deney

BÖLÜM 9
DARLINGTON ÇİFTİ ve PNP/NPN TAMAMLAYICI ÇİFT DEVRELERİ
Amaç: Darlington devresinin incelenmesi ve PNP/NPN tamamlayıcı çift devresi ile çeşitli
ölçümlerin gerçekleştirilmesi
BİLGİ
9.1 Darlington Çifti: Yüksek akım
kazancı ve büyük giriş empedansının
sağlanması
için
Darlington
çifti
(Darlington çifti emetör takipçisi) olarak
adlandırılan devreden yararlanılır. Bu
devre basitçe Şekil 9.1’deki gibi
gerçekleştirilir. Bu şekilden de anlaşılacağı
gibi, kolektörleri müşterek olan bu
devrede, TR1 transistörünün emetörü
TR2’nin bazına bağlanmıştır. Devrenin
girişine AC işaret uygulandığında TR1’in
I e1 emetör akımı, (5.4) bağıntıları ve
Tablo5.2’den
I e1   ac1 I b
veya en genel halde
 ac 
Ie
Ib
(9.1)
olacak; ancak
I e 2   ac2 I e1   ac1  ac2 I b
olduğundan devrenin AC akım kazancı
 ac   ac1  ac2
(9.2)
dir. Diğer taraftan devrenin Rin AC giriş direnci de, (7.2)’den
Rin   ac1  ac2 RE
(9.3)
dür. Ancak Şekil 9.1’deki devrenin kutuplanması gerekmektedir. Biaslama için Şekil 6.3’de
verilen gerilim bölücü kullanıldığında I BQ sükunet baz akımının değişeceği; dolayısıyla
devrenin sükunet şartlarının AC durumdan farklı olacağı aşikardır.
Devrenin iki npn transistörünün şekildeki gibi bağlanmaları Darlington transistörü olarak
anılabilecek tek bir transistör gibi düşünülebilir. Bu takdirde Şekil 9.1’deki devrenin emetör
takipçisi olarak davranacağı kolayca anlaşılabilir.
9.2 PNP/NPN Tamamlayıcı Çift Devresi:
Bilindiği gibi npn transistör, bazı
emetörüne
göre pozitif olduğunda
iletimdedir. Buna karşılık pnp transistör
baz emetöre göre negatif ise iletimdedir.
Dolayısıyla bu iki transistörün ortak
emetörlü (“emetör takipçisi”) aynı bir
devrede Şekil 9.2’deki gibi, simetrik olarak
kullanılmalarıyla
devrenin
girişine
uygulanan
işaretin
genliğine
bağlı
olmaksızın (pozitif veya negatif) daima bir
çıkış elde edilebilir. Böyle bir devre
pnp/npn tamamlayıcı çift olarak anılır.
Şekil 9.3’deki devrede girişe uygulanan
Vin işaretinin pozitif alternansında TR1
transistörü iletimde olacak, buna karşılık
negatif alternansta devrenin Vout çıkış
gerilimi iletimde olan TR2 transistörü ile
sağlanacaktır.
Ancak
transistörlerin
iletimde olabilmeleri için giriş geriliminin
belirli bir VBE gerilimine eşit veya daha
büyük alması gerektiğinden; çıkışta Şekil
9.3’de de görüldüğü gibi, pozitif ve negatif
alternans arasında bir zaman bozulması
(“crossover distortion”) oluşur. Oluşan bu
bozulma, sadece giriş işaretinin olmaması
.
durumunda iki transistörün kesimde
olmalarıyla önlenebilir.
Bu ise transistörlerin gerilim bölücü devrelerle biaslanmaları ile bir ölçüde sağlanabilir.
Ancak VBE ’nin sıcaklıkla değişimi devrenin sabit bir gerilimde biaslanmasını zorlaştırır. Bu
da gerilim bölücünün bir direncinin yerine diyotlar (veya transistörler) kullanılarak
önlenebilir.
DENEY
A) Darlington çiftinin DC Karakteristiklerinin Belirlenmesi:
1)Digiac
3000
Semiconductors-2.2
modülünün 1 nolu düzeni yardımıyla Şekil
9.4’deki
Darlington
çifti
devresi
gerçekleştirilir.
2)TR1 transistörüne baz akımı sağlayan,
R1 ve R2 dirençlerinin oluşturduğu gerilim
bölücüdeki V pot , TR1’in ve TR2’nin VE1
ve VE 2 emetör gerilimleri ( VE1  VB2 )
sırasıyla DC voltmetre olarak kullanılan
DM ile ölçülür, sonuçlar Tablo 9.1’e
işlenir.
Tablo 9.1
V pot V 
VE1 V 
VE2 V 
VR3  mV 
3)TR1’in bazındaki 100K’lık R3 direncindeki gerilim düşmesi de ölçülerek, sonuç Tablo 9.1’e
geçirilir.
4)Bu değerlerden yararlanılarak TR1 ve TR2’nin VBE1 ve VBE2 baz-emetör gerilimleri
(TR1’inkine dikkat edilerek) hesaplanır, sonuçlar Tablo 9.2’ye geçirilir.
5)Ölçülen VR 3 gerilimi ile Ohm kanunundan yararlanılarak TR1’in I B1 baz akımı hesaplanır;
VB1 baz gerilimi DM ile ölçülerek, sonuçlar Tablo 9.2’ye işlenir. VB1 ölçümünün doğruluğu
ve nedeni araştırılır.
Tablo 9.2
VBE1 V  VBE2 V 
I B1   A
VB1 V  Rin M
6)Tablo 9.1 ve 9.2’deki değerlerden, devre giriş direnci kavramı hatırlanarak bir Darlington
çifti devresinin Rin (DC) giriş empedansı ( Rin  Vin / I B1 ) hesaplanır, sonuç Tablo 9.2’ye
işlenir.
7)DC ampermetre olarak kullanılan DM devrenin uygun kısımlarına bağlanarak, sırasıyla TR1
ve TR2’nin I E1 ve I E 2 emetör akımları ( I E1  I B 2 ) ölçülür, sonuçlar Tablo 9.3’e işlenir. Bu
tablodaki I B1 akımı Tablo 9.2’de hesaplanan değerdir.
Tablo 9.3
I B1 nA
I E1 A
1
I B 2 A
I E2 mA
2

1   2
8)Bu değerlerden, (9.1) bağıntısı yardımıyla TR1 ve TR2’nin 1 ve  2 akım kazançları
hesaplanır. Tüm devrenin  akım kazancı ise devrenin çıkış ve giriş akımlarının oranı
( I E 2 / I B1 ) olarak bulunur, sonuçlar Tablo 9.3’e geçirilir.  akım kazancı kat kazançlarının
1   2 çarpımıyla karşılaştırılır.
9)Şekil 9.4’deki devrede çıkış gerilimi, başka bir deyişle TR2 transistörünün R4 emetör
direnci üzerindeki Vout gerilim düşmesi DM ile ölçülür. Hafifçe nemlendirilmiş parmaklarla
önce TR1’in bazı ile VCC gerilimine, sonra baz ile toprak hattına değdirilir. Bu durumlarda
V1 ve V2 çıkış gerilimleri ölçülür. Sonuçlar Tablo 9.4’e işlenir ve yorumlanır.
Tablo 9.4
Vout V 
V1 V 
B)Darlington Çiftinin AC İşaret Girişi ile Çalışması:
1)Şekil 9.4’deki devrede bazı değişiklikler
yapılarak
Şekil
9.5’deki
devre
gerçekleştirilir.
2)SG ile devreye uygulanan sinüs
geriliminin frekansı 1kHz’e ve çıkış genliği
minimum seviyeye ayarlanır.
3)SG’nin ile uygulanan sinüs geriliminin
genliği arttırılarak osiloskopla gözlenen
devrenin çıkış geriliminin bozulması
(distorsiyon) sağlanır. Sonra genlik
azaltılarak çıkışta bozulma olmadan elde
edilen Vout çıkış gerilimi ile Vin giriş
geriliminin p-p değerleri ölçülür, sonuçlar
Tablo 9.5’e geçirilir.
V2 V 
Tablo 9.5
Vin V 
Vout V 
p p

p p
4)Osiloskopta gözlenen Vin ve Vout gerilim şekilleri çizilir.
5)Bu eğrilerden veya osiloskopta gözlenen şekillerden giriş ve çıkış işaretleri arasındaki faz
farkı belirlenir, sonuç Tablo 9.5’e işlenir.
6)AC voltmetre olarak kullanılan DM ile devrenin giriş gerilimi ve R3 direnci uçları
arasındaki gerilim düşmesi ölçülür, sonuçlar Tablo 9.6’ya geçirilir. Ölçülen bu giriş gerilimi
ile Tablo 9.5’deki Vin gerilimi karşılaştırılır.
Tablo 9.6
Vin V 
VR3  mV 
Ib1   A
Rin AC M Rin,hesap M 
7)Ölçülen VR 3 değerinden devrenin I b1 giriş akımı hesaplanır. Bu değerle de devrenin Rin
AC giriş empedansı belirlenir, sonuçlar Tablo 9.6’ya işlenir.
8)AC ampermetre olarak kullanılan DM devrenin uygun yerlerine bağlanarak TR1 ve TR2’nin
I e1 ( I e1  I b 2 ) ve I e 2 emetör akımları ölçülür, sonuçlar Tablo 9.7’ye geçirilir. Bu tablodaki
I B1 akımı Tablo 9.6’da hesaplanan değerdir.
Tablo 9.7
I b1 nA
I e1 A
1
I b 2 A
I e2 mA
2

 hesap
9)Bu değerlerden (9.1) bağıntısı yardımıyla 1 ve  2 akım kazançları hesaplanır. Devrenin
 akım kazancı da hesaplanarak, sonuçlar Tablo 9.7’ye işlenir.
10)Tablo 9.7’deki 1 ve  2 değerlerinden (9.2) bağıntısı yardımıyla devrenin  hesap akım
kazancı hesaplanır, sonuç Tablo 9.7’ye geçirilir. Bulunan bu sonuç tablodaki  değeri ile
karşılaştırılır.
11)Tablo 9.7’deki 1 ve  2 ile RE  R4  1K emetör direnci değerlerinden (9.3) bağıntısı
yardımıyla devrenin Rhesap AC giriş empedansı hesaplanır, sonuç Tablo 9.6’ya geçirilir.
Bulunan bu sonuç tablodaki Rin AC değeri ile karşılaştırılır.
B)PNP/NPN Tamamlayıcı Çift Devresine DC Gerilim Uygulanması:
1)
Digiac
3000
Semiconductors-2
modülünün 2 nolu düzeni yardımıyla Şekil
9.6’da verilen devre gerçekleştirilir.
2)DC voltmetre olarak kullanılan DM ile
TR3 ve TR4 transistörlerinin VB 3 , VB 4 baz,
VE 3 , VE 4 emetör ve VCE 3 , VCE 4 kolektör
gerilimleri ( VCE 3 ,VCE 4  devrenin besleme
gerilimi) ölçülür. Ayrıca devrenin Vin giriş
ve Vout çıkış gerilimleri de ölçülerek
sonuçlar Tablo 9.8’e işlenir. Bu Vin ve
Vout gerilimleri arasındaki fark açıklanır.
3)Devreye giriş gerilimi uygulanmak üzere
5K’lık VR1 potansiyometresi, A ve B
noktaları birleştirilerek bağlanır. Ayrıca C
ve D noktaları birleştirilerek 100 ’luk R9
yük direnci ilave edilir.
Tablo 9.8
VB3 V  Vin mV  VB 4 V 
VC 3 V 
VE 3 V 
Vout mV 
VE 4 V 
VC 4 V 
4)VR1 potansiyometresi yardımıyla Vin giriş gerilimi, +12V’dan –12V’a birer volt gerilim
aralıkları ile değiştirilerek Vout çıkış gerilimleri DM ile ölçülür, sonuçlar Tablo 9.9’a geçirilir.
Tablo 9.9
Vin V 
Vout V  Vin V 
Vout V 
Vin V 
Vout V  Vin V  Vout V  Vin V  Vout V 
+12
+7
+2
-3
-8
+11
+6
+1
-4
-9
+10
+5
0
-5
-10
+9
+4
-1
-6
-11
+8
+3
-2
-7
-12
5)Bu değerlerden devrenin transfer karakteristiği ( Vout  f Vin  ) çizilir ve yorumlanır.
D)PNP/NPN Tamamlayıcı Çiftinin AC İşaretle Sürülmesi:
1)Şekil 9.6’daki devrede bazı değişiklikler
yapılarak
Şekil
9.7’deki
devre
gerçekleştirilir.
2)SG ile devreye uygulanan sinüs işaretinin
frekansı 1kHz ve çıkış genliği minimum
seviyeye ayarlanır.
3)SG’nin çıkış genliği maksimum seviyeye
getirilerek devrenin giriş ile çıkış
gerilimleri gözlenir ve yorumlanır.
4)Devreye, C ve D noktaları birleştirilerek
R9 yük direnci ilave edilir. Osiloskopla
gözlenen çıkış gerilimi çizilir.
5)SG’nin çıkış genliği ayarlanarak giriş
geriliminin tepeden tepeye 4V olması
sağlanır. Transistörlerin biaslanmalarını
sağlayan diyotlar kısa devre edilerek
devreden çıkarılır.
6)Devrenin giriş ve çıkışında osiloskopla gözlenen gerilimler çizilir.
7)Bu eğrilerden giriş ve çıkış arasındaki zaman bozulması belirlenir.
SORULAR
1)Bir Darlington çifti devresinde aşağıdaki değerler ölçülmüşse her bir transistörün ve
devrenin akım kazanç değerlerini bulunuz. Bu devrenin çıkış (emetör) direnci 120 ise giriş
empedansı nedir?
Baz akımı
Emetör akımı
TR1
96nA
21 A
TR2
21 A
6mA
2)İki Darlington çifti 10V’luk tek bir gerilim kaynağından beslenmektedir. Devrelerin çıkış
(emetör) sükunet gerilimleri 4,6V ve 5,9V ise, distorsiyonsuz maksimum çıkış gerilimlerinin
p-p değerleri nedir?
3)PNP/NPN tamamlayıcı çift devresindeki transistörler nasıl bağlanmışlardır? Bu devre hangi
işlevi sağlar?
4)Böyle bir devrenin giriş ve çıkış işaretleri arasında neden bir zaman farkı veya zaman
bozulması oluşur?