= ±A,.,A,-0,'3 .. ·A,.~
Aym iliski net akim kazanci iyin de ge~erlidir:
A;r=
,·,1<" ,id
(11.1)
I
±A;,A;t\;3···~~2:·,-:;:I
( 11.2)
Sekil 11.l'de gosterildigi gibi her bir kaun giri_~ v~ ~f!a~ ernpedansr, siste~dck'.
her bir katin etkisi goz oniine almarak bulunan 19~?"L';~_r?ir. Her bir kann degerle?n
cinsinden sisternin giris ve ~·kl~ crnpedanslan i~\P,}~.~m:t olarak uygulanan, ( l L)
denklemi gibi, gene! bir denklern yoktur, Bununla birlikte bazi durumlarda ~D1:'
transistoru, FET veya Vakumlu lamba) giri~ (ya da ~1k1~) empe~ans'. ~or'.11al <~larak,
sistemin sadece bir'bir veya iki kauru goz oniine alarak kabul edilebilir bir dogruluk
derecesiyle belirlenebilir.
. .
.·
.. .. .. • .
a" idaki
~ckil J 1.1 'deki temsili sistcmin toplam genl!m kazancmm buyuklugu a~ g ,
gibi yaz1labilir;
-I
I Avr 1I - -v
0•
V;1
Boylcce
1--1-ln,,Zl
l;1Zii
1-
.
( 11.3)
482
BOliim
11.2 Genel Kaska! Bagh Slslemler
483
Zt
A~ag1daki
• an I ~uac
.r ak
. .. . analizde
. . ·(11.3) denkleminin yararh old ugu
ur, Btr· adim
daha ileri gitrnek icm, akrm ve gerilim kazanclan
rezi
tif
"kl
·
·
d"
·
'"
s I yu er tt;m uzenlenirse
;
IA,r
ve
Air
l=l[""Ri;,
_
l;,R,,
,fo.l=ll~R1,I=&
Ii,
ApT I= I A,7 I - I Aq
l-lJ R·If
Tek katli yukselteclere ili~kin ge',111~ deneyimlerimize ve az once tamamlanan analizlere dayanarak, ac teplcisi i<;in devre yeniden qizildigi taktirde 4 ill ve 20 ill'luk di·
renclerin her ilcisinin de birbirine paralel gi:irunecegi at;lkur. Bunlar aym zamanda, emetor direnci CE ile koprulendigi i<;in yaklasik h;. = f3r, = 0,5 ill degerindeki Q, giri~
empedansiyla da paraleldir.
Paralel duzenlerne sonunda:
z1, = 20 ill 11 4 ill 11 o.5 ill= o.435 kn
P·I
elde edilir.
( 11.4)
bu da turn sistemin gti<; kazancidu,
~-ekil 11.l 'deki gibi bir sis~~in katlan arasmda, ele almmasi gereken ti<; kuplaj
(b~glan'.1) v~d-1r. Bunlardan ilk.i, Ut;ti arasinda en t;ok uygulanan RC-kuplajliyl1k~e telf s1stem_id1r. Daha sonra transforrnator ve dogrudan-kuplajh yukseltec devreleri
mce enecekur.
11.3
RC KUPLAJU
degerini buluruz,
Bir transistorun yaklasik kollektor ernetor ~deger devresinin sadece ly,,h akim
kaynag: oldugunu hanrlayahm. Bu durumda Vi = 0 oldugu zaman li,1 = 0 ve li,2 = 0
ve sonucta hi.Itri 0 olur, dolaytsiyla Z0, kontro\lU akim kaynagirun at;tk devre e~-
YUKS EL TE<;:LER
Tipik degerleri
ve ongerilirn
teknikl enru
· · gosteren
..
.• ·
.
RC-kuplajh transistorlti bir dkseltee
(ikt
kath)
~ekiJ
J
l.2'de
gortilmektedir.
"RC
kuplajlr"
t . . iki k
. ~.
b g1
.
~u eruru, t atm birbirine
a lanmaskmddakuplaj kondansatorleri ve ongerilim direncleri kullamlm.asmdan byn ak anma ta rr,
'
b' y~~~tk dldeger tekni~inin ternel amaci minimum zaman ve <;aba harcayarak basit
IC <;ozum e e ermekrir Zamandan tasa
f d
.
.
minimum
.' .
rru • evrey1 tekrar tekrar cizme say1smm
olmasuu gerektirir, Ashnda, iyirnser olarak Sekil 11 2'd lei d
d
· · bi -· 'I'• e
evre e ancak
ryi IC orjinal <;alt§ma sonucunda <;oziim bulunabilecegimizi si:iylemeliyiz.
=
degeri iJe paralel olan Rc2'dir. Yani,
....
Akim bolilcu kurahm uygularsak (Sekil 11.3) ;
I
t, =--trt;
R' + hit
= _...:..3.c.:..3...:..33.:.._..kn........;1,""·'
_
3.333 ill+ o.5 kn
Vee= 20V
QI, Q1 : hf•
h,_
"/3"' 50
= Pr. 5!! 0.5 ill
ve
=
lb, 0.87 I;,
Birinci kann kollektor akrrru Iq hf.fh1'dir. Bununla beraber lq, 4 ill'luk direnc
ve ikinci kaun ytiklernesi arasmda bi:iltinecektir. (Sekil 11.3) R" ve bir sonraki kaun
yuklenrnesini temsil eden 0,5 kn direnclerin paralel e~degeri, 0.385 kO'luk bir direnq gi:isterecektir.
=
f<c1
-I
Hl
ful
11,,
=/1!
-----.--::;,
: .....
\'
-
1.661
R'
3.333 kH
_
484
Bolilm 11
<;:ok Kath Sistemler
ve Frekans
Bo!Om 11.3
R"
kn
11 .. -= o., kn:: ikinci
katm
RC Kuplajh
yOklcmcsi
YOkselte;ler
..
.\'
~JP. f¢':!i':''\1
o.s icn
{'i(.
....
>·~
~
, ~\.·kil 11 : !;1 ve lh]. a.r.1..~ln<bld ilitkinin
i,·lil':,:111"-"'i.
485
Akim-bolucu
kurahm uygularsak
101
=
-Re, (lei)
_
Re,+ 0.385 kn
A,7 = A,.1A,'2 = (-35.09) (~66.70)
A.-r= 2340.50
,,
. ,.
-4 kQ (/c,)
4 kn+ 0.385 kn
(ht<lha) = -4 kn (50) (0.87 I;,)
4.385 kn •
4.385 kn
= -4 kn
....
'
.
!
(11.3) denklemini kullanarak
'
= (1017.0)(H!l)
I A,r. I= I A·IT ' · I 11..1
Z;,
0.435 kn
·, ,-:. rt
ve
.A ,,--.::::
.. - !,,, - . ..39 68
'
1;,
R" + h;,
=
1.667 kn Uii)
- 0.769 l;z
1.667 kn + 0.5 kn
ve
<;oo~ devresine akim
lni
=
I Avrl =I
bolucu kurahru uygularsak (~ekil 11.2 ye bakm):
Reif c, = 2 kn (hJ,1"2) = 2 kn (38.45 lri) _
t;
25_63
Re2 + RL 2 kn+ 1 kn
3 kn
·
ve
Aii = lnz = 25.63
/;2
ile
A,,= A;,An = (-39.68) (25.63)
A;rl ·
l~I
Z,,
()R:\EK ! l.l
~ekil l 1.4'deki iki kath yukseltec dev~ini~ gi~ ve 91kl~. empe~~m1, ~~rili~
hesaplayin. Ikinci kann bir ernetor-izleyici du-_
k a7,anc1n 1 v e akim kazancmi
.
zcnlcrnesi oldugun:, rlikk:'.tcdin.
= ·1017.0
Yee• 18V
AC kosullan alunda ~ekil I 1.2'de a91kya gorulen dogrudan baglann, V;'nin, birinci kat transistoriiniin girisine dogrudan uyguland1gm1 gosterir, Transistoriin emetor bacagr topraklanmis bir ernitor oldugundan, ac geriJim kazanci (yaklassk degcr
kullarularak) ~ag1daki gibi hcsaplamr:
= -RL
Av= -h1cRc.
h;,
= 2337.93
Eide edilen Aq degerleri arasmdaki kii9iik farl/4vr ve A;r i9in yapila~ ayr'. ayn
hesaplardaki ondahk kesir eldesinden kaynaklanmaktadtr, Bu ne~en~e il~rki _konularda ilk once Aq'nin bulunmasi Arr'den daha basittir. Bu nedenle 1len~e o~cehkle
A.,7 bulunmasi, daha sonra (11.3) denklemi kullamlnrak A;r'nin ~ag1dalci ~ekilde bulunrnasi zaman tasanufu saglayabilir:
·
Ikinci kat i9in:
'1>:i = ~
, ·:.
1,
Ra
200k0
c.,
+
v, -z,
r,
Birinci kaun yiik direnci olan Re.; Re1.Rs3• Rs4 ve h;, (= /3r,) = 0.3509 kn ile paralelidir. Boylece A,.1 gerilim yiikseltmesi (- (50) (0.3509)]/0.5 kn = -35.09'a esit
olur. Ikinci kat icin:
A,·z = -(50)(Re,
o.s
I I RL) = -(50)(2
kn
kQ
111
kQ)
= -(50)(0.667 k!l)
o.5 kn
= -66.70
o.5 kn
Boylece net kazanc
486
.... !-il !! .\
i\ynnhlt olur.lk incek:nccek iki k.11111r.1.nsist~rlU
dcvn:..
(:iizim1:
Z;: ac kosullan icin ilk kaun RE'si CE tarafmdan koprtilenecek ve Q,'in giri§
BolOm 11
9ok KatJ1 Slstemler ve Frekans
BOlilm 11•3
RC Kuplajh YOkselt99ler
487
ernpedansr
Boylece
=/Jr,=
(100) (10.74) = 1.074 k.Q olacaknr.
.
Yukandaki oldukca karmasik duzenlernelere, 9. Bolumde gelistirilen yaklasik
denklemler kullarularak. ne kadar hizh ,;:oziimler elde edildigine dikkat edin. Asag1dak..i ornekte r, degerlerinin hesaplanmasi gerekecektir,
'
C>RNt-:K
Zo: .ac kosullan icin devre ~eki1 1 l.5'teki gibi yeniden cizilebilir. Z; = (R.J/J) +
r.'dir; burada R, transistiiriln .bazma bagli kaynak direncidir. Bu durumda R, = 2
ill II 200k.Q 2k0 ve
s:
•
=
Z, =
2
k.Q
100
+ 4.51 = 20 + 4.51
Zo = 2:. RE2 = 24.51
I kQ
= 24.51
= 24.51
11.2
..
·.···
f
! \.,.,;
~ekil I I .6'daki devrede Z;, Z,,, A,., A; ve A,,'yi bulun.
Q
.Q
Yee «22v
!
i
Re
2 ldl
2001dl
R8
-
,,
·v,-------
-
c
1kn
B1
~=80
'•1 = 19.70
z,
S,~il I U ~ckil 11.4\lcki
'~vrc ~in Z,'mbuh.1nm.u1.
A,.:
vc
A,.,
v, = V"1
= -RL = -[Re 11 Ra 11 /3(Rr)
~
~
=-?. kn 11200 kn
10.74
v,><2 =
Buradan ;
I I 5o kn
I Zr.)]
-[2 k.Q 11200
kfl
II
~
= _ 2 ill = _186_22
100(1 ill
II
I kQ)]
10.74
0 V ve Vh2
r, degcrlerinin hesaplanrnasr gerekir.
= vi)
Q1 icin :
A,-:z = (V ,,,JV;2) = I.
A,7=A,,1A,'2 = (-172.27) (I) =-172.27
I A;r I = I AVT I ·
=
R'
ve
I i~ I
= R82 I I
f3<REi+ RE2) tarurm geregi,
= 22 kO 11
80 (3 kO) = 22 kn 11 240 kO
= R82
_ R' Vee _ Rs2 Vee _ 22 k0(22)
V81 R' + R111
RE,+ R£2 22 kQ+ 82 kQ
=ill.= 4.65 V
172.27(1.074kil)
JkQ
ve V1:1 = V81
= 185
468
(,:<izii m:
BolOm 11
<;:ok Kath Slstemler ve Frekans
BOlllm 11.3
104
- V8E = 4.65 - 0.7 = 3.95 V
RC Kuplajh YOkseltei;ler
489
Buradan;
IE,=
ve
Ve,
=~=
Re, + Re2 3 k.Q
r.,=~=~=
Is.- ;;. 1.32
1.32 mA
ORNEK 11.3 FET RC· Kuplajli Yllkseltef
RC-kuplaj1, ~ekil ll.7'deki iki kath FET'li yukseltecte de gosterildigi gibi, sadecc
BJT transistor katlan ile suurh degildir. Toplam gerilim kazancnu bulun,
1.9.70.Q
Q2is;in:
V80 = O
Vcc-(/3+ l)lsRc2-RFls22- (lO~?lo 10 k.Q-10610
IJ +lt
20V
0.7 = O
-
'
~J.3 = 2.01 x 106 ls
ve
Buradan
r
i
RD,
,; ls= 10.6 JtA
IE= le= /310 = (100)(10.6 µA)= l.06 mA
ve
rn..=~=~=24.53.Q
IE
1.06
A,.:
-RL = -{Re, 112;2)
Re, + r.1
Re1 + r,1
Av,=
ve
Bolum 9'dan(9.59. denklem) :
, f·
Im= 2mA
v
\t!.
.'\'
'.,
rd "'
12ill
301dl
Cc
0.Sf&F
O.SµF
IOOµF
Rs•
+.
C2
O.S1,1F
JMn
roozn
RL
JMn
Rs,
4700 Cs2
5~
v.,
IOOµF
.')c~ ii I I 7 lki kalli FETli yilkseh~.
FET kiiyi.lk-sinyal e§deger devresini yerine koyarak ~ekil 11.S'deki di.izenleme
,.t ··"I \'
eldc edilir,
Av2 = -RL ::: -Rc2
r<'2
ve
I I ZL = -
r<'2
6
z, = 2~3~83 /j 1ooc24.53)
5 k.Q
24.53
= -203.8:
= 4.906 kn I I 2.453 kn= l.6353 ill
'o:.;-,
..-,v...-.-.-.-~,-,-oo-.ktl--R-n,-,-JO_k_~_M_n-r--:_-:~
••
< :.,;.;-:-,
..-.!(-.. ~-:~--,.--1-00_k_n-~,-~-kn-,
H
Boylece ;
Av, =-(4.7 k.Q// 1.6353 k.Q) __ .J..2U.=.
I ill+ 0.0197 k.Q
1.0197 ve
AvT
A;:
= Av Av
1
2
=
= (-1.19) (-203.83) 242.56
I A;r I= I Avr I · I Z;, I= (242.56)( 14.26 k.Q) = 345.89
ZL
I Apl
490
"-y---"
12 kn h ~ kn "' 3.SJ
IOOkn I JO kn 11 ~tn .. 23 kn
10 k.Q
= I A;71 · I Av) = (345.89) (242.56) = 83.9 x 103
B610m 11
Cok Kath Slstemler ve Frekana
~l·I, ii I I _:-;~ckil I l. 7'dcki cl¢vrcni1i. ac klh;Ok~siny~I ~dcger devrcii ycri1\C kondukum sournki hJlli koy.1r.1k cklc edilcn bt.;imi.
..
Paralel elemanlan birlesrirerek ve toplam gelir kazancma etkisi olmayan elemanlan crkartarak ~ekil l 1.9'daki devreyi elde ederiz,
B6l0m 11,3
RC Kuplajh Yllkselte~ler
491
Vee= 8V
-v
v,
v,,,
l
l + ti·
- ,,,
2X 10-3 V.
23lcll VP2
-,
-.
' '":"
"r, = fJ = so
+
+
r>
.. 2x10-3
J:2
-+-
v.1'2
J.53Jcn
20kl1
·v.,
20k!l
h.,={Jr,=2kU
h0, ~ 20µA/V
~·~
,·,.~
:~
-i
.~d.il 11.\!
5:
I
5: I
(yO)cse!Uci)
(indirici}
~ekii I I .8'deki dcvrcnin, par.ilcl clemanlann bir~tirilmesiylc clde edilcn ycoi bi~imi.
4 kfl10µF I kfl.rOµF
"':"
oldugu aciknr,
":""
~d ii I I. IO lki kalh tnlllsfonnolor kuplajh tron,istllrlil yllk.<eho,;.
ve
Vg,2 =-(2 x 10-3 V11,1) (23 kQ)
Boylece
Vx,2 = -46 Vg,1
. Eksi isareti, 23 kQ direnci uzerinde akim kaynagindan dolayi dusen gerilimin paIaritesinin Vg,2 icm tammlanan polaritelere ters oldugunu gostermektedir.
Sonne olarak
V,, = -(2 x 10·3 V.f,2) (3.53 kQ) = -7.06 V8,2
Boylcce
V,, =-7.06 V11,2 =-7.06(-46 Vg,1)
ve
Av= V" = 324.8
= 324.8 V.~,1 = 324.8 V;
V;
olur.
.4
-::-
-:"
TRANSFORMATOR KUPLAJLI TRANSiSTORLU
YUKSELTE!;LER
· iki · katli transforrnator kuplajh transistorlti bir yukscltec · ~ekil 1 J. IO'da gorulmemektedir, Katlar arasmda dii~iiriicii transformator kullarulrrken V; kaynagma
yiikseltici bir transforrnator baglandtgma dikkat edin, Yiikseltici transformator sinyal
seviyesini yiikseltirken, indirici transformator, her bir katm yiiklemesini bir onceki
kann i,tla~ empedansma miimkiin oldugu kadar yakm bir §ekilde uydurur. Bu, rnaksimum gi.i<; transferi kosuluna olabildigince yaklasmak icin yapihr, Transforrnaror kuplajiyla yaprlan bu uydurma tekniginin etkisi a~ag1daki analizde acikca gosrerilecektir,
Bir katm de seviyelerinin diger bir katm ongerilim kosullanru etkilemesini onlemek
icin araya, bir kuplaj kondansatorunun koyuldugunu hanrlayin. Transformator.. bu
de izolasyonu eok iyi bir sekilde gerccklestirir. ·
Bu devrenin temel cahsmasi, transformator kuplajli sisternin, kollektor devresinin
di.i§iik de direncinden dolayi RC-kuplajh devreden daha verimlidir. Bir transformatorun primer sargr direnci RC-kuplajh sistemin buyuk kolektor direnei R,. ile
karsrlasunldigmda nadiren bir kac ohmdan biiyiikliir. Bu dii§iik de direnci cahsma
kosullannda daha az de gi.i<; kaybma neden olur. Dolayrsiyla <;lla§taki ae giieiini.in
giristeki de giiciine oram olan verimlilik bir olcude artacaktir.
Bununla birlikte transformator kuplajh sisternin bazi dezavantajlan vardir. En
biiyiik dezavantaji, RC kuplajh sistemlere kiyasla, (transformatorler nedeniyle) sistemin boyutlanmn bilyilmesidir. Ikincisi ise yeni tarnulan reaktif elemanlardan dolayi (bobinlerin enduktansi, sanmlar arasmdaki kapasitans) zayif frekans tepkisidir,
Sik sik onemli olan ii<,iinei.i bir faktor de transformator kuplajh sistemin (RC kuplajltya gore) artan maliyetidir .
Sistemin ac tepkisini incelemeye baslarnadan once, transformatore iliskiu temel
denklcmlerin gozden gecirilmesi gerekir. ~ekil 11.11 'de gorulen diizenleme icin:
.A
1,
- :.
Z;
.
BolOm 11
~ok Kath Sliitemler ve Frekans
Boliim 11.4
' "'
/2
i.~()!i .: f
f.
o----,--,
492
Sanm sayilan , _
..
. .. .
.
-
Transformalor Kuplajh Translstdrlu YOkselte,;ler
Sd. ii I I. I I Tomei tmns.
f0nn:u6, dlh:clllen'M::s~.
493
V3 = N2 V2 = l. V2
Ancak,
~
J-
(do,u,om -.
I '.~:z:=~
(11.5)
VL=
ve
11.5
l
5
V4
= 1(312.50
5
QI:
/J1
=40
,,1 = 13.47
r •.. u)
,;1d,:;.V
J,jr!,J
~CP:kfj nhc:tl-:Jtf
Qi:
n
/J2 = 100
,,2
.,s.~n
~cl. 1 I I 1.1 '.! KU~Ok-•inyal ac t~plcisini beli,lcmck ~in ~kil 11. IO'daki ka.,kat l10n,;fom~II!< kupl•jlt yOlcscl1~
8V
devn,sinin yenidcn ~izilmit hali,
,, ..· .
3.02v+
I;
,
fJ,
R11
Rc2
0.8 kSl
186Ul
Vt°.
1.1 kn
Vi =;;N2 Vi= 4 V;
Ni
1
'.
,2
l·.l:
l)c,~rm.la"·k.\1plajl11nu1."i~au,
~atfari.
A,., = !'.1. = -hfrZl = -llf,<=111i,,,, 11 Z2) = -50(50 kn I I 5o k!l) _ -625
v,
h;,
h;,
2 k!l ·
boylece ;
494
X 103 V;)
Katlar arasmdaki kuplaja, bu iliskin boliimde tarutrlacak ii9iincii kuplaj ti.irii, dogrudan kuplajdir. ~ekil l l.13'de gortllen devre iki kau dogrudan kuplajh transistorlii
bir sistcme ornek tcskil eder. Bu tip kuplaj, 9ok dii§iik frekansh uygulamalar icin gereklidir. Bu tiir bir duzenleme icin, bir katm de seviyelerinin diger bir kaun de seviycleriyle iliskili olacag, a91kllr. Bu nedenle ongerilim diizenlemesi, her bir kat icin
bag1ms1z olarak degil, tiim devre .icin yapilmahdir. 12 V'luk ii9 ayn kaynakkullamlmasma ragmcn, her bir kaynak icin yiiksck (pozitif) potansiyelli ii9 ucun paralel
y:1rifn1:1'1 h:1ffn1k
VC
625
Avr= .!'.'..!,_= 62.50 x 103
V;
.
DOG RU DAN l<UPLA,JLI TR~l·J:3if.
YUKS EL TE<;:LER .
=
direnci (Z1 ve Z3), h;, = 2 kQ oidugundan 50'kn dur, Frekansla iliskili faktorler 22
ya da Ziiin her zaman 1/h,,c'ye esit-olmasma izin venneyebilir. Bu tip durumlarda Zi'
ve 24 genellikle l/h0/ye miimkiin °6ldugu kadar yakm secilir,
~ekil I I .2'deki devrenin ayrmuh analizi a§ag1daki degerleri verir ;
V;) = -500 V;
5
= 312.50 x 103 V;
ya <la kelimelerle ifade edilecek ol~rsak bir transformatorun giri§ ernpedansr, yiik
empedansi ile sanm oranmm karesinin 9arp1mma e§ittir.
AC tepkisinde ~ekil 11.lO'daki devre §ekil ll.12'deki gibi olacakur, Maksimum
=
= L (-2500
V4 = -625 V3 = -{)25 (-500.V;)
Boylece
(11.7)
gii1y transferi i9in 22 ve 24 empedanslan'run, her bir transistorun 91la§ empedansi :
Z"
1/h0, - 1(20 µS = 50 kn'a C§it olrnasi gerekir. Bu sistemde lfhnc 'nin etkisi
gozonune almmahdir, Bu nedenle 9oziimde karma pararnetrelcr kullarulacakur,
Z, = a? ZL uygularsak, 24 = a2 RL (5)2 2kQ = 50 k!l, Z2 de, her bir kaun giri§
5
A.,2 = N4 = -llf,Zl = -{50) (25 kn)=_
N3
Ii;,
• 2JO
ve
(11.6)
Q~~
ve
Ni
Vi = ~25 Vi
= -625 (4 V;) = -2500 V;
BolOm 11
9ok Kath Slstemler ve Frek11ris
Dogrudan-kuplajli devrelerdc karsmuza 9ikan en biiyiik problemlerden birisi kararhhkur, Bir katm de seviseyindekiherhangi bir degi§im digcr katlarda yukseltilerek aktanhr, Emetor direneinin cldenmesi, her bir katta kararhhk elernaru olarak isler gorecektir.
9610m 11.5
Dogrudan Kuplajh TranslstorlO YOkseltei;;ler
495
(DC)
Ongerilim Kosullan
Zii
ve
A,,1
$ekil 11.13 te gosrerildigi gibi Vci = 8 V'luk bir ~tla~ gerilimi icin:
= f>iRE
2
= -RL1 = -Rc111
RE1
AY2
lo.; kn ~ .12..:....a.. = 5 rnA
lc2=h2E5
R1,:1
(LI k.O) = S.S
I Ad=I
VoE2 = 0.7 V
·1
V112 = Vc, = s.s + 0.7 = 6.2 V
Buradan,
olarak bulunur.
11.6
sonucunu buluruz.
h.n=~=_i.L=
3 kQ
/JkO
ve
lc1;;;
3
kn
>> lo2
1.93 mA
oldugundan
/3w = 1.93 mA
olarak kabul edelim.
= 110 k.Q
= _ 3 kQ I I ·11.0
k.0. _ -3 k.O.
1.2 kil
1.2 kil
R£1
= --0.8
= _2.S
kn = 0.7273
1.1 kQ1·'
A,T = A,.1A"2 = (-2.S) (--0.727.3) = 1.818
ve
mA
VE2 = (5 mA)
ve
{3iRE2
Re,
= -RL2 = -Rc2
'0.8 kQ
Bu nedenle
= 100 (1.1 kQ)
IA,.TI
=
Av
1.1 ~1=
IA,.I ·
ZL
4 kn)=
(t.818) { &
0.8·k.O.
IA;!= (1.818)(109.08)
109.08
= 198.3
KASKOD YUKSELTE<;
Yiiksek frekans uygulamalannda CB diizenlemesi, ii~ tipdiizenleme arasmda en
uygun karakteristiklere sahiptir. Bununla birlikte, cok dii~iik bir giris ernpedansma
sahip olmak gibi bir kusuru vardir {Z; h;b = r.). Sekil l l.l4'de gorulen kaskod duzenleme, CB duzenlemesinin giris ernpedans seviyesini tipik bir CE devresi kullanarak iyilestirmek icin tasarlannusur. CE duzenlernesinde kazanc, yiiksek frekans
uygularnalannda, giri~ Miller kapasitansirun etkilerini minimumda tutmaya yetecek
kadar dii.~iiktilr (10. Boliimde FETle ilgili olarak Miller kapasitansi konusunu ha-
=
trrlaym).
ve
Boylece
VE1
Vs1
ve
= (l.93 mA) (1.2 k.Q) = 2.32 V
= VE1 + VsEi
= 2.32 + 0.7 = 3.02 V
,--------o
Vo
v,o--..._--~
olur.
$ekil l l.13'te gorulen potansiyel seviyelerinin kontrolu a~1k~a gosterir ki, dogrudankuplajlt bir yukselticin ongerilim seviyeleri arasmda yakm bir baglanu vardir,
Sirndide ac tepkisini ele alahm. Incelemede, bu bolumde daha once tarnulrms olan
yaklasik deger teknigi kullamhr. Her bir emetor izleyici devrenin giri~ empedansi
= f3RE'dir.
Bu nedenle,
~~kil 11. I-I KaskO<I dU1.e11k111<.
496
BillOm 11
<;ok Kath Slstemlerve Frekans
BotOm 11.6
Kaskod YOkselte~
497
AC:
,~)/.
edin.
·
··
r,, = - l
A,,1 = ·rn
.
'
oldugundan her bir taraft /J1' ye bolerek
le, le · !
veya fo2:ln,
{3 .,
:.' -, Yee•
11.7
6.8.ldl
(
c,
C• SµF
I
Jr
O "02
a2
IOµF
S.6k'1
RB2
<P1 • 112 - 100)
v,lo
Q,
Cs zSµF
' .
R<2
e..
1.S/.0 :a 294.1
6.12
'J•
•,
A,,r= ~= Av1 A,-i = (-]) (2941.=I) = -294.1
V;,
ve
18V
l-, i
(Miller etkisi ncdeniyle istenen diizcyde dii§iik)
A ..2 =&:Re=
Buradan ;
--==~
/3
;;·= o;·run h;1,2 ve
....•.
Buradan bu bagh katm giri§ ernpedansr RL = r
·
DC:
vcya
= Yu,
= -R~'
Yi, . r,j ...
Av1
~ekil .l l.15'te kaskod yukseltecin pratik bir uygulamasi gorulmektedir, CE devre~mdek1 kolektorun, yinc CB devresinin emetonine dogrudan bagh oiduguna dikkat
BiLr:;;if<. f:0?E.
DARLiNGTON
. ··1Er:;j
Darlington devresi, iyilestirilmis yukseltec karaktcristikleri veren bir bilesik diizenlemcdir. ~ckil ll.16'da goriilen duzenlemc; yuksck giri§ cmpedansi, di.i§iik 91kl§
ernpedansi, yuksek akim kazanci gibi.bir akim yukselteciicin arzu edilen biitiln iyi
ozelliklere sahiptir. Ancak, 91k1§m ernetor bacagindan alinrnasi halinde gerihm kazancmm birden kil1yiik oldugunu gorecegiz. Dilzenlemedeld bir degi§iklik, 91kl§ cmpcdansi ile gerilim kazancmm iyilestirilmesi arasmda bir secim He sonuclarur.
Ongerilim di.izenlemesinin aciklamasr, akim geri bcslerneli Lek kath bir ernetor izleyicinin a4r1klamasma benzer, Darlington diizenlemcs1ndc ilk transistorun emetor
Vee= 20V
ln1 akimr, Ro1 ve BRE paralel birlesimindeki BR£ uzerinden gececektir.
= (~O?). (1 kn) = 100 kn v._e Ro3 4.7kn oldugundan, etkisinin ihmal edilebilmesi 1910, fo1 14.7 k!l'dan i;:ok kiii;:iik olrnalrdir. Bu yaklasrm /01•e uygulandigmdan lo2'ye de uygulanabilir (/02 !81 oldugundan) ve ·
R8
=
f3R~
-
=
Vo,=
Rt11 (Vee)·
Rs~+ Roi+ Rs,
=
2MS1
4.7 k!l (18)
_ 84.6
4.7 kfl 5.6 kn+ 6.8 ill
17.l
Z;
--
Darlington
dcvresi
= 4.95 V
ve
lu= VE, =Va,.
RE
Buradan ;
ve
VnE - 4.95 - 0.7 = 4.25 mA
Re
r,, = 26 mV = ..l§_= 6.12 n
le,
4.25
le, h2 oldugundan
=
'•1 = 6.12 .Q
498
-
I kQ
BolOm 11 ~ok Kath Slstemler ve Frekans
-+akirrumn, ikinci transistortm baz akmu olduguna dikkat cdin. Dcvrc, kii4riik-sinya ac
formunda ~ekil 11. l 7'deki gibi gozukecektir.
8610m.11.7
Darlfngton.BlleJlk DOzenlemesl
499
V,
z,
gibi olacaktir:
Ra
ve
s~hil 11.11
iyi bir yaklasik deger icin, bu denldemler birinci kata uygulanamaz. Nesemizi ka91ran bir olay da Z;2'nin ·lfhoe degerine yakmhg1d1r. Haurlanacagi gibi, pek cok durumda 1/hn, >> Zl oldugundan 1/hoe ihmal edilebiliyordu. Darlington dUzenlemesi
icin giris empedansi Z;2'inin 1/h"" degerinc yakm olmasi 1/h.,/nin de goz onunde tutulmasmt gerektirrnektedir. Boltlm 9'da tek kath emetoru topraklanrnis bir transistorlu ylikseltec iryin l/h1>e'nin incelendigi bir durum vardi. (9.71. denkleme bakm.)
h1,1, = h1ei = hi, ve h,,,,1,
!E..= ,;, =
,,,,
icm ,
2
hr'Js.s.
1 + ho,hJ,RE
Z;1=
(11.12)
I
A~agidaki parametre degerleri icin :
=
I
(1Ll3)
=
h[,J, "iei h1, = 50
hteJ, = lien, h;,2 = 0.5 kn
hoe 1, = hoci= hoe= 20 µA/V
ve
Ii
= hoc2-- h oe
hr, .
l + h,,.ZL
A;::
A;=
(11.11)
A; = Ul..=
hfe,
1 + """' (h1t1.RE)
11
ve
1
+ (20 x
(50)2
10-6) (50) (I kn)
= 2500 = 1250
I + 1
(11.8)
Buradan;
hf
l + h.,,h1,RE
Z;, -
h[eRE
- <50)2 (1 kn) = 1250 kn= 1.25 Mn
I + ho,hJ,RE
2
Boylece Rn = 2 Mn icin,
u.:
(11.9)
I;
ho,hJ.f?.E« 0.1 icin iyi bir yaklasrm (% IO'luk bir yaklasikhk icinde) ;
I
A;: h)=
ff
olacaknr.
Z;2
1, =
= l1J<2 RE, ilk katin emetor direnci
=
(l 1.10)
Rpli
oldugundan ($ekil l 1.17'ye bakm), birinci
BiilOm 11
2
2Mn
-1
Mn + 1.25 Mn
= -,f,_
= (1250)(0.615)
ve
Buradan;
z, = 2 Mn 11
3.25
= 0.615
ls:
t,
= 769
Z;1 = 2 Mn 11 1.25
Mn = 769 kn
Sik sik, Darlington devresinin akim kazancr, 1/ho, di.kkate almmaksizm sadece
A~= h~ olarak dii§iintiliir. Bu durumda A~= h~ = 2500 olacakttr, Ku§kusu~ 2500'e
Rn+ 2;1
kaun giris ernpedansi 2;1 h),1 (Z;2 I I llhoe) olacakur, c;unkti Z;2 = llfei RE ve 1//10,,
kiiyiik sinyal e§deger devresinde birbirine paralel gortinecektir, Sonuc ~ag1daki
500
-----
Arr= In= f.g_!J.= A; x
Ii Ii I;
$ekil 11.17 de tammlanan Afr !JI; akim kazanci akirn boliicii kurah uygulanarak belirlenebilir :
Rn
Rn+ 2;1
<;:ok Kath Slstemler ve Frekans
karsihk 1250 kesinlikle iyi bir yaklasirn de~ildir. Bu nedenle l/h0;nin etkisi ilk
katm akim kazanci belirlenirken goz onune almmahdir.
t;ikl§ empedansi Z0, dogrudan dogruya emetor · e§deger devresinden a§ag1daki
BolOm 11.7 Darlington Blle~lk D!izenlemesl
501
gibi bulunabilir. ilk kat icin:
Gu9 Transistorleri
{11.14)
Kati Hal
BolOmO
= o + t kn
== 20.0
2N6383 2N6834 2N6385
n
50
(l l.15)
ve
= c200
---------,
50
50
= 10.40 n
I
~
I
~
'(
Giristeki tarusmada da belirtildigi gibi, giri§ empedansmm yi.iksek, 91k1§ empedansmm 9ok dii§tik ve akrm kazancmm isc yiiksek olduguna dikkat cdin. ~imdi de
sistemin gerilim kazancim inceleyecegiz, Kirchoff gerilim yasasiru ~ekil l l.16'daki
devreye uygularsak:
=
V0 V; - Vhci - Vhci
<;1k1§ potansiyelinin, giri§ gerilimi eksi her bir transistorun baz ernitor potansiyeli
kadar olmasi, V0 < V; oldugunu a91k<;a gosterir, Bu da biiyi.ikliik olarak srfirdan 9ok
bire yakmdir, Yaklasik deger ternelinde emetor C§deger devresinden elde edildigi
gibi, §U formulle ifade edilir :
14.
=
uc BAGLANTILAAI
40 • 60 • 60 Volt, 100 Wall
5 Amperde 1000 deOerinde kazang
I I so kn) + o.5 kn = 2on + o.5 kn _ 52on
50
1 O Amper N • P • N • Darlington
Gu9 Transistorleri
1.bilC:~·8U
2.t>acak. • E:molOI
K4t· KoltklOI
GOvde ·KohklOt
6zeU;Jiferf:
Uygu/amaJall:
• On sOriieu otmadan IC'den ~f'lbilrne
• V(il<sok sicakhkta dO¥if< ka¢ alom
• ~
aoacro.J
• Seri vo pa,alol rogO!atllrler
• Ybk
ters
yOroe oonci-krntma yet~
ve 2N6385' du$ii~ •• Orta trel<ansl• guc; uygu·
lamalan ~in dizayn edilmi$ tek n-p-n so1isyum Oarti<lgton trar>sistMe«iir. au elemanlann 91l epilaksiytl yapist. iyl bit ~eri v•
tors yO<'llii kmlma yelene{ji sa(jlat. Vuksek kazat>l;lart, ~-<Ian
anteg,e devroloolensiitOlmelerinisa(jlat.
2N6363, 2N6384
,------------""
I
• Oaha Oocekl adlan RCA Dov.Nos.TA8349,TA8486ve TA8348
I
I
I
I
I
I
I
l
I
I
I
1
L-----''-----I
anahtar\ama • Sos yuksell
• C•ki<; siinicOleri
.1
•a
• rs •
------
(l I.16)
+ h;..j(hJeiRE)
Bu gene! ornegin sayisal degerlerini yerinc koyarsak:
MAKsiMUM ANMA DEGERLERi, Mutl1k Mak•lmum Dttg1rl1r
:N63a5 2N6384
A,,=
I
I + 0.5 W.150 kil
I
= 0.99
I+ 0.01
• KOLLEKTOR-BAZGERILIMI
KOLLEKT0R·EMET6RGERILIMI
Harici baz-emelOrdirenci {Rl!lo) •100!l lo. sOrekli
Baz. a.;1k d&'f're,sOrekli
10 A'lik bir RCA npn Darlington giiy transistorunun karakteristikleri ve nominal
degerleri ~ekil l I.18'de vcrilrnistir. l l.19-24. numaralar arasi §ekillerde bazi karakteristikler gorulrnektedir. Vcrilcn bilgilcr devrenin tarnanu icindir; {3 degcrleri tck
tek verilrnemistir, 1 Karakteristiklerde, iki transistore iliskin dii§il§ii icerrnesi nedcniylc V8e'nin artmis olduguna dikkat edin. Aynca ly,'nin lkHz de 3000, 2 MHz
de isc yalrnzca 20 olduguna dikkat edin. Frekansm, transistor performansi iizerinde
belirgin bir etkiye sahip olacagr acikur, ~ekil l l. l 9'da kolektor akmunm amper cinsinden verildigine ve darbeli s:ah§manm akimm yiikselmesini sagladrgma dikk:at
'Bat tars yonde Vae. ·1.5V1a ongerilimleomif, ABB• HJQ n
' EMET6R-BAZOERitlMI
• KOLLEKTORAKIMI
edin (darbe ne kadar uzu?s_a ~2:i? verilen akirn da o kadar dii§iiktiir).
• JEOEC kay111t veri fonnab JS-6 ROF·2"yeuyvun ola<ak
I
Ynni.
502
l'f, = lcflb.-bOylece 1m11sisto,
b.irfqi'l'_i tek bir cleman, gibi dUjUnUlmUitur.
Boli.im 11
I
__ ...1
<;ok Kath Sistemler ve Frekans
SOt&kll
80
60
40
y
vceR{sOrl
Vceo(sOt)
vcex ..
eo
60
40
40
y
80
60
60
veso
ic
Topg
' S0REKLIBAZ AKIMI
• TRANSISTOR coo HARCAMASI
2S•C'ye kRdOr tOm kd1f IMC&hklannda
2s•c·,.;n Otttlnd• 10m luhf s11:,,s,1i1<1annc!•
• SICAJ<LlK ARALl~I
Saklama ve ~ltf'N' (Jorl<sjyon)
• BACAK SICAKLl~I(L&himi.me 11ra11nda)
Owrma dilzi.mlnden 1132 lnc; (0.8 mm) veya daha uzak
meufede 1 O •· sOreyl6
~ekil I I .JS
·2N6383
vcso
ta
Pr
eo
5
s
40
5
v
v
v
10
15
10
15
10
15
A
A
A
0.25
0.25
0.25
w
-253-
100
100
100
-lll<z.$ek.9.20---65ilA+200-
'C
'C
RCA NPN Darlington g~ trandsrnrleri (RCA Solid State Divii:ion'un izniylc)
BolOm 11.7
Darlington Blle§lk DOzenlemesi
503
Kilif S1cakhjl (Tc) -.25°C
8
8
6
"'
4
Kollc.kl«-cmcC&gcri1im1 (Va)•SV
2
I
10
8
6
~.,
~ ;:::~c,,.
~
4
Darl>ell~.
2
le (mab.) darbcll \
IS -,-M-rr,,
,,.<~-~~~ .. I'.~
~g_\~=-J I
2
~-~ ~·~ ... 1,
~.~\
~~r
\~
2 _•Tele
tekrad.uvnaym
...__ daJbe lcln
,,..,~s~.=
I
8
6
'
\
;~ ...
I
I
I
I l I
I
I
I I 11
I
I
I
I
I
I
I
Vcro(maks.)• 60V (2N6384}
I
.
~~<~·~ ~ ~ V (~63~.
2
4
6 8 10
2
IIII
\
I
4681
0.1 2
2
~
4 6
Kollclr1«alann (/c)-A
JC.oUc:ld«~gcriliml(Vcv-SV
Ktltf sakbp (Tc) -
l)lS
I
4
de
6 8100
25°C
8
SO ms
Is
---- -- I
4
2
kar.1kteris1ilr.. lc,:ri.
I ms
S
1
~~!-ii 11.21 1ilm ti pier i<;i111ipil:: de beta
I'
1"''
2
4
6 8
"\
·JC.oUc~-anet6cgcrillml O'a;)-V •
'-;1,•k1I
46810
KolleklOr umu (/c)-A
I
SOµs
I II
l
VCE.O(males-) - 40 V (2N6383)
2
1<>2
\
'
4
I
~:~~
l'-1.- I
~
\
4
2 ,... (tc) ,
Jps
""i..
t>
--~~
I~
~L-~~~
4
.....
/.,/'
I\.
\
I I, I 'J llthd1t 1i1tkr i\·in m:1\.'111\um .,;:1h~11t:1 :il:1111
I'\
2
10
0.01 2
\
i\
4 6 80.1 ~
4 68 I
Frcbns (J) • MHz
~
4 6 810
~,-~ ii 11.221'llm 1ipl~r i<;in tipik kU~Ok·
siny.-1 kn:11•: c.:grisi.
~ekil l l.20'de oda s1cakhg1 ile baslayarak, nominal gtic; degerinde gorulen clii~u~
dikkatimizi ceker; ~ekil 11.21 de ise de fJ degerinin kolektor akimma ka~t cok hassas oldugunu goriiriiz. Frekansin ac kazanci uzerindeki etkisi, ~ekil l l.12'de daha
0
504
25
50
75 100 125 ISO 175 200
l(tltf Slcaldsp (Tc)-°C
~~!- ii
Bolum 11
I I .~II Tiim 1ip!er i~in gil~ dOjOnne e~risi.
~ok Kath Slstemler ve Frekans
dikkatli tammlanmrsnr. 0.1 MHz ya da 100 kHz'de belirgin bir dU~ii~lc baslar, Sekil
l I .23'te iki transistor nedeniyle V7nin (kesim gerilimi) ve l 1.24 re mA cinsinden
verilen baz akimm seviyesindeki arusa dikkat edin. "
Bolum 11.7
Darlington Bile~lk DOzenlemesi
sos
Bu durumda, karma parametreler ve admitans paramctreleri verimistir. Melinde sunulmayan admitans parametreleri, sadece, transistor icin baska bir e~dcger devrenin
pararnetrelcrini temsil eder. Transistor ,;:ifti icin giri§ empcdansmm yuksekligine vc
esdegcr 1/h,,. = 9.3 kfl degerinin dii§iikliigiine dikkat edin. dB cinsinden kazanc,
a§ag1daki kisimda tiiretilecek olan denklemlerle tamrnlanacaknr.
=
=
Kelimelerle ifade edilecck olursak denklem, 64'tin 4 tabanmdaki lolgaritrnasirun 3
oldugunu soyler, Genelde: log, a = x. ifadcsindeki dcgi§kenler arasinda, 111· = a'ya
Kollck16r-emetllrgerilimi (Ytv-SV
!1 7.:
gelmektedir. Yani gii,;: seviycsindeki, ornegin 4 W'tan 16 W'a ohm bir artis, scs seviyesinin de 16/4
4 kat armasi anlarmna gelmez. (4)2 = 16 C§itliginclen de anl~1lacag1 gibi dB, 4'iin kuvveti kadar, yani 2 kat artacaknr. 4 W'tan 64 W'a yukselmesi durumunda ses seviyesi, (4)3 = 64 oldugundan 3 kat artacakur. Logaritrnik
iliski a§ag1daki gibi yazilabilir:
log, 64 3
benzer bir iliski kurar.
Standartlasurmaya yonelik r,:ali§malarm getirdigi zorunluluk nedeniyle bel (B), PI
ve P 2 giir,; seviyeleri arasinda ili§ki kurmak ir,:in a§ag1daki denklernle tarumlanmisur:
10
1---+-+---+--+--•-------t
G = log,o Pi
be(
Pi
ca
2.S 1----+--+--+-__....,,
0
~i.:kil 11.2.l
TUm tiplcr ",in lipik p:id~
sin~tt1i karuk1eristikleri.
( 11.17)
Ortak yada 10 tabanli sisremin, degi§kenligi ortadan kaldirmak icin secildigine
dikkat edin. Tabanm artrk orijinalguc seviyesi olmarnasma ragmen denklem, giir,:
seviyelerindeki degi§iklilder nedeniyle ses seviyelerinde ortaya r,;tkan degi~meleri
karsrlastirrnak
it;:in bir temel olusturur, Bel terimi Alexander Graham Bell'in soyadmdan gelmektedir.
Ne var ki bel biriminin pratik acidan cok btiyiik bir birim oldugu anla§lld1g1 icin,
bel'in lO'da biri olan dcsibcl (dB) tammlanrmsur. Bu nedenle ;
(11.18)
Elektronik ileusim cihazlannin (yukseltecler mikrofonlar, vs.) nominal U<; degerleri, ortak dB cinsinden oranlamr. Ancak (11.18). dcnklem, desibcl oranmm, iki
0
2
4
6
8
10
12
cv· V
,14
KoUek16r-anctOr gc:rillml( V
11.8
~dit 11.2.J 111m 1ipl<r l~in 1ipik ~1k11
siny;\I l,..;m~klcriitliklcri.
DESiBEL
Gdom = 10 log10
Desibel (dB) kavrami ve ilgili .. h~saplamalar, bu boltimiin geri kalan kisimlannda
artan bir onerne sahip olacaku,~1,J?,esibel terminin tcmcli kokcn olarak, cski bir gcrcekten, ses ve giir,: seviyeleri arasinda logaritmik bir iliski olmasi gcrccginden
506
giiy seviyesi arasmdaki bilytiklilk farkmm bir olyiisii oldugunu oldugunu a,;:1k,;:a gosterir. Belli bir Uy (9da§) giicti (P2) icin bir referans giiy seviyesi (P1) olmasi gereklidir. Refcrans seviyesi, bazen eski .6 mW standardinm kullarnlmasma ragmen,
genelliklc I mW olarak kabul edilir. l mW'bk giir,: seviyesiyle ilgili direnc, ses ile§iti§im hatlanrun karakteristik empcdansi nedeniyle 600 n olarak secilmistir. Referans seviyesi olarak I mW uygulandig: zarnan desbel sembolii r,;ogunlukla dBm
olarak kullamhr. Denklem formunda §i>ylc ifadc edilir:
Boliim 11
<;:ok Kath Sistemler ve Frekans
--1:L
I mW
I
dBm
S1k srk uygulanan ik:inci bir desibel denklemi
BolOm 11.s
Deslbel
(11.19)
IIOOCl
d~tia vardir.
Bunu anlatrnamn en iyi
507
A,T = A,.1A,.1A,.1
uygun logaritmik bagmuy; uygularsak:
yolu ~ekil l l.25'deki devreyi goz onune almaktir. V;, V1 gibi bir degere esir ise, P1 =
V/IR; olur; burada R;, Sek. l l.25a'daki sistemin giris direncidir. V/nin, V2 gibi bir
degere yiikseltilmesi veya dii~iiriilmesi halinde P2 V12/R; olur. Giiy seviyeleri arasmdaki farki desi1?el cinsinden bulabilmek icin ( 11.18) denkleminde degerleri yerine
koyacak olursak :
=
Gda
= IO log,o
•••
A,.,,
G; = 20 log!O Avr"" 20 log10A,.1 + 20 logu0•'2
+·20 log10A,1 + ... + 20 log10Av,,
(dB)
Baska bir deyisle denklern, kaskat bagl.t bir sistemin desibel cinsinden kazancmm,
her bir k:atm desibel kazanc1mn toplamt oldugunu soylernektedir. Yani,
Pi IO log,o V!IR; = 10 log10 (Vi )2
P1
V1/R;
Vi
I
Gv =·~vi
+ GY2 + G".l + ... + Gvn
(~B) 1 ·
Yukandak:i denklemler ak:tm hesaplannda da kullamlabilir. P2
Roic,;in,
(a)
~ .. -~.1
! 1 J .~:' ( 11.18). dcn\demin inct!lconM:1indckullaml;m dlizt!nkmdcr.
ve
ve
(11.20)
Bununla birlikte bu denklemin sadece uygulanan her bir gerilim icin ilgili direncin
ayru olmasi halinde dogru oldugunu unutmaym. Giris ve y!k1~ seviyeleri karsrlasnnlan ~ekil l l .25b'deki sistem icin Z; ZL olacak ve ( 11.20). denklern dogru
sonuc venneyecelctir. Bu nedenle (11.18). denklemin kullarulmasr gerekccektir.
(11.18). denklemde, PL= V~_(ZL cos {}), vb. olacak sekilde Z; = Z; cos 1 ve ZL= Z1.
cos 8t. degerlcri yerine konursa, ~ag1daki gene! denklem elde edilir:
*
Z1.
cos
(Ji.
ve P2 =
!(
a
f
Jog1
*
«;:ok Kath Sistemler ve Frekans
10,000=x
b
veb-,.=a
=
Biiliim 11
0
Orneklere gecmeden once logaritmik fonksiyonlarla ilgili temel islcmleri ele alacagiz. Bircogunuz icin bu sadece bir ozet olacaknr, Bazilanmz icinse a§ag1daki bilgilcri tam olarak: anlamak icin biraz zaman gerckebilecektir.
Bu krsimda verilen her bir denklemde ortak veya IO tabanli logaritmik sistem kullarulacaktir. Giris tartismasmda da belirtildigi gibi, Secilen tabarnn kuvvetleri olan
sayilann logaritmalan kolayca belirlenir. Ornegin
(11.21)
En cok karsrlasrlan rezistif elemanlar icin cosB; cost1i, 'dir ve son terim Jog10 (I) = O olur,
Buna ek olamk:Z; = Z1. ise ikinci terim de aulaeak, bu da ( 11.20). denklemi verecek.tir.
S1k sik, empedanslann farklt olmasrmn (Z; Z1.) etkisi ihmal edilir ve ( 11.20)
denklem sadece gerilim veya akim seviyeleri arasmda karsilastrrma terneli olusturmak icin kullarulrr. Bu rip dururnlar icin desibel kazancrrun, giic; seviyelerine uygulanan yaygm desibel k:ullammmdan ayirmak icin, desibel cinsinden gerilim ve
aktrn kazancr olarak ifade edilmesi daha dogru olacaktir.
Logaritrnik iliskinin avantajlanndan birisi, kaskat bagl1 sistemlere uygulanmasrdir, 6rnegin kaskat bagh bir sistemin ioplarn gerilim kazanci a~ag1<laki sekilde
verilir:
508
=uR
(11.25)
e
V;
{1 l.23)
dB
(b)
G,m = 20 log,o .!'.'..1,_+ lO loe0 Z; + JO loo0 SQ~_§_
(11.22)
ya da (lOY = 10000
x = 4 sonucunu verecektir.
ayru sekilde,
log10 1000 = log10
log10 100 = log10
log10 10 = log10
Iog10 1 = Iog10
(10)3 = 3
(10)2 = 2
(10)1
1
(10)0 = 0
=
24.8 gibi bir saymm logaritmasi
log10 24.8 = x
Biiliim 11.8
Desibel
509
veya
10'
= 24.8
Bilinmeyen x degerinin ile 2 arasinda oldugu acikur; ancak logaritmik fonksiyon olrnamasi halindc degerin bulunabilmesi tam anlarmyla bir deneme yarulma
sureci olacaktrr, Bir saymm logaritmasuu bulma islemi, ayn ayn belirlenecck iki
eleman gerektirir, Bu iki elernana karakteristik ve mantis denilrnektedir. Karakteristik, logaritmasi bulunucak sayi ile ilgili lO'un kuvvetidir,
24.8 = 2.48 x 101 ==) I = karakteristik
4860.0 = 4.860 x 103 ==) 3 = karakteristik
Gtir;: oranlan icin, negatif bir desibel oraru, ba§lang1y veya giri§ gucune gore gi.ic,:
seviyesindeki azalmayi gosterir,
ORNEK 11.4
100 dB'e karsihk gelen kazancmm genlik degerini bulun.
<;oziim:
(1.18). denklemnden;
G<la = JO logro Ex ; 100 dB==) logio h = 10
Pi
Pi
Mantis yada logaritmarun ondahk kismuun, bir tablodan vcya bir hesap makinesiyle belirlenmesi gerekir.
P2 = 1010 = 10,000,000,000
Pi
Bu ornek, pratik cihazlardan beklenebilecek desibel degerleri arahgiru ar;:tkc,:a
gostermektedir, Ileride yapilacak hesaplarda elde edilecek 100 civannda bir dB
dcgcri kesinliklc gozden gecirilmelidir,
Gercekte SO dB'lik bir kazanc,
100.000'lik bir kazanc biiyiikliigiinc karsihk gelir ki bu da c,:ok biiyiik bir degerdir.
Boylece,
loglO 24.8 = 1.3945
log10 4860.0 = 3.6866
Kuskusuz, hesap makinelerinin r;:ogu karakteristigi ve rnantisi dogrudan dogruya ver-
mektedir.
Bir sayirun tcrs logaritmasrmn belirlcnmesini_gercktiren pek cok durum olacakur,
Yani, yukanda ornekte 24.8 ve 4860'1 bu sayilann logaritrnalanndan bulun. lslcm,
logaritrnayi bclirlemek icin yapilamn tcrsidir. Ornegin 2. l 40'm ters logaritmasiru bulahm:
karakteristik ==) 102 }
2140 }
1.38 x 102 = 138
mantis
::) 138
{}RNEK 11.5
Bir cihazda giris gucu, 100 V'da 10.000 W'ur, <:;1kl§ giicii ise, r;:tkt§ ernpedansr 20
O ikcn 500 W'ur.
(a) dB cinsindcn giir;: kazanciru bulun.
(b) dB cinsinden gerilim kazanciru bulun.
(c) (a) ve (b) sikkrndaki sonuclarm neclen uyustugunu veya uyusmadigiru aciklayin.
Hesap makinesinde
Cozum:
(a)
degerinin
Gda = 10 Jog10 P2
- = JO log10 0.5 x 103 = l O log10 - J
Pi
!Ox 103
,
20
esdeger oldugunu unutmaym; lOY, standart hesap makinesi fonsiyonudur.
Birden kii¢iik oranlann Iogaritmasi, oranm tersini ahp onune bir eksi konarak hesaplanabilir.
u24 = -log10 .M..:
1.6
logro 20
=-10 (J.301) =-13.01 dB
102.140 = x
Jog10
= -10
-10°10 15
o
= -1.1761
(b)
o, = 20 log10
= 20
~ = 20 log10 m_ = 20
V;
.
1000
Jog10
Y500XW
1000
logic .JQQ__ = 20 logm J_ = -20 logio IO= -20 d
1000
10
(c)
log10 0.788 = -Jog10 _I_= -log10 1.269 = ---0.1035
0.788
510
Btiliim 11
Qok Kath Slstemler ve Frekans
BolOm 11.8
Oesibel
511
ORNEK 11.6
40 W 91lu~h bir yiikseltec IO Q'luk bir hoparlore baglanrrusur.
(a) GU9 kazanci 25 dB ise tam gii9 saglamak icin gereken giri§ giiciinil bulun.
(b) Yi.ikseltecin gerilim kazanci 40 dB ise nominal ytkl§ icin giri§ gerilimini hesaplayin.
<;oziim:
(a) (11.18) denklemindcn
··,
40
25 = 10 log 40 ::) i =
P;
ters log (2.5)
40
3.16 x 102
=.AQ..= 126.5 mW
316
(b)
G; = 20 log10 Vn
V;
::)
40
= 20 log10
Vo
V;
= ters log 2 = 100
V"
V;
Vo= YPR = V40 X 10 = 20 V
V;=XL=.10...=
100 100
0.2 V = 200 mV
Bir grafik i.izerinde togaritmik i:il9eklerin kullarulrnasi, belli bir degi~enin degi§irn .
arahguu belirgin ol9iide genisletebilir. · Bu etki ~agidaki kisrmda daha iyi anla§tlacalcllr. Grafik.lerin veya rnilimetrik 9izimlerin 9ogunlugu, yan-logaritmik veya
9ift logaritrnik (log-log) tiiriindenclir. Yan terirni, iki oli;ekten sadece birinin logaritmik oldugunu gosterirken, yift-log, her iki <ilyegin de logaritmik oldugunu gosterir. Yan logaritrnik bir ol9ek ~ekil 1 l.26'da gorulmektedir, Dusey ol9egin, e§it arahkh dogrusal bir olyek olduguna dikkat edin. Logaritrnik grafigin cizgileri arasmdaki
bo§lugun kaynagt, grafik:te gosterilmistir, 2'nin 10 tabamna gore logaritmasi yalcl~ik
olarak 0.3'tiir. Bu nedenle 1(log10 1 = O)'dan 2'ye olan rnesafe, arahgin %30'u kadardir.
log10 5 0.7 oldugundan, rnesafenin %70'indeki bir nokta olarak isaretlenir, Soldan
saga giderken, herhangi iki basamak arasmdaki ~izgilerde ayru sikisnrmamn olduguna
dikk:at edin. Yer darhg1 nedeniyle grafikte ~ek. l l.17'de gosterildigi gibi tipik olarak
sadece tik isaretleri olacag; icin, sonucta elde edilen sayisal degere ve bo§luga dikkat
etmek onemlidir, Gecmis deneyimlerinizden, bu §ekildeki uzun 9ubuklann ilgili degerlerinin 0.3, 3 ve 30 oldugunu, buna karsrhk sonraki kisa cubuklann ilgili degerlerinin 0.5, 5 ve 50, en kisa cubuklann degerlerinin ise 0.7, 7 ve 70 oldugunu gormeniz gerekir.
=
512
Boliim 11
<;:ok Kath Sistemler ve Frekans
BolOm 11.B
Oesibel
513
aktansin (XL = 21tfL) kisa devre elf-" ,nden kaynaklandigun soylemekle yctinelirn. f
= O'da kazancin sifir olmasi gerekugi aciktir; i;:iinkii bu noktada cekirdek iizerinde,
bir sekonder veya ylkt~ gcrilimi yaratacak bir yiiklemc akl§I bulunmaz. ~ekil
l l.28'de de gosrerildigi gibi yiiksekfrekans tepkisi temel olarak primer ve sckonder
sanmlan arasmdaki kayak kapasitans tarafindan kontrol edilir. Dogrudan-kuplajli
yukseltecte, yuksek frekanslarda bir dii~ii~e sebep olabilecek herhangi bir kuplaj ya
da kopruleme kondansatorii yoktur. ~ekilde de gostcrildigi gibi bu, devrenin ve aktif
elcmanm parazitik kapasitansi veya aktif elemanm kazancnun frekansa bagimhl1~1nm belirledigi i,, L kcsirn frekansina yonelik duz bir tepkidir.
IA.I=
l¥,I
(devrmin ve alctif
elemamn parazitik
kapasltanslan ve translslllr,
FET ya \OpQn lwanlc1111n
frckansbegunhliAJ)
i-------Bandg~ligi-------...i
10
0.1
I
100
loa
/
~~~ii I l.27
Bir log ill~cgindcki fik ,~arctk!rininsayeal deEcrlcrininbtlirlenmc.-.L
Orta frekans
Yiiksek·frekans
<,
11.9 FREKANSA iLi!;,KiN TEMEL NOKTALAR
fi
100,000
10,000
1000
IMHz
Uygulanan sinyalin Irekansi, tek veya cok kath bir devrenin iizerinde belirgin bir et-
i.--------Bandgmifligi-------l
kiye sahip olabilir. Bu noktaya kadar yapilan analizlerde 011a frekans arahg1 kullarulmisur. Dii§iik frekanslarda, soz konusu elemanlann reaktansmdaki degi§me nedeniylc, kuplaj ve kopruleme kondansatorlerinin yerine aruk kisa devrc yaklasimuun
kullarulamayacagim gorecegiz, Kiii;:iik-sinyal esdeger devrelerinin frekansa bagunh
parametreleri ve aktif elemana ve devreye bagll kacak kapasitif elernanlan, sistemin
Orta frckans
Y iiksek-frckans
'
yiiksek frekans tepkisini smirlayacaktir. Kaskat bagli bir sisternin kat sayisindaki
arll§ hem alcak, hem de yiiksek frckans tepkisini srrurlayacakur,
RC-kuplajh, dogrudan-kuplajh ve transformotor-kuplajh bir yilkseltecin genlik
kazanci ~ekil 11.28'de verilmistir. Yatay ol,;:egin, alcak frekans bolgelcrinden yuksek frekans bolgelerine uzanan bir grafik i;:izebilmek i,;:in logarirrnik til~ekte verildigine dikkat edin. Her bir grafik icin bir alcak, yiiksck vc orta frckans bolgesi tarumlanrrusur. Buna ek olarak, dii§iik ve yuksek frckanslardaki kazanc dii§ii§iiniln
temel nedenleri parantez icinde gosterilrnistir, RC-kuplajh bir yukseltecte dii§iik frckanslardaki dli§ii§iln nedeni, Cc, Cs vcya C'e nin artan reakranstdir; buna karsilik
yiiksek frekans smm ise ya devrenin ve aktif elemarun parazitik kapasitif elemanlan
ya da aktif elemanm frekansa bagh kazancr tarafmdan bclirlenir. Transformatorkuplajh bir sistcmin kazancindaki dii~ii§iin aciklamasr, transformatoriin 9ah§ma ilkelerinin ve transformattir C§deger devresinin anlasilmasuu gerektirir. ~u an icin
bunun, dil§iik frekanslarda transformator giri§ uclanndaki magnetize cndiiktif re-
514
BolOm 11
IO MHz f Qogaritmik ol~
(a)
c;:ok Kath Slstemler ve Frekans
100,000
1000
100
10
f
(logariunik ol~k)
{b)
Dandgcnl~llgl~
Av,~i..----------
(devrcnin ve·akl.if elcmarun
parazitik kapasitanslan ve
transist6r,FET yada tOpOn
.
Av..,.1-------.
----
/ lcazamcuunfrekan'l
beguniwp)
10
100
1000
10,000
fi
100,000
(c)
!MHz
. :;·;· ~ ,:·· .
.
.'>ckil I I .2K 1a1 l<C - kurl:•ilt yllksclllylcr:_I.bl!ransfom1a10tkuplajl'. yo~scll~l~i-i"'1'
1,·1 d<1~rn<'an l11plaJh yukselt~lere1hjktn frckan.s-kazao~cgnlero.
Bl:ilOm 11.9
Frekansa ill~kin Temel Noktalar
515
=
Orta band frekanslarmda 20 loglOl= 0 ve kesim frekanslarmda 20 logl01/Y2 -3
dB'dir. Her iki deger de $ekil 1 L30'daki desibel qiziminde a91k9a gosterilmistir. ·
11.8. Boltirnde tarnsilan tersleme siireci ncdeniyle, kesir oram ne kadar kilctikse, desibel seviyesi de o kadar negatif olacaknr.
Sekil 1 l.28'deki her bir sistem icin kazanc miktannm orta frekanstaki degere
yakm ya da ~it oldugu bir frekans bandrvardu. Nispeten yiiksek olan kazancm Irekans sirurlanm sabitlestirmek icin kazanc kesim seviyesi olarak 0.707 A,,ru,, secilmistir. Buna karsihk gelen Ji ve Ji ve frekanslan genellikle ko§e, kesim, band, kinlma, ya da yanrn-guc frekanslan olarak adlandmhr. 0.707 9:1rpanmm secilmcsinln
nedeni, bu seviyede 91k1~ giiciiniin, orta band gii,;: 91k1~m111 yansi kadar olmasidir,
yani or111 frekanslarda:
P
I A~.:. L.)
_I v} I _I A,.•,., V; 12
o,.,.--;::-
Ru
ve yanm-guc frekansmda;
OdB
p
_ J 0.707
Ul(PF-
ve
PoHPF
Avon. V; 12 ::: 0.51 Avortu V; 12
R,,
Band geni§ligi (BW) =Ii
- /1
I.A~:ul
dO
o
'1
IMHz
·9dB
Yani,
Sc"
ii 11 .. H>Frekaus - Nonualize knzar~ egrisini,1
I
ck:sibel cinsin<len grat'igi.
(11.28)
~1 =2010°101~
100,900
·12dB
A§ag1daki tartrsmada r;ogunlukla sadece dii§iik ve yiiksek frekans bolgeleri icin
desibel egrisi cizilecekrlr. Bu nedenle gene! sistem tepkisini gozunuzde - canlandirmak icin Sekil 11.30'u aklnuzda bulundurmamzda yarar var.
Yiikseltecin, girl§ ile r;tkl§ arasmda genellikle bir tersleme olusturdugu anlasilmahdrr. Bu gercek, yalmzca orta band bolgesinde gecerlidir, Dii§iik frekanslarda
V,, ile V; arasmda, V0'm acmm artrnasiyla birlikte V;'nin gerisinde kalmasi sonucunu
doguracak bir faz kaymasi mevcuttur. Yiiksek frekanslarda faz kaymasi 180° 'nin al·
tma dusecektir. Sekil 11.31, RC-kuplajh bir yukseltecin standart faz egrisidir.
Iletisimin alanmdaki uygulamalarda (ses, goruntu) kazancm frekansa gore desibel
olarak grafigi Sekil 11.28'dekinden daha yararlidir. Bununla birlikte logaritmik grafik
cizilmeden once egri genellikle, $ekil 11.29' daki gibi normalize edilir. Sekilde, her bir
frekanstaki kazanc orta band degerine bolunrnustur. Boylece orta band degerinin gosterildigi gibi I olacagr aciktrr, Yanrn-guc frekanslannda seviye 0.707 = I/Y2'dir. BoyJcce (11.20). denklemi ~ag1daki gibi uygulanarak, desibel graligi clde cdilebilir:
1 A,.ll'rt;1
10,000
·6dB
( 11.26)
/1 ve fi ile belirlenir.
IOOO
·3dB
R,,
= 0.5 P,,ona
Her bir sis tern in band geni§ligi (veya ge9i§ bandi)
f I 100
JO
(11.28)
A,'lm:a
-c ,A,1 ( V
0•
V, arastnda.klfa.z faclu)
)60°
f1 100
..:k ii 11.
:!l) Frekans
1000
10,000
l 00,000
'2
l MHz
lOMHz
/(logaritmlkOI .
90"'--~----l~~~~~~~~~~~~~-t~~
- Normatlac k.:1za1u; cgrl~i.
~~li I I I _ _; I RC. kuplajlt bir yiiksch~ sish:mindhcr bir kala)
ili~kin fill cJrisi.
516
BolOm 11
9ok Kath Slstemler ve Frekans
BolOm 11.9 Frekansa ill§kln Temel Noktalar
517
!
t:
r ;; I /\, !
; ,,.11:;::.'
li\i,::j',l {1;1Lfl Y0KSEL TE<;: - DU$UK
;·rn:.,•.;:J lT:MYL NOKTALAR
I
; , i
J".ifj,"";I,;\
<;:lk1§ ve giri§ gerilimlcri arasmda, gerilim bolme kurahyla belirlenen a§ag1daki gibi
bir ili§ki
Temel BJT yi.ikseltecini dii§iik frekans bolgesinde incelemeden once, ~ekil
l l.32'deki seri RC devresini inceleyelim ve -uygulanan frekansm A,. = VJV; iize-
vardir :
Vo=
rindeki etkisine bakalun. Cok yi.iksek frekanslarda
RV;
· "
,,,;,
,,i:,>'
.. ;.;
R +Xe;;.:-,.,;,·,,
Buradan V0 degeri,
Xe=_l_=on
_ 2rc/1C
ile bulunur.
ve ~ekil l l.33'de goriildiigii gibi kond~nsatoriin yerine kisa devre esdegeri konabilir.
= V; olacakur.
Sonucta yiiksek frekanslarda V"
f = 0 Hz'de,
Xe,= _L=_J_=ooil
. 2rc/1
C 2rc(O)C
.
·;
~ekil l l.34'de gosterildigl gibi acik devre yaklasik esdegcri kularnlabilir, bu durumda ;
V,, = 0 V olur.
(11.29)
+
+
+
R
Y0
Bunun seviyesi ~ekil l l.35'te gosterilrnistir. Baska bir deyisle Xe = R saglayan Irekansta ylkt§, ~ekil l l.32'deki devre ii;in girisin %70.7'si olacakur.
Bu olaym ger~ekle~tigi frekans ~ti esitlikle bulunur:
--·]
Xc=-1-=R
21t/1C
~d~1111.:n
..
iki Uy nokta arasmdaki A,. = VJV; oraru ~ekil l l .35'teki gibi degisecekrir. Frekans
artarken kapasitif reaktans azalir ve <c1kl§ uclannda, giris geriliminin daha biiyiik bir
(11.30)
_1_
ve
1tRC
Logaritmik tcrimler cinsinden,
-~
...
G,= 20 login A.= 20 logio ...L=-3 dB
fi
kisrm goriiltir.
Av= VJV;= l ya da V0 = V, (maksimum deger) ise
G,. = 20 log10 l = 20(0) = 0 dB
~ck.ii l l.30'da
-··
0.707
--------
/
,
/
zaman orta banttaki kazai:i.<r seviyesindc 3dB'lik bir
dti~il~ oldugunu goriiriiz. Buradan, BIT transistorunde alcak frekans kesim frekansmm bir RC devresi tarafmdan belirlendigini ve bunun da ( 11.30). denklemle verildigini buluruz. Eger kazanc denklemi a~ag1daki gibi yazilirsa,
.
/"
./"'
»:
i
f = J1 oldugu
I
I
I
I
I
Av=V"=_fl_=
V;
vc yukanda tammlanan
518
BOIOm 11
<;:ok.Kath Slstemler-ve Frekans
r
R - jX
I
I - j(XIR)
l
I - j(1/(J)CR)
=
I
I - j( 1127ifCR)
k"llam\.,.._~·
A.=
I
I - j(/1//)
BOIOm 11.10 Tel< Kalli TranslstorlOYOl<Nlt99"Ai?k Frekanslardakl Temel Noktalar
(11.31)
519
Faz ve genlik terimleriyle,
Av="V
-1L=
Vi
.....
. t'
, ..
VI + (f,1!)2
• ....
d:. ~
.,-,J.
I Ian- 1 (/1/fJ
A, 'nin gcnli!i
0.1 /1 'den /1 'e kadar bu noktalann grafigi ~ek.il 1 L36'da gosterilmistir,
Logaritmik
olcekle cizildigi zaman bu egrinin diiz bir ,;:izgi olacagma dikkat edin, Aym sekilde
J <<!, icin OdB kosulu i,;:in de diiz bir ,;:izgi ,;:ekilmi§tir. Daha once ifade edildigi
gibi, duz ,;:izgili parealar (asimptotlar), sadece f << /1 durumunda 3dB i,;:in ve f = f,
oldugu zaman egirnli cizgi i,;:in dogrudur, Bununla birlikte J = f, oldugu zaman orta
band seviyesinden 3 dB'lik bir dU§U§ oldugunu biliyoruz. Diiz ,;:izgili parcalarla iliskili olarak bu bilgiyi kullamrsak, aym sekilde gosterildigi gibi, frekans tepkisinin oldukca dogru bir grafigini elde edebiliriz. Asimptotlarm parcah dogrusal grafigi ve ilgili kinlma noktalan, Bode egrisi olarak adlandinhr.
(11.32)
V0ilc Vi
ar.mnd:iki
foz~ISI
,;
f = f, old~gu zaman genlik icin ,; ... '...
I
= .L = 0.707 => -3 dB
+(1)2
fi
A,.=
-, YI
: ·.
Logaritmik fonnda dB cinsinden kazanc:
Avl00 = 20 log10
I +
(ft/JJ2
::: -20 log10[1 + ffl.)2]112
\J
(~rJ
+(trJ
1 ··~.
(do...... .,,
= -U) (20) logro[ I+
=-l0Jogw[1
;-20 log10 I = 0 dB
fi/100
0
-3
J <<!, ve (frff>2 » 1 olan frekanslar icin yukandaki denklem yaklasik olarak §tiyle
yaztlabilir:
= -10
(tr
log10
_6
-9
-12
/1/4
/1/2
---,---r---rI
I
..J____
I
,,
I
,
I
~
~kfrebnsyamu
,
lj_'/\
-6 dB/oktav vcya - 20 dB/dcbd
ve sonuc olarak
A,, I do= -20 log,ofl.
f
/«/1
(11.33)
Bir an i,;:inf «Ji durumunu ihmal edersek, logariunik frekans ol,;:egindc (11.33). denklemle iyi elde edilen bir grafik, ileride karsinuza ,;:tlcacak desibel grafikleri ir;:in cok yararh
bir sonuc verecektir.
f = /1 'de : fl.= I ve -20
f
logic I = 0 dB
=
f = lf 'de: .h.. =·2 ve -20 log10 2 -6 di
2 I
f
f = ! f 'de : .iJ... = 4 ve -20 log10 4 = -12 dE
4 I
f
f = J... f 'de : .iJ...;
1o-'1
f
520
I (logaritmik llll'Ctl
......
,;;t,-... \
10 ve -20 logm 10 = -20 dB
BolOm 11
yok Kath Slstemler ve Frekans
~dil 11 . .1(1
Yukandaki hesaplarnalar ve grafik, frekansta 1 oktava e~deger 2 kathk bir degi§menin, oranda. 6 dB'lik bir degi§meye neden oldugunu gosterir. Ozellikle kazancm fifl' den/1'e degismesi halinde ortaya cikan degi§ime dikkat edin. Frekansta
10: 1 'lik bir degi§me durumunda, /r/10 ve /1 frekanslarmda gosterildigi gibi, 20
dB'lik bir degi§me olacakur, Bu nedenle ileride (11.13). denklcm fonnatma sahip bir
fonksiyon i~in bir desibel grafigi kolayca elde edilebilir. Bu amacla ilk once devre
parametrelerinden ft'i bulun, sonra da (biri 3dB dogrultusunda, digeri 6dB/oktav
veya 20 dB/decad'da dogrusalliktan aynlan) iki asimptotu ,;:izin. Daha sonraj.'e kar§ihk gelen 3dB noktasim bulun ve egriyi ,;:izin.
Bl>IOm 11.10
, Tel< Kath TranslstorlO YOkse~-A~
Frekanslardakl Temel Noktalar
521
Boylece herhangi bir frekanstaki kazanc Bode egrisinden a§ag1daki gibi bulunur:
Avl
$ckil 11.37 de gortllen devre i~in:
~=
I
C
~'---~--<>
+
,,
~
14•· I . V,,
V;
I
=
(11.34)
_,_,
=
=
bulun ·
lunabilir.
$ckil 1 l.38'dcn/
= 2/1 = 637 Hz'de A,. I
V;
Av ldB
= 10~
1120
ve
= 318.5
ya da/ = 637 Hz de V,,. V;'nin %89.l'dir.
(6.28) (5 x 103) (0.1 x IQ'6)
Hz
dB= !dB olacakur Bu noktadaki kazanc
= 10- = 10--0.os = 0.98 I
= ----1._ = ----":----21!RC
,
L---
V
Av= z,e,
/1
~~i:l:J·
=
1
10·3120 10·0·15
0.707 olacaktir.
V;
10-0,15 degeri, bilimsel hesap makinelerin.in gogunqa:olan 1<)'' fonksiyonuyla bu-
(b) Asimptotlan yizin ve -3dB noktasuu bclirlcyin.
(CJ Frekans tcpkisi egrlsin; yizin.
(a)
v,,
Vi
dB = -3 dB lse
A,.= V,,
f, (a) Kmlma frekansin,
lOlog10
~---,.
ve
t
lr
Ancak
Omegin A.
i
1
20 log10~
:;.X1·,1·
20
+,1,. 0,1 l'F
v,
dB=
(b) ve (c) icin ~ekil l l.38'e bakm.
(11.35)
den belirlcnir.
( 11.32) denkleminden
f <</1 frekanslar
Omegin /1
icin,
= 100/ise,
e = tan-I A tan-1
f
8= tan-1
/» /1 icin :
522
BoUim 11
9ok Kath Slstemler ve Frekans
Ii: tan-1
f
(}=tan-I
(100) = 89.4°
1 = 89.45°
.Is. ~
I
0°
BOIOm 11.1 O Tak Kath TranslstorlO YOksell419-Algalc Frekansllardald Temel Noktalar
523
Cs
Omegin/= 100/1 ise,
0 = tan "'.1
-
e = tan-I
Cs'yi cevreleyen ktic,:ii!tillmii§ ac ~deger devresi ~ekil 1 l.4l'de verilrnistir, V; gerilimi, gerilim-bolucu kurah uygulanarak bulunabilir:
..fJ.. tan-I 0:01 :: Q.573c
f
(/,//) egrisi ~ekil. I l:39'da verilmistir, Yukseltecten kaynaklanan ilave
180° faz kayrnasim da eklersek ~e.k,il J 1.3 l'deki faz grafigi elde edilir.
V·R;V,
' - R, + R; - jX-es1 ; 1,
(11.36)
g
ve kesirn frekansi ~ekil I J .32'deki devrede oldu'g~ ibi ·
0
V., V,'denlleride
---- -
------
9<f
45°
...... <,
---------'------
',
"",,
I
I
I
,
',,
/
-.._
I
------. ~
~l__~__L_--ll-...,.....L~--1.~--:-I;:----:'::--:-;-;:--~~~~
0.1/1
0.2/1 0.3/1 0.5/1
/1
2/1
3/1
5/1
I0/1
f
~cki! 11.39
Simdi dikkatimizi ~ekil l 1.40'daki
alc,:alf frekans
~ck il I 1.41 Cs'ye ili1kin kismi
ac e~delerdcvresl.
tepkisini etkileyecek olan Cs,
cevirelim. Her birinin etkisini ayn
C c, CE kondansatorlii ternel BJT yukseltecine
:
ayn inceleyecegiz,
Rs+R;=Xcs
denkleminden bulunacaknr,
Bu senucu kullanarak, CS tarafmdan belirlenen dii§iik kesim frekansi,
Voc=20V
Re
/L,=
I
2m,R, + R;)Cs
(11.37)
Orta veya yiiksek frekanslarda kondansatorun reaktansi, eleman ic,:in yerine devre
C§degerini koymarmza izin verecek kadar kiic,:iik olacakur, Boylece V; gerilimi ilc Vs
arasmda a§agidaki ili§ki kurulacaknr,
4kn
' V;
·;
!rs frekansmda
•
I
0'12
=
R;V ...
R; + Rs
(11.38)
V; gerilimi (11.38). dcnklemde belirlenen degerin %70.7'si olacaknr,
Cc
~ckil 11.40
524
BiilOm 11
~ok Kath Slstemler ve Frekans
Cc kuplaj kondansatorunun etkisini belirlemenin en iyi yolu, ~ekil l l.42'dcki
c,:1k1~ esdeger devresine bakmaknr, Orta veya yiiksek frekanslarda Cc kondansarorundn yerine kisa devre esdegeri konabilir; bu durumda V,, yilo~ gerilimi,
transistorun kollektor gerilimine esit olacaktir.
B610m 11.1o Tele Kati! Translstorto Yllk~·Ah;ak
Frekanslardakl Temel Noktalar
525
5
---.1 --·-,_.
---]
c
R0
(11.40)
2_:rRr~:_J
.
(lnmillllr)
!illooll
-~'·
.·.•
Ce'nin kazanc iizerindeki etkisini tam~lam~mn eii iyi yolu, ~ekil l l.44'teki duzenlemenin ;
i
'i' ,,,,,
A ,. = ~\<'.
fr+ RE
C§itligiyle vcrilen kazanciru d.ikkatc alarak nic:1..olarak degerlendirmektir.
Gii9 kazancmin, RE sifir ohm iken maksimum oldugu acikur, Dil§iik frekanslarda,
Ce kopruleme kondansatoru a91k devre iken, RE'nin tamarru yukandaki denklemdc
gtiriinilr; bu da minimum kazanca neden olur. Frekans artarken CE kondansati:iriiniin
rcaktansi azalacak ve RE CE tarafindan efektif olarak kisa devre edilinceye kadar Re
ve CE paralel empedansi dil§eccktir. Sonuc, Av= -Rc/r, ile belirlenen maksimum yn
da orta band kazanci olacaktir. Ae frekansinda kazanc, Ce kisa devre iken degerinin
3 dB alunda olacaknr,
+
Cc
v.
Ya
f
•':.::.
Kesim frekansi,
Rc+RL=
Xcc
kosuluyla tarumlamr vc
flc= .
l
2m._Rc + RL)Cc
(11.39)
degerine esittir,
fie frekansmda V,, 9Lkt§ gerilimi V,,'nun orta band degcrinin %70.7 si olacaktir.
v,o---. ii!;.'.!
'!:
)
CE kondansatorunun harici e§deger devresi ~ekil 11.43'dc gi>riilmektedir.
_Rr
= RE
~ [ RJ +
fr ]
= XcE
kosulu, ernetor ktipriileme kondansatorii ile belirlenen kesim frekansnu tarnmlar:
Rs
"f +r,
E
R,
~dil I I ..I.~ Cr:'yc ili~kin k1,mi ac
C¥1ci;.:rdcvrc
526
Bolilm 11 C<>k Kath Slstemler ve Frekans
\,
,.::
;
j
! .
Bir sonraki ornegi incelemeden once, Cs. Cc ve Ce'niri-yalmzca alcak frekans tepkisini etkiledigini haurlaym, Orta band frekans scviyesinde kondansatorler yerinc
kisa devre e~degerleri konabilir. Her birisinin A,. =VJV; kazancim benzer bir frekans bolgesindc etkilernesine ragrncn, Cs, Cc ya da Ce tarafindan belirlenen en yuksek kesim frekansr en bilytik etkiye sahip olacaknr, yilnkil orta bant seviyesinden
once karsilasilan en son frekans bu olacaknr. Frekanslann birbirine nispeten uzak
olmasi halinde en yiiksck kesim frckansi oziinde sistemin tamarmrun "alt" kesim frckansrru belirlcyecektir. Eger iki ya da daha fazla "ust" kesim frckansi varsa, etki
alcak kesim frekansrru daha da artiracak ve olmusuz bir sonuc olarak sisternin band
geni§liginin azalmasiyla sonuclanacakur.
BolOm 11.10 Tek Kath Translstor!OYOkselt119-A1?1<Frel<anslal'daklTemel Noktalar
527
ORNEK
11.8
ve !}ekil l l.45'ten
V; =
$ekil 11.40'daki devre ii;:in alcak kesim frekansim belirleyin ve Bode egrisini
cizin. Frekans egrisine kars; gercek kazancm hesabiru yapm.
Yi= _}Jj__ =
\I_.
(,:iiziim:
de kosullan icin r;yi bulursak ;
..
bu nedenle yaklasik deger ternelinde
PRE ihmal
10 kn
11,
1.32 kn
J.32 kQ + I kn
= 0.569
= (-90) (0.569)
, ..
=-51.21
Cs:
edilcbilir vc
Ru2Vcc _
l0kn(20)
Rs2 + Rs1
10 kn + 40 kn
R; + R,
A,...,.=~ Vi
V; V,
Boylece
f3RE = (100)(2 kn)= 200 kn»
Vu=
V.,
veya
·. :..l i :
...B.tYL_ ...
R;+ R, .·,
R;=Rn1
=m=4V
II Ru2II
JO kn II J.576kn=
/3r,=40kOII
l.32kf.l
i
50
i
+
Buradan ;
IE= Vi; =1..::...Q.1=.l.J._=
RE
2 kn
2
kn
1.65 mA
Boylece
tv=
~d.il 11.45
26 mV - 15.76 Q
l.65mA
f3r.= 100(15.76) = 1516n = 1.s16 kn
ve
Iu=
A§agidaki analizde HP-85 masa iistii bilimsel bilgisayanndan alman i;1k1§ omegi
vcrilrnistir. Sistemin yazthm destegi. soz konusu frekans arahgmda i;1k1§ geriliminin giri§ gerilimine oranmm grafigiru i;izen bir devre analizi paketi icermektedir. Karsilasnrma amaciyla orta band kazanci gerekecektir:
2n(R, + R;)Cs
=-----l-----(6.28) (I kQ + l.32 k!l) {10 x 10-6)
/Ls=
6.86 Hz
Sadece Cs iceren devre icin elde edilen HP-85 bilgisayar grafig! $ekil 1 I.46'da
gorulmektedir. $ekil l 1.46'da da g<>rilldiigil gibi, 3 dB nokrasnun, orta frekans
kazancm 0.707'sine ya da 36.2l'e karsihk geldigini hatirlayin.
.
8~
Yo/Y,
80
7:1
Kazanc,
Av=
v(I = -Re 11 RL = _ (4 kn) 11 (2.2
r,
V;
kQ)
70
= -90
60)
60
:!~
5~
4 !5
4EI
15.76
Girls ernpedansr,
Z;=R;=Rs,
= 40 ill
II Rs2II
II
= l.32kn
J~
J9
2~
f3re
20
IO Hl 11 1.576 ill
1!1
19
......,,.
-0.707Av-
~_>. ···· · ·
I
-
·-··"'
.
--../
/1
-. . ../ II
.·
I <to>
'=-i'III
I.... •
(100)
I.
I
I
I
I
$cl.ii I I .'16
528
BolOm 11
Cok Kath Slstemler ve Frekans
B610m 11.10
Tele Keib Translst&IO VOkseh~~AI~
Frekanslardakl Temel Noktalar
529
min edilrnistir,
21C(Rc +
6:5
,;0
53
50
succ
4 '3
I
40
~ (6,28). (4 kO + 2.2 kO) ( I x I 0'6)
dikkat edildiginde,
-----
3'3
= 25.68 Hz
Cc 'ye ait bilgisayar yizimi ~ekil
30
o.mAv.,..
20
11.47
", ·.:,
15
I9
5
0.707
gorulmektedir,
seviyesine tekrar
25.68.Hz'e ya.km oldugu tahmin edilmistir.
_______ ..,.
..... ~- ~-~
25
kesint.fr;kansmm.
_
v01v,
80
75
70
!Le= __ _.____
-
.. ·,
_,,,.
~ekil 1 I .46'daki logaritmik olyek iizerinde kesim frekansi (= 6.86 Hz) olarak tah-
(10)
HIN F-1
AF-LOG
.
I
I
I
.~
I
I
I
I
I
(100)
(1000)
.i.---~""""~..:......~ ......-++>---+--+l .......++<>--f
.':·i. d i ! .. t;;
fi.1/nin /Ls ve /Lc'den oldukca biiyi.ik olmasr, bunun, liim sisternin alcak frekans
tcpkisinin belirlenmesinde daha aguh.kl1 faktor olacaguu dii~iindiiriir. Hipotczirnizin dogrulugunu kontrol etmek icin ti.im devre bilgisayara girilmis ve
~ekil l l.49'daki grafik elde edilmistir, Bununla ~ekil 11.48 arasmdaki yakm benzcrlige dikkat edin, Pratik acrdan Cc ve Cs. kazanci, yalrnzca 100 Hz'nin altmdaki
frekanslarda etkileyeccktir.
~e
7'3
70
65
60
'35
50
45
40
3'3
----
_.,._~-1··
0.707 Av..,.
30
..
2~
20
!~
10
5
rn
/
= 2 kn I I 2s.16 n
2,rR,Ce
75
I
I
70
noo)
63
60
55
50
45
4~
35
30
~,----~--~i:.......,_...,~,~·~"A+·K~·s~F--1~~-0~~t,-1,-1~·
~ ..
~·~·--......, 1
MAG KV4/NV1
Re =Re II (R} +r,)=2kni
_L_-
ee
I
I
,·
. /,.,... oo>
:i~l~~l
Ice=
I
= 25.76
Le
(\~+ l5.76)=2knll(IO+
15.76)
(6.28) (25.76) (20 x 10·6)
=-1['._=
3235.46
309.1
Hz
.
.../'
15
5
6
0.707 Av----...:--;•
20
10
n
-----
25.
MIN F-1
AF-LOG
(I)
I
t
(10)
f
I ti lflt
. ·. (100)
c ~·, I I ti Ill
MAKS F~1000
HAG NV6/NV1
.'I
. I
I
I
I
I
I
(1000)
'\"""
.. f
Cc: icin bilgisayar grafigi ~ekil 11.48'de verilrnistir. Burada da 0.707 seviyesinin,
tahmin edilen kesim frekansmrn 309.1 Hz civannda elde edildigine dikkat edin.
B610m 11 · <;ok Kath Slstemler ve Frekans
Dahn onceden de belirtildigi gibi dB grafikleri gcnellikle orta band kazancma boBolOm 11.1 o Tak Kath TranslstorlO YOl<seH~·~k Frekanslardakl Temel Noktalar
531
liinerek normalize edilir. Sekil l l.40'daki devre icin orta band kazanci -51.21 ve
I A,/A,,01101 oraru orta band bolgesinde I A,./A,,011.I dB 1 olur. Sonne ise, ~ekil l l.50'de
gosterildigi gibi 20 log10 5l.21/5L21
0 dB olacaktir. Dusuk frekanslarla A,. kazanct duseccktir, ancak A,.mid 51.21 duzcyinde sabit kahr ve I A,./A,,011• I omni da,
buna bagl1 olarak dii§er. Ornegin kesim frekansmda·IA,) = (0.707) (51.21)
36.21
ve sekil 11.50 de gosterildigi gibi IA,JA,,o,101 = (0.707)(51.21) = 36.21 olacakur ve
=
=
§ey, a~ag1da gosterilecegi gibi yiiksek frekans bolgesiicin de gecerlidir,
Koprulenmemis bir emitor direnci icin yalmzca Cs ve Cc'den kaynaklanan iki
kesim frekansi olacag: acikur. fis denklemi de buna baglt olarak degi~tirilecektir.
Bolumun sonunda bu konuda bir ahsnrma problemi vardir.
=
I A,./A,,011.I dB oraru'da 36.21
= 0.70751.21 olacaknr,
11.11
T~K KATLI TRANSiSTORLO YUKSELTE<;:
YUKSEKFREKANSDURUMU
Yuksek frekans kisrmda -3 dB noktasiru belirleyen 2 faktor vardir: Devre kapasiransi (parazitik ve devrcye giren baglann kablolanndan kaynaklanan) ve hi,,
(/3)'mn frekans bag1mhhg1.
O O.l
1000
_31--~~~+-~~--,<--~--,<-+-~~-'---,rc',',::___;;.;;__~~~
.
.
·
Yiiksek frekans bolgesinde soz konusu RC devresinin diizenlemesi ~ekil 11.5l'cleki
gibidir. Artan frekanslarda Xe reaktansi azalacak, bu da r,:1k.t§ uclannda kisa dcvre ctkisi gostererek kazancm azalmasma neden olacakur, Bu RC duzenlernesi i~in ko~e frekansmm bulunmasmdaki islemler, alcak frekans bolgesinde yaprlan islemlere benzer,
Aradaki en onemli fark, A,,'nin yapismda gorulen 8§ag1daki farkur:
f (logaritmikm~kl
-6
-9
-12
I
-15
-18
-21
A -
I
v - I + j(f/J2)
·,
Bu da, ~ekil l l.52'de verilen ve frekansla birlikte 6 dB/oktav'da dusen asimptotik
grafigi verecektir. Burada (11.31) denkleminde f 'nin, kesrin paymda olrnasirun aksinefi, frekans oranmm paydasidir,
-24
-27
-30
• L2dB/Olc1av
I (logllritmikol~kl
R
~,,kil
J
0
1511~mek 11.8 ~in al~akfrekan<grafi!i.
+
Sekil 11.50, her bir kesim frekansinda -{i dB/oktav'hk bir asimptot cizerek elde
edilir. Eleman degerleri icin sekilden, CE ile tammlanan kesim frekansmm, genellikle devre band genisligini tarumlamak icin kullamlan -3 dB noktasim belirleyecegi acrknr, Band geni§ligi icinde kalan frekanslar lcin mevcut maksimum
gilciln en azmdan yansi yiike ulasacaktir, Vs= 0. 707 Vmales icin,
= 0.5Pmalcs
$ekil l l.50'de, gercek frekans tepkisini cizrnek icin kullamlan asimptot eglminin
-12 dB'ye dii§tiigiine dikkat edin. Bode grafiklerinde, asimptot, alt kesim frekansmdan gecerken sonucta elde edilen asimptotun egimi eklemeli olacaknr. Aym
Biiliim 11
<;:ok Kath Slstemler
v,.
v,
0
~-~ii 11.51
Pi= Vi-= (0.707Vmn1cs)2
Ri
Ri
532
(11.41)
_
ve Frekens
IC
I
0
+
Vo
0
~<:~ii I 1.52 Oenklcm (11.41)
ik rammlunau .,,implotik c[lri.
~ekil l 1.53'te, transistorun r,:e§itli parazitik kapasitanslan (Cbc, Coc, Ccc), devrenin
kurulmasi sirasinda kullamlan baglanu kablolarmm kapasitansiyla (Cw" Cw2) birlikte eklenrnistir. Sekil l 1.53'deki devrenin yiiksek frekans esdeger modeli ~ekil
1 l.54'de gorulmektedir, Bu frekanslarda kisa devre durumunda oldugu varsayilan
Cc, Cs ve CE kondansatorlerinin olmadtgma dikkat edin. Alcak frekans kesim
BolOm 11.11
Tek Kath Translstor!O YOkselt~Yilksek Frekenslardakl Temel Noktalar
533
noktasiru belirleyen kondansatorlerin, ~ek. l l.53'teki gibi ylkl§ uzerinde degil, RC
devresinin giri§ ve ylkl§ uclan arasinda goriildiigtinii unutmaym. C; kapasitansi, I 0.
Bolumde FET icin gosterildig! uzere CM Miller kapasitansuu, C,,e kapasitansnu ve
Cw, girl§ kablolama kapasitansiru - icerir. C,, kapasiransi ise y1k1§ kablolama ka-
Giris devresi icin -3 dB frekansi
(11.42)
pasitansmi ve kollektor kapasitansmi icerir,
~ekil l l.53'teki giri§ ve pkl§ devrelerinin Thevenin e§degerini cizecek olursak,
sonucta ~ekil 11.55 teki dtizenlemeyi elde ederiz,
Vee= 20V
olarak tammlamr.
Burada
ve
Cw1 =4pF
C1112 = 8pF
Ch =48pF
Cb<• I.SpF
C.,=6pF
'\
Cs
lµF·'
=•:c ..
oo
/
I
I
<;ok yuksck frckanslarda C;'nin etkisi ~ck.ii l.1.54 te Roi, Rs2, R; ve C; paralel birlesiminin toplam empedansmi azaltrnaknr, Sonucta C; uclanndaki gerilim ve ii,
akimi azahr, Net sonuc, sistemin toplam kazancmm dusmesidir.
Yilksek frekans araligmda A,. gerilim kazanci, kapasitif elemanlar nedeniylc frekansm bir fonksiyonu olacaknr. Bu, 9.Boliimdeki gibi basit direnc oramyla belirlenemez. Bununla AncakA,. degeri icin ilk yaklasim (yaklasik deger) olarak orta
band degerini kullanacagiz. Frekans artnkca kazancm, kapasitif elemanlardan dolayi
orta band· degerinin aluna dii§ecegi acrknr, Bu nedenle orta band degerini kullanmarmz halinde, maksimum A,. degeri ve maksimum Miller kapasitansi elde etmis
oluruz. Bu da, maksimum C; ve minimum !H; degeriyle sonuclamr, Ozf!nde bu durumda C; nedeniylc en alt kesim frekansim bclirlemis ve en kotii durum tasanmuu
tammlamrs oluruz, Baska bir deyisle, C; nedeniyle gercek (fiili) kesim noktasi, orta
band kazanci kullamlarak belirlenen degerden ~er zaman yuksek olacakur,
<;!kt§ devresi icin,
I
I
I
I
I
I
• .L.
Cw2"T"
I
I
2k0
-
CEI20µF
-
·I
I
I
I
-.t:r
~c~il l U:, ~ckil I l.40'daki devrenin, y(ik.sek-frd:ans tepkisi
lizeriudc ctkili olan koodansat6rlcrlc birlikto yenidon ~izimi.
( 11.43)
~~~--~~....-~~-+--<>Vo
~
Re
$dil I I .54~okii 11.~-~·doki clcvn:nin yUl.,d.
RL
Burada;
ve
<;ok yuksek frekanslarda C0 kapasitif reaktansi azalac'-ak ve dolayisiyla ~ekil
ll.54'deki paralel 91ki§ kollarmm toplam empedansmi dti§iirecektir. Net sonuc, Xe
reaktansi kti9illdilk9e V0'nun da sifira dogru azalmasidrr,
Bu noktada, yukseltecin ytiksek kesim frekansiru belirlememesi icin hte ya da -run
frekansa bagh olarak degi§mesini ele almak gerckmektedir. h1e'nin frekansla degi§mesi, belli bir dogruluk derecesiylc a§ag1daki iliskiye )'akla§acakt1r:
fr.-,, .. ,,. 111<>d<li.
{r,
=
ft,ona '.
1
~kll 11.55
-(a) -
(b)
ti!/Jpj
B6JOm 11.11 Tek Katll TranslstorlO YOkselt~-YOksek FrekanslardaklTemel Noktalar
(11.44)
535
Tammlanmayan tek bilyiikliik olan/p, transistoru yilk:sek frekans bolgesinde en iyi
bir sekilde ternsil eden Giacoletto veya karma.rt e§deger devresi parametreleriyle belirlenir. Bu model ~ekil l l.56'da gonilmcktedir. <;e§itli parametreler aciklanma gerektirmektedir. rb/,' direnci; baz kontak, baz govde ve baz difiizyon direncini icerir.
Bunlardan ilki bazm gercek fiziksel baglant1smdan kaynaklanir. Ikincisi, transitorun
aktif bdlgesine yapilan dt~ baglant1dan1kaynaklanan direncir; sonuncusu ise alctif baz
bolgesi icindeki gercek direnctir. rb·,, re, ve rb·c direncleri, transistor aktif bolgedeyken gosterilen uclar arasmdaki direnclerdir. Bu, Cs» ve Ch'• kapasitanslan icin
de gecerlidir; ancak burada Cb'• difiizyon kapasitansi iken Ch'• ge9i§ kapasitansrdir.
Bunlardan her birinin fr~~ans bag1mhltg10a iliskin daha aynnnh bilgiler, kolayca
elde edilebilen ~e§itli kitaplarda bulunahilir,
-
B
lb
rb'c (3 MO)
(IOO!l)
I
rb., =Kb'<
(h,.)
lhr,1, lhrbl
40dB
20dB
c
b'
rbb'
,
,;ogu kez ortak emeror parametreleri yerine ortak bazli yi.iksek frekans parametrelcri
tarumlarur, A~ag1daki denklem, fa ve a'nm belirtilmis olmasi halinde /p'nin belirlenmesi icin dogrudan bir don~tiinneyi miimkiin kilar.
i4
Cb'• (4pF)
(I ill)
Cb•,
(80pF)
IOdB
r-:«:I
•
{l~
ill)
O<
tJ°i{rJKm~·•
~:,,,'b-.Ii,
~-~· (SOX 10
ai ht•oJb
Vb'•.)
/ "1,, i~ orta band degeri
'--OdBf-~~~~~~~~--,f--~~-+_._:.---"-"=-=::::=-ll
-3dBJ--~~-~~~~~-r--+-~~~+-~~~-~
lh,, I= 1
E
E
-IOdB
l
~~kil I 1.56(;;acolctto (veya karina n) yiiksek. Frckans
trnnsisti\r kll~k sinyal ac C¥fci,er de\lT'CSi.
-20dB
·;
Bu parametreler cinsinden:
fp (bazenfi~, olarak goriiliir)
=
fp =
I
10.0MHz
100.0MHz
lkMHz
IOkMHz
f.
lognriuniklll~k
~ekil I l.57Yul.:.ckfrchnsb!llgesindc
gb·,
21e(Cb·, + Cb·c)
(ll .45)
gm
ht,.... 21t( Cs» + Cb·c)
~,=l
(11.47)
Transistor icin, kazanc-bant geni~ligi ,;arpum denen bir nicelik a~ag1daki kosulla
tarumlanrr :
l
( l l.46)
(ll.44). denldemin ternel formau, bununla alcak frekans tepkisi iyin eldc edilen
egriler arasmda bazi benzerlilder oldugunu dii§iindiirmektedir. En belirgin fork,
fp'nin, frekans oranmm paydasmda olmasma ka!§m.f1'in payrnda olmasidir, Bu farkm etkisi, ~ek. l 1.57'deki gibi olacaktir; frekansm artmasiyla birlikte egri, orta band
degerine yaklasmak yerine bu degerin alnna dusecektir, Ayru sekilde, frekansm bir
fonksiyonu olarak hJb'nin grafigi yer almaktadir, Bunun, frekans araligmda hemen
hemen sabit olmasma dikkat edin. Genelde ortak bazli devre, ortak emetorltl devreye
kiyasla, daha iyi yiiksek frekans karakteristikleri gosterir, Bu nedenle transistor icin
BolOm 11
frckansa bal\~ h1,vc h..,_
Jp=fa(l - a)
ya da h1, karma parametresi ile gb'• arasmdaki Cm = h/•0<1.Ch',ili§k:i nedeniyle
536
I.OM Hz
O.IMHz
<;ok Kath Slstemler ve Frekans
boylece ;
I ht, I do=
20 logic
I + jf/fp
I~ I=
I +jftfp
20 log10 I
= 0 d:
I I
h1, dB= 0 dB noktasmdaki frckans, ~ekil l l .57'de fr ile aytkya gosterilmistir, Tammlanan kosul noktasmdaki <fr >> /p) ,,,;inin biiyi.ikliigii a~ag1daki denklemle vcrilir :
h1,......
hreooa = 1
Y I + (frlfp)2 . fr /fp
=
Bolilm 11.11
Tek Kath Transistorlil VOkseltec;-YOksekFrekanslardakl Temel Noktaler
537
· boylece
/,1;
Cs BG)
--../
fr=
llfeor,a
fp
(kazanc bant geni§ligi carpmu)
(11.48)
6
C,, =
(1 l.49)
buradan,
( 11.48). denklemde
= lOOO x 10
J
124.76
elde ederiz, ilk yaklasik deger olarak rhh· etkisini ihmal edersek, sonucta :;;ekil
11.56'daki B ve b' uclan birlestirilmis ve Ch'e = Che ve C1,·, = C1,c olur. Sonuc ise
fr=
gm
2tr ( C1,, + C1,c)
fp=
k!l= 1.419 kQ
6
= 14
pF
1
3
12
(6.28) (1.419 x 10) (14 x JO' )
= 8.02
MHz
g1,·,
21C(C1,, + C1n:)
Ix 10·3
=------(6.28) (49.5 X 10'12)
(11.50)
1000 x 106
310.86
Jp= 3.217 MHz
olacakur.
elde edilir,
ORNEK 11.9
fr~ h1/P
ve
(a) ~ekil l l.53'teki devrede
g1,·, = l
= 1po (3.217 x 106)
x 10-3 S ise [u;./110,Ip ve fr yi hesaplaym.
=321.7MHz
(b) Alcak ve yuksek-frekans bolgeleriicin Bode egrisini cizin.
(c) Sistemin kazanc band geni§liginin yarp1mm1 bulun.
<;:ozum:
(a) Rn,1
:.
+ Cce = 8pF + 6 pF
C1vi
21tRTh2C.,
gm
ht•oru 21C(Cb'e + C1,•c)
.
.
Ju,.= ---"'--=
Jp degerini yerine koyarsak,
fr= htcu,iaf p = hteoru [-1-
= ------J.,------=(6.28) (0.568 x Ja3) (188.5 x 10'12)
2trRTh1Ci
= lOOO x 10 = L49 MHz
672.4
RTh2=Rcl[Ri=4kOll2.2
fr=Pfp
veya
=
= Rs 11
Ro1 11 Roil I R; = l ill 11
40 kQ 11 10 kn 11 1.576 kn= 0.568 kQ
C; = Cw1 + C,,. + (1 +IA,. I) C,,.
= 4 pF
b)"~ekil l l.53'teki devrenin alcak, orta ve ytiksek frekans bolgeleri icin bir Bode
egrisi ~ekil 1 I.58'de verilrnistir. Yiiksek, 'orta ve alcak frekans bolgelerinde, her
bir kesim frekansirun -6 dB/oktav'hk bir asimptot tarurnladigma ve egimin, kesim
frekansmdan her geyi§inde -6 dB/oktav (gercek tepkiyi tammlayacak asirnptot
icin) artugma dikkat edin. ~ekil ilzcrinde aynca gercek tepkiye yaklasan bir egri
de gorulmekredir, En yuksek alt kesim frekansmdaki vc en dii§ilk ust kesim frekansindaki -3 dB'lik dii§ii~e dikkat edin.
+ 48 pF + (1 + 90) (l.5 pF)
c) Band geni§ligi
= 188.5 pF
BW =fH; - AE =Im= 1.49 MHz
Miller kapasitansiyla ilgili kazanc seviyesini vermesi nedeniyle Ornek 11.8'dc
A,. Vo/V; olarak tammlanan A,, degerinin kullamldrgma dikkat edin.
=
538
Bolum 11
yok Kath Slstemler ve Frekans
BolOm 11.11
Tek Kath TranslstorlO YOkselt1!9-YOksek Frekanslardakl Te1Tl91 Noktalar
539
or-~~~-;,r--::::;:::;a:::;::~:::,,--~----oit::::::~::e-=::::---,.::--~~-I
-3 dB
-6 dB
fr
lie a 309.1 Hz
(logoritmik G~k)
't
-9 dB
-12 dB
~~~.!.---,f-...~4-__.!.!!!!..-/.,,l-~~IOOO~~~IO~k~H~z~~~:-!.~~HJ.-l-~..!!!~'-'-"~:.:::..-'-'1000:,=M~Hz
6~) . -ISdB
f-; o:-:-_,---.--::;.:...,+-.---r-::::i--....---.....--::-iri---i:--ir---.,----.--.---/(logari1m1 i ·
-6dl3/0lctav
-18 dB
n
n-2
n• 3
t,
·· .. '
-,
<,,
s
r;
=
J'i
/,'
I )(n 2) {n a 3)
(n
a
/!2
3)(n
h
=I
n=2
n=3
= 2){n = I)
I
~ckil 11.59
Katlann, cizdC§ (birbirinin aym) katlar oldugu varsayilarak, her bir band frekansr
icin kat sayismin fonksiyonu olan bir denklem a§ag1daki gibi belirlenebilir:
Alcak frekans bolgesi icin,
-l 2d8/Qlctav
kil I I 5M ~kil J I .50"dcki dcvn: i~in frehnsa
ijlo A,d8 (logari1mik 6~k)
11.12
<;OK KATLI FREKANS ETKiLERi
Birinci katm 9tki§ma dogrudan baglanan ikinci bir transistor katinda toplam frekans
tcpkisinde belirgin bir degi~me olacaknr. Yuksek frekans bolgesinde C'o <,;1kJ§ kapasitansnun, simdi bir sonraki katin baglanu kapasitansiru (Cw1), parazitik kapasitansi (C1,c) ve Miller kapasitansmi (Cn.) icermesi gerekir. Aynca, ikinci kat nedeniyle ilave alcak frekans kesim seviyeleri olacaktir; bu da bu bolgedeki sistemin
toplam kazancim daha da azaltacaktir. Her bir ek kat icin, tist kesim frekansi temel
olarak kesim frekansi en dii§tik olan kat tarafmdan belirlenecektir. Alcak frekans kesimi ise temel olarak en yiiksek frekansh kesim frekansma sahip olan kat tarafmdan
belirlenecektir. Bu nedenle, kotti tasarlanan bir kat, baska tiirlti iyi tasarlanrrus bir
sistemde sapma yaratacaknr,
Ozde§ (birbirinin ayru) katlann sayisuun artmlmasmm etkisi, ~ekil l 1.59'daki durumlar incelenerek a91k9a gosterilebilir. Her bir dururnda, katkat bagh her bir katm
tist ve alt kesim frekanslan birbirinin ayrudtr. Tek bir kat i<,;in kesme frekanslan gosterildigi gibi/1 vefi'dir. Kaskat bagh iki ozde§ kat durumunda yuksek ve alcak Irekans bolgelerindeki dU~me oraru, -12 dB/oktav ya da -40 dB/dekad'a yUkselecektir.
Bu nedenle j] vefz'de desibel dti§mesi-3 dB olarak tammlt band frckans kazanc seviyesi yerine, -6 dB olacaktir, Gosterildig] gibi, -3 dB noktasi, /1 ve fi'yc kayarak
band geni~liginin diisrnesine neden olur. -18 dB/oktav ya da -60 dB/dckadltk bir
egirn, katlan ozdC§ olan ii9 kath bir sistemde, band genisliginde (/1 ve Ji) belirtilen
Ancak her bir kat birbiriyle aym oldugundan A •lalt A "2ail = et.c.
A
.::!'.!IL
(toplam)
yada
Bu sonucu
A.0,..
vfi
= ( ~A
A.Orta
)2 =
l
(l + jf1/f)"
(-3 dB seviyesine) esitlersek,
-;===:::~:::;::=-
..L
rY 1 + if,tfi>2J" fi
yada
Boylece
ve
dii§ii§e neden olacakur.
BOIOm 11.11
540
Bo!Om 11
<;ok Kath Slstemler ve Frekans
Tek Kath TranslstorlO YOksell~·YOksek Frekanslardald Temel Noklalar
541
Sonuc olarak
(11.51)
Benzer bir §Ckilde, ytiksek frekans bolgesi icin
(11.52)
oldugu gosterilebilir.
Her bir denklemde aym ~
faktoriinun varhgma dikkat edin. <;e§itli
gerleri icin bu faktorun biiyiikliigil a§ag1daki tabloda verilmistir:
n
2
3
4
5
II
de-
sabit kazanc band geni§ligi nedeniyle, 10 kat artarak 100.000 olacaknr, Kuskusuz,
tasanmm, artan band geni§ligine elverecek VC alcak kazanc seviyesini kuracak ~ekilde olmasi gerekir.
·Kaskath transistorlii arnplifikator sistemlerinin analizini tamamlamak acismdan,
artan kat sayisirun frekans tepkisi ilzerindeki etkisi, bolum sonunda degil de burada
tarnsilrmsur, ancak burada elde edilen sonuclar dogrudan dogruya FET ve vakum
tiiplii kaskat sistemler icin de gecerlidir,
·
11.13
KASKAT BAGLI ff¥T'Li YUKSELTE9LERiN
FREKANS TEPKISI
.
FET ydkselrecler iceren kaskat bagh _temsili bir sistem ~ekil I 1.60'da verilmistir,
fi!iiCT
1
0.64
0.51
0.43
0.39
11 = 2 icin, i.ist kesim frekansi Ji = 0.64/2 ya da tek kat icin elde edilcn degerin
%64,il oldugunu, buna kar§ihk/2= 1/(0,64}!1 = 1.56/1 oldugunu di.i§i.ini.in. 11 = 3 icin,
Ji= 0.51 h ya da yaklasik olarak tek kann degerinin yansi olurken/i= (1/0.51}!1 =
1.96/1 ya da tek katmdegerinin iki 'kan olur.
Son birkac; konudaki ornegi ele alahrn: bu ornektefi:: 1.49 MHz vef, = 309.l Hz
idi. II = 2 icin,
ve
.h' = 0.64/i = 0.64 (1.49) MHz)= 0.95 MHz
Ii= l.56fi = 1.56(309.1) = 482.2 Hz
,Simdi bant geni§ligi 0.95 MHz· 482.2 Hz =Ii ~ ya da tek kath degerinin % 64.4'il
kadardir, bu da belirgin bir di.i§medir.
RC kuplajh transistorlu yiikseltec ic;in/2 =/p olmasi veya her ikisi de ilst 3 dB frekansiru etkileyecek kadar birbirine yakm olmasi halinde, 1/(J + jftf,) fakrorlerinin
artan sayisi nedeniyle,/i belirlenirken kat sayisimn 2 kat arnnlmasi gerekir,
Kat sayismdan bagimsiz olarak orta bant kazanci sabit kalabilirse., bant geni~ligindeki azalma, kat sayisinda bir arnsla her zaman ili§kili olmayacakur. Ornegin, tek kath bir yiikseltec 10000 Hz bant geni§liginde lOO'liik bir kazanc iiretirse,
sonuctaki kazanc-bant geni§ligi c;arp1m1, 102 x 104 = 106 olacaknr, iki kath bir sistem ic;in ayni kazanc, kazanci 10 olan iki katla elde edilebilir, c;ilnkii 10 x 10 =
lOO'diir. Bu durumda her bir kann bant genisligi, dil§ilk kazanc geregi ve 1Q6'1Ik
542
BofOm 11
c;:ok Kath Slstamler ve Frekans
I
I
I
R<li I
I
I
I'
I
I
a'
a
~ckil t l .60 Kaskal bajlo FETli YUl<.<elleflcr.
,Seki! l I.60'da a-a' ile gosterilen boliimiin e~deger devresi, hem yiiksek hem de alcak
frekans bolgeleri iyin ,Seki! ll.6l'de verilmistir ', Alcak frekans tepkisinde, Cs'den
kaynaklanan kmlma frekansuun, Cc'nin alyak bant frekansiru belirlemesine yetecek
kadar kiiyiik oldugu varsayilmrsur .. Bu nedenle alyak frekans modelinde Cs gozukmemektedir. Daha sonra referans olmak uzere, Cs ile belirlenen kmlma frekansi
§Oyle tammlanacakt;;.ir
..:
-.
f, = l + R,1(1 + g111rd)l(rd + Ro111
. : 2nCsR.,
&)
,
Boliim 11.12 Kaska! Bagh FET'II Yiikseft~lerinFrekans Tepklsi
(11.53)
543
c,
D1
0
+
v, .. v,,1
·l>,
,, ,1Km v.lfJ
••.
rd,
'----v--1
~
c1
/2=-......L--
burada
21rCostRilst ·
+
=•,,
v,,2 "Va
c.. = Cw+ C;2
ve
1
ve
R'
FET yi.ikselte9leri i9in
{a)
izleyen katm
giris
kapasitansi, 10. Bolumde ttiretildigi
gibi ~ag1daki denklemle verilir:
rr
R ylllcsek
(11.56)
I
Kazanc-bant geni~ligi carprrru ise ;
(kazanc) (BG)= Avona
(b)
KxBG-
ve
I
(/2 - /1 ;;;./2)
.,
gm
211:(C,v+C;)
= g., R 211:R (Cw+
l
=J=A,,"".h.
I
'
C;)
(11.57)
Seki I 11.6 ~ii l l.60'daki devrcnin a-a' p:,,,asmm
k~ilk-siny.al ac qde~r devresi.
10. ve bu bolumde, orta bant gerilim kazancirun ~ag1daki denklemle verildigi
gosterilmisti :
Av
"""
= Va = -g R
V;
m
R = r,1 11 Ro, 11 RG2' dir.
burada
PROB LEMLER
~ekil 11.61 'deki devrelerle transistcrlt; kaskat bagb sistemler icin son birkac lasimda anlatrlan devreler arasmdaki benzerlikler oldugu a~1kt1r. Bunu gez onune alarak, ~ag1daki sonuclan veren islernlerin de a91k olmasi gerekir.
~
1.
(11.54)
~·=_J__
=
(a) Gil9 kazanci 12.8 x 103, ZL = 4 kn veilk kaun giri~ empedansi Z;1 2 kn
olan kaskat baglt bir sistem i9in A,7 ve A,,r degerlcrini bulun.
(b) (a) §ik.kmdaki sistem iki ozde§ kauan olusrnus ise her bir katrn akim ve gerilim kazanctm bulun.
Avoru : I - jJi/f
Burada,
ve
/1=
~
11.3
1.
21CCc(_R + RG2)
2.
R'= rd1 11 Ro1
I
Avw :::::·
Av°''"
544
11.2
1
+ jf
//2
Bolclm 11
(l 1.55)
9ok Kath Slstemler ve Frekans
~ekil I J.62'deki iki katli RC kuplajh )'.tikselte9 it;in
(a) Z; ve Z0'yu bulun.
(b) A,. = V ,/V; gerilim kazancim hesaplayuuz.
(c) A;= /JI; akim kazanciru bulun.
Problemler
545
kemmel bir gerilim kaynagi (Rs = 0 n ) ile beslenecek vc 10 kffluk bir yuk
alunda yah§acakllr. Her bir eleman icin (ticari olarak mevcut) tipik degerini
gosterin ve kontrol etmek icin sonuctaki devrenin gerilim kazancuu hesaplaym.
Ticari olarak mcvcut direnclerin listesi herhangi bir elektronik urunler ya·
ymmda bulunabilir.
20V
9.
lo
J.OµF
·-
C2
,,
CE2
c52'nin
y1kanld1gm1 ve Rs1 = _2.2 k!l ve
: , r
Rs2
= _ l~~ rr·i .
·
11.4
10. 22 Q'luk bir ytike baglanm1~ 5:1 oranli bir indirici transfonnatoriin primerinden
z,
IIOOµF
11.3 ornegi, Cs1 ve
sayarak rekrarlayin.
Ri
4.6
gorulen empedansi hesaplayin.
IL 50 Q'luk bir yiikti 20 Q'luk bir kaynak empedansma uyudurmak icin
gerekli
transformator sanm sayisim hesaplayin.
T
a
a'
12. (a) Sekil I 1.63'teki transformator kuplajh devrenin (V,/~;) gerilim kazancmi hesaplayin.
~dil I I .62 lki kath RC-kupl•jh yUk,elle,;.
------------.----
3.
V cc= 22.5 V
~ekil 11.62'de!<i RC·kuplajh yukseltec devresinde her bir transistor icin R111 =
56 kn ve R112 ;,, 5.6 ill ve Re1 = 6.8 kn ve Re2 = 3.3 kn, Re1 = Re2 = 0,56 Ml,
Re = 2.2 Ml secilirse Z;, Z,, A,T, Air ve Apr yi bulun. Biitiin kondansator de·
gerleri ayrudir, Her bir transistorun /Js1 120 dir. h;e belirtilmedigi icin, her transistor icin r, hesaplanqialldtr. Biitiin ilgili yaklasiklan kullamn.
4. CE emetor kondansatorlerinin ikisinin de ylkardmt~ oldugunu varsayarak 3. prob
lemi tekrarlaym.
5.
Ce'nin y1karild1gm1 varsayarak 11.1 ornegini tekrarlaym.
6.
Ce'nin y1kanld1gm1 ve Zl ylki§ yiikilniin bir kondansator araciligryla Q2' nin
kollcktoriine _bagland1gm1 varsayarak 11.1. omegi tekrarlaym.
'
. ·.
7.
Re1 'in y1kanld1gm1 vc ZL'nfo 0.56 ill'ya dil§iiriildiigilnii varsayarak J l.2 i:irnegi'ni tekrarlaym,
·
8.
Toplam kazanci 2000 olan RC kuplajh bir yukselrec tasarlaym. Devre, mu-
546
BlilOm 11
ltok Kath Slstemler ve Frekans
I
-=4.7 k!l '::"
~ckil I I .6~iki kath 1r.i,.,fonnatl\r-kuplajh
· Problemler
IOµF '::") k!2
I_ 20µF
yukscllcf.
547
;
(b) ~ekil 11.63 teki devrede yiik 0.5 ~Q'a dii~iiriiliirse, devrenin gerilirn kazanci
ne olur?
•
*
15. ~ekil l l.65'teki kaskod yukseltee icin ~g1daki degerleri bulun :
(a) /J1 =/J.i = 50 icin, rep ve rC?.
:·,
(b) V,. = lOrn V ise, A,r ve V"
(c)Z; veZ0
Vee= 20V
11.5
13. ~ekil l l.l3'teki devrede 12 V'luk kaynaklann yerine 16 V kaynak konulursa
yeni de seviyeleri ne olur? Aynca, her bir transistor icin yeni r, degerini bulun.
AC gerilirn ve akim kazanclan nasil etkilenir? Bu degi~irnden etkilenirse yeni
Re
2.nn
Q,.
seviyeler ne olacaknr?
+.
11.6
14. ~ekil l l .64'deki kaskod yukseltec icin a~ag1daki degerleri bulun: .
(a) V0
(b) Z;, Z0
Vlt'=l8V
-~
~~ki I I U,S Problcin 15'dcki iki katll yUlcsck~.
*
2.2kn
J
I J.7
16. ~ekil 1 l.66'daki Darlington devresi iyin A;, Z;, Zo ve A,.'yi belirleyin.
Yee =+20V
a,:
Rs
2.2Mn
1.2 k!l
...
CE
kn
hj;= 50
h«= IO~S
IOµF
150µF .
+
. -=-
$~kil 11.64
(c) (,,/; ve A;
~-·k i I l L(,<, Problem I 6'cfaki yUkseh~ devrcsi.
(d)A,,T
548
so
Q1: h1e=.o.13
0-1----+
hr,=
h«= IOµS
1,
ioo n
h1e = 3.s kn
BolOm 11
yok Kath Slstemler ve Frekans
Problemler
549
17. Q1 Transistoriiniin kollektoru ile Vee arasina 2.2 kQ'luk bir koilektor direnci eklcndigini ve ylkt~m. Darlington devresinin kolektorunden almd1gm1 varsayarak 16.
problemi tekrarlaym.
ekleneri'2.iR.Q'luk direnc iizerinden akan akimdir,
I,,,
· ·i :,j\-1
18. ~ekil 1 l.67'de, ly, ve h;., rransistorler yerine, Darlington ¥ifti icin verilmistir.
v.
v
v=
= 25 ve 2 100.V olmak uzere iki ge~~lim ol¥iimii
21, Aym direny iizerinde
yapilnusur. Birinci okumaya kiyasla ikinci okumadan okunan dB guy kazancrm
bulun.
22, Giri§ ve ylkl§ gerilim olyiimleri V;
= 10 mv ve V,, = 25V
olarak yap1lm1§t1r. De-
sibel cinsinden gerilim kazanci nedir?
23 (a) Uy-kath bir sistemin toplam gerili~ kazanci 120 dB dir. Ikinci katm db ka-
, anci birinci katm iki kau ve iiyiincii kaun desibel kazanci ilk kann 2.7 kan
ise her bit katm desibel kazanciru bulun.
(b) Her bir katm gerilim kazanciru bulun.
~
ll.9-11.11
24. ~ekil l l.68'deki devre icin,
Cw ~ SpF {giri§)
1
Cw2 "'4pF C~1k11)
= 2pF
Cc,"' 5pF
C~,,. 30pF
Cbc
+
uo xn
47W
Cs
= V"ifl ';
(b) Av2 = V,12/Vi.
(c) A, . ,= V,.,fVs.
(d) 0.56 kQ'luk yiike 10 kQJuk bir direnc paralel olarak baglamrsa A,.1 dcgeri nc
olur?
(a) Aq
19. R6 direncini 150
n yaparak
lµF
O.Skn
+
y, .. Ys • JmV ~:,.
ir
17. problemi tekrarlayin.
11.8
20. A~ag1dak.iler icin giiy kazancmr-dls cinsinden hesaplaym.
a)P0= 100W,P;=5W.
(a) Alt kesim frekanslanfi5.ft.c vefLE'yi belirleyin ..
(b) Orta bani kazancrru hesaplayin.
b)P"= 100mW,P;=5mW.
c) P0 100 µWt P; = 20 µW.
(c) Dst kesim frekanslart/H; vefHo' yu hesaplay1~ '.
(d) A,.= V,JV/yi logaritmik duzlemde kabaca ¥1z10.
=
550
r•·
J~(·:r_.
Boliim 11
<;:ok Kath Slstemler ve Frekans
Problemler
551
§
25. CE kondansatoruml kaldirarak 24. problemi tekrarlaym.
31. ~ekil l l.60'daki gibi bir FET yukseltec devresinde ~ag1daki devre degerleri iyi_n
orta frekans kazancnu hesaplaym :
'•· ·
··
26. Ce= l µF yaparak:''25. probl~ini tekrarlayin.
n.rz
gm= 6000 µmhos, rd= 50 kO (Q, ve Q2) ;
Ro1 =Ro2= lOkO;
.
RG1 =·Ro-i = 1 Mfl ;
. . ···"
.t11.;, •• ,,
.
Cs= 10 µF, Rs= 1 kO, Cc= 0.1 µF, C8, =·Cgd = 4 pF, Cw= 7 pF .
27. Her biri 20 dB kazanca sahip 4 oz.de~ kata sahip dort kath bir yukseltecin toplam gerilim kazancmi hesaplayin.
•
\ . .,..·.,.:
I
<'
=
28. Her bir kann iist kesim.frekans1fi
2.5 MHz olan 4 kath bir yukseltec icin devrenin 3 dB toplam Iist frekanstm hesaplaym.
.
29. Her birij] = 40 Hz kesim
11.13
d;;f;~~rna sahip 4 kath
bir yilkseltecin tamarmndakijj
degeri nedir?
30. (a) ~ekil l l.69'daki iki kath yukseltec devrcsi icln alt kesim frekanslanru bulun.
(b) Sekil l l.69'daki devrenin iist kesim frekanslanm bulun if{J = 5MHz)
(c) Orta band gerilim kazancmi hesaplaym ve A,.'nin frekansa gore (logaritmik
olcekli) kaba bir yizimini yapm ..
32. Problem
3l'deki devre iyinf1 veh degerlerini h'J~~playm:
•
33.
I
;.Ur.Hi..
Problem 31'deki degerler ve devre icin kazanc-band geni~ligi carpanmuhe.
~ ·.,., u; . "'_. >I :
. !
saplaym.
i
34. ~ekil 11.70'deki devre i9in
. :..·,
12V.
T4
= 50kSl
4.7kSl;
2.2kn
. 2µF
22kll
lMn
_c,
o-----111--_,._...,.,..,
I
0.2µF
1o-----l'----<>--~~_,:;.-'I
I
I
I
I
I
I
P=
100·
I
I
22on .
I
I
I
I
:*:Cw2
I
2ill
::hcw3
I
.1:,1
Bo!Um 11
Ongmlim nokw.Dda
g111 =2mV
v, .. 1omv
I
I
I
~ckil 11.6')
552
0.00'.ZµF
2.2k0
Cw1 =4pF
Cw2 =6pF
Cw3 = 8pF
QI' Q2 : Cb,
= 5pF
I
I
I
I
I
I
lOOµF I
1
t
= 50pF
c;» 2pF
+
I
I
I
I
I
I
I
I
100 I
I
1
4.6 kn:*:: Cw1
C,.
/3=
I
I
<;ok Kath Slstemler ve Frekans
~c~il 11.70
(a) Verilen kondansator degerleri ile belirlenen alt ve iist kesim frekanslannr he
saplaym. Vcc:=20V, rp=:O'Okullantn.
(b) C;'nin hangi deger] ic;in alcak kesim frekansi 10 Hz olur?
(c) Yiiksek kesim frekansmda V0'1 bulun.
Problemler
553
12.2 SERi-BESLEMELi A-SINIFI YUKSELTE<;
,
'.
. .,. ·~'
,..
),
:.'
,. ·.
,' .', •• . •
. '.• . ; '
: . ; : ~ % .. :
~ekil 12.9'de gosterildigi gibi basil sabit-ongerilirnli devre baglannsi, A~s1mf1
biiyiik-sinyal yiikselteci olarak kullamlabilir. Daha once incclenen kiii;;iik~~i~yltl
·
:,.,1.r1..i, .... ,·
devresi ile bu devrc arasmdaki tek fark, biiyiik sinyal devresi tarafmdan kullarulan
sinyallerin, volt diizeyinde olrnasi ve kullamlan transistorun, birkai;; watt arahgmda
9ah§abilcn bir gili;; transistorii olrnasidir, A§ag1da da gosterileccgi gibi, bu devre,
biiyiik sinyal yiikseltecinde kullamlacak en iyi devre degildir. DC i.ingerilimi v;J ile
belirlenirken, R8 a§ag1daki de baz-ongerilim akimun belirler.
~i
T:' ..
Io= Vee· VBE Vee - 0.7 V
(12. l)
Ro
Rs
=
Buradan kollektor akmu
le= /Jla = hFEIB
(12.2)
Vee= Vcc-IcRe
(12.3)
ve kollektor-emetor gerilimi
12.1
ciats
Bir yukseltec sistemi; bir kiii;;iik sinyal yiikseltecinden, bir biiytik sinyal yiikseltccinden
ve bir i;;ikl§ transdiiserinden olusur, Giri§ transdiiser sinyali genellikle kiii;;iiktiir ve bir
yllCI§ cihazim i;;al~tmnak ii;;in kullamlabilecek diizeyde ytikseltilmelidir. Bu nedenle
kiii;;iik-sinyal yukselteclerinde dikkate · ahnmasi gereken temel faktorler genellilde dogrusalhk vc kazancnr, Giris transdiiserinden gelen sinyal gerilimi ve akim genellilde
kiii;;iik oldugundan, giii;; kapasitesi ve giii;; verimliligi pek onemli degildir, Gerilim yiikseltecleri, hoparlor ve motor gibi cihazlan i;;al1§tumak ii;;in bi.iyiik-sinyal yiikseltec kat11)11na yeterince biiyiik gerilim sinyali saglarlar. Bir biiyiik-sinyal yiikseltecinin, verimli
i;;ali§rnas1 ve tipik olarak birkac watt'tan ytizlerce watt'a kadar giicii kaldirabilrne kapasitesine sahip olmasr gerekir. Bu bolumde, tipik olarak bir kai;; volttan onlarca volta
kadar degi§cn biiytik sinyalleri kullanabilen ytikseltei;; katlan iizerinde durulacaknr, Bizi
en cok ilgilendiren ytikseltei;; faktorleri arasmda devrenin gili;; verimi, devrenin kaldirabildigi maksimum gili;; rniktan ve yikl§ cihazm empedans uydurmasi sayilabilir,
·tlk once, boyle bir devre baglannsirun kullarulmasmdaki bazr sirurlan gostermek
acrsindan, A suufi seri beslemeli bir yiikseltec kau ele ahnacaktir. Daha sonra, suriicii · katla ytik (i;;tkl§ transdiiseri) · arasmdaki empedans esleme icin kullarulan bir
yonterni gostermek amaciylatek ui;;lu transformator kuplajh katJ 'inceleyecegiz. Sinyalin, bir hoparior veya motora dii§lik'bozulmal1 (distorsiyonlu) etkili bir kuplajla baglanmasi ii;;in i;;ok populerolanpush-pull .baglantJsm~.!aft1§acag1z. Son olarak, transformatorstiz push-pull i;;alt§masi'i~n birbirini tiimler t'ransistorlii devreler sunulacaknr,
554
Vee
v, I\,.
i
,,.,.·~··
· ,)C:kil-12. l Serl beskintli A-sm1f1
.110Yiik·sinyal 1ilkselltci.
de ongerilimin, yiikseltecin 9al1§masmdaltj onemini daha iyi belirtebilmek ay1smdan
~ekil 12.2'de bir kollektor karakterisrigi verilmistir, Vee ve Re devre degerleri icin,
bir de giii;; i;;izgisi §Ck:il 12.2'de gortildilgil-gibi yizilebilir. 18 ongerilirn degeriyle de
yilk cizgisinin kesisimi, devrenin siikunet:yah§rna noktasuu (Q-noktas1) belirler, le
ve Vee silklinet noktasi.degerleri, (12.1)-(12.3).;~asi denklemlcrle hesaplamr. Eger
de ongerilim kollektor akmu miimkiin olabilecek .sinyal salmurunm (0 ile Vcc/Re
arasmda) yansi olarak secilirse, en biiyiik ac k~ll~~Jor akirru miimkiin olacaknr. Buna ck olarak, eger siikunetteki kollektor-t:mctof gejilimi besleme geriliminin yansi
Bl>IOm 12.2
Serl-Beslemell A·Sintf1 YOkselt~
555
olarak secilirse, en biiyiik kollektor gerilimi salmum miimkiln olacaktir. Eger Q noktasr bu en iyi ongerilim noktasmda secilirse ~ekil 12. l'deki devre icin gil'r he-
I~
-i
I
saplarnalan ~ag1daki gibi belirlenecektir.
:
/ g~baz
I
(
alanuac
·:· sinyall
/Q-noklas•
\
,,
.\
lcQ-H-==~~--'sa
I
!
alamaac
siny.U
.. $ckil 12.2 YUkdogrusu ve
Q • nok1asu,1n gllstcrildij!i
translstGrkaraktcristi!i,
$ekil 12.3 De yOk dofrusu ve
ac si11yotletini go.stc«:n rr:msis-
Gerilim kaynagindan saglanan giris giicii:
tGr kolk:lttGr karaktcristikleri.
= VcdeQ
P,(dc)
(12.4)
aym zamanda ~agidaki gibi de ifade edilebilir. ·
I
<;1kl~ giicii, devredeki yiik direncine, yani kollektor direnci Rc'ye aklanlan gti'rtiir. V;
ac sinyali, baz akmurun de ongerilim etrafmda degi~mesine ve dolayisiyla kollektor
akimm le siikunet akimi etrafmda degi~mesine neden olur. ~ekil 12.3'te, ac baz
akirm giri~ sinyali ve elde edilen ac kollektorakmu ve kollektdr-emetor gerilirn sinyali gorulmektedir. Eger giris sinyali )di'riikse ~
sinyalleri siikunet noktasi etrafmda . yalruzca kii'riik degi~imler gosterecektir .. Vi giris sinyali arttikca ve ac baz
akim sinyali buyudukce, ac 'rlkt~ sinyali de bilyiiyecektir; burada miimkiin olabilecek en bilyiik sinyal salimnu devrenin parametreleri tarafmdan sirurlanacaknr. ac
sinyali tarafmdan Re yiik iizerinde olusturulan gil'r 'rC§itli ~ekillerde ifade edilebilir:
Po(ac)=f~(rm's)Re=
· .. 'i
'
'.
2
Po(ac):: le (rms) Ve~(rms)
= lc(tepe) Ve£,(lepe)
Y2
= le (tepe-tepe) \ICE (tepe-tepe)
2V2
·,.,·,:'
.)
·, 1 ·i·
-:
. (12.Sb)
2Rc
•
·
2
= le2 (tepe-tepe)Re
= VCE
(tepc--tepe)
8Re
8
BolOm 12
t
(12.5c)
BOy_Ok Slnyal YOkselte~lerl
(12.6c)
(12.5)-(12.6) esitliklerinden herhangi biri kullarulabilir; sonuctaki degerler aym olacakur.
·
Boylece yiikseltecin verirnlili.,...i ..........
o le ...._a=.=,..:....~~-.
hesa lamr:
(-
556
2fi
Po(ae)-le(tepe-tepe) Vee(tepe)
8
I
fi-
(12.6b)
·2
Re
.=.(17yepe)) Re= VtE(tepe)
Y2
_ /c(tepe)Vee(tepe)
(12.5a)
VeE(nns)
(12.6a)
BolOm 12.2
Serl-Beslemell
%71=Po(i~)'~~IOO
P1(dc)
A-Sinrt1 Yiiksett~
(12.7)
557
Verirnlilik, sadece kaynak geriliminden ~kilen gUciln ne kadannm ac sinyali olarak yiike ula~t1gm1 gostermesi acismdan degil, aynca ne kadanmn yiike ulas. mac1Jg1m ve ozellikle transistor 'tarafindan ne kadannm 1s1 olarak tiiketildigini gosterrnesi acismdan da onemlidir, · ·,
0RNEKJ2.l
JO mA'lik
£;•. •
~].
(12.8)
.
nca
..
Sekil 12.4a'daki devrc icin Q noktasi a§ag1daki §ekilde bulunur .
lo= Vee·
le (tepe-tepe)
=
le=
/c(lepe-tepe)Va (tepe-tepe)
= (Vee /Rc)Vcc = Vtc
8
V =20
/310 = 25(19.3
V•
0.7 v .-:
I kO · ::· ·
19.3 mA
-: t •
mA) = 482.5,mA.
Ve£= Vee - lcRc = 20 V - (482.s'~A)'(20Q)
Vee
Re
(12.6c) denklemi kullanarak:
maksimum P,, (ac)
0.7
Ro
Ve£ (tepe-tepe) = Vee
maksimum
baz akrmr saglayan blr girl§ gerilimi elde edecek §ekildc, $ekil
transistor tarafindan harcanan gUcii de hesaplaym.
Eger Q noktasi maksimum ·sinyal sapmasuun orta noktasma ayarlarursa, maksimum giiy kosulu yerine geririlmis olabilir. $ekil 12. J 'deki dcvrc iyin bu a§ag1daki
baglannlar kullanarak belirlencccktir.
maksimum
tepe
12.4'teki yukseltecin giris gilciinil, 900§ gUcilnil ve verimliligini hesaplaym. Ay-
<;ozum:
(
Maksimum GO~ ve Verlmlilikl'
:
I•.
8
8Rc
= 10.35
V
Bu nokta ~ck.ii 12.4b'deki transistor karakteristikleri iizerine isaretlenmistir. <;1.la.§
sinyalinin ac degi~imi, $eki1 12.4b'deki de yiik dogrusu yiziminin kullammryla, le
VcdRc = 1000 mA ile Vce = VCE = 20
birlestirerek, grafiksel olara.k elde
cdilebilir. Girl§ ac baz akirm, bunun ongerilim seviyesinden gelen baz akirrunr
artirdigi zaman, kollektor akirru a§ag1daki kadar artar:
=
Y.
A§ag1daki ifadeyle verilen siikunet noktasi iyin
:ii.
/c(tepe) = {318 (Lepe)= 25(10 mA tepe) = 250 mA tepe
le= Vee /Re
2
(12.Sb) denklemini kullanarak
Kaynak geriliminden gelen de gilcil :
maksimum P,{dc)=
P" (ac) = (~)2 Re= (250 x
ff
Ycclc= Vc)fu)=.!'.'.&
\2Rc
2Rc
(12.7). denklem ile verilen yilkselteylerin verimliligi maksimum giiy
g1daki gibi hesaplamr.
maksimum % 1J = maks P,.(ac)
maksP;(dc)
2
= Vcd8Rcx%
., Vtd2Rc
x
% 100
P;(dc)
= 0.625 W
= Vcclc= (20 V) (482.5
x 10-3.).= 9.65 W
Boylece yiikseltecin gily verimliligi (12-?) denklemi kullarularak hesaplanabilir:
%
100=%25
Borom 12
(20)
( 12.4) dcnkleminin kullaruhsa:
kosulu iyin asa-
Bu, seri-beslemeli A-sm1f1 bir yukseltec icin maksimum verimlilik yilzdcsidir. Bu
maksimum verimlilik yalruzca ideal §artlarda ve maksimum ac sinyal sahmnu durumunda ge.1yekle§tiginden, sen:beslemeli A-sm1fi yilkselteclerin y0gunlugu
%25'den yOk daha az verim saglar,
558
10-3)2
ff.
BOyOk Slnyal YOkse1te9lerl
11 = P,,(ac) x
P,{dc)
% 100 = 0.625 W
9.65 W
Buradan transistorun harcad1g1 gUy;
x
% 100
= % 6.48
-,~;
;
;J,'.•"
P Q = P; - P0 = 9.65 W • 0.~2.5:W
= 9.025 W
L'
Borom 12.2
Serl-Beslemell A-Smrf1 Ylikselt99
55!}
lc(mA)
40
ii[},
30
c
10
I 100
,
(a)
s
-
:,-
'r
IS
20
I
(b)
25
~c~il 12.5 Transformatllr-kuplajh scs g~yobcheci.
.I,
(a}
(b)
R~,,, V1//1 _ Vi
-5ekil 12.-1 Omek 12.l'deldscn-beolemelidcvTenin~htmaso.
Ri
l
=
Ornek 12.l, A-sm1f1 seri _besl~!lleli devrenin ~1~masmm zay1fhgm1 gostennektedir. Sinyal salmtmmm mumkun' olabilecek maksirnum sahrum olmamasma
ragmen, ,;:al1~ma noktasi civanndaki iinemli bir biilgeyi kaplanusur, Boyle bile olsa,
devrenin verimliligi %25'1ik ideal rnaksimum degerin oldukca altmdadir (%6.48).
Daha da onemlisi, transistorun yiike yalrnzca 0.625 W'hk bir gii,;: vermesi icin 9.025
W'hk gii,;: harcamasr gerekmektedir. Dolayisryle bu devrenin kullamma pek clverisli ·
olmadrg; acikur,
V2/h
Ii_ Vi h _N1-N1
/1 V2
V2 Ii
N2 N2
TRANSFORMATOR-KUPLAJLI
G09 YUKSEL TECi
Daha makul bir A-Sm1f1 yukseltec diizenlemcsinde, $ekil 12.Sa'da gosterildig! gibi,
yiikil yukseltec katma baglamak i,;:.in bir transformator kullaruhr, Bu, temel bazi kavramlan gostermek i,;:in seeilen basit bir devre duzenlemesidir, Daha prarik devre tipleri ktsaca.ele almacaknr, $ekil 12.~b'de, gerilim, aktm ve empedanslan gosterilen
bir ,;:ila§-kuplaj transformaroru verilmistir.
=
(12.9)
(12.10)
': i
!
burada Ri = Transformator sekonder uclanna bag1t!yilk direnci
R(. Transformatorun primerinden gorillen etkin direne
a = NiJN2, transformatiiriln primerinden yilk' direncini daha buyuk bir etkin
direny olarak gostermek icin gerekcn dil§i!riiCil Sartin' oramdir.
=
··I;,
ORNEK 12.2
Transtorrnatorle Empedans Uydurma
a:;:,,,.
Transformatiiriin prirnerinden gonilen direnci, sekonder uclanna baglanan direncle ilgilidir. Sekonder direncinin, primer direncine orarn a§ag1daki sekilde ifade
edilebilir:
560
N2
Burada VtfV2 N1/N2 ve /,J/1 Ni/N2 dir. Dcllayi~1yla transformator giris ve ,;:1kt~
direnclerinin oraru, transforrnator sanm oraruriin 'lc~siyle dogru orantih degi§ir:
ve
3
-(Ni)2
Bolilm 12 BOyOk Slnyal Y!ikselte9lerl
I
8 O'luk bir ,;:tk1~ yiikilne baglt 15:1 oranh br~~sformatorun primerinden giiriilen etkin direnci (Ri) hesaplaym. ·
: .··
.!IH\i.,
sa1om 12.3 Transformat6r-KuplalhGO~ YOkseltecl
.
561
(iii.ii
AC Yuk Dogrusu
Ill:
( 12. 10) denklemini kullanarak · ·· '
R~
= {&)2Ri, = (15)28 = 1800 Q = 1.8 kQ
Nz
·
,.
eldc edilir.
6RNEK 12.3
•'i).
Etkin yiik clirenci 10 kQ olan bir yukseltecle 16 Q'luk bir hoparler yiikii arasmda
empedans uydunnak iyin gerekli transformator sanm oram nedir?
<;tiziim:
Ac sinyal cahsrnasmi elde edebilmek iyin, transistordn primer ucundan gorulen ac
yiik direncini hesaplamak ve daha sonra transistor karakteristikleri uzerinde ac yuk
dogrusunu yizmek gerekir. Etkin yiik .direnci •(12._IO) denklemi kullarularak, transformatorun sanm orarn ve sekonder yiik direnci degerleri ile belirlenir. R'r, degcri
elde edildi.kten sonra, ac yuk dogrusunun, cahsma noktasmdan gecrnesini ve -1/Ri,
oramna C§it bir egime sahip olmasuu saglayacak §ekilde yizilmesi gerekir; burada
yiik dogrusunun egimi, ac yiik direncinin negatif ka1'§1ltg1d1r. Sinyal uygulanmadrgi
zaman kollektor sinyali ~ah§ma noktasmdan ge~tigi icin, yiik dogrusunun, yal1§ma
noktasindan gecmesi gerekir,
,
,. . . ; :., ,
Cahsma noktasmda gecen -1/R'c egirnli :~iJi.,;;;µk dogrusunun cizimini basitlestirmek icin 8§ag1daki teknik kullarulabilir (bakmiz ~ekil 12.6a):
Eger Ac sinyal stikunet seviyesindcn O V'a kadar degi§mi§ olsaydr, IcQ siikunet
akirm seviyesi de a§ag1daki oranda degisecekti:
(12.9) denklemini kullanarak
(12.11)
DC Yuk Dogrusu
.. Transformatorun de (sargrj.direnci, devrenin de yiik yizgisini belirler. Tipik olarak
de direnci cok kiiyiiktiir ~ekil 12.5ii'da O
olarak gosterilmistir, bu da duz
· (dusey) bir yiik dogrusu saglar. Bu, transformator icin ideal bir yuk yizgisidir. Pratikte, transformator sanmlan yilk dogrusunda hafif bir egim olusturur, ancak burada
yalmzca ideal durum tarusilacaktir, ideal durumda yilk direnci iizerinde herhangi bir
gerilim dii§timil olmaz ve yiik dogrusu, V CEQ = Vcc gerilim noktasmdan dil§ey olarak dilz bir yizgiyle yizilir.
qu
n
Transistor karakteristiginin y .ekseni uzerinde, sukuner noktasmdan Afc kadar
yukanda bir nokta isaretleyin ve ac yiik dogrusunu yizmek icin bu noktayi, yahsrna noktasmdan gecirerek istenen ac yuk dogrusunu cizin. Ac yiik dogrusunun, 1,1k1§ sinyal sahnmurun, Vee ;kaynak gerilimini asabilecegini gosterdigine dikkat edin. Ashnda, transformatorun primeri uzerinde ortaya cikan
gerilim biiyiik olabilir, Dikkatle kontrof.edilmesi gereken maksimurn yah§ma
degerlerindcn birisi, ac yiik dogrusu yizildikten sonra elde edilen m.tlcsimurn gerilim degerinin transistoriin maksimum anma degerini asrp asmadignu kontrol
etmek icin incelenen ve imalatci tarafmdan verile_n VeEm:ks degeridir. Maksimum gii<; ve gerilim oranlannm asrlmadigm. varsayarak, ac akim ve gerilim
sinyalinin sahrnrm ~ekil 12.6a'daki gibi elde edilir. Bu egriler dahaaynnuh ola. rak ~ekil 12.6.b ve 12.6c'de cizilmistir.
.
L...
Slnyal Sahrurm ve 91k1~ ac gOcu
~ckil 12.6b ve 12.6c'deki sinyal degi§in:ilerinden, tepeden-tepeye sinyal sahmm1
· degerleri a§ag1daki gibi ifade edilir:
·
Si.ikunet <;ah$ma Noktas,
<;nh§ma noktasi grafiksel olarak, rransistorun baz akmu egrisiyle de yiik(dogrusunun) kesisme noktasi olarak clde edilir. <;ah§ma noktasmdan sukilnetteki lcQ
siikunet kollektor akmu okunur. Baz aktmmm degeri 5. Bclumdekl de ongerillm hesaplarnalarrnda gosterildigi §ekilde devreden ayn olarak hesaplarur,
562
BlllOm 12
BOyOk Slnyal YOkselter;:lerl
.. i! .. ,.
V,ahn1n1
= Va (tepe) = (~CEnuiks -
lsahmm
= le (tepe) = lcmak, ;;,lcmin)
.\1:,,.
Bolilm 12.3
Translormator-KuplaJhGOr;: YOkseltecl
Vam;n)
(12.12)
(12.13)
563
le (A)
G.
Transfonnatorun prirnerinde olusacak ac giicii 3§ag1daki ·§ekilde hesaplanabilir:
0.5 .
acyiikdoi1US1
0 4S . '-(CR~)
Ale
12mA
;'. . . . -~--1--~--
0,4
.'<
0.35
XoUclcl&'
abmslnyall
-,
.
Piac)
IOmA
.
Y2
--~-.----<1---8-·m-::A.
0.3
···
~--4--_....__._0.2S
= VCF. (rms) le (rms)
= VvE (tepe) le (lepe)
V2
~.
4mA
0.2
0.IS
"'
0.1
'
-, J11 aOmA
S
J.+-AVCE
O
IS
10
Vaio = Ya; u
2S
20
VCE
V2
(VcEm,ks - VcEmio)(/c, ••k,
8
P " (a C)
2 mA'
~~!--~+-~-+~
0.05
V2
= Va (tepe)/2 x /c(tepe)/2
Ca1J1l1llnokw.t
-
/cmi11)
Hesaplanan ac giicii, transformatorun primerinde olusan gii9tilr. Oldukca
verimlilikli bir transformator varsayarsak, hoparlor uclanndaki gerilimin
hemen (12.14) denklemi ile hesaplanan degere esit olacag1 soylenebilir.
ideal bir transforrnator oldugu varsayrlacaknr; dolayisiyla (12.14) denklemi
edilen ac giicU, aym zamanda yiike aktanlan gii9 olarak kabul eclilecektir.
Soz konusu ideal transformatorde sekonder uclardaki gerilim a§ag1daki
hesaplanabilir :
I
(volt)
t2V
Xollddl>r gerillminin
de!~iml
(12.14)
yiiksek
hemen
Burada
ile.elde
sekilde
( 12.15)
(a)
Burada V2 sekonder gerilirni, hoparlor ya da yiik gerilimi Vc'ye esittir, Yuk gerilimi
ile transformatorun primer uclannda gorulen gerilim (Vi) arasmda, rransformatorun
sanm orani N2/N1 ile tammlanan bir iliski vardir, Primer uzerindeki gerilim daha
once VCE(rms) olarak etiketlenrnisti; gti~e iliskin gcz onunde bulundurulmasi gereken noktalarda genellikle gerilimin rms degerleri kullarulmaktadir [(12.14) denkleminde oldugu gibi aksi belirtilrnedigi siirece].
Yiik iizerindeki gil9 ~oyle ifade edilebilir :
le (A)
Vc,;(volt)
2
IC
Pt,= VL (rms)
II\ID
RL
Ico
Vc.ro
Buda (12.14) denklemini kullarularak elde edilen giice esittir. Dolayisryla ac gucu,
a~ag1daki de dahil olmak uzere 9e§itli yollardan hesaplanabilir:
1cmm
Va"""
wt
0
0
~~kil 12.6 ·1,.11,fom,:u0<,kupl1jh
Wt
lt. (rms) = N, le (rms)
N2
(c)
(b)
(12.16)
(12.17)
A·S1n1f1 ses gU~ yUkscllcc:inin ~1l1.1m•S1 gralik o·«rinoc ~O,tcriln=i.
Burada fi, yuk direnci (ya da hoparlor direnciluzerindeki akimm rms degeridir; vc
yuk akirm ile kollekror akirnrrun ac bileseni 'arasinda, transformator sanrn.oram ile
belirlenen bir iliski vardir,
564
B610m 12
BOyOk Slnyal VOkselteQlerl
Borom 12.3
Transformator-Kuplafh
GO~ VOkseltecl
565
ac ve giicii de ll§ag1daki denklemle hesaplamr:
Vee == IOV
(12.18)
ORNEK 12.14
$ekil 12.7 a'daki devre, 8 O'luk. bir hoparloru siiren transformator-kuplajh A-s1mf1
bir gti<; yukseltecini gostennektedir. Kuplaj transformatoni 3: l'lik dii~iiliicii sanm
oramna sahiptir. Devre elemanlannm degerleri 6 mA'lik bir de baz akirru olu§turuyorsa ve giri§ sinyali (V;) 4 mA'lik bir baz akirm tepe sahrmru olusturuyorsa,
$ekil 12.7b'de gorulen transistor karakteristiklerini kullanarak a§ag1dak.i devre dcgerlerini hesaplaym: VCEm:iks' Yamin• lc;moks' IcEmin' yiik ak.tmm ve gerilirninin
rms degerleri ve yiik. uzerindeki ac giicii. Kontrol amacryla ac giiciinii farkh denklcmler, yani ( 12.14 ), ( 12.16) ve ( 12.18). denklemleri kullanarak hesaplay m,
N: = 3: I
N
ls= 6mA
Cl'i neoonlyle)
lt,.,.. ·4mA
fa)
<;oziim:
le (mA)
1. de yiik. dogrusu V CEQ = V cc = 10 V noktasmdan diisey olarak 9izilebilir (bakuuz ~ekil 12.7c).
·
2. l~ 6 mA icin ~ekil 12.7c'deki 9ah§ma noktasi:
=
4mA
VCEmoks == 18.3 V
566
-,
100
' <,
6mA
4mA
'
<,
18 = 2mA
50
le,.1• = 25mA-:---:--t;;-l--.,-,--,--l---,,--~........::_ __
JO
IS
20
25
VCE (volt)
·0
: , 5- ..
JO
15
Va·m1n = 1.7V
lOV =139mA
72 Q
(b)
A noktasiru {~ekil 12.7c);:;: lceQ +Mc= 140 + 139 = 279 mA y ekseni uzerinde
isarerleyin. ac yuk dogrusunu 9izmek i9in A noktasun Q noktasryla birlestirin.
5. Verilen baz tepc akirn sahrnrru 4 mA icin ~ck.ii 127c'den elde edilen kollektor
akrmimn ve geriliminin maksimum ve minimum degerleri:
=
8mA
~ Q-nok.
6mA
4. Ac yiik dogrusunu a§ag1daki gibi 9izin: 9ah§ma noktasirnn iizerindeki akim sahrumuu hesaplamak icin ( 12.11) denklemi kullamn:
VcEmin 1.7 V
~~nolctasi
8mA
RL = (3)28 = 12 o.
Mc=6V~e=
RL
14mA
IOmA
3. Etkin ac direnci R;, ((12.10) denklemi kullarularak]
(ZJ
de yiik dogrusu
l2mA
VcEQ= lOVvelcQ= 140mA
R~,;,
/
14mA
20
25
Veema1cs"' 18.3V
(c)
-~d.il 12, 7 <}rnck 12A'e ili1kin 1111n,;fonn•16r-kupl•jlo ses gilf yUlucllcci vc 1r.ansisUlr brok1eri,liAi.
lcm;n=25 mA
lcm,ks = 255 mA
BolOm 12
BOyOk Sinyal YOkselte<,:lerl
BolOm 12.3
Transformator-Kuplajll GO~ YOkseltecl
567
6_ (IZ.l4) denklemini kullanarak transforrnatorun prirneri i.izerindeki ac guciinii
hesaplay1mz.
(Vam,u - VcEm;.) (lcm,k, - lcm;n)
P., (ae)8
- (18.3 - L.7)(255 - 25) x 10·3 = 0.477
8
. 7. Primer iizerindeki rms gerilimini hesaplaym.
_ Vi(p-p) _ VcEm•k• • Va,.io
V1 (rms) zfi
w
26
. . , = _lQj__ = 5.87 V
hsacaknr ve devreden maksimum glieii 9ekerse transistor en az giicu harcayacaknr.
2.828
Avsiruf) bir yukseltecte kullamlan en emniyetli transistor nominal degerinin, yilk c;1kanldigmda elde edilen maksimun\ deger oldugu acrknr, Yuk baghyken normal cahsrnada transistorun daha az glii,: harcamasi gerektigi icin, A-sm1f1 yiikselrec bir/ini
1
1191k oldugu surece yilkii baglt tutmak her zaman teieih edilen bir §eydir.
8. Yuk geriliminin rms degerini bulmak icin ( 12.15) denklemini kullamn :
{.L}
(5.87) = I .96 V
1 (rms) =
N2
3
9. ae giieiinii hesaplamak icin (12.16) denklemini kullamrsak:
vL(1ms) = ~V
.
.
PL (ae) = vl
.
0RNEK12.5
2
= (l.96) = 0.480 W
RL
8
_ .. k II
.
10. Yiik akmurun rms bile§enini hesaplamak icin (12.17) denklemini u anm ·
h
_
PQ• 1s1 olarak harcanan enerjidir. Bu denklem, basit gorilnmesine ragmen gil9
transformatorunun c;ah§masmda oldukca onemlidir. Transistorun haread1g1 gucun
(bu miktar transistorun gii9 kapasitesini belirleyeeektir), yiik tarafmdan cekilen glic;
ile kaynaktan cekilen de giri§ gucu (bu giic;, sabit bir kaynak ve 9ah§ma noktasi ic;in
sabittir) arasindaki farknr, Eger c;tla§ glieii sifir ise transistorun, A-s1mf1 cahsma ongerilimi ve kaynak gcrilirni ile belirlenen maksimum mikrardaki giieii kaldnmasi gcrekecekrir, Eger yiik bir rniktan gi.ieii cekerse, bu durumda transistor (bir an icin)
daha az giicii kaldirmak zorundadir, Diger bir deyisle, yiik A-sm1f1 ynkselreclcrin
yukseltee devresinden aynltrsa en zor durnmda (en yliksek glicii hareayarak) 9a-
Nt I (
)-N,[l~'"'"'-' .c:
- /cminl::::
mA = 244 mA
(rms) = rms -j (3) 230
2 828
N2
Ni
l 2v2.
·
<;:oziim:
l I. (12.18) denklemini kullanarak a~giicii hesaplamrsa:
pl (ae) I[ Rl:::: (244 ~ l~-3)28 = 0.476 W
12.4. ornekteki yiikseltei,: devresinin verirnliligini hesaplaym, Aynca transistorun
haread1g1 giie(i hesaplaym.
Giris giiciinii hesaplarnak icin 12.4 denklemini kullanarak
elde edilir.
;
P; (de)= VcclcQ = (10) (140
' Gi.ic; ve Verimlilik Hesaplatt
Buraya kadar, yilke aktanlan ac gileiinii11 ·:C91k1~ ac giieiiniin~ h~saplanm~sm1 in1 dik. ~imdi de kaynaktan 9ekilen giris gucunii, yukseltecteki guc kay1p~~nm ve
. ee e ft
ator kuplajh A-sm1f1 bir yiikseltecin gii9 verimliligini inccleyeeeg1z. Kaytrans orm
'
T ·
k
naktan cekilen de giri~ gucu (12.4) denklemindeki gibi de_ ka~~ak gen 1m1 ve caynaktan cekilen ortalama akim degerleri kullamlarak elde edilebilir.
. $ekil. 12.5'le gorulen transformator kuplajlt bir yukseltectc, trn~sfo~atoriin harcadigi giiy kii<;:iiktiir ve buradaki hesaplamalarda ihma~ edileee~ur. Boylece_Trans:
fonnator-kuplajh bir yukseltec devresinde kaybolan gil9 yalruzca, a§ag1dak1 denk
temle hesaplanacagi gibi transistor iizerinde hareanan glic;tiir.
568
pQ
= P; (de) - P,. (ae)
10·3) = 1.4 W
elde ederiz,
( 12.19) denkleminden, transistor uzerinde hareanan glieiin
Pa=P;(de)
• P0(ae)=
1.4 W • 0.48 W= 0.92 W
oldugunu goriirilz.
P; (de)= VccfcQ
I
x
I
(12.19)
BolOm 12 BOyiikSinyal Yiikselter;leri
Verim ise:
1J = P., (ac) x 100 = 0.48 W x lOO = % 34.3
P;(de)
1.4 W
olacakrrr,
Boliim 12.3 Transformator-KuplajhGii~ Yilkselteci
569
1J = 25
Maksimum Teorik Verimliiik
Avsmif) bir yukseltec iiyin rnaksimum teorik verimlilik seri-beslerneli devrede
%25 ve transistor-kuplajli devre de %50 dir. Seri beslemeli bir yukseltec devresinin
cahsma bolgesinin analizinden, verimlilik a§ag1daki gibi ifade edilebilir:
(12.20)
Pratikte verim % 25'ten azdir. Aslmda 12.1. ornekteki devrede verimlilik sadece %
6.48 kadardi; bu .da yetersiz 9al1§an seri beslemeli bir devre oldugunu gosterir.
A-s1mf1 transforrnator kuplajh bir yiikseltecin verimi §Oyle ifade edilebilir:
11 = 50 ( VcEmub.
VcEn11n )2
%
I
VCEm,k< + VCEmi•
!
--~~~~~~~~~~-}.
(12.21)
VCEmah ne kadar bilyiik ve VCEm;,; ne kadar kii~iik olursa, verimlilik de %50'1ik teorik smira o kadar yaklasir. 12.4. ornekteki devrede vcrimlilik %34.3 olarak elde
edilmistir, Iyi tasarlanan devreler %50 teorik Iimitine yaklasabilir, Bu nedenle ~ekil
12.7a'daki devre ~alt§mada ortalama bir devre olarak dii§ilniilecektir. Yiikseltecin
giiiy kapasitesi artukca, verimlilik daha onemli hale gelecektir. Bir kai,: wau'hk gili,:
ii,:in maksimum verimlilik verrneyen basit, ucuz bir devre kabul edilebilir (ki bazen
arzu da edilir). Ancak onlarca, yiizlerce watthk giiiy seviyeleri durumunda teorik
maksimuma olabildigince yakm bir verimlilik aranacakur.
Transformator kuplajh yukseltecler i~in maksimum %50 smm yalrnzca Avsimf)
9al1§ma icin gecerlidir, lncelenecegi.gibi, daha yiiksek verimlilige ulasrnak icin yiikseltecleri cahsuran (ongerilimleyen) daha baska smrflarda mevcuttur.
(V CEm,h • VCEmin)
VCC (V CEm,b + VCEmin)
l
%=25[
(24V-ov>2
%=%25
. 24 V (24 + 0 V)]
.
elde edilir.
(b)
VcEmaks = VcEQ +
Vtcpe = 12 V + 6 V = 18 V
VCEmin = VCEQ • Vtcpe = 12 V • 6 V = 6 V
1J = 25 [ (18 V. 6 V)2 ] % = % 6.25
24 V (18
+ 6 V)
elde eclilir.
(c) VcE1rn1k< = VCEQ + Ytepc = 18 V + 6 V = 24 V
VCEmin VCEQ - V,cpc = 18 V - 6 V = 12 V
=
1J=25[
(24V-12V)2]
24 V (24 + 12 V)
%=%4.17
elde edilir.
Gerilim kaynaguun yansi secilen ongerilirn ve maksimum sinyal salmmu ile verimlilik (a) §lkkmda %25 olacaktir. Aym ongerilim noktasi civannda sinyal sahmmmm 6 V Lepe degerine dii§iiriilmesi.halinde sonuctaki veri.mlilik (b) §Ik·
kmda yalruzca %6.25 olacaknr. Ayru sinyal sahmmi orta nokta (12 V) dismdaki
bir ongerilim noktasmda verili.rse verimlilik (c} §Ikkmda %4.17'ye dii~ecektir.
()RNEK 12.7
(>RNEK 12.6
~ekil 12.l'deki gibi seri-beslemeli A-s1mf1 bir yukseltec devresinin verimliligini
Vcc = 24 voltluk bir kaynak gerilimi ve a§ag1daki 9lkl§lar icin hesaplaym:
a) VcEQ =12Vongerilim civannda Y,cpe =12V
b) VCEQ =12V ongerilim civarmda Viepc = 6V
c) VcEQ =18V ongerilim civarmda Viepe 6V
~elcil 12.5 gibi transformator-kuplajli Avsnufr bir yukseltec devresinin verimliligini Vcc = 12v'luk bir kaynak gerilimi ve a§ag1daki degerler icin bulun: (a)
V,epc = 12 V; (b) V,ope
= 6 V; (c) Vt<:pc = 2 V:
~:oziim:
Transformator-kuplajh A-s1mf1 bir ytikseltec i9in VCEQ = Vee= 12 V'tur, (12.21)
Ciiziim:
dcnklemi kullamlarak:
(12.20) denklemi kullanarak
(a)
VcEmaks =
VcEmin
570
Vceo + vlcpc =.12 V + 12 V = 24 V
= VCEQ = 12 v_- 12 V = 0 V
v,.~
Boliim 12
Biiyilk Sinyal Yiikselteylerr
Borom 12.3
Transformator-Kupla)II GOi;: YOkseltecl
(b) Ve£nuks = 12 V + 6 V = 18 V
VCE
· mm
. = 12 V - 6 V = 6 V
T/ = 50 ( l 8 V - 6 V )2 % = % 12.5
18 V + 6 V
(c) VcEmoks = 12 + 2 = 14 V
VCEmin = 12 - 2 = 10 V
.
T/
""I
= 50 ( 14 V - 10 V )2 % = % 1.39
V ,=V
14 V + 10 V
I
=
durumunda %50 olan maksimum verirnliliginin, V,epe 1/6 VCE:::: 2 V
iepc
cc
.
di
durumunda % I 'in biraz iizerinde bir seviyeye dii§tilgilne dikkat e m.
v.
,~
12.4 8-SINIFI YUKSEL TEQLERiN QALl$MASI
Bvsimf) yalt§ma, de ongerilimioin, transistorti tam kapanmaya ongerilimledigi
noktada saglamr; bu durumda transistor, ac sinyali verildigi zaman acihr. ~u da
oziinde ongerilim olmarnasidrr; ve tek transistor sinyal saykihmn sadece. b.11" ~a~
nsmda akirru iletebilir. Tam sinyal saykilr i9in istenilen 900§1 elde ermek 19m, 1k1
transistor kullanmak ve her birisinin ters yanm saykillarda iletrnesini saglamak gerekir; boylece ikisinin birlikte 9all§mas1
saykilh bir 91k1~ sinyali sagl_ar. ~evrenin bir krsrru yanm saylal siiresincc sinyali yukanya ittigi, diger kisrm ise d1ger
yanm saykil boyunca sinyali a§ag1ya c;:ektigi icin, Bvsirufmda cahsan dev_rele~e
push-pull (it-eek) devreleri de denmektedir. Push-~ull c;:_ah§mam~ §~mat~ d1yagrarru ~ekil 12.S'de verilrnistir, Push-pull devresme bir ac gm~ s_myah u_~gulanrnaktadir, Devrenin herbiri yansi farkh yan saylallarda c;:all~1r,_ bo~le~e y~k
tam ac saykilda sinyal ahr, Push-pull devrede kullamlan giic;: transistorlcri yu~e 1stcnilcn giicii aktnrabilecck kapasitede olmahdir. Bu transistorlerin Bvsiruft c;:ah§masi, tek bir transistor kullanan A-smif1 9al..i§mada elde edilebilenden daha
tam
bilyiik bir verimlilik saglar.
B-Sm111 Yukselte<,;lerde Gu<,; ve Verimlllik
..
/
Hesaplan
1:0.. . - .
~,-kil I ~.8 Push-pull ~lcymasinm blok diyagramlarta giSsterilmcsi.
GiRi$ DC GOCO
Bir gily yukseltec devresinin hoparlorune aktanlan giiy, gily kaynagindan (ya da
gily kaynaklanndan; bakiruz Sekil 12.9) yekilir ve giris ya da de giicii olarak degerlendirilir. Du gucun miktan ll§ag1daki denklemle hesaplanabilir:
P; (de)= Vccf.,.,
(12.22)
Burada '""' giic;: kaynagmdan cekilen de akirm ya da ortalama akirnrdir.
D-s1mf1 c;:ah§mada tek bir kaynaktan cekilen akmun dogrultulmu~ ram dalga sinyali olmasma karsihk, iki gilt; kaynagina sahip bir devreden cekilen akim, her bir
kaynagm yanm dogrultulmus bir dalgasdir. Her iki durumda da ortalama giiy asag1daki gibi ifade edilebiJir:
<;e§itli Bvsrruf gilc;: yukselteclerlnin giiv ve verirnlilik hesaplamalan, bu devrelerin
nasil yah~ugm1 anlamada ve onernli devre degerleri arasmda karsilasurma yapmada
(12.23)
yardimcr olacaknr.
572
BolOm 12
BolOm 12.4 B-Sm1h YOkselt~
BOyOk Sinyal YOkseltec;leri
Qah~mas1
573
Burada P2Q. iki ytlcl§ gii', transistorunun harcadigr giiytiir. Dolayisiyla bir transistorun harcadrgi giiy:
Pa=P2Q
(12.27)
2
ifadesi ile bulunur.
ORNEK 12.8
Yllk
Vcc = 30 V'luk tek bir kaynak kullanarak 16 Q'luk bir yiike 20 V tepe degerli sinyali saglayan B-s11uf1 bir yukselrectek; giris giiciinii, yOO§ giicilnii ve verimliligi
hesaplaym.
(:ozi.im:
16 .Q'luk bir yiikc 20 V tepe degerli bir sinyal icin
(b)
(a)
0 ck i I
1,cpc = V,epe ·= 20 V = 1.25 A
RL
16 .Q
Gerilim kaynagmdan cekilen akirmn .dc degeri
Burada l,epe• 1r1la.§ akimm dalga §eklinin tepe degeridir, ·
lcJc = 2- /tepe = 1. (1.25 A) = 0.796 A
7r
st
ve gerilirn kaynagmdan alman giri§ giicii
I 2. '! Push-pull yUl<Jel1ecinyUkeba.!,lanma,u:(Ii) iki gerilim kaynai•
kullanan,k: (b) tek bir gerilim kaynag,kullanan,k.
QIK1$ AC
GOCO
P; (de)= Vccl,1c= (30 V) (0.796 A)= 23.9 W
Yiike (genellikle RL direnci olarak amhr) aktanlan gil1r, birbirine esit bir kac ili~kiden herhangi biri ...-~--~~~~~~~~~~--.
ile hesaplanabilir:
2
P,, (ac)"" \{ (tepe)
BRL
= \f, (tepe) = \f.
2
2
2Rl
(rms)
(12.24)
Rl
yuke aktanlan 900~ giicii
2
ve devre verirnliligi
% rJ= Po(ac) x %
VEP!MLiLil-<
P; (de)
Boylece devrenin gil9 verimliligi ~oyle hesaplarur;
1]=~X%
P;
· QIKI$
TRANSiSTORLERi
PQ (ac) = VL(p) = (20 V)
2RL 2(160)
IOO=~x
.
23.9 W
(12.25)
GO<;
BOIOm 12
BOyOk Slnyal YOkselte9lerl
2
=fu
2R
(12.28)
Buna karsihk yiik uzerinde olusan ac akirn sinyali ~ag1daki tepc degerine ulasir:
l1cpc=fu
RL
(12.26)
574
% 100= % 52.3
Vl(p) = Vcc oldugunda B-s1mf1 ~ah§ma i4tin yiike aktanlan gti9
maksimum P; (ae)
<;1k1§ gil'r transistorleri ilzerinde (1s1 olarak) harcanan gil1r, yiike aktanlan gi.i9 ilc
kaynaktan 9ckilen gii4t arasmdaki farknr,
W
l-.
Maksimum GO~ Kosullan
100
UZERiNDE HARCANAN
= 12.5
BoJOm 12.4
B-Simfl YOkselte9
<;a11,mas1
575
Boylece gii9 kaynagmdan
9ekilen ortalama
Ide"'
akim,
devre verimliligi beklendigi gibi,
2- /,cpc "' 1. ill
n:
(12.29)
RL
11:
maksiruum % 1/
= p"
P;
x
% 100 = 28.125 W
35.81 W
x %.100 = % 78.54
..
her bir transistor tarafmdan harcanan maksimum gii<;
.maks'nnum p Q _
maksimum
-
. .
2
Boylece Bvsimfi cahsma icin maksimum devre verirnliligi,
maksimum 1J
= p"
P;
x
1
oo;,,
V ¢d2R1,
Vee( 2. Vee)
1t
100 = JI x 100
= % 78.54
-= o.5
(12.31)
4
RL
Giris sinyali maksimum <;tla§ sinyali salrrurrundan daha kii<;iik bir salimrnla' sonuctaldig: taktirde, devre verimliligi %78.5'den daha kii<;iik olur. Bvstmf c;al1§ma
{..l..} no V)
n2
11:
V cc
RL
(12.32)
n
= 5.7
..6<__
n2
-"-
RL
w
2
.
p" = Viepe
2RL
Vrepe
P i = V CC1de = VCC -2 -1C
2.
16
2
.
Bvsrmf yukseltecin maksimum verimliligi a§ag1dald gibi de ifare edilebilir: /
=
maksimum P2Q =
-
Her biri en 9ok 5.7 W gii<; kaldirabilen bir transistor 9ifti, maksimum kosullar altmda 16 Q'luk bir yiike 28.125 W verebilmektedir.
,
icin 91k1§ transistorleri tarafmdan harcanan maksimum gii<; rnaksimum verimlilik durumunda gerceklesmez, Yiik iizerindeki c;1k1§ gerilimi 0.636 Vcc ( (2/7t)Vcc) iken
iki 91k1§ transistortlnun harcadigr giic; maksimum olur ve §5yle ifade edilir:
2
P2Q _ 0 5 ( '>} (Vtr)
ve
RL
1J = fi1. x % 100 = Vi~r,c /2RL X % JOO
P;
V
2 Viepe
cc--1!
0RNEK12.9
1] ::
78.54 Vcepe
Vee= 30 V'luk bir besleme kaynagt kullananve 16 il'luk bir yiikii siiren Bvsimfr
R1.
%
Vee
(12.33)
bir yukseltec icin maksimum gil<; degerlerini belirleyin.
C>RNliK 12.10
<;tiziim:
(a) V«pe = 22 V; (b) Viepe = 6 V'Iuk bir tepeden tepeye 91k1~h Vee= 24 V'luk bir
kaynak gerilimi icin, Bssirufi yiikseltecin verimliligini hesaplayrn:
Maksimum 91kt§ giicii ;
v2 (30 v)2
maksimum Pu (ac) =J:'...CQ. = -·-2RL 2(16 .{l)
= 28.125
W
Gerilim kaynagmdan cekilen maksimum giri§ giicii,
(12.33) denklemini kullanarak ;
1r 16
576
V) = 35.81
n
Bolflm 12
(22..Y.) % = % 72
= 78.54
V,cpe % = 78.54
Vee
24
(b) 1/ = 78.54 6 V % = % 19.6
(a) 1)
maksimum P0 (de)= Vee1. Vee
.
1t RL
= (30 V) 1.(30
Cozum:
v
24 V
W
elde edilir.
Bilyiik Slnyal Yilkselte,;leri
BolOm12.4 B-Sm1fr Yiikselte~ Cah~masr
sn
Maksimuma yakm bir gerilimin [(a) §ikkmda 22 VJ, maksimuma yakin bir verimle sonuclandigma dilclcat cdin. Aynca, kti<;Uk bir gerilim sahmmmm bile [(b)
~1kkmda 6 VJ %20'yc yakm bir vcrimlilik saglad1gma dikkat cdin. A-sm1f1 yuk- .
scltecte benzer bir gil<; kaynag; ve sinyal sahmrru cok daha dil§ilk bir verimliliklc
sonuclanacakur.
12.5
8-SINIFI YUKSELTE9 DEVRELERi
Push-pull c;ah§ma icin <;e§itli devre diizenlemesi milmkiindUr. Burada, bunlardan birkacnu ve avantaj ve dezavatajlanm inceleyecegiz, Push-pull c;ah§manm avantajlanndan yararlanmak ic;in kullanilan farkh yontemleri kavramak icin, devrenin
gene! c;ah§masm1 bilmek onemlidir. Push-pull dcvrede,
c;1k1§ geriliminin, Bsimfmda c;ah§an iki katm donii§iimlii yanm saykillarda iletirne gecerek tam saykilh
bir sinyal iiretmesini saglayacak bir <;lki§ gcrilimi olusrurmak gerckir.
Bir siirilcil ytikseltec katmdan eldc eclilen girls sinyaliyle baslayarak, B suufi c;ahsma icin iki kath Push-Pull devreyi donii§iimlii yanm saylallarda c;ah§Urmak gereklidir. push-pull devrenin iki kauna uygulanan ters polariteli giri§ sinyalleri, <;e§itli
yollardan elde .~dilebilir. ~ekil 12:1Oa'da iki push-pull giris sinyali arasmda polarise
terslemesi saglayan bir giris rransformatorunun kullarurm gosterilmektedir. Sekonderi Orta U<;!U bir transformatorde, Uy geriliminin polaritesi, orta uca gore terstir.
Zit polariteli giris sinyalleri elde etmek icin kullamlan diger devreler ~ekil 12.lOb
ve c'de verilmistir, ~ekil 12.lOb'deki devreye uygulanan giris sinyali, kollektorde
ters polariteli olarak gonllur. Emetorden gelen ~lki§, girisle ayru polaritededir, boylece iy1k1§ sinyleri ters polariteli olur. Re, RE ve hi, degcrleri, kollektor ~1kl§ sinyali
icin gerilim kazancmi 1 yapacak sekilde secilebilir, Ernetorden alman sinyal ic;in kazany l'dir (emetor-izleyicl c;ah§mas1). Boylece devre push-pull yukseltcc katim surrnck icin zit polariteJi sinyaller verecektir. Bu siirilcil diizenlemesinin avantaji; ag1r,
~ahah ve snurh bir c;al1§ma frekansi bolgesine sahip orta-uclu transformatorun kullamrndan kurtulmakur, ,Bu devrenin bir dezavantajr, iki sinyalin aym ernpedans kay- ·
naklanndan gelrnemesldir. Emetorden gelen sinyal, emetorden gorulen direnc dii§iik
oldugunda iyi bir silrilcii baglanns, saglar. Bununla birlikte kollektor direnci yilk·
sektir ve yuklenmemis ~Ila§ sinyalleri esitken, yiiklii durumda birbirinden farklrdrr,
<;1k1§1 yuke baglamak i<;in ilave bir emetor-izleyici kau eklemek bir iyilesme saglayabilir, c;iinkii boyle bir kat, Have bir gerilim kazanct veya polarite ierslemesi sagIamayacak, ancak push-pull kanrn dii§iik direncli bir kaynaktan siirecektir:
Push-pull kanm silrmek ic;in zit kutuplu sinyaller elde etmenin diger bir yolu ~ekil
12. lOc'dcki blok §emada gosterilmistir. Bir yukseltec katt giri§ sinyalini yukseltir vc
terslcr; daha soma bu sinyal gene! birlik kazanci ic;in zayiflanhr. iki emetor izleyicinin (muhtemelen Darlington devrelerinin) kullarulmasi, push-pull kauru dii§iik
cmpedansli kaynaklardan siircr.
578
Boliim 12 · Bliyiik Slnyal Yiikselte~terl
(a)
·.4-- ..
1
j-- ~' I '
L-------,---4-.-----,-.
Pmh-pull
,:'f(: .·~
(c)
~ck ii 12.1 O Faz kai'<lirmat, devreler.
Boliim 12.5
B·S1111h YOkselte~ Devreleri
579
Transformator
Kuplajh Push-Pull Devreleri
ud'
~ekil 12.ll'deki devrede, iki transisttiriin girislcrine uygulanacak: ters kutuplu sinyaller elde etmek icin bir gi~ transformatoru vc r.;ag1da anlaulacak olan push-pull
modda yah§mada yiikii siinnek icin bir 9lk1§ transformatoru kullamhr.
~
-~l
.!
·~
LJ
. ..!i,..J.·
fi
Faz-boliicO
~tmlsformatorii .·
~d:il 12.11
Posh-pull dl,vre,i.
.8
]j
:. ·5
a .f
!
i
i
I
-l
~
I
......
I
e
;;
::,
c,
1
"
,g
.
,:,.
v,
-l
+u
~
~
"',..,
~
v,•
"'
~
I
,..<>.
OI ~
......
Toplam yUk sinyali sinyalin tdrnsaykilr boyunca degi§ir.
TOmler-Simetrlk Devreler
.,,>"
~
·~
yan
l
t
3
<;ah§manm· ilk yan-saykJlmda Q1 tr~nsistorii iletime sokulurken, Q2 transistorti
kesime gider. Transformator iizerindeki i1 akrrm, sinyalin ilk yan saykihrun yiike
aktartlmasmt saglar.
1I
.
Giris sinyalinin ikinci yan sayktlmda Q1. kesirnde kahrkcn Q2 iletimdedir ve
transformatorden gecen akim. ikinci
saykihn yiike ulasmasim saglar. Genel
s
...
,:,.
I
j
'---.,---'
"3
~
l
1
'.i
).:·
Girls polarite-tersleyici transformatcruou devreden yi.kamiamn da otesine gecen
ye§itli devreler vardir, Bu devreler ayni\ zamanda 91ki§ transformotorunti de ortadan
' devre saglar. Transfdrmatorsuz push-pull
kaldtrarak tamamen nansformatorsuz bir
yiikseltec devresinin basil bir uyarlarnasi §Ckil 12.12'de verilmistir, Ayru tip iki transistor kullanrnak yerine, tiimler tip, yani npn ve pnp transistorler kullarulrr. Gerekli
iek giri$ sinyali, baz girislerinin ikisinede uygulamr, Bununla beraber, rransistorlcr
Zit tipte olduklanndan, yalruzca, giri~i~ zit yan saykillannda iletilme gccerler.
580
, BolOm 12
BOyOk Slnyal YOkseltec,lerl
BolOm 12.5
B·Sin1f1 Yiikseltec, Devrelerl_
581
Yiikiin, bir emetor-izleylci dcvrenin ~lki§J~n siiriildiigiine, boylece ylikiin dii§tik diOrnegin giris sinyalinin pozitif yan saykili esnasmda pnp transistoru ters yonde gerilimlenecektir vc iletimdc olmayacaknr, npn transistoru $ekil I2.12b'de goriildiigii
gibi pozitif yan-saykil boyunca iletim yonunde ongerilimlenecek ve yuk iizerinde
ykI§m yan saykih gorulccektir. Giri§ sinyalinin negatif yan saykrli boyunca npn
transistor ongerilirnlenmeyecek ve ytkt§ yan saykih pnp transistorun cahsmasryla
$ekil 12.12c'de goriildiigii gibi yuk uzerinde elde edilecektir.
Girisin tam saykih boyunca, c;1kl§La yiik iizerinde tam bir <;tkt§ sinyali saykih olusacakur, Bu devre duzenlemesinin, iki giic; kaynag1 gerektirrnek gibi bir dezavantaji oldugu acrkur, Tiimler devrenin o kadar acik olmayan, ancak onernli bir baska de,
zavantaji da, <;ikl§ sinyalindeki gec;i§ bozulmasrdir, Gec;i§ bozulmasr, sinyalin
pozitifken neganfc (ya da tersi) geyi§i esnasinda yda§ sinyalinde ~ekil 12.12d'de gosterilen dogrusal olmamadurum iyin kullarnlan bir terimdir. Bu da, $ekil 12.12c'deki
gibi basit devrede devrenin.kesim/iletim anahtarlamasim tam sifrr gerilim durumunda
yapmamasmdan kaynaklamr. Aym olyiide olmasa da gcyi~ noktasmdaki bu durum,
$ekil 12.1 I'deki push-pull devrcsi-icin de soz konusudur, AB suufi transistorlcrin ongcrilimi, transistorleri, saykilin yansmdan uzun siireyle iletimde kalacak §ekilde ongerilimleyerek, dcvrenin cahsmasinr iyilestirir. $ekil l2.12a'daki devrede geyi§ bozuhnasrru azalarnak icin onemli · .olr;:tidc caba gerekir. Daha pratik devre
baglannlannda, cahsmamn iyilestirilrnesi amaciyla baz devresine ilave ongerilim elemanlan kullmultr
rencinin kaynagm dti§iik direncine uy?uruld~guna dikkat edin. Ttimler devrelerin iyilestirilrnis uyarlamalarmda, · tek transistorlulerde olandan daha dii§tik siirii§ direncleri
saglamak arnaciyla her biri Darlington duzenlernesinde baglanan transistorler kullarulrr,
~ekil l 2. l 3'te, Darlington transistor baglantilan ve sicakliga kar§1 ongerilim kararhhgr
iyin Have emetor direncleri kullarulan pratik bir.devre baglanusi verilmistir.
{
Yan - Turnier Push-Pull Yukseltec
f
~ekil I 2. l 4'deki push-pull devre, 'guy 9tkt§ transistorlerinden (Q3 ve Q4) once.
tiimler transistorler (Q1 ve Q2) kullarularakjgerceklestirilmistir, boylece her iki gii9.
91k1~ transisroru de npn tipi olabilmektedir, Bu, pratikte tercih edilen bir · diizenlemedir, c;iinkii mevcut en iyi transisttir!er npn transistorlerdir. Q1 ve Q3 transistorlerinin, cmetorden dii§iik empedans seviyeli bir ylkt§ saglayan bir Darlington
baglannsr olusturduguna .dikkat cdin. Q2 v~ Q4 transistorleri, bir geri-beslerne yifti ,
olusturulur, bu yapi da bcnzer §Ckilde yukiin dii§iik empedans ile surulmesini saglar,
R2 dircnci, geyi§ bozulmasrru en aza indirecek.sekilde belirlenebilir. Push-pull katma girls olarak uygulanan tek sinyal, Rl yukune tam saykilh bir yilo§ olu§tu~r; ve
devrenin her bir yar1s1, etkili gii9 yalt§mas(!~in B-sm1f1 bir 9ah§ma saglar .. Bu yantiimlcr push-pull yiikscltey, halen en popiiler devre baglan1ts1du.
h'
+
Darlington
~ifli
'
{\_j
Vcc2 = 20V
r-cedback
~ifU
H~parlor{
~ikanldljlllda
ac y!ildi
220
TJ).22µF
}
l":"
582
4-160'lulc.
hoparl<ire
bajlaym
#"":"'
~ck ii i 2.13 Oarlineton tr:msisw
cOrlcr lcullammtUmlc:r-itimet~iii
push-pull devre,
Boliini 12 BiiyOkSlnyal YOkseltei;leri
•.
i
~ck ii I.'.. I-! Trnnsfom,atllBilt yart·lumlcr push-pull gtl\' yU~ltcci.
BolOm 12.5 B·S1mf1 YOkseltei; Oevrel,erl
583
ORNEK 12.11
Sekil 12.15 teki devre icin
(a) 12 Vrms'lik bir giri~ icin her bir 91k.i~ transisttiriiniin haread1g1 giieii ve devrc
tarnfi11da11 kaldrnlan giri~ ve 900~ giiciinii hesaplayin.
Yuk uzerindeki gerilim idealdc giri~ ile ayru olmasi gerektiginden (yiikseltecin
gerilim kazanci, ideal durumda birdir) :
VL(p)= !7V
P,, (ac)
2
= Vi (p) = {l7 V)
2RL
2(4 Q)
=
Ide=
l
=
.2.. It. {p) = 2<4·25
n
7r
A) = 2.71 A
Buradan devreyc aktanlan gii9 ;
~1 \
. ~;h'f o •
·q
= 36.125 W
ti (p) = Vi (p) 11.Y. 4.25 A
RL
4n
boylece iki gerilim kaynagmdan 9ekilen de akmu ,
+Vee= +2SV
,1
Jli\
2
P1 (de)= Vccl""= (25 V) (2.71 A)= 67.75 W
"
Devrenin verimi (Vi= 12 Vrms icin),
v,
vL
r,=P0 x % 100=36.125 W x % 100
pi
67.75 W
RL
.,{
4n
01
ve her bir transistorun harcadrgi gii9
-
-,,4
R1
= % 53.3
Pa= P2a = P;- Po= 67.75 W - 36.125 W = 15.8 W
2
2
2
=
(b) V1. (p) = Vcc 25 V olacak §Ck.ilde giri§ sinyali V; = 25 V tepe (Vi = 17.68 V
rms) seviyesine 91kanldig1 taktirde §U degerler bulunur:
-Vcc=-2SV
V2
. (b) Giris sinyalinin, maksimum bozulmarrus, 91k.i§ saglamak yiikscltilmesi halinde
her bir ,;:1k1§ transisroru tarafmdan harcanan giici.l ve giri~ ve 91k1~ giictinii he-
maksimum
P; = l. Vtc = l. <25 V)2
7r
saplaym.
(c) Her bir ,;:1k1§ transisttirtiniin kaldurnak zorunda kalacag. maksirnurn giicti he-
saplaym.
(:ii:t.iim:
= fi
Rt:
7r
4Q
= 99.47 W
Pn x % 100 = ll...llix
P;
99.47
% JOO=%
78.54
(Maksimum devre verimi). Bu maksimum sinyal durumunda her bir 900~ transistorunun harcadig: gii9
(a) Tepe giris gerilirni
584
T'/ =
ve
Vi (p)
(2SV)2
maksimum PO = l'..IT = --= 78.125 W
2Ri
2(4 Q)
~c~il I!. IS Ornck 12.8'c ilitkin ll-Snuf, !0<; yUkscllcci.
Vi (rrns)
= fi
(12 V) = 16.97 V
Bo!Om 12
= 17 v
BuyOk Sfnyal Yukselte,;lerl
Pa= P2a = P; - P11 = 99.47
2
2
ssrem
12.5 B-S1mf1 Yiikselt~ Devreferl
w - 78.125 w =
2
10.67
w
585
(c) Transistorlerin maksimum gi.i<; harcamasi
maksimum P2Q
Boylece
12.6
PQ
V)2
= 1- .!'V.2.IT= 1- (25
--= 31.66 W
n2 Ri,
n2
= P2Q = 31.66
2
2
W
4Q
= 15.83
W
YUKSELTE<; <;ALl$MA SINIFLARI
VE BOZULMA
.;:.
e
c;ah~ma Smrflan
~
-=c
~
Tamm geregi A-s1mf1 c;:ah§ma, butiin sinyal saykili boyunca (360° araligmda) kollektor (<;do§) akirm saglar. ~ekil 12.16a, A-sm1f1 devre <;ah§masmm <;1ki§tn1 gostermektedir, Ongerilim seviye akmu lcQ'dur ve gosterilen yuk cizgisinde (dogrusunda) <;1ki§ sinyali lcmaks ve lcmin degerlerini a§maz, aksi halde devrenin c;:al1§mas1
dogrusal bolgenin disma tasacaktir. ~ekil 12.16b, Bssuuf) <;ah§may1 gostermektedir.
Ongerilirn noktasi kesime ayarlannusnr. <;tk1§ akmu yalmzca saykilm 180°'lik bolumu icin degismektedir; bu da Bvsuuf) calrsmayi tammlar. Devrenin kollektor
akimi olmaksizm ongerilirnlendigine ve bu nedenle transistorde giic;: kaybi olrnadigina dikkat edin, Transistor, sadece sinyal uygulandrgi zaman daha bi.iyiik giri§
sinyalleri icin artan ortalama bir akim kullarur. Giris sinyali olmadigr zaman en kotti
durumun ortaya <;1kt1g1 ve maksimum giris sinyalinde transistortin giic;: tiiketiminin
minimum· oldugu A-sm1f1 cahsmasuun tersine B-s1ruf1 devresinin cahsmasr, artan
sinyal girisiyle birlikte transistor gi.i<; kaybiru da artmr. Bvsunfr <;ah§masmdaki ortalama akim Avsirnfuidan az oldugu icin, transistorun harcadig; giic;: miktan Bsirnfmda azdir,
~ekil 1_2.16c'de gosterilen AB-s1rufi <;ah§ma, A-sm1f1 ile Bvsuufi <;ah§ma arasindadir, Kollektor akmn sinyal saykiluun 180°'den fazla, 360°'den ise az oldugu
bolgede _akar. AB sirufmm maksimum <;ali§ma verimi, A-sm,f, ile Bvsuuf arasinda,
yani, %50 ila %78.5 arasmdadir,
180°'den daha ki.i<;iik acilarda <;Iki§tn iletimde oldugu <;alt§ma ise C sirufi olarak
adlandmhr ve omegin radyo ya da televizyondaki gibi rezonans veya akortlu yukseltec devrelerinde kullamlrr. Darbe tipi sinyallerle cahsma ise Dssuufi olarak adlandmhr.
BOIOm 12
BOyOk Slnyal YOkseJte~lerl
:e
~
1:s
0
~
~
0
a1
!
<
3
c~
c:
a;;;
§.
i
-:::
·~
e
-~
Ct -0
~ m .s.
....'-'e
1
~
~
~;
;;.
'~
er,·
L.
BOIOm 12.6
586
;;·
1<
YOkselte~ <;:ah~ma Smrtlan ve Bozulma
587
Bozuhna
Sinyal saykihrun 360°'den daha kuytik:ytlar sinyali degi§imleri bozulma olarak
degerlendirilir. Bu da ylkt§ sinyalinin artik yalmzca girissinyalinin yukseltilmis bir
hali olmadig; ve bir sekilde bozuldugu ya da giristen · farkhla§t1g1 anlamma gelir.
Radyodan ya da hi-fi bir sistemden gelen dii~uk kaliteli miizilc, bozulma nedeniyle
orijinal olarak kaydedildigi ya da iletildigi gibi olamayacaktir. Herhangi bir ses sisteminde bozulma farkh noktalardan kaynaklanabilir.
Bozulma, eleman karakleristiklerinin dogrusal olmamasmdan kaynaklanabilir:
dogrusal olmayan yada genlik bozulrnasi. Bu bozulrna turn yah§ma smiflannda ortaya ytlcabi!ir. Buna ck olarak devre elernanlan ve yukseltec devresi farkh frekans
kademelerinde sinyale farkh tepkiler verebilir:frekans bozulmasi.
Bozulma olustugu zarnan yOO§ sinyali girl§ sinyalini tam olarak temsil edemez.
<;1k1§ sinyalindeki bu degi§imi incelemek icln-kullamlan tekniklerden biri Fourier
analizidir. Fourier analizi, periyodik bir sinyali, temel frekans bileseni ve harnomik bilesenler ya da harmonikler olarak adlandmlan tam katlanndaki frekans
bilesenleri ile aciklamak icin kullamlan bir yontemdir. Ornegin orijinal olarak
1000 Hz olan bir sinyal bozulmadan sonra 1000 Hz'de bir bilesen ve 2 kHz (2 x
lOOOHz), 3kHz'de (3 x 1000 Hz), 4 kHz'de,(4 x 1000 Hz) v.s. hannonik bilesenleri icerecektir. 1000 Hz'likorijinal frekansa temel frekans, bunun tam katlanna ise harmonik denir; 2 kHz'de ikinci harmonik, 3 kHz'de iiyiincii harrnonik
v.s. Temel sinyal birinci harmonik olarak dii§iiniiliir. (Bu teknilc kullaruldigmda
temel frekansm kusurlu katlannda hormonik yoktur).
Tayf analizoru gibi bir devre, bir CRT ekran iizerinde sinyalin temel frekans bilesenini ve ye§itli harmoniklerini gosterereksinyaldeki mevcut harmonilderin olytilmesini saglar, Benzer bir sekilde. bir dalga analizoru bir bu bilesenleri filtreden
gecirerek ve okunmasim saglayarak bozulrnus sinyalin harmonik bilesenlerinin daha
hassas bir ol<;iimiinii saglar.
.
~oyle veya boyle, bozulmah bir sinyali, bir temel bilesen ve harmomik bilesenler
iceren bir sinyal olarak degerlendirmek pratik ve· yararhdir. AB ya da Bvsmifmdaki
bir sinyal i<;in bozulma temel olarak, en biiyiik bileseni ikinci harmonik olan <;ift harmonilder olabilir. Dolayisiyla bozulmah sinyalin, ikinci harmonikten itibaren btitiin
harmonik bilesenleri icermesine ragmen, 9al1§ma siruflanndaki bozulma miktannm
acismdan en onemlisi, burada inceleyecegirniz ikinci harmoniktir.
~ekil l 2. l 7'de, bir kollektor akirm dalga §ekli verilrnis ve §Ckil iizerinde siikunet,
minimum ve maksimurn sinyal seviyeleriyle bunlann ortaya ~tla§ siireleri isaretlenmistir. $ekildeki sinyal, biraz bozulma bulundugunu gosterir, Bozulrnah sinyal
dalga seklini yaklasik olarak tamrnlayan bir denklem a§ag1da verilmistir:
Alam dalga §ekli;s1f1r girls sinyalinde gortilen orijinal siikunet akrmrru (/cQ), bozulan sinyalin srfir olmayan ortalamasmdan kaynaklanan ilave bir de akirrum (/0),
bozulan ac sinyalinin temel bilesenini (/1) ve temel frekansm iki katt olan ikinci harmonik bilesenini (h) icermektedir. Diger harmoniklerin de mevcut olmasma ragmen, burada yalruzca ikinci harmonik bilesen dikkate almrrusnr. Akun dalga sekli
uzerinde gosterilen saykil icerisindeki birkac noktada, (12.34) denkleminden elde
edilen akirm esitleyerek a§ag1daki ti<; iliski edle edilmistir:
1. noktada (mt= 0) ic = lcmoks = lcQ +I,,+ /1 cos (0) + Ii cos (0)
lcmah =tcs+ I,,+ /1
+ Ii
(12.35)
2. noktada (wt=rt/2) ic= lcQ= !c0 + 1;, + /1 cos(~)+
n).
'2 cos (22
I
I
(12.36)
lcQ = 'cc + lo-12
3. noktada (wt= re) ic = lcm;n= lea+!"+ /1 cosOr) + /2 cos (1t)
lcmin = 'ca +lo-ft+
Ii
(12.37)
(12.35), (12.36) ve (12.37) denklcmleri aym anda cozersek a§ag1daki sonuclan elde
ederiz.
Io- - [2-_1cm,b + /cmin · 2/cQ ,
'
t:
cmln I-
__
(12.34)
= f Cmnk<
-
J C,nir._
2·
(12.38)
\ ) \,J
'If'
2
Ji
_:\~- /
''QI'
,,.
I
J,r
T
2,r
wt
~d.il I.!. i 7 lkinci h:im,ooik bozuhnasuuu cldc cdildij\i dnlgn i,,kli.
588
BolOm 12
BOyOk Slnyal VOkselte9lerl
BolOm 12.6
Viikseltec; <;ah~ma S1mflan ve Bozulma
589
Tamm geregi ikinci harmonik bozulma, yuzde olarak a§ag1daki esitlikle verilir:
D2 = ll2J x % 100
(12.39)
1/il
Ikinci harrnonik bozulmasi, 9da§ akim dalga §eklindc rnevcut bulunan ikinci harmonik bilesenin ternel bilesenin miktanna oranrnin yiizdesi olarak verilir. Bozulma
olmamasr i9in % 0 bozulmanm ideal oldugu acrkur.
(12.39). denklemde tammlanan ikinci harrnonik bozulrnasuu ifade etmek icin
(12.38). denklemin sonuclanrn kullan1ISak:
daha fazla nokta secerek daha yiiksek harmonik frekanslardaki harmonik bilesenlerin genlikleri icin iliskiler (bagmular) elde edilebilir. Bes noktah bir yontemin kullarulmasr, de bileseni .ile, birinci harrnonik (temel), ikinci harrnonik, ii4riincii harrnonik ve dorduncu harmonik bilesenlerini verecektir, Boylece bunlarm her
biri icin harmonik: bozulma §6yle tammlamr:
D~=ltl
(12.42)
Toplarn bozulma genel olarak ayn ayn bozulrna bilesenlerini kullanrnak suretiyle tamrnlanabilir:
D = '/Di + DS + v1 + ...
(12.40)
eld~ .edilir. Benz~r bir sekilde, ik:inci hormonik bozulrna miktan ilc bozulmah 9,ki§
gerilirn dalga sekillerinin ol4riilen degerleri arasmda bir ili§ki kurulabilir:
D2= f(lci..,,u + /cEmin) -
I
I CEm,1.s - I CEmin
lcQ
I .
x%100
(12.43)
Bozulma olu§tugu zaman bozulmasiz durumda hesaplanan 91k1§ giicii artik dogru olmayacakur. Ornegin (12.14) denklemi yalmzca bozulmasiz durum icin dogrudur.
Bozulmali durumda, bozulmus sinyalin temel bileseni nedeniyle olusan 91kl§ gi.icii:
(12.41)
2
(12.44)
Pi= Ii Re
2
ORNEK 12.12
olacaktir. Bozulmah sinyalin biitiin honnonik bilesenlerinin olusturdugu toplam
91kl§ gucu ise:
Osiloskop iizerinde gozlenen bir 91ki§ dalga sekli a§ag1daki olyiilen degerleri vermistir:
2
2
P=(]1+h+
=
/2
3+
...
)&
(a) VcEmin;,, 1 V; VcEmaks 22 V, VCEQ= 12 V.
Toplam 91k1§ giicii, toplam bozulma cinsinden de ifade edilebilir:
(b) VcEmin = 4 V, VcEmaks = 20 V, VCEQ = 12 V.
'
Her bir degerler kiimesi i4rin ikinci harrnonik bozulma miktanru hesaplaym,
Ip= (I+
j
i
~.
(:iiz(im:
(a)
Di=
(b)
D2 =
.
l
1!(20+ 4)- 121
i
20-4
+
..
D2)P1
11
(12.46)
':
l,
=
=
=
(bozulma yok)
Ikinci harrnonik bozulma rniktanrn elde etmek i9in kuUamlan yonteme, iley nokta
yonterni denir, iiy nokta yonterni denmesinin nedeni, 4r1ki§_ geriliminin varsayilan degeriyle sinyal saykdmm iiey noktasinda oleyillcn gerilim esitlenmesi nedeniyledir.
Daha fazla harmonik iceren bir yOO§ sinyal denklemi kullamlarak ve dalga seklinde
590
Di+ ... ) Jrfk= (1
2
Harrnonik bilesenleri hesaplamak icin, bes-noktali bir yon tern in kullarnrm asag1daki sonuclan vermistir: D2 0.1, D3 0.02, D4 = 0.01 ile /1 4 Ave Re= 8
n. Toplam bozulrnayi, temel giley bilesenini ve toplam giicii hesaplaym .
x % 100 = % 2.38
x % JOO = % 0
Di+
ORNEK 12.IJ
12.41 denklemini kullanarak;
:!{22+1)-121
2
22- I
(12.45)
2
BolOm 12 BOyOk Slnyal Yllkselte~lerl
·_ (12.43)
denklemini kullamrsak toplam bozulma;
D = Y Di+ Di+ D]
= Y (0.1)
2
+ (0.02)2 + (0.01)2
BolOm 12.6 YOkselle9 <;ah~ma S1111flan ve Bozulma
= 0.1
~591
v
(12.44) denklemini kullarursak temel gii¥
2
P, = !J..!i£.=
2
v
/
( 4) 2
2
8 = 64 W
/V1sin(wt)
Bozulmah siniisoidal sinyal
olarak elde edilir,
(temel siniisoidal bi!~n)
·wt
Wt
Toplam gtiv ise (12.46) denklemi ile bulunacaktu:
p = (l + D2)P1 = [1 + (0.1)2]64= (1.01)64= 64.64 W
(%10'Juk bir ikinci hannonik bozulmasmdabile
kaynaklanmaktadir.) ·
toplam gtiv temelde bilesenden
v
v
/
BOZULMU$ SiNYALiN HARMONiK BiLE$ENLERiNiN
GRAFiK AylKLAMASI
(b)
(a)
.,
• V2 cos (2<oll}
(ikinci hannonik bllesen]
QL--L~~~~...-~~~~---
Wt
Kavrarna acikhk kazandmnak acrsmdan, bozulmus bir sinyali temsil eden harrnonik bilesenlerin kullarnhsnu gosterecegiz. Ornek olarak, ~ekil 12.18a'da, Bssrrufs
vah§madan kaynaklanan bir bozulrnus dalga §Ckli verilmistir, Sinyal negatif yan
saykil strasmda krrpihr, boylece sadecepozitifsinuzoidal yanm saykil vikl§ sinyali
verir,
.
Fourier analiz tekniklerini kullanarak, ~ekil 12.Sb'de gosterildigi gibi, bozulrnali
sinyalin temel bilesenini hesaplayabiliriz, ~ekil 12.18'b, bozulmali sinyali gostermez, yalmzca temel bileseni (ki bu tam bir siniizoidal sinyaldir) gosterir. Benzer
bir sekilde ikinci ve iir;iincii harmonik bilesenler ~ekil 12. I Sc ve l 2. J 8d'de gosterildigi gibi elde edilebilir.
~imdi, her biri tam, bozulmamrs siniizodial sinyal olan bu bilesenlerin toplanmasmm, bozulmus orijinal sinyali yaklasik olarak verip vermedigini kontrol
etmek istiyoruz. ~ekil 12.18e, temel ve ikinci harmonik bilesenlerinin toplanrnasryla
elde edilen dalga seklini gostermektedir. lkinci yan-saykildaki duzlesmeye dikkat
edin. ~ekil 12.18fde iiyiincii hannonik bilesenin eklenmesiyle elde edilen dalga seklinin bozulmus orijinal sinyale benzerneye ba§lad1gm1 gorurtlz, Dogru genlik ve fazdaki daha yuksek harmonik bilesenlerin eklenmesi elde edilen dalga §eklini bozulrnus orijinal sinyale daha cok yaklasuracaknr, Basit bir anlatimla, bir temel
bilesen ve harmonik bilesenlerin eklenmesiyle bozulmus orijinal dalga §eklinin elde
edilebilecegini gozlernleyebiliriz. Gene! olarak herhangi bir periyodik dalga sekli bir
ternel bilesen ve her biri degi§ik faz ve genliklerde harmonik bilesenlerin toplarmyla
temsil ediiebilir.
Harmonik kavrarm, hem bozulmus (siniizoidal olmayan) dalga sekillerinin analizde
hem de bu gibi sinyallerle cahsuan yerlerde yararhdir, Butun harmonik bilesenler
592
Boliim 12 BiiyOk Slnyal Yiikseltet;leri
), .
(c)
(d)
v
v
Temel ve ikinci hannonik
/ bilC§endenkaynaklanan dalga $eldi
··
I
· ·.•
Temel, ikinci ve_~
hannonilderden
kaynaklllllllrt dalga ~ldi
V1 sin (wt)
·
/-V2
·
cos (2wt)
wt
!
(e)
.,
.,
,·
(I)
;
· ~ekil 12 .18 1301ulm~ sinyalden hannonik bileienlerin iw11,~1mma ~:1dar itlemkrii, gr.;.fik gasierimi.
!n·
sinuzoidal sinyaller olduklarmdan, her birinin devre ilzerindeki etkisini ayn ayn
celeyebilir ve superpozisyon yontemini kullanarak (yani, soz konusu gerilimlcri vc
akimlan birbirine ekleyerek) toplam etkiyi elde edebiliriz.
Boliim 12.6 Yiikseltet;<;ah!jma S1mflar1 ve Bozulma
593
12.7
GO<; TRANSiSTORUNUN SOGUTULMASI
duzcyde kalacakur, Sonsuz biiyiiklukteki bir sogutma plakasi durumun~a bi!~ (ki el-
K.iic;:iik sinyalli ve dii~iik gii,;:lii uygulamalar icin entegre devreler kullamhrkcn, yuksek giic;:lti uygulamalarm i;:ogunlugu halA ozel gtii;: transistorlerinin kullarulmasmi gerektirmektedir, Urctim tekniklerindeki ilerlemeler, daha kiic;:tik boyutlu paketlerde
daha yiiksek giic;: oranlan elde edilmesini saglarrus, maksimum transistor kinlma
gerilimini artirmis vc giic;: transistorlerinin
larmsur,
daha htzh anahtarlama
Germanyum : l 00-110°C
Silisyum : 150-200°C
Pek cok uygulamada harcanan ortalama gii,;: yaklasik olarak. §oyle bulunabilir:
Po= Ycelc
Ancak. bu gii,;: harcamasi, maksimum sicakhga kadar miimkiindiir. Bu sicakhgin uzerinde transistorun giic;: harcama kapasitesi dti§iiriilmelidir, boylcce daha yiiksek muhafaza sicakliklannda giic;: kullanma kapasitesi azalir; bu, maksimum kihf srcakl1gmda O W'a iner,
Transistor tarafmdan kullamlan giic;: ne kadar biiyiik olursa (ki bu devrc tarafmdan
belirlcnen giic;: seviyesine baghdir), transistorun kilrf s1cakhg1 da o k.adar yuksek
olur. Ashnda belirli bir transistorun kullanabilecegi yiikti sirurlayan faktor, elernarun
kollektor jonksiyon sicaklgidu. Gii~ transistorleri, ilrettikleri 1s1y1 geni§ bir alana yayabilmeleri icin bilytik metal kihflara monte edilir. Buna ragrnen, transistoru dogrudan havada c;:ah§lirmak. (ornegin plastik bir yere monte ctrnek), transistorun nominal gilc;: degerini oldukca srrurlayacakur, Bunun yerine (pratikte oldugu gibi)
eleman bir tilr sogutucu uzerine monte edilecck olursa, giic;: kaldirma kapasitesi belirlenen mak.simum oranma daha cok yaklasacakur, $ekil 12.19'da bir ka9 sogutma
plakasi gorulrnektedir, Sogutma plakasi kullaruldigrnda zaman, gil9 harcayan transistorun iirettigi 1s1, havaya yayilmak.lcin daha btiyiik bir alana sahip olacak boylece krhf s1cak.hg1, sogutma plakasi. bulunmayan duruma gore cok daha dil~iik bir
Bo!Om 12
degerinin dikkate ahnmasi gerekir.
·
·
yapmasim sag-
Belirli bir cihaz tarafmdan kullarulan maksimurn gtic;: ile transistorun jonksiyonlarmm srcaklig; arasmda bir iliski vardrr, ,;:tinkii cihazm ttikettigi giic;:, jonksiyonlann sicakhguu arnrmaktadir. 100 W'hk bir transistorun 10- W'hktan daha
yuksek bir giir,: kapasitesi saglayacag1 ac;:1.k11r. Ote yandan, uygun sogutrna teknikleri
bir transistorun maksimum gii,;: oranma yak.m ,;:al1~bilmesini saglayacakur.
Iki transistor tipinden (Germanyum ve silisyum) silisyurnun, daha biiyiik maksimum sicakhk oranlan saglad1gm1 belirtmckte yarar var. Tipik olarak bu tiplcrdcki
gilc;: transistorlerinin maksimum fonksiyon srcakhklan §Oylcdir:
594
bette milmkiln degildir), kilif sicaklrg; oda sicakhgmda ka\acak, ama Jonks1yon_ stcakhgi, rnuhafaza sicakhgmdan fazla olacaktir; dolayisiyla maksimurn gilc;: nominal
BOyOk Slnyal YOkseltei;:larl
~~I-ii I.~. I') Tipik gUpransisiorleri
..,,~utucul,m.
lyi bir sogutma plukasi bile transistor ki hfuu ortru~ 1~1smda 1u1an'.ayacag1 icin (ki transistorun onernli olc;:iide ISi yayan diger elemanlarla birl~t~ kapal~ ~1r _aianda _k~l~mas1
halinde ortam sicak.ltgi 25 °C'nin oldukca uzerinde olabilir), belirlt brr transistorun rnak.
··
iktanrun , artan s1cak.ltgvin bir fonksiyonu olarak azalulmasi gerekir.
s1mumgu9m
.
•
..
$ck.ii 12.20, tipik bir silisyum transistor i9in giic;: dil§iirme (nommal deger duilrme) egrisini gostennektedir. Egri, imalatc;:1mn bir list s1cakl1k noktas1 t~!imladigm, (ki bunun 25°C olmas1 gerckmcz) ve bu noktanm ilsttinde dogrusal bll'
gily dil§il~ti oldugunu gosterir. Silisyum duruhrnnda elemanm kald1rmas1 gereken
maksimum gi.i~, 200°C'ye ula~mcayakadar O_Watt'a_dil~rnez..
100~------
~-O
25 SO 75 100 125 150 175 JOO
K1ltf s1cald1l• (°C)
Sr)i if 1; ~{I Sili~~um lr<Jn.~i~1llf
g~ dO~Unne ej!ns,.
' ,~in rip,k
Aym bilgiler elemanm veri sayfalannda giic;: {nominal de!~r)_ ~ma. fak.t~~nti
gostcrcn bir Jiste olarak. verilebildigindcn, aynca azalma egnsmm venlmes1 gerekmez. Matematiksel olarak. .ifade edilirse, ,
BillOm 12.7
GOi;: TranslstorOniin ~ogutulmas1
595
Po (sicakhk.) = P0 sS1cakl1ko) - (Sicakhk, - Sicakhkj) (Azalma faktoru)
(12.47)
gibi tarumlanmisnr:
()JA =
Burada sicakhk., degeri, giiy azalmasimn baslamasi gereken sicakhk; Sicaklrk, degeri, soz konusu sicakhknr (Sicakhk.tin iistunde), Po (Sicakhkj) vc P0(Sicak!Jk1)
ise belirtilen sicakhklardaki rnaksimum gi.iy harcamasidir: gi.i9 azalma fakti:irii ise her
· · derece sicakhk icin imalatci tarafmdan watt (veya rniliwatt) cinsinden vcrilen degerdir.
()RNEK 12.14
.
-,
25°C'nin i.izerinde gtiy,.di.i§ti.rrne gerektigi taktirde 0.5 Wf'C"lik bir gi.i9 azalma
faktl:iriiyle 125°C kihf sicakhgmd~ 80 W'l.tk bir silisyum transistorde (nomin~l degcri 25°C'de) kabul edilebilir maksimum gii9 harcamasrm bulun.
(:iizii Ill:
Toplam ml direnc (jonksiyondan ortarna)
B1c = Transistor isil direnci (jonksiyondan kilifa)
Bes = lzolator JS!! direnci (krhftan sogutrna plakasma)
BsA = Sogutucu rsrl direnci (sogutrna plakasindan ortama)
ff
I
I
I
I
q
j.f,I f
Jonksiyon s1cakhg1 T1
-tr------'------.-----.-·
I
l
P0 {125°C) = P0 (25°C) - (125°C - 25°C) (0.5 Wf'C)
= 80 W - 100°C(0.5Wf'C) = 30 W
Transistor
~,,J
!
K,hf s1cakhg1 (Tc)
harearnasi
izolator ve kont.ak
Sogutucu sicakhg1 (THs)
Sogutucu
OI1am s1cald1gt (T,1)
Burada sogutma plakasi olmaksizm bir gi.i9 transistoru kullantlarak eldc edilen
gi.iy oranma dikkat edin. 6megin HXl0C'de (veya altmda) 100 W anma gii91i.i bir silisyum transistor, 25°C sicakligmda serbest-havada sadece 4 W anma gtici.ine (nominal gi.ice) sahiptir. Dolayisiyla sogutma plakasi olmaksizin calistinlan cleman,
25°C oda stcaklrgmda yalruzca maksimum 4 watt kullanabilir. 100 W'ta krhf sicakhgiru 100°C'de tutmak icin yeterince biiyiik bir sogutma plakasi kullarulmasi,
maksimum nominal giicte cahsrlmasim mi.imkiin krlar.
GOQ Translstorunun
ls1I Benzerligi
Uygun bir sogutma plakasmm secimi,
I)JA
= 0JC + 0JS + 0SA
~
.~c~ii I~ 21 lstl · ebcktrik l,cn·Lcrligi.
Isil direncler icin elektriksel benzerligini kullanarak ·
mevcut tar-
(1,2.48)
tisrnarruzla ilgili olmayan onernli ol<;:i.ide ayrmtt gerektirmektedir. Bununla birlikte
transistoriln 1SJl karakteristikleri ve gi.i9 harcamasiyla iliskisi hakkmda daha fazla aynnti. sicakhk ile gi.ici.in srrurlanmasimri daha iyi anlasilrnasmda yardrmct olabilir.
gii9 transistorune
iliskin
Benzerlik, a§ag1daki denk.lemi elde etmek i9in Kirchoff yasasi uygulamasmda da
kullamlabilir,
I
A~ag1daki inceleme bazi temel bilgileri saglayacakur.
$ekil 12.2l'deki 1SJ! - elektrik benzetmesinde, Jonksiyon stcaklig: (T1), kihf s1cakhg1 (Tc) ve ortam (hava) sicakhg: (TA) arasmdaki iliskiyi belirleyen elernanm 1s1
kaldtrma kapasitesi (genellikle ml direnc denilen bir katsayi) kullamlrmsnr.
Bir isil-elektrik benzetmesi verilirken, bir elektrik elemamnm rsil etkilerini actklamak icin ml direnc terimi kullarulmaktadrr. $el<ll 12.2l'deki terimler a§ag1daki
Son iliski, jonksiyon sicaklrgmm ortam sicakhginda "yi.izdiigtinii" ve ortam 1s1s1
ne kadar ytiksekse, cihazda miimkiin olan gtii;: tiiketiminin de o kadar dii§iik oldugunu gosterir,
596
Botilm 12. 7
Botum 12
BOyuk Slnyal YOkselte~lerl
, .T; = Poe,A + TA
GO~ TrenslstorOnOn Sogutufma:11
(12.49)
597
e,
Isrl faktor
belli bir giir. harcamasi miktannda srcakhk dii~ii~iiniin (veya arnsmm) ne kadar olacagi hakkinda bilgi verir. Ornegin 81e degeri genellikle 0.5°C/
W civanndadrr. Bu da 50 W'hk giiy harcamasi icin kihf stcakhg: ile (tennokupl ile
olr.iiliir) ii. jonksiyon sicakhgi arasmdaki sicakhk farkmm yalmzca a§ag1daki kadar
havada cahsmasiyla elde edilen 40°C/W'a gore jonksiyon ve hava arasmda 3.3°C/i
W'hk bir isil direnc e!de edilir. Ornegin 2 W'ta yah~n bir transistor icin yukanda
Q,A degerini kullanarak
(T., - TA)=
olacagtru gosterir:
T1- Tc= e,cPo = (0.5°C/W) (50 W) = 25°C
Dolayisiyla sogutma plakasi kilrf omegin 50°C'de tutabilirse, jonksiyon sicakligi
sadece 75°C olur. Bu da ozellikle di.i§iik giiy harcama seviyelerinde nispeten daha
kuciik bir sicakhk farkrdir.
Jonksiyondan serbest havaya olan ISII direncin degeri (sogutma plakasi kul-
larulmaksizm) tipik olarak:
QJAPD = (3.3°C/W
+ 0.5°C/W = 3.3°CW
buluruz.
Baska bir deyisle bu ornekte sogutrna plakasmm kullarulmast, sogutucusuz du-:
rumdaki 80°C'lik yiikselmcye kiyasla, jonksiyon sicakligmda yalruzca 6.6°C'lik bir
yiikselme saglayacakur.
ORNEK 12.15
(serbest-hava iccrisinde)
Bir silisyum gii9 transistoru (OsA = l.5°C/W) degerine sahip bir sogutma plakasiyla cahsmaktadrr. Transistor 150 W'luk bir anma giiciine (25°C'de) ve eJC =
0.6°C/W'luk bir montaj yalmrmna sahiptir. T1mak• 200°C ve ortam sicakhgt
40°C ise rnaksimum giiy harcamasi nedir?
=
Bu isrl direncte sadcce I W'lik giis: harcamasi cevre sicakligmdan 40°C daha yuksek
bir jonksiyon s1cakhg1 yaraur.
Sogutma plakasuun, kihf ile hava arasmda yalmzca transistor kihfmm kullaruldrgi
durumdaki 40°C/W degerinden daha dii~iik bir 1SII direnc saglayacag; gorulebilir.
Cozum:
9sA =2°C/W
p D = _ _.;:.T._1 _-..CCT,.<.,A
__
O;e + Bes + esA
degerine sahip bir sogutrna plakasr ve ~ag1daki dcgere sahip bir yahnci rsil direnc
(kihftan sogutrna plakasma) kullaruhrsa,
ecs = 0.8°C/W
olacakur.
0.5
200- 40
+ 0.6 + 1.5
16ooc
2.6°CW
= 61.5
w
PROBLEMLER
I
ve son olarak transistor icin
*
fJo=0.5°C/W
12.2
l.
Vee= 25 V'luk bir beslemc kaynag. icin ~ekil 12.4'deki devrede giri§ ve ytkl§
giiciinii hesaplaym. Giri§ sinyali 5 mA rms'lik bir ba~ab.m1 vcrmektedir,
2.
~ekil 12.4'deki devredeR8_direnci 2 kn yaprhrsa harcanan giri§ giicii ne olur?
3.
~ekil l2.4'deki devrede
yiinii hesaplaym.
4.
~ekil 12.l'deki devre orta gerilim ve orta kollektor akrmi noktasmda
gerilimlcnirse, maksimum 1.5 W'luk yll(l§ icin giris giicii ne olur?
vc
9JA = 9S/\ + 9cs + 9o
= 2.0°C/W
+ 0.8°C/W + 0.5°C/W = 3.3°C/W
R8 2 kQ yapihrsa
elde edilebilecek maksimum ytk1~ gii-
elde edebiliriz.
Dolayrsiyla sogutma plakasi kullamldrgmda, transistortm dogrudan dogruya serbest
598
Biiliim 12
BGyOk Slnyal YOkselle~lerl
BiilOm 12 Problemler
on-
599
*
15. Transformatorsuz devrenin transforrnatorlu devreye gore avantajlanruru belirtin.
12.3
5.
16. R,, = 8!1 ve 30 V besleme kaynag1 kullanan ~ekil 12.14'deki B- siruf giiy yukselteci icin a~ag1dalcileri hesaplaym. (a) maksimum P,.(ac), (b) maksimum P;
(de), (c) maksimum %71, (d) Her ik.i c;1k1~ giic; transistoru tarafmdan harcannn
giic;. R1. yiikOnii 8 !1 aim.
A-s1mf1 transformator kaplajh bir' yukseltec, 4 n Juk bir yilkil siirmek icin
25: l 'lik bir transforrnator kullanrnaktadir. Etkin ac yiikunil (transformatorun
sanm sayisi fazla olan tarafma bagh transistorden gorillcn yiikil) hesaplayin.
6.
8 Q'luk bir yukii, lOk Q'luk bir etkin yiik olarak baglamalc icin gerekli transIormator sanm oraru nedir?
7.
16 Q'luk 4 paralel hoparloru, 8 Q'luk etk.in yuk olarak gorulecek sekilde baglamak icin gerekli transformattir sanm oramru hesaplayin.
8.
Transformator kup1:J1i. A-s1mf1 bir yukseltec, fil: l bir transformator i~e 16
Q'luk bir yiikO surmektedir, Devre, 36 V'luk bir gil,;: kaynag. (Vee) kullamlarak
=
17. Re= 8 !1 ve 30 V'luk bir giic; kaynag1 kullanan ~k.il 12.14'dek.i giic; yilkseltecinde
8 V rms'lik bir giri~ gerilimi uygularursa ~ag1dakileri hesaplaym. (a) Po(ac), (b)
P;(dc), (c) % T'/, (d) Her iki c;oo~ giic; transistortmde harcanan toplam giic;.
18. 40 V'luk besleme kaynagi ve 18 V nns'Jik bir sinyal giri§i kullanan sekil 12.15
teki gii,;: yukselteci icin (a) P 0(oc), (b) P;(ac), (c) %71, (d) R1. = 8 n ol?ugu
zaman c,1k1§ giic; transistorlerindeki toplam giic; harcamasim hesaplaym.
/
"'
*
yiike 2 W'hk bir giic; aktarmaktadir,
(a) Transformattiriln prirnerindeki ac gilcii
(b) Yilk geriliminin rms degerin!
(c) Primer geriliminin rrns degerini
(d) Yuk ve primer akirrurun nns degerini hesaplaym.
9.
Problem 8'deki devrede ongerilirn akirm
leQ
19. A§ag1dak.i yiikseltec suuflan ve gerilimleri ic;in verimi hesaplaym.
(a) A-sm1f1 c;alt~ma, Vamal.s = 24 V ve VcEmin = 2 V.
(b) Bvsrmf transformatorlu cahsma, VeEmaks = 4 V ve VCC = 22 V.
= 150 m A ise devrenin verimini he-
20. Osiloskop iizerinde ol<;iilen a§ag1daki gerilim degerleri icin ikinci harmonik bozulmasmi hesaplaym: Vcem,ks = 27 V, Vc£n,in = 14 V, VeeQ = 20 V.
saplayin.
10. npn tipi bir transistor kullanarak Avsuuf) transforrnator kuplajh bir dcvrenin ~e. mes1ru ,;:izin.
*
12.7
21. 150"C lahf s1cakhgmda 0.6 WfC azalma faktorhl 100 W (25°Cde) anma giic,lii silisyum bir transistor i9in miisade edilen maksimum giic; harcamasiru belirleyin.
12.4
11. Transformattir kuplajh giri§ kullanarak Bvsrrufi npn push-pull giic, yilkseltecinin
devre §emasm1 ,;;izin.
12. Problem 11 'deki devre icin gin§ dalga ~ekillerini hem kollcktor gerilim dalga
killeriyle, hem de kollektor akim dalga sekilterlyle birlikte r,;izin.
22. (~5A = l.5°C/W) degerine sahip bir sogutrna plakasiyla c;ah~unlan 160 W'hk bir
silisyum transistor, fJ;c = 0.5°C/W ve fJ;s = 0.8°C/W montaj izolasyonu degerlerine sahiptir. 80°C ortam s1calchg1 ic;in transistorun kaldirabilecegi maksimum giic; ne olur (jonksiyon srcaklig. 200°C yi a~amayacaktJr)?
§C·
23. 80°C ortam sicakligrnda bir silisyum transistorun
cayabilecegi maksimum gOc; nedir?
13. AB-sm1f1 c;al.t§an npn push-pull gilc; ytikseltecinin devre diyagrarru cizin. Pushpull kattan once bir faz-bolucu devre kati koyun.
12.5
. !
.
1( Yan-turnler bir yiikseltecin devre §Cmas1m cizin ve devredeki gerilim dalga
killerini gosterin.
-600
12.1\
Boliim 12
§C·
BiiyOk Slnyal YOkseltec;lerl
(T;maks
= 200°C) har-
BiLGiSA Y AR PROBLEMLERi
{
. ;
·. J
A~ag1daki i~lemleri yapabilecek i9in BASIC programlan yazrn .
. !
:. i;
Boliim 12
Problemler
601
1.
Sekil 12. l 'deki Avsrruf) seri-beslcmeli devrenin l,1c ve P;' dcgerlerini hesaplayrn,
_2.
,Seki! 12.1 deki A-sm1ti seri-beslemeli devrenin P,, degerini hesaplaym.
3.
Sekil 12.l deki A-sm1f1 seri beslemeli devrenin 91k1§ tepe gerlimlerini 0.1 Vcc
den Vee ye degi§tirerek verim degerlerinin tablosunu hazirlayin.
4.
,Seki! 12.l deki Avsuufi beslemeli devrede, Re 'nin degerleri icin verimi hesaplaym,
5.
,Seki! 12.5 teki rransfonnator kuplajh Avsrruf) yukseltec icin P; hesaplayin.
6.
Sekil 12.5 teki transformetor-kuplajh Avsnuf) yukseltecte verilen bir RL yiikiine
en uygun baglantiyr saglayacak transformator sanm oraruru hesaplaym.
7.
Sekil 12.5 teki Avsuuf) transformator-kuplajh devrenin, 0.1 Vee ile Vee arasm<la degisen kaynak gerilirnlerindeki verim degerlcrini bulun.
8.
Sekil 12.15 re gorulen Bssrmfr yukseltec icin 0.1 Vee ile Vee arasmda degisen
kaynak gerilim degerleri icin P; degerlerini bulun.
9.
,Seki! 12.15 teki B sirufi yukseltec i9in 0.1 Vcc ile Vee arasmda degi§en kaynak
gerilim degerleri icin P0 degerlerini bulun.
13.1 GiRi$
Bu bolumde, onceki boltimlerde ele ahnmayan bir dizi onernli elemam inceleyecegiz, iki katmanh yan iletken diyot, iii;:, dort hatla be§ katmanh elernanlarm
urerilmesine yo! acrmsur, ilk once dort-katmanli pnpn elemanlan ailesi ele abnacaktir: SCR (silisyum kontrollii dogrultucu), SSC (silisyum kontrolli.i anahtar),
GTO (kapidan kapamali anahtar), LASCR (1§1kla cahsan SCR); bunu, giderek artan
bir onern kazanan UJT (tek-jonksiyonlu transistor) elemam izleyecck, Kontrol mekanizrnali dort katmanh bu elemanlara gene! olarak tristor dcnrnektedir; ancak bu
terim daha cok SCR (silisyum kontrollu dogrultucu) i~i~_kullamlmaktad1r. Bolumun
sonunda fotoelektrik transistor, optik yaliticrlar ve f'.UT, (prograrnlanabilir tek-
10. Sekil 12.15 tcki devrede 0.1 Vcc ile Vee arahgmdaki kaynak gerilimleri ii;:ii) her
iki 91k1§ transistoriindeki giii;: kaybim bulun.
jonksiyonlu transistor) tamtrlacaktir.
L.
pnpn ELEMANLARI
:j·,
13.2
SiLiSYUM KONTROLLU DOGRUL TUCU
pnpn elemanlar ailesindc guniirntlzde tarusrnasiz en buyuk ilgiyi silisyum kontrollil
dogrultucu (SCR) toplamaktadir. ilk defa 19S6'da Bell Telephone Laboratories tarafmdan gelistirilmistir. SCR'lerin daha yaygm uygulama alanlan arasmda role kontrolleri, zaman gcciktirme devrcleri, duzenlenmis giii;: kaynaklariru, statik anahtarlar,
motor kontrolleri, kiyrcrlar, tersleyiciler, saykil-doniistiirilculer, aki.i dolduruculan,
602
BiilOm 12
BOyOk Sinyal Yiikselter;lerl
603
koruma devreleri, tssticr kontrolleri vc faz kontrolleri sayilabilir.
Son yillarda. anma deieril800 V'ta 2000 A'e ulasan ve 10 MW'a kadar buyuk
gucleri konti~l eden SCR'ler.tasarlanm1~t1r.· SCR'lerin uygulama frekans aralig: da
50 kHz civanna genisletilmistir, bu da ultrasonik temizleme ve endiiksiyonla isumasi gibi bazi yuksek frekans uygulamalanru rniimktin krlmaktadir.
13.3 TEMEL SiLiSYUM KONTROLLU
DOGRUL TUCUNUN 9All~M~SI
\
$ekil 13.3b'deki gibi gorulecektir. (Vkap, = 0 V, §ekilde goriildtigii gibi kapi ucunun
topraklanmasma esdegerdir.) VloE2 = Vkap1 = 0 V icin, baz akmu !02 0 ve Ic2 yaklasik olarak Ico olacaktir. Q,'in bazr akmu Io1 lc2 ,,; le(/ Q1 'i iletime gecirmek icin
cok kiic;:iiktiir. Bu nedenle her iki transistor de "kapah" (kesim) dururnundadrr; ki bu
da $ekil ! 3.3c'de gosterildigi gibi, her bir transistorun emetoru ile kollektoru arasmda ytiksek bir empedansla ve kontrollii dogrultucuyu rernsil eden bir acrk dev-
=
=
rcvle sonuclarur.
Ano\
\
\
Adindan da anlasilabilecegi gibi, SCR, kontrol amaciyla eklenen u,;:ilncii bir uca
sahip silisyum malzemeden yapilrms dogrultucudur. Silisyumun secilmesinin nedeni, yuksek sicakhk've giic;: kapasitesine sahip olmasidir. SCR'nin temel cahsmasi,
'-,
.
kapi adr verilen ve dogrultucunun kisa devre durumuna mt yoksa acik devre durumuna mt anahtarlanacagmr belirleyenucunctl bir uc;: icermesi acrsmdan, klasik iki
katrnanh yaniletken diyottan farkhdir, Elemanm sadecc anot - katot bolgesini ileri
ongerilimlemek yeterli degildir. iletim bolgesinde, SCR'nin dinamik direnci tipik
olarak 0.01 ile 0.1 U arasindadrr. Ters direnc tipik olarak 100 kD. veya daha fazladir,
I
;
(a)
0>---~-"---1:,~e,T'f-~-_K_
.._p_l
O
Anet.
Kalot
p
n
i
Kap1
p
n·
Anet
~
Figure 13.2 SCR two-transistor
equivalent circuit.
(b)
SCR'nin grafik sernbolii 'dort katmanuyanilerken yap1ya uygun baglantrlar ile birlikte Sekil 13. l'de gosterilmistir, ~ekil 13. Ia'da gosterildig] gibi, ileri yonde iletim
icin anot katoda gore daha pozitif olmahdir, Yine de clemam iletime gecirrnek
(acmak) icin bu yeterli degildir. lc;i ile sembolik olarak gosterilen kapi acma akrrmm olusturmak icin kapiya aynca yeterlibityuklukte bir darbe uygulanrnasr gerekrnektedir.
l,;r}
/
Kap,
-}ekif ] :\.2 SCR'nin iki-1t;.msis1C:,dc
gbstertlen ~leger dcvrosi.
.. Ka101
Yilksekempedans
,,
12
(•~ik-devre
yalda~mu)
+
(a)
(b)
~tkil U.1 (a) SCR .._,nbolO: (bJ 1e111cl
y11111st.
SCR'nin temel c;:ah§masm1 aynnttlanyla incelemenin en iyi yolu, ~ekil 13. lb'deki
dort katmanh pnpn yap1y1, Sekil 13.2a'da gosterildigi gibi iki adet ii<; katrnanh transistor yaprsma ayumak ve sonra ~ekil 13.2b'de elde edilen devre gibi dusunmekrir,
~ekil 13.2'deki bir transistorun npr:i ve digerinin de pop transistor olduguna dikkat
edin. inceleme amacryla Sekil 13.3a'da gosterilen sinyal ~ekil 13.2b'deki devrenin
kapisma uygulanacakur, 0---) I! aral;gmda
604
BolCim 13.3
Vkap, = 0 V ve ~ekil 13.2b'deki devrc
Temel Sillsyum KontrollO Dogrultucunun Cah~mas1
(ll)
Ch)
(C).
~ckil 13.3 SCR.oin "ke,im (kapah)" dununu,
/=
t1'de Ve gerilimlerinin birdarbesi SCR'nin kapisinda goriilecektir, Bu giri§ ile ·
gerc;ekle§tirilen devre ko~ullan $ekil 13.4a'da gosterilmi§tir. Vo potansiyeli Q2'yi iletime gec;:innek i,;:in yeterli biiyiikliikte se~ilmi§tir (V8E2 :=Ve). Daha sonra Q2'nin kolBolOm 13
pnpn ve Diger Elemanlar
605.
=
lektor akirru, Q1'i iletime gecirmeye yetecek degere yukselecektir (Jo1
lc2)· Q, iletime gecince Ic1 artacak ve buna karsihk gelen 102 de artacakur, Q2'nin baz akimmdaki artl§ /ci'nin daha cok artmasma neden olacaknr, Net sonuc, her bir transistorun kollektor akimmdaki tekrar iiretilen arnsur, Sonuctakl anot-katot arasi
direnc [RscR VI (/A· bUyUk)], c,:ok kU9UktUr ve bunun sonucu ~ekil 13.4b'deki gibi
SCR icin kisa devre gosterirni elde edilir. Yukanda belirtilen tekrar tiretilme islemi,
tipik olarak 0.1 ile 1 µs arasmda iletime gecrne siirelerine sahip SCR'ler olusturur,
Bununla beraber, 100 ile 400 A arahgmdaki yiiksek gii91U elemanlarda iletime
gecme (acilrna) sureleri 10 ile 25 ;,s arasmda degisebilir,
Kapi tetiklemesine ek olarak, ·scR'ler, elemamn srcakhgirun onernli olarak yukselmesi veya anot katot arasi gerilimin ~ekil 13.7'deki karakteristiklerde gosterilen
kmlma gerilimine yukselrnesiyle de iletime gecebilir,
=
~ckil l .~.5 Anot akumn1nke:;;lm(si.
~eldl 13.5a'da anahtar acikken IA stfirdrr (seri kesme), ~ekil 13.5b'de ise ayru
durum anahtar kapahyken gerceklestirilmistir (paralel kesme). Zorlanrrus komiitasyon, SCR uzerindeki akimm, ileriiletim yonunun tersi yonune "zorlanmasidir." Bu islevi yerine .getirmek .icin cok.eesitli _devreler mevcuttur; ve bunlarm bazilan bu alandaki buyuk. urcticilerin el kitaplarmda bulunabilir, En temcl tiplerden
biri Sekil 13.6'da gosterilmistir, $ekilde belirtildigi gibi kesim (kapatma) devresi, bir
npn transistorden, bir de pilinden (V8) vebir darbe iiretecinden olusur, SCR iletimi
sirasmda transistor "kapah" durumundadir; yani/8 O'drr ve kollektor-emetor empedansi cok yuksektir (pratik acidan.bir ac,:ik devredir). Bu yii_ksek empedans, kcsmc
v.
=
(a)
(kapatma) devrelerinin, SCR'nin .9ah§masm1 etkilemesine en gel olacaknr, Kesim kosullan icin, transistorun bazma pozitif bir darbe uygularur; bu da transistoru yava§9a
acar (iletime sokar) ve cok diistik bir kollektor-ernetor empedansi yaraur (kisa devrc
esdegeri), Daha sonra pi! potansiyeli $eldl 13.6b'de gosterildigi gibi, SCR'yi kesirne
goturmek 'icinden ters yonde zorla akim akiulacak sekilde dogrudan SCR'nin karsismda gorunecekrir. SCR'b;:in tipik kesime gitme sureleri 5 ile 30 µs arasmdadir,
,~~,
,~·~d~?.:
(b)
~.ck j I J .U SCR'nin "iletim (~ok)" durumu.
Bizi ilgilendiren bir sonraki soru §Udur: kesime ne kadar surede gidccektir ve
kesim i§lemi nasil gerceklesecektir? SCR, sadece kapr sinyalini keserek kapatilamaz
ve sadece bazi ozel SCR'ler, ~ekil 13.3a'daki t = ts arnndaki gosterilen negatif darbenin kapi uclanna uygulanmastyla kesime gidebilir. SCR'nin kesime gitmesi icin
kullamlan iki gene! yontem, anot aktmttun kesilmesi ve zorlanmts komiltasyon teknikleri olarak snuflandmhr. Alam kesmenin iki olasi yolu ~eldl 13.5'de gosterilrnistir.
606
Bolilm 13.3 Temel Sllisyum KontrollOOogrultucunun t;ah~mas1
i
:-.1
kc- lie> Ice- .. •'
~1 tini.:!iri{~~;~J
(a)
1,Q11,
(b)
,)dil 13.C, Zortannus komuuayoo 1eknij;i.
Bolilm 13 pnpnve Oiger Elemanlar
607
3.4
SCR KARAKTERiSTiKLERi VE
ANMA DEGERLER_i
2.
kapr_llk.irri
<;e~itli
degerleri }9in bif SCR'nin karakteristikleri $ekil 13.?'de. ve.rilmi~tir; Genel akim ve gerilimler karakteristik uzerinde gosterilmistir, A§ag1da her
biri i9in ozet bir aciklama verilmistir,
\
$ekil 13.7'deki SCR karakteristiklerinin, iletim bolgesine girilmeden onceki
yatay dal haric temel iki katrnanh yaniletken diyodunkine yOk benzedigi hemen
gorulebilir. Bu yatay dal, SCR'nin iletim durumuna karstlrk gelen iletim bolgesine
girecektir. Aym sekilde goriildugii gibi kapr ucuna ongerilim uygulanarak kap1
akirru /c1'e kadar artarsa, iletim icin gereken VF degeri (VF1) oldukca azahr. /c'nin
arusiyla /11'nin dii§tiigiine dikkat edin. Eger kapi akmu la2'ye kadar artarsa SCR,
gerilimin cok dti§iik degerlerinde (VFJ) ateslenecek ve karakteristiklc/iemel
jonksiyonlu diyodunkine yaklasmaya baslayacaknr. Karakteristiklere tamamen
farkli anlarnda bakrhrsa, belirli VF gcrilimi icin, ornegin ~F2 icin (~ekil 13.7) eger
kapi akum le= O'dan lo1 'e veya daha fazlasma artarsa SCR ateslenecektir.
~ekil 13.8'de kapi karakteristikleri verilmistir, ~ekil 13.8b'deki karakteristikler,
Sekil 13.8a'daki golgeli bolgenin btlytitillmus tiirtidtir. $ekil 13.78a'da bizi en fazla
. -"\
-
fi,-n
1,..
. Tutma
Tees yonde bozulma
gerilimi
aJam,
\
V(BRJF•
I
Ters yonde b!oldarna
bolgesi
llertyondc:
!Jeri yoodc blokaj
bolgcsl
lanlma
gerilimi
$d,il 13. 7 SCR k~r•ktcri~likkri.
1.
4.
bloklama bolgesine anahtarlandrgr akim degeridir.
iteri ve ters bloklama bblgeleri; anottan katoda alam~n bosalrna akism; bloklayan kontrollti dogrultucular icin acik devre kosuluna karsihk gene! bolgelerdir .
Ters km/ma gerilimi; temel iki katmanh yan iletken 'diyodun zener ya da ~1g
bolgelcrine esdegerdir,
\
+
3.
R == Kaptdan katoda direnc
Va: Kapidan katoda sabit ongerilirn
Tutma akuru tln): alunda SCR'nin iletim konumundan belirtilen kosullarda ileri
lleri km/ma gerilimi V1nRJF* , ustunde SCR'nin iletim bolgesine girdigi gerilim
degeridir, Kapi ucunun durumuna baglt olarak konan (*) i§areti, sonuna geldigi
ilgilenilen kapi anma degerleri Pcn1, lcr« ve Van1 gosterilmistir. Her birisi, transistordekiylc aym yontemle dahil edilrnistir, Tarah bolgenin bazi kisimlan drsmda
bu bolgenin icine dusen kapi akim ve geriliminin herhangi bir bilesirni, karakteristikleri. verilen elernadlarla ayru serideki herhangi bir SCR'yi atesleyecekrir.
Tarah bclgenin hangi krsunlannda iyah§maktan kacrmlmasi gerektigini sicakhk belirleyecektir. -65 °C'de SCR serilerini tetikleyecek minimum akirn 80 mA iken
+ 150° C'de sadece 20 mA gerekecektir, 3 V veya daha yukan kapi gerilimleri genellikle kolayca bulundugundan sicakhgm minimum kapr gerilimi iizerindeki etkisi bu tip egrilerde genellikle gosterilmez. $ekil 13.8b'de isaret edildigi gibi,
btitiin birimlerin soz konusu sicaklik araltg1 icin minumum 3 V'luk gerilim gosterilmi§tir.
SCR veri sayfalannda genellikle bulunan diger parametreler arasmda iletime
geiyme stiresi (l,,pk), kesime gitme (kapanma) stiresi (tka1,a1,), jonksiyon s1cakhg1 (T.1)
ve k1hf s1cakhg1 (Tc) saydabilir; ki bunlann tamam1mn bu noktaya kadar yeterince
ay1k olmas1 gerckir.
harfe a§ag1daki anlamlan verir:
0 = Kapidan katoda acrk devre
S = Kapidan katoda kisa devre
608
BotOm 13.4
SCR KArakterlstlklerl ve Anma De(lerlerl
Bol!lm 13
pnpn ve Dlger Elemanlar
609
13.5
SCR'NiN YAPISI VE U<; TANIMI
SCR"nin dort katrnanh cekirdeginin temcl yaplSl ~ekil 13.9a'da gosterilmistir. Yuksek akimh vc 1s1 yogunlugu olmayan SCRyap1smm tamanu Sekil 13.9b'de gos-
8
!-'
~~~~
....--~,_.,_.,_.,_.,_.,_...,
~l~ili~t )~}.
&;
...
"'
0
(lf<M)IW!l!l"3 1dq 'l'l"V
i
ll-~
\
I
I
I
~
'il.a'7
+
'
jf!
I
I
\
~J~
\
\
l~j·G
\
liE~
\
\
..
~]
~,
ii ~
::
'b
f~ jj
\
~
,a'[
.§ 7 8
~ .§ ~
~~~
.S.<n s.
\
\
:::,(:!.
\
\
\
\
\
..,.
\
:5
"'
1
.u.,~u. . ~·"'J
0
fJ
3:
0
~
·E
;;;
~
~
§.
~
~
u
....<>
>
0
ff
~
,,::
c:
E
-<
...u
"'
0
;S
""
"!
(h)
(a)
"':;:;_
Sck i l I
3. ()
(a) Ala~nn - diluiyonlu SCR ~kirdck. (b) ,., yor£unlugu oln1.1yan SCI(
· y;oposo. (General Electric Company izniylc).
...
a!
~
"'g
·5
...,
-'-"
:.P,·
!:!
J
,/l~·L..
<i.-,oy·· ·
00
ci
..
~.
.
\
.r
ci
''
Ka tot
ci
~f ~Pl
it
'• f
0
W IW!1!=3,d"'l 'll(U'Y
lri)
(bl
A~
(c)
Sd,il 13. I (l SCR kohf yapos1 vc u~ rarumlan. l(a) General ElectricCompany'nin: (bl ve
"\(c) International Rectifier Corporation'un izniytc:J
·
610
Bolilm 13.4
SCA Karakterlstlkleri
ve Anma Degerlerl
Bolum 13
pnpnve Diger Elemanlar
611
-- . . . '\f•..r-
....
!
----~-----o
,.._ ............
0-~
JJ-
Kapr, anot ve katot uclanmnkonumlanna.dikkaredin. Taban kisrru, 1S1y1 SCR'nin
monte edildigi saseye aktararak sogutma' plakasigibi islev ·goriir. SCR'lerin kihf yapisi ve uc tammlamast, uygulamayii baglr olarak degisecektir. Diger kilif yapisi teknikleri ve Uy tarurnlarnalanSekil 13. IO'da gosrerilrnistir,
R1_
A
R,
K
G
0° 90°
-
'-r'
(b)
·} ..:
:,
-,
.'i,·I, ii 1.1. 12 Yonm·dulga '"'f'~ken dire~li faz kontrol devrc.i.
13.12a'da gosterilrnistir. Devre, anahtarm kaldmlmasi ve degi§ken direncin eklenmesi dismda, $ekil 13.lla'dakine benzemektedir, R ve R1 direnclerinin birlesirni,
giris sinyalinin pozitif parcasi boyunca kapi' akmuru suurlayacakur, Eger R1 maksimum degerine ayarlarursa, kapi akmu iletime ge9mc genligine hi~ ulasamayabilir.
R 1, maksimum degerinden azaldikca, kapi akirm aym girls geriliminden dolayi artacaknr. Bu yolla, gercken iletime geerne. kapi akmu, Seki! 13.12b'de gortildiigu
gibi, 0 ile 90° arasmdaki herhangi bir noktada kurulabhir. Eger R1 dti~Ukse SCI} hemen hemen aninda ateslenecektir; vebu da $ekil 13.1 Ia'daki devreyle ayni somicu
.
. ~
-.I
verebilir (180° iletim). Bununla beraberyukanda deginildigi gibi R1 artarsa, SCR'yi
ateslemek i9in daha bUytik bir giri~ gerilimine (pozitif) ihtiyac duyulacaknr. Sekil
13.12b'de gosrerildigi gibi, giri§ 90°'lik faz kayrnasi noktasinda maksimum degerine
ulasacagindan komrol bu nokladan ileriye 9ekilemez. Eger . SCR'yi ate§lcmek i9in
kap1 gerilimi dii§erse ve giri§in pozitif egimindeki giri§ gerilimi degerlerinden daha
az ise, aym lepki sinyal dalga §eklinin negatif egimli par<;:asmdan da beklenmelidir.
Buradaki 9ah§ma, teknik olarak: yanm dalga, degi§ken direnfli faz kontmlii olarak
amhr. Bu, ak1mm ortalama degerini (rms) kontrol etmenin ve boylece yiike gti9 aktarmanm etkili bir yontemdir.
SCR'nin ii~iincii popiiler uygulamas1 pil doldurma (akii §arj) regiilatoriidiir. Devrenin temel elemanlan $ekil 13. I 3'de gosterilmi§tir. Buradaki amac1m1z a~1smdan.
kontrol devresinin blok halinde gusterildigine dikkat cdin.
SCR i9in_ m~~kiin olan uygulamalardari birkacr ~'ye giri§. boliimiinde. (Bolilm
13.2) verilmistir, Bu bolumde bunlardan besini ele alacag1z: statik anahtar, faz kontrol sistemi, pi! dolduruculan, 1s1 kontrol devrelerive tek kaynak!t acil aydmlatma
sisterni.
Yanm dalga seri statiksanahtar $ekil l13.l Ia'dagosterilrnistir. $ekil 13. l lb'de goriildiigii gibi anahtar kapaltysa, girissinyalinin pozitifparcasr boyunca kapidan akim
akacak ve SCR iletime gececektir.Kaprakimmmgenligini R1 direnci sirurlar. SCR
iletimdeyken, anot-katot arasr ""geri]im (\IF); i!etim degerine dusecek VC bunun SOnucunda 9ok kiicuk bir kapi akrmi ve kapi devr~siride cok az kayip olusacaktrr, Girls
sinyalinin negatifbolgesi icin, anot katoda gore daha negatif olacagmdan SCR kesirne gidecektir. Kapi akrmlannm tersine iWnmesini onlemek icin devreye D1 diyodu eklenmistir,
·
'
A
D1
Mekanik, elektrlk
veya elektromckanik
anahtar
·
Jrfl_
G
II~
lkap,
'id, i I 13 11 Yonm:lolg• seri Sliltik an,hi;,r.
90° ilctim
f:-
I(;
1,1)
i.s SCR UYGULAMALARI
:_j
SCR1
GE
·:,·,;,
'---t--.i1-1 C20F ·
•
(b)
•
."r"
•
t
;,: ._:,,~·~·.,
•
47n (2W)(;ll- .;
--------,; 'f.}'.f).-.\ \ . :·:.'
Sonucta olusan yi.ik akmu ve gerilimi dalga §Ckilleri $ekil 13.11 b'de gosterilrnistir, Soou~. · yiikten gecen yanm dalga dogrultulmus sinyaldir. I 80°'den daha az ilctim istendigi.taktirde anahtar, giri§ sinyalinin poztif kisrm sirasmda herhangi bir faz
yer degisrirmesinde kapatilabilir. Uygulamaya bagli olarak anahtar, elektronik, elek-
12V'luk,
Pil
tromanyetik veya rnekanik olabilir,
Iletim acrsirun 90° ile 180° arasmda kurma kapasitesine sahip bir devre, $ekil
612
R
Boliim 13.6 SCA Uygulamalan
~ekil IJ.13
:" ;ftitlilri!t":
Pil·dotdum1t,
reg.Ul;uOrii.
Bolilm 13
·. _.:· ~>?.-.= .:_...
pnpn ve Dlger Elemanlar
613
~ckildc de gostcrildigi gibi, 01 vc D2 diyotlan, SCR1 ve doldurulacak I2V'luk pil
iizerinde tam dalga dogrultulmus bir sinyal olusturur, Dii§iik pil gerilirnlerinde, kisaca acrklanacak nedenlerden·,dolay1 SCR2 kesim durumundadir, SCR2 acrkken,
SCR, kontrol devresi, bu bolumde daha once tarusilan seri sratik anahtarh kontrol
devre~iyle tamarnen ayrudir, Tarn dalga dogrultulrnus giris, iletime gecirme ii;:in
gerekli kapi aknmru iiretmek icin yeteri kadar biiyiik oldugunda (R1 ile kontrol edilir),
SCR1 iletime gececek ve-pif dolrnaya baslayacakur, Doldurma isleminin basl~ng1cmda'. ~ii~iik pi] gerilimi; basil gerilim stirme devresi tarafindan belirlenen dii§iik
bir VR gerilimiyle sonuclanacaknr, Buna karsihk Vn gerilimi, 11 V'luk zeneri iletime
gecirmeye (acmaya) yetmeyecek kadar kiiyiiktiir. Kesim durumunda, SCR2'yi besleyen zener ai;:lk devre gibi davrarnr ve kapi akirru srfir oldugundan SCR2 de kesim du1:1mundachr. C1 kondansatoru, devre icindeki SCR2'yi kazayla iletime gccirecek gerilim gei;:i§lerini onlemek icin konulmustur, Devre analizindeki temel cahsmalanruzdan kapasitorun iizerinde ani -gcrilim degi§melerinin olmayacagrm hanrlaym,
1,
bu yolla gecici etkenlerin SCR'yi etkilernesini onler.
c
Doldunna islemi surdukce pil gerilirni, VR degeri, 11.0 V'luk zeneri ve SCR2'yi ateslemeye yetecek yiiksek bir noktaya ulasir, SCR2 areslendikten sonra, SCR2'nin kisa
devre C§degeri,-Rt ve R2 tarafmdan belirlenen ve V2'yi, SCR'yi acamayacak (iletime
sokamayacak) kadar kiii;:iik bir diizeyde. tutan bir gerilim bolucu devreyle sonuclamr,
Bu gerceklestiginde, pil tamamen dolmustur ve SCR'in as;lk devre durumu doldurma
akmun kesecektir, Boylece diizenleyid,.pil gerilimi dii§tiigiinde onu tekrar doldurur
ve tam doldurma olu§tugunda asin dolumu onler,
cok duyarhdir. Gercckten de 0.1. 0C'ye ,kadar kui;:iik degi§imleri hissedebilir. Uy·
gulamada suurlanmis olmasma ragmen, tennostatta yalmzca i;:ok ktii;:iik akim duzeyleri kullarulir (l mA'in altmda). Bu. uygulamada SCR, yiik anahtarlama elemamndaki akirn yiikselteci olarak i§lev goriir .. Bu, tennostatm akim diizeyini yilk·
seltmesi anlarnmda bir yukseltec degildir. Bu daha ziyade, yiiksek akim diizeyi termostatm davranrslanyla kontrol edilen bir elemandir.
_ •
Kopru devresinin, 100 W'ltk 1s1t1c1 yardirmyla alternatif akim (ac) kaynagina b~glandig1 acikur. Bu, SCR iizerinde tam dalga dogrultulmus bir gerilimle sonuclanacaknr, Termostat acik oldugu zaman kondansatorun uzerindeki gerilirn, dogrultul·
mu§ sinyalin her darbesinin yardimiyla kapi atesleme potansiyeline kadar dolacaknr,
Dolma siiresi sabiti RC carpirmyla belirlenir. Bu, giri§ sinyalinin her yanm saykil!
boyunca SCR'yi tetikleycrek, yiikiin (akrmin) 1s1tJc1ya dogru ak1m akmasm1 miimkiin k1lacakt1r. S1cakltk yiikseldiki;:e -iletken .tcrmostat, kondansatorii kJsa devre yaparak, kondansatoriin ate§leme potansiyclinc kadardolarak SCR'nin tetiklenme ihtimalini ortadan kald1racakt1r. Daha-sonra 510 kQ'luk direni;:, termostat iizerinde i;:ok
kiii;:iik bir ak1mm (250 µA'den az) korunmasma katkida bulunacakttr.
SCR'nin ele ahnacak son uygulamas1 ~eki!J3.15'te gosterilmi§tir. Bu, 6V'luk pili
kullamma haz1r tutacak §Ckilde dolduran ,ve aym zamanda giii;: eksikligi olu§tugunda
ampule de enerji saglayan tck kaynakh bir acil durum ayd1nlatma sistemiclir.
lstcncnyilldcnmo omum (deAc:rini
vegOcilnll)vmncki~~lllr.
/
R1
SCR kullamlan 100 W'hk bir 1s1t1c1 kontrol devresinin §emast ~ck.ii l3. l4'te verilmistir. D~vrc, termostatlarla belirlendigi §ekilde 100 W'hk 1s1t1c1y1 acip kapayacak sekilde tasarlanrmstrr. <;1val1 cam termostat sicakhk degi§imlerine karsr
SCR1
Cl06YI
C1
· 100.W'lukJSUu:iyilkil
l
<.
~- .
GECS8
veya
6V'luk
Cl06B
Jamba
S''-
R,
O.lµF
_SIOkSl
-'.- 1_"oplanmayt en aza lndinnek
.
l¢1n~~Jar
Civah cam tennostat
"'·':,_
R2·-
·1son
",
R3
- + 6-Volt'luk
JkSl ~
pll
L
\
GEA14B
CRI-CR4
614
JOOµF
10-Y
~~kiJ I 3. J .J S1caklikck?nc1leyicisi.
(General Ek...:cric Scmiconduccor
Pmclocls Divisiou'un b:niyle.)
Boliim 13.6
SCR Uygulamalarr
,1 -1 11 l, Tck knynakh acil-ayd111h11mi. ~is1emi (General Elcciric Comp. Scmiconduc1or Produce Division'un iiniylc)
'I
•,
.
\
Dive D2 diyotlanndan dolay1 6 V'luk lambanm iizerinde tam dalg~ dogrultulmv
bir sinyal goriinecektir. C1 .kondansatorii, tam dalga dogrultulmu~ sin'yalin tepe di
geri ile 6 V pi! tarafmdan R2/iizerinde olu~turulail de. gerilimi _arasmdaki farkta
biraz kiii;:iik bir gerilimle yiiklenecektir. ~oyle veya boyle, SCR1'in katodu an<
tundan daha yiiksektir ve kap1,katot gerilimi .negatiftir; .bu da SCR'nin iletmemesir
Boliim 13
pnpn ve Diger Elemanlar
,61~
I
saglar, Pil, R, ile belirlenen bir hizda R1 ve D1 uzerinden §arj olmaktadtr, Dolrna i§lemi yalruzca D,'in anodu kat'bctb11a~Htlaha.pozitifoldugu zaman gerceklesir. Tam
dalga dogrultulmus sinyalin <l<:°1seviyesi, gu~ acikken lambarun yanmasmi sag~ .
layacakttr. Elektrigin kesilrriesi'tfu'iiu'nunda C1, SCR,'in katotu anodundan daha az
pozitif oluncaya kadar D1, R(ve:.R3·ui~1inden desarj otacakiir, Ayn: zamanda R2 ve
R3 jonksiyonu pozitif olacak
1
tetiklemek i9in yeterli kapi-katot gerilimini
olusturacaktir. Ateslendikten sBrl~ ~-v·ruk pil SCRi° uzerinden bosalacak ve Iambaya enerji vererek yamk kaltiia~11n(:s~glayacakt1~ Elektrik kesintisi ortaclan kalknktan sonra yukanda a91kland1j1·gi'bi'icondansator ?ekrar dolacak ve SCR'in tekrar
kesim (kapah) durumuna gelm'esini1sa~layacak!lr.
acacaknr (iletime sokacaknr). Sonuctaki kuv~e~\Lko)lektor akmu le" Qz'yi iletime
sokacak ve sonucta bu islem tekrar ilretilerek S~.S,c:.kmanmm iletimde kalmasi saglanacaknr. Anot kapismdaki pozitifbir darbe, (?1,'.i.~,,baz.~emetorjonksiyonu ters ongerilimleyerek kesime gotunir, bunu sonucunda da elemarun acik devre kesirn (ka~
pah) durumu olusur, Genelde tetikleyen (iletime.sokma) anot kapi akuru, gerekh
· katot kapi aktmmdan daha biiyilktilr. Ornek bir.S~S _e!~rnaru icin, tetikleyen anot kapi
akum 1.5 mA iken, gerekli lcatot ·kapt akimi 1 l!~'d~.: Her iki uctaki gerekli iletime
ve'·sCR Yi
-1
°13.7
1
i, _ •..
sokma kapi akmu bircok fakiorden etkilenir. Bun\~1~ ,~~1lan, i;:ah§ma s1cakhg1, an~t
katot arasi gerilim, yiikiin yeri ve katot ile kapi katotveya anot kapisi ile anot baglantrlandir (lasa devre, ai;:tk devre, ongerilim, yuk, v.s.). Her bir elcman icin, yukanda
verilen tilrden bilgiler saglayan tablolar, grafikler ve egriler mevcuttur.
. . .,..,.
. .
"~
..
SILISYUM KONTR0!-L_UANAHTAR
SCS'yi kesime goturen en' temel tic;: devre tipi ~ekil 13.l 7'de verilmi~tir. ~ekil
13. l 7a'daki devreye darbe uygulandig1 zaman, transistor yabucak iletime g~er ve bi.mun
sonucunda kollektorii ile emetorii arasmda dil§iik empedans (yakl~ik lasa devre) karakteristligi olU§Ur. Bu dci§uk empedans kolu, anot ak:Jmmt SCS'den ba§ka yone c;:evirerek onu tutma degerinin altma du~iiriir ve bunun sonucunda SCS kesime gider. Benzer §ekilde, ~ekil 13.17b'deki anot kap1smdaki pozitif darbe, bu bolumcle claha once
belirtilen mekanizmayla SCS'yi kesime goturecekUr. ~ekil J3.17c'deki devre, katot kaptsma uygun genlikte darbe ~ygulanarak iletime veya kesime gotiirelebilir. Kesime gotiirme karakteristigi sadece dogro RA degerleriyle miirnkiin olacak!lr. Bu, bu tiir bir 9ah~mada kritik olan pozitif geribeslemenin genlik miktanm kontrol edecektir. Rl yiik
direncinin ~e§itli noktalara konabilecegine dikkat edin. Kapsamh herhangi bir yaniletkr,n
el kitabmda bulunabilen daha b~ka.olas1hklar da soz konusudur.
... 'i
Silisyum kontrollil anahtar (SCS), silisyurn kontrollu dogrultucu gibi dort katmanlt
bir pnpn elemamdir. ~ekil l3.16a'da gosterildigi gibi anot kapismm eklenmesinden
dolayr SCS'nin dort katmarun tamami kullarulabilir, Grafik sembolu ve tansistor e~deger clevresi de ayru sekilde gosterilrnistir, Elemanm karakteristikleri temel olarak
SCR'ninkiyle ayrudir. Anot kapi akimmm etkisi, ~ekil 13.7'de gosterilen kapi akimmmkinecok benzer. Anotkapisrakirrune kadaryuksekse, elemaru acmak (iletime
sokmak) icin gerekli anot-katot gerilimi de o kaclar dii~iik olur.
-
Anot
p
(a tot
capisr
QI
Anol
kapisr
Anot
kapis,
pnp
kap!Sl-fr ··:.t'. ~:
kaplSl
foK
Ka tot
~c~ j I 13. 16
/GA
Ka tot
Ka tot
i
(':
v
v
Q2
npn
R,
Katot
Sili,fum kon1rollO analttar (SCSJ: (•J 1emcl yap,; (b) tr•fik ,embulU; (c) cideger 1r:111,is1Br devresi.
Anot kapr b~glant1s1 elernam iletime ve kesime sokmak (acip kapamak) icin kullanilabilir. Elemam iletime gecirmek icin, anot kapisi ucuna negatif darbe uygulanmasi gerekirken, kesime goturmek icin pozitif darbe gereklidir, Yu~~1da belirtilen darbe tipi ihtiyacr, ~ekil 13 .. 16c'deki devre kullamlarak aciklanabilir. Anot
kapismdaki negatif bir darbe, Q1'in baz-emetor jonksiyonunu ileri ongerilimleyerek
616
AnotkapLSl
Bolilm 13.7 Sillsyum Kontrollii Anahtar
-v
(bl
(c)
~L'kil I J.17 SCS'yi kc.~inlCgtililnu~ td.:nikkri.
Biiliim 13 pnpn ve Dlger Elemanlar
617
SCS'nin buna karsihk gelen .SCR karsismdaki bir avantaji, azalan kesime gitmc
suresidir; SCS iyin bu sure tipik olarak .lIle 10 µs aralrgmdayken, SCR icin 5 ile 30
· µs arasmda degisir, SCS'nin SCR .kar§1smdaki diger bazi avantajlan arasmda artan
kontrol ve tetikleme hassasiyeti ve dahakesin olarak tahmin edilebilen arcslerne durumu sayilabilir. Ancak bugiln iyin SCS, dii§iik giiy, akirn ve gerilim anma degeriyle
simrhdrr. Tipik maksimum anot !l1<1m1 arahg: 100 mA'dan 300mA'e kadar iken giiy
kaybi 100 mW ila 500 mW arasmda degi§mektedir.
yeterli baz akmuna neden olabilir. Elernan, SCS'nin iletim yollanru acan ve anot
akrrmru sifira goturen sifrrlama diigmesine basilarak sifirlamr.
~~~--~~~-----0+12v
Si.fu:lama
Dahayaygm uygulama ala~(ar.r arasmda cok yC§itli bilgisayar devreleri (sayicilar,
kaydedicilcr vc zamanlama devrelcri), darbe urcrecleri, gerilim algilayrcrlan vc osilatorler sayilabilir. SCS'nin gcrilim algilama elernam olarak basit bir uygulamasi
~ekil 13. lS'de gosterilmistir, Bu, ye§itli durumlardan gelen n girisli bir alarm sistemidir. Herhangi bir giri§ SCS'yi iletime gecirerek, alarm rolesini ve giris bolgesini
gosteren anot kapisi devresindeki lambayi enerjilendirir.
AJann
rolesJ
100k0
( Ol1l1I etlcisi
~In)
200Q
,.:,:·. i .
f.fi ~
...____:'.;..·c:.J"l-;'·;<3N84
-:~: . . j_'} ~-
l kn'dan IMQ'a
bdar ayarlarur
-12V
~ij:1)11
··;,
.
\,GE·
//344
---+---------+-----~
~·
Girl~ I
.)t·~ilJ 3.1 N SLR
GE 3N60
IOkU
;d.111h
IOkSl
GE 3N60
Yukanda verilen iiy enerji kaynagmm herhangi birinin uygulamasmdan dolayi Rs
direncinin artisma karsrhk gelen duyarhhk basitce Rs ile degisken (ayarh) direncin ·
ycrlerinin degistirilmesiyle uyarlanabilir, SCS'nin Uy tarurnlamalan, paketli SCS ile
birlikte ~ekil 13.20'de gosterilmistir.
IOkSl
,kw1..:si.
Diger bir SCS uygulamasi da ~ekil 13.J9'daki alarm devresidir. R5, sicakhk,
1§1ga veya yayihrna duyarli direnci; yani, bu Us; enerji kaynagirnn herhangi birinin
uygularnasiyla deger] azalan bir direnci gosterir. Katot kapisi potansiyeli, Rs ve degi§ken direnc ile olusturulan boliicii iliskisiyle belirlenir. Eger Rs degi§ken direncin
degerine esit kurulmussa, her iki direncin iizerinde de 12 V olusacagindan kapi potansiyeli yaklasrk olarak O Volt olacakur. Bununla beraber Rs azaldig: taktirde SCS
ileri ongerilimlenene kadar jonksiyon potansiyeli artacak ve bu da SCS'yi iletime
gecirerek alarm rclesinin enerjilenmesine ncden olacaknr,
100 kn'luk direnc, hiz etkisi diye bilinen bir olgunun elemam kazayla tetiklemesi
riskini azaltmak icin eklenrnistir. Buna, kapilar arasmdaki kayak kapasite diizeyleri
neden olur. Bir yiiksek frekans gecici durumu, SCS'yi kazayla iletime sokacak
618
~d; i l I 3. l 9 Alarm devresi (General Electric Semiconductor Product Divisioo'un imiyle.
GE
344
Biiliim 13.7
Slllsyum KontrollO Anahtar
(b)
~,,,!
I .\ .. ;i!Sili,yum-kootrollU anahJor(SCS): (a) clcm:,.n: (b) ~ tammlan. (General Electric Company'nin izniyle)
· Boliim 13 ·pnpn ve Diger Elemanlar
619
3.8
KAPIDAN
KAPANABiLiR
ANAHTAR
Bu bolumde anlanlacak il<;Uncii pnpn- elernani, kapidan kapanabilir anahtardir
(GTO). Ancak §ekil 13.21a'da.'.da; g9sterildig(gib1, SCR gibi -il<; d1~ uca sahiptir,
,5ekil 13.2lb'de grafik sernbolu-de verilrnistir, Grafik semboltiniln SCR'den yada
SCS'den farkh olmasma ragrnen, transistor e§degeri kesinlikle ayrudrr ve ka-
GTO'nun bazr uygularna alanlan arasinda sayicilar, darbe tiretecleri, multivibratorler ve gerilim duzenleyicileri say1labilir.'~ekil 13.23, GTO ve zener diyot
kullamlarak gerceklestirilen basit bir testere disi ureticini gostermektedir.
rakteristikleri benzerdir,
\
\
Ano!
p
n
Kapt
Ka tot
(b)
(a)
.Aile(
Kapt
Kato!
~d:il I 1.21
Aslmda GTO'nun SCR veya SCS karsisindaki en onernli avantaji, katot kapisma
uygun darbe uygulayarak elemarun iletirne veya kesime cekilebilmesidir (SCS icin
gerekli anot kapisi ve ilgili devre olrnaksrzm). Bu kesime gotiirrne yeteneginin bir
sonucu olarak tetiklerne icin gereken kapi akimmm genlig] artrrustrr, Benzer maksimum rms akim anma degerlerine sahip bir SCR ve GTO durumunda SCR'nin kapr
tetiklerne akirru 30 µA iken, GTO'nun tetikleme akmu 20 rttA'drr. GTO'nun kesime
gitme (kapanma) akmu, gerekli tetikleme aki!ll,llldan biraz daha biiyiiktiir. Gunumuzde uretilen GTO'lann maksimum ortalama akimi ve gil<; harcama degerleri si-
rasiyla 3 A ve 20 W'tir.
$d.il 13.~..? Tipik bir GTO ve LN; uenmtao.
(Oeremt E~t.:lric Comp;.my'oin iznJylc.)
Kaprdan kapanabilir am,i,w (GTO): (a) lcmcl yapi: (b) scmbolti.
GTO
G6D
200voll
besleme
gcriliml
.
GTO'nun ikinci onemli bir ozelligi de duzeltilmis anahtarlama karakteristigidir.
Iletime gecrne suresi SCR'ye benzer (tipik olarak 1 µs), fakat kesime gitme si.iresi de
~ag1 yukan ayru siirede (1 µs) ·scR'nin tipik kesime gitme suresinden (5 - 30 µs)
<;ok·kii<;iiktiir. Kesime gitme silresinin, iletirne gecrne siiresinin benzeri olmasi, bu
elemanm yiiksek htzli uygularnalarda kullarurmm milmkiln kilar,
Tipik bir GTO ve u<; tarumlan ~ekil 13.22'de gosterilmistir, GTO kapr giri§i karakteristikleri ve kesime goturme devreleri kapsamlr bir el kitabinda veya veri sayfasmda bulunabilir. SCR'yi kesirne gottirme devrelerinin <;ogunlugu GTO'lar icin de
kullanilabilir,
~tkif l :;_23 GTO iceren bir resrere dis! urereci.
620
Bolilm 13.8
Kaptdan Kapanabilir Anahtar
Boliim 13 pnpn ve Dlger Elemanlar
621
LASCR uygulama alanlan arasmda optik l§Jk kontrolleri, roller, faz kontrolu,
motor kontrolil ve c;:e§itli bilgisayar uygulamalan .sayL111bilir. Giini.imi.izde ticari olarak kullamlan LASCR'lerin maksimum akimi.(nns) ~c:kap1 giicii degerleri 3 Ave
0.1 W civanndadir. Tipik bir LASCR'nin karakteristikleri (istkla tetiklerne), §ekil
13.25b'de gosterilmistir, ~ekilde, jonksiyon sicakligmdaki bir artism, elemanr 'rahsnrmak ic;:in gerekli I§lk enerjisindeki bir diismeyle sonuclandigma dikkat edin. ·
LASCR'nin ilginc;: bir uygulamasi, ~ekil 13.26'claki VE ve VEY A devreleridir.
Yalruzca LASCR1 ve LASCR2 iizerine 1§1k dii§liigi.i zaman herbiri icin uygulanabilir
krsa dcvre esdegeri olusacak ve yiik uzerinde beslerne gerilimi gorunecektir. VEY A ·
devresinde ise LASCR1 ve LASCR2'ye uygulanan l§tk enerjisinin sonucunda yuk
Besleme ac;:1ld1grnda, GTO iletime gececek ve bunun sonucu anodu ile katodu arasmda kisa devre esdegeri olarak.gordlecektir. C1 kondansatoru, ~ekil 13.23'te goiiildiigii gibi besleme gerilimine dogru dolmaya baslayacakur, CI kondansatoru uzerindeki gerilim, zcner potansiyelinin iizerinde doldugu zaman, kapi-katod gerilimi
tees yone donecek, bu da kapi akirmrun ters yone donmesine neden olacaktir. So·
nunda negatif kapi akmu, GTO'yu kesime goturmeye yetccek kadar biiyiik olacaktir. GTO kesime giderek (kapanarak) acik-devre gosterirniyle sonuclandiktan
sonra C1 kondansatoru R3 direnci iizerinden bosalacaktrr, Baslama silresi devre
zaman sabiti r R3C I tarafmdan belirlenecektir. Uygun R3 ve CI secirni sonucunda
~ekil 13.23'teki testeredisi dalgasekli elde edilecektir. Vn c;:1kt§ potansiyeli V2'nin altina dii§tiikten sonra GTO tekrar iletime gececck ve islem tekrarlanacakur,
=
13.9
ilzerindc kaynak gerilimi gorunecektir.
;
LASCR'nin 1§1ga en duyarh oldugu durum, kapi ucunun acrk oldugu durumdur.
~ckil 13.2b'da gosterildigi gibi duyarhhk, kapr direnci eklemek suretiyle biraz azalnlabilir ve kontrol edilebilir.
lkinci bir LASCR uygulamasi ~ekil 13.27'de gosterilmistir, Bu, elektromekanik
rolenin analog yaniletken vcrsiyonudur. Bunun, girls ile anahtarlama clcmaru arasinda tam bir yahum saglad1gma dikkat edin. ~ekilde goriildi.igii gibi, enerjilendirme
akmu t§Jk yayan diyot veya lamba iizerinden gecebilir, Gelen I§ik LASCR'nin ile~
time gecerek kaynak tarafmdan olusturulan akimm yiik uzerinden akmasnu mumkun
krlacaktir. LASCR, S1 sifirlama anahtanyla kapanlabilir, Bu sistemin, elektromekanik anahtar karsismda, uzunomtirlu olmasi.jnikrosaniye duzeyinde tepkiye
sahip bulunmasi, kiic;:i.ik boyutlu olmasi ve temas titresimini gidermesi gibi ek avantajlan cla vard1r.
1$1KLA <;ALl$AN SCR
pnpn eleman serisindeki bir sonraki eleman l§tkla c;:ah§an olan SCR'dir (LASCR).
Terimden de anlasilacagr iizere SCR'nin durumu, elernarnn silisyum yan iletkenin
uzerine l§lk uygulanmasiyla kontrol edilir. LASCR'nin temel yap1s1 §ekil 13.24a'da
gosterilmistir, ,5ekil 13.24a'da gosterildigi gibi, elemanm tipik SCR yontemleriyle
tetiklenmesini mi.imki.in kilmak amaciyla bir kapi ucu eklenrnistir, ,5ekilde silisyum
cekirdegin montaj yiizeyinin, elemanm anot baglannsr olduguna dikkat cdin.
LASCR icin en c;:ok kullamlan grafik sembolleri ~ekil 13.24b'de verilmistir. Uc
tammlamalan ve tipik LASCR'ler ise ,5ekil 13.25a'da gosterilmistir.
Anot
Anet
Kap,
\ICU
KaJll
Kaynakhana
swhr. mal.u.rnesi
Kap,
Kalot
Ka tot
(a)
(b)
JJ)
~ckil 1.1.2:' LASCR: (a) g6rilnil~O ve u~ 1an1mlon: (b) •i•k-tetiklcmc
kar.1ktcri,1ikleri. (General Eleccric Comp•ny'nin·ii:JiiyleY
·
)c'k ii I.;.:?-' I11kla ~ah1an SCR (LASCR): (a) temel yap,si; (b)scmbolleri.
622
Bol(Jm 13.9
l~1kla ~ah~an SCR
BolDm 13
pnpn ve Dlger Elemanfar
623
40
Yilk
20
. LASCR1
. .j
. ...
-, '·1
.;•-:
I
10
: " Butiln blrlmlcr bu alanda tctiklenlr
l
?i'iroi?f:l
>r.~q
• .••
-
LASCR2
Bcsleme
Besleme
8
6
4
(a)
2
:,;._.~ ii r .:.
(b)
>,
LASCR oploelek1ronikmonhk devrcleri: (a) VE kapi,1-y1ike enerji vennck i,in gereken LACSR I
vc LASCRz i;iri~leri; (b) VEYA kapm-LASCR1 veya LASCRiye &iriJ,_yilkc eocrji :tktomc•k.llr",
Bu a1anda hl~ir birim tetilclemez
deg~
0.2
Notlar:
o
0
(I) GolgeU alan-65 C'den + 100 C'ye laularmlimldln
olabUcn tetilcleme _noktalanrun yederini giistcrir.
(2) Uy~
anot gerilirni • 6 voltde
(3) Kap1 blot arast din:89 - 56,000 ohm.
(4) 1'ik lalynai1 leafa dOzlemincdilctlr.
0.1
0.08
0.06
0.04
-~'--~ ii I ~l.~7 Mandall:\ma 1·ilk:si
(Genc:l':11 Electric Scmlconducror
Division'un izniyle.
13.10
-60
-40
-20
0
20
Jonksiyon sicaldtjt. °C
40
60
80
{b)
Seki! ~ _\_)_":(tlrwmu)
624
Bol!im 13.9
1~1kla Cah~an SCR
100
SHOCKLEY DiYODU
Shockley diyodu, grafik semboliiyle birlikte ~ekil 13.28a'da gosterildigi gibi, yalmzca iki d1~ ucu bulunan dort katmanli bir pnpn diyotudur. Elemamn karakteristikleri (~ekil 13.28b) le= 0 degerine sahip SCR'ninkilerle tamamen ayrudir. Karakteristliklerin de gosterdigi 'gibi eleman, kmlma gerilmine ulasana kadar kesirn
(kapah) durumundadir (acik devre esdegeri); tam bu gerilime ulasildigmda 91g kosultan gelisir ve eleman iletime ge9er (ktsa devre esdegeri).
Bi:ilum 13
pnpnve Dlger Elemanlar
625
Diyakm yan iletken katmanlannm temel diizenlcmcsi ve grafik sernbolu ~ekil
13.30b'de gosterilmistir, Uclardan hi9 birinin katqt olarak gosterilmedigine .dikkat
edin. Bunun yerine anot I (veya elektrot I) ve .anot 2 (veya elektrol 2) vard1f. Anot
1, anot 2'ye gore pozitif oldugunda, kullamlan ;:an ilctken katmanlar p1n2p2 ve
113'tiir. Anot 2'nin anor 1 'e gore pozitif olmasi durumunda ise, p2n2p1 ve 111 'dir. . ,
~ekil 13.30'da gorunen birimde kinlrna gerilimlerinin genlikleri birbirine cok yakmdir fakat minumum 28 V'tan maksimum 42 V'a kadar dcgi§ebilir. Bunlar ara- ·
smda, veri sayfasmda vcrilen a§ag1daki denklemle belirlenen bir iliski vardir: ' ; ·
Shockley cliyodunu SCR i9in tetikleme anahtan olarak kullaruldigi yaygm bir uygulama, ~ekil 13.29'da gosterilmistir. Devre enerjilendiginde, kondansator uzerindeki gcrilim, kaynak gerilirnine dogru dolmaya baslayacakur, Kondansator uzerindeki gerilirn once Shockley diyodunu sonra SCR'yi iletime gecirmeye yetecck
yukseklige ulasir. ·
Anol
p
. . n. .:
p
/(BR)
,s.
'/
I
~-~~~~~~~~~~~-'
~BR)
Katot
(b)
(a)
s~- (,, l
;
I _;, .!X Shockley diyodu: (:i) tcmel Y~fllSI
Ye
(13.1)
v.F .
Her bir eleman icin akim dii~eylerinin (/u1 ve /82) genliklcri de birbirlerinc cok
yakmdir. Sekil 13.30'daki birim icin her iki.akim dilzeyi de 200 µA= 0.2 mA.civanndadrr.
Diyakm yaklasma dedektoriinde kullarumi.Sekil l3.3l'de gosterilmistir. Yuke seri
bir SCR'nin kullamldigma ve algtlama elektroduna dogrudan baglanrms programlanabilir tek-jonksiyonlu rransistore (Bolurn 13.J3'de acrkianacaktir) dikkat edin.
~mholii ~ <_h, \.;1r.1lr.h.·ristigi.
I
v
1
----·---·- lsR
R
;
,·, ·::
Anoll
;',
)l.'~1 I I , ~uShoci,.1cy cliyt)(lunun hir
uygulama~, ~ SCR'nin 1e11klcnme~i.
(a}
13.11
.)i. !'J...il
OiYAK
Diyak temel olarak, iki yonde de tetiklemeyi miimkiin kilan iki adet paralel yaniletkcn
katmamnm · ters birlesimidir, ~ekil 13.30a'da verilen eleman karakteristikleri, her iki
yonde de kmlma gerilimi oldugunu ac,:tlc9a gosterir, Bu iki yonlu tetil<leme ozelliginden, ac uygulamalarmda tam olarak.yararlarnlmasnu murnkun kilar,
626
Bolilm 13.11
Dlyak
\
(b)
13.~~{ll)iy:ik: (at ~;1m'-:1cri~1igi: (h) ~mbollcri ve tcmcl yap1s1. (Ge~rnl Electric Company'nin iz.ni)'lc.)
Insanm vucudu algilama elckiroduna yaklasukca elektrot ile toprak arasmdaki kapasitans artacakttr. Programlanabilir UJT (PUT), anot gerilimi (VA), kapi gerilimi
(VG)'den en azmdan 0.7 V biiyiik oldugu zaman (silisyum icin) ateslenen (kisa devre
BtilUm 13
pnpn ve Diger Elemanlar
627
4 7Jcfl
Yilk
f
r
I MO
A§ag1da, bir diger onemli giiy kontrol elernaruru (triyak) ele ahrken diyakm ikinci
bir uygularnasim gorecegiz (Sekil 13.34) .
Algt)an:
clcktroch;
. ;~;j GE
115volt
.? 2N6027
IMO
(PUT)
· 13.12
\
Biiliin~lcr
.5<'1, ii I J.J
IO Mil
~-;..._---<o--~---4 A G
1/4 watt'~·
I Yaklotm• dedektMi°veya temas anahtan. (GenerJI krcctric ;,micondu~tor Products Division"un izniyle.)
durumuna gecen) bir elemandir. Programlanabilen eleman iletime gecmeden ,.(ai;:11madan) once sistem esas itibariyle ~ekil 13.32'.deki gibidir. Giris gerilimi yukseldikce, sekilde goriildiigti gibi di yak gerilimi VG, atesleme potansiyeline ulasihncaya kadar girisi izleyecektir. Daha sonra -di yak iletime geceeck ve uclardaki gcrilim, onernli olciide diisecektir. Diyakm, ateslenene.kadar esas itibariyle acrk devre olduguna
dikkat edin. Kapasitifeleman konulmadanonce Ve gerilimi girisle ayru olacaknr,
Sckildc gosterildigi gibi VA ve V0giri§i izleyecegiicin, VA, Va'den hie bir zarnan 0.7
V'tan daha buyuk olamaz ve -elemanl'iletimc. geciremez. Bununla beraber kapasitif
eleman konuldugu zaman Vo gerilirni §ekilde goriildiigii gibi, giri§ geriliminden
artan bir aciyla geride kalacakur, Bu.nedenleVa'run Vc'yi .7 V a§tlg1 bir nokta gelisir ve bu noktada programlanabilireleman ateslenir, Bu noktada PUT uzerinde
yogun bir akim olusarak VK gerilimini yiikseltir ve SCR'yi iletime sokar, Dahn
sonra, yaklasan kisinin varligina tepki olarak yiik iizerinde kuvvetli bir SCR akirru
olusur.
TRiYAK
Triyak temel olarak iki yondeki iki yanal elemanm iletime gecme kosullanm kontrol
etrnek icin kapi ucu eklenrnis bir diyakur. Baska bir deyislc, SCR icin gosterilene
cok benzer bir yoldan, kapi akmu elemanm davramsrru her iki yonde dekontrol edebilir. Bununla beraber triyalan birinci ve iii;;iincii eksenindeki karakteristikler, ~ekil
13.33c'de goriildilgii gibi diyakmkilerden birazfarkhdrr, Her iki yondeki tutma akimmm di yak karakteristiklerinde bulunmadigma dikkat edin.
Elemanm grafik semboHi ve yan ilctken katmanlanmn dagtl1m1, fotograflanyla
birlikte Sekil 13.33'te gosterilmistir, Miimkiin olan her iletim yonii icin, kapi ucuna
uygulanan sinyalle kontrol edilebilcn duruma sahip bir yaniletken katmanlan birlesirni vardrr.
.
Triyakm temel bir uygularnasrSekil 13.32'te verilmistir, Bu di.izenlemede triyak,
girls sinuzoidal sinyalin pozitif vd negatif krsimlan sirasmda a91p kapanarak yiike
uygulanan gi.icii kontrol eder. Devrenin giris sinyalinin pozitif krsrm srrasindaki davrarnsr, ~ekil 13.29'daki Shockley .diyotnnunkine oldukca benzer. Bu duzenlemenin
<;:ilnki.i
avantaji, giris sinyalinin negatifkisnnri9a da aym tepkinin elde edilmesidir,
hem diyak hem de triyak ters yonde ateslenecebilmektedir, Yuk uzerindeki akirmn
sonuctaki dalga sekli ~ekil 13;34'te verilmistir.
direnci degi§tirilerek iletim acisr
kontrol edilebilir. Giini.imiizde :10" kW'!an fazla yiiklerlc kullarulebilen clemanlar
mevcuttur.
0
R
+
Cef=O
~1.:f. i I f 3. J2 Kap.uitif elemanm, $ekil 13.3 t'dekidcvrcnin
628
d::ivrJ111~1
Ozerine etkisr.
Bii!Om 13.11
Dlyak
BiilOm 13
pnpnve Diger Elemanlar
629
I
I Anor2
J
K~
l
'
Anot2
Dic3E:R E!.EM!,NU\R
.
)
..
.• -r;
f .,, •.
nz
13.13
-- ····-··-
TEI< ,JONKSiYONLU
TRANSiSTOH
n,
Son zamanlarda tck jonksiyonlu transistore (UIT) yonelik ilgi, SCR'dc oldugu gibi
biiyilk bir hizla artmaktadir, ilk kez 1948 yrlmda gelistirilmis olmasma ragmen 1952
yrhna kadar piyasaya surulrnemistir, Diisuk birim maliyetiyle birlikte elemanm miikernmel karakteristikleri, ¥e§itli uygulamalardaki kullamrmru ararur hale getirrnistir.
Uygulama alanlan arasmda osilatorler, tetikleme devreleri, testere di§i uretecleri, faz
kontrol devreleri, zamanlama devreleri, iki kararli devreler ve gerilim veya akim diizenlemeli kaynaklar sayilabilir. Elemanm normal ¥alJ§ma kosullan altmda genelde
dii§iik giiy cekmesi geryegi, nispet~n daha etkili sistemler tasarlama yabalannda
buyuk kolayhk saglamaktadtr,
UJT, $ekil 13.35'teki temel yapiya sahip iiy uclu bir elernandrr. Az katkih n tipi
(yiiksek direnc karakteristiginc sahip) silisyum malzeme tabakasi, bir yiiziin her iki
ucuna baglanan iki baz kontagma ve ·oteki ·yiiziine .ala§tmlanan. bir aluminyum ¥ubuga sahiptir. Elernarun p-n. joksiyonu, aliiminyum cubuk ile n-tipi silisyum tabaka
arasmdaki suura yerlestirilmistir. Tek :jonksiyonlu denmesinin nedcni, tck bir p-n
joksiyonu bulunrnasidir, Baslangrctaiki baz kontagma sahip olmasr nedeniyle yift
bazh diyot olarak aruhyordu. ~ekil 13.35'teki aliiminyum ¥ubugun silisyum tabakaya kansunldigi noktada baz 2 .kontaguun. baz l kontagma bitisik. olduguna vc
V88'den dolayi baz 2 ucunun bazl ucuna gore daha pozitif olduguna dikkat cdin. Her
Anotl
(b)
"i,NOT-1 ;.
--.·---:----!
birinin etkisi asagrdaki paragraflarda aciklanacaktir.
B2
p-njonkslyonu
'.,d, ii r .\.\,\ Triyak: (a) sern~~·J: 11>11~1!,,
E
(d)
... <c\
\··
h··,; :· • · ·.l·,1: (d) totograllan.
0-----,------=v!L
AJOrnlnyum ~ubuk
+
.
---<>----,
t-•·
f'~.
I
I
I
I
Omi1t1a.bui
I
j
t,,
· n-tlpl yilbe~~.llcl.
sllisyum~a
'i•.·kil I:,.,~ Triyak uygulamas,
I·
I
Jr.onta-r. .-=l=- Van
-----<>- --!
111
I
I
I
I
I
I
?
)d- i 1 l .;·. ,\.'; Tck jonksiyonlu ,r.msistOr (UJ'O; Tcmcl yap~s:.
Faz (g~) konlrolii.
630
BolOm 13.12
Trlyak
Bolum 13 pnpnve Dlger Elemanlar
631
Tck jonksiyonlu transistoriin sernbolu Sekil 13.36'da verilmistir, Emetor bacaguun, 11 tip malzemenin tabakasi olarak gosterilen dikey cizgiye bclli bir aciyla 9izildigine dikkat cdin. Ok, elernan ileri ongerilirnliyken, aktifken veya ilctim durumundavkcn klasik akrm (delik) akrsunn y6niinii gosterir,
B2
...-------,,--....q +
\
.....
--..
~
Is
B
2
+
Vas
I
VE
Bi
~dil 1 .l..\6
I
S1..·h1! f J.-'17 UJinin c~tcger devresi,
Yunan 1/ harfi (eta), elemanm oz uzaklastirma (intrinsic stand-oft) orarn olarak adIandmlrr ve a§ag1daki esitlikle tanrrnlamr:
Tck jonksiyonlu 1rnn.,istoriin sembolii ve ternel ongerilimleme
devresi,
(13.4)
UJT'nin devrc c~c!e-gi ~ekil 13.37'de gosterilmistir, Bu esdegcr devrenin basitligine dikkat edin: iki direnc (biri basil, digeri degi~kcn) ve tek bir diyottan olu§Ur. R81 direnci, dcgi~ken (ayarlanabilir direnc) olarak gostcrilrnistir,
c;Unkti buyUkltigti h akimma bagh olarak dcgi§ir. Aslmda ornck bir tek jonksiyonlu transistor
icin R01 direnci, fe'nin O'dan 50 pA'e kadar dcgi~mine karsilik olarak, 5 l<l2'dan 50
Q'a kadar degi~bilir. Bazlar arasi <lirenci Rno: Is = 0 iken elernarun BI ilc B2 uclan
arasmdaki direnetir ve ~ag1daki denklemlc ifade edilir:
(13.2)
(Roe tiplkolarak 4 ile 10 kQ araligmdadrr.) ~ckil 13.35'tcki alurninyum cubugun konumu, I,;= 0 iken R81 ve R01 direncinin nisbi degerlerini belirleyeccktir. VR01'in buyilkliigii (h: = 0 iken) gerilim boliicti kurahyla a~ag1d::tki gibi bulunur:
(13.3)
632
BolOm 13;13
Tek Jonkslyonlu Transistor
V1w = 11Vw'den diyotun ileri gerilim dusmesi Vo'den (0.35 ~ 0.7 V) daha btiyiik
ernetor potansiyellerinde (Ve) diyot ateslenecek, krsa devre duromuna gececek
(ideal olarak) ve R01 iizerinden le aknru akmaya baslayacaktir.' Emeror atesleme potansiyeli ~agrdak:i denklemle verilir:
v,, 11Voo + Vo
(13.5)
=
V00 IO V icin ornek eek jonksiyonlu transistorun karakteristikleri $ekil 13.38'de
gosterilmistir, Tepe noktasmm solundaki emetor potansiyelleri icin, fr. genliginin,
feo'dan (mikroamperler mertebesinde ol~iiliir) hie; bir zaman biiyiik olmayacagrna
dikkat edin. leo akmu, klasik iki kuruplu' transisrorun lco ters yondeki kacak akirruna oldukca benzer. $ekilde goriildiigii gibi bu bolge kesim bolgesi diye adlandmhr. Ve= V1, noktasmda ilctim basladrktan sonra VE emeror potansiyeli, /e'deki
arnsla birlikte dusecektir, Bu da daha once tarU§1ld1g1 gibi, !,; akmurun artmasi icin
Rs1 direncinin azalmasinm tam kar§1hg1dlr. Dolayrsiyla bu elemarun, yukanda amIan uygulama alanlannda buyuk bir giivenlikle kullarulabilmesini saglayacak kadar
kararh olan bir negatif direnc bolgesi vardrr, En sonunda vadi noktasina erisilecek
BolOm 13
pnpn ve Dlger Elemanlar
633
ve fe'deki herhangi bir arus, elemani doyma bolgesinc sokacaktir. Bu bolgede knrakteristikler, ~ekil 13.37'deki esdeger devrede bulunan yariiletken diyodunkilerc
yaklasir,
VE (volt)
18
Nogatlf
----
KCllm -----
b6lgcai
Vp
r--,
~
b61ge&l
Doyma
b6Jp
-
16
Tope noklast
14
<TA = +2s0c)
12
vadl nows,
_j
lp
leo
(µA)
so
0
'.j,·~ ii I _s,_,xUJT ,talik cmctor karaktcristik et,ri,i.
Direncteki azalma, iletim kuruldugu zaman p-tipi alilminyum cubuktan, n tipi tabakaya enjekte edilen deliklerden kaynaklanmaktadir, n-tipi malzemedeki deliklerin
arh§l, tabaka icindeki serbest elektronlann sayismm artmasma neden olacak; bu da
iletkenligi (G) artmrken direnci azaltacakur (Ri = 1/Gi). Tek jonksiyonlu transistoriin iinemli diger iiy parametresi Ip, Vv ve lv'dir. Bunlar ~ekil 13.38'te gosterllmistir. Anlamlan isc aytklama gerektirmeyecek kadar acrkttr,
Emetor karakteristikleri, norrnalde gozuktukleri haliyle ~ekil 13.39'da verilmistir.
Yatay ii19ek miliamper diizeyinde oldugu i9in ho'nun (JIA) a91k9a gorillmedigine
dikkat edin. Her bir egrinin dii§ey eksenle kesisirni, ilgili VP degerinc kar§1hk gelir.
Sabit 1J ve Vo dcgerleri i9in V1, dcgeri, Voo'ye bagh olarak degi§ecektir, yani,
Vp i
= 11 V00 T + V0
t
i
t
sabit
634
Bolum 13.13 · Tek Jonkslyonlu Transistor
'.~1. · :.,j ! t.;
2
>it
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
IE (mA)
UJlye ili1kin tipik stat~kcmctOr-karakteristikclrilcri.
Tipik UJT ozelliklcri ~ekil 13.40b'de vcrilmistir. Son birkac paragrafta verilen
bilgiler temelinde, niceliklerden her birinin kolayca anlasilmasi gcrekir, UJT Uy tammlamalan ve fotografl aym §ekilde 'gosterilrnistir. Baz uclanrun kars; karsiya olmasma karsibk cmetor ucunun bu ilcisinin arasmda olduguna dikkat edin. Buna ek
olarak, yuksek potansiyele ba)Janan baz ucu, kihfm kenanndaki uzanuya daha yakmdir. ·
UJT'nin oldukca yaygm bir uygulamasi SCR gibi diger elemanlan tetiklemesidir.
Boyle bir tetiklerne devresinin temel clcmanlan ~ekil 13.4J'dc gtistcrilmi§tir. Rl direncinin, R1 ile belirlencn ytik 9izgisinin, ncgatif dircnc bolgesinde cleman karakteristiklerinden, yani tepe noktasimn sagmdan, ancakSekil 13.42'de gosterildigi
gibi vadi noktasinm solundan gecrnesini saglayacak btiyiik!Ukte secilmesi gerckir.
Boli.im 13 pnpn ve Diger Elemanar •
635
v
Mutlak malcsimum anma degerleri : (2S0 q
OUflhn:anunt
&n<t<i< akmumnc,rtaw,,.. Jc•cri
300mw
SO ma
2 Wpe:
· 30 volt
JS volt
Eme1acalwnirun 1cpe .icicn·~
Tea )'Ol>dc uygubna~_emctorgeriUmi
Bazwuas1 gerilim
~s~Arahli
Saklama Slca.khk:Arahj1
\
Oz uzak tutma oraru
(Vu.- 10 V)
13ulararw~
{kQ)
CV••-J V, le•O)
"
,/1,·
Min.
O.S6
0.5(;
0.04
6
cv.. -zs VJ
(mA) 4
1.l AU
Mab.
0.1S
~Ck ii 13.41
o.os
SCR'nin UJT ik totiklc,1111,.-,i.
I
12
s
(b)
'° -
I
.·-c.
2
.
•. '.--··11···-·-.·_.··. ·. ·.9.·i·:·'···.·.:
~ -~
. •. _.f>:·:-::-:-
'·: ,• ~4: ·. . ·
.
·, . . .
.
··
(cf·
UJT: M gorilnU~U: (b) 6zcllik soyf1S1: (c) Uf 1an,ml:1ma>1.
._,,
636
-
2
Eger yuk cizgisi tepe noktasuun sagmdan gecernezse, eleman iletime girmez (acrlarnaz). IR, = Ip ve Ve= Vr kosulunu saglayan tepe noktasiru ele alirsak, acilma
(iletme) kosulunu saglayan bir Rl dcnklemi kurabiliriz. UR, = Ir dcnklemi geccrlidir, r;unku tam o anda kcndansarorun dolma akirm sifrrdrr: yani, kondansator
soz konusu anda dolma durumundan bosalma durumuna geemektedir.) Daha sonra
tepc noktasmda V-11. IR,= Veve R, = (V-V£)//R1 = (V-V11)/111 olur. Ateslerneyi saglamak icin:
olrnahdrr.
R1
9.1
Vadi nolaffl alwru
(V•r20 V)
(a)
0d, i J
Tipik
0.65
0.6S
E
IE
.(;5°C • • ISO"C
4.7
[JV
r
.(;s•c-•12s•c
Ernetor doyma gerilimi
(Va,- IOY,:1£~S0ina)
V£.(SAT)
Ters )'Ol1dc akabilen emctoc ahnu
(Vu·· 30 V{t.,-·o)
"/ro
Tcpenokas1cnw,wralwru
I, i,,.1
///11,·
/I/{
\
R1
R, < V - Vr
/p
(13.6)
Vadi noktasmda le= Iv ve VE= Vv oldugu icin
v£
V-IR, R, ==
V -fvR, = Vv
olur
ve
Boliim 13
Boliim 13.13
Tek Jonkslyonlu Transistor
pnpn ve Dlger Elemanlar
637
Dolma suresine iliskin gene! denklem §6yledir:.
vcya kesime gitmeyi (kapanmayi) saglamak icin
I Ve= Vv + (V: Yv)(l· - e·IIR1e)
[
(13.7)
~<
Iv
R,
<
V-Vp
/p .
I
.
.
.
~ekil 13.44'e dikkat edilirse R2'nin uzerindeki gerilim, bu dolma periyodu siircsincc
(13.9). denklem yardnruyla bulunur. Ve== ve = Vp oldugu zaman, UJT iletim durumuna girccek ve kondansator, -r
(Rs1 + R2) C zaman sabitiyle belirlenen bir ·
oranda Rs1 ve R2 iizcrinden bosalacaknr.
l ·'
vc = ve gerilimi i9in bosalma de~emi §6yledir:
olmahdir,
Dolayrsiyla RI arahg1
.
=
(13.8)
. ve
=
ile suurhdrr, R2 direnci, le 0 A iken SCR'nin Sekil 13 43'teki v
·1· ·
f d · ·
. .
. .
"
·
R2 gen 1m1 tara m an iletime gecirilmesini engellemek icin yeterli kadar kucuk secilm I'd'
v
gerilimi:
T
T
e 1 Jr. R2
v
= V,,e·rl(RBJ+Rs2>C'
. (13.11).
Emetor akrrmnm artmasma bagh olarak R81'in_ artmasi ve R1 ve V gibi diger devre ·
elemanlarmm bosalma oraniru ve nihai seviyeyletkilemesi nedeniyle (13.11). denk- ·
lem biraz karmasikur. Bununla beraber C§deger devre ~ekil 13.45'teki gibidir ve RI
ve R82 degerleri tipik olarak, C kondansatorlintisevreleyen Thevenin devresini ~ok
az etkiler. V gerilimi onernli olc;iide yiiksek bile .olsa, yaklasik deger temelinde gerilim boliiciintin Thevenin gerilimine katkrs; ihmal edilebilir,
Bosalma suresinde ~ekil 13.46'daki kii9iilttilmti§ e§degerin kullarulmasi, Vn2nin
tepe degeri ic;in a§ag1daki yaklasik degeri verir:
r=R-2-(V-p-0-.7-)--,
L
(13.12)
R2+RB1
~ekil 13.44'teki t1 stiresi a§ag1daki gibi belirlenebilir:
Ve
(dolma) = Vv + (V - Vv)(l - e·1IR1e)
= Vv + V - Vv- (V -Vv) - e·ttR,c
::: V - (V - Vv)- e-1/R1e
;;>dil IJ.4.\ Ii; a O A ohm.so l~tlin,:e :<.ikleniedcvre.i.
VR2
=
I. ·1
R2 + Rs»
R2
Ve=
v
te;;OA
--l
BOliim 13.13
ti
oldugu zaman Vp= V - (V - Vv)- e-rtR1e, veya
\
Tek Jonkslyonlu :rransistor
\
Vp - V = -e·t1IR1e
· V- Vv
(13.9)
CV kondansato~ ilerde_ gorecegimiz gibi tetikleme darbeleri arasindaki zaman arahgmi ve her bir darbenin suresini belirler,
.. S~~i-~ ~c.besleme gerilimi V uygulandigi anda ve::: ve gerilimi ~ekil 13.44'te goruldugu gibi 'f= R,C zaman sabitiyle Vv'den V volta dogru dolmaya baslayacaknr,
638
v,,, I=
ve
-e·t1IR1e
= V - Vp
V- Vv
BlilOm 13 · pnpn ve Dlger Elemanlar
639
v --------------------------
~
, ,.,~
r
Vy
Vc=Vr
V0[Dcnlc.{13.12))
-------
C
--------T
vn (Dcnlc. (13.9)1
7V
=<Ra"+ R1>c
-------'
")
0
-fI
i.-~~~r~
V= 12V
il'I, •I I·'·-") UJ'inin ;k:1im du!umn\Clali
(a)
kOc;UttUln,u~ c~lcJJ.cr dcvre. :
v,
= 0.6
= IOmA,lp
R88 = 5 kn, 11
Vy
a
I V,/y
(R81 • 100 Q ~
R1
"i 10 µA
boyunca)
Yr
+ -
+
0.7V
Ve= Vr
+
c
ti=
buradan
(b)
~~~ii I J ,-1-1 (a) ~kil 13.41"dcki <levrcnin r<likleme dev..,.inin dolma ve bo1•lma ra.i,ra:
(b) UJ"l"11i11 ac;1k olm• durumuna lc:ul•hk gelcn C¥1eger dcvn:.
Bosalrna periyodu ic;in
r,
V- Vv
R1C log. --V - Vp
(13.13)
ile t2 arasmdaki sure, (13.11) denklemiylc a~ag1daki gibi
bulunur:
logaritma kullanarak ;
log,
-e·tilR;c
=log..~
V- Vv
t 1, t = 0 olacak sekilde ahrursa
ve
640
....:L= log...!".....:J'.'.
R1C
V- Vv
BolOm 13.13
r = 12
Tek Jonkslyonlu Transistor
BolOm 13
pnpn ve Olger Elemanfar
iken
vc= Vv
'641
()RNEi\ .lJ . .l
ve
~ekil l 3.46'da vcrilen gevsernc osilatorii icin
(a) h, = 0 A icin Rn1 ve Rn2'Yi bulun,
(b) UJT'yi iletirne gecirmek.icin gereken Vp gerilimi hesaplayin,
. .;
!( y
(c) UJT'nin ateslenmesini. saglamak i1yin (13.~) denklemle bulunan izin verilen(
= Vv
e·t1!(Rs., + Ri)C
veya
Vp
logaritma ozelliklerini kullanarak
..
-12
(Ro,+ R2)C
ve
t2 =
..._
=log..~
deger arahgmda
Vr
(Ro, + R2)C log, Vv
..:_
Vp
RI
direncinin hesaplaym.
'·
(d) Bosalma fazr esnasmda R01 = 100 nise osilasyon frekansim bulun.
(e) Tam bir saykil boyunca vc'nin ~alga§eldini kabataslak 1yizin.
__
l::
; ! . , • '• . • ,,
· .! :
,\
j{
!i
l
(f) Tam bir saykil boyunca VR2'nin dalga §Cklini kabataslak 'rizin.
,·
(13.14)
(
j·
I.
f
t;
I.
Bir saykih tamarnlamak icin gecen siire ~ekil 13.44'te T iJe tarumlanrrusur. Yani,
(a)
T=ti+t2
(13.15)
SCR'nin. d.ii:enlem~en 1y1kanlmas1 (iptal edilmesi) halinde devre, ~ekil 13.44'teki
dalga ~ekhnt ureten bir gevseme osilatoru gibi davranacakur, Osilasyon frekansi
a~ag1daki gibi belirlenir:
(13.16)
Bircok sistemdc ti >> t2 ve
Ro,
Ru,+ Roi
iJ=
0.6=
R111
!!J!.i.
Ron
= 0.6Rnn
= 0.6(5
Rn~= Ron - Ro1
(b) vc =
::::
v,, noktasmda,
ki1) = 3 ki1
5 ki1 - 3 kn = 2 kn
le = 0 Aile devam edersek, a~ag1daki degerlere sahip olan
~ekil !3.47'deki devrc eldc edilecektir:
_O
VP- . 7
T
= t1 = R1C loge V - Vv
V- Vp
+
(Ro1 + R) 12
R81+R82 + R1
RBo
= 0.7 + (3 ki1 + 0.1
Bircok durumda V>>> Vv oldugu i1yin
k.Q) 12
5 kU + 0.1 kn
= 0.7 + 7.294
::8V
T: ti= R1C log,-V_
V- Vp
= R1C log,
I
l - Vp/V
12V
Arna (13.5) denklemindeki V,,'mn etkisini ihmal edersek TJ - V,IV ve
'
-
I
T= RiC log,-l_
.
1 - 17
veya
f=
.
I
R1C log, [ 1/(1 -1])]
(13.17)
· ~·:!,ii l 3.,J7
642
Boliim 13.13
Tek Jonkslyonlu Transistor
Bolilm 13 pnpnve OJgerElemanlar c
643
(c)
V - Vv < Ri < V - Vp
Iv ·
/p
J1...:.j_ < R 1 < 1l...:..B..
IOmA
IOµA
i..-~~~~~~~~-5r=5R1c·~~~~~~~~--+l
V= 12V
R,
= 50 k.Q direnci
(d)
fl=
Vp•BV
bu araligm iyinde kalir.
= (50 x
----
,
I
Vv =IV------
V- Vp ·1
0
I 03)(0.1 x 10-6) log, ll..:.l_
12- 8
. ,
-----
--------
1\
__ J
4
/
.
-
.
-------
I
---------
.
'~Arahli:-0.228ms
I
= 5.05 ms
~d:ii 1.1.:~
I
S.05 ms 5.278 ms
R2)C log, Vp
Vv
= (O. l kn + 0.1 k.Q)(O. I x 10-6)
10~
a_
(I) Dolma fazi boyunca, (Denklem 13.9)
I
VR,=
= (0.02 x 10"6)(2.08)
= 41.6
/
I
= 5 x 10-3 log, Ll, = 5 x lff\1.01)
t: =(Roi+
-----
~·J'
\
R1C loge V - Vv
---
--------------~
l.,...-- /,,...:;:~.--.
. . -- - ----v--,<.._
/ l r, /.
v !/
r = R, C
I.I k.Q < R, < 400 k.Q
_ _:.----
-
-
JIS
R2V
= 0.lk.Q(l2)
=0.235V
R2 + Ron 0.1 k.Q + 5 k.Q
vc = Vr ( 13.12 denklemi) oldugunda,
ve
buradan
T= t, + /2 = 5.05 ms+ 0.0416 ms
=5.092 ms
fo.,•-1 nsyo n =.l=
T
5.092
I
10-3
X
=
VR2
= R2(V - 0.7) = O:l
k.Q(8 - 0.7)
0.1 kn+ 0.1 k.Q
R2 + Roi
= 3.65 V
196 H2
(13.17) denkleminden
f=
I
R1C log, [1/(1 -17)]
I
5 x 10·3 log, 2.5
= 218
0
Hz
5.0S msj
Ls.21s
ms
228 µs
(e) ~ekil 13.48'e bakimz.
644
Solum 13;13
Tek Jonkslyonlu Transistor
BolOm 13
pnpn ve Olger Elemanlar
645
75
13.14
FOTOTRANSiSTORLER
Fotoelekurik elcmanlann temel davraruslan, fotodiyot aciklamalan altmda daha
once sunulmustu. Burada ise foto algilama tizelligi bulunan kollektor-baz p-n jonksiyonuna sahip bir fototransistoru ele alarak bu tarusmayi genisleteccgiz, Fotoelektrik etkilcrin sebep oldugu akrrn, transistorun baz akrrrudrr. l§1kla olusan baz
akrmrm 111 ile gosterirsek sonucta akacak kollektor akirm, yaklasik olarak a§ag1daki
gibidir:
<
50
-3'
J
ca zs
(c)
.....
1:i
,.
20.0
.
Xaynalc sicaklJlt
-
0
2
2870 JC
116.0
(a)
'
~
j
...,t!
-O<q:
6
8.0
(b)
(d)
),·L ,I i l_, I f'OI011l1nsi>1or: (al ak, yogunlu~m"
hagh 002 ,lumi: (bl ckmM: (c) ur; 1,mml•n:
(d) ~L<al hizolam.1 (Molorol• Jnc:in illliylc.)
4.0
H
0
=
l.25mW/cm2
20
= 10"·mu. ·
40
60
(b)
80
"cc , lcaynak gcnlimi (volt)
(a)
.)d, iJ I .I .."ii I Fototran<istOr: (a) KollektOr k;;.~tcris1ikleri(MRJD JOO) :
(b) sembohl, (Motorob Jnc:an iz11iylc)
(13.18)
$ekil 13.50'de, tipik bir fototransistorun karakteristikleri verilrnistir. Bu egriler ile
tipik iki kutupulu rransistorun egtjl_eri arasindaki benzerliklere dikkat edin. Beklcndigi gibi, t§lk §iddetindeki art;§m kar§1ltg1 kollcktor akrrmm aruracaknr, arusnr,
Santimetre kare basma rniliwatt olarak ifade edilcn 1§1k §iddeti biriminin daha iyi hanrlanrnasi icin, $ck.ii 13.5 Ia'da akr §iddetinin fonksiyonu olarak baz akmurun bir
grafigi verilmistir, Arlan aki yogunluguna bagh olarak baz aknmndaki ustel artrsa
dikkat edin, Aym sekilde fototransistorun ury tammlamalan ve acrsal ayarlamayla
birlikre kaba bir ciziml de verilm~tir.'
646
· BolOm 13.14
Fototransl1tOrler
)~~ti 13 52 F<>1oiran,isc!lrlcr vc
·11 •. ; .
Fctotransistdriln
•tik~yaynn dlyotlur l.ED) kullunun
yubck y:il111mh hlr Vt; kaprst.
uygulama alanlan arasmda delikli kart okuyuculan, bilgisayar
BolOm 13 pnpnve Dlger Elemanlar
647
kontroi devreleri (otoban, vs), seviye gostergeleri,
mantik devreleri, aydinlatma
IL-1 modelinin maksimum anrna degerleri ve elektriksel karakteristikleri $ekil
'13.45'te verilmistir. lc£O'nun nanoamper diizeyinde olc;:iildiigi.ine ve LED ile transisrorun gtic;: kaybuun hemen hemen ayrn olduguna dikkat edin.
Herbir kanal icin tipik opto-elektronik karakteristik egrileri $ekil l3.55'tcn $ekil
13.59'a kadar olan egnlerde gosterilmistir, Oii§i.ik sicakhklarda sicakhgtn c;:1k1~ akmu
iizerindeki etkisinin belirgin olmasma karsihk, oda sicakligmda (25°C) ve ustunde
tepki diizcyinin daha dii§i.ik olduguna dikkat edin. Daha once de bellrtildigi gibi fern
duzeyi, gelisen tasanm ve yapirn teknikleriyle daha da iyilesmektedir (ne kadar dii~Ukse o kadar iyidir). $ekil 13.55'te sicakhk 75°C'nin usnlne c;:1kana kadar 1 JiA'e
erismeyiz, ~ekil J 3.56'daki transfer karakteristikleri, giri§ LED akirrn (I§tk akismi
belirler) ile 9akt§ taransistorunun (baz akrmi gelen akim tarafmdan belirlenir) kol. lektor akimmm sonuclanru karsrlasnnr. Ashnda $ekil 13.57, Va gcriliminin sonuctaki kollektor akmum cok az etkiledigini··g5sterir. $ckil 13.58'de, opti~ yahticmm anahtarlama siiresinin, aktmm artmasma bagl1 olarak azald1gm1 gefrmek
ilginytir: c;:iinJ...ii birc;:ok elemanda bunun tersi soi konusudur. 6 mA'lik kollektor
ak1m1 ve JOO ffluk RL yiikti i9in anahtarlarrii'~tiresi yalmzca 2 ps'dir. S1cakhgm
fonksiyonu olarak bagmttlt 91kl~m grafigi ~ekit:B:59'da verilmi§tir.
.
;
Transistor kuplajmm §ematik gostcrimi ~ekil' I3'.53'te yer almaktadJC. Fotodiyot,
foto-Darlington ve foto-SCR optik yahllc1J~;nm §ematik gosterimleri ise $ekil
J 3.60'da verilmi§lir.
ro-
leler ve sayrna sistemleri saytlabilir.
.
. Oc;: fororansistor vc i.ic;: LED kullamlan yi.iksek yaliumh bir ~E lrnpts~ ~ek1l
13.52'<le gosterilmistir, LED'lcr, cleman uzerindeki ileri akrmla beltrlenen §tddelte
bir t§ik yayan yan iletken elernanlardir. 3. Bolilmde verilen bil~le~n _y~rd1m1yla,
devre davrarusuu anlamak_.nispeten kolaydir, "Yuksek yaht1~" tenmi, gm§ ve 91k1~
devreleri arasmda elekrriksel baglanll olmadigi anlamma gelir.
\
13.15
OPTiK YALITICILAR
·1
.
\
.
Optik yahucr, yukanda anlanlan .karakterisriklerin birc;:ogunu kendinde to~l~ya.n bir
elcrnandrr. Bu, hem silisyum diyqi, Darlington transistor c;:ifti veya SCR gibi bir fo. iodetektor, hem de bir k1Z1ltiteii ~pD iceren bir pakettir. Her bir elemamn 1 ~algaboyu tepkisi, olabildigince bBY.iilf bir baglasrrn (kuplaj) olc;:i.isi.i saglam_ay1 mu~kiln kilacak kadar birbirine yw.n,.(ayru) olacak sekilde tasarlarur. ~ek1l 13.53 re
fotografianyla birlikte, iki olasi yonga dtizenlemesi verilrnistir, I~1gm gecmesini
saglamak icin, yaptdaki her bir ~l~.man kurnesi arasina sayclarn bir yahtrn~ malzemesi (gorulmez) konulmustur. .. B.unlann teplci siiresi o kadar kiic;:tiktiir kt, Me-
gahertz diizeylcrinde ve~i iletmek icin kullarulabilirlcr.
ISO-LIT QI
!SO-LIT I
No.
3
4
s
6
U!O yongas, 2.nolu bacaktad,~
Fototranz.ii\« yong.151
5 no.tu baca.k\ld\f ·
{a)
(Osttcn Cloriirl~)
Bacak
/iJ.,
I(,
anol
blol
I>
boghdelil
c.mclOf"
kollektOc
bu
M,;l(!,1rr,u111
,:;11rna.
degerleri
Bacak
s«
~ev
anol
katol
katot
anol
anol
kotol
14
1.l
I:
II
Ill
'I
<,
t J.:a1ot
.,
x
10
II
1'
I.I
anol
crnelOr
kollektl>c
kollekt6r
emeU)t
cmc1or
1<o11c1:111,
IS kollckt6r
I<, emeu.\r
14
,.
Galyum arsenit LED (her bir kanal) IL-1
Gile;: harcamm1 25°C'de
25°C'den dogrusal d~me
Stirekli ileri yonde akim
Alg1lay1c1 silisyum fototaransistor (her kanal) IL-1
Kollektor-emetor aras1 kmlma gerilimi
Emetor-kollektor aras1 kmlma gerilimi
Kollektor-baz aras1 kmlma gerilimi
Paket IL-1
25°C'lik ortam s1cakhgmda paketin toplam gii~
harcamas1 (LED arn algtlay1c1)
25°C'den dogrusa! dii~rne
Saklama s1cakhg1
<;:a!J~ma s1cakhg1
200mW
2.6mwrc
!50mA
200mW
2.6mwrc
30V
7V
70V
250mW·
3.3 mwrc
-55°C den+ l50.°C'ye
-55°C'den + 100°dye:;·;i:,-.
~ ·ktl ! : ": iki litroniks optik y~1hw.~1.
(Utrl)nix lnc.'in Ianiyle. l
B61Cim 13.15
Optik Yahttctlar
BolOm 13 pnpn ve Dlger Elemanlar
649
(b) Her bir kanal i<;:in elektiriksel
Sicakhgmda)
karakteristikier
{2!/'C'!:k ,,r·;;:,,;n
... -··
16
10
··- .. ·-·· --- - ..
1
8
'
6.
I
4
!
Ip= 15mA
:1
.._I.J
Parametre
Min.
Galyum arsenit LED
ll'eri y!ln gerilimi
Ters y!ln gerilimi
Kapasitans
FototransistllrlU algilayic:
30
BVcEO
ICEO
Kollektor-emetor kapasitansi
Tip
1.3
0.1
100
1.5
10
5.0
2.0
50
7
BVcEO
0.2
2500
Vooy
Yayilma gecikmesi
0.35
0.5
100
6.0
25
to (:AWjMA (ON)
Ip DURMA (OFF}
-·---·---~-- -----~------
.?
. ...,,.,
;
0
.;
'
v
j
l,,=60mA
VR=3.0 V
JtA
pF
VR=O
y
nA
pf
y
le= lmA
VcE= IOV,IF=O
Va=O
IE:= 100 µA
2
00
0.5
pF
y
GO
~
10-1 I
10-12 i>
10 .IS 20 25 30
KolloklOr&crillml • VCE (V)
/
i/
v
6
4 l\
2
0o
-,
le= l.6mA,IF=
/IS
/IS
R1• = 2.4 kO, Va= 5 Y
IF= 16 mA
16mA
1
.a-i;.
- --------~-
j
·I'
,/
Rl
-
= I Jen----
0
·RL
;
= 1000
2 4 6 8 · 10 12
KollektOr alarru • I, (mA)
1.2
v
1.0
0.8
0.6
0.4
l
,
v
(
0
v
~ ..--
25 50 75 100
K1hf S1cakhj1
~
/
: i'
Ir- t
l-
J< .
.
.
,!,•.'
-S0-25 0 25 50 75 100
Ktltf S1cakllit (°C)
r.·. .:;.:
.
·1 .·.
(b)
(a)
$ckil 13.55 S1cokliga bogh karanhk akirm Vc;1,q>·
650
-
I\
.l
$e~il 1.t58 KollcktOrok1m1n• i.,~h
nnuh1ilrhm1a silresi
-SO -25' 0
10-1
10-8
10-9
10-10
[Fm's mA
DC
10-$
10-6
:
.
IF= IOmA, VCE= IOY
Litroniks IL-I optlk-yatujcr.
j
I
•Ip= IOmA
12
~
10
8
~,· k i I 13 ..,71><.u:k16rtln ~1k11
kar.sk1cri:o:.1iklcri.
Diger elemanlarla birlikte
oldugunda karakteristikler
de akim transfer oram
Kapasitans, giristen pk1§a
Kmlma gerilimi
direnc, giri~ten ~1k1§a
~ekil 13.5~
Test Ko§uflar,
Maks Birim
----· ---- .. ·-·
! •
14 -VcE'" )OV '.--.I
/F=20mA
'l-~:
.
~ ,,/ii,:i~!,Jtf1:
·J
. {c)'
~d <I I .~.(,(I Optlk-yahucuar: (a) fouxliyot:(b) roto-0.rlington:(c) foto-SCR.
Bolilm 13.15
Opllk Yall11cllar
BolOm 13-
.pnpn ve Dlger Elemanlar
651
13.16
PROGRAMLANABiLiR
TRANSiSTOR
TEK JONKSiYONLU
Eleman karakteristiklcri $ekil 13.63'1c verilmistir. Sekilde goriildiigil iizere, kesim
durumu (/ alcak, V; 0 ile V1, arasmda) vc ileum durumu (/ 2: Iv, V ~ Vv), UJT'dc
olusan karasiz bolgeyle aynlrrustir. Yani. elernan kararsiz durumda kalrnaz (sadccc
kesim yada iletim durumlanna kayacaktir).
=
Admdaki benzerlige ragmen programlanabilir tek jonksiyonlu trenslstorun (PUT)
gercek yapisi ve cahsma modu tek jonksiyonlu transistorden tamamen farkhdir. Bu
adtn verilmesinin nedeni bu iki elemamn I-V knrakteristiklerinin
benzer olmasidir.
..,
Mot
A
+
ve uygulamalanmn
\
+
+
v,,.._,
+
p
.-,.,(
K
K
,;:::_ o. ~.,; I·.
St•ki! 13,61
~ckil 13.62 PUTun temel ongcrilimlcme devresi.
rro~rnmlanabilir UJT(PU11.
~,·~11 I l.h.l PUT Karakleti"ikleri.
$ekil 13.61'de gosterildigi gibi PUT, kapt ucu dogrudan iki p-tipi tabaka arasmdaki 11-tipi tabakaya baglanm1~ dort katmanlt bir pnpn elemamdir. Elemamn sembolii ve ternel ongerilimlerne duzenlernesi $ekil L3.62'te verilmistir. Semboliin de
dii~iindi.irdligii gibi, esas itibanyla PUT, tipik SCR karakteristiklerinin ayrusirun
olu~turulmas1m saglayan bir kontrol rnekanizmasi bulunan bir SCR'dir. "Prograrnlanabilir'' teriminin kullamlmasmm nedeni, UJT icin rammlanan Ree. 7'/ ve VJ>
degerlerinin, Ro1, R02 direni;leriyle ve V88 kaynak gerilimiyle kontrol edilebilmesidir. $ekil L3.62'de,
le=
Ve=
Burada
O"ik.en gerilim bolilci.l kurah uygulanarak
. Ro,
Rn,+ Rn2
Vnn = r,Voo
I
Vp==r,V~o+Vv]
(13.20)
Bu ~a- U~_T i9!n '.ammla~an gerilimdir. Ancak Vp, $ekil 13.6l'deki VAK gerilim dii§rnesmi
gostenr (ileten diyot uzerindeki ileri gerilim dii~iimii). Silisyurnda vI) deg~cri
. •
tipik olarak 0. 7 V'tur. Dolayrsiyla,
(13.19)
UJT i9in tarumlandrgi gibidir.
652
Atesleme potansiyeli (Vp) vcya elernaru ateslernek icin gereken gerilim a~a~1daki
0
denklcrnle verilrnistir:
Botom 13.16 Programlanablllr Tek Jonksiyonlu Transistor
VC
I'
_
Bi:iliim 13
pnpn ve Diger Elernanlar
VP= r,Von +
0.7.J! Silisyum
(13.21)
653
durumuna gectikten sonra Va'nin kcsilmesi (iptal edilmesi) elemaru-kesime: (kapanmaya) goturmeyecektir, Ak1m111, tutma diizeyinin altma indirilmesf icin ;y_l/gc:
rilim diizcyinin yeterince dii§iiriilmesi gerckir,
~ · · :~:·: ;;;·
Ancak yukanda belirttigimiz gibi VG= T]Voo oldugundan
Vp=YG+o.1
I
• Sili~y1101
q
(13.22)
()Ef'il·>
U.2
, }
\A
'
Eger 11 = 0.8, V,, = I 0.3 vc Ro2 = 5k!l olarak vcrilrnisse bir silisyurn ·_PUT~ ilJ~kiJ
Ro, ve Yoo degcrlerini bulun.
.
: .. '.
UJT durumunda hem Ro1 hem de Ro2'nin, clcmarun en bilyilk dircncini ve omik
j
baz kontaklanm gosterdigini haurlaym (her ikisinc de ulasilamaz). Yukanda verilen
bilgilerden, Ro1 ve Ro2'nin,T] ve dolayisiyla Vdnin ayarlanmasmi saglayan di§ elernanlar oldugunu goruruz. Baska bir deyisle, elemaru iletime gecirmek icin V1, diizeyinin belli ol9iilerde kontrol cdilmesi gerekmektcdir.
.
PUT'un ve UJT karakteristiklerinin benzer olmasma ragmen PUT'un tepe ve vadi
akimlan, benzer anma degerlere sahip 'Uf'Tninkinderrdaha dii§iiktiir. Buna ek olarak, PUT'un minumum ¥ah§ma gerilimi de dii§iiktiir. .
~ekil 13.62'deki kapi ucunun sagmdaki devrenin Thevenin C§degirini alrrsak,
13.64'teki devre elde edilir, Sonµ9f¥i,,R1 direnci onemlidlr, ¥iinkil Iv alammm duzeyini etkilemesfiiedeniy1~b1Igr(¥~i~kasyon) sayfalarmda sik sik yer almaktadrr.
G
-
'·''-
i .1
J
( 13. 19) Dcnklemindcn,
Ro1 = 0.8(Ro1 + RIJ2{
0.2 Ro1 = 0.8 Rn2
, •..
Roi =4R02
Rn1 = 4(5 kO) = 20 k.Q
Ir;
l (l 3.20) Denklcminden,
l
-~c~il I .'U,-1 ~ckil IJ.54'dc.kap, ucunun ~••£me.la kalan dcvreyc ili~~in
11tev1;..·nine~dcfcri.
·
Elemamn temcl 9ah§mas1, ~ekil 13.63 referans ahnarak incelenebilir. Kesim durumundaki bir eleman, VG ve V.o 'ile tammlanan V1, gerilimine ulasihncaya kadar
durum dcgi§tirimeyecektir. lp'ye ulasilincaya kadar akirn diizeyi cok dii§ilk olacaknr: bu da bir acrk devre C§degeri verecektir, 9iinkii R = V (yiiksck)//(al9ak), yiiksek bir direnc seviyesiyle sonuclanacakur. Vp'ye ul~tld1g1 zaman eleman, kararsiz
bolge vasuasiyla iletime gecccektir; bu noktada gcrilim dii§iik, ancak akrm yuksektir; bu da R = V(al9ak)/I(yiiksek) gibi oldukca kii¥iik bir uc dircnciylc sonuclanacakur. Bu ise yaklasik deger temelinde bir kisa devre esdegerin! gosterir,
Dolayisryla elcman, esasmda Ra1,:Ro2 ve Vno ile belirlcncn bir noktada tarnameu
acrk devre durumundan kisa devredurumuna 9cvrilmi~tir. Elernan, ilctim (acik)
V1, = 1]Vno + VD
10.3 = (0.8)(V80) + 0.7
9.6=0.BVoo
Von= 12 V
I
PUT'un popiiler uygulamalanndan biri ~ekil 13.65'teki gevseme osilatorudur.
Kaynagm bagland1g1 andakondansator Voo volta dogru yiiklenmcye baslayacakur,
¥iinkii bu noktada hi9 bir anot akirm yoktur. Dolma egrisi ~ekil 13.66'da_verilmi§tir.
V,, atesleme potansiyeline u,la§mak icin gerekli T peryodu yaklasik olarak:
f
f!
veya
T
',
-~
= RC loge VonVns- Vp
·V1, = 17 Voo oldugu zaman
--
.·
(13.23)
?'' --------·----
~
j
!
'
T
= RC Jog, (1 + Rn,.)
.
(13.24)
Ro2
~~~--.,..-~----!
654
Boliim 13.16 Programlanabilir Tek·Jonk~iyonluTransistor
B&IOm 13 · pnpn ve Dlger Elemanlar
655
VA, Ve ve VK dalga sekilleri ~ekil J3.67'de verilmistir. Tnin, . Vimn yuklenebilecegi (dolabilecegi) maksimum gerilimi belirledigine dikkat edin. Elcman
ateslendikten sonra kapasitor, PUT ve RK uzerinden hizla bosalacak ve §ckilde gos-.
tcrilen dusmeye neden olacaknr. Kuskusuz, kisa, ancak yogun akim nedeniyle.
VK'nm da aym zamanda tepeye ula§acagi aytkttr. Ve gerilimi Ve diizeyinden, O voi-::
tun biraz iisliinde bir diizeye hrzh bir §Ckilde diisecektir. Kondansator gerilimi dii§iik ·
bir diizeye indigi zaman PUT tek.rar kesime gidecek ve dolum: saykih tekraralanacaknr, VG ve V K uzerindeki etkileri ~ekil I 3.67'de gosterilmi§tif._
· '
R
II
A•
"tpasitc
Vaa 1-.-;,-_ _._
_
Vp ,·
Ve
Vp~~-::=---~,::.-~~~=i
Oi.------51---~
I
r:"RC
0
r-l
~-el; 1 I I \ N· ~ekil I 3.6~'ceki C kondansatortine aic
dclitim dalgusr.
~di! l.l.6'> Pllilaolu1turulmu1
bir gevseme osi1,,16rii devresi.
Kondansator iizerindeki gerilim V1,'ye esit oldugu anda eleman ate~lenecek vc
PUT iizerinde J,.. = /p'lik bir akrm olusacaknr, Eger R cok buyukse, Ip akrrm olu§amaz ve eleman ateslenemez, Bu gei;i§ noktasmda:
ve
Rmnk..'tan daha biiyiik herhangi bir R degerinin, /p'den daha kiiyilk bir akrrna yo! acacag1m gostermek i9in alt indis eklenmistir, Osilasyon ilretmek icin, R dlizeyinin de
/v'den az olmasi gerekir. Baska bir deyisle elernarun kararsiz bolgeye girmesini ve
daha sonra kesim (kapah) durumuna geri donmesini istiyoruz. Yukandakine benzer
bir akil yilriltmeyle :
( 13.26)
gibi
Yukandaki tarusma, bir
rurlanmasuu gerektirir:
Rmin
656
r r
( 13.25)
<R <
SI·
Rmaks
Bo!Om 13.16 Programlanablllr Tek Jonksiyonlu Transistor
!jckil J.1.67 ~,·kil 13.6S'<l<ki rUTo•ilolMln<Jnd:slga
..
itkilleri.
1·•
ORNEK 13.3
n.
Eger Von= 12 V, R = 20 ill, C = I pF, RK =-JOO
Ro1
100.uA, Vv= IV, ve/v= 5.5 mA ise su degerleri bulun:
(a) Vi,.
(b) Rm.,k< ve Rmin
(c) T ve osilasyon Jrekansi
(d) v,1, ve ve vK'nm dalga ~ekilleri.
BolOm 13 pnpnve Oiger Elemanlar
·.•
= lOkQ, Rs2 = 5 kQ, t» =
.. ,;
657
(:ozilm:
v,, = 11V oo +Y o
(a) (13.20) Denkleminden:
= V88 + 0.7
Roi
e»,»
Roi
-J
__I_O_kn
__ (12) + 0.7
10kn+5kn
VK
= (0.67)(12) + 0.7 = 8.7 V
(b) (13.25) Denkleminden ;....
..
R
mok•
= Voo lp
Vx
= VA -Vv
0
Vr
25.8 ms
f-
=8.7-1
=7.7V
~
\.
1
12- 8.7 = 33 kn
100 x 10-6
I
(13.26) Denkleminden:
Voo - Vv
I
Rm;n=---
/y
.
,::•'·ii
,:-,.·;:,
/'
0
\.
v
.
$ekil 13,3'deki osilalorun dalga §akilleri.
12-1
= 2 kn
5.5 x 10-3
R : 2 kQ < 20 kQ < 33 kn
(c) (13.23) Denklemi :
T= RC log =
e
= ( 20 x 103
·.
Vos
Voo+ Vp
) (
1x
w·6 ) log,
-17_
·· 1.,:
12-8.7
= 20 x I 0·3 log, (3.64)
20
= x .I 0·3 (1.29)
2.
3.
0
: r:,
1. SCR'nin temel davramsim, iki-transistorlii e§deger devreyi kullanarak kendi
sozcuklerinizle ifade edin.
..._
Oreti~inin elkitabma veya veri sayfalanna basvurarak kapama devresinin §C-
masim cikann, Eger yapabiliyorsaruz, devrenin kapama ctkisini acrklaym,
1:;,1
= 25.8
Bir SCR'nin kapatilrnasma ilitin iki teknigi aciklaym,
.ms
f ,;,>~L;,,.
.. ·T, 25.8 x 10·3
4.
=38.8 Hz
· ·
.
(a) SCR karakteristikleri, yiiksek gecit akimr diizeylerine s;1klld1gmda, hangi.iki
uclu eleman karakteristiklerine yaklasmaktadrr.
·
(b) Vio,w•'den daha dii§iik birsabit anot-katot geriliminde; gecit akimirun, mak-
(d) ~ckil 13.68'de gosterildigi gibi,
658
Bolum 13.16
Programlanablllr . Tek Jonkslyonlu Transistor
BlllOm 13 pnpn ve Dlger Elemanlar
659
(c) Yilkselrne siiresinin, (b) sikkmda hesaplanan bozulma (dusme) siiresinin yansr kadar olmast halinde GTO'nun i9 dircncini hesaplaym.
simum degerinden sifira di.i§i.iriilmcsinin, SCR'nin ateslenmesi i.izerinde negibi bir etkisi olacakur?
(c) fa O'dan daha di.i~iikbir··sabifge9it.ak1mmda, geci: geriliminin VaJRw•nin
aluna dii§iiri.ilmesinin SCR'nin· ateslenrncsi ilzerinde ne gibi bir etkisi ola-
=
caktrr?
11. (a) ~ekil 13.25b'yi kullanarak, elemaru ateslemek icin oda sicakhgmdaki minumum isunay. belirleyin.
(b) Jonksiyon srcaklrg: 0 °C'den (32°F)
°C'ye (212°F) yiikselirse 1~1madaki izin
verilebilir azalma yuzdesi ne olur?
(d) /a'nin arunlrnasmm tutma akirm iizerindeki etkisi ne olacaktir?
5.
\
(a)
ioo
\
(b) (a) ~1kkm1 LO mA'hk kapi akmuyla tekrarlaym.
(c) 2.6 V'luk leapt gerilimi, elemaru oda srcakligmda tetikler mi?
(d) Va= 6 V, la= 800 mA atesleme kosullan icin iyi bir secim midir? Yoksa
Ve;= 4 V, la= 1.6 A'm1 tercih edilmelidir? Nedenini aciklaym.
!J.5
6.
13.9
13.(()
=
*
~ekil 13.1 lb'de. iletim sirasmda SCR i.izerindeki potansiyeldeki kayip neden
cok kucuktur?
7.
~ekil 13.12'de,
azalan R1 degerlerinin, neden artan bir iletim acisiyla
so-
nuclandigmr aciklaym.
8.
Sekil 13.13'deki doldunna devresine bakin.
(a) l: 1 oranli transformator _kullamlmas1 halinde tam dalga dogrultulmu~ sinyalin de dtizeyini bulun.
(b) Pil doldurulmadigr zaman 11 V diizeyinde kahyor ise, SCR1
uzerindeki
anot-katot arasi gerilim dii~iimii ne kadardir?
(c) VR'niri olabilecek en buyukdegcrl nedir? (VaK 0.7 V)
(d) (c) §Lkkimn maksimum degerinde: SCR2'nin kapi pcitansiyeli nedir?
(e) SCR2 kisa devre durumuna girdikten sonra V2'nin duzeyi ne olur?
9.
D.7
~ekil 13.17'deki devrelerin davrarnslartru kendi sozciiklerinizle tam olarak aciklaym.
10. (a) ~ekil 13.23'te, Vz
= 50 Vise C1
o:7
kondansatoriintin dolabilecegi maksimum
degeri hesaplaym. (VGKs
V)
(b) RJ = 20 kQ icin yaklasik bosalma siiresini (5-r) hesaplaym.
660
Boliim 13 Problemler
=
LUl
13. lstcdiginiz herhangi bir refcrans devre kullanarak, bir diyak uygulamasi bulun ve
devrcnin davramsun anlarm.
14.
VoR2
li
= 6.4 Vise (13.1) denklemini kullanarak
VoR1
arahgiru hesaplaym.
13.12
15. 13. problemi triyak icin tckrarlaym.
=
~
=
12. ~ekil l 3.29'daki devrc icin, V(BRJ = 6 V, V 40 V, R 10 kf.l C 0.2 }IF ve VaK
(aresleme potansiyeli) = 3 V ise devreyi enerjileme ile SCR'nin iletime g6~mesi
arasmdaki siireyi belirleyin.
·
13.13
v,
16. ?ekil ~3.41 'deki devrede V = 40 V, rJ = 0.6,
= l V, Iv= 8 mA ve [1, = 10 .uA
ise tetikleme devresi i9in R1 arahgiru hesaplayin.
·- ·
17.
20V, 7J = 0.65. Ro1 = 2 ill Ue= 0) ve
transistor icin a§ag1daki degerleri hesaplaym.
(a) Ro2
(b) Rnn
(c) VR111
(d) v,
Van=
Vo=
0.7 V olan tek jonksiyonlu
18. Sekil 13.69'da verilen gevseme osilatoru icin,
Boliim 13 pnpn ve Diger Elemanlar
661
(b) Oda srcakhgimn iistiindeki sicakhk degen icin (100°C'ye kadar) 91k1§ akimmm srcakliktan etkilenrnedigi soylenebilir mi?
=
(Rs1) = :;,.on Q bo?Jma suresince)
JO k.Cl, 11 = 0.55
Vy= l.2V,ly:c5 mA,l,,=50µA
Ras
68 kn
Ri
22.(a) $ekil 13.55'ten, 25-50°C arahgmda srcakhktaki her derece dcgi§imi
lamlabilir mi? Teorinizi test edin.
+
lie
1''''
+
23. $ekil 13.56'dan, 20 mA'hk c;:1icl§ akirru ic;:in LED giri§ aknmrun algrlayici c;:tk1§
akirnma oraruru bulun, Elemamn, kullarurn a1:1ac;:lar1 acismdan nispeten vcrimli
oldugunu soylcyebilir misiniz?
-=-
24. (a) ,Seki! [3.57'deki grafik iizerinde
200 mW ic;in rnaksimum gUc; cgrisini
= 0 A'dc R111
VC Ro2
tarumlamr).
(c} (b) §lkkmda elde edilen sonuclan, IF.= 10 mA'de ~ekil 11.48'den elde edilen
sonuclarla karsrlastmn. Aralannda bir iliski var mi? Olrnab rru? Neden?
degerlerini bulun.
(b) UJT'yi iletime gecirrnek icin gerekli Vp gerilimini hesaplaym.
(c) R1'in, (13.8). denklemle tarumlanan maksimum degerler arahg1 icinde olup
olrnadrgnu belirleyin.
(d) Bosalrna fazr esnasmdaRo1::: 200 n ise osilasyon Irekansiru bulun.
(e) iki tam saykil icin Vc'nin dalga §eklini kabataslak cizin.
(I) Iki tam saykil icin VR2'nin dalga §Cklini kabataslak cizin,
1
Po=
kabataslak c;izin. Onernli sonuclan belirtin.
(b) Va= 15V, IF= 10 mA'lilc bir sistcrn icin Bdc dcgerin; belirlcyin (Jc/IF ile
~t'kil U.fi1J
(a) I e
icin
IcEo'daki ortalama degi§imini hesaplaym.
(b) (a) sikkinda elde edilen sonuclar, 35 °C'deki Iese degerini bulmak icin lcul-
25. (a) ~ekil 13.58'e bakarak, RL = 1 kQ ve Rt = 100 n icin iistiine <;1k1ld1gm~a
anahtarlarna siiresinin belirgin olc;:iide degh;medigi kollektor akun duzeyini
belirleyin.
(b) Jc= 6 mA'de Rt.= l kQ ve RL,=100 Q icin anahtarlarna siireleri oram ile direnc diizeyleri orarn arasmda nasil bir ili§ki vardir?
= 20 V ve R01 = 3 R02 degerlerine sahip bir PUT icin 1/. ve Vdyi hesaplayin.
(g) (13.17) c~itliligini kullanarak frekansi hesaplaym vc (d) §1lckmda buldugunuz degerlerle karsilasunn. Bashca'Iarkhhklann nedcnini aciklayin,
26. Vno
*
27 . .13.3 ornekte verilen bilgileri kullanarak.iateslerne ve vadi noktalanndaki PUT empedansiru hesaplaym. Yaklasikacik vc kisa devre durum Ian dogrulamyor mu?
B.14
19. $ekil 13.Sl'deki karakreristiklere sahip bir fototransistor icin, 5 mW/cm2'1ik bir
akr yayilma yogunlugu icin baz ak1m1111 hesaplaym. hn= 40 ise /c'yi bulun.
28. (13.24) denlclemi tam olarak (13.24) denklernindeki gibi tiiretilebilir mi? TUretilemiyorsa (13.24) denkleminde hangi eleman eksiktir?
20. Fororaransistorlcr
29. (a) Voo IO
ve LED'ler kullanarak yiiksek yahtimh bir VEY A kaprsi ta-
sarlaym.
13.15
21. (a) ,Seki! 13.59'daki egride. 25 °C'nin altmdaki srcakhklarla tamrnlanan bolge
icin ortalama bir giii; dii§iirme faktorii belirleyin.
662
Boliim 13
Problemler
v yapthrsa
'
13.3' ornegindeki devre osilasyon yapar rru? Gereken en
dil§iik Voo degeri nedir? (Vv sabit) ·
(b) Ayru ornege bakrn. Sistemin osilasyon tepkisini ortadan kaldirmak vc kararli
iletim dururnunda lcalmak icin devredeki R degcri ne olmahdir?
(c) Hangi R degeri, devreyi 2 ms'lik bir gecilctirme devresi yapar? Yani, kaynak
a'rildiktan sonra ve a9tk durumda k;31d1ktan 2 ms sonra vk darbcsi saglansm.
Bolilm 13 pnpn ve Diger Elemanlar
663
:-,1~
Enregre devreler nadiren onanlir; yani, IC icindeki tek bir elernarun bozulmasi halinde, yapmm (devrenin) tarnarm degi§tirilir (bu <la daha ekonomik bir yaklasirndir).
Gunumuzde piyasada bi.iyi.ik capta kui.Jan1lan ii<; tip IC vardir: Tek parca (monolitik), ince (veya kalm) film ve karma entegre devreleridir, Bu boliimde her birini
sirasiyla ele alacagiz.
"T·I
·14.2
SON GELi$MELER
Gecen on yil icinde entegre devre i.iretimine giden i§lemler sirasrrun onemli ol<;:iicle
degi§memi§ olmasma ragmen, her bir islemin yapihs §Ckli koklu olarak degi§mi§tir.
ilk gtinlcrde IC iireticileri i.iretim 9ev.\iminde kullamlan donarumi tasarlamakta,' kurrnakta ve bakirmm yururmekreydi.Ama bugiin uretim donarurrnnda saglanan en son
teknolojik gelismeleri pratige aktarrna sorumlulugunu iistlenen yeni yeni sana)!i kolIan ortaya cikrrusnr. Bunun sonucunda ureticiler, dikkatlerini rasarim, kalite kontrol,
... ,
iyilestirilmis verim, guvenilirlik ye minyatiirizasyon iizerinde toplayabilmektedir.
Ne var ki yan sirketlerden temin edilen techizatin maliyeti cok yuksektir (yanrn mil-
14.1
yon dolann uzerindeki birim maliyetleri ah~1lm1§ bir olgudur) ve saglam bir ekonomi politikasi icin 24 saat c;ali§ma nerecleyse bir zorunluluktur. Kesintisiz calisma
(isletrne) cabasr icindeki biiyiik IC irnalatcrlan, techizat imalatcrsmm yardrrruna gii-
GiRi~
Gecen on yrlicinde entegre devrelerin(IC) kullanun alaru genislemis ve c;e~illi reklam
araclan vasitasryla temel islevi _ ve arnaci amatorler tarafindan da anlasilrrusnr. Bir
IC'nin en belirgin ozelligiboyuelandrr; Tipik olarak aynk elarnanlarla ahsilrrus yonrernlerle iiretilen bir yan iletken yapidan binlerce kat kucuktur, Ornegin Sekil 14. I 'deki
entegre dcvrenin boyutlarmm sadece yaklasik 1.3 x 1.3 mm olmasma ragmen uzerinde
68.000 transistore ilaveten dahabaska birc;ok eleman vardrr. MC68000, Motorola tarafmdan iiretilen mikrobilgisayann kalbi olan bir mikroislerncidir.
:i,J:lt
~;111';
$i:kil 14.1 MC6800mikwi,..ktnciiivc.:
aynf... bir u,m~istOr µakell. 8~ :a.ynl.. elcm:m M;inc.tc kullamlan yonga. daire i~inde gorilnme~redir.
664
.::.-f:\,.:·
.~:t. :"}<_~'
- '::{- .. :·,: ·\
venmek yerine, kendi servis kadrolanm kurmaktadir.
Otornasyon, liretim saykilmda onernli bir faktor olmaya devam ediyor. "Kaset adresleme" (casette addressment) biciminde sunulan bircok mikroislemci kontrolii,
mikroislemci birimine hatah bilgi aktarma nedeniyle ortaya c;1kan hara olasihgrm
onernli ol<;:iide azaltrrusur. Bu aynca yapilan ismeme karsi, insanm tepki luziyla
miimkun olmayan bir hassaslik derecesine sahiptir. Komple bir kornutlar kiimesi
manyetik bir bant kasedine kaydedilir ve belli bir IC pulunun hazirlanmasmda kullarulacak sekilde tannnlarur. Otomasyonun artmasi aynca pulu "ele alma" ve pula
temas etme oraruru da azaltarak, kirlilik kaynaklarmm sayisiru azalnrken verim faktoriinii arnnr.
Kesinrisiz ilgi alanlanndan birisi de verimliliktir. Bir puldaki ortalama "iyi" parca
sayisirnn artmasina ragmen bu oran % 30-40 civarmda kalmaktadrr, Ancak, devrenin boyutlan kii9i.ildiik9e ve yogunlugu art11k9a, ve_rim dilzeyinin 9ok fozla artmayabilecegini, ancak aym pul alam ilzerine yerle~tirilen eleman say1smm bi.lyUk ol<;:i.ide artt1gm1 kavramak gerek. Ba~ka bir deyi§le bugiiniin geli~mi§ i.lretim
tekniklerini 5 yr! once Uretilen IC'lerde uygulam1~ olsayd1k, verim muhtemelen
%90'1 a~ard1.
Son on yildaki geli§meler, gene! olarak _ endUstrinin, IC yog1111/11gumm her iki
ytlda iki kat111a pkt1if1m kabul etmesini saglam1§t1r. ~ekil 14.2, on y1lhk bir stire
i9inde BJT'lcrin boyutlarmdak.i kiic;i.ilmeyigosterir. Bir zamanlar ol~iiler milimetre
ve milimetrekare olarak veriliyordu. ~imdi ise mikron veya mikrometre (metrenin
Borom 14 Entegre Devreter
665
milyonda ~iri; µm) standart ol~ildilr. ~ekil 14.2'de 1983 alarurnn, 1973 alanm yakla§1k .~ 1.0 u ~ldugun~ ve oli;ildeki esas azalmanm 1980 ile 1983 arasmda ger¥ekle§t1g1~e dikkat edin. 1982 ve 1983 modellcri ilretimde halen kullamlmakta olan
rnodellerdir, Arlan yogunluga iliskin soylenenlere bakilirsa, iiretimin 100-um2'1ik
BJT'le~e ya~l~11gm1 ve onumuzdek] birkac yd icindeki Uretim i;evriminde kullamlabilecegm1 dil§ilndilrmektedir.
1973
Tl'
1978
MMT-LSI
B
..
T
1980
MOSAIC I
MOSAIC ll
B
E
E
E
~
.,...,
1
1--J
28µm
40µm
2040µm2
~
E
H
15µm
I
525 µml
(c)
(b)
1982
MOSAIC I~
1-l
.
.1. :.
c
(a)
16µm
424µm2
.
~ f ·#
1169µm2
!JI=:
fotograflarda gbrtilen beyaz onlukler, botlar ve §apkalar, bazi ilretim alanlarmda zo-
1983
MOSAIC III
H :
H
(d)
~ckil 14.2 ll,1 kulupluclen1anlann i}lfflmesi. (Moiorola h>c.'in izni)i.,.1
12µm
222 µml
(e)
E
c
runludur. Kontrol oylesine sikidir ki, ortama yabanci parcaciklann girme olasihgnu
ortadan kaldirmak icin, bu alan!ann bircogunda ¥ah§30 kadmlann makyaj yapmasi
yasakur,
Temizleme arnaciyla kullamlan su, 0,2 µm filtrelerle siizUJmektedir ve 18 MQ'Juk
bir ozdircnce (resistivity) sahiptir. (Bolum l.2'deki ozdirenc konusunu haurlayin).
Organik maddclerden oylesine anndmlrrusur ki kiilti.ir gelismesi soz konusu olamaz.
Buna ek olarak, pula "temas eden" kimyasal maddeler, boyalar vc digcr clernanlar
gibi islenen malzemelerin safhk derecesi de artan yogunluk diizeylerine uygun olarak geli§tirilmi§tir.
·
Mevcut iiretim tekniklerinin hat geni§ligi ·RF (radyo Irekansr) dii§ilk gil9lti elemanlar icin 1-2 pm arasmda, daha yiiksek gili;lii elemanlar icin ise 10-15 ,um arasmda degi§mektedir. Mevcut isleme geni§ligi 0.5 pm kadardir, ancak tipik olarak
1.5 ;1m dilzeyindedir. Dretim isleminin oriiimUzdeki bir iki yil icinde 1 ,,m'ye dusurulmesi beklcnmektedir.
Silisyum pul, bu endUstrinin dogu§undan gilniimiizdeki iiretim sayk:Jhna kadar endiistri icin temel yap, ta§I olmustur, Yogunluk diizeyleri artukca ve <;izgi geni§ligi
azald1k¥a, daha iyi rand1man karakteristiklerine sahip GaAs (Galyum Arsenid) gibi
malzemeler ihtiya¥ duyulabilir.
Yatmmlann ¥ok biiyiik olmas1 nedeniyle, iiriin i§lemenin, saglam bir i§letme sistemi yoluyla s1la bir kontrol alunda tutulmas1 mutlak.bir zorunluluktur. Bugiin bilgisayar, iiretim sayktlmm kcsintisiz denetimi i9in gerekli verilerin saglanmasmda
i;ok onemli bir rol oynamaktadtr.
-Oretim i§lemindeki 1ye§itli geli§meler, bu bo!Umde iiretim siir~Jeri anlat1hrken ele
ahnacakllr.
·; c.:;
-.T
:-c
F
r,;,9A
(MOJ\JOL!TiK)
El :TE(· ..RE DEVRE
i
Arlan yogunluk ve verim temel olarak iiretim cevriminde kullan J
1· ·
..
. .
'
1 an ge 1~m1§ 1c¥izat, k~s~rlru-,i,n tesp1.t1~e v~ giderilmesine yonclik yonremlerin gelisrnes], daha yilk:~ tcm1zh~ duzc.ylen, uretim malzemesindeki artan saflik diizeyleri, dahaiyi iiretim
zemeleri ve l§lcm basamaklarmm sayismin azalnlmasr gibi etkenlerden ka _
naklanmakladir.
y
h·
5 yil once s'.mf: 100 ortamlan yayginken, bugiiniin sanayi standard; smif-10 or1a'.11J~d1r. Smtl-10 la tanunlanan bir ortam, tipik hastane ortammdan on kat daha remizdir, Srmf numarasi, (yakla§1k her 0.3 m3'teki) l µm veya daha bilyiik parcac k _
YIS!m g .. l . B" I b'
-..- I sa
..
os. errr.. ~y e •.r o~tam yaratmanm maliyeti ·olaganilstii ol¥iidc yiiksektir.
Yukse~ bir t~m1zhk scvryesi saglamak ii;in, ortamin tabaru ile tavam arasmda filtrelenmi § kesin (isiz· b'tr dogrusal
x
(laminar) hava aki§t yaratilrr. Bu bolumdek! bazi
666
BolOm 14.2
Son Gell~meler
Tek par¥a (yekparc-monolitik) terimi, Yunanca tek anlamma gelen monas kelimesi
ile, la§ anlamma gelen lithos kelimelerinin birle§mesinden tiiremi§tir. Bu tan1mlay1c1
terimden de anla§tlacag1 iizere, tek entegre, tek bir yaniletken pul ilzerine yer.le§tirilmi§tir. Pulun biiyiik bir ktsm1 sadece; 9ok ince oian entegre devrcyi koruyan
bir yap1 olarak i§lev gonnekleqir. Tek par9a IC'lerin iiretiminin ii;erdigi a§amalarm
gene! bir gorOnii§il ~ekil 14.3'te verilmi§tir. Son iirilnii elde etmek i¥in gerekli i§lem
bas.amaklanmn say1SJ, ~ekil 14.3'te goriilenden kat kat fazlad1r. Ancak §ekil, lek
par¥a IC'lerin ba§hca ilretim evrelcrini gostcrmektedir.
Yukat1da da belirtildigi gibi, son y1llarda i§lem adtmlan degil, i§lem donamnn
· onemli ol~Ude degi§mi§tir. ~ekil 14.'.3'teki yan ile1ken pulun ilk hazirug1, diyotun
iiretimiyle ilgili olarak l. Boliimde tart1§Ilm1§U. ~ekilde de gosteri!digi gibi, ilk once
ozeilikleri kar§ilayacak bir devre tasarlamak gereklidir. Daha sonra mevcut alan111
BolOm 14 Entegre Devreler
667
en iyi sekllde kullarulmasi ve difiizyon i~.lemindeki zorluklann en aza indirilmesi
icin devre yerlesim plamnm yapilmasi gerekir, Maskenin goriinil~ii ve verilen islern
basamaklan sirasrndaki i~tcvi, 14.5. Bolurndc anlaulacakur, ~u an i9in, rnaskenin
ncgatif bir gorunume sahip oldugunu ve katki maddelerinin silisyum pulun icine bu
yolla (ay1k alanlanlann yardirruyla) niifuz euigini soylernekle yetinelim. Her bir evredeki gercek difiizyon islem! 4. bolurnde incelenen difiizyonlu transistorlerin tiretiminde uygulanan isleme benzer. i§lemleru1 son maskesi, yC§itli elernanlar arasmdaki iletim desenlerinin baglanulanrun yerle§t1ilmesini kontrol edecektir. Daha
sonra ye~itli test i§lemlerinden gecen pul, tek te](,yongaJar halinde kesilerek paketlenecek ve rnonte edilecektir. i§lenmi~ bir silisyum pulu ~ekil 14.4'tc goriinmektcdir. Orijinat pulun 9ap1 1.2 ila 13 cm arasmda degi§ebilir. Kuskusuz, her
bir yonganm boyutu, tek put iizerine yerlestirecek devre sayisin belirleyecektir. ~ekil
14.4'teki pulun her yongasmm boyutlan 50 x 50 mil'dir (1 mil= 2.54 mikromerre).
Bu yongalann boyutlanrun ne kadar kiivlik oldugunu belirtmek icin, 2.5 cm boyundaki bir pul uzerine 20 adet yonga dizilebilecegini soyleyelim. Tck parca IC elemanlannm ortalarna nisbi boyutlan Sekil 14.4'te gorunmektedir, l kn'luk dircnc icin
gerekli alarun, diger elemanlara kiyasla daha buyuk olduguna dikkat edin. Asagida,
bu elemanlardan her birinin temel yapist ele almacakur.
Dcvre
tasaruru
Dcvre
dl1zeni
20 µm
. i-- so mil --i,. /
,,
Tom,,_~~~~~
668
difiilyon
ve
Prob
YaZITl.•
tcsti
ve krrrna
t2µm
----1---3011m
I
»>:
-- -----==:.
-- 1001110
11!'--
I knDircn~
15 µm
ICdilbnl
~lenmll silisyum IC dilimi
~d ii 1-I.4
I'm
Diyol
Tipik
yay1~ mal7J;11l0
boyutlan/
l.1lc11111ij hir 1ck pu~• IC pulunun difer elemanlann boyullariyb ki!l•ltt11mlmasi.
I
/
Son donemde yaymlanan bir makalede, aynk transistorlere kiyasla tek parya
IC'lerin iiretimindeki 9e§itli asamalann nisbi maliyetleri yiizde olarak verilmistir, Bu
makaledeki sonuclar ~ekil ~ekil- 14.5'te grafiksel olarak verilmistir, i§lem evreleri,
~ekil 14.4'1eki yongalann uretimindeki butun asamalan ieerir, Uretirnin ye§itli evrelerinde, yongamn boyutlan ve yogunlugu ile belirlenen maliyetleri arasmdaki
farklara dikkat edin.
l~~l l~j
6-0&tt~=~1mo1
..
_,./l!1[i]lll
ft61..-- -11!!!11..--=.- ~-])!!:~•
§§~1~~j6µm
Fotomaskc iirctimi
S1IL~yum
TfflIISlstor
~
Yaluun
Baz
Yahurn
difiizyonu
Baz
difilzyonu
Pakct i,;ine
top lama
Bolum 14.3
Emclor
Xaynakh
paket
fanet6r
difilzyonu
arabaglanli
Aynk
transistorler
LSl"lar
Mha~iilc,
dahaaz
yogun
LSI'lar
(daha biiyuk,
yogun
birimler
blrimlcr)
~eme.
(%2S)'
Tcrnas ve
arabaglanfl
~cl...it 14.5 Ayn\. 1r:u1.,is10rkri11
ve t>UyUk-Ol~ckli entegre devrelerin (LSI) Ur~tifmcsiyle ilgili
m:itiyet daf1hmfan.
test
Tek Pari;a (Monolitik) Entegre Devre
Boliim 14 Entegre Oevreler
. 669
14.4
'
TEK PAR9A DEVRE ELEMANLARI
.
!~
Tek parya direncinin boyuna kesiti.Jki tek parca direncin yiizey gurttnumuylebir-.
likle ~ekil I4.7'de verilmistir, ~ekil 14.7a'da tabaka direnc rnalzemesi (p);
minyum Uy baglanulan ile birlikte g~sterilmi§tir. n-yahum bolgesi admmbelirttigi
!.
flii·
Transistorun, diyotun ve direncin yiizey gortlnilsleri ~ekil 14.4'de gorulmektcdir .
. Simdl her birinin ternel yapisuu aynnnlanyla inceleyeccgiz.
Direnc;
Bir maddenin direncinin oz direnc, uzunluk, alan ve malzemenin sicakhg. ilc tarumlandrgin; hanrlayrn, Entegre devrede gerekli her eleman, ~ekil 14.6'daki yan ilerken malzeme tabakasmda verilmistir.
.~ckil 14.6 Oiryaniletkenmalzemepa"l'a-
suun direncini tammlayan paramc1reler.
~ekilde goriildtigil gibi, p-tipinin daha sik kullamlmasma ragmen, yan iletken malzeme P: veya n-tip! olabilir.
Her hangi bir malzemenin direnci
§U
islevi yerine getirir, yani tek parya dire~y elemanlanru yonganm dige~~.J'~:,; '
manlanndan yahnhr, ~ekil .14. 7b'de, smrh 91r alanda maksirnum l elde etm~f;.19~•\r,: .
kullarulan yonteme dikkat edin, p-tip malzeme ~ekil i4.3'de gosterilen bazyay1luna; ·.·
(difuzyon) islerni sirasmda p-tipi govde iyine yayilacagindan ~ekil 14.7'dekLdi- ·
rencler baz-yayihmali (baz-difiizyonlu) direncler olarak adlandmhr.
Kondansator
.
Tek par9a kapasitif elemanlar, ters ongerilimli p-n jonksiyonun kapasitans .: geyi§lerinin kullarulmasiyla olusturulur ... Artan,.ters ongerilim potansiyellerinde .p ve 1~
tipi katkilar arasmdaki jonksiyon mesafesi de artar. Bu zit katkih tabakalar .arasindaki bolgeye, "serbest" tasiyicilann -bulunmarnasmdan dolayr bosalulrms bolge
olarak adlandinhr. Bu nedenle kapasitif .elernan .icin .gerekli elemanlar mevcuttur
(bosaltilnus bolge, ters dolumlu (yuklemeli) .iki tabakayi ayrran yalitma ozelliklerine
sahiptir), Geyi§ kapasitansi, bosalulrrus bolgenin geni§liginc.(w), jonksiyon alamna
(A) ve bosalulnus bolge icindeki malzemenin dielektrik (e) sabitine baghdir vc
a~ag1daki sekilde ifade edilir:
fonniille belirlenir:
R=pL
A
I = w icin sonuctaki kare tabakada,
R=~=pl
yw. yl
h-iJ
ve
(14.1)
ohm
Burada p, santimetre-obm ve y santirnetre olarak verilmistir, R,, tabaka direnci diye
arulrr ve birimi santimetre kare/ohm'dur. Denklem, tabaka direncinin, kare boyutlanndan bagimsiz oldugunu aylkya gostermektedir.
Gene! olarak w,;: I duru .imla,
,..,
R
~ekil 14.4'teki direnc icin w
= Rs
w
ohm
(14.2)
= 6Jim, I= 30 µmR, = 200 0/kare ise:
R = Rs
670
j_
p Upl alt blman
(a)
L: 200 xJQ=JO
IV
6
Boliim 14.4
)di I 1,1. 7 Tck paa;a direocter : (o) keshi vc boyutloro: (h) rek bir par~a
i~indeki iki par~a direncin ·yiizey goninumu (Motorola loc.fn i:uuyle).
Tek Par~a Devre Elemanlart
Boli.lm 14
Entegre Devreler
671
Tek parya kapasitif birelemarun boyuna kesiti ve yuzey goriinii§ii ~ekil 14.S'dc
verilmistir, Soz konusu rers ongcrilimlijonbiiyon, h'dir. J1 jonksiyonu uzerindeki
istenmeyen parazitik kapasitans dilckatli'lii~ tasir1m yoluyla azaluhr. Aliiminyumun
silisyurndaki p-tip katki olmasi nedeniyle, aliim.inyum kontak ile n-tipi katkih bolge
arasindaki srrnrda istenmeyen p-n jonksiyonun olusmasmdan kacmmak icin, cok
fazla katk1lr bir n+bolgesi, n-tipi bolgenin icine yayrlrrusur,
Enduktor
(Bobin)
\
Entegre dcvre tasanmm~a enduktor (bobin) kullanmaktan olabildigince kacirulrr,
~u ana kadar, entegre devreler icin nominal enduktans degerleri elde etmek icin etkili bir teknik gelistirilrnis degildir. Bircok durumda, RC sentezi olarak bilinen bir
teknikle indukrif eleman ihtiyaci ortadan kaldmlabilir. Ince (veya kalrn) film veya
.
I
karma entegre devrelerde, tekparca enregre devrelerde kullamlamayan bir secenek
vardir: yapirun yiizeyine aynk endiiktif elernanlar eklemek. Ancak bu secenekle bile
nispeten kutlescl olan yapilan nedeniyle' bunlar, nadircn kullarulmaktadrr.
parya JC transistorlerin biiyiik yO&'llnlugu, konuya iliskin daha ileri duzeyli kitaplarda
bulunabilecek nedenlerden otiirii, pnp'den cok npn .tiptir, ~ekil 14.9'u incelerken, p alt
katmamnm, aktif elemanda· hi1, bir rolu olmadyan ve sadece bir destek ve yahtma yapisi olarak i§ gordiigiinii unutrnaym. Baz, emetor v~ kollektor bclgeleri, sekil l4.3'teki
ilgili yayilma (diftizyon) islernleri sirasmda rneydana gelirler.
Tipik tek transistoritn iistten gorlinii§ti, Uy yayilma alanlanyla birlikte ~ekil
14.9b'de gosterilmistir. Yayilrna (difuzyon) sirasi, difiizyon alam ve derinlikle belirlendigi sekliyle C,E ve B'dir.
Diyotlar
Tck parca entegre devre diyotlar, ilk once transistorun gerekil bolgelerinin yayrlmasi ve sonra transistor Uy baglanulanndan yerine diyotun maskelenmesiyle olusur,
Ne var ki bir transistorun temel diyot islevini yerine getirmesini saglarnamn birdcn
cok yolu vardir. Tek parca entegre devrelerdc en cok uygulanan yonternlerden ikisi
$ekil 14.lO'da gosterilmistir. BC-E diyotunun yapisi $ekil 14.11 'de gosrerilmistir.
.,,,,.....,
'.a') --
-: .Emct6rdifilzyonu
(a)
rransistorler
.
.
I
"'"! ·
·:_::·:r\~?r . .. / '. :
·,1
Tek bir transistorun boyuna.kesiti Sekil 1.9a'da verilmistir, Burada da »-upr epitaksiyel kollektor bolgesinin icinde n+ _ bolgesinin bulunduguna dikkat edin. Tek
672
I
I
'•':•.
~ckll l~.8 Tck kondansall!(: (a) k~si1i; (b) fotq!ruf,.(Motorolo lnc.'u,
.·:··
.
I
.
Boliim 14.4 Tek Parca Oevre Elemanlari
St..•kil 14.9 Tekt\:Jft.;a 1111m,is10r: (ll} ke~ siti: lh) 1ip1k. bir tel tr,msistUrtin )·U·
zcyi- nin gOri.inU~U ve boyutl:m (Mo·
toro1a Mooitor'un izniyle)
BolUm 14
Entegre Devreler
i
r-=--.-4---I
I
I
.· I
I
·1
\
:o~j~filzylTonu
qirp~~~ tJ&tJ1
!I
•
{·e
Bj,.;•
<
••
,'; .'
;_·_/e.·_ .:,:~
-
. I
· . -: .• el e
\Cf.;I;
~------~
26-.s,,-.~
(b)
673
i-
i}
~
J"'"
:J
::;.
.;ir
p,Jtindo~!; II
Nihai rnaskcnin ortaya ,,,m~m, kadar
1,1,mJ« sirasnu,
en kucuk elemanlann mikron duzeyindeki gerii§ligi belirler. 0.5 ila 2 .um ;{h11gi'i9i~:
B
E•
BC
O'----l•--1-~oE
0>---1 ..M---<>o
(,
elektron hiizmeli litografi kullanmak gereku:r buna karsilik 3 ila ·s µrnttriuiinaut
daha az karmasik (ve daha ucuz) yonternlcr kuHanilabilir. ·i:
{~fr!:\ i(i
Esk.idcn rnaske yapimr, biltiin .katmanlann
buytik
oJ1rekli duzgun birifii~1i1:h'
ge/ ! _•
.
:,.
·· .. :1ft-1:,
.· .: .. r; ... ••
rektiriyordu. Cizirn daha sonra Rubylith denen . ktrrmzi plastik kaph tenii~i
~
jr
Mylar
). ;
t·'l.:.h,
,;·, :.·3 y·:
uzerinc akranlir. Kirnuzi malzeme r,;ok hassas bir §ekilde kesilir katki maddele1iniil' ,!,. '
yayilabilecegi bolgeleri ortaya cikmak icin ilgili bohimler soyulur, Sonuiia oluia1~ r '
desenin fotograf) r,;ekilir ve istenen master elde edilene kadar bir dizi i§lemden ge~·
cirilerek 500 defa kU9iiltiiliir (uretirnde gerekli boyutlann 500 kan).
f · ·· . ·
Gunumuzde ayrn duzgun r,;izimler Calma (kullamlan techizaun imalatci firmas1~ •
nm adr) 9eklindc adlandmlan CAD (bilgisayar destekli t.asamn) vasitasiyla yapihr .
ve Sckil 14.13'teki gibi sayisallasurilrms
birtabloya (karta) rnonte edilir. Operator.
..
.
cizimin geometrik ozelliklcrinin Calma sisterninin bilgisayar bellegine aktanlmasim
saglayan ve sayisallasnrma adi verilcn bir islemyapar. Ay111 islern entegre devrenin
i'
•
Tmnxist~ri.iltyc1111s1 vc rck ll:1',a diy(ltl:,r ol11~1urulmasmda kull"111 I·au ""'
·1.·
. .
o 1 il:(1 t,;1~l:u111 hp1.
E
BC
p
':: n ~Upi <:pilusiyel Jcollekt&-,
14.5
• •• ,
l>
'.jt_·!.. ii I i · i f Dir OC·E tipi tek
p -tipi altkatll'lan
kesit gi>ri.inil~ii.
par~a diyodun
MASKELER
Entegrc devrenin cesitll aktif.vepasif elemanlannm olusturulmas . .
kl.
mcli difiiz
s;:
·
,
•
••
_
"
l 1r,;1n gcrc 1 sci,;.yon, Sekil 14.12_dek1
ttirden maskelerin kulla I
I
,.. kl ti T B''l"
, ru masiy a geryC C§ In If. 0 um 14.6. Boliirnde de gorecegimiz zibi acik renkli I
.r •
I
-o· • ........
a an I ar, ..1r,;md en
verier ve a icr katki rnaddelerinin gei;ebildigi bir alandir Buna k
I k ··1
.
..
<
il
. .
af§l l • go genm gun
i~1gmm er t rengmi deg1~urmesme engel olmasi gibi koyu renkli bo"J I d k k
dd J · difu
'
ge er e at I
ma
nuzyonuna engel olacakur. Bir sonrak:i krsimda , bitr bil1 g1sayar
.
l .. e· erm
·
rnannk
c ev 1 esuun o 1 usuuulmasmdn bu maskelcrin nasrl kullanildiihm
anlat
c acag1z.
v
v•
•
•
•
v
•
~L'k it I :.I.I.,
.
:·
.
. .
Calma say1sallaJl1mla i~la.~yonu~M.Oloroia111t:. ve L'almatnc.tn izniyle).
~:1.ij 1-l.; .: Maske
674
BolOm 14.5 Maske/er
H
Bolilm 14
Entegre Devreler
675
her katmam icin tekrarlarur, Tasanmm herhangi bir boli.imii, ~ekil 14.14'te gosterildigi gibi, deseni degi~tirmek, surekliligini kontrol etmek vb. amaclarla duzenlcrne istasyonunun ekramna 9agr1labBfr. C~lma sisteminin bashca avantaji, tekrarlanan hiicrelerin diizenleme asamasioda . bellekren eklenebilmesi ve duzgun
cizirnin bir parcasi gibi gorunmernesidir .. Buna ek olarak, gerektigi zarnan eklenebilecek §ekilde bir hiicreler kuntphanesi olusturulabilir, Bunun sonucunda yetenekli bir operator, cizme asarnasinda minimum bir cabayla komple master cizirnin
bi.iyiik bir boliimilnii tasarlayip gelistirebilir,
Bu noktada nihai maskenin elde edilmesi i<;fo kullarulabilecek iki yontern vardir .
. Yontemlerden birisi Calma sisteminden elde ~dilen rammlayrc» verilere.dayanarak,
hassas bir iyi:z.im ureten ve ~ekil 14.lS'te gosterilen.Xynetics ~izicisi' kullamhr, Bu
. cizici; .cok.renkli.secenegi ve.~ok. h~lti hassas h~i:~ketleriyle; <;al!§lfken §!l§kmlik
(a)
uy~nd1ran bir.aracur. istendigi taktir1tbelli bir alani J 0000 icat biiyfi1tilebilir/ Daha
sonra.desenilOOX vc ardindan lOX kii~iiltmek iyinfoto~kii<;iiltmei~Jemi yaprlabilir,
lOX deseni, bir desen iireteci kullanarak.bir.defada~lde edilebilir. Desen vefilerinin
saklandrgi manyetik teyp, diskete yey~ ~afrzaya yiiklenir ve bilgisayar yaid1m1yla
1 OX deseni elde edilir. Kann:i~tlc.LSI;i~.z'de 20.)la 36 saat arasrnda degisen siirelerle
200.000 ila 300.000 aras1n(ia:deg°f~ei~iffi~§(~el,cirri)gerekebilir.
Daha sonra programh bir ad1mfa-ve~teJcrarlamaki~~~i;liii.in
gerekli formal! uretecektir.
grubu icin IOX desenine dayah olarak
(b)
5..;k if 14. 14 l.\ir C.1hna (t"tktltiimH bilgisayarh i;rafik sistem) dl!~~tc~lc/1abk1 i~1asyoo011<f.l
~c·kil I~- I 5 Xyucucx 1200 <;izici (Motorola Inc. ve Xynericx lnc.'in izniyle)
d1.:'t'1, 1as:u1m1/llc~i~iklik ~;,h~mas, (Mocorol3 lnc.veDtma Jnc. tn izniyle},
676
Solum 14.5
Maskeler
BiilOm l 4 Entegre Devreler
677
Yukanda anlaulan yontemin gunumiizde hala kullarulrnasma ragrnen, bazr uretim
cevrimlerinde, sekil 14.16'da goriilen elektron hiizmesi (E-hiizmcsi) sistemiyle "dogrudan yazma" yontemi kullamlmaktadir, Kesici olarak elekrron hiizmesi kullanarak
maske deseninin dogrudan dogruya.Calma verilcrine dayah olarak "kesilmesi'', ara
islcm say1s1111 onernli olc;:udc. azah1r:j§lem sayismm azaltrlmasi ve maskenin dogrudan kesilrnesi, son iiriindeki kusur ve' eksiklik sayisuu azalur. LSI'lerdc ilk tasarundan maskenin uretilmesine kadar gecen sure birkac ay ile 1-2 yil arasinda degi§ebilir.
0
G)
+3V
+6.SV
[email protected]
(b)
(a)
::,ckil I .J 17 Xynctics J200<;izid{ld~fiirola
Jnc:ve:X~i.;,;,litc.~~
;,;,iylc)
·---~- .. ··.·
····t +;(
.·.. ·;1··
. . · ..· .. .' .
~imdi ~ekil 14.9'da gosterilen.het
b'frdifiliy<>n(yay1lmli)
itleminL izlemek
.
:· ,::.-.·t: · .... :.•_
·.-·=~-- .. :·: . . ..... : ...
icin gerekli adimlarin do gal· sirasmi gostermek.
difuzyoh
i}lernine
ge,, icirr.ilk
.
.
. .
.
c;:ebiliriz.
·
.
14.6
TEKPAH9A ENTEGREDE\/RE~VEDEGiLKAPISl
Bu kisunda, tek parca VEDEGiL kapi devresinin iiretim asamalanrun sirasi ele ahnacaktir. Her bir islemin aynnuh incelenmesi, sayfalar dolusu malzeme gerektirir; ki
bu da kitabin kapsarruru asar, Ancak kisa tutulacak tamrmn da, son derece degi§ken
clan bu alanda gelecekte okura yardrmci olabilrnesi acrsmdan yeterince.tam ve bilgilendirici olmasr gcrekir.'Hazrrlanacak devre §ekil 14.17a'da verilrnistir. Yer ayirma, pin baglanulanrun yerlestirilmesi, vb. konusundaki kritcrler, clemanlann ~ekil
14.17b'de gostcrilen nisbi noktalara yerlestirilmesini gerektirmcktcdir .. Birbirinden
aynlan bolgeler, koyu c;:izgilerle gosterilir, Daha sonra c;:e§itli difiizyon islcmlcri icin
gerekli bir dizi rnaskenin, ~ekil J 4.17b'de gosterildigi gibi devrcye eklenmesi gerekir.
678
Boli.im 14.6
Tek Parca Enlegre Devre-VEDEGiL Kaprsi
p- Tlpi Silisyum Pul Haztrlarna
Buyukkulceden dilimlcnmesinden sonra, p-tipi silisyuml.-pul, ~ekil i4.17b'dcki
yapryi elde edecek §ekilde ust uste bindirilir, cilalarur ve temizlenir (~ekil 14.Sa).
Aynca)yUzeyi daha da dtizgunlestirmek ve cilalarna ve rernizleme sirasmda zarar
gbnnUf6labilecck ilk pul katmanmrcikarrnak icin kimyasal bir islem uygulamr.
BolOm 14
Entegre Devreler
679
~,-~ :I I 4. I •J n-tipi epitaksiyal diliizyon l~mi sonras,nda p-!ipl silisyum pulunun durumu.
/
i
!
c;okeltme isleminde kullarulan cihaz, bir rad yo frekans (RF) enduksiyon bobini
ile cevrili uzun bir quartz rup icerir, Pullar, tekne adi vcrilen dikdortgen bir grafit yaprrun iisttine yerlestirilir ve ~ekil 14.20'de gosterildigi gibi bolmenin icine yerlestirilir. Gaz halindeki katki maddeleri ortama verilirken, RF bobinleri de ortanu
l !00°C'nin iistiinde bir srcakliga kadarisrnr. i§lemin tamarm, uygun yuzey temasi
gclismeyi saglamek icin dikk:atli bir sekilde gozlenir ve kontrol edilir.
(b)
S!.!l.. ii 14. IX (~) P\11 haurl:anla(.b. Ul!ol Us1-.: bindinllc
ve cilahun.t ttl;1_ma.,1: (h) 11-ti1,i ,ilisymn
'pul. l(a) Mocorul:i lnc.'ln i1uiyk:: (b) T~.u.,;lnsirun1en1~ lnc:.'in it.niyk:.
n-tipi Epitaksiyel (Yuzey temaslt) Bolge
Daha sonra Sekil 14.19'da gosterildigi gibi, p-tipi alt katrnarnn icine n-tipi bir
epitaksiyel (yuzey temash) bolge nufuz ettirilir (difuzyon). Bu bdlge, alt katrnanla
farkh iletkenlik dilzeyine, ancak ayru kristal yapiya ve yone sahip tek kristalli bir
yap, olusruracak sekilde r;:okeltilir. Aktif ve pasif elemanlar i~tc bu inee yuzey remash tabaka icine nufuz euirilecektir. p-tip alan esas itibariylc dayarnkhhgr arnrmak
ve kullarurru kolaylasurmak icin yapiyr kahnlasuran bir desrek yapisidir.
680
Bolum 14.6
Tek Parca Entegre Devre-VEDEGiL Kaprsi
~,·~i!1-1.211 EpttakSiyel!abakantn ¢kellilmesi.
Bolum 14
Entegre Devreler
681
Silisyum
Oksidasyonu
(Si02)
Sonucta olusan pul, Sekil 14.2l'de goriildiigil gibi Si02 (silisyum dioksit) yuzey
katrnarn olusacak sekilde oksidasyon islemine tabi tutulur. Bu yuzcy katmaru, n-tipi
yiizcy ternash katmanm icine yabanci maddelcrin girmesini onleyecektir. Bununla
beraber bu katrnarun secici bir ~ekilde kazmmasi, silisyum dilimin tasarlanan 11-tipi
yuzey temash bolgelerine uygun katk1 maddelerinin nufuz etmesine izin verecektir,
:id i I 14. 2 I ~ckil 14.I R'<lcki pulun SiO, tabakasuun ~kcltilmesiodco sonraki dnmm.
Oksidasyon isleminde kullarulan cihaz, pullann bir tekneye (quartz) yerlestirilrnesi ve quartz bir tupe konulmasi acrsindan, yiizey temasi katmamn olusturulmasmda kullamlan cihaza benzer. Tipik:olarak,_aym anda 20 civannda pul ahrnr. Ancak bu durumda tupun ctrafma, sicakhg. 1100 "C'yc yukselten bir direncli
1s1t1c1 sanhr. istenilen Si02 katmaru olusana kadar oksijen islak veya kuru bir bicirude verilir. Son gelismelerden birisi, islern sicakhjhru azaltrnak amacryla kap
icindeki atrnosferlik basmci yukseltmektir. Basmctaki her I atrn (atmosferlik) arns
icin, gerekli sicakhkta 30°C'aza)ma olur, 10-atm .basmcta s1cakl1k_-300°c·ye kadar
dusurulebilir, Silisyum, 800°C'de cokuygun davramr, fakat J lOO?C'de davramsi tamamen degisebilir, Dil§ilki~lem sicakhklannda aynca oksit kalitesi.arrar, baski azahr
elcman tasanm krsrtlamalanndan bazilan azalir vcya tamamen orradan kalkar,
,, ·! d I-!.~: Mikroi1l•mci-kon1rollO fotodin,n, modUID (M~orola lnc.'in izniyle)
Bir sonraki adirnda yahum difuzyon i§le~i~~~azrrlJ.k amaciyla Si02 tabakasmm anlacak bolumlerini belirlemek uzere daha 'once anlatilan maskelerden biri kullanilir,
Maske, Sekil 14.23'te goriildiigii gibi;f1tod~~ciriiizerine dogrudan konabilecegi
gibi, ~ekil l4.24'te gosterildigi gibi maskeden de .ayrilabilir. Pulurr diliniin uzerine
iliiii:#'.rr1ihln;.
dogrudan konuldugu taktirde, 1§1gaj ij6yarh
n'idsk? deseniyle .kapatilmayan
bolgelerine poz vennek i~iiiinorofe51bff1~lktiyglila111r{~ekill423).
.
. -·-· -· ....
· .·
·: ..
ve
Maskclcmc dcscnl
Oksidasyon suresi, oksit tabakasrmnkahnhgma ve .istenen kaliteye bagh olarak
birkac saatten 24 saate kadar degi§ebilir.
Fotolitografik (1~1~la tas baski) [stem
Si02'.in se91ci.biqekildeJcazmmas1, 1§J.k1a baski islemiyle gerceklestirilir, Pu! ilk
once'/ $ekil 14.22'de g5~~in sistern vasitasryla, ~ogunlukla fotodirenc .olark adlandmlanince bir1§i~a: dt1yarh :rabakayla kaplamr, Fotodirene uygulafoisltamamen
mikroislemci denetimHclir>~ekiIJ4.22'ni11 sol tarafindaki bolgede gortite~ ah§ rep-
pulla~
oiu~u~. rion~mm,
silerinin uzerinde bir
ytglri1
yuksek basmch zimparalama,
sudan anndirma (dehidrasyon), direnc kaplama ve hafif pisirme islemlerini otomatik
olarak yapar; daha sonra da sert pisirme uygular ve pullar OIU§UT.
682
Boliim 14.6
Tek Parc;:a Entegre Devre-VEDEGiL
Kaprsi
Boliim 14
Entegre Devreler
683
Eide edilcn puldal_1,X~onra pozla!lrnaYan: ·~iia duyadi maddeleri ternizleyen kimyasal birsozeltiye sokulur, Bµ noktad~ yqifrii~111 qoyunite~iti•.($ekil 14.2J'_te S~S),
$eki_l.J 4:25'teki.gibig6ziikti/.biifia.sl%tl
~h~lt.ii fo_todireµ~_-llialzemesjyle
kaplanmayan
Si02 tabakasim .•
Difii;yon i§l¢111(ia~
rnamlanmadan onceki son adimda, -1§1ga duyarh ~addeler 9oz~ltiyle temiz!6ni/ Bu noktada.yapi $ekil 14,27'deki gibi gozukecektir.
bolg~lerdela
ikiri~i'$.ir
_iemii'i~yecektir. _
Yahtrm Difuzyonu·
1-C.l 600 HT Mimliin
Pn\jeksiyonlu Oa:,;~1·;.s1s_1em1.
!;,,:~ii
d'crkm-Elmer Joe. tn Izniyle.)
$ekiU4.27'deki .yap, daha sonra, p-tipi difuzyorr.islemine.tabi tutulur; bunun sonucunda: da $'ekil -I4,28'de .goriilen 11-tipi adaciklar o.l1.1§ur. Difuzyon i§lemi,JHipi
. adaciklar ar~~inday~gun-katk1b.p:,ipt.~foooige (pf ile;gost~rilir) olu§t~ruript·MJ. ·--·-- . ··--.· :-·-··-·--·:.·-- ·-··-.·,·.--· -_.
. -·!
geleri, il-tipf adaciklarda O!U§turufacii.Jcaktifve pas if elernanlar arasrnda daha iyi - ya1Jt1m oz~llikleri'saltar.
- - -: '"-- • .·_ _._••. ,.
•
.
\, i--il I -L:.l i·~ i,a!!Jil!b::
yojucm, prujcksiyun (izdusum) bas'.m1 olarak adlandmhr. Cesitli bolgeleri ortaya cikarmak (pozlamak) ir.;i_n optik cihazlar kullamr.
Bu yaklasnmn en onernli avantaji, maskenin pul yuzeyine yabanci madde sokmamasidtr. Bu yaklasim son senelerde giderek daha cok kullarulmaktadrr,
,.2.,
Si!- ii I
~<kil 14.23'deki yonga111n. ortaya c;1kan1nmn11l fot0<Hn:r1,· bolgclcrini.n frtk:,nlmastmla,,
sonraki kesiti.
1s1:c~y~~nr:ir:1::t:i~~~~r~r1rr;J!otf!~fh~k~Jtlv25j~:v;~s;~z:-~~:;:~::t~;i~;
O!U§Ur. Difuzyon islemi nomutlde
)d ii 1-L~°r, ~e~il.J.~:25'in kapa-111111,m,~ Si02 bi)lg~l.erl~in_.,_1.lc..1nlmasmdanisonrJ1d kcsiti:-"·· ...
___
I
Si02
_\
_
(jikanl-
Kaprs:
Bolilm 14 Entegre Oevreler
masmdun sonraki kei.il i,
684
Bol!im 14.6
Tek Parca Entegre Oevre-VEOEGiL
Ytiksek srcaklikta difi.izyon islemine altematif olarak iyon ekimi (iyon implantasyonu) kullamlabilir, Katki iyonlan huzrnesi Iyon htzlandmcr tabanca, kalem boyutlannda olan bir katki iyonlan huzrnesini cok yuksek bir hrzla pulun uzerine gonderir. Bu iyonlar, diger yontemlerdeki 2.5 µm.ye.kiyasla,
0.5 rnikron duzeyinde
kontrol edilebilen bir diizede ortama i§leye~ek<ir;}:3u teknikte kontroliin daha da artmasma ek olarak, isleme s1cakhg1 cf~ij~dil§iikriirve da~itJok elektriksclparametre
kullarulabilir. Giiniimiizde bu yo~!€~in.JemeLlcuHai.i,m alaru. baz bolgesi difuzyonudur. 2aman1a ve
da mumkun olacakur,
Sckil I-U7 ~~kil 14.26',nk:,lon
· fo10<lirc~ malzemesinin
i200~C'.: .cfv~iJ:!d~'diu~:ti;·,.
$eki! 14.29'daki sistem
ramamen mikroislemci kont~ollildtir (b"s~'t iici;~~le1~c vasrtasryla). Uc-dorr ki§i 16 n.
nru ~ah§t!rabilir; teknelcrin frnnlara verilip geri ahnmasmdan, s1cakhgrn ve karki
seviyesinin izlenmesine kadar geri kalan biitiin isler bilgisayar tarafmdan kontrol
edilir.
gerek.li ctegi~ik1ikic/1~;iY~cr&ci1illzyo;;1ari
685
Baz ve Emetor Diluzyon lslern!
Yahnrn difuzyonundan sonra baz ve emeror difiizyonu gerceklestirilir, Bunlann her
birisindeki islem adimlanmn sirasi, yahum (izolasyon) difiizyonunun tarnrmnda an-
tilanlarla ayrudir, "Baz'' ve "eme1df ie{ifulirftizfoikiCJa'nsiSt6ty~p1s{ylailgi olmasina ragmen, her bir elemamn (direnc, kondansator ve diyot) gerekJi k:1siiiiian (katmanIan) her bir difiizyon islerni sirasmda -olusturulacaknr. Yaliuma, b;~ ·ve emetor difuzyon islcrnlerinden sonra VEDEGiCkap!Simnyiizey gorlinii~ii ~ekil 14.3l'deki gibi
olacakur. Her bir islemde kullarulanrnaske de her bir fotografm iistiinde verilrnistir,
Baz ve emetor yayilrna saykrllanndan sonra transistorun kesiti ~ekil 14.32'deki
gibi olacaktir.
On
omik Oyma
lyi bir omik koruagin hazirlanmasmda; 11'". bolgeleri (Bolllrn 14:4:e bakrn) ~ckil
14.33'teki acrk renkli yapi icine rilifuz titlrifir: As;Jk rrinki(aiariiarit1naske deseni
arasindaki uygunluga dikkat edin:· ·::-c :,
·. . .. · · • · · .
··..
· ··
Metallestlrme
Son maskeleme deseninde her bir.elemarun, meralik kontak yaprlmasr gereken
(a)'--------
Yahurndlfuzyonu(r,.aske)
c.. , . -1
,q Mikroiilcmci kootrollU diflizyon i~lemi (5-i~lik pullarla ~•hin>U). (Mocorola lnc.'in iuiiylo.)
Sc,1 14 ·-
'-.··~
·:LJoj
Bir sonraki maskeleme ve difiizyon i§lemine hazrrlik olarak, pulun yiizeyinin tamarru ~ekil 14.30'da goriildiigii gibi Si02 ile kaplamr.
I
Ycnl SlOl lc.atman
Orljlnal SlOl lc.atman
Yahumdlftlzyonu
S~kil 1-1.:HI Bir sonraki difo,yon i~le. mine h:mrhk ~in. tUm pul yUzeyi
Boliim 14.6 Tek Par~a Entegre Devre-VEDEGiL Kaprs:
Emetordifiizyonu
DD
· Baz difuzyonu
Sd,, I I ,t. _; l Maskeler: (3) tlim difiizyon i~lcmindc, kullamlai):.(1,)_y:11111111•.baz vc emetdr
,111uzyonu i~leminin ardmdan tek par~aVEDEGILkopL\lilloyilzcyiitin{iorunU~U.
Si02 tabalc:a51y1a kaplamr,
686
Baz difiizyonu (maske)
Emel.ordifiizyonu (maske)
Boliim 14
Entegre Devreler
687
I
Bazdifiizyon~ ~
Emetor difiizyonu
Ost I
plaka)----->-.:.:.
/11-tipiyuuytenwlt biilgc
.),.'kii 1-'.3 -~ ll:11. ve CIIH!lijnlit'iit.>'(lllll
~011ras11kfa 11·111,sb1ii1i.in
J..:csil~.
G6vde
ta~•r..•cilan
\
\
On-omik oyulmasr
.';dcil i ~:.J3~ekil 14.3l"deki·yc,ngail\Ol,Oll,.;~,ikoyma
yozcy g6rlinO~_il:-yaiwa_i~~-kull_:,.rl\1_.ii~--~i.1Ske
(M~orol• Moni1or'un izniyle.)· ·· ·
dmdan
i~1tJii;intg01UJiI:Jt!kiec:lir.
·
~,:kir 14.·:_.}f.Me1.tliz:iS)·oo i~kmii\i.1.1.
unmn11l:mm1i.bi~imi.(Moiorola
OIIOl''lin ii!liyll.'!.
Mo~
bolgeleri\lle!lir. Daha sonra pulun tai-nam(ince .bir aluminyurn, alun, molibden
veya tantal (hepsideyiikselcilcikinlik,
kaynama noktasma saI-iipbirir metaldir) tabakas1yi~k:apl;io1rye
sonr~geiektigi gibi daglanarak (ll§mdmlal"llk) is-" •.
tenen: iletim, baglanti[ii,i-1
ediJir. T~rna1nlanan metalizasyon i~leminin • bir Io-
buriJ~n
duiiik
clJe
.· .
(a)
\>
togiafl~~kil 1434't~g5~iiri~~kicdir.
<
Tekbicimli (diizgiin) bir iletken mali6lµi; illbakas1 olusturmak i9in en sik kul.lamlan )ki yootern. l>uharla~tuma ve M~k.iir.triledir. Ilkinde kaynak, rnetali buharla~ti(i;1~ i~in ll;l<!tal
b~binleriyle
veya elektron tabancasiyla bom.bardiman edili~.
so~ra metalizasyon rnaddesi, ~ekil I 4;35'te gosterildigi gibi,
r:iatia
i:;1t~a
er.itilir
. masalarla bir kasnak vcya yanm kiire icinde iutulan pullann uzerine piiski,irtiilii: .
.$ekil 14.36'daki gibi robot birimlerinin kullaml<ltgt otomatik puskurrrne sistemi, oldukca negatlf bir potansiyclde olan kaplarna meralini, pozitif bir potansiyele sahip bir
· anotun karsisma yerlestirir, ancak metal, anota degrnez; Plakalar arasmaverilen, omegin
argon gibi asal bir gaz, negatif plakayi bombardrman ederekmetalin yuzeyinden pozitif
jyonlar- kopanr, Daha sonra "serbest" metal iyonlan anot yuzeyiodeki pullann uzerine
duser,
Goriirar.miun d;ha:dii~iik-olmas1 nedeniyle sik sik puskiirtme teknigi-tercih edilir. Bu yontemde keskin jonksiyonlar (birlesrne noktalan) uzcrindc daha duzgun bir
depozit tabakasi elde edilir. Onurnuzdekiyrllarda. puskurtrne ve buharla~urma yonternlcrinin, i.iretim saykilmda metalizasyon roltinii paylasacagi aciktir.
688
Bolilm 14.6
Tek Parca Enlegre Devre-VEDEGiL Kapisr
(bf
~dil l~..1.'Mc1.1lboharla\11nna··1em·
1~
Boliim 14 Entegre Devreler
· yeoidcn L.onumlan,.hrilm:,~,.
·
meleba"swno mela 11e·nmn
(Mo1orol;~
lnc.'!n
izniyle)
689
I
Test
Pul kahplar halinde kinlmadan once ~ckil 14.38'deki test sistemiyle her kahp
(die) uzerinde elektriksel bir test uygulamrvSistem, pulun "ellenrnesini" daha da
azaltrnak icin, karosel (carroiis6Ifk:ullanmak~iireiiyle. pulu otornatik olarak yiikler/
bosalnr. Uretim saykihmn
~ogunluiu~d~ oldugu gibi bu i§lem de mikroislemci kontrolliidiir. Her bii:IC i~iri bir prob karu vardir; bu kart, hem hatah par·
calann reddedilmesini, hem de hata turunun (a91k, kisa, kazanc, vb.) belirlenmesini
miimkiin kilar. Hatah kahplar (parcalar), sistem tarafmdan otornatik olarak kir-
buyuk
~,'k 11 I J. ,1>01onHllik PU>kUo'I·
-n-. S1~1Cmi: (Malcrials Research
, ,;rrora1io1l'in izniyle.)
mrziyla isarctlenerek tarumlarnr.
Paketlemc
Pasltlestirrne
Yapmm tamarmrun yiizeyine kapla_na~ Si(h tabakasr, su buhanna ve bazi kirliklere karsr etkili bir koruma tabakasi olusturacakur. Ancak bazi metal .iyonlan SiO!
tabakasrru gecerek eleman karakteristiklerini bozabilir, Kalite bozulmasim en aza in·
dirmek icin, pasiflcstirme islemini iyil~Cirtnek amacryla yuzeyc bir cam (plazma silisyum nitrat) tabakasi (2000-5000 A kalmhgmda) uygulanir .
....
:- -- -·.
.,.
i
Mctalizasyon ve test i§lemletf.1~iria;lijaridikti111 .sonra, pulun tck tck yongalar
halindc .kmlmasi gerekir.
gosterilen cizmc ve kirma i§·
lemleriyle gcrccklestirilir. Daha
hef yonga ~ekil l 4.40'taki forrnlardan bi·
risinc pakctlcnir .. Her birinin adi §ekild(gli;(crllmi§tir.
Bu}}§fki(. !4'.39'da
so~'?a
_
I
(Di
. 9
i
(a)
--
Yahulrrus bolgeyigosterir
Sc:~ ii 14.
690
J.c-,c,;)J
Me111U~tirilmeyigosterir
,7 :jelcil 14.ITdelci VEDEGIL. kapismm tek par~a Y"P'"·
BolOm 14.6
Tek Parca Entegre Devre-VEDEGiL Kaprsi
(h)
S1.:k i I I ~ .. ~:-.. Tck tel kahplann clcktrik IC:Mlcrir:in 1:1;1,lm;.i."1. Ha> EJcc1ro~Jas lnc.'il\ i2niylc: (h) Texa:,;;
Insmnncnts'm izniylc; (c) J\u101\t:tits, No~h Amcdc.on Rod:.wcJI CQrporalion'\m iwiylc.j
Boliim 14
Entegre Oevreler
691
14.7
iNCE VE KALIN FiLMLi ENTEGRE DEVRELER
ince ve kahn filmli entegre devrelerin gene! karaktekistikleri, ozellikleri ve
go-
ninusleri benzer olsa da, bircok acidan tek eruegre d~vrilerden fakhdir, Bunlar, yaniletken bir pul uzerinde degil, cam veya uygun seramik malzerne gibi bir yahtim all
katmarunm yuzeyi uzerinde olusturulur; Buna ek olarak.yahtkan yilzey uzerindeki ince
veya kalm · film teknikleriyle sadece pasil' elernanlar. (direnc, kondansator) ilretilir.
Alctif elem~n..lar (transisrorler, diyotlar) ise pasif elernanlar olusturulduktan sonra yapmm yuzeyine aynk elemanlar olarak eklenir, Aynk aktif elemanlar cogunlukla tekpari;a teknigiyle iiretilir,
.
ince ve kalm film teknikleri .arasmdakitemef . fark, pasif elemanlan ve metalik iletirn d6senini
olU§l~rmakj~f~(kuiiiwiari
Wemdir.
Ince filmli devrede
·
.· .·
.:
·., ... :·.,:·i······· ...,,.
· ··..
I
buharlasma veya katot-piiskilrtm~tekriigi/kiihn filmde ise ipek-orgu teknikleri
kullamr. Onceliklerimiz, b~rada bu j§lemledn ayrmnlanna girmemize elvermiyor.
·.··.:· . · :i.=>.: · .' ..
·.·
·i, ;: ! '. ·:; 'Tck pulun t\!k bir yoogayi, (a) i;izih1~si vc {h) kmln~•1s.,. (Sold;tki: Au~on.c1ic~. ~o.~~1 ~l~tcr:c,ul
Rockwell Corporauouuo. onada\..i; Texas lns.uunlel\lS \'C sagd.:,k1: Motorol;\ h\t;. ~irl~tlcnnm 1z111knyh:.~
.'-:C
Gene! olarak, filmli d~:vi~lerinpasif elemanlan, tek IC'lere kryasla daha
genis bir deger arabgma>~e
az toleransa sahiptir. Aynk elernanlann kullarurru aynca filmli devrclerin tasanm esnekligini de artmr; ancak sonuctaki devrenin daha bliylik olacag: da aciknr, Aynca, cok sayida eleman iceren filmli devrelerin rnaliyeti, gene! olarak tek parca entegre devrelerinkinden onernli olcudc
daha
yuksektir.
14.8
KARMA (HiBRiD) ENTEGRE DEVRELER
Karma entegre devre terimi, cok-yongah 9e§illi entegre devreler icin kullarnhr ve
film ve tek parca tekniklerinin birlikte kullamlmasiyla olusturulabilir, Cok yongali
entegre devrelerde, ~e§illi elemanlann veya ayn devre kiimclerinin olusturulmasi
icin film veya tekparea teknigi kullamhr; bunlar daha sonra yahtkan bir altkatrnan
iizerindc birbirine baglarur ve ayni arnbalaj icine paketlenir, Bu tip entegre devreler
~ekil 14.4 l'de gorunmckredir. Daha karmasik bir karma entegre devrede aktif elernanlar yaniletken bir pul iizerinde olusturulduktan sonra Si02 gibi yahtkan bir tabakayla kaplarur. Daha sonra SiOi ilzerinde pasif elemanlan olusturrnak icin film
teknikleri kullamhr. Si02 tabakasi ilzerinde kesilen "pencereler" vasitasryla' filmle
tek yapi arasmdaki baglannlar kurulur.
'··- ., :' ·. , .. 'U 'rek par~a paketleme rckoiklcri: (a) dilz pake11<me; (b) ·~o (1op-lia1·~.tpka1
· tipi pakerleme: (c) i;i(1.s1rnh plastik. pakctlcn,e. (Texas lnstrumertt'u\ izniyle.)
692
Solum 14.6
Tek Par~a Entegre Oevre-VEDEGiL Kaprsi
BolOm 14
Entegre Devreler
693
_J
.
Kamm (I librid) Entcgre Dcvrctcr. (Tcxa.s. lusuumcms'ln1zniylc.}
Yukselteclcr, Bff ve FETdevrel~ritis:~ten,genellikle IC devreler icine paketlenen
ve gerilim veya akim kazanci saglay~{dektronik devrelerdir. Ayn ca gtii,: kazanci ya
da empcdans donii~liirme de y;p~biiii/!1fatikteher elektronik uygulamanm ana lasrmru olusturdugu .icin. temel bit':deiri(blmaozclligine sahiptir. Yukseltecler daha
once de gordtigilmilz tizere·i;:e~itliy8ifatdan smiflandmlabilir, Her birisi ongorulen
frekans arahgmda i;:all§an dii§tik:fi"ek~ii~yilkscltes:leri, ses yukseltecleri, ultrasonik
yukseltecler, radyofrekans (RF)ytikJelt~eleri,genis band ytlkseltecleri ve goruntti
(video) yukseltecleri vardir. Daha once; ktii;:tik sinyal ve bilytik sinyal yukseltecleri
ile RC veya transformator bagh yukseltecleri incelemistik,
Fark yukselteci, .r;:ok i;:e§itli uygulamalarda kulamlan ozel bir devre tiiriidi.ir. Gelin,
fark yukselteclerinin temel ozelliklerini ele alarak baslayahrn, Fark yukseltec biriminin blok.sernbolu ~ekil 15,l'de gosrerilmistir. Gorulecegi uzere iki ayn giri~
\
Olrlfi--
\
----Cib,1
I
biol
694
Bi:iliim 14.8
Karma (Hibrid) Entegre Devreler
Fark yOksclfccinin
~Clll;ISI,
695
(1 ve 2) ve iki ayn r,da§_ (3 Y~. 4} ucu vardrr, Fark yukseltecinin
nasil uy-
gulanabilecegini anlarnak icin, ilk.once buuclar arasmdaki iliskiyi incelernemiz gerekir. Giris veya t,tkt§ uclan toprag,(gorefark!1.potansiyelde olabildigi icin, Sekil
15. l'deki toprak baglanusirun farkh gost~rildigin~ dikkat edin. Gerilirnler, giris u9lanndan birine veya her ikisine birden uygulanabilir ve t,1k1§ gerilimleri, her iki 91k1~
ucunda da gonilecektir. Bununla beraber, her iki giri~ ve 91k1§ ucu arasmda cok ozcl
sinyalinin ve 3. uctaki V01 9tla§mrn blok ve devre semalan gosterilmektedir. Blok
semada. sinusoidal bir giri§ ve yi.ikseltilnti§, terslenmis bir 91ki§ oldugu goriilmektedir. Devre semasrnda ise, -~intisoidal.gi.1-'i§in ve 91k1§m da kollektortindcn.
180° terslenmis olarak abnd1g1 gorulmektedir kl, 'ieic kntl; transistorli.i yukseltece ili~kin eski bilgilerimize dayanarak bekledigirniz de budur.
bazi kutup (polarite) iliskileri vardir.
.
~ckil 15.2'de. a§ag1daki incelemede kullarulaca]; olan temel fark yi.ikseltecinin
blok ve dcvre §Cmas1 vcrilrnistir. Blok §Cm~da iki 1;1iri§. vc iki 91k1~ gosterilmistir. Girisler iki ayn transistoriin ~azma uygularur, Ancak gorillecegi uzere, V,,1 ve V,'2 i;:1kt~
uclanrun rck ya da iki gir1§ sinyalinden etkilenmesini saglamak icin transistorlerin
emetorleri, ortak ernetor direncine baglanmisnr. <;1ki§lar, transistorlerin kollektor
uclanndan ahnmaktadir. incelemeyi kolaylasurmak actsmdan giris ve r,1k1~ uclan da
numaralandmlrrusur, Devre semasmda iki kaynak gerilimi vardir; ve pozitif ve negatif gerilim kaynaklarinm.karsrt uclarrrun topraga bagh gibi anlasilmasma ragmen
clevre icinde hie bir toprak ucu gosterilmedigine dikkar edin. Yukseltcc, tek bir gerilim kaynagiyla da cahsabilir,
~d ii 15 .. \ Farl< yiikseltecinin tek giriili olarak
,a1i~mas1: (a) hlok ~ma~ (b) devre ~mas,.
4
II,
·'2
---'2.
'
2
I----•,;,
4 ·----V,,l
(a)
-~~kil l~.2 Temclfot1(yuksel!eci:
M blok l(>lllu: (b) devre IC"'""·
(b)
Tek Glrisll Fark YOkselteci
ilk once, l. uca tek bit sinyalin uyguland1g1; 2. ucun ise (0 V'a) topraga bagl: oldugu bir fark yiikseltecinin calismasim ele alahm. Sekil 15.3'de l. uctaki V;1 giri~ .
696
Boliim 15.1
Giris 2 topraklanrms oldugundan, 4. ucta t,tkt§ yokmus gibi gorulebilir, ancak bu
dogru degildir. Sekil 15.4'teki blok sernada, 1. uctaki V;1 girisinden kaynaklanan 4.
uctaki V,.2 <;1k1§ma sahip fark yi.ikseltecin cahsrnasigosterilmistir, I. uctaki V;1 giri~i.
topraga gore kucuk sinusoidal bir gerilirndir, Emetor direnci, her iki ernetorc de
bagh oldugundan, V;1'den dolayi olusan gerilim, ortak ernetor ucunda gortlnur. Topraga gore i.il<;ulen sinusoidal gerilim, devrenin, emetor izleyici islevinin sonucu olarak V;1 ile aym fazda ve onun yans1 kadar olacaknr.
Devrenin, ernetor izleyici gibi davranan kisrru ~ekil 15.4c'de gosterilmistir, Devrenin gosterilen ernetor izleyici k1sm1 i9in Q,'in bazma uygulanan giri§, Q1'in emeti:iriinde aym polaritede ve onun yans1 kadar goriinilr. Emetor izleyici devresinin kazancm birden daha az oldugunu (polarite terslenmesi olmaks1zm) hattrlaym. Bu
emetor sinyali topraga gore ol9illmii~tiir. ~ekil 15.4d, devrenin, i;:ah~mas1 emettir geriliminden ctkilenen Q2 transistor lasmin1 gtisterrnektedir. Q2'nin emcttiri.indeki gerilim, Qi transisti:iriiniinkiyle aymd1r(emetorler birbirine bagland1gmdan) ve bu· gerilim Qi'nin emetori.iyle toprak arasmda veya Q2'nin baz1 arasmda goriinilr (topraga
bagh oldugu i9in). Eger Q2'nin emetoriinden bazma olt,iilcn gcrilim, gostcrildigi
Temel Fark Yukselteci
Botiim 15
Dogrusal Entegre Devreler: ii;lemsel Yilkseltei;ler
697
oldugunu gorebiliriz. Buna ek olarak, bu <;lkt§lar ters kutuplu fakat aym genliktedir.
Sonucta, (~ckil l5.5a'daki gibi) 3. uctaki s:dCJ.§, 1. uctaki girise gore ters kutuplu
iken, 4," uctaki i.1kl§in 1. w;taki giri§le ay111 kutuplu oldugunu gorebiliriz. Onceki bilgilerimize dayanarak, burdan',2;'uca uygulanan bir.:,giri§in (1. uc topraklanrrus),
~ekil ,1S.5b'dc gosterilen ylki§ gerilimleri ilretecegisonucuc;ikar.
~i~i, V;, giri§iyl.e aym f~da oldug~ taktirde, Q2'nin bazmdan emetorune ol<;Ulen gerilirn, ters polantedc aym ~_inyal olur. Boylece Qfnin bazmdan emetorunc olyilldUgil
Zaman V;1 'in genliginin yariSI ciVartnda.btr gerilim elde edilir, ancak bu sinyal V. 'e
gore te'.~ ~~lari~ededir. Q2 tiarisistoriiniin yukseltrne ctkisi ve Rc2 yilk direnci, Q2·~1in
kollektorU iizerinde, Q2'nin baz-emetoru ·uzerinde bUyiiyen sinyalden yukseltilen vc
terslencn bir 91k1§ saglar,
i
Fark yUkselteci devrelerinin 9ah§mas1 icin yalmzca tek girisin kullamlmasma el
olarakher iki girise de sinyal uygulamak miimkilndiir; bu durumda iki 91k1§ ucund.
ters polaritede yllo§lar gorunur, tki giri§ sinyalinin ters polaritede ve ayru genliku
oldugu durumlarda genellikle yift uclu veya fark (diferansiyel) giri§ modu kullarulu
Bu durum, ~ekil 15:6'da gosterilml§tir.
.
I.•;,:,·
... "'
.J
V
v.,
3
·..---·····-··
i V,
1
(a)
sinyall
r..£\:,.·
-I
3 -·
-2
4
-.::
r~-2
i
I
i,;l '\,,
Baz-emetor arasma
uygulaµanyilkseltilmi~
ve tersine ~vrilmi~ sinyal
--J/
\ o,._
I
V.1..
\ \ J'-~
J..,,.
(b)
i
;
(a)
'·
+-l
r
.
{b)
/.-- \___
~
~/
(1 V11l
R-t \
- v.. .
H
rI
,:P-
Ayru gcrlllm bunda bezdan
cmctOro 6l~Qlmilft0r (g6rilld0jil
gibi tam :at yOndo)
Emetordcn topraga
(baza) 6l~Ulen genlim
·
I'
'I
=:
$,·k ii I :\.•I Fark yilksellecini111ck ~lu ?hJmas•.
'
Ozer olarak, V;1 .giri§i, giri§ l 'e uygulamr ve 91kl§ ucu 4 ilzerinde biiyiiycn v" ile
aym fazda yiikseltilir. 2. ucraki glri§ jopraklanmq olmasma ragmen, 4. ucta y~kl§
olusur, Aslmda, 1. uctaki girisln, hem 3., hem de 4. ucta 91kt§ sinyaline nedcn
BolOm 15.1.
Temel Fark YOkseltecl
f\:_,,-1
I
.L\:r
td)
698
4---
·v
'
lzleylcl elldsl
:i····
Re,
<,
EmetOr
·--,
ri..:;1-'· t
1
v.
I·.:.
J.
.1
,i
~.~v
l.
/
"1
11
~1
'
l '\ .\
~
--\., 1--
I
'
i
.,.__,.f
.,!
i",.:·. F,,rkhgh
!-1ny:\Hcnylc ~ahjm.1
~imdi her bir girisin 9ikt§lan nasrl etkiledigini ve olusacak 91k1~ sinyalinin ncbenzeyecegini ele almamiz gerekir. Bunu, her bir giri§i, diger giri§ 0 V'tayken a)
olarak uygulamyor gibi dii§iiniip sonucta her bir ucta olusan gerilimitoplam:
BolOm 15 Dogrusal Entegre Devreler: i~lemsel Yiikseltec;ler
i
69
Tek ve yift uclu calisrna durumlannda, yal1§may1 tam bir perspektif icinde gorrnek
siiperpozisyon (iist iiste eklerne) ilkesini uygulayarak yapabiliriz. ~ekil
15.7a ve 15.7b lier bir gi~. tek basina var oldugu zamanki sonucu ve ~ekil 15.7c
gene! (toplam) yah§may1 gosterir, L uca uygulanan girl§, 3. ucta ters polaritede yiikseltilrnis bir 91k1§, 4. ucta ise aym ·pol;ritede 'yukseltilmis bir c;1k1§ olusturur, Buradaki amacumz acrsmdan, giri§lerin C§it genlikte vc olusacak cikrslann V dcgcrine
gore esit genlikte oldugunu varsaym.
2. uca uygulanan girisin, ·4. ucta ters polaritcdc ytlkscltilmis bir c;1k1~ vc 3. uctu
ayru kutuplu yukseltilmis bir c;tla§ olusur, Girls genliklerinio aym oldugu varsayildigmdan cikislann genlikleriV'olacaktrr, Her iki durumda da <;1k1§lann her iki
91kJ.§ ucunda ayru pclaritederolmasronemli bir noktadir, Superpozisyon yonteminde,
her bir yu<1§ ucunda olup~ sinyaller toplamr ve ~ekil 15.7c'de gorulen devrenin
genel yah*mas1 elde edilmis olur. Herbir giri§ iyin c;da§lar aym polariteye sahip oldugundan her bir uctaki 91k1§, tek uclu ~ah§tnada uretilen 91ki§larm iki kaudir. 'Uygulanan girislerin aym polaritede olrnasi (veya her iki girls ucuna da aym girisin uygulanrnasi) halinde, her bir giri§ tek basma etkin oldugundan, tek basma calisan her
bir giristen kaynaklanan sinyaller, hez:.~ir y!kt§la ters polaritede; ve sonuctaki y1k1~
Sekil 15.8'de gosterildigi gibi ideal olarak O V kadar olacakur.
suretiyle,
icin, ~ekil 15.9'daki iki fark yiikseltecinin baglanusuu ele alalmi. Yukanda anlatdanlardan, yiikselteclerin ayru (ozde§) tek u<;lu kazanca sahip olrnasi halindc l.
katm y1k1§lanmn, girislerden yukseltecin kazanci' orarunda, buna karsihk 2. kat 91krsmm ise, 2. kata uygulanan girislcrden yUkseltey kazancmin iki kau orarunda
buyuk olacagrru biliyoruz. Ornegin radyo anteninden, fonograf toplama kartusundan, vb. gelen ba~lang19 sinyali tek u<;lud.ur ve bu sekilde kullaruhr, Bununla
beraber, ikinci fark yukseltec kati, kat kazancrru ilciye 91karrnak icin iki-uclu olarak
yali§tJnlabilir. 2. katm 9ik1§lanndan birisi (veya her i~.i~i de), sistemin bir sonraki
bolumu icin yukseltilmis sinyaller uretir, Farkli girislerle cahsmada esit ve ters po·_
laritede sinyaller gerekmesine ragmen bu. ozellikle rek 1.i'c; girisli kaun kazancmdun
sonra elde edilebilmektedir.
.i:
VJv Sadece ~ , 'djndolay1
·
G
_J_
I ·3-,._-.
----1~,
iJJ_v
V
Sadece
\'dcndolay,
Sadcce
v11·dendolay1
- 2~.,.,.
~
I
' t ... -
v '.i{ .
••. ·:~':J~·
i
r:P-2 _ 4i
V,/J'
V,
•2
t.,;J.. .- >
'I\ .
·'t \J
~
Sadece I\
'den dotny,
Seki I t 5.X Ayn• fo'-<la ~in·
+ i
(a)
'
t
k;,-j-~'.-~--v.,
y:1\lcrle ¥-1l111l111.1s1.
(b)
I
v,, ~ .
l
-5ckil 15.7 Yuselrecin fork!.- giri~·
(c)
700
krlc (ah1m:m; (a) V,"!:0: {b)Vi,~O;
(c) Her ild giri~ de ,,f,rdan farl:.h.
Bo!Om 15.1
Temel Fark YOkseltecl
BolOm 15
Dogrusal Entegre Devreler: i!ilemsel YOkselte4,ler
701
Fark yukselreclerinin temel ozelliklerini inceledik; §imdi de bazt devre aynnulanru . ·
ele alacagiz, Ozellikle, bir katur gerilim kazancim.ve giri§ ile ytk1§ ernpedanslanru
inceleyecegiz, ilk once, devre'.kavrmrjlatiniri tanittlrnast amaciyla aynk devre ttirlerini inceleyecegiz. Daha sonra fark' yUkselt~lerinin yC§itli kisimlannm IC tiplerini
ele alacagiz: ki bunlar, entegre devre §eklindeki islem yiikselteylerinde kullamlan
tipik devrclerdir. Aynk fark yukseltecinln temel devresi ~ekil 15. JO'da gosterilmistir. Giri§ sinyalleri, gene! durumdakaynak direncli gerilim kaynag1 gibi gosterilmistir,
·, . · · · 1
,,,!
!''
.'.Ycc,=:,t
:;;,::J:
I2V
XannaModel
:·.
. R
42kR
~
c,
42k{l
=
h1, 90
h,. .14.1 kn
. r,ModeU
fJ,. 90
,. •46n
I
-=250kn
h(N
2.
dogru gerilim kaynag1 ilc ileri yonde ongerilirnlenrnistir (bakrruz ~ekil 15.12a). De
gerilim ve akimlanru yozmck i9in bir dizi denklem yazmarmz gerekecektir. Bununla
beraber hesaplamalan daha dolaysiz kilmakiein yaklasik degerler kullanmak da
mi.imkiindiir. Omegin, Rs, kaynak ~i.renciniri<iizerindeki de .gerilim dii§i.imi.i, a§a·
gidaki hesaplarnada da gorlildiigii gibi, yok ki.iyiiktiir (mikroamper duzeyinde tipik
bir baz akirru oldugunu varsayarsak):
[o1Rs1 = (100 µA) (l ldl) = 100 mV = 0.1 V
Baz akmurun sadcce 10 µA.olmas1 durumunda Rs1 iizerindeki de gerilim di.i§iitnil, 10
m V olacaknr, ki bu da ihmal cdilebilir. Ote yandan 10 kQ'luk kaynak dircnci ile 100
;,A'lik baz akmu nedeniyle olusan l V'luk gerilim dii§i.imi.i ihmal edilebilir bir buytikli.ik degildir. Amactarmuz icin.igerilim d~§iimiini.in .kiiyi.ik oldugunu .kabuledecegiz (genellikle dogrudur) ve dahasonraki hesaplarnalanrmzda
sayimda bulunup bulunamayacag1m1:z.msaglamasm1 yapacagiz .
Vo1
;;;
0 V kabul edersek,
boyle bir var-
Voc =+12V
Oiri~ I
Rs,
Vs, '\..,
I kn
Rs2
IOmV
1 kn
Js
IOmV
2_;,/'
1
~
/ .. ov
....+-.----,
-T
~1..·I. ii I:=;:
11'}
·Yu
~
. Rs2 .. 1 kO
Temcl hark ylik.~l1a.·idcvrcsi.
Re
zo xn
\
VEe=-l2V
~t:I.. 1: l ~. I l lx,·1':mn de 6ngcrilim
'al11nda davraru~r.
Devrenin gerilim yiikselteci gibi yah§masm1 ele almadan once, devrenin nasil ongerilimlendigine bakahm. ~ekil 15.J l'de, devrenin ana de gcrilim vc ak.tm degerlerini gosterir. Sadece kaynak direncleri iceren ac sinyal kaynaklan O V'a ayarlanrmsnr. Qr 'in baz-emetor arasr, topraktan .baslayip, Rs, direncinden, baz-emetor
jonksiyonundan ve -Vee'ye bagh R~ direncinden gecen akmun yardrmiyla VE/:
Bmetor gerilimi,
702
B610m 15
Bo I Om ·15.2 . Fark Yiikseltecl Devrelarl
L.
Ve= VE1 = V01
•
V0e1
(15.1)
=0-0.7V=-0.7V
Dogrusal Entegre Devreler: iflemsel YOkselte~ler
703
Sirndi /e1'i a§ag1daki gibi hesaplayarak
V111 icin
yapngirm» varsaynrun ne dcnli
dogru oldugunu kontrol edebiliriz:
Vcc=+!2V
.,
IE1
IBi---htc + I
= 0.28
(15.4)
mA = 3.08
90 + I
µA
Ve1 = lo, Rs,= 3.08 µAx l kn= 3.q8 mV
\
..
Bu da dcvrenin diger gcrilim dtisilmlerine kiyasla ihrnal edilebilir. Seki! 15.12b'de,
devrenin ytla§ bolumilnun devre semasr gosterilmistir. Kollektor akimr, emetor aki-
mirun bulunmasryla elde edilebilir.
1(15.5)
=0.28 mA
(a}
(b)
ve kollektor gerilimi
(15.6)
~d,cil 15.12 l'orlc yiikscltccidevresinden b61il111ler: (n) giri~ oolumu;
(b)
= 12 V - (0.28 mA) (42 kQ) = 0.24 V
~,k,~ bo!Umii.
Fark Yukseltecl Devreslnln AC qa11,mas1
Bu dururnda RE direncinden gecen akrm:
IE=
v6 - VEE
(15.2)
RF.
= -0.7 - (-12V}·=11.3 v
20 kQ
= 0.565 mA
20 kQ
RE uzerinden akan akim, her bir transistorden gelen ernetor akimlarmm toplarrundan
olusur, Transistorler birbirine e§ sc'rildigi taktirde her bir transistorun emetor akirru
Re'den uzerindeki toplam akimm yansr olur.
le, = 1£2 = Is.
2
=~
704
2
mA
(15.3)
= 0.2825
= OV
mA s 0.28 mA
Bolilm 15.2 Fark YOkseltecl Devrelerl
Devrenin ac yalJ~mas1m incelemek icin butun de gerilim kaynaklanru sifrr olarak
ahp transistorlerin yerine kucuk-sinyal ac e§deger devreleri
koyacagiz. $ekil
15.13a, transistorlerin yerine karma e§deger dcvreleri konularak elde edilen ac qdeger devre yer almaktadir. Devrenin karmasik · gorilndiigti aciknr; dolayisiyla ti.im
devrenin analizi de kansrk olacakur. Burada da sadelestirrneye yardimci olacak bazi
yakla§tk degerler kullanarak hesaplan ayirmak mlimkiindiir; boylece devrenin kiiyiik
parcalan ayn ayn analiz edilebilir.
ve
oldugunu varsayabiliriz,
Boli.im 15
Dogrusal Entegre Devreleri lstemsel YOkselte9ler
705
Rsi
_.
Vsl
Bi
h,.
'v h1
l
r
-
hi, • flr.
R,,
I,,,
..
·~·
'::"
_'\,
1
'·'=·
(a)
(a)
-
vol
vol
(b)
t
· -; , -L. i! r
i .: Fark yUk.<;.eltccinin k.~1i ac C¥Jeg¢.rdevn:s~.
,.
(b)
~t.'f .. i1
RE ve REz direnclerinin paralel c~degeri, apg1daki dcgere sahip esdeger ac di-
1-=.. I_; Fark ytiksdlccinin ac c¥,1cicrdevrc:n: ta) kamt:t moUd; (b) r~ moddi.
rencini, verir:
RE
';.1iF!i:;, UfaCJM()
Qi_ transistorunun kisrni ac giri~ e§deger devresi ~ekiJ J5.14'de gosterilmlstir, Q2
transistorunun emetorunden balold1gmda, kilc;lik bir ac ~deger dircnci vardir ve
degeri,
h;.
R•2 _Rs+
hi,+ 1
(15.7)
~ekil 15. lO'daki degcrler ic;in
x 20.000 - 55.8
56 + 20.000
R,1 RE - 56
R,1 + RE
n
Fark yukselteci devrelerinde genellikle Re. buyuk degerl~re sahip oldugundan,
\ R£2>>Re2
olmasi halinde paralel e§degerin, Sekil 15.14a'da gosterildig] gibi yaklasrk Ri:;2. degcrinc sahip oldugunu varsayabiliriz. Sonuc;ta elde edilcn ac csdeger devreyi kullanarak ac baz akirmrun degeri a§ag1daki gibi
hesaplanir:
..
-~
R,2 = 1 kn + 4.1 m
90 + 1
706
I IR,2 =
= 56 n
· Boliim 15.2 FarkYilkseltecl Devreleri
Ih1 =
BOlilm .15
Vs, - Vs2
Rs+ Ii;, + (ht,+ 1 )R
_
-
Vs, - Vsz
2(Rs + h;,)
Oogrusal Entegre Devreler: iilemsel YOkseltec;ler
(15.Sa)
707
Vd
= Vs1 - Vs2'yi fark: giris gerilimi olarak tammlarsak:
' v.,
I,,.-
(;IKI$ DiRENCi
.
(l5.8b)
2(Rs + h;.)
AC QIK1$ BOLOMO
$ekil 15.14a'daki ac e§deger devreden hesaplanan yaklasik ~1k1§ direnci (hoe=
kabul edilmistir)
0
(15.11)
<;1k1§ gcrilimi,
$ekil 15. lO'deki devre icin R0 = 42 k!l'dur.
seklinde yazilabilir,
_<)RNf~K lS.J
(15.8b) denkleminde ifade edildigi gibi I,1 = l1J}1,1 ahrursa
Vn1- _
Devrenin ac fark ka,.:z~a~nc:::,:1
-hr,Re1 . V
t
·,-1
·h,-.Rc
J
I
(15.9)
AJ =12(~~ft:~;,) =I 20.;?~~6(1~0:103)
-1• 2(/3r,)
- fJRe-1-1--
-
-
R_c:I
2r,
devre degerlerini kullamrsak
AJ
I= 193
. . . i . '
3
R; = 2h;, +Rs= 2(10 x 10 ) + 1.2 x. to = 21.2 kQ
Ro =Re= 36 kn
I.Ir e
A cl$ekil 15.lO'daki
___/}_Re
VJ - - 2(Rs + h;,) - - 2(Rs + /3r,)
' -
(iiziim:
~ ..... -----------.
A,-,v"l-1 ·
/3rc >> Rs oldugu
,I
-
2(Rs + h;,)
=
/3 = 120, h;, = lOk.Q ve Rs1 1.2 Jill degerleri icin $ekil 15.lO'daki fark ytikseltecinin fark kazanciru (A,,), giris direncini
(R;) ve 9tki§ direncini (R0) hesaplayin.
Re1 = Re2 = 36kn, RE = 18k!l, h1• =
ORNEK 15.2
= I- 2(1 90ill;+
x 42 kn I=
4.1 ill
370.6
Q, RE= 10 kn. h1, = 80 ve Ve~ =.20 V, V££ = -20 V degerleri icin Seki!
15.JO'daki fark ylikseltecinin fark kazancirnn 250.olmasi icin gereken kollektor
direncinin (Re) degerini bulun.
Rs= 0
sonucunu buluruz.
GIRi$ DiRENCi
$eldl 15.14a'daki
giris direnci:
ac e§deger devreden, kaynaktan bakildtgmda gortllen devrenin
fr= VE- Vu
RE
IE, =IE;=
(15.7) denklemindeki RC2 degeri yerine k?nulduktan sonra
R; = R;1 = Ri2 = 2/z;, +Rs= 2(/3r. + Rs)
Sekil 15.lO'daki devre icin
708
(15.10)
.. Botom 15.2 Fark Yiikselteci Devrelerl
10 kQ
!.E. = 1.93 mA ::; 0.965 mA
2
2
r,=22.=_lL=
le 0.965
AJ
R; = 2(4.I Jill);+- 1 kn= 9.2 k!l
=12.J...Y.= 1.93 mA
=I
f:I
27 Q
ifadesinden,
Re= 2r;.AiJ = 2(27)(250)
= 13.5
kQ
Boliim 15 Dogrusal Entegre Devreler: i,1emsel YOkselte9ler
709
... ~ .. ~
r., = r.i = 90 fl de-
V;i = 0 V, V;2 = 5 mV rms, Rs1 = Rs2 = 0 n, Re= 24 ill ve
gerlcri iyin ~ekil 15.lO'daki devrenin V02 ytkl~ gerilimi ne olur?
(iiziim:
Ad=
1-Jkl
= ·71 x 1031
2r,
2(90)
1
. i
Makul bir de emetor akmundan taviz venneksizin yuksek bir ac direnci elde etmenin bir yolu, ~ekil 15.15'tcki gibi bir sabit-akun kaynagi kullanmakur, le degeri
sabit akim kaynagr devresiyle istenilen degere (-1, 10, 20 mA vb.) ayarlanabilir. Sabit akim kaynagirun ac direnci ideal olarak sonsuzdur ve pratikte 100 kil' - I MQ
arasmda degi~ir.
··
:'
Vee • ·ir··, , .,
! .:
= 133.3
iir'.
Re,
,~,l +.:
.
Vn = AJVd = At1(¥,;1 '--V,2) = 133.3(0 - 5 mV) = -0.67 mis
'°'\
·1 s.3
SABiT AKIM I<,\ YNAGI.
j ' •·
···.or"'.,
Sabil J\krm l<aynakh
Fark Yukselteci Devresi
Bir onceki devre incelemesinde dikkat edilmesi gerekcn onemli bir nokta,
R,2 << Re olmasi halinde RE degerinin \:Ok biiyillc- ve ihmal edilebilir olmassdir. Aslmda, Re degeri ne kadar biiyiikse, bir farlc yilkselteci devresinin bazi ozellikleri de o
kadar iyi olur. Re'nin ~ok biiyiik, olmasmm ternelnedeni, 15.3. Boliimde aynnulanyla incelenecek olan ve ortak i~reti basurma adi verilcn bir devre faktoriidur.
De ongerilim hesaplan, emetii((~e dolayisryla kollektor) akmurun kismen, RE
degeriyle belirlendigi gosterrnekt~ir'.. Omegin VEt::= - 20 V gibi sabit bir negarif gerilim kaynagi olmasi durumunda l O ill'luk bir RE degeri, emetor dire~ akmuru asag1daki oranda sirnrlayacaknr:
I
/
·- ·.;,.', ·:.. '
Direnc kullamlan bir sabit aktm kaynagi ~elal . .f-?.16'da gosrerilmistir. Istenen
sabit aknn, le kollektor aknndir ve R,, R2, RE direncleri ve VEE kaynagiyla ayarlamr.
20V =2mA
RE ''·'10 kn
Tercihen RE = 100 ill gibi daha bilyiik bir degcr kullarulmasi halinde emctor di~
Sabir akim kaynagr ne kadar iyi ~ah~1rsa,
= ..lQ...Y_ = 0.2 mA = 200 µA
100 ill
V8
bagk bulundugu devreden o kadar az
~tfi
VE
IE = .l.fJ.}:L = 20 µA
IMO
Goruleceg! uzere, kullanrlan RE degeri bilyii<iilkye, translsrcrun uygun ~ah§mas1 iyin
de emetor akirm yok dii§mektedir, \:ilnkii her iki transistorun emetor ve kollektor
akirm, zaten 9ok kiiyilk olan crnetor akimnun yansi kadardir.
B610m 15.3 SabltAlum
t<avneot·
-V~
BoJilm
) ,: • '., r'
.,~-~-h ....
.-----.-~-.i
ve RE= 1 Mn gibi \:Ok daha biiyilk bir deger kullamhrsa:
710
le de
ctkilenecektir,
rencinden gcyen de akmunm degeri ~oyle olacakUr:
RE
iiiiliit'ahm
iyi tasarlanmis fork yukselteclerin yapisi icin
kaynaguun kullamrru kri.
.
. ··.•.··-rJ'
,.
tik bir onem tasir, Devrenin aynk elemanlardan ·oiu~ri:iu~ tiplerinde ve hatta entegre
devrelerde durum budur. A~ag1da, her iki 'tip sa9~J~ii:(kaynag1 icin bazi ornekler
.
.
.
~h.J:..JJ_)
.
verecegiz,
Ayrtk Sabit Akim Kaynag1
fr=lli=
IE= fu
~ckil 1.'>.15 Sal>i1 ukun kaynakh
fark yuk.schc<:i.
QI.
·~
.. ~ekil 15.16 Aynksabit akun koyoajj,
15 -Dogrusal Entegre Devreler: i§lemsel YOkselt~ler
akirm le ~ag1daki gibi hesaplanir (li1,RE>> R2 varsayilrmsnr):
De ongerilirn
Vs=
Rr
VEE
R, +·R2
(15.12)
ve 91kl§ empedansi, .
(15.13)
ve
IE= VE - VE;E - le
RE
'~ ,' ,i)(
Ro
-~.
+
RE+
hr. Re
i1;, + R, I IR2
)
(15.14)
\
= lOOkn(I
Boylece, daha once dil§iiniildµgu, gibi, bir fark yiikselteci devresinin diger kisimlannda kullamlrnak uzere, bir kollektor veya sabit akirn uretilmis olur.
Sabir akirn kaynagmm ac sinyaUeriyle 9ab§mas1mn ne oranda iyi oldugunu belirleme konusunda onernli bir ozellik, ac 91k1§ empedansrdir, ideal olarak, ac 91ki§
empedansi sonsuzdur, ~ekil 15.16'daki devre icin, gercek 91k1§ ernpedansr, ~ekil
15.17'deki ac esdeger devre kullarularak bulunabilir. Bu ac esdeger devre~e 91k1§
empedansi §U denklern yardtrmyla hesaplanabilir:
Ro=
=_L(1
h,,,
+
l00(2ill)
)=4.06Mn
2 kn + o.5 kn + 5· 1 kn
:,,
"! ,
:•·
J.
2
.
.
.
: '
\
~1,+
11,,:·l ~:~RE+
·h,;RE
h;. + e,
I IR2
)
(15.15)
Bu deger ne kadar biiyiik olursa, sabit akimkaynagi olarak dcvrenin cahsmasi da o
kadar iyi nlu r.
I
5.1 kfl
~ekil 15.IH Omek 15.4'c air
~;1hit .rkun k:1ynu£:1.
-20V
I
h,,.
Zenerli Sabi! Akim Kaynag1
-Ro
$ekil 15.19'da gi:iriildiigii gibi R2 direnc.inin yerine Zener diyot konulacak olursa
Sekil 15.16'dakinden daha iyi bir sabit akim kifnag1 elde edilir. Zener diyot, akmu
sabit tutar ve akimm degeri;
· · · .·
·
. ·,
~~~ii I~. I 7
(15.16)
Sabi! nkuuh hir
dcvrcnin ac c~ei!,trl
ORNEI<. lS.4
Ve= Vs· 0.7 V
~ckil 15.18'deki
dcvrcdc sabit ukun ve \=•kl~ dircnci degerlerini bulun.
Vo=
R,
VEE=
R, +R2
s.:
5·1 ill
(·20)=-lOV
kn+ 5.1 kn
VE= VB· 0.7 V::: -10 V- 0.7 V = -10.7 V
2 ill
lc:h= VE- VEE= Vs-0.1 V - Vu
RE
RE
= Vz+ 0.7 V ·
RE
(15.18)
(15: ~8)_ denklemi, Zener diyot kullanmarun sonucunda, degeri sadece Zener diyot
gerilirni Vz ve emetor direnci Re'ye bagh sabit bir akrrn elde edilir.
VE- VEE= -10.7 V - (-20 V) = 9.3 V
RE
(15.17)
2 ill
= 4.65 mA = I
712
Bolilm 15.3
Sabit Akim Kaynag1
Boliim 15 Oogrusal Entegre Oevreler: i~lemsel YOkselteyler
713
+
Di.i§iik akirn degerleri icin ~ekil 15.21a'da gosterile11 "akim aynast devresi, oldukca
rarunrms bir devrcdir. QI transistoru, Q2 transi~toriinun. sabit s;1k1§ akrrnmda s:a·
h§tmhnas1 is:in sicakhk dengelemesi sagfayan diyot bagh_ bir transistordur. iki tran' ;; sister birbiriyle C§ secilirse (ki elemanlar ayru yonga ilzerinde birbirine cok yakm
yerle§firjldigi zaman tipik durum budur) 1,1kl§ ak[nu, ~1k akim kaynagina baglanan
devreden), ·•;.b~g1ms1z olarak, Vee kaynag1 veR
belirlenen sabit de-.
. direnci
. tarafmdan
,•
.
gerde kalacaknr, ~ekil 15.2lb'deki devrede, akirn kaynagmdan daha yuksek s:1kt§
empeda~sliin elde etmek icin s:ila§a seri bi; Q3 tr~sistoril konulrnustur. Akim kaynagmm. empedansi
kadar bUyilkse,
devre~in
o kadar ideal olacaktir.
.. . . ne
.
.
.
. s:ah§mas1,da
\
~ek.W15.21a'daki devre icin girl§ akimi §U dege~e ayarlamr:
Vz
'
'
/8;,=
~e~.il 1~ .. !r., 1'.,11 .• , ••},111•111mh
JFET'li sabit akun k•y11aj1.
Vee - VoE
R
'
' .,
-le+.2/o
(15.19)
Q1 ve Q2 transistorlerinin birbirine C§ ses;ildigi varsayihrsa, biiyilk {3 degerleri durumunda s:lkl§, 8§ag1daki degerde sabit tutulur:
' , .. ·. .
'.jd ii 15. I 'I Zener diyot lwllomlan 5'll>it okinul.ivro.ti.
JFET'li Sabit Ak11n Kaynag1
JFET veya kanal ayarlamah MOSFET mukemmel bir sabit akim kaynag1 saglar.
PET elemanmm VGS = O V olacak ~kilde ongerilimleemesi halinde sabit akim,
FET'in loss akmuna ayarlamr. ~ekil 15.20, sabit ak.im kaynag1 devresinin nc kadar
· ..·2lo=f
·
: lc=fl'lo=l
.
. g~r
·
-. f)~CJi.'
~ekil 15.21b'deki dcvrc icin girl§ akirm, ·
basil olabilecegini gosterir,
ENTEGRE DEVRELi (IC) AKIM KAYNAKLARI:
Ornegirnizdeki akim kaynag1, en popiiler IC'li devre diizenlemcsidir. ~kil 15.2L
IC'li akim kaynaklarmm olusturulmasi is:in kullarulan bazi temcl formlan gos·
termektcdir.
+Vee
+Vee
i
i
R
10111
/(,»(
i
Q,
714
,·· \il>ll\
(15.22)
Bcylece ',lkl§ akmu, Vee gerilimi, R direnci ve ~ansistorlerin baz emetor arasi ge1
rilim dil§iimiiyle belirlenir.
i' +
------
IC Devre Telmikleri ,
R
(b)
; I
>'?' ·:.·
Tek bir IC yongasi uzerine bir · islemsel yilkselt~il\C§itli kls~lar1m yerlestirilmesi,
bir dizi dcvre tekniginin kullarul~asuu .gerektirir; b~ tekniklerde istenen i§l~vi saglamak
icin yogunlukla transistor elemanlan k'tlllambr ve direnc sayisi ve degerleri dii§iik tutulur. Kondansatorlerin sayss; kadar degerleri-de dii§iik tutulur. Gene! IC devresinin daha
iyi anlasrlrnasi acrsmdan ~ag1da temel devre parcalan anlanlrrusur,
·'
,,
IC GERiLiM KAYNAKLARI (ONC3ERiL.iM~QEVRELERi)
·.,,:.·.
(a)
{15.21)
'
I
Iola
VIE
(15.20)
;. )_ .:-~
/gi, = Vee -2Voi; = le+ In
R
ve Q 1, Q2• Q3 e§ transistorler iyin ',lkl§ akmu
.t
~~kil 1~.21 I<' Sahit aktm kay·
10,ll:01>: (ol :il<;•k •k1m dejlerkri
:,.,., '"' yllk<ek @irit cmpedan,h
s.ihit akun kaynag1.
B{IIOm 15.3
Sablt Alum Kaynag1
Bir cntegre devrede ongcrilirn ya 'iia referans gerilimi gerektigi zaman, ~ckil
BolOm '15 . Dogrusal Entegre Devreler: i§lemsel Yukselte~ler
715
15.22'deki gibi baglant1lar kullarulabilir. ~ekil 15.22a'da, sabit gerilim saglayan
Zener diyodu iizerlnden sabit bi~ ongerili~ aklm1 saglamak amaciyla kullarulan bir
JFET verilrnistir. Daha sonra dlren~ge~iiim btiliidi, Zener diyodunun gerilimini istenen ongerilim degerine (VONGERILIM) dii~iitiir; bu ongerilirn, i§lemsel yukseltcc
devresinin diger kisimlannda kullaruhr. ~ekil 15.22b'de, ongerilimi belli bir sicakhk
arahginda sabit tutmak amaciyla sicaklik dengelemesi (kompanzasyonu) saglamak
icin Zener diyoduna seri bir iki-kutuplu tran~stor eklerirnistir. iki-kutuplu transistortm baz-emetor arasi gerilim dii§iimii, Zener diyodunkiyle ters orantih olarak
degi§ir; boylece ongerilimin degeri,' sicakhk degi§tigi zarnan bile korunmus olur.
Aym IC yongasi iizeriride birbirine yakm konumda yerlestirildigi icin, hem Zener
diyodun hem d~ iki kutuplu translstoriin birbirini izlemesi iyi bir duzeydedir.
t---~
+G~
+G~
+Vee
d-1
l··
·,
01
-!-
(a)
(b)
+VO'..'
R1
VONOll
-r
.R2
-
(a)
~:
""J'.'.
,
,
·rM"
-
(b)
~ck.ii I ).:!2 De Of1;,,>cnl;m veyn rcfcran~ gcriliminiu gcli~lirilmc~i: {a) temel ongerilim devresi:
lh) ,11.'.akl,k den!!l!kR11:li ongeri~im devrexi.
SABiT AKIM YUKLO FARK
YOKSEL TECi KATI
+~
Fark yukseltec katlarmm IC'ler iizerinde' nasil kuruldugunun anlasilmasma
yar-
dimer olmak acisindan Sekil. 15.23a'da sabit akrm kaynakh bir temel kat, ~ekil
15.23b'de ise daha biiyiik etkili Re degerled ve dolayrsiyla daha biiyiik kat gerilim
kazanci saglamak icin yiik direncinin yerine konan pnp akim kaynag: yukleri gosterilmistir. Daha biiyiik kazanc istenirse, 5ekil 15.23c'deki geli~tirilmi§ devre kullarulabilir, llave dircnc ve transistorler, tek kat icin daha biiyiik etkili yiik ernpedansr
(c)
ve daha biiyiikbir gerilim kazanct saglar,
~ck ii 15.:'3
716
Si1\'ll!1rik. S:ibi1.nl...11n
kaynnktaruun kullamkh"Le fork yu"·•lrec·
· IC bi,ymu.
- ·
,.-......
mm
Bolilm 15.3 Sablt Akim Kaynag1
BolOm 15
Dogrusal Entegre Devreler: i!11emse1 Yilkseltec;ler
717
15.4
DUZEY KAYDIRMA
Giris ve c;1k1§ kau arasmda arabaglanu veya kondansator baglamamn getirdig]
ORTAK i!_?ARETiN BASTIRILMASI
gerilim sinyal tiir-
nm tiplerini basnrma veyag1denneyeteneg111r. Bu istenmeyen sinyallerc "gilriiltU''
sitlarnalar olmaksizm katlan birbirine baglamak icin, birgerillrn dilzeyi kayduma
devrcsi kullanmak gerekir. $ekil 1S.24'te, giris ve c;ik.1§ arasmda de duzey kaydrrma
saglay~ birkac; tipik devre verilmistir. $ekil 1S.24a'da, RI direneinin belirledigi c;1·
kl§ln ve Cti transistora ilzerinde belirlenen aktmm d~ilk de dilzeyi dismda, c;1k1§ gcrilimi girl§ gerilimini izleyecektir. $ekil 15.24b'deki devrede giri§ ve c;1k.t§ arasmdaki gerilim dii§ilmii, ternelde Zener diyot geriµmi (vc Q1 transistorunun bazemetorarasi gerilim dii§ilmil dcgeri) ile belirlenir, ·. ·· · · -,-.,
+Vee
o~llikl~ri~~~~~1\i, b11Z1_.istenmeyen
:~rk.yO~selt~~inin en onemli
ki-
+Yee
......
1 ...
,Olitf
01
VONaa
Olllf
RE
(a)
-Vu
(b)
(c)
+I'«·
+Yee
VOfloR
'.(b)
·~c~,/1 l.'-.~-1 Dll{~Y kaychnna<!"vrcter]: (a) dm:n,;h:rle dilz.:y kayd_1nna:
.. (h)-Z,,nc:r diyoclo dOzey lu>ydmh,.,
QIKI$ KATI
a.
'}f.
<;1ki§ katlan; girisler istenen c;d.a~ gerilim
(23
degerine ytiksellildikten sonra,
is.is
yiikil sil-
rebilecek bir, sinyal saglamak ic;in k~llambr. $ekil
bazs c;lk1§ kau devrelerini
gosterir. $e}9l 1S.2Sa'da· v~rilen devre, sadece klasik bir ernetor "izieylcidir;
1S.2Sb'de ise, IC yongasmm ktic;ilk bir parcasrru kullanarak bilyilk Re degeri sag·
lamak ic;in, Re yerine akim k~y~agmm konuldugunu gost~rTr .. $ekil l 5.2Sc'deki c;1kt§ ·} ..
devresi, c;1lo§m atom akrtmasi 've c;ekmesini saglayan, diyot uzerinden ongerilim-' · t
Clbt
\
~e~il
'12
Glrif
lenmis sUrilciiyilic;crir. ~ekil 15.2Sd'de transistor ongerilimi kullanan tam bir c;:1k1~
siirticilsU verilrnistir. Son olarak ~ekil _ 15.2Se'de verilen devre, $ekil 1S.25c'deki
devreniri, c;tkt§a kisa devre korurnasi eklenen degi§ik bir duzenlemesidir.
718
,- Solum 15.3
S11blt Akim Kaynag1
DDMim 15 Dogruaal Entegre Oevreler: i,1emsel YOksette~ler
719
.
. ,.. ~
..
l. ucran
2 . uca
• o··1 i;:u··1 en gerilim
· · • farkgerilimi
· · ." olarak d usunu
...... ··1 e bili
1 ir.
adi verilir ve toprak veya sinyalhatla;nnda!Q·ka<;ak manyctik alanlann yarattiklan
gerilimler veya gerilim kaynagmdaki gerilim dalgalanrnalan olarak ortaya cikabilir.
Burada onemli olan, gurtiltti sinyallerinin, f~rk yukscltecinde yilkseltilmesi istenen
sinyaller olrnatnasrdtr- Bu yiikselte<;lerin ayirt edici bir ozellig], giiriiltil sinyalinin
ideal durumda oldugu gibi
devrenin her iki girisinde de e§it olarak goriinmesidir.
Ayru polarirede veya her iki giris ucunda da ortak olarak ortaya <;ikan her istenmeyen sinyalin (giiriiltilniin),_ (ark yiikseltech\in <;tkt§mda buyuk ol<;iide basnnlacagim soyleyebiliriz. Yukseltilecek olan sinyal, ya sadece bir giri§te ya da girislerin her ik.isinde birden ters polaritede goriinecektir. Burada cevap arayacagmuz
soru sudur. istenmeyen giiriiltti ortaya <;tktJgt taktirde yukseltec bu gi.iriiltiiyil ne olcude basuracaknr? Her iki giristeki ortak sinyalin bastmlmasma yiikseltecin ortak
isaret hastirmasr denilir ve ortak isareii basnrma oram (CMRR) olarak arulan sayisal
•
.
.
.
V;,
!:·
= . v;2 ise
v, = V;1
- (-
(15.23)
V;1) = 2V;1 =. -2Vi2
~e~el olarak giris sinyallerinin ortak bile§enle;/~1~~ilir. Ortak bir gi . .
• daki
gibi tammlayabiliriz:
· ·
.
rt§t a§ag1 , 1
,------_;:'.:.;;':::',q
, ";,\,, :·1:1
Ve=
i(V;, + Vii),
Ideal durumda (sekil 15.26b'de gosterilen)' V-,1 --
l,
bir degerle ifade edilir.
~ekil 15.26a'da, iki girls sinyallibir y.iikseltei;; gosterilmistir. Gene! olarak, bu sinyallerin ram olarak ters ve aynt~ol;u:itede bile§enler i<;erdigi dii§iini.ilebilir. ide~l cah§mada, sinyallerin ters polantciii·,,bile§enleri .icin yiiksek kazanc ve aym polaritedeki bilesenleri icin srfir kazanc saglayan bir Iark yi.ikselteci arzu edilir.
-
_ ....J[
.__v_d_=_v_;1_-_v_-;2
Ve= } (V;, + Vi2) =
·;:?1
'·v·';2:'our
-1
(15.24)
ve
V)t~!\;;~
~15.23) ve (15.24) denk.Iemlerinden, Ve veVd'y~i~~~i olarak
- _g,.
ifadeleri elde edebiliriz:
v.
•1
v
_ · ·
•
(15.25a)
v,,,
V;, = Ve- V,1 -
.
2
(15.25b)
Bu durumda <;tkt§ gerilimleri lioyle ifade edilebilir:
Vo1 =A, V;, +Az V;z
(15.26a)
V,,.,- = A2 V;1 +A1 V-'2
( 15.26b)
Burada A1 = giris ucu l'den i;:tl<t§ ucu 3'e negatif gerilim kazancidir (giri§ ucu 2 top-
raklannus).
A2 = giri§ ucu 2'den i;;ik111 ucu 3'e pozitif gerilim kazancidrr (girl§ ucu l topraklanm t§).
·
·
Yiikseltecin
fark
ve
ortak
·
~a
tr
·
.
1
.. k"" b d - .
. Iy r::, i i;:a t§masm1n dikkate almmasi daha onemlidir
cun u u, . evrerun o~ak i_§areu ne ol<;ilde basuracagiru belirler. Yukseltecin a~
l'.§~~sm1~ mcelcnmesmdek1 bu ikinci yol, a5ag1daki gibi ifade eclilen bi ik . i;:
rilimi venr:
,
tr i;: I§ ge(15.27a)
(15.27b)
Bo!Om 15
720
Bo!Om 15.4 Ortak i§areti aasnrme
Dogrusal Entegre Devreler: i~lemsel YOkselte9ler
.
e V,2 icm a~ag1dak1
721
Ortak i~areti Bastirrna Oram
= yiikseltecin fark isaretli kazanci
Ac = yiikseltecin ortak isaretli kazanci
Burada A,
·.
v11 ve Ve sirayla
:: ·i ,:.·
.
",i
.
.
.
'·•·'I
Yukandaki 9oztimler, fark yukselteci devrelerinde A,1 ve Ac'nin nasil
~illebileccgini gostermektedir,
t .
···;
. ? •• ,,
(15.23) ve (15.24) denklemlerde tammlanrmsur,
.
1, A/yi ofrmek ifin:
'TERS POLARiTELi GiRi$1:.ER ·
Girisler birbirine e~itve'ter.s_'polatitede ise, V;I = v, ve
leminden
·.
' -:l.i:,:., I'" . · ·
Vd=V,, I -V;2=V,-(-Vs)=2V,
•.. ;1J1;;;;;};; ..
V;2 = -V,., (15:23)
denk-
· ·;.i =· ·.frfr.~.,-.
= Ad (2V,)·+Ac (0)
A;, degerinin
·
:~"--'L:.
.
:
'
'.
- .2
= \1
1-
,\1.:
.,1,
_v;1
= v,, = V;2
= 20 log. A,1
A,;
.
t:·· ,.Ve )
V,.1 = Ad Vd ( l +---CMRR Vd
ise, (15.23)
V., = 0
(15.28b)
(15.29)
Girislerde gerilimin hem Ve hem de Vd bile§ehJ~ri bulunsa bile, (l/CMRR)(VJVd)
degeri yOk kil<;ilk olacaktir, 9ilnkii CMRR yOk biiyiiktilr ve yllCI§ gerilimi yakla§i.k
olarak AdVd olacaknr, Baska bir deyisle s:iki§, ncredeyse tamamen fark sinyalinden
gelecek ve ortak i§aret giri§ sinyalleri basunlacaknr. Bazi pratik ornekler bu bilgilcrin netlesmesine yardrmcr olacakur,
'
f (V., +V.,) =
(15.28a)
tzrtak
' •• ~ -· 111: -~. . .... ·.: .
: ...
Ve= f(#;{f Vil)=
t j·',
lsteniten ~al1~mamn, yok btiyi.ik Ad ve s:ok 19i9tik A/ye sahip olacagi acikur, Yani
ters polari!edeki sinyaller <;tla§ ucunda btiyiik 0~!19'1,Ytikseltilmi§ olarak gorunilrken,
aym polaritedeki sinyaller 9ogunlukla bastmla~ ve dolayisryla ortak isaret kazanci
A,., ~ok ku9Uk olacaktir, ideal olarak, Ad ~ok btiyiik ve Ac sifirdir, boylece CMMR degeri sonsuz olur. CMRR ne kadar biiytikse, devrcnin
i§arCti bastirmasi da O kadar
iyi olacaknr,
·
·
<;1kl§ gerilimi i~in a§ag1daki ifadeyi elde etmek mtimktindtir:
.
V,,:::; V, - V;
·T r't :lo·'I
•
iki
. ••.
.,:,.
... J ,_;511. ·
. .
.
.
ve (15.24) denklerninden
.
·
/ Eger girisler birbirine C§itNe..:.ay,n.1 polaritede, yani;
denklemlnden
C~RR ~
CMRR (log)
AYNI POLARiTELi GiRi$LER
;\·:·,:n1
= 1. V secin,
CMMR'nin degcri logaritmik olarakda ifade.edilebilir:
bu da sadece fark isaretli · <;hli~,i' oldugunu (ve · to plain kazancm
kau oidugunu) gosterir,
,_. ;, )J;:,,., · · · · ; '·
·. · ·· ..
·.·
.
·. ·1·, .A~:··~~I. :·
.:
V;2 = v.,
Bu durumda "o19iilen 91k1§ gerilimi Ac'ye esit olur.
I '.
., ;j;i)::.-
·.
rilimi de A,/ye esitrir,
2,A/yi olrmek icin: vd = 0 V ve_Yc = 1 V olacaksekilde V;,·=
t (V;1 + V;~) = f [V,, + (-V.,)] = O
V01 = A;~~ -'.j) A~Vc
V01 =2AdV,
=
vd 1 v ve Ve= 0 v olacak §ekilde v,I
-V;2 = V., = .0.5 v
secin. Bu kosullar alunda 91.ki§ ·gerilimi Ad x (1 V) ve 91kl§ ge-
~ .:~i ~
ifadeleri elde edilir. boylece'(15~2c7a) denkleminden, ·
;
=
ol-
YUkseltey icin Ad vc Ac ol9Uldi.ikten sonra a§ag1daki §Ckilde tanimlanan bir ortak
isareti basurma oram (CMRR)bnlabiliriz:
. : .
ve (15.24) denkleminden
Ve=
:=··
Vs
'
•I
boylece (15.27a) denkleminden,
V01
<)F.i~EK 15.5
= AdVd. + A,.Vr =. Ad (0) + AcV,
=
: -AV
- c ~-f,.,·
.~ .' •. '
722
."
V;1 = 150 ;tV ve V;2 100 µV giri§ gerilimleri icin fark yiikseltecinin s;ikl§ gerilimini bulun. Yukseltec, Ad
lOOO'lik bir fark i§arel kazancma sahiptir ve
CMRR degeri §Oyledir: (a) 100; (b) 105.
86f0m.15,
=
_f>o6ru .. 1 Entegre Devreler: i9lemsel YOkselt~ler
723
Vt1 = V;1
Ve=
-
V;2 = (150 - 100) µV= 50 µV
1. (V;, + V;2)
2
- (150
+
IOO)µV = 125 µV
2
Ortak sinyalin, fark siny~linden iki kat daha biiyiik olduguna dikkat edin,
(a)
vi> . =
Ad VJ (1
+ _1_
,Y£.)
CMRR Vi1
= Ai1 Vt1(1
.
+
ill.)::
_1_ x
100
50
A11
Re
Sill
Re
Skn
'E
.rE
v,, ( 1.025)
= (1000) (50 µV-) (1.025) = 51.25 mV
<;Ila~. 50 µVluk fark sinyali 9tla~mdan yalruzca 0.025 pV ya da diger deyimle
%2.5 daha biiyiiktiir.
(b) V" = A,1 V,1
{t + _1_
125;)=
10 50
At1 V,1 (1.000025)
.
•
5
son
= 100 x 50 µV = 50 mV
son
RE
IOkn
Ornek 15.5'den, CMRR degeri ·.ne kadar yiiksekse, devrenin ortak gm~ sinyallerini o kadar iyi basnracagim gorebiliriz, Dolayisryla, fark yiikselte9lerinde dikkate ahnmasi gereken onemli faktorlerden birisi de devrenin ortak isareti bastrrma
-VEE
(b)
-;_,1,
· Ii 1,· ·-'7
orarudir.
~ekil 15.2Tde ozetlendigi gibi, herhangi bir giris ve 9tla!? ucu arasmdaki fark ka-
zanci:
I
At1!-
hr. Re
.
2h;, + 2(h1, + 1 ){:
:£
{>RNEK 15.6
_fk_
2(r, +rE)
(15.30)
I
u
Burada giris ve 91k1~ arasmdaki polarite ili§.kisi, hangi uclartn kullaruldigma
bag-
hdir .
. Ortak isaret kazanci aynca, emetor direncli bir devre kullarnlarak a~ag1daki gibi
hesaplanabilir:
(15.31)
veya
R0 ~1k1~
direncine sahip sabit akimkaynakh bir devre icin:
I
1i.
I
II
~ckil l5.27'deki dcvrelerin fark ve ortak isaret kazanclanyla ilgili CMRR degcrlerini hcsaplaym:
(,:iiziirn:
~ekil 15.27a iyin,
1
A c
724
r:
Bs:
2R,,
Fark ,u
""k se.." ~ Ien· uzenn
•
· de f ark ve 0<1ak-i~aret kazan~ ifadelerinin g6sterilmesi.
{15.32)
Bolilm 15.4 Ortak l!Jaretl aasnrma
l
li
BolOm 15
A,1
Ac
hreRc
_
100(5k!l)
=38_17
2[h;, + (ly, + I )rE] 2[1.5 kQ + 101 (50 Q) .
= !if:_=
2RE
S ill
2(10 kQ)
= 0.25
CMRR = AJ = 38.17 = 152.68(=43.68 dB)
Ac
0.25
.
Dooro1sal Entegre Devreler: i,1emsel Yiikselte~ler
725
'5ckil 15.27b'dcki devrc icin, Ad= 38.17 ('5ekil 15.27a'daki
lemini kullanarak R,,'yu hesaplarsak
gibi) (15.15)
denk-
R direnci iizerindcn aym giris ucuna geribeslenir. Arn giri§ ucu topraga baghdir.
~fmdi, devrcnin toplam kazanciru (VJV1) i bulmak istersek islernsel yukseltec biriminin bazi aynnulanm incclememizgerekir.
~ekil 15.29'da, islernsel yukseltecyerine, R; giris direncli ve c;:1k1§ gerilim kaynakh ve kaynak ii; direncini iceren C§deger devre konulrnustur, ~ekil 15.29c'de goriildiigii gibi ideal islemsel yiikselte9, sons~z giri§ direncinc (R; = 00~, stfir i;:1k1§ direncine (R0
0) ve sonsuz gerilim _.kaza~cma (A,. = 00) sahiptir, Ideal yukseltec
R,, = 80 kil(lOI) = 8.08 Mil
Ac=..&;__=:;
boylece Ac
2R..
S kil
2(8.08 Mil)
3.09 x 10·4
=
Ardmdan da CMRR'yi hesaplayabiliriz;
CMRR=.&i.
Ac
15.5
38.17
3.09 x .10-4
baglanus1 ~ekil !5.29d'de tekrar 9izilmi§tir.j
= 1.24x
l
105(::101.9 dB)
i~LEMSEL YUKSEL TECiN TEMELLERi
"1,-Yllb.
Islcmsel yiikseltec, kararh bir gerilim kazanc: saglamak ii;;in gerilim geribeslemesi
kullanan cok yiiksek kazanch bir fark yiikscltccidir. Kullarnlan yiikscltec, csasinda
yiiksek giri§ ernpedansi ve di.i§iik c;lk1§ empedansr ile yiiksek acrk cevrim kazancma
(geribeslcme sinyalinin olmadig: durum) sahip bir fark yiikscltccidir. Islemsel yukseltecin tipik kullamm alanlan arasinda i:ilc;ek degi§tirme; toplama ve integral alma
gibi analog bilgisayar islemleri ve yC§itli faz kaydirma, osilator ve enstrtimetasyon
devreleri saydabilir.
iki girisli, tek c;lki§h bir i~lemsel yiiks~ltei;;, ~ekil 15.28'de gosterilmistir, Fark
yi.ikseltecindeki girislerin c;:1k1§1 nasrl etkiledigini hatJrlaym. Burada girisler, terslemeyen ve tersleyen girisleri gi:istermek icin strasryla artt (+) vc eksi (-) ilc isaretlcnmistir. Aru girisine uygulanan sinyal, c;lk1§ta aym polaritede ve yukscltilmis
olarak gordndrken, eksi (-) ucuna uygulanan giris, ylkl§ta yukseltilmis ancak tersIen1mi§ olarak gorulecektir,
. I
I
~.-Yliks.
R~
Y,
+
(b)
(a)
....A
v,
--.Y:a
R1
\
v,
J
R1
v..
~o
R,""•
Y1
'\, -A.Y,
I
(c)
........
...,.......
R1
t
i
f
Y,
-v
Rt
.I
}\1
l
1
T
(d)
»>
v.
-A.Y, =
l,
---·
,.....-_.-T·
i ,
---c;:~
Superpozisyon yontemini kullanarak, V;' gerilimini kaynakJardan gelecek olan bilesenleri cinsinden bulabiliriz. Sadcce V1 kaynag; durumunda (-A,.V; sifrrken),
+
.":-ckil l.'UX Temcl i~lc111scl yuhcl1c(.
i§lemsel yiikseltecin temel devre baglanusi ~ekil 15.29a'da gosterilmistir. Gori.ildiigii gibi devre olcek degi§tirici veya sabit kazanc katlarna devresi olarak c;ali~1r.
RI direnci uzerinden eksi girisucuna birV, giti~ sinyali uygularur, <,;ila§ gcrilimi,
726
.
~~-#\l'lfto-~+--!--~
:-;,.~; I I ).~•!I ·lemscl yokscllecin bir oJ.;ck <k:gi\liricl olarak f>h1111:1S1: (al 1en>1:l ha~l:mnsi (>:ibit kaw,~h 9a11,m:i
'dcvn,,;i): (b) /~lemsel yUkselt~ devre:<inin ctkisi: (c) ideal itlcmsel yUk.<ch~: (d) Klcal ej<lctcr clcvrc.
Tersleyengiri~ ---
Terslcmeyengiri~ ---
1.
Yi-""'· +'\j.r'lil.?l\t.-+--R1
Boliim 15.5
i~lemsel Yiiksellecin Temelleri
V; I = ___Bi__ VI
R, + Rt
Sadcce -A,.V; kaynagi durumunda (Vrs1f1rken)
R
i
V;2=~(-A,·
R, + RJi
.
V,)
BolOm 15 Dogrusal Entegre Devreler: i~lemsel Yiikselte~ler
727
O halde toplam V; gerilimi ;
V;
Bunu da
= V;1 + V;2 = __BL_
RI + Rt
Vi+~
. RI + Rt
Vi icin 9ozersek,
olur.
V; = __ ....:R=--- Vi
Rt+ (l + Av)R1
A,.>> 1
(-A,. V;)
( 15.33)
Eger devrenin toplam kazanci (V,IV1) ornegin 1 olursa, Vi degeri 10 V olacakttr. Bu
durumda diger biitiin gerilimlerle ka~tla§tmld1gmda Vi degeri kil9ilktiir ve O V gibi
dii~tinillebilir. V;
0 V olsa da ytk.l~. V1 degeriyle yukseltec kazancmm 9arp1mmn
esit oldugundan, tam olarak O V deglldir,
V1 0 olmasi, yukseltec girisinde zahiri bir kisa devre veya zahiri toprak oldugunu dii~tindtirmektedir. Zahiri kisa devre kavrarru, gerilimin O V'a yakm olmasma karsihk, yiikseltey girisinden topraga herhangi bir akirn akmad1gi anlamma
gelir. Zahiri toprak kavrarm grafik olarak §Ckil gosterir. Koyu
9izgi, V; 0 V il6I bir
.
kisa devrc bulundugunu dii§tinebilecegimizi, ancak kisa devre uzerinden topraga hi9
bir akim olrnadrgi i9in bunun zahiri (gorunen) bir kisa devre oldugunu gostermek
iyin kullarulmrsur, Gosterildigi gibi akim, R i ve R1uzerindedir.
Zahiri toprak dii§ilncesini kullanarak, I akirru iyin esitlikleri a§ag1daki gibi yazabiliriz,
=
ve A,R 1 >> Rt ise (ki bu genellikle dogrudur)
-·, · V;
=
= _Bi_ Vi
AvR1
=
( 15.34)
Sonne, giristen 91kt~a toplam gerilim orarunm, (A.'nin cok biiyiik olrnast kosuluyla)
sadece R; ve R1 direnc degerlerine bagh oldugunu gostermektedir,
R 1 = RI ise kazanc;
l=Y!_=-
s,
Vn
Rt
Av=-RL=-1
R1
~=~.~~
I
.
olur ve devre, giris sinyalinin genligin] 9egi~tirmez, yalmzca isaretini degi~tirir.
R
A,.= - -2'
:£.!!.!..=
R1
Vi
-2
·,
_I\,·.
I v, ... ov
f t, 3! 0
olur ve devre, giri~ sinyaLinin polaritesini tersine cevlrir ve 2 kat kazanc saglar.
R1 ve R1 is:in tam direnc degerleri secersek, geni~ bir kazanc araltg1 elde edebiliriz; bu degerler, direnc dcgerleri kadar tam (hassas) olur ve sicakhktan ve diger
devrc Iaktorlerinden cok az etkilenir,
~d ii I :i J(I lilo:tl'scl yli~s<11,,
U1c:rinc.1¢ 2:1hil"l 1oru~,L.
Zahid Toprak
<;tkl~ gerilimi, tipik olarak besleme gerilimi ile birkac volt degerinde suurlamr.
Daha once de belirtildig] gibi gerilim kazanclan cok yiiksektir. Omegin v,,::: -lO ve
A,. = 10000 ise giri~ geritimi;
728
B51ilm 15.5
Av degerinin cok bdyiik olmasi kosnluna bagh zahiri toprak kavrarm, top lam gerilim ·
kazanci hesabmi basitlesrirmektedir. $ekil 15.30'daki devre fiziksel bir devre olmasa
da, toplam devre kazancmm bulunabilmesinde kolayhk saglad1g1 anlasilmaktadir.
i~temsel Viikseltecln Temellerl
i
'
B510m 15 Dogrusal Entegre_Devreler: ii;lemsel VOkseltel,ler
729
15.6
i$LEMSEL YUKSEL TEf; DEVRELERi
is;in RI uzerindeki gerilimin V1 olduguna dikkat edin. Bu, V,, gerilimi nedeniyle, RI
ve R1 gerilim boluculcri uzerindeki gerilime C§it olmalidir, dolayisiyla:
Sabit-Kazanc Katlayrc: Devre
Tersleycn bir sabit kazanc katlayrci devre daha once incelenmisti, ancak temel i~lemsel yukseltec devreler icin daha eksiksiz bir liste vermek ayismdan burada tekrar ele
almacakur, ~ekil 15.3l'de, tersleyen bir sabit kazanc kallama (s;ogaltma) dcvresi verilmistir,
V,=_R_,_yo
R1 + Rt
~~=l:+&
ve
R1
---..-. . -·--
(15.35)
R1
Vi-----+
v, = 0
ltl.·Yllks.
~t:ki! I)_] I Sabit
ka7..a11\'.J1
tersk!ycn
kaz.snc; \rntlay1cl dcvre.
(a)
()RNEK 15.7
~ckil 15.3l'deki devrede R1 =100 kn ve R1
= 500 kD.'dur.
(b)
$ckil 15.32 Sabir kauu>;h 1erslemcycn k.1,a"I' kallayic, dcvre.
V1 = -2 V'luk girls icin
s:1k1§ gerilimi ne olur?
( I :i.34) denklemini kullanarak
R
V,, = - ~Vi=
R1
Terslemeyen
V1
500 kD.
- -(-2 V) = +JO V
100 kO
=
.
(15.35) denklemini kullarnrsak
Yukseltec
~ckil 15.32a'daki baglanu, terslemeyen bir sabit kazanc katlayrcisi gibi 9al1§an bir
i§lemsel yukseltec devresini gostcrmektcdir, Devrcnin gerilim kazancuu bulabilmek icin, Sekil 15.32b'deki C§deg~rzahiri toprakC§degerini kullanabiliriz. V; 0 V
=
730
=
2 V, R1 500 kO ve R1 =100 kU degerleri icin (Sekil l5.32'deki gibi) terslemeyen sabit kazanc katlayici devresinin ·91kl§ gerilimini hesaplaym.
BolUm 15.6 i§lemsel Yukselte,;; Devreleri
Vn = (.l + -R ) Y1
R
kD.)
= ( L+.-.500
-.. ·
100 kff
(2V) =.6(2 V) = +12 V
.
BolOm 15 Dogrusal Entegre Devreler: i§lemset. YOkseltec;:ler
.
731
Kazanct
Bir Olan lzleyicl
Sekil 15.33'deki gibi kazanci bire esit olan izleyici,
polarireyi tersine cevirmeksizin I degerinde bir kazanc saglar, Zahiri toprakli e§dcger devreden,
G.~J
kazanc faktoruyle <;arp1p daha sonra bunlan cebirsel olarak toplayan i.iy girisli bir
toplam yukseltec devresini gosterrnektedir.
Zahiri esdeger devre kullarulmasi halinde r;:1b§ gerilimi, girisler cinsinclen asag1daki gibi ifade edilebilir:
(15.37)
15.36)
'
oldugu, 91k1§m girisle aym polarite ve genlikte oldugu aciknr, Kazancm bire cok
yakm olmasr dr~mda devrenin davramsi, emetor izleyiciye cok benzer.
.:;
4J.-Y~.
I';,., 0
-----'+
v.,
l
Vi
t
v.,
l
(b)
Baska bir deyisle her giri§, tersleyen sabit kazanc devresi~de~ elde edilcn ytlo§a bir gerilim
degeri ekler. Daha fazla giri§in kullarulmasi halinde bu girisler de c;tlo§a ilave bilesenler
ek.Ier.
()RNEK 15.9
A§ag1daki giris gerilimleri ve direncleri icin islernsel toplam ahci yi.ikseltecin
i;1k1§ gerilimi ne olur? (Her durumda R1= l MQ aim).
(a) V, =+l V, V2=+2 V, V3""+3 V,
R, = 500 k!:l, R2 = 1 M{l, R3 l M{l
=
(b) V1 = -2 V, V2 = +3 V, V3 = -rv,
R, = 200 kn,R2 500 lill,Rj = rMn
=
Toplam Alma Yi.ikselteci
Analog bilgisayarlarda kullamlan islemsel yiikseltec devrelerinin belki de en yararhsi toplam alan yukseltec devresidir. Sekil 15.34'de, her bir giris gerilimini sabit
Cozum:
(15.37) denldemini kullanarak ,
(a)
V,, = -[1000 kQ (+I V) + 1000· k.Q (+2 V) + 1000 k.Q (+3 V)]
500 kn
1 ooo ill
1000 kf2
={2(1 V)+ 1(2V)+ 1(3)]=-7V
'."th·,
1§1.-Ynb.
, --+--
V.,
V,, = -[1000
(b)
kQ (-2 V) + IOOO k!l (+3 V) + 1 M!l (+IV)]·.
500 kQ
I MQ
200 kQ
=-[5(-2 V) +2(+3 V)+ 1(1 V)]= ~(lOV + 6 V +IV) =+3 V
(a) .
(b)
BolOm 15
732
Boliim 15.6 l~lemsel Yi.ikselte~ Devreleri
Dogrusal Entegre Devreier: i~remsel YOkselte~ler
733
(15.38b) denklemi, <;1kt§m, girisin terslenmis oldugunu ve integralinin 1/RC sabitiyle <;arp1ld1g101 gosterrnekredir. Belli bir sinyalin integralini alma yeienegi, analog bilgisayara diferansiyel denklemlerini cozebilmc ozelligi kazandmr ve boylece
fiziksel sistem islernleri ile cok <;e§itli; elektrikli devreleri arasmda analojiler kurulmasuu miimkiin kilar.
Ornek olarak, ~ekil 15.36'da gorunen giri§ adrm gerilimi ele alalim. Adm, geriliminin integrali, rampa veya dogrusal olarak degi§en gerilimdir. -1/RC'lik carpan.
integral Ahc1
Simdiye kadar ck akhg1m1z. giri~ vc gcribesleme elernanlan direncti. Gcribcslcrnc
~lcmam olarak ~ekil 15.J5'teki gibi kondansator kullamhrsa, elde edilen devre,bir
integral alma devresi olur.
·
- _j_= RC
106
j.
R
vo(t)
oyleyse
v, ::s ov
=-
x 10·6
J v;(r) -dt
ve y1k1§, Sekil 15.36b'de gosterildigi gibi negatif bir rampadir. Ornegin R = 100 kit
alarak sabit yarpam degi§tirecek olursak
v.,
__ !_=1
RC
I05 x
(a)
= -1 'dir.
ro"
-10
(b)
. Zahiri roprakh C§deger devre, giri§ ve s;tk1§ gerilimJeri arasmdaki ifadenin, ginstcn s;1k1§a gecen I akmundan turetilebilecegini gostermektedir. Zahiri topragm anl~~~-111 t~~r~ hatt~arsak, R ve _XC:n~n bagla,nt1 noktasmdaki gerilirnin topraklandigun
du~un~~ilmz (V; = 0 V oldugu icin), fakat bu noktada topraga giden akirn yoktur.
Kapasitif ernpedans §Dyle ifade edilebilir: ·
Xe= -1-=J__
jwC
sC
I=~=R
Vo=
Vi
Vo=..:J::'.Q_=-sCVo
Xe
l
1/sC
...=J_
sCR
.i! .·
= - _I_.f v1(t)
RC
ve $ekil 15.36c'de gosterildigi gibi <;•la§
v,,(t)
(15.38a)
dt
(15.38b)
v,, (t)
=
-[-1
-J
n,
C
.
734
= - IO J v; (t) dt
~ekil 15.37'de goriildiigii gibi integral ahciya birden fazla giri§ uygulanabilir, bu durumdaki sonuctaki islern §Oyle ifade edilir:
Son ifade zaman domeninde a§ag1daki gibi tekrar yazdabllir:
vo(t)
(c)
(a)
Burada s = jm Laplace notasyonudur. V,,IV1 icin cozersek.
Boliim 15.6 i~lemsel Yiikseltei; OevrelerJ
v1 (t) dt
--J
+ _J v2
R2 C
..
(t) dt
+
_I-J
R3 C
~
v3 (t) dt]
I
(15.39)
.
Boliim 15 OogrusalEntegreDevreler:··i~lemselYiiksellei;ler
735
v1 (f)
Burada sabit carpan -RC'dir. Temel olarak toplam ve integral alma devreleri kullamlarak diferansiyel denklernlerin nasil ~oztilebilccegine iliskin aynnuli bilgiler,
c
R1
analog bilgisayarlara iliskin kitaplarda bulunabilir.
R2
V2 (t)·
R3
_
VJ (t)
...
_., __ Vo
(I)
(a)
Vt
C
C= lµF
'1i---'1Ni.--......t,.._--
-·
Vi--5
·--·v.,
Vi--10
{b)
Vi--1
.
1d:il 15.37 (a) Toplam-lntegrat olm.,·d,.·vn::\i: ·(b) l~l~I
(c} analos b,lgis:tyur. integrala1ma devresinin gOsterimi.
(c)
~
yUkseh"',:
~ckil 15.37'de, analog bilgisayarda kullarulan toplam-integral alma devresini gosreren bir ornek verilmistir. Gercek devrenin giris direncleri ve geribeslemc kapasitesiyle gosterilmesine karsihk, analog bilgisayar gosterirni sadece her bir girisin
carparum gostermektedir.
Turev Ahc1
~etdl 15.38'deki tiirev ahci devre, giiriiltuyle ilgili pratik problemleri ncdeniyle,
bir bilgisayar devresi olarak integral abet kadar kullanish degildir. Devre iliskisi
~oyledir:
v,, (t) = -RC dvi (t)
tit
736
(t)-f(----
BolOm 15.6
(15.40)
i~lemsel VOkselte~ Devreleri
·15.7
r
...
' .-YOb. ·
J;t
\··::.··
. _·:;::)"'
}-.
---·tio:W
~ckil
I
I
15.JK TUrcv aim,, devrcsi.
,.·
~- .. ~.
PRATiK i$LEM:-,EL YUKSELTEv DEVRELERi
Tek bir IC paket iizerine birden ~ok fark yiikseltcci kan yerlestirilerek islemsel yuksettee (op-amp) ad, verilen gene! bir devre elde edilir. Bu devrenin ternel ozellikleri
arasmda son derece yuksek gerilim kazanci, yiiksek giri§ ve dii§iil:c <;1k1§ direnci sayilabilir, Bu bolumde daha once ele aldigumz fark yiikselteci devrcsi, pratik islemsel yukseltec devresini kurmak icin kullamlan temel bir devredir. Emegre devre
yapisi, tck bir IC yongasi uzerine .bir ila don adet islernsel yukseltec kurmak icin
yiizlerce elemam (lei bunlann ~cigu transistordur) olusturacak sekilde olabildigince
kucuk elemanlar kullarulmasrru gercktirir; Bu devreler.. sadece BJT (iki kutuplu),
hem iki kutuplu hem de JFET (BiFET), ya da iki kutuplu ve MOSfET (BiMOS)
kullarularak kullarulabilir. Giiniimiizde BiFET islemsel yukseltecleri en popiiler
yukselteclerdir; bunlar, ~ekil 15.25'te gosterildig] gibi, JFET giri§ translstoruntin
saglad1g1 yiiksek bir dirence, iki kutuplu fark yukseltec devrelerinin saglad1g1 yi.iksek kazanca ve ernetor izleyici 91kl§ kanrun saglad1g1 dU~iik <;1kt§ direncine sahiptir.
BiFET islcmsel yukseltecinde, yilksek girls direnci eldc etrnek icin devrenin giri~
kisrnmda JFET elemam kullaruhr, Gunumuzde giri§ iyin cogunlukla JFET transistorleri kullarnhr. Omegin, 347 islemsel yukseltecinin ~ematik ve baglanu ~emas1
Sekil 15.39'da gosterilmistir, 347 IC, BiFET teknolojisini kullanan don adet JFET
girisli i§lemsel yukseltectir. Bir islemsel yukseltec katmm devresi ~ekil 15.39a'cla
gosterilmistir: dort islemsel yukseltec birimini gosteren bacak duzenlerne semasr,
$ekil 15.39b'de aynnulanyla verilmistir,
Boliim 15 Dogrusal Entegre Devreler: i~lemsel VOkselte~ler
737
lmalatcuun vcrdigi elcman ozelliklerinden bazilan ~nlard1r:
Rg;,:
Agerilim:
Giris direnci = 1012 U
Biiyiik-sinyal gcrilim kazanci = lOOV/mV
GB:
Onak isareti basurma oram = 100 dB
Kazanc-bant geni§ligi yarp1m1 = 4MHz
SR:
Degi§im h1z1
CMRR:
= 100000
(= 100 dB)
= 13 V/ps
~ekil !5.39a'daki devrenin bircok kisrrurun 15.3. Bolurnde anlauldrgma dikkat
+
edin. Bununla beraber, bu devreyi kullanmak icin uzerinde ayrmnlanyla durmarruza
GiriJ
gerek yoktur, A§ag1da ele alacagurnz bazi d1~ _ozellikler, yUkselteci kullanmak icin
yetcrli olacaknr,
Tablo 15.l, imalatci tarafmdan verilen elekrrik karakteristikleri ve terim tarumlan
li.tesinden almnusur. A§ag1daki tarusmada, daha onernli karakteristiklcrin bir borumunun aynnulanna inerek bazi ornekler verecegiz.
347 istemset Yuksell£t.:inin Elektriksel Karakteristikler
(TA :·25°C, Vee= +15 V ve VEE= -15 V durumunda)
'-····-~----·-------·---·--····-------------···---Simr
T ABLO 15.1
Karakteristik
--------------------··---Dinamik karakteristikler
Buyuk-sinyal gerilim kazanci
Giri~ direnci
-Vu
ro
~4
Ortak isareii basurrna oraru
V-
GlR4-;GIR4+ 000-f'GIRJ-
13 i2 . 11
14
· 10
9
CIK3
8
}-~., ...
,,3.·
.,.;,j. .. ~h
• "';'.<
23
olRI-OIRI+
100
JO'l
CMMR
.Vo(tepc-tepc)
70
100
±13.5
<;:1k1~ gerillm sahnmu
Giri~ oriak iprct gcrilim arahg1 VcM
GB
Kazanc-bant gcnislig] c;arp1rn1
Statik karakteristikler
Giris kayma gcrilirni
Giri~ kayma akmu
Elemumn harcumasi
----·-··--····--·--·-·--··---
'
±l2
±ll
V!mV
o
dlJ
v
v
-12
4
5
25
IO
JOO
500
MHz
mV
pA
mW
-----'-'--·
7
~2
.(b)
738
25
R£ir
Birimi
i~lemsel YOkseltei;: Terimlerinin Tanimlan
4-~6
olR2+-0IR12 V+
,';;d,il 15.,,<Jfilcm,cl
Ager
Maks.
i;,LEMSEL YUKSEL TE9 OZELLiKLEHi
~liit.>~t
l
CDC 1
Tip
Min
Sembol
--------------
yUksch~ entegre dc_vresi (J47): (a) denccliyagr.101,: (b) ba~lan1, diya~ram,.
BolOm .15. 7
Pralik i~lemsel YOkselte~ Devreleri
Giris Kayma Gerilimi: <;1k1§ uclannda c§il siikunet 9ali§ma gerilimleri (sifir 91k1:.
gerilimi) elde ctmck icin giri§ uc;:_lanna uygulanmas1 gcrekcn de gcrilimleri am
smdaki fark.
Girls kayma Akuni:
BolOm 15.8
iki giris ucunda
bulunan akimlar arasindaki fark.
Dogrusal Entegre Devreler: i~temsel YOkseltei;:ler
739
Siikunet <;altima Gerilimi: <;1kt§ uclanndan birin ilzerindeki topraga gore de ge-
rilimleri.
DC Elemamn Harcamast: Sinyal uygulamaksmn ve di§ ytik akmu olmaksizm
,;.
'
t"''
106 = 20 log A,
5.3 = log A,
A,.= ters log 5.3
elemanm toplam giit;: harcamasi.
Ortak hare/ Gerilim Kazanct: iki 91k1§ ucunda gelisen sinyal gerilimlerinin, paralel bagh iki giri§ ucuna uygulanan ortak sinyal gerilimine oraru.
Fark Gerilim Kazancs (Tek Ui;/11 GiriI-91k1~·): 1ki 91k1§ ucundan birindeki ropraga
gore 91k1§ gerilimi degi§iminin, giri§ gerilirnlerindeki farka oraru,
Ortak isareti basurma orant: Toplam fark gerilim kazancuun, ortak mod gerilim
kazancina oraru
3 dB Noktasindaki Bantgeni;lif!i (B): Elemarun gerilirn kazancmm, belirlenen bir
dii§iik frekanstaki gerilirn kazancuun 3 dB altmda oldugu zamanki frekansi
Maksimum <;1kt$ Gerilimi VJtepe-tepe): Sinyal dalga sekli kirprlmaksrztn elde
edilebilecek maksimum tepeden tepeye t;:ikt§ gerilimi sahmrm, topraga gore ol,;:illilr.
Tek Uclu Giris Direnci (R,i,): Giris gerilimindeki degi§menin, giris uclanndan birinde topraga gore olt;:iilen girl§ aktmmdaki degismeye oraru.
Tek Uclu (:1k1I Direnci.(Ri): <;ik1§ gerilirnindeki degi§menin, t;:1k1~ uclanndan birinde ropraga gore ol,;:tilen ,;:~ akimmdaki degi§meye oraru,
De[:i;im Htzi: <;1k1§ geriliminin zamana baglt olarak ne oranda luzh degi~tigini
gosteren elernan pararnetresi.
v,,=J'.'..iL=
Avol
Tipik 106 dB degeri, bir giri§ ucundan bir t;:ikt§ ucuna olan kazancur. Bu, 15.115.3 Bolurnlerde Av kazanci olarak arulnusn. Ureticiler, kazanci desibel. biriminde
(dB) vermektedir. Desibel ile kazanc arasmdaki iliski, ,;:1kt§ geriliminin (V0) giris gerilirnine (V;) niimerik oraru olarak ifade edilir ve a~ag1daki sekilde hesaplarur:
Ado= 20 log I A, I = 20 log
I ~; I
(I i.41)
Ornegin A,.= lOOO'lik bir kazanc ile
Adil= 20 log 1000 = 20(3) = 60 dB
ayrudir ve A,.= 100.000'lik bir kazanc ile
740
Bolum.15.8
i~lemsel YOkselte~ Ozellikleri
=±65.JtV
I
I
Boylesinc yuksek kazanch bir islemsel yuksetrec, daha buytik giri§ gerilimleriyle calrsmayi miimkiin kilmak icin, bu bolumde daha sonra da anlanldigi gibi, tipik olarak
kapah dongude ,;:ah§tu'11Lr.
Giris direnci giris uclanndan birinde olt;:illiir. 1012 Q'luk bir listc degeri, yuksek
bir degeri gosterir, 11. Bolumde, yukselte; katlan birbirine baglarurken veya yukseltec bir gerilim kaynagryla siiriiliirken giri§ direnc degerlerinin ne ·kadar onernli oldugu anlanlrmsn. Giris direncinin kaynak direncinden fazla buyuk olmamasi halinde yiikleme, giri~ geriliminin, yuklemesiz kaynak sinyalinden kiic;iik olmasma
neden olacak; bu da t;:tkt§ geriliminin az olmasiyla sonuclanacaktrr,
iki kutuplu islemsel yukselteclerin gir~ direnci tipik olarak 1 MQ civanndadir.
B1FET islemsel yukselteclerinin anma degeri, · I 012 Q ve BiMOS'Iann tipik nominal
degeri 1015 Q civanndadir.
Tipik olarak 100 n olan c;ikt§ clircnci, sinyali yilke uygulamak ic;in kullamlan c;1kt~
katma baghdlf. <;tkt§ katlan, yalmzca gerilim salm1m1mn tek yoniinde veya geriJim salmummn her iki yoniinde uygun sinyal saltmm1 saglayabilir ve hangi c;1kt~ katJ devresinin kullamld1gma bagh olaraldasadevre korumab olabilir (bakimz ~ekil 15.25).
OF:l.A.I< i$ARE.l
A,m = 20 log JOO.ODO= 20(5) = 100 dB
±13 v
200,000
degerinden biiyiik olmarnasnu gerektirir.
<;;
AGER
= 2 x 10~ = 200.000
Buyuk acik dongu kazanci (= 200000) ve simrh ,;:1kt§ gerilimi saluurru (± 13 V),
acrk devrc c;ah§mas1 icin uygulanacak giri§ geriliminin
DC Eiektrilcsel Parametreler
FARK GERiLiM KAZANCI BUYUK SiNYAL GERiLiM KAZANC!.
ayrudir. Bu durumda 106 dB'lik kazanc, 100.000'in uzerindeki bir gerilim kazanciyla ayru olmaktadir; ve tam olarak §tiyle hesaplanabilir:
i GASTIHMf\ OF;A!\11
CMRR=I~: I
Boliim 15 · Dogrusal Entegre Devreler: Yiikselte¢1er
741
(l5.42)
Ornegin 357 islemsel yi.ikselteci, ~ekil ·15.41'de goriildi.igi.i gibi, kayma gerilimini
ayarlamak icin dengeli giris uclanna sahiptir. Imalatcr, l ile 5. bacaklar arasina baglanmasi icin 25 kil'Juk bir potansiyometrcsonermcktedir; 2 ve 3 nolu · bacalclar iize-
onak i§m-el kazancina orarudir vc
rindeki girisler topraklandigi zaman (Vc1 0 V), ol9i.ilen 91k1§ gerilimi O V olana
kadar potansiyometrenin ortaucu ayarlarur.
·
olarak tarumlanan ortak i§areti basurma oraru desibel cinsinden de hesaplanabilir:
~~:R (dB)= 20 1og]
CMRR
= 100
¥.I .
dB degert, fark isaret kazancrrun
dB
=
a§ag1daki dcgere e§degerdir:
+Vee
A,,= ters log CMRR
Ac
= I 05
=
(dB)= ters log JOO dB =
20
20
ters
log 5
100.000
Boylece e~ veya aym polarite de sinyal, fark veya ters polaritede girislerden 100.000
kat daha az kazanc ile yiikseltilir.
~ekil l5.40'taki grafikten de gortil_cccgi uzcre CMRR dcgeri gcncldc, [rekanstaki
artisa bagh olarak diiser.
. -> . .
.
CMRR(dB)
GiRi~ ONGERiLiM AKIMl, /009erilim (/bias)
~t:"kil
I ~.40 hx:k:m~a haFh ortak i~:1n.•1i
(CMMR) ~rnfi~i.
o.1~llOlli1 nr.1111
40
20 ;., ..
O'-~-'-~--''--~-'-~---'~~.._~~-.·
100 1 kSl io xn IOOkSl I MSl
10
Frclcam (Hz)
KAYMA (OFSET) GERiLiMi, V05
io
lOOlt
lOk
Giri§ kayrna geriliminin <Vos) 1amm1, "islemsel yukseltecin ~1k1~1111 0 V'a cckmek
i9i1l' girisler arasmda olrnasi ge;ac~~
fark gerilimi" olarak da ifade edilebilir.
ideal V0.1 degeri O V olmahdir; pratiktc ise birkac milivottur, Bi.iyi.ik sinyal 9ahsmasmda islemscl yukseltcc kullamldrg. ..zaman, kii9iik bir kayma gerilimi kabul
.de
edilebilir. Bir donii§ti.iri.ici.idc, ol9ii aleti veya olcme cihazinda oldugu gibi, ki.i9iik
bir 91k1§ gcriliminin ol9iilen bir nic;cligi tcmsil cttigi uygulumalarda kullarulmnst halinde srfir olmayan bir \'.Lkt§ gerilimi ciddi hatalara yol acabilir, Bu tur devre uygulamalarmda kayma gcrilimi cok di.i~iik olan veya giri§ uclannda kayma gcrilimi
ayarlamasi yapilabilen bir i~lemsel yukseltec kullamlir.
742
IC icindeki devrenin uygun calismasi icin, imalatci tarafmdan belirtilen yeterli de
ongerilim akrmirun olmasi gerekir. BJT girisleri icin gereldi akim, tipik olarak rnikroamper; JFET'li giri§ katlan icin
pikoamperler duzeyindedir, Elernarun tipik
anrna degeri 25°C'de (oda sicakhgmda) bulunmasma karsilik, ~ekil 15.42'deki grnfiktcn de gori.ilecegi iizerc sicakhga bagh olarak onemli mikrarda artar,
Boliim)5.8 i~lemsel Yiikselte,; Ozellikleri
lk
JFBT g1rltl
100·
(1.57)
10
l
0.1.
-SS
-zs
5
35
65
~dil 15.-U Elemamn krhf sicakhJula ba£h gerckli giri~ ongerilirn akmum ~Os1cren cgri.
Boliim 15.
Dogrusal Entegre Devrelerd~lemsel YOkselte,;ler
743
..·: GiRi$
Emegre devrenin bant geni§ligini bulmak iyin kullaruJan diger bir pa.rametre yi.ikselme
suresidir (t,). Yiikselme siiresi degeri ile bant geni§Jigi arasmda §oyle bir ili~kivardir:
B .Q;ll
(15.43)
KAYMA AKl,M"i:°i~~- .
. , Giri~lerdeki ongeritim alam.mdaki_kil9ilkfark, c.1k1~ sap'.11a gerilimi saglamak icin
yi.ikseltey kazanci orarunda yilkseltilir. BJT giris devrele:1~de sapma (offse_t). akmu
on ile yuz nanoamper diizcyinde ifadc edilirken, JFET gm§ katlannda bu tipik ola-
=
fr
Ornegin, irnalatcirun verdigi t, degeri 0.3'},s ise, bir degerinde kazanc bant geni§ligi
degeri
rak pikoamper diizeyindedir.
B = ...Q.1L
S0R01<LENME
Siiriiklenme, sicakhktaki deji§meye bagb olarak gerilimindc gori.ilen clegi§mel_er
icin kullamlan bir terimdir;~~i~.§ gerilimi oda sicakhgmde
Va ~yarl~n~1~ bile
olsa, bu deger sicak.W.cta.k{.,~fgi§ritelere. bagh olarak deg1§ecekt1r. T1p1k. olar~
·1· j siiriiklenmesi (/!.VcJ6.T) 5-40 pVl°C aralrgmdadir. Kab!1ca susaprna gen 1m
?·,,:i·. .. . . . .
, . .
, .
_
ri.iklenme, ba~lang19taki sapm~. genltmmm her m V u 1910 3 .3 JN f'C dir, .s~pma ala
rnmdan kaynaklanan silri.ikl~~,';lytipik olarak,
0.0 I · 0.5 nAf'C dir.
6.L,J/!.T=
?
0
a:.,.~
AC Elektriksel Paramqtr!~.l.erl
.
_: ... .
}
.
.
SANT GENiSLiGi, B : ... ~
..
•• ':i-1'
= 1.167
MHz
Elemana ait t;:e§itli veri sayfalarmda, islemsel yJici~ite9 kullamhrken soz konusu frekans smmru belirtmek i9in bir degerinde kazanci'B, kazanc bant geni~ligi carpirm
veya yiikselme sUresi verilir. A91k cevrim ka~rici"J00.000 (dc'de) ve kazanc ;bant
geni§ligi 9arp1m1 l MHz olan bir islemsel yilksbtteci'n A8., (Av01) degerinin cok .daha
kil9iik, ornegin 10 kHz oldugu acikur. ~ekil 15.43'te.ki grafige bakacak olursak, i§·
lemsel yiikseltecin kazancmm de geriliminde 100.'dB'den biiyiik oldugunu, ancak 10
kHz'de 65 dB'ye dil:}tiigiinii gonlruz, 1 Mflz'de islemsel yukseltec kazanci 20 dB civanndadir (Ager = 10); bunun da islemsel ytlkseltet;: uygularnalan icin buyuk bir kazanc olmadig: acikur, Ne olursa olsun, bant geni§liginin daha btiyi.ik olmas1, i§·
lemsel yiikseltecin daha yi.iksek bir frekansta 9al.J§ma.sm1 sagla.r.
•• : ~
lslemse! yukseltec bir degerindeki kazanc bani gen~ligi, d:~r~ni.~ inmlatm~i'.~ k?naklanan kapasitanslar nedeniyle kazancm bire (kazanc = 1) du:}tugu noktad~ ~~tirekansi belirtir. Bir degerinde kazanc bant geni§liginin veya kazanc bant gem§hg1 9a.rpirrunm tipik degerleri l ~'.d_en'biiyilktiir. ~ekil l5.~3'~e, _357 IC i9i~: frekansa ~agll
olarak a1rik c.evrim gerilim kazancirun bir grafig! verilmistir. 1_00 Hz'in altmdaki deger!erde kazancm, nominal d~}11r1k 9cvrim kazanc degerde s~b1t knl~1gma, buna kar~thk 10 MHz civanndaki freirnn'siarda birc (0 dB) dii~tiigiine dikkat cdin.
A~~gerillmlatDDCt(dB)
110
100
·90
0.3 µs
olur.
s~·l-..il 15 .. 1.,mrd..:~~rimk-
Degi§im hm, 91ki§ geriliminin zamana. bagh olaiak ne kadar h1zh degi§tigini gosteren bir parametredir. Tipik degi§me h121 degerlerl 0.S - 50 V/µs arasmda degiliir;
degcrin biiyiik olmas1, devreniii daha h1zlt 9al1~tigiri1 gosterir.
Tablo 15.2'de, birka9 IC i9in 9e§itli eleman· paiametrelerinin bir kar§1la§t1nnas1
verilmi§tir.
··_·}·.:.~:L(>
·1 ~). ! ~~!1..;t1.:,j.,;l
\'U!~~r~i£~f
"K.rtal~ bani l!Clli~li~ill~ h.1~h
rrel:nb ciri!<>i
PL.rviu -~ t~·et.::dnht
Paramelre iki-ku111p/11
A9ik-c;evrim gerilim kazanc1
Giri§ direnci
<;1k1~ direnci
Ortak i§a.reti bashrma oram
Giri~ kayrna gerilimi
Giri~ ongerilim ak1m1
Giri~ kayma alam1
Siirilklenme
Bant geni~ligi
Degi§me h1z1
Boliim 15
Ager
Rcir
~·k
CMRR
v,,,
IDt,·fl<I'
In,
tN,./6.T
B
SR
200
2
75
90
80nA
20nA
15
l
0.5
f'~:..:i~r1fi]~i\11·rn:tsi
BiFET
200
106
100
1
30pA
3pA
3
20
50
OogrusalEntegre Oevrel~~: 1,remsel YOkselt~ler
Nortm1-lli-;:;;;;;---·
2.8
1
8
30pA
V/mV
M.Q
n
dB
mV
nA veya pA
nA veya pA
µvrc
2.5
0.5
MHz
V/es
745
15.9
i$LEMSEL
YUKSEL
T!:c9
UYGULAMAl,.ARI
olacakur; bu da aletin §imdi tam olyekte 5,mV okudugunu gosterir. Boyle bir milivoltmetreyi kurmak is;in bir i~lemsel yiikseltes; devresi, birkac direnc ve olyii aleti
kadrarn saun almak gerektigini unutmaym. 1Tamame~ test edilrnis, yah§ir vaziyette
bir i§lemsel vukseltec temin edebllmeirnkam, tilyme aletini kurmayi kolaylasunr,
i~lemsel yukselteclerin analog bilgisayai":devreleri (ki b~, i;:o~. biiyuk bi1: i~~em~.~]
yukseltec uygulama alamdir) dismda ne kadar yararh o:ab1lec~g1 -~onusund<1 bu _f1~_1'.
vennek icin, burada birkac uygulamayi daha ele alacagiz. Osilator uygulamalan rsc
18. Bolurnde incelenccektir.
Sabit Akim Kaynag1
DC Milivoltmetresi
~ckil 15.45'd, sabit akim saglayan islemsel yi.ikseltei;: devrelerini gostermektedir.
~ekil 15.45a'daki devre iii;: direnc tarafmdan 1 mA'de sabitlenen bir yi.k1~ akrmi saglar. R2 ve R3 gerilim boli.iciisii, terslemeyen girisi +3 V'a ayarlar, bu da R1 iizerinde
+2 V'luk bir gerilim dil§i.imi.i saglar, Daha sonra 91k1§ akirm (2V) IR 1 = (2V) I 2 k.Q
= l mA degerinde sabitlenir, Dii§ilk akim kaynagmm9ah§mas1, RI direnc degerinin
secilrnesiyle belli bir deger aral1giha sabitlenebilir,
.
~ekil 15.44'de, de milivoltmetrede ternel yukscltec olarak kullanilan ~ir 741. i§lemsel yukseltec _gosterilmekteciir'. Yukseltec, giris ernpedansi ve ols;ek fak.
•
,,• (lif! ..
I
·11!11Vi:.
l'tt,J;v
~ifit:~/ l1'•
Vj--"'R11.i11\.---.---®-2_·
IOOkn
@
,
.
.
;
~
!
1 .
T
.
V+ (5 V)
V+
r-------t----<> (S V)
@
'"'M_·_, v
lbrcdeO-lmA'lik
:,> ,; . .sapma
,Y-
,
.
lV Ri
2kfl
IOOW
R,
V4""0V
___ _,._....;;;.._. +
10.!1
0
~dil l:iA~ i~lcm'l,!1 yiikscile\li
de milivol1mclrcs1 ..
iorleri sadece direnc degcrine Yf ~ogruluK ali~eyi_n~ bagh olan bi~ olvti. ~~cti si'.gh~r.
Oll;i.i aletinin, devre girisi uzerindeki sinyali milivolt olara~ gos~erd1gme -dikkat
edin. i~Iemsel yukseltec devresinin analizi yaprldigmda a§ag1daki devre transfer
fonksiyonunu verir:
JQ..-&(.
. L)
V1 Rt R.,
=!00 k~ x _I_=Lme,
IOQ k.Q 10 k.Q 5 mV
Boylece 10 mV'luk bir giris, oli;:u aleii uzerinden 1 mA'lik bir akirn akiracaknr. Eger
giris 5 my ise, oli;:i.i aleti uzerinden gei;:en akim 0.5 mA duzeyinde olaca~ur; bu d_a
· yanm o"I <;:.ek sapmasrdir • Orneg~in
Iib rentn
•
. , R1'nin 200 k.Q'a cikanlmasi halindc devrc
olcek faktoru
Is: = i(JQ k.Q
v. · icfo'kn
746
x _1_ = 1 mA
10 n
s mv
Boliim H.B. i~lemsel YOkseltei;: Ozelllkleri
+
JV R3
+
2y
3 k.!1
":'
(a)
(b)
~ekil 15.45'deki devre, sabit 91k1§h cekme aknru i.iretir (ornegimizde 2 mA). R1
direnc degerinin ayarlanmasr, 91k1§ akirmru istenilen degerde sabitler,
'
Gosterge SOrOculeri
~ekil 15.46, larnbah gosterge (display) veya LED'li gostergeyi surmek iyin kullarulan islemsel yukseltec devrelerini gostermcktedir. ~ekil 15.46'daki tcrslemeyen
BolOm 15Dogrusal EntegreDevreler: i~lemsel_Yilkselte~ler
747
R1
1 kfl
. . tersleyen girisin ilstiine <;:1kug1 zarnan, 1 nolu uctaki r;;1k1~. ~o~itif doyrna ditgm~,
id (b .. nekte +5 V civan) ve Q1 transistoru iletime ger;;ttg1 (ar;;1Id1g1) anda
zeyme gi er u or
.
.
·
k
Q
.. .. .. (yanar ). D evred e· de gortilece11i
O uzere • islernsel yukseltecin r;;1 1~1..1 1
!amba surulur
. .. .. . bazma 30 m A'l'k
akrm saX.lar.
bu da bu rniktarda akirn
kaldirabi en
rransistoruntin
1
5
,
..
uygun biir transis. t"r
v (/J > 20) Uzerinden 600 mA'lik silrme gerr;;ekle~tinr.
+IOV
Vi
t:
\·1
Ri
IOOJcn
I·
!
r+
G)
V-+ (5 'i)
I
. [email protected]
@
3•7
G)
I
[email protected]
-IOV
fbrt.dc0-lmA 'Ille
Vt(5 V)
sapma
1
[email protected]
-, ... ~600,n~
Rr
IOOkO
J5&
~d.,I I ~.-17 l~lem!ICI yllk,elte, kull<I·
111tar.1k ynpuan bir uc mllivohnlC1rcsi.
(b)
~clil 15 .. Jc,• Glistefl!e sllnlcli :ievrckri: (al lamb> s(iructlsu; (bl LF.O ,urticUsu.
i~lernsel yukselteclerin populer uygulamalanndan birisi de, aktif filtre yapmudir,
Filtre devresi, direnc ve kondansator gibi pasif elemanlarla kurulur. Aktif filtrede
bunlara ek olarak gerilim kazanci ve sinyal yauhrm veya tamponlama ir;;in bir yukseltec kullanrhr,
\&~~
·
·'" :.- · ·
· if ldug"u zamnn LED'Ii siirmek icin 20
~ekil 15.46b'de, - girise klyasla
pozit o. . ..
.
mA akim akuabilen bir i~lemset'y,Ukselter;; devresim gostermekted1r.
AC Milivoltmetresi
.
I ak ,:;: kil 15 47'de bir ac milivoltmctrc devresi vcrilrnistir.
Bir baska ornek o ar 'le
:
Devrenin transfer fonksiyonu ~oyledtr:
AL(;Af< GEc;iREI\I
.&.-Jkfj_)=~x-1-= I
V1 -Rt
\R, ..
1001ill
JOQ
mA
JOmV
'
..
d Id - gibidir ancak burada ac sinyaller i:\lr;;ulmektedir.
Bu da de m1hvoltmetre e o ugu
•
.. .. .
..
V'tuk
. ..
. 10 mV'luk ac'giris
gerilirni rem tam olr;;ek sapar, 10 m
O
Voltmctrenin gostergesi
rl<l
V'luk ac giris sinyalinde ibre,
ac giri~ sinyali tam olr;;ek sapmnya neden o I u en, 5 m
yanm oL,;ek sapar ve okunan deger milivolt olarak yorumlamr.
748
Boliim 15•
De dUzeyinden kesim frekansma (J,, H) kadar sabit bir r;;do~ saglayan ve daha sonra
sinyal gecirmeyen bir filtre $ekil t5.48a'daki tepki grafiginde de gdsterildig] gibi ideal
bir alcak band geciren filtredir. Sadece kesim frekansnun iistiindeki sinyalleri geciren bir
filtre, ~kil 15.48b'de idealize edildig! gibi, yiiksek geciren bir filtredir. Filtre devresi,
belli bir kesim frekansuun ilstilnde vc ikinci bir kesim frekansmm altmdaki sinyalleri
ge<;:irdigi zaman, bu fihre devresi, $ekil 15.48c'de idealize edildigi gibi bant geciren Iiltredir.
Fil TRE
$ekil 15.49a'daki gibi tek direnc ve kondansator' kullarulan birinci dereceden bir
aleak geciren filtre, $ekil 15.49b'de gorti1diigii gibi pratik olarak her dekad'da 20
dB'lik bir egime sahiptir ($ekil l 5.48a'daki ideal tepkiden farkh olarak). Kesim frekansirun alunda gerilim kazanci su degerde sabiltir:
Av= I+
&J.;
(15.44)
Ra,
i~lemsel YOkselte,; Ozelllkleri
749
BolOm 15 Dogrusal Entegre Devreler: i~lemsel YOkselte,;ler
kesim frekansi,
(15.45)
'}i(i(~~-_ ;j):f:_:;
.... ··~. ~ :
Filtrenin iki boliimiiniin Seki! 15.50'deki gibi baglanmasi, Seki! t5.48a'daki ideal
karakteristige cok yakin olan 40 dB/dckadhk kesirn frekansh ikinci dereceden bir
alcak geciren filtre olusturur. lkinci dereceden devrenin filtre tepkisinin daha luzli
· dusmesi dismda, devrenin gerilim kazanci vc kesim frekanst, birinci dcrece filtrc
devresiyle ayrudir,
. ...~.. ;>·.
L.:.-~-'-~----
........... ~~~~,
fo,H
fo,L
(b)
(a)
f\~OdB/dekad
t.i.-Yilks.
f~,L.
i\
fo,H
{c}
c,
~c~il I SA~lde;il Iiltrc 1q>ki,i: (a) al,o,k gcc;iren: \b) yUbck ~<~ircn: (c11~1111 r,~ircn.
!
I
\
'
\
fo,H
(a)
K
clebd
.
.
{a)
(b)
.,. ..
:
--· .
-~--
(b)
C)RNEK 15.10
N 1 = 1,2 kQ ve C1
= 0,02
µF alarak birinci.dereceden
alcak geciren filtrenin kesim
frckansirn hesaplayin:
<;oii.im:
f,,,11 = __t - =
I
- 6.63 kHz
2nR, C1 2n'(l.2 x !03)(0.02 x 10·6)
YUKSEK GE<;iREN Al<TiF FiLIRE
Birinci vc ikinci dercce yuksek gecircn !1ctif filtrelcr, ~ckil 15.51.'dc
750
Bolilm 15.8 i~lemselYilkselle~ Ozelllklerl
Biilum 15 Dogrusal Entegre Devreler: l~lemsel Yiikseltei,ler
gori.ildi.igii
751
I
gibi Jcurulabilir. Yiikseltecin kazancr, (15.44) denklemi ve a~ag1da verilen kesim frekansi ifadesi kullarularak bulunur:
(Ri = R2 ve
c1 = c1
f,,,l = __I_
21rR1C1
(15.46)
Kesim frekansr,
f,,,L = -·-1-= ·
21rR1C1
,
I
·' ·.
21t'(2.1 x 103)(0.05 x 10·6)
= 1.5 kHz
BANT GE<;iREN Fil TRE
olan ikinci derece filtre de ayrn kesim frekansiru verir);
~ekil 15.52'de, iki kath bir bant geciren bir filtre verilrnistir; ilk kati yiiksek ge-.
ciren bir filtre olup, ikinci kan alcak geciren bir filtredir ve ikisinin birlikte ~ahsmasi istenen bani geciren filtre tepkisini verir:
-
J
.
\
.r,
_ij!.-YOks.
~-_ .. _,,
·;
!::,:
\·ij!.-Ylib.~h
---N-....--:t
~.-Yllb.
(a)
'-"
(b)
r
j
.ft
• 20 dB/ delrud//
./ /
1,, •40 dB/ dekad
/t1
Yo.bclcg~
bOlllm
(a)
L-~~_,:_if~~'~L
~~~~~~~-f
I
(c)
20dB/debd
t;ckil ;.,.S'YUksek g~iren lihrc: la) Oiti1H:, d~rci.:1::1h) ikind dcrece: (cl tepki ~1:1fi~i..
'
l s, =
(b)
=
R~ = 2.1 kQ, c, = c2 0.05 µF ve R01 = 10 kn, R,1= 50 kn degerl~n icin
; ~ekil 15.51 b'deki ikinci derece yiiksek geciren filtrenin kazancmi ve kesim fre-
i
i
i
A,.= I +
!1iJ. I + 50
R,,1
kQ = 6
10 kn
t
752
(>RNEK 15.12
f
kansirn hesaplaym:
<;i>'fifm:
fo,L
~ckil 15.S.1 Al1ifban1 ge,;in:n fil1.-.:
ORNEK 15.11.
I
A (orta) ----- ' I
fo,L
BolOm 15.8 illlemsel Yuksettec; Ozellikleri
l
fl
=
=
R2 = l? kO, Ci_= 0,1 ~,F ve C2 0.00211F alarak ~ekil 15.52'deki bani gecrren filtremn alt ve iist kesim ftckanslanm hesaplayin.
R_1
.
.
BolOm 15 Dogrusal Entegre Devrefer: i~lemsel YOkselte~ler
753
PROB LEMLER
Cozum:
{11
L=--1-=
. .
!,,,fl
2nR1C1
21t(IO x 103)(0.1 x 10·6)
= __l__ =
21rR2C2
Gerilim Tamponu ve
= 159.15
kHz
1.5.1
1. ~ekil 15.54'tc verilen fark yiikselteci ve giri~ sinyali icin c;Lk1~ dalga sckillerini
cizin (Sekil l5.2'deki ayrmulara bakm).
. 1
= 7.96 kHz
21t(IO x 103)(0.002 x 10·6)
Dag1t1C1$1
3i
~ekil 15.53'teki devre, islemsel yukseltec devreleri kullanarak bir sinyalin, birkac
91k1§a nasil tamponlanabilecegl ve dagiulabileceglni gosterir, Dort islemsel yukseltec devresinin tamami tek bir ddrtlii 347 islemsel yukseltec entegre birimi uzerine
yerlestirilmistir, 4 ve 11 nolu bacaklara uygulanan kaynak gerilimleri, dort islemsel
yiikseltec dcvrenin tiimiine baglarur, Birim kazanch yukseltec olarak baglanan giri~
kati, 1 nolu bacak iizerinde giris sinyaliyle ayni olan bir 91k1§ saglar, Diger ii~ kat,
birim kazanch terslemeycn ytikseltec olarak baglanmrsnr ve birbirinden ayn ve yahulrrus iic; c;1k1§ olarak daginlan ii<; 07.<l~ (birbirinin ayru) sinyal saglar,
v.,
!
~~~ i??.f:.
t1y: j,.-
4t"
-·
,:, ·'·
._' .: :.
.: . ·_;:j
!~i .
'.-:,\·~ i I i 5 .).J Problem I ve 2'ye ili~kin fork yUkschl!Ci ve ~iri} doill!a ~kiHcri.
2. Viz giris sinyali 8 mY tepe degerli 1000 Hz'(ik bir sinyal ise, ~ekil I5.54'teki
ve V"2 y1k1§ dalga sekillerini kaba taslak yi_zin (yukseltec kazanci lOOO'dir).
3.
v01
~ekil l5.55'dcki fork yiikseltcci icin Vn2'dcki c;1k1§ dalga scklini cizin,
vo.
'
3
},,,._ ..
v
'\., Vid
2
'
4
'-·
v,,,
~~kil 15.5~ Problem 3 ve 4'c ilijkin fork yukschL'Ci ve siriJ clolga ickillcri.
~t:kil 15.5.~i~lcms.:1 yilkscha;lcrin datu1m• is;in rnmpon ,,larnk l.:ullamlnm~1.
754
Boliim 15.8 i§lemsel Yiikseltei; Ozellikleri
4.
Yukseltecin kazanci lOOO ise, 5 mY'luk tcpe degcrli giri~ ic;in ~ekil 15.55'deki
devrenin V111 'deki r;1k11i dalga seklini .<;izin.
Bolum 15 .Problemler
755
+22V
§ 15.2
s.
$ekil l5.56'daki devrenin de koUe.ktor gerilimlerini bulun.
8.1 kSl
v.,,
+ISV
ISkO
ISkSl
+
lkO
VRE·=· o.1v·J··.!"·,
hn = h1,.·-.,;·60"
»:
=:3AkSl
.L
= 120k!l
"""
ISkil
....._
'~~· t-. i I I .,. '~4, Prohkm ~.11
vi: 7'yctli~kill devrc
7.
$ekil 15.56'daki devrenin giris ve ~Jkl§ direneini hesaplaym.
8.
$ekil 15.57'deki devre icin, J e sabit akirn degerini hesaplaym.
9.
$ekil 15.57'deki devredeki de kollektor gerilimini hesaplaym.
ve R 1
= 5 kn
degerleri icin §ekil l5. I 9'daki
devrenin sabit akirruns hesaplaym.
lO'daki degerlcri kullanarak,
devrcnin ac ~1k1~ direncini hesaplayin.
(hrc = 150, I/hoc =100 kn, h;e =tl50 n) ..
756
i~l~!
ve tJ·a ill§kin dcvre.
-ISV
.
$ekil 15.56'daki fark yilkseltecinin ae gerilim kazancim hesaplaym.
11. Problem
2.8kn
~ekil 15.57 Problem 8
6.
10. Vz = 6.8 V, Re= 1.8 ill
_.
BolOm15 Dogrusal Entegre Devreler:i~lemsel Viiksettei;:ler
*
-22V
l5.4
12. Fark gerilim kazanci 200 ve ortak isaret! basurma oraru 80 dB olan bir yukscltecin ortakisaret kazanci nedir?
13. Park kazanci 180 vc ortak isaret kazanci 0.5 olan bir ydkselrecin ortak isareti
bastirma orarn dB olarak nedir?
14. Re= 4.3·ill, RE= 11 ill ve transistor icin h1, = 120 ve h;, = J.5 ill alarak Sckil
15.27a'daki devrenin fark ve ortak isaret kazanclan ile CMRR degerini hesaplayin.
15. Re= 4.3 kQ, h10 = 120, llhoe = 100 k.Q ve h;, = J.5 k.Q alarak Seki! 15.27b'deki
devre icin fark ve ortak isaret kazanclan ile CMRR degerini hesaplayin,
= 0.5 mV, Vn = 0.45 mV'luk girisler ile Ad= 450 ve CMRR = I 04 degerleri
iein bir fark yiikseltecinin 1r1ki~ gerilimini hesaplayin.
16. V;1
BolOm 15 Problemler
757
17. Fark yukseltecinin giri§ direnci, 5 V'luk girise seri 25 kn'luk direnc kullamlarak
o!yi.ilmii§ttir. Eger ytiksellecin girisindeki gerilim 1.5 V ise R; degeri nedir?
l'j=-2Y--+
=
18. Bir fark yukseltecinin tek giri§ varken kazanci A.1 120'dir. A., bulunurken yapilan
devre ol9timlerinde V; = 2 V ve V,, = 20 mV'tur. CMRR degerini dB cinsinden hesaplaym.
*
soom
15.5
19. "Zahiri toprak" ne demektir?
*
IOOkSl
;,
';,
.~ckil J 5.:i') Problem
23'e ili~kin devre.
15.6
20. Vi = 4V, R1= 250 kO vc R 1 = 50 kn degerleri i9in ~ekil 15.3l'deki gibi bir terslemeyen i§lemsel yukseltec devresinin r;iki§ gerilimini hesaplayrn.
24. $ekil 15.60'daki devre ve girisler icin 91k.t§ dalga seklini cizin.
iir; girisli toplam ahci yiikseltecin 91kt§ gerilimini .hesaplaym: R1 = 200 kO, R2 = 250 kO, R3 = 500 kQ,
Rr= 1 MQ, V1 = -2V, V2 = +2V ve.'13 = iv
21. A§ag1daki degerler icin ~ekil 15.34'deki gibi bir
"1 (t)--'1·
•.,..
..."'
... _
200kSl
I __
lµF
....
22. ~ekil 15.58'deki devrelerin 91k1§ gerilimini bulun.
.....
~,·kil IS.GO Problem
SOOkil
V.c-JV-2~-- 01__ . .
v1 m +JV--"''11"11'-~--'
IOOkfi
i4'c ili}kindevre.
25. Problem 24'ii. Sekil 15.61 icin tekrarlaym.
. t,1.-Ytlb.
ti
(b)
(a)
Yr
ov J
~
lµF
•·
"1 (t) __ .,..,.,.__
!Mn
SOOk.ll
~ckll I S5M 1-.mblt.•m 22'ye ili~kiu dcvrc.
23. Problem 22'yi, ~ekil 15.59'daki.devre_ir;in tekrarlaym.
758
BolOm 15
Dogrusal Entegre Devreler: i,1emsel YOkselte~ler
Bolilm 15 Problemler
-
';
,.
:fo•
r"
...:~)'Ob:
15.td Prohlern
2.'S'c ili~kin dcvrc.
~ekil
759
§
15.7
~::;ffii
26. R2 =1,8 kii, R3 = 3.3 kil ve R1 = 1.8 kQ ise Sekil J.5.45a'daki devrenin sabit
t:: ·J
<;1kl§ akirru nedir?
27. Sekil 15.45b'deki devrede R2 = 2.7 kil, R3 = 1.8 kQ ve R1
akimimn degeri nedir?
= 1.2
,;;
\,.~ il.::~_•.;.
kil ise /" <;1k1~
28. $ekil 15.62a'daki filtre .levrcsinin kesim frekansiru hesaplayin.
16.1
(a)
1001cn
(b)
S<'kil 1.5.62 Problem 2~ ve 29'a ili1kin a~tif filtre devre.
29. $ekiJ' 15.62b'deki filtre·devresinin kesim frekansiru hesaplaym. Filtrenin ideal
tepki grafigini cizin.
760
BolOm 15 Dogrusal Entegre Devreler:i~lemsel YOkselte~ler
cinis
Gcrilim regillatorleri dogrusal IC'lerin populer bir grubudur. Gerilim regiilatorti entegre devresi, girisine uygulanan.oldukcasabi]: bir de gerilimini ahr ve daha dil§iik
diizeyli bir ae gerilim <;IIG§I verir;
iik1§:iegtilai6r tarafmdan biiyiik bir yiik aknm
veya giris gerilimi degi~me araiigi.ndilsabit>~eya regule edilmis halde tutulur. AC
gerilim kaynagmdan baslayarak, ac gerilimini dq~rultmak suretiyle kararh bir de gerilimi olusturulur ve bu de gerilimi, bir de seviyesine filtrelenerek sonunda bir IC gerilim regulatoru devresiyle diizenlenir.
Bu b6liimde, filtre kondansatorlerinin <;ah~mas1 ve transforrnator, dogrultucu ve
filtre kullanarak ae geriliminin de gerilimine donii§tiirulmesi islemi ele almacaktir.
Diyotlu dogruhma devreleri icin 2. Bolume tekrar bakm.
<;e§itli ~1kt§ gerilimi degerlerine sahip sabit bir ~tkl§ gerilimi iireten entegre (IC)
gerilim regi.ilatorii rnevcuttur, Regulator entegreleri, pozitif veya negatif gerilimlerde
<;alt~aeak ~ekilde secilebilir, Aynea dt§ direnc degerleriyle ayarlanan belli bir gerilim arahgmda <;1k1§ veren gerilim regulatorleri 'de mevcuttur.
~ekil 16.l'de, tipik bir gil<; kaynagirun bolumlerini ve 9c~itli noktalardaki gerilimleri gosteren bir diyagram verilmistir. Ortalamadegeri tipikolarak 120 V olan
ae gerilimi, istenen de <;tki§ duzeyi icin. bu _gerilimi' artiran veya <;ogunlukla dil~ilren
bir transformatore baglamr. Ardmdan bir diyotlu d~grultucu, sinyal degi§imini daha
dtizgiln bir hale getirmek i<;inbirfiltreye:uygtifanan'yar1~ dalga (9oguniukla tipik
olarak tam dalga) dogrultulmus bir gerilim iiretir. Bu dilzgunlestirme icin <;ogu kez
bu
761
filtre yeterli olur. _Sonur;ta elde edilen kisrnen dalgacikh veya
ae degi~meli de gerilimi daha sonra belli bir ytik araliginda son dereee dti§tik dalgacik gerilimli bir de gerilim r;1kt§I veren bir entegre regulatore giri§ olarak uygulamr,
basit bir kondansatorlu
r
\
IC regOlator
~ekil I 1,.1 llir _gU~ kayllllgmmana par~lann1n g6'1eriklij\i blok diyagrarm.
16.2
GENEL Fil TRE ESASLARI
Ortalama degeri sifir olan bir sinyali, ortalama degeri sifirdan farkh bir sinyale do-
nii§tli1111ek icin bir dogrultucu devreye _gerek vardir. Ne var ki sonucta elde edilen
darbe seklindeki de sinyal, diizgtin bir de olmadigr gibi de icin iyi bir ornek bile degildir. Kuskusuz, elde edilen de seviyesi akiiyii (pili) doldurdugu siirece, sinyalin
darbeli yapisi pi! doldurma devre;i gibi birdt:vrede r,:ok onemli degildir. 6te yandan
kasetcalar veya radyodaki gerilimbesiemerlev~leri ir,:in darbeli de gerilimi, cikista
devrenin tamammm r,:ah§masm1 ~erirnsiiiala~ 50 Hz (veya 100 Hz)'lik bir sinyal
liretecektir. Bu ttir ve diger bircok uygulamada de r,:d,J§m, yanm dalga veya tam
dalga dogrultucu devrelerinden elde edilcn darbel; de gcrilirnden daha dtizgiin 01mast gerekir.
Filtre ile Gerilim RegOlasyonu
ve Dalqacik Gerilimi
Filtre devresinin aynnulanna girmeden i;ince, bir devrenin Iiltre olarak ne oranda
verimli oldugunu dcgerlendlrebilmek ir,:in devrelerin anma degcrlerinin belirlenmesinde kullanilan gene! yontemi ele almarmzda yarar vardir, ~ekil 16.2, bazi
sinyal faktorlerini tammla~ak ir,:in ku1Ian1lacak olan tipik bir filtre r,:1k1§ gerilimini
gostermektedir. ~ek:il 16.2'deki filtrelenmis r,:tk•§ geriliminin bir de degeri ve bir
miktar ac degi§imi (dalgal1lik)-vardrr. Pilden alman gerilimin sabit ya da de duzeyli
olmasma karsihk, bir ac kaynagindan dogrult~a ve filtrelcme sonrasmda alman gerilim uzerinde ise bazi degi§iniler (dalgaciklar) bulunur, De seviyesine oranla ac degi§mesi ne kadar kiir,:iikse,filt~ devresinin r,:ah§l~la~l da O kadar iyiolur.
762
Biilum 16
Dogrusal IC'ler: RegOlaliirler (Flllreler ve Gii~ Kaynaklan Dahill
YOlc
0
Wt.
Filtre devresinin c;;tl<t§ geriliminin, bir de voltmetre ve ac (rms) (ortalama deger)
voltmetre kullamlarak i:ilr,:iilmesini ele alalim. De voltmetre yalmzea c;;tlo§ geriliminin ortalamasim veya de diizeyini okuyacaktrr. Ac voltmetrc yalmzca r,:tkl§ ge·
riliminin ac bilesenlerinin ortalama deg~rini okuyacakur (sinyalin olr,;ii aletine, de
diizeyini bloklayan bir kondansator iizerinden baglandig1 varsayihrsa).
Tamm: Dalgal11Ik:
'\ r=daloahhk = dalgactkgerilimi (nns) = V,{rms) x %JOO
0
_
_
. de gerilim
.Vde_
1
J
(16.l)
()RNEK Hi.I
Bir filtre devresinden gelcn r,;1k.t§ sinyalini i:ilc;;mek icin de ve ac voltmetre kullarnldigmda, 25 V'lukbir.dc.gerilimi ve 1.5 V rms'lik (ortalama deger) bir ac dalgacik gerilimi elde edilmistir, Filtre r,;1kl§mdaki dalgactk gerilimini hesaplaym.
,_
~;i_i·t,(im:
r Yr (rms) x %100 = Ll...Y. 100 = %6
Vdc
25 V
GERiLiM REGULASYONU
Gerilim kaynagmdaki bir baska onemli faktor de, devrenin r,:ah§ma arahg1 icinde
c;;1k1§taki de geriliminde ortaya <;ikan degi§imin _ miktandir. Yuk, kaynaktan akirn
Biilum 16.2 Gene! Flltre Esaslan
763
bir sorunsa) yanrn dalga dogrulrucu yeterli olabilir. Aynca Iiltrelenrnis 91la~. yiike
az miktarda akim iletiyor ve filtre devresi kritik bir onern tasmuyorsa, yanm dalga
dogrulttilmu§ bir sinyal yeterli olabilir, Ote yandan, kaynagm olabildigince az daigacik ieermesini gerektiren durumlarda en iyisi, ~ag1da da gosterilecegi gibi, tam
dalga dogrultmali bir sinyalle baslamak olacaknr,
Yanm dalga dogrultulmus bir sinyal icin 91k.l§ de gerilirni Vdc
0.318 Vm'dir.
Crkissinyalinin ac bileseninin rms degeri hesaplanabilir, V,. (rms) = 0.385 Vm'dir.
Dalgalihk yi.izdesini hesaplarsak:
yektiginde, yiiksiiz halde (kaynaktan akim yelolmedigi durumda) ytla~ta elde edilen
gerilim azahr, · Yiiklii ve yiiksiiz 93l1§mada, -~lk1~tan alinan gerili~in ne oranda degi§tigi, kaynak kullanan herkes iyin belirgin bir onern tasu. Gerilimdeki bu degi§imi;
gerilim regulasyonu olarak adlandinlan fakti:ir ile tarumlarur.
=
Tamm: Gerilim regiilasyonu:
.1. dii
. yiiksilz gerilim degeri - tam yilkte gerilim degeri
gen 1m uzen 1 emes1 - ·-. ram yiikte eerilim degeri
. ,- ,V.R=VN~:
1~F~·x
%100.
(16.2)
l.2!'(100)=%121
(yarim dalga)
(16.3)
elde ederiz,
ORNEK 16.2
Tarn dalga dogrultucu icin Vde degerl Vde = 0.636 Vm'dir. Ek B'de elde edden so1
nuclardan tam dalga dogrultnlmus sinyalin dalgacik geriliminin V,. (rms) 0:308 V"'
oldugunu goruruz. Dalgacik yuzdesini hesaplarsak:
=
Bir de gerilim kaynagi, ylla§a yiik baghdegilken 60 V y1la~ vermektedir. Tam
yukte kaynaktan akrm cekildiginde y1k1§ gerilimi 56 V'a dusmekredir, Gerilim regulasyonu degerini hesaplaym.
r= V, (rms) ( 1 OO) _ 0.385 Vm (100) = %48
Vdc
0.306 V.,
(:tiziim:
(tam dalga)
(16.4)
elde ederiz.
V.R.
=
VFL x
VNiVFL
%100 = 60 V - 56V
56V
x %100
= %7.14
Tam yiikteki gerilim degerinin yiiksuz: gerilim degeriyle ayru olmasi halinde V .R.
% 0 olarak bulunacakur, bu da'beklenebilecek.eniyisonuctur. Bu deger, kaynagm,
dogru bit kaynak oldugu ve yi.ki§·geriliminin kaynaktan cekilen akimdan bagunsiz
oldugu anlamma gelir. Kaynaklann yogunda gerilim kaynagindan cekilcn akrm miktarmm artrnasma bagh olarak ylkl§ gerilirni de azalir. Gerilim azalmasi ne kadar kiicukse, V.R. yiizdesi o kadar kiictik ve gerilim kaynag: <levresinin 9ah§mas1 da o
kadar iyi olur,
OOGRULTULMU$
SiNYALiN OALGALILIK FAKTORU
Dogrultulrnus sinyal, filtrelenmis bir gerilim olmamasma ragmen, bir de ve bir de
dalgacik bileseni icerir. Bu de gerilim ve dalgacik gerilimi (rms) degerlerini hesaplayabilir ve bunlardan, yanm dalga ve tam dalga dogrultulmus gerilimlerin dalgacik faktoriiml elde edebiliriz. Hesaplamalar, dii§iik dalgacrk yiizdesi istenmesi halinde, tam dalga dogrultulmu§ sinyalin dalgacik yuzdesinin daha dti§tik oldugunu ve
bu nedenle yanm dalga dogrultulrnus: sinyalden daha iyi bir dogrultulrnus sinyal
elde edildigini gosrerir, Dalgahlik yuzdesi her zaman en onernli sorun degildir, Eger
devrenin karrnasrklrgr ve maliyet onemliyseIve dalgahhk yuzdesi ikinci derecede
Tam dalga dogrultulmus sinyalin dalgalihk faktonl rniktan, yanm da!ga dogrultulmus sinyalinkinden yak1~&25~tdaha azdir ve daha iyi filtrelenmis bir sinyal saglar. Bu dalgalihk fak.torii degerleririiri hirer mutlak deger olduguna ve tepe gerilirnine bagh olmadigrna dikkat edin. Tepe geriliminin arnnlmasi halinde yOO§IO de
degeri de artar, ama bu durumda daliac1kgerilimlde artar. Ikisi de ayru oranda artt1gmdan dalgacik faktoru aynr kalacaktir,
16.3
BASiT KONDANSAT6RL0FIL'rRE
Popiiler bir filtre devresi, ~ekil 16.3'de goriilen basit kondansator!U filtre devresidir.
Kondansator, dogrultucunun 91la~ina baglanm1~!lr ve de 91k1§ gerilimi kondansator,
acgiri~i
$ckil 16.3 lln<it komansntGrlU fillre.
Bolum 16.3
764
(100)=0.385 V., (100)=
0.318 V.,
r= V,(rms)
Vdc
BolOm 16
Dogrusal IC'ler: Regiilatorler (Filtreler ve Goe; Kaynaklari Dahfl)
Basil KondansatorlO Ffltre
765
kondansator degeri, direnc (yiik) degeri, dalgahlik faktoru ve diizenleme arasindaki
bazi illskileri belirlememiz gcrckir.
:r{]ll
c
RL
D2
\a)
( V,),,.p
Ve
L
·;----
:!
wt
(a)
T,
(~)
T2
T
2
~ckil 16.4
Kondam,110,10 filtn:nin ~•htm"'o:{o) tam dalga (losrultulut &erilim; (b) filln:lcnmiJ~1k11 ~crilimi.
iizerinden ahmr, ~ekil l 6.4a, sinyal filtrelenmeden onceki tam dalga dogrulmcu devresinin
dogrultulmus yll<l§ gerilimini gostermektedir, ~ekil 16.4b, kondansator dogrultucu yll<l§1
tizerine baglandiktan sonraki dalga ~eklini gosterir: G&.tcrilcligi, gibi, filtrelenrnis bu gerilim, iizerinde bir miktar dalgacik gerilimi.bulunan bir duzeyine sahiptir.
Sekil 16.Sa, bir tam dalga dogrultuc~yu ~e ylki§ yilkiine baglandigmda elde edilen ylk1§ dalga §eklinigostermektedir.
y;kl§mda yiik yoksa yi.kl§, dalga
§Ckli .ideal olarak, dogrultucu de~resinde~ gelen tepe gerilimine (Vm) esit degerde
de
Piltr~nfu
de
(b)
~ckil 1 (,.;
KondansatorlO filare: (a) kondansaaorlofiltn: devresi; lhJ <;1kq gcriHmi dal!'-" sektl
~ekil 16.6, duz bir dolma ve bo§alm~egrisi~~ yakla§tmlan ~UC!§ dalga seklini gostermektedir. Bu da makuldiir, yiinkii pratikte gerceklesen ve dogrusal olmayan
dolma ve bosalrna analizi cok karmasiknr ve :etde edilensonuclar, devreler iiz~rindc
yapilan pratikolcumlerle uyusan degerler verecektir. ~eki116.6'daki dalga §C~lt, tam
dalga dogrultulmus bir sinyalin yaklasik gerilim dalga §e_klini .gostermektedir. Bu
sabit bir de diizeyi olacakur, Ne var Jci
ge#liininelde edilmesindeki amac, bu gerilimi diger elektronik devrelerde kullanmalrur; bu da gerilim kaynagma belli bir
yiik getirecektir. Filtre iizerinde her zaman belli bir yiik olacagi iyin, tartismarmzda
bu pratik durumu dikkate alrnarruz gerekir. ~ekil 163b'de gosterilen tam dalga dogrultulrnus sinyal icin, belirtilen iki zaman arabg1 vardir, T1, tam dalga dogrultucunun
diyotunun iletimde oldugu ve kondansatoru, dogrultucu ylkt§J tepe gerilimine (V,..)
kadar doldurdugu siiredir. T2 ise, dogrulrucu geriliminin tepe degerinin altma dii§tiigii ve kondansatorun yiik iizerinden bo§aldJg1 siiredir.
Kondansatoriin (kiiyiik bir yiik nedeniyle) yOk az bosalmasi halinde ortalama gerilim, optimum Vm degerine cok yakm olacakur. KiiyUk yiikler iyin dalgacik gerilirninin miktan da kiiyiik olacakur -. Bu, kondansatorlil filtre devresinin, yiikler icin
kuctik dalgacikli biiyiik biCdc:gerilfui.((ye'biiyiikyiikler
iyi~ biiyiik dalgacikh daha
kiiyiik bir de gerilimi) sagladig1m go~tetir. Bu nicelikleri daha iyi anlarnak icin, ylkt§
dalga §eklini daha aynntih incelememiz ve dogrultulacak giris sinyali, devrenin
~ckil 16.6
766
Borom 16.3
BolOm 16 Oogrusal IC'ler: RegOlat_orler (Flltreler ve G09 Kaynaklan Oahll)
. .....,,.
Ii ,. \
.
/
. I
Ir
\I• l
l;
~
I
\
Ii
.t
\1
~
•l
,
0
I.
2
\
'\
I
j
T
Kondun,alorlUfihre devrcsininyaklatikflklj gerilim.
Baslt KondansetorlO Filtre .
767
gerilim dalga seklinin analizinden asagidaki baglanular elde edilebilir:
'J
Vdc = Vm - V, (t~r;-tepe)
v, (rms)
= v, (tepe-tepe)
2ff
<;ozilm:
(yanrn dalga
(16.5)
.
Dalqacik Geriliml, V,(rms)
Ek B'de, diger devre parametreleri cinsinden dalgacik gerilim degerinin belirlenmesi
icin gerek.li aynntilar yer almaktadir, · V, (rms) icin ~Ide edilen sonuc soyledir:
(tam dalga)
(16.7a)
Burada f. ac sinusoidal giiy kaynagr geriliminin frekansi (genellikle 50 Hz), l,1c,
yiikiin filtreden 9ektigi ortalarna akim, C'ise filtre kondansatorunun degeridir.
Yapilabilecek diger sadelestirici yaklasnrmada sudur: tipik olarak kii9tik ytiklerde
kullarulmasi halinde' vde degeri vm'cten cok az du§tiktur, dolayisiyla vde v111 ahnabilir ve denklem §i:iyle yazilabilir:
=
V, (rms)::~
4Y3fC
(tam dalga, kii9iik yilk)
(16.7b)
Son olarak, sadelestirilen denklemde, sebeke frekansmm tipik degerini (f
Hz) ve diger sabitleri yerine koyarsak
V, (rrns) = 2.88/4c
C
= 2.88Vdc
R1.C
(tam dalga, kii9iik yiik)
= 50
(l6.7c)
elde ederiz. Burada /de miliamper, C mikrofarad ve Rl kilohmdur.
ORNEK16.3
I.
50 mAilik yuke baglanan .100 ·µF degerinde kondansatorlu
V, (rms) = 2·88 (50) = 1.44 V
100
(16.6)
tam dalga)
Ancak bu bagmular sadece dalga §ekli gerilimleri cinsinden verilmistir ve bunlarla
dcvredeki 9e§itli elemanlar arasmda daha baska bagmnlar da kurmarruz gerekir.
Yanm dalga icin dalgacik dalga §eklinin bicimi, tam dalgadakiyle aym oldugu icin,
(16.5) ve (16.6) denklemleri her iki dogrultucu filtre devre i9in de gecerlidir.
V, (rms)'i= ~x
.!'.k
4V3fC · Vm.
(16. 7c) denklemini kullanarak,
ve
l elcle ederiz.
DC Gerlllml,
(16.5), (16.6) ve (16.7a) denklernlerini kullanrrsak, filtrenin de geriliminin
Vdc = V m - V, (lepe-tepe)
2
= Vm _ }k.. X ~
V.,
4/C
(tam dalga)
~16.8a)
.
oldugunu goriiriiz. Yine hafif yiiklerde V~'nin V~i ile a§ag1 yukan aym oldigu yoJundaki varsayirm kullamrsak, yaklasik Va., degerini buluruz <Vm'den d~ha ku9iiktiir):
Vdc = V.,-~
(tam dalga, kii9ilk yiik)
4JC
Bu da, (f = 50 Hz almarak)
§U
(l6.8b)
sekilde yaztlabilir:
(tam dalga, kilciik yuk)
(16.8c)
yazilabilir.
Burada V,,,, volt olarak dogrultulrnus gerilimin tepe degeri, Ide miliamper olarak yiik
aknru ve C ise, kondansatorunun mikrofarad ciosinden degeridir.
(>RNEK 16.4
Ornek 16.3'deki filtre devresinde dogrullulmu~ gerilimin tepe degeri 30 Vise, filtrenin de gerilimini hesaplaym.
<;iiziim:
filtre icere» bir tam
dalga dogrultucunun dalgacik gerilimini hesaplaym.
Ek B'de, d:alg.acrk. mjL:1.a.nll~ c&c Yd,; Uc V.,. #1.1mdaki ili,11ti gOStcrihniftlt. ~kil B..l'ten %6.5'dan daha k~Uk dJlg:ihhli: f~k·
torilndc Ydc'nin, Vm'in % lO Hmiti i~indeoldutunu gBrilril't.. Bu ncdcnle e-'6Sd::1nd.tha kf.i.c;:Uk dalgac,klar.i yot ut;an yiikleri hofif
yUk olarak.tammfay:abitiri?..
(16.8c) denklcmini kullanarak
Vue= Vm - Side= 30 - 5(50) = 27.5 V
I
768
Vdc
Boliim 16 Dogrusar IC'fer: RegOlatorler (Filtrefer ve Gile, Kaynaklan Dahill
elde ederiz.
BolOm 16.3
C.
Basit KondansatorlO Flftre
100
769
De gerilim degeri, dogrultulmus gerilimin tepe degerinden kii<;ilktiir. Ayrica
; (16.8c) denkleminden, filtreden cekilen ortalama akrrn deger] ne kadar bilyukse,
I . ylk.i§ de geriliminin o kadar dii§iik olduguna ve filtre kondansatorunun degcri ne
kadar biiyiikse, yOO§ de geriliminin de Vm tepe degerine o kadar cok yaklastigma
I dikkat ectin.
I
Fiitreleme Kondansatoru Uzerindeki Dalgahltl(
Dalgacik tamrrum [(16.1) denklerni] ve dalgacik gerilim denklemini [(16.7c)
denklemi) kullanarak, tam dalga kondansatorlii filtrenin dalgalihk faktorunun ifadesini elde ederiz:
\ r=
:
v, (rms) x
Vd,·
%100
= 2-88/dc x %1~
CVde
(tam dalga, kii<;ilk yiik)
(16.9a)
Vde ve /de• filtre ylikii Rl'yc bagh oldugundan dalgacig: §oyle de ifade edebiliriz:
[:,=~x%100
'·
(tamdalga,kli<;iikyiik)
(16.9b)
Burada /de miliarnper, C mikrofarad, Vde volt ve Rl kiloohmdur.
Bu dalgalrlrk faktoru, yiik akimiyla dogru orantih (yiik akrrm ne kadar buyiikse, dalgalthk faktoru de o kadar bUyiiktiir) ve kondansatorun biiyiiklilgiiyle
ters orannh degi§ir. Bu da filtre devresinin yalI§masma iliskin soylenenlere
uyar.
Diyodun iletlm Periyodu
ve Diyot Tepe Almrn
Yukanda soylenenlerden, daha biiyilk kondansator degerlerinin, daha kiiyilk dal-
gacik degerleri ve daha yiiksek ortalama gerilimler saglad1g1, boylece filtrenin yahsmasmm daha iyi oldugu acikur. Buradan, kondansatorlu bir filtrenin verimini arurmak icin, filtre kondansatoriiniln bilyilklilgilnli arurrnarun yeterli olacagi sonucu
~Lkanlabilir." Ancak kondansator, dogrultucu diyot nedeniyle tepe akirruru da etkiler;
a§agtda da gostcrilecegi iizere kullamlan kondansatonin degeri nc kadar buyuksc,
dogrultucu diyot uzcrindeki tepe akrrm da o kadar biiyiik olacakur,
Dogrultucunun ve kondansatorlu filtre devresinin ~ah§masma donecek olursak,
dikkate almmasi gereken iki yah§ma donerni oldugunu gortiruz, Kondansatdr, dogrultulmus gerilimin tepe degerine kadar doldulctan sonra (Sekil 16.5b'ye bakm), diyodun kesim durumuna gecinceye kadar belli bir siire gecer (Ti), bu silre icinde y1k1§
gerilimi yiik iizerinden bosahr, T2'den sonra dogrultulrnus giris gerilimi, kondansator
geriliminden biiyiik olur ve T1 siiresi boyunca kondansator tekrar, dogrultulmus tepe
geriliminc kadar dolar. Bu dolma silresi icinde kondansatore ve yiike iletilen ortalama akirmn, bosalma siiresi iyinde kondansarorden. cekile» akima esit olrnasi gcrekir. ~ekil 16.7'de, yanm dalga dogrultucu yah§madaki diyot akmn dalga §ekli gosterilmistir, Diyodun, sayktlm yok kisa bir siiresi boyunca iletimde olduguna dikkat
edin. Ashnda kondansator nc. kadar biiyiikse, gcrilimin sonmesinin (azalmasmm)
miktarmm o oranda az ve dolmanm gerceklesrnc suresinin de o kadar kisa olacagi
gorlilcbilir.
ORNEK 16.5
I
Kfndansa~orlii (C = 100 11F) bir filtre devresinden, 50 mA'lik bir yiik akmu cekilmektedir, Dogrultulmus gerilimin tepe deger] 30 V ise r'yi hesaplaym.
Dlyot iletimde
Cozum:
Ornek 16.3 ve J6.4'iin sonuclanni ve (16.9a) denklernini kullanacak olursak:
r=2·88ldcx%100=
CV de
Yanm-dalga
2·88(50) x%100=%5.2
(100)(27.5)
....do~llulm~sinyal
r'nin ternel tammmdan r'yi §Oyle de hesaplayabilirctik:
r= V, (nns) X %100
Vdc
= 1.44 x %100 = %5.2
27.5
~rkil 1(,.7
770
Bolilm 16
Dogrusal IC'ler: AegOlatorler (Flltreler ve Gil~ Kaynaklan Oahll)
Diyot, kond:ms>1(1rdolunciyakodar ile1imd<dir. :
Bolilm 16.3
Baslt Kondansatorlii Flllre
771
Bu kisa dolum arahg1 icinde diyotun, aym miktardaki ortalama akirru gecirmesi gerekir; bunu da sadece daha biiyiik birtepe ak1rt11 gecirerek gerceklestirebilir. Sekil
16.8'de, kiic;iik ve biiyiik kondansatqrdegerl~~i i~inwki§ akim ve gerilimin dalga §Ckilleri gosterilmistir, Dikkat edilmesi gerekenonemli bir faktor, biiyilk degerli kondansatorler olmasi durumunda diyottan- gecen tepe akimuun arnsidrr. Dolum peryodu boyunca, kaynaktan cekilen ortalama akirnm diyottan gecen akima esit olrnasi
gerektiginden, ~ekil 16.8'den ll§ag1daki bagrrm tiiretilebilir.2
Ve
Ve
f
I
f
''
'
'I
/
\
\,
\
,i'
I
I
I
\
/
I
\
\
\,,
\
!
lo
io
(16.lOa)
Buradan
ftepc=
I_
Tr
Ide
(16.lOb)
'
elde ederiz.
Burada
T1 = diyodun iletimde oldugu sure
T = l/f =
50 Hz'lik sebeke gerilimi icin
ts= filtre devresinden cekilen ortalama akrm
I,ef>! = Iletirn diyodundan gec;en aknnm tepe dcgeri
5'o;
(a)
(b)
~d ii I r,.o <;•k•t i;erilimi vc diyot ak,mmm dalga l('killeri: {a} kufiik C dc~cri; (b) bUyiik C degcri.
16.4 RCFiLTRESi
~ekil 16.9'da goriildUgii gibi, ilave bir RC filtre paryas1 kullanmak suretiyle, bir filtrclemc kondansatorlu uzerindeki dalgahlrgive de gerilimini azaltmak miimkiindiir.
ilave edilen devrenin amaci, ilk G' 1filtreleme kondansatoru iizerinde artan gerilimin
de bilesenini olabildigince fazla gecirmek ve C1 iizerinde biiyiiyen dalgacik geriliminin ae bilesenini olabildigince zayiflatrnaknr. Bu i§le!11, de dtizeyiyle iliskili
olarak dalgahlik oramm azaltarak, basit kondarisatorlii filtrcdekinden daha iyi bir
filtre c;ah§mas1 saglar, Ancak gosterilecegiuzere bu iyilesmenin bir de bedeli vardir:
bu bedel, direnc iizcrindeki de gerilim dii§iimilnden kaynaklanan daha dii~iik bir de
<;tkl§ gerilimi ve devredeki ilave iki elemarun getirdigi maliyettir .
. ~ekil 16.10, tam dalga 9ah§masmdaki dogrultma filtresinin devresini gostermektedir. Dogrultucunun 91k1§1 dogrudan dogruya kondansatore beslendigi icin,
diyotlar ii:z.erindcki tepe akimlan, kaynaktan cekilen orta!ama akrmdan kat km fazladrr. C1 kondansatoru uzerinde artan gerilim bu durumda direnc-kondansator (R,
C2) uzerinde daha da filtrelenir, bu da C1 iizerindekinden daha dii~iik bir dalgahlrk
1
r, sU~li dikdortscn bi~imli bir tLtrbc. llef)c'li.k bir ~p: de..g~ri ve 1' icG~i (p::riyodu) i~in. gralik1en d;jrb!/sllrt: al.Jnu'Hn altmdald
ksstm •. ~rtahun:i /dA:. de&erini verir.
772
Biilum 16
Oogrusal IC'ler: Regulatorler (Flllreler ve Gue; Kaynaklan Dahill
yuzdesi olan bir <;lki§ gerilimi saglar, RL direnci ile gosterilen yuk, R iizerinden bir de
akmu ceker ve RL uclanndaki gerilim; Rdirenci uzerindeki gerilim dii§iimii nedeniyle,
C1 'in uclannda ol~iilen gerilimden dahi dii§iikttir. Basit kondansatorlu filtre devresi
gibi bu filtre devresi de, kii<;Uk yiiklerde en iyi <;al!limay1 saglar, ancak biiyiik yuklerdc
gerilim regiilasyonu helirgin ol<;iide daha zayif ve dalgahhk yiizdesi daha yiiksek olur.
R
Do!rultucu
devresi
~,·kil 1(,.9 HCfiltreko1 ..
Kondansatclr
fllttesl
Ek RC
fillreSi
Yilk
C1 kondansatoru iizerindcn ahnan filtrenin ac ve de gerilim cikrslaruun analizi, supcrpozisyon yonlemi kullarularak yapilabilir .. Devreyi; C1'in uc;lanndaki de diizeyi ile
ilgili RC devrcsi ve C1 Uzerinde biiyiiyen ac (dalgaedc) gerilimi ile ilgili RC dcvn;si
gibi iki ayn devre ~cldinde dii~nebiliriz. Ardmdan, bulunan degerler, gene! devrc gcrilim regiilasyonu ve dalgalthk ornrum hesaplamak ic;in kullamlabilir.
BiilUm 16.4
RCFlltresl
773
V,' (rms)
V, (nns)
Yd.c ,..,._... - ·_ '~·
v.'
_i
..
f
i,.....;....-,.-____.=...a.;;........
-1
tarafmdan zayiflanldiguu goruruz; sonuctayuk iizerindeki _de gerilimi V'dc:
f
de
V~c=~
R + Rt
\
120Vac~II
~i1~k iJ I Ii.
[(I
(16.11)
olacakur,
ORNEK Hi.6
R
r r
n ile eklenen RC filtre boliimii, filtreleme kondansatoru uzerinde baslangicta meveut 60 V'luk (V c1c) de gerilimini dii§iirmektedir. Yilk direnci 1 kn ise,
filtrc devresinin de ¥lkt§ gerilirninin (V'ctJ degerini hesaplayrn.
R = L20
Flltrc
Tam-dalgadoiroltucu
Vdc
Yak
(,.'.oziim:
(16.l l) denklemini kullanarak
Tmn dalg.a dogrulllM.-u ve RC ftltrc devresi,
V~c
= .Bu.:
Vdc ~
R + RL
RC Filtre Bi:!lum(inun DC Qah~mas,
1 ()()()
X 60 ::: 53.6
120+ 1000 · -
V.
elde ederiz.
Sekil 16.lla'da, filtre ve yiikteki dcgerilimi ve akimt incelenirken kullarulacak
esdeger devre gosterilmistir, iki filtreleme _kortclansatorii, de gerilimleri icin acik
devredir ve bu nedenle §imdilik dikkate almmayacaknr, CI filtreleme kondansatoril
iizerindeki de gerilim hesaplan esas "itib"ar1yre-· 16.3. Boltimde anlatilrmsu; dolayisiyla ilave cdilen RC filtre katuu. o noktadanbaslayarak ele alacagiz. ilk filtreleme kondansatoru (C1) uzerindeki de gerilimibilindigi taktirde, eklenen RC filtrc
bol~miiniin ylkl.§mdaki de gerilimi de hesaplanabilir. ~ekil 16.lla'dan C1 iizcrindeki
v..j geriliminin,
R ve Rt'den olusan bir direnc-bolucu devresi (esdeger yiik direnci)
c1 kDndansalool
ilzerindcartan
8C dalgahhkgaillmi
\
.....----.-R
-----.
.':v
V.'r
V, (nns)
(nns)
Buna ek olarak, filtre direnci iizerindeki gerilim di:i~i:imilni:i ve cekilen yuk akrmim
hesaplayabiliriz:
VR
= Vdc - Vdc =.60
RCflltre BolumOnOn AC
yahJ~asr
~ekil 16.llb'de, filtre devresinin ac.calismasirun analizinde kullaml~n esdeger
dcvre gosterilmistir, ilk filtrelenie- kondansatorunden (C1) filtre kauna girls, c,
iizerindeki V, (rms) geriliminin dalgacik veya ac sinyal krsrnrdir; burada bu gerilim, yaklasrk olarak sinusoidal bir sinyal gi,bi kabul edilrnistir, Hem RC filtre kanrun elernanlan hem de yiik direnci, filtre ¥•'?§mdaki ac sinyalini etkiler.
50 Hz'lik dalgacik gerilimi frekansinda (j) 10 JtFhk filtre kondansatorii icin, kon-
dansatorun
ac
empedansr'
me
~d;il 1(1.11
774
R< ·
21ifC
·
I
-0.318.ill
6.28(50)(!0 x 10-6)
(b)
fihrcsinin de ve ac C1(kgc,dcvrclcri: (a) de cjdcfl!r devresi: (h) ac c¢c~oer dcvrcsi.
Boliim 16
= 6.4 V
l<1c= V~c=~=53:6mA
RL
-1 _x ·:103 -- .
Xc=-1_. =-1-=
(a}
-.53.6
Dogrusal IC'ler: RegOlatorler (Filtreler ve GO~ Kaynaklan Dahl!)
3 X('. burnda sadece l.:cmd:ans.iitoriio JC cmpcdoosmm bUyUldUfunillemsil eder.
BolOm 16.4
RC Flltresl
775
~ekil 16.llb'ye bakacak olursak, bu kapasirif empedansm yiik direnciyle paralel oldugunu gorilruz. Ornegin 2 kQ'luk bh- yiik direnci icin iki bilesenin paralel bir-
Cozum:
Xe= J.592
lesimi, a§ag1daki degere sahip bir ernpedans verecektir:
Z=
R,Xc
VRl
+
Xt v
C
2<0·318)
,._L(0.318)=0.314kQ
22 + (0.318)2 . 2.02
Beklendigi gibi bu deger, tek basma kapasitif ernpedansin degerine yakmdir, r,:iinkii
kapasitif empedans, yiik direncinden cok daha diiiiiktiir ve ikisinin paraleli, tek tek
her birinin degerinden daha kiir,:iik olacakur, Kural olarak, yilk direnci kapasitif empedanstan en az bes kat daha biiyiik oldugu surece, yiik direncinin yo! ar,:11g1 yiiklenmeyi ihmal edebiliriz. Kiir,:iik filtre devresine gerirdigi sirurlamalar necleniyle,
yiik direncinin erkin degeri, genelde.jnikrofaradlardiizeyindeki kondansatorun empedansma oranla daha biiyiiktiir.
.. .
\
Yukanda, dalgacrk gerilirninin frekansmm 50 Hz oldugunu soylemistik, ~ebeke
frekansuu 50 Hz ahrsak, yanm dalga dogrultucudaki dalgacik geriliminin dalgacik
frekansi da 50 Hz olacaktir. Ancak · tam dalga dogrultucudan gelen dalgacik gerilirninin frekansi iki kat olacaktir, r,:iinkii yanm saykillannm sayisuun iki kati olacak ve bu durumda dalgacik frekansi' 100 Hz olacakur. Xe = l/ccC kapasitif empedansma donecek olursak, 50 Hz ir,:in:,mdegerini m = 314 ve 100 Hz icin m = 628
buluruz. Kondansator degerlerini pF cinsinden kullanacak olursak, kapasitif cmpedans baglannsmt §6yle ifade edebiliriz:
Xe=
lJJii
c
Yii~ _clirenciyle ve kapasitif empedansmm paralel birlesirninin yaklasik olarak kapasitif empedansa esit oldugu yolundaki yakla~1k sadelestirme iliskisini kullanacak
olursak, filtre kaundaki ac zayiflatmasrm hesaplayabiliriz:
V~ (nns)
(tam dalga)
(16.12b)
v
·1 · Tam
dalga dogrultrna kullanan devrenin 'filtre boltimtinde kullarntan
kondansatorun empedansini hesaplayin.
~
.
xc··= 1592
I
c .
15 pF'hk
(16.13a)
,.
.
x
V, (rms) = ~.
R
!
V, (rrns)
(16.13b)
ORNEK 16.8
Bir tam dalga dogrultucunun ve kondansarortu filtrenin ylkl§i, bir RC filtresi ilc
tekrar filtrelenmcktedir (baknuz
·· ·· e I eman d egerlen R
.
'/Sekil 16 . 1..2) . RC b"t··
o umunun
500 Q _v~ ~ = 10 µPur. Ilk kondansattirlu filtrede artan gerilirn 15 V ac dal~a~1~ ~enhmh 150 V de ise, 5 ill'luk yiik uzerinde olusan de ve dalzacik ge- ·
n limini hesaplaym.
"'
Y.ic = lSO·V
•
v,;.
(rms) = JS V
. /
V,'(rms)
~!ti~ .: ~..
r),~:;.1(1~:fr:It---4-------+--o--1
(yonm dolgo)
{;i)'l.litn:
(tarn dalga)
DC Hcsaplamalan:(16.11) denklemiyle V'de degeri hesaplarursa
burada C, mikrofarad ve Xe dt ohm ci1t.~ndenv~rilmi~ir.
Bolum 16
(rrns)
ftn
*" tekildc de if:idc edilcbilir:
Xe c
776
v,
•
V,
ORNEK 16.7
(16 .. 12•) ve (16.12b).
Xe ·
'iR2+Xt:
Direnc ve_ kapasiti_f empedansi cebirsel degil, vekterel olarak toplamak gerektigi icin
paydadaki karelenn toplammm karekokunn .kullaninak gereklidir. Direnc d v • •
k
· if
egerimn,
ap~s1t1 _e I emanm degennden 5 kat biiyiik olrnasi halinde paydanm sadelestirilmesi
a§ag1dak1 sonucu verebilir:
;
Burada C rnikrofarad ve Xe kiloohmdur.4
40.,nklem
=
=
(16.12a)
c
15
v
(yanm dalga)
Xe= 1.592
= 1.592 = 0.106 k.Q ~ 106 .Q
Dogrusal IC'ler: Dilzenleyiciler (Filtreler ve GOc, Kaynaklan Dahil)
.
Vdc
R
= __L_
R + Ri
Boliim 16.4 RCFlltresl
Vdc
=
5ooo
(150) = 5000 (150) = 136 4 V
500 + 5000 .
5500 .
.
777
AC Hesaplamalan: ilk once kapasitif cmpedans degerini hesaplayalim (tam dalgu
~,,
9ali§ma icin),
Xe= Llil=
C
1.592 = 0.1592 kil = 159.2il
10
Bu empedans, filtre direnc degerinin (R = 500 il) 5 katmdan kil9ilk olmadrgr icin
hesaplamada (16.13a) denklemini kullanacagiz ve (16.13b) denklemin kullamlmast halinde ortaya cikacak farki gosterrnek icin hesaplamayi tekrarlayacagiz. ( l 6.13a) denklemi kullamrsak:
V~(rms)=
Xe
V,(rms)=
0.1592
(15)
. .. ,YR2+Xt
Y(0.5)2+(0.15922
~·kil 1(,.13
2Vm
+
Ynnm daly.;1 t,?t,.'rilim .;if11eyidsi.
/
D2 dlyodu Uellmde
.
= !Ll222. (J 5) = 4.55 v
0.524
Simdi de ( 16.13b) denklemi kullamrsak
+
V~ (rms) = Xe V~ (rms) = 0.1592 (15) = 4.77 V
R
.
DI myodii lletlmdc
0.500
(a)
clde cdcriz. 4.77 V ve 4.54 V sonuclan karsrlasunlarak, (16.13b) denklemin,
% S'Iik toleransh daha kesin bir cevap verdigini goruruz.
Seki! I 6.14
·16.S
GERiLiM KATLAMA DEVRELEH(
DI diyodu tllcamada
(b)
Ciftlemc. i~lcmin her bir yanm ~yk1h g!i5tcrilmittir: (a) pozitif yanm '"ykd; (b) neg.atif yanm saykil,
Buradan,
Gerilim <;;Htleyici
Kondansatorlu filtre devresi iizerinde yapilacak bir degisiklik, dogrutulrnus gerilimin tcpe degerinden (V,,,) daha biiyiik gerilimlerin elde edilmesini miimkiin krlacakur. Bu tip devrenin kullarumi, transformator geriliminin tepe degeri dii§iik degerde tutulurken, tepe 91kt§ geriliminin, dogrultulmus gerilimin tepe degerinin iki,
i.i9, dort veya daha fazla katma yiikseltilmesini miimkiin kilar,
Sekil 16.13, bir yanm dalga gerilirn 9iftleyiciyi (ikiye katlarna devresini) gostennektedir. Transformatorun uclanndaki pozitif gerilimin yanm saykrli boyunca, C,
kondansatoriinii dogrulrulrnus tepe gerilimine CVm) kadar dolduran sekonder diyotu D1
iletimdedir (ve D2 diyotu tikamadadtr). Di diyotu, bu sayktl boyunca ideal olarak kisa
dcvredir vc giri~ gerilimi, Ci kondansatorunu ~ekil 16.14a'da gosterilen polaritc ile V,,,
gerilimine doldurur. Sekonder geriliminin negatif yanm saykilmda D1 diyodu kesimdedir vc C2 kondansatorunu dolduran D2 diyotu iletimdcdir. Negatif yanm saykil
boyunca D2 diyodu kisa devre oldugundan (ve D1 diyodu a9ik devre olur), di§ 9cvredeki gerilimleri toplayabiliriz. (Sekil l6.14b'yc bakin):
- Vc2 + Ve,+ V,. = 0
• Vc2
778
+ ·v
111
+ V111 = 0
BolOm 16 Dogrusal lC'ler: Re_giilatorler (Flltreler ve GO!, Kaynaklan Dahill
Bir .sonraki pozitif yanm saykilda, D2 diyotu tikamadadrr vc C2 yiik iizerindcn bosalacakur. C2 kondansatoru uzerine .yiik baglanmadrg. taktirde he~ iki kondansator
de yilklenmis olduklandegerlerdc kahr (C1 l\;'de ve C2 ZVm'de). Beklenildigi gibi,
gerilim ciftleyici ylkt§ma bir yiik baglanmissa, C2 kondansatoru iizerindeki gcrilirn,
pozitif yanm sayktl boyunca (giristeki) dii§ecektir ve negatif yanm saykil boyunca
tekrar 2Vm degerine dolacakur, C2 kondansatoru uzerindeki s:tkt§ dalga §ekli, kondansatorlu filtre tarafmdan filtrelenen yanm dalga sinyali gibidir, ·Her bir diyodun
uclanndaki ters yondeki tepe gerilimi 2· Vnr'dir: .
· .
Digcr bir 9iftleyici devre, ~ckil 16.lSdcki tam dalga 9iftleyicidir. Transformator
sekonder geriliminin pozitif.yanrn saykih boyunca (~ekil 16.16_a'ya bakin), C1 kon- ·
dansatorunu Vm tepe gerilimine dolduran Di diyotu iletimdcdir, Bu surede D2 diyotu
nkamadadrr, ·
Negatif yanm sayktl boyunca (~ekil 16.16b'ye bakin), D1 diyotu ukamadayken,
C2 kondansatorunu dolduran D2 diyotu iletimdedir, Devreden akim cekilmezse, c,
ve C2 kondansatorleri iizerindelci gerilim 2 V~, p.iizeyinde kairr. Eger dcvreden yuk
BtHUm 16.5
Gerlllm Kallama Devrelerl
779
ak 1m1 c;ekiliirse,
c 1 ve c2 kondansatorleri
uzerindeki gerilim, tam dalga dogrultucu
• f k
ki
ar , e~ ''.n
devresi tarafmdan beslenen kondansator iizerindekiyle aynrdir, Aradaki
kapasitansm, c, ve C/nin seri e§degeri oll1las1d1r, b~ da tek basina ~1 -~eya C2 ~111
·
d an d U~W\.w.::
.. Ilktiir Dusuk
tek kondansatorlu filtre devkapasitansm
., - . kondansator.degeri,
. ,".-. .
resinden daha zayif bir filtreleme saglayacak11r.
+
v,,.
2v,,.
$ckU ltS.15
-~ l
loo--•----------
Taru tlal~a tcrili11~-~if1leyte1.
lkiloytcl(2V.)+ ~
/
D&tloylci(•V.)
TJbmada
J
-----IN'---,
!+
=F_v,,.
Cahsmada, transformator sekonder·geriliminin pozitif yanm saykih boyunca CI kendansatoru D1 diyotu iizerinden Vm tepe gerilimine kadar dolar. Transformatorun sekonder geriliminin negatifyanm saykih boyunca, C2 kondansatoru, C1 ve transformator
uzerindeki gerilimlerin toplanmasiyla olusan iki kattepe degerine kadar (2V,;,) dolar.
Pozitif yanm saykil boyunca D3 iletimdedir ve C2 kondansatoru iizerindeki gerilirn,
C3 kondansarorunu, aym 2V~,- tepe.gcrilirninekadar doldurur, Negatif yanm saykil boyunca D2 veD4 diyotlan i!etimdedir ve Cj-k<indansatoril2V,,,'ye kadar dolar,
C1 kondansatoru iizcrindeki- gerilim-2V~,, C1 ve C3 iizerindeki gerilim 3V111 ve C2
ve C4 uzerindeki gerilim 4 V~1'dir. llave diyotvekondansarorlerineklenmesi halinde
her kondansaror 2V,,,'ye dolacakur.t'Iransformatdrun. sargilanrun ustunden yapilan
oh;:iimde (Seki! 16.17) V111'nin tek katlanru, altmdan ·-yapdan olyiimde ise tepe gerilimini V,,,'nin yift katlanm elde ederiz,
+
. ~·"" i6.16
Turn d;olu.•anofilim ~iftleyici dcvrcsinde yanm sayk,llanlaki d6nUlUm1U ~ahl""'·
,
c
b. diyot uzerindeki ters tepe gerilimi,"kondansatorlil filtre devresinde o~dugu
1,~.r
1 Ozetlersek yanm dalga veya tam dalga gerilim 1riftleyiei devreleri, orta
g1 1
"'
·
'
d. ti · · 2V PIV anrna deu lu transformatore ihtiyac duyrneksizm, sadeee iyo ar ic;1_n. . ~·
g;rinde, transformatorun sekonderindeki gerilimin tepe degerini iki katina cikanr.
H
.b.
;V
Getllhl'I
I
~ekil i6.17, yanm dalga gerilim ciftleyicinin, girirte