YARI İLETKEN MALZEMELER VE PN BİRLEŞİMİ
BJT’ler çoğunlukla yükseltme ve anahtarlama gibi uygulamalarda kullanılan bir elemandır. Transistör iki birleşimli PN yapısına ve Beyz, Emiter ve Kollektör olmak üzere üç bağlantı ucuna sahiptir. Bu kısımda incelenecek konular.
Transistörün yapısı Transistörün çalışması Transistörün parametreleri Transistörün çalışma durumları Transistörün karakteristik eğrisi Transistörün yükseltici ve anahtar olarak kullanılması DC analiz Transistör testi anlatılacaktır.
Transistörün Yapısı: Transistör, bir grup elektronik devre elemanına verilen temel addır. Transistörler yapıları ve işlevlerine bağlı olarak kendi aralarında gruplara ayrılırlar. BJT (Bipolar Jonksiyon Transistör), FET, MOSFET, UJT v.b gibi. Elektronik endüstrisinde her bir transistör tipi kendi adı ile anılır. Genel olarak transistör denilince akla BJT’ler gelir.
BJT' nin Yapısı: BJT’ler elektronik endüstrisinin en temel yarı iletken devre elemanlarındandır. BJT "bipolar junction transistor" – "Çift kutuplu yüzey birleşimli transistör" kelimelerinin başharfleridir. Bundan dolayı bipolar (çift kutuplu) sözcüğü kullanılır. Transistör ilk icat edildiğinde yarı iletken maddeler birbirlerine nokta temaslı olarak monte edilirlerdi. Bu nedenle onlara “Nokta Temaslı Transistör” denirdi. Günümüzde transistörler yapım itibarı ile bir tost görünümündedir. Transistör imalatında kullanılan yarı iletkenler, birbirlerine yüzey birleşimli olarak üretilmektedir. Bu nedenle “Bipolar Jonksiyon Transistör” olarak adlandırılırlar.
Bipolar birleşimli transistörler katkılanmış üç tabakadan oluşur. Bu üç tabaka Emitter (emiter), Collector (Kolektör) ve Base (Beyz)’dir. P ve N tipi malzemelerin yerleşim sırasına bağlı olarak BJT’nin PNP ve NPN olmak üzere iki çeşidi vardır.
NPN
PNP
C (Kollektör)
C (Kollektör)
N
P
C
C IC
IC IB
IB P
2 m
0.3mm
B (Beyz)
I
B
IE N
E (Emiter)
B (Beyz)
N
I
B
IE
E P
E (Emiter)
BJT’lerde beyz bölgesi, emitere göre daha az katkılanır ve daha dar tutulur. Bunun nedeni taşıyıcıların geçişini kolaylaştırmaktır.
E
+ + + + +
+ + + + +
+ + + + +
Transistörün Çalışması:
NOT: Transistörlerin çalışma prensiplerinin benzer olması nedeniyle açıklamalarda sadece NPN tipi transistör verilecektir.
+
+
+
+
+
BJT nin çalışması için gerekli koşullar: BJT’nin çalışabilmesi için; baz-emiter birleşimi düz yönde, baz-kollketör birleşimi ise ters yönde kutuplandırılmalıdır. Bu çalışma biçimine transistörün aktif bölgede çalışması denir. Baz akımı olmadan, emiter-kollektör birleşimlerinden akım akmaz. Transistör kesimdedir. Baz akımı küçük olmasına rağmen transistörün çalışması için çok önemlidir. PN birleşimlerinin karakteristikleri transistörün çalışmasını belirler. Örneğin; transistör, VBE olarak tanımlanan beyz-emiter birleşimine doğru yönde bir başlangıç gerilimi uygulanmasına gereksinim duyar. Bu gerilimin değeri silisyum BJT’ lerde 0.7V, germanyum BJT’lerde ise 0.3V civarındadır.
BJT Akım ve Gerilimleri Emiterden enjekte edilen elektronların küçük bir miktarı ile beyz akımı oluşur ve elektronların geri kalan büyük kısmı ile de kolektör akımı oluşur. Buradan hareketle emiterden enjekte edilen elektronların miktarının, beyze doğru ve kollektöre doğru akan miktarın toplamı kadar olduğu söylenebilir. Buna göre emiter akımı; IE = IB + IC
IC = βIB
IE = (1+β)IB
Akım yönü elektron akışının zıt yönü alınarak yandaki sembol gösterime gidilir.
TRANSİSTÖRÜN KARAKTERİSTİK EĞRİLERİ: Transistörün Giriş Karakteristiği: (IB = f (VBE)) Transistörler bağlantı türlerine göre ortak emiterli, ortak kolektörlü, ve ortak bazlı olmak üzere üçe ayrılır. Bir ortak emiterli devrede giriş gerilimi base-emiter arasındaki gerilimdir. Giriş karakteristiği base akımının base-emiter arası gerilimle değişimini göstermektedir.
IB = f(VBE) karakteristiği yanda çizilmiştir. Bu karakteristik bir diyodun I-V karakteristiği ile aynıdır.
Transistörün Giriş Karakteristiği: (IB = f (VBE)) Ortam sıcaklığı arttıkça bir diyot elemanı daha düşük gerilimlerde iletime geçer. B-E arası bir diyot görünümünde olan BJT’nin sıcaklıkla değişimi aşağıdaki gibidir.
B 1
2
3
1
2
BE
3
Transistörün Çıkış Karakteristiği: (IC = f(VCE)) Transistörlerin çıkış karakteristiği farklı base akımları için IC ve VCE nin değişimini göstermektedir. Çıkış karakteristiğini elde etmek için aşağıdaki devreden yararlanılır.
VCE = VCC – RC * IC
D BÖ OY LG UM ES İ
Karakteristiği çıkarmak için önce VBB gerilimi belli bir değere ayarlanır. Böylece IB, dolayısıyla IC akımı sabit tutularak VCC kaynağı ayarlanarak farklı VCE gerilimlerinde akan IC değerleri ölçülerek karakteristik çıkarılmış olur. Elde edilen bu eğri sadece o an geçerli olan base akımı içindir.
Transistörlerin Çalışma Durumları B-E arasındaki PN birleşimi ve B-C arasındaki PN birleşimleri birer diyot gibi modellenebilirler. Bir BJT için; emiter diyotun iletimde olduğu durumda B-E gerilimi VBE ≈ 0,7V civarında, B-C arası ise VBC ≈ 0,5V civarındadır. Her zaman için emiter diyotun eşik gerilimi kollektör diyottan daha büyüktür. -
C
+ N
Kollektör diyot VBC
VBC
- C + IC
+ +
P
B
B
VCE
+ I B VCE
+ IE Emiter Diyot VBE N
-
E
VBE
-
E
-
Emiter ve kollektör diyotların durumları BJT’nin çalışma durumunu belirlemektedir. Eğer hem VBE ve hem de VBC kendi eşik gerilimlerinden daha düşük iseler her iki diyotta yalıtımdadır. Bu şekliyle transistör “KESİM” bölgesindedir. Eğer her iki diyot iletimde ise (VBE ≈ 0,7 ve VBC ≈ 0,5V) transistör iletimdedir ve kollektörden maksimum akım akar. Bu durumda transistör “DOYUM (Saturasyon)” bölgesindedir. Eğer emiter diyot iletimde kollektör diyot yalıtımda olacak şekilde transistör kutuplanırsa (VBE ≈ 0,7 ve VBC <0,5V) bu durumda transistör “AKTİF” çalışma durumundadır. KESİM : Emiter ve kollektör diyot yalıtımda DOYUM : Emiter ve kollektör diyot iletimde AKTİF : Emiter diyot iletimde ve kollektör diyot yalıtımda
Aktif Çalışma Bölgesi: Analize ilk başta Base +2V uygulayalım ve kollektör ucu boşta kalsın; Bu şekildeki kutuplamada sadece base’den emiter’e akım akışı vardır. Emiter diyot iletimde olduğu zaman emiterdeki elektronlar birleşimi aşarak base’e gelirler. Bu elektronlar base akımını oluşturmaktadır. Akım yönü olarak elektron hareketinin zıt yönü alınmaktadır.
Aktif Durum: Şimdi kollektöre pozitif bir gerilim uygulayalım; Kollektör ucu base ucuna göre daha pozitif olduğundan kollektör diyot ters kutuplanır ve yalıtımda kalır. Böylece base’den kollektöre bir akım akışı olmaz. Eğer kollektör gerilimi yeterli büyüklükte ise, pozitif kollektör ucu emiterden püskürtülen elektronları kendisine çekeceğinden kollektördenemitere doğru büyük bir akım artışı olur. Bu akım miktarı base akımının β katı kadar olmaktadır.
100
IE = IB + IC = IB + β.IB = (1 + β).IB (sızıntı akımları ihmal edildi)
Aktif Bölge: AKTİF bölgede olan bir transistörün modeli;
IB
IB
ÖRNEK: β = 50 alındığında kollektör akımı ile emiter akımı arasındaki ilişkiyi bulunuz. (Kirchhoff’un akımlar yasasına göre)
Kollektör akımı base akımının β katı olduğuna göre;
Transistör Gücü:
AKTİF durumdaki bir transistörde üzerinde harcanan güç şu şekilde hesaplanır;
P = VCE * IC + VBE * IB Kollektör Katı
Base Katı
Kollektör akımına göre oldukça küçük olan IB akımı çoğunlukla ihmal edilir. Buna göre P = VCE * IC hesabı her zaman için yaklaşık doğru sonuçtur.
Base – Kollektör Ters Dayanma Gerilimi (VCB0) :
AKTİF durumda çalışan bir transistörde kollektör diyodu yalıtımdadır. PN birleşimleri ters kutuplandıkları zaman eğer bu gerilim değeri transistörün dayanma geriliminden büyük olursa eleman bozulacaktır. Bu nedenle transistörün kollektör-base dayanma geriliminden daha büyük bir gerilim ters yönde uygulanmamalıdır.
Transistörde Maksimum Güç Sınırı Her bir transistörün çalışma alanını belirleyen bir takım sınır (maksimum) değerler vardır. Bu değerler standart transistör kataloglarında verilir. Transistörlerle yapılan tasarımlarda bu değerlere uyulmalıdır. Kataloglarda verilen tipik maksimum sınır değerlerini; kollektörbeyz gerilimi, emiter-beyz gerilimi, kollektör-emiter gerilimi, kollektör akımı ve maksimum güç harcaması olarak sayabiliriz. Şekilde tipik bir çıkış karakteristiği üzerinde maksimum değerler gösterilmiştir.
ÖRNEK:
IC = β * IB = 100 * 0,13mA = 13mA IE = IB+ IC =13.13mA VB = 0,7V VC = 10V
VE = 0V
VCB = VC – VB = 10 – 0,7 = 9,3V >0 VCE = VC – VE = 10 – 0 = 10V P = VCE * IC = 130mW
ÖRNEK: VB = VE + 0,7 = 0,7V
VE = 0V
VBE = 0,7V
BJT’ nin AKTİF bölgede olduğu kabul edilirse; IC = β * IB = 100 * 0,03mA = 3mA VC = VCC – RC * IC = 5 – 1K * 3mA = 2V IB = 0,03mA,
IC = 3mA,
IE = 3.03mA
VB = 0,7V,
VC = 2V,
VE = 0V
VCB = VC – VB = 2 – 0,7 = 1,3V>0 VCE = VC – VE = 2 – 0 = 2V P = VCE * IC = 2 * 3mA = 6mW
Kesim ve Doyum Durumları: a)Kesim Durumu: Kesim durumunda her iki diyotta yalıtımdadır. (VCB > 0, VBE < 0,7)
VE = 0V, VB = 0,7V alalım;
Base akımı negatif olamaz. Bu nedenle transistör kesim durumundadır. Öyleyse gerçekte IB = 0A’dir. Eğer Base akımı 0A ise transistörün tüm akımları sıfırdır. VB = 0V, VE = 0V, VC = 5V, VCB = 5V
b) Doyum Durumu: +5V RC 2K
BJT’ nin AKTİF bölgede çalıştığı kabul edilirse;
VE = 0V, VB = 0,7V, +5V
100K
IC = 100 . IB = 100 . 0,043mA = 4,3mA =100 VBE = 0,7V
VC = VCE = VCC – RC * IC = 5 – 2K * 4,3mA = -3,6V Uygulanan gerilim 5V olduğundan Kollektör gerilimi negatif olamaz. Yani VCE 0 ile 5V arasında olmak zorundadır. Dolayısıyla hesaplanan tüm akım ve gerilimler doğru değerler değildir. VCB ve VCE bu devre için hiçbir zaman negatif olamaz. O halde bu transistor AKTİF bölgede değildir.
Eğer kollektör-base gerilimi negatif ise kollektör diyodu iletimdedir ve aynı şekilde emiter diyot da iletimdedir. Her iki diyodun iletimde olması doyum durumunu belirtir Kollektör-base PN birleşimi iletimde olduğunda, buna karşılık gelen gerilim yaklaşık 0,5V’tur. Kollektör diyot iletimde olduğunda gerçek base-kolektör gerilimi; VBC ≈ 0,5V ve VCEsat = VBE - VBC = 0,7 – 0,5 = 0,2V Basitlik amacıyla kollektör gerilimi yaklaşık emiter gerilimine eşit alınır. VCEsat ≈ 0V → VC ≈ VE Eğer transistör doyumda ise base akımındaki değişim kollektör akımında değişime neden olmaz.
Transistör doyumda ise; VC≈ VE = 0
IB = 0,043mA
IE = IB + IC = 0,043A + 2,5mA = 2,543mA VB = 0,7V VC = 0V (transistör doyumda VC = VE) VCB = -0,5V VCE = 0V (yaklaşık) P = VCE * IC ≈ 0W
ÖRNEK:
Şekildeki devrede transistörü doyuma götürmek için VBB’nin min. değeri ne olmalıdır? (VCEsat 0)
Çözüm: IBmin noktasında transistör doyum ile aktif bölgenin sınırındadır. Dolayısıyla bu nokta; IC = β * IBmin = IC(sat)
(VCEsat 0)
200
Çözüm:
ICsat 5mA Transistörün doyumda olabilmesi için VBB ≥1,95 olmalıdır.
ÖRNEK: Transistörün doyumda olması için RB direncinin max. değeri ne olmalıdır? Çözüm:
200
RB ≤ 52K olduğu sürece transistör doyumda çalışır.
ÖZET: KESİM DURUMU → VBE < 0,7V
VBC < 0,5V
IB = IC = IE = 0A
AKTİF DURUMU
→ VBE = 0,7V
VBC < 0,5V
VC > VE
IB, IC, IE > 0A
DOYUM DURUMU → VBE = 0,7V
VBC = 0,5V
VC ≈ VE
IC = IC(sat)
IC = β * IB
1. Eğer VBB ≤ 0,7V ise transistör kesimde, tüm akımlar 0A 2. Eğer VBB > 0,7V ise transistörün AKTİF durumda olduğu kabul edilir. 3. Eğer IB > 0 ise IC = β . IB bağıntısı kullanılabilir. 4. VCB > 0.5 ise transistör AKTİF bölgededir. Analiz sonlandırılır. 5. VCB < 0.5 ise transistör doyumdadır. Doyuma göre yeniden çözüm yapılmalıdır.
TRANSİSTÖRLERDE KODLAMA VE KILIF TİPLERİ Uluslar arası birçok firma transistör üretimi yapar ve kullanıcının tüketimine sunar. Transistör üretimi farklı ihtiyaçlar için binlerce tip ve modelde yapılır. Üretilen her bir transistör farklı özellikler içerebilir. Farklı amaçlar için farklı tiplerde üretilen her bir transistör; üreticiler tarafından bir takım uluslararası standartlara uygun olarak kodlanırlar. Transistörler bu kodlarla anılırlar. Üretilen her bir transistörün çeşitli karakteristikleri üretici tarafından kullanıcıya sunulur. Uluslararası Standart Kodlama: Transistörlerin kodlanmasında bir takım harfler kullanılmaktadır. Örneğin; AC187, BF245, 2N3055, 2SC2345, MPSA13 vb gibi birçok transistör sayabiliriz. Kodlamada kullanılan bu harf ve rakamlar rastgele değil uluslararası standartlara göre belirlenir ve anlamlıdır. Günümüzde kabul edilen ve kullanılan başlıca 4 tip kodlama vardır: Avrupa Pro-Electron Standardı (Pro-Electron) Amerikan Jedec Standardı (EIA-Jedec) Japon (JIS) Doğu Blok (eski SSCB)
Pro-Electron Standardı: Avrupa ülkelerinde bulunan transistör üreticilerinin genellikle kullandıkları bir kodlama türüdür. Bu kodlamaya örnekler: AC187, AD147, BC237, BU240, BDX245 vb. Kodlamada genel kural; önce iki veya üç harf sonra rakamlar gelir. İlk harf: Transistörlerin yapım malzemesini belirtmektedir. Germanyumdan yapılan transistörlerde kodlama A harfi ile başlar. Ör: AC121, AD161 vb. Silisyumdan yapılan transistörlerde ise B harfi ile başlar. Ör: BC121, BF254 vb. İkinci harf: Transistörün kullanım alanlarını belirtir. Örnek kodlamalar aşağıda verilmiştir. AC:düşük güçlü alçak frekans transistörüdür. Germanyumdan yapılmıştır. AC121, AC187, AC188, AC547 gibi.. BC:düşük güçlü alçak frekans transistörüdür. Silisyumdan yapılmıştır. BC147, BC547 gibi…. BD:düşük güçlü, yüksek frekans transistörü. BD135, BD240, BD521 gibi…. BF:düşük güçlü, yüksek frekans transistörü. BF199, BF240, BF521 gibi…. BL:büyük güçlü, yüksek frekans transistörü. BL240, BL358, BL521 gibi… BU:büyük güçlü anahtarlama transistörü. BU240, BU521 gibi.. Üçüncü harf: Üçüncü harf endüstriyel amaçla özel yapıldığını belirtir. Örnek olarak; BCW245,BCX56, BFX47, BFR43, BDY108, BCZ109, BUT11A vb gibi.
Diğer Kodlama Türleri ve Standartlar: Avrupa pro-electron standardına göre kodlamaya ilave olarak Amerikan ve Japon üreticilerinin uydukları kodlamalar ve anlamları aşağıda liste olarak verilmiştir. Bazı büyük üretici firmalar ise kendi kodlarıyla özel üretim yapmaktadırlar. Özelliklerini kataloglardan temin edebilirsiniz.
Transistör kategorileri ve kılıf tipleri Uluslar arası transistör üreticileri üretimlerini genellikle 3 temel kategoride gerçekleştirir. Bu kategoriler; Genel amaçlı/alçak frekans transistörleri Güç transistörleri Radyo frekans (RF) transistörleri Genel Amaçlı/Küçük Sinyal Transistörleri: Bu tip transistörler genellikle orta güçlü yükselteç veya anahtarlama devrelerinde kullanılır. Metal veya plastik kılıf içinde üretilirler. Şekilde plastik kılıfa sahip standart transistör kılıf tipleri, kılıf kodları ve terminal isimleri verilmiştir.
Genel amaçlı alçak sinyal plastik transistör kılıfları ve terminal isimleri
Aşağıdaki şekilde ise “genel amaçlı/alçak frekans transistörleri” kategorisinde bulunan ve metal kılıf içinde üretilen bazı transistörlerin kılıf kodları ve terminal isimleriyle birlikte verilmiştir. Farklı terminal bağlantılarına ve kılıf tipine sahip onlarca tip transistör vardır. Ayrıntılı bilgileri üretici kataloglarından elde edebilirsiniz.
Genel amaçlı alçak sinyal metal transistör kılıfları ve terminal isimleri
Güç Transistörleri: Güç transistörleri yüksek akım ve gerilim değerlerinde çalıştırılmak üzere tasarlanmıştır. Dolayısıyla boyutları oldukça büyüktür. Bu tip transistörler genellikle metal kılıf içinde üretilirler. Transistorün gövdesi metaldir ve kollektör terminali metal gövdeye monte edilmiştir. Şekilde yaygın olarak kullanılan bazı güç transistörlerinin kılıf kodları ve terminal bağlantıları verilmiştir.
Radyo Frekans (RF) Transistörleri: Çok yüksek frekansla çalışan sistemlerde (radyo frekans=RF) çalıştırılmak üzere tasarlanmış transistörler, RF transistörleri olarak anılmaktadır. Özellikle iletişim sistemlerinde kullanılan bu transistörlerin kılıf tipleri diğerlerinden farklılık gösterebilir. Bunun nedeni yüksek frekans etkisini minimuma indirmektir. Şekilde bazı RF transistörlerinin standart kılıf tipleri örnek olarak verilmiştir.
ÖRNEK-19:
2N3904’ün katalog değerleri
Sembol
Karakteristik
Min.
Max.
Test Koşulları
BVCB0 BVEB0 . . . VBE(sat) VCE(sat)
Kolektör-base dayanma gerilimi Emiter-Base dayanma gerilimi DC Akım Kazancı . . . Base-Emiter Saturasyon Gerilimi Kollektör-Emiter Sat. Gerilimi
60V 6,0V 40 90 60 40 -
360 0,85 0,25
IC = 10μA, IE =0A IE = 10μA, IC = 0A IC = 0,1mA,VCE= 5,0V IC = 1,0mA,VCE= 5,0V IC = 10mA,VCE= 5,0V IC = 50mA,VCE= 5,0V IC = 50mA, IB= 5,0mA IC = 50mA, IB= 5,0mA
5.5. TRANSİSTÖRLERDE DC ÇALIŞMA NOKTASI Transistorün bir yükselteç olarak çalışabilmesi için DC kutuplandırma gereklidir. Uygulanan DC kutuplandırma nedeniyle çıkış karakteristiği üzerinde bir noktaya karşılık gelen belirli bir akım ve gerilim değeri vardır. Transistörün sahip olduğu akım ve gerilim değerini gösteren bu nokta “çalışma noktası” ya da “sükunet noktası” olarak adlandırılır (Quiet-Q).
Çalışma noktası örnekleri
Lineer yükseltme
Lineer olmayan yükseltme
Lineer olmayan yükseltme
Lineer olmayan yükseltme
5.6. DC YÜK DOĞRUSU: DC yük doğrusunu çizmek için aşağıdaki devreyi örnek alalım. Çıkış çevresinden; 200
IC
22K
VCC 0-10V
VBB 0-5V
IB
Çıkış karakteristiği üzerinde bu iki noktanın birleştirilmesiyle yük doğrusu çizilmektedir.
IB akımı ayarlanarak farklı base akımlarına karşılık çalışma noktaları yük doğrusu üzerinde hareket eder. Doğrusal yükseltme için çalışma noktası yük doğrusunun tam ortası seçilmelidir
DC kutuplamanın etkisini ve önemini anlamak üzere şekildeki devrede IB akımını farklı değerlere ayarlayalım. Ayarladığımız her bir akım değerine karşılık transistörün ve değerlerinin nasıl değiştiğini inceleyelim. İlk olarak VBB kaynağını ayarlayarak değerini IB=200µA yapalım. Bu durumda transistörün kollektör akımı IC ve kollektör-emiter gerilimi VCE; IC=IB=100.200A=20mA VCE=VC-(ICRC)=10-(20mA.220=5.6V Bu değerlere karşılık gelen çalışma noktası transistör karakteristiğinde gösterildiği gibi olacaktır.
Transistörün beyz akımının IB=300µA yapılması durumunda ise kollektör akımı; IC=IB=100.300A=30mA Kollektör-emiter gerilimi: VCE=VC-(ICRC)=10-(30mA.220=3.4V Bu değere karşılık gelen transistörün çalışma noktası transistör karakteristiğinde gösterildiği gibi Q2 olacaktır
Son olarak beyz akımının IB=400µA olması durumunda çalışma noktası; IC=IB=100.400A)=40mA Kollektör-emiter gerilimi: VCE=VC-(ICRC)=10-(40mA.220=1.2V Bu değere karşılık gelen transistörün çalışma noktası transistör karakteristiğinde gösterildiği gibi Q3 olacaktır.
Transistörün beyz akımındaki değişim kolektör akımını değiştirmekte dolayısıyla transistörün kollektör-emiter gerilimi de değişmektedir. Örneğin IB akımındaki artma IC akımını arttırmaktadır. Buna bağlı olarak VCE gerilimi azalmaktadır. Bu durumda VBB geriliminin ayarlanması ile IB değeri ayarlanmaktadır. IB‘nin ayarlanması ise transistorün DC çalışma noktasını düzgün bir hat üzerinde hareket ettirmektedir. Q1, Q2 ve Q3 olarak belirtilen çalışma noktalarının birleştirilmesiyle bir DC yük doğrusu elde edilir.
DC yük doğrusu yatay ekseni 10V’da kesmektedir. Bu değer VCE=VCC noktasıdır. Bu noktada transistör kesimdedir. DC yük doğrusunun düşey ekseni kestiği nokta ise 45.45mA’dir. Bu değer ise transistör için doyum noktasıdır. Transistörün doyum noktasında IC maksimumdur. Kollektör akımı;
ÖRNEK: Şekildeki devrenin yük doğrusunu çizerek Vi girişine karşılık çıkış işaretlerini çiziniz.
VBB = 1V RC
VCC = 10V RC = 1KΩ
RB
VCC (2)
Vİ (1) VBB
RB = 8KΩ β
= 100
VBE =0,6V Vİ
= 0,35 sint
RC
RB
VCC (2)
Vİ (1) VBB
DC Analiz (Vi = 0): Giriş Çevresinden;
Çıkıştan Çevresinden;
-VBB - Vİ + RB . IB + VBE = 0
ICQ = β . IB = 5mA
VCEQ = VCC – RC . IC = 10 – 1KΩ . 5mA = 5V
AC Analiz (Vi = 0,35 sint) RC
RB
VCC (2)
Vİ (1) VBB
IC = β . IB = 5mA + 3,75 sint mA VCE = VCC – RC . IC = 10 – 1K . (5mA + 3,75 sint mA) = 5 – 3,75 sint
AC Analiz (Vi = 0,35 sint) IB=0,05 + 0,0375 sint mA VCE =5 – 3,75 sint Kazançlar: Akım Kazancı (AI) = Çıkış Akımındaki Değişim / Giriş Akımındaki Değişim
Gerilim Kazancı (AV) = Çıkış Gerilimindeki Değişim / Giriş Gerilimindeki Değişim
Güç Kazancı(AP) =AV.AI = 100 . 12,5 =1250
AC Analiz (Vi = 0,35 sint)
IC (mA) 10
Yük doğrusu Giriş baz akımının AC sinyali
8,75 5
IBQ = 0,05mA Q
1,25
Çıkış kollektör akımının AC sinyali
1,25
5
8,75
VCE(V) 10
Çıkış kollektör-emiter geriliminin AC sinyali
5.7. ÇIKIŞIN BOZULMASI:
Q çalışma noktası doyum veya kesim bölgelerine yakın seçilirse giriş işaretine bağlı olarak çıkış işaretinde bozulmalar olabilir. Bununla birlikte Q çalışma noktası tam orta noktada olsa bile giriş işaretinin genliği büyükse yine çıkışta bozulmalar olabilir.
Doyum bölgesine yakın çalışma IB
IC Doyum
Q
IC
VCE(V)
Doyum
VCE
Kesim bölgesine yakın çalışma IB
IC(mA)
IC Q VCE(V) Kesim Kesim
VCE
Büyük genlikli giriş işareti ve yük doğrusunun orta noktasında çalışma IB
IC(mA) Doyum
Doyum
IC
Kesim
Q
VCE(V)
Kesim
Doyum
VCE Kesim
5.7. TRANSİSTÖR DEVRELERİNİN DC ANALİZİ 5.7.1. TRANSİSTÖRLERİN ÖNGERİLİMLENMESİ
DC öngerilimlemenin amacı, transistorün belirli bir çalışma noktasında çalışmasını sağlamaktır. Bir transistorü istenilen çalışma noktasına getirip öngerilimleme yapıldıktan sonra, sıcaklığın etkisi de göz önünde bulundurulmalıdır. Sıcaklık, akım kazancı ve kaçak akım gibi transistör karakteristiklerinin değişmesine yol açar. Sıcaklık artışı, oda sıcaklığına göre daha fazla akıma yol açar ve böylece öngerilimleme devresiyle belirlenen çalışma koşulunu değiştirir. Bu nedenle, öngerilimleme devresinin belirli bir oranda sıcaklık kararlılığını sağlayarak transistordeki sıcaklık değişimlerinin çalışma noktasında meydana getireceği değişimi en aza indirmesi gerekir.
5.7.1. TRANSİSTÖRLERİN ÖNGERİLİMLENMESİ Sabit öngerilimli devre
Bir BJT’ nin öngerilimlenmesi baz-emiter ve baz-kollektör DC öngerilimlenme çevre denklemleri ayrı ayrı ele alınarak analiz edilebilir. BJT’ nin doğrusal bölgede çalışabilmesi için baz-emiterin ileri, baz-kollektörün ise ters öngerilimli olması gerekir.
RB
RC
AC Çıkış İşareti AC Çıkış İşareti
VCC
5.7.1. TRANSİSTÖRLERİN ÖNGERİLİMLENMESİ Baz-Emiterin ileri öngerilimlenmesi
IB
RB
Kollektör-Emiterin ileri öngerilimlenmesi
RC IC
+ VCC
VCE
+
VBE
-
V V IB CC BE RB
-VCC+IB RB+ VBE=0
VCC
-
IC=βIB -VCC+IC RC+ VCE=0 VCE= VCC-IC RC
ÖRNEK: RB
Şekildeki devrede, VCC=12V, RB=240kΩ, RC=2.2KΩ olduğuna göre b=50 ve b=100 için IB=?, IC=?, IE=?, VCE=?
RC
AC Çıkış İşareti
VCC
AC Giriş İşareti
Çözüm: Devrenin baz-emiter çevresinden; β=50 için I B
V C C V B E 1 2 0 .7 4 7 .0 8 μ A , I C β I B 2 .3 5 4 m A , RB 240K
I E ( 1 β )I B 2 .4 0 1 m A
β=100 için I B
V C C V B E 1 2 0 .7 4 7 .0 8 μ A , I C β I B 4 .7 0 8 m A , RB 240K
I E ( 1 β )I B 4 .8 0 2 m A
Devrenin kollektör-emiter çevresinden; β=50 için VCE= VCC-IC RC=12-2.354*2.2kΩ
VCE=6.83V
β=100 için VCE= VCC-IC RC=12-4.708*2.2kΩ
VCE=1.642V
kolektör akımı (IC) ve kollektör-emiter gerilimi (VCE)’nin değişim yüzdeleri: % I C
I C( b100) I C( b50)
% VCE
I C( b50)
*100
VCE( b100) VCE( b50) VCE( b50)
4.708mA 2.354mA *100 %100 2.354mA
*100
1.642 6.83 *100 %75,95 1.642
ÖRNEK: RB
Şekildeki devrede, VCC=12V, RB=240kΩ, RC=2.2KΩ, RE=0.8KΩ olduğuna göre b=50 ve b=100 için IB=?, IC=?, IE=?, VCE=?
RC
AC Çıkış İşareti
VCC
AC Giriş İşareti
RE
Çözüm: Devrenin baz-emiter çevresinden; β=50 için
IB
β=100 için I B
V CC V BE 1 2 0 .7 4 0 .2 4 μ A , I C β I B 2 .0 1 2 m A , RB 2 4 0 K ( 5 0 1 ) 0 .3 K
I E ( 1 β ) I B 2 .0 5 2 m A
V CC V BE 1 2 0 .7 3 5 .2 2 4 μ A , I C β I B 3 .5 2 2 m A , RB 2 4 0 K ( 1 0 0 1 ) 0 .8
I E ( 1 β ) I B 3 .5 5 7 m A
Devrenin kollektör-emiter çevresinden; β=50 için VCE= VCC-IC RC-IE RE =12-2.012*2.2kΩ-2.052*0.8kΩ VCE=5.932V
β=100 için VCE= VCC-IC RC-IE RE =12-3.522*2.2kΩ-3.557*0.8kΩ VCE=1. 406V
kolektör akımı (IC) ve kollektör-emiter gerilimi (VCE)’nin değişim yüzdeleri: % I C
I C( b100) I C( b50)
% VCE
I C( b50)
*100
VCE( b100) VCE( b50) VCE( b50)
3.522mA 2.012mA *100 %75 3.012mA
*100
1.406 5.932 *100 %76 5.932
Emiter Kutuplamalı Devre Emiter kutuplaması transistörün kararlı çalıştırılması için geliştirilmiş bir diğer kutuplama yöntemidir. Bu kutuplama tipinde pozitif ve negatif olmak üzere iki ayrı besleme gerilimi kullanılır. VCC ve VEE olarak adlandırılan bu kaynaklar transistörün kutuplama akım ve gerilimlerini sağlarlar. Bu devrede VCC ve VEE eşit olduğu takdirde beyz gerilimi yaklaşık 0V’dur. Bu nedenle bu kutuplama şekli bazı kaynaklarda simetrik kutuplama olarak da adlandırılmaktadır. Giriş çevresinden, RC
RC
IC
- VEE VBE I B R B I E R E IC
VCC
VB
RE
VEE
VEE VBE R BB (1 β)R E
VCC RB
RB
IB
IB
RE
IE
IE VEE
Çıkış çevresinden, 0 = -VCC-VEE+ VCE – ICRC - IERE VCE = VCC+VEE – ICRC - IERE
ÖRNEK Yanda verilen devrede β değerinin 50’den 100’e çıkması durumunda çalışma noktasında meydana gelecek değişimleri analiz ediniz. VCC=15V RC 22K
β=50 için; Giriş çevresinden, IB
VEE VBE 15 0,7 I B 33μA R BB (1 β)R E 15k 51 * 8,2k
IC βI B 1.65mA I E (1 β)I B 1,683mA RB 15K
VC VB
RE 82K
VE
Çıkış çevresinden, 0 = -VCC-VEE+ VCE – ICRC - IERE VCE = 30-1,65m*2,2k-1,683m*8,2k VCE =12,569V
-VEE=-15V
β=100 için; Giriş çevresinden, IB
VBB VBE 15 0,7 I B 16,96 μA R BB (1 β)R E 50k 101 * 8,2k
IC βI B 1.696mA ( %2.8) I E (1 β)I B 1,713mA
Çıkış çevresinden, 0 = -VCC-VEE+ VCE – ICRC - IERE VCE = 30-1,696m*2,2k-1,713m*8,2k VCE =12,222V (-%2,83 değişim)
Akım Kazancı Kararlı Devre Yukarıdaki öngerilimleme devresinde, kolektör akım ve gerilim değerleri akım kazancıyla orantılı olarak artmaktadır. Ancak β değeri özellikle silisyum tabanlı transistörlerde sıcaklığa karşı oldukça duyarlıdır. Ayrıca β nın anma değeri tam olarak tanımlanmadığından öngerilimleme devrelerinin beta değişimlerinden fazla etkilenmemesi istenir. Aşağıdaki devre bu tip devreler için bir örnektir.
R1
RC C2 AC Çıkış
C1 AC Giriş
VCC
R2
RE
CE
Devrenin çözümünde iki temel yöntem vardır. Birinci yöntem devrede beyz akımı ihmal edilebilecek kadar küçük ise uygulanır. Bu yöntemde I1=I2 varsayılarak çözüm üretilir. İkinci yöntemde ise devre analizi beyz akımı dikkate alınarak yapılır. Çözüm tekniğinde thevenin teoreminden yararlanılır. Yöntem 1: Bu yöntemde beyz akımı ihmal edilebilecek kadar küçük kabul edilir. Rin direncinden akan akımın R2 direncinden çok büyük olduğu kabul edilir (Rin>>R2). Devrenin eşdeğeri aşağıdaki şekilde verilmiştir. Eşdeğer devrede; R1 ve R2 dirençlerinin birleştiği noktada elde edilen gerilim, transistörün beyz kutuplama gerilimi olacaktır. +Vcc R1
I1 R I
VCC
in
1
R
I
2
RE
R1
2
I
IB=0 B
I2 R2
VB geriliminin değeri;
RC
IB ihmal edildiğinden IE=IC olur. R2
Rin
VC= VCC – ICRC VCE =VCC-ICRC-IERE
Yöntem 2: Gerilim bölücülü kutuplama devresinde bir diğer yöntem ise Thevenin teoremini kullanmaktır. Bu yöntem tam çözüm sunar. Devrenin Baz ucunun Thevenin eşdeğer devresi aşağıdaki gibi çıkarılabilir. +Vcc RC
R1 R1
I2
RBB
R BB R1//R 2
R2
R2
V * VCC BB R R 1 2
R2
VCC VBB
RE I1
Giriş çevresinden, -VBB+IBRBB+VBE+IERE=0 VBB VBE IB R BB (1 β)R E I C βI B I E (1 β)I B
Çıkış çevresinden,
-VCC+ICRC+VCE+IERE=0 VCE =VCC-ICRC-IERE
ÖRNEK Yukarıdaki devrede R1=39kΩ, R2=3.9kΩ, RC=10kΩ, RE=1,5kΩ, VCC=22V olduğuna göre, devreyi tam çözüm yönteminden yararlanarak β=50 ve β=100 için çözünüz.
Çözüm: Devreye thevenin teoremi uygulanırsa, VB
R2 39k VCC 22 2V R1 R 2 39k 3,9k
β=50 için; Giriş çevresinden, IB
VBB VBE 2 0,7 R BB (1 β)R E 3,545k 51*1,5k
R BB
R1R 2 39k.3,9k 3,545kΩ R1 R 2 42,9k
β=100 için; Giriş çevresinden, IB
VBB VBE 2 0,7 R BB (1 β)R E 3,545k 101*1,5k
I B 16.24 μA
I B 8,384 A
IC βI B 0.812mA
IC βI B 0.838mA (%3.2 deg isim )
I E (1 β)I B 0,828mA
I E (1 β)I B 0,846mA
Çıkış çevresinden,
Çıkış çevresinden,
VCE =VCC-ICRC-IERE =22-0,812m*10k-0,828m*1,5k VCE =12,638V
VCE =VCC-ICRC-IERE =22-0,838m*10k-0,846m*1,5k VCE =12,351V (-%2,27 değişim)
ÖRNEK:
Şekildeki devrede DC analiz yaparak transistörün hangi bölgede çalıştığını belirleyiniz.
+12V
RC
2,2K
Çözüm: Base toprağa bağlı olduğundan base-emiter birleşimi iletimde olamaz. Dolayısıyla, IB, IC, ve IE sıfırdır. Her iki diyot yalıtımda olduğundan transistör kesim bölgesindedir.
RE
1K
VC = VCC = 12V
ÖRNEK: DC analiz yaparak transistörün hangi bölgede çalıştığını belirleyiniz. VCC
-11V
RC
VE = VEB = 0,7V
1K
b 100 VEB= 0,7 IE RE
Çözüm:
2,2K
IE
V E E V E 1 1V 0 ,7 V 4 ,6 8 m A RE 2 ,2 K
IB
IE 4 ,6 8 m A 0 ,0 4 6 3 m A 1 b 101
I C b I B 4 .6 3 m A I E (1 b ) I B 4 , 6 8 m A IC . RC = VC – VCC →VC = VCC + IC . RC
+11V VEE
VC = -11V + (4,63mA) * (1K) = - 6,37V VCB < 0 olduğundan BJT Aktif bölgededir
ÖRNEK: Şekildeki devrede DC analiz yaparak tüm noktalardaki gerilimleri ve tüm kollardaki akımları bularak transistörün hangi bölgede çalıştığını belirleyiniz. (VCESAT = 0.2V) Çözüm:
+15V
(1) numaralı çevre denkleminden; RC
5K
VBB = RB . IB + VBE + IE . RE +5V
= RB.IB + VBE + (1 + β) . RE . IB
RB (2)
IB
33,3K
(1)
RE
3K
V BB V BE R B ( 1 b ). R
IC = 1.27mA,
E
5 0 ,7 4 ,3 V 0 ,0 1 2 7 m A 3 3 , 3 K ( 1 0 1 ). 3 K 3 3 6 , 3 K
IE = 1,282mA
VB = VBB – RB.IB = VBE + RE . IE
VB = 0,7V + (1,282mA).3K = 4,548V
(2) numaralı çevre denkleminden;
+15V
RC
VC = VCC – RC . IC
5K
= 15V – (1,27 mA) *.5K = 8,65V +5V
RB (2)
VCB = VC – VB = 4,1V
33,3K
(1)
VC > VB olduğundan kollektör diyot ters kutuplanmıştır. Dolayısıyla transistör AKTİF bölgededir. RE
3K
ÖRNEK: Q1 ve Q2 transistörlerinin hangi bölgelerde çalıştıklarını belirleyiniz (IB akımları ihmal edilecektir). +15V R1
RC1
100K
4,3K
Çözüm : I. Transistöre thevenin teoremi uygulanırsa;
Q2
E TH
50K .1 5 V 5 V 150K
Q1
RTH = 50K // 100K = 33,3K R2
RE1
50K
3K
RE2
b1b2100
3K
Bu şekildeki ard arda kuplajlı devrelerde önce birinci katın çözümü yapılarak analizi tamamlanır. Sonra bu katta bulunur ve kollektör gerilimi ikinci katın giriş gerilimi alınarak işleme devam edilir. Bu şekilde yapılan çözüm yaklaşık çözümdür.
Çözüm:
I B1
Q1 için; +15V
5 0 ,7 1 2 ,7 8 A 3 3 ,3 K 1 0 1,3 K
IC1 ≈ IE1 = 1,278mA
RC1 4,3K
VE1= IE1 . RE1 = 3,835V Q2
RTH=33.3K
VCE1 = 4,775V
Q1
VTH =5V
VB1 = VBE1+IE1.RE1=0,7+3,834 = 4,534V
RE1 3K
VCE1 = VCC – IC1 . RC1 – VE1 =15 – 3,835 – 6,39
RE2
3K
VC1 = VCC – IC1 . RC1 = 15 – (1,278mA) . 5K = 8,61V VCB1 = 8,61 – 4,534 = 4,076V VC1 > VB1 Q1 AKTİF bölgededir.
Q2 için; VB2 = VC1 = 8,61V +15V R1
RC1
100K
4,3K
IE2
V B 2 V B E 2 8 ,6 1 0 ,7 2 ,6 3 6 m A 3K 3K
Q2
VE2 = IE2 * RE2 = 7,91V Q1
R2
RE1
50K
3K
VC2 = VCC = 15V VCE2 = VC2 – VE2 = 15 – 7,91 = 7,09V RE2
3K
VC2 > VB2 olduğundan Q2 AKTİF bölgede çalışmaktadır.
5.6. TRANSİSTÖRÜN SAĞLAMLIK TESTİ Bir transistör, devrede ya da devrede değilken test edilebilir. Aşağıdaki basit bir transistör devresinde 4 adet test noktası seçilmiş ve çeşitli arızalar için olabilecek olası durumlar verilmiştir (4)
Test Noktaları
RC
OLASI DURUM
(3)
(1)
VBB
RB
(2)
VCC
1
2
3
4
VBB kısa devre
0V
0V
VCC
VCC
VCC kısa devre
VBB
0,7V
0V
0V
RB açık devre
VBB
-
VCC
VCC
RC açık devre
VBB
0,7
-
VCC
B-E birleşimi açık devre
VBB
VBB
VCC
VCC
B-C birleşimi açık devre
VBB
0,7
VCC
VCC
5.6. TRANSİSTÖRÜN SAĞLAMLIK TESTİ Transistorü test etmenin en basit yollarından birisi, transistörü devreden çıkararak tek başına sağlamlığını kontrol etmektir.
Bu amaçla bir avometrenin diyot konumundan yaralanılır. NPN ve PNP transistorlerin eşik gerilimlerinin okunması suretiyle bacakları saptanabilir ve sağlamlığı test edilebilir.
Ko
ll
r tö k e
yo Di
t
C Ko
B Em
ll
r tö k e
yo Di
t
C
Hatırlatma:
Emiter diyot eşik gerilimi ≈ 0,7V
B
ite
Em rD
i yo
t
E
ite
Kolektör diyot eşik gerilimi ≈ 0,5V rD
i yo
t
E
5.10. DARLİNGTON BAĞLANTI: Yüksek akım kazancı elde etmek için transistörler “darlington” olarak adlandırılan bir bağlantı şekliyle kullanılırlar. İki tip darlington bağlantı mevcuttur. i. npn-npn Darlington Bağlantısı:
VC IC
Akım Kazancı
VC1 IB1
IC = IC1 + IC2
IC = β1 . IB1 + β2 . IB2
VB
VC2 Q1 IC1
VB1
VE1
IC = β1 . IB1 + β2 . IE1 IC = β1 . IB1 + β2 . (1 + β1) . IB1 IC = IB1 . [β1 + β2 . (1 + β1)]
IC2
IE1
VB2 Q2 IB2
IE2 VE2 IE VE
5.10. DARLİNGTON BAĞLANTI: ii. npn-pnp Darlington Bağlantısı:
IE2 IB2 Q2 IB1
IC = IC2 + IE1
IC1
IC = β2 . IB2 + (1 + β1) . IB1
Q1
IC = β2 . IC1 + (1 + β1) . IB1 IC2
IC = β2 . β1 . IB1 + (1 + β1) . IB1 IC = [β1 . β2 + (1 + β1)] . IB1
IE1
IC
5.10. DARLİNGTON BAĞLANTI: ÖRNEK: Şekildeki devrede VCE2 = 6V olabilmesi için R direncinin değeri ne olmalıdır. β1 = β2 =25
+24V I1 330
IB1
IC1
IC2
R
ÇÖZÜM: I1 = I2 ve I1 =IB1 + IC1 + IC2
Q1
= IB1 [1 + β1 + β2 + β1 . β2] = 676 IB1 Çıkıştan; 24 – 6 = 330 I1 + 120 I2 → I1 = I2 = 40mA I B1
18 5 9 .1 7 µA 4 5 0 .6 7 6
Girişten; 24 – 0,7 – 0,7 = 330 I1 + R . IB1 + 120 I2 R
Q2
2 2 ,6 4 5 0 .4 0 m A 7 7 .7 4 K 5 9 .1 7 A
120 I2
5.11. KASKAD BAĞLANTI Örnek: Şekildeki devrede Q1 ve Q2 transistörlerinin hangi bölgede çalıştığını belirleyin (IB akımları ihmal edilecek). +12V Çözüm:
R1 40K
RC 5K
Q2 R2 10K
Q1
Kaskad bağlı yükselteçler yüksek giriş direnci ve yüksek kazanç sağlamak için kullanılırlar. Devrede kullanılan kapasiteler dc analizde açık devre, ac analizde ise kısa devre yapılarak çözüm devam ettirilir. β1 = β2 = 100 VBE1 = VBE2 = 0,7
Vİ
R3 10K
RE 1K
5.11. KASKAD BAĞLANTI Yukarıdaki devre dc analiz için yeniden düzenlenirse; (IB1 ≈ IB2 ≈ 0 ) +12V
V B1
10K .1 2 2 V 10K 10K 40K
VE1 = VB1 – 0,7 = 2 – 0,7 = 1,3V
IE1
1,3 V 1 ,3 m A 1K
IC1 I
E 1
ve I
E 2
I C 1 o ld u g u n d a n
R1 40K
VB2
VC2 Q2
R2 10K
I C 2 I E 2 I C 1 I E 1 = 1 ,3 m A
5K
VE2 VC1
VC2 = VCC – RC . IC2 = 12 – 5K . 1,3mA = 5,5V
V B2
R2R3 20K . V CC .1 2 4 V R1 R2 R3 60K
VC1 = VE2 = VBE2 – 0,7 = 3,3V VC2 > VE2 ve VC1 > VE1 Her iki transistör AKTİF bölgededir
Q1
VB1 R3 10K
VE1 1K
ÖRNEK Şekildeki devrede V1 ve V2 girişlerine karşılık VO1 ve VO2 çıkışlarının ne olacağını belirleyiniz (Öngerilimleme transistörleri doyumda tutacak şekilde tasarlanmıştır). +VCC
RC
RC RB3 Q3
VO2
RB1 V1
Q1
RB2 V2
Q2
VO1
V1
V2
VO1
VO2
0 0 1 1
0 1 0 1
1 1 1 0
0 0 0 1
ÖRNEK:
+15V
RC
VBE1 = VBE2 = 0,7
RC
β1 = β2 = 60 RB = 10K , RC = 6,8K
V1
V2
VCE1 = VCE2 = 8V ise IE1 = ? RE = ?
RB
RB RE
IE
VEE =-15V
+15V
ÇÖZÜM: RC
RC
(1) V1
V2
Simetriden dolayı;
RB RB
(2)
RE
15 15
IE
VEE =-15V
β1 = β2 = 60, RB = 10K , RC = 6,8K VCE1 = VCE2 = 8V, VBE1 = VBE2 = 0,7
I E1 * R B V BE1 2 I E1 * R E 1 b1
(1 b 1 ) * ( V C C V C E 1 V B E 1 ) 1 ,1 8 m A b1 * R C R B
V CC V BE 1 RE
b1 . I E1 . R C V CE1 2 I E1 . R E 1 b1
1 5 I B1 * R B V BE1 I E * R E
IE1
IE = IE1 + IE2 = 2IE1
RB * I E1 1 b1
2 I E1
(2 )
10 K * (1,18 mA ) 61 5 ,97 K 2 * 1,18 mA
15 0 , 7
(1 )
ÖRNEK Şekildeki devrede S anahtarı kapalı R anahtarı açık tutulduğunda VO1 ve VO2 gerilimlerinin değerini hesaplayınız +5V
VCEsat = 0,2
R4 2K
R1 2K
β1 = β2 = 50
VO1 VO2
VB = 5V
R2 20K
R3 20K
R5
R6 Q2A
25K
Q2
Q1
Q1A 25K
S
R
VB
VB
+5V R4 2K
R1 2K
β1 = β2 = 50 VB = 5V VCEsat = 0,2
VO1 VO2 R2 20K
R3 20K
R5
R6 Q2A
Q1
Q2
Q1A 25K
25K S
R
VB
VB
ÇÖZÜM: I B 2 V B V B E 2 A 5 0 , 7 1 7 2 µA R
5
25K
IC2 = 50 * 172µA = 8,6 mA
I C2 A - sat
5 0 .2 2,4mA 2K
IC2A-sat
S anahtarı kapalıyken Q1 kesimdedir. Çünkü 0,2 V’luk bir gerilim ile kutuplanmıştır. Q1 kesimde olduğu için R4 ve R2 içerisinden aynı akım dolaşır; IR2=IR4 I B2
V CC V BE 2 5 0 ,7 1 9 5 ,4 A R2R4 20K 2K
VO1 = VCC – IB2 * R4 VO1 = 5 – (195,4µA) * 2K= 4,61V
ÖRNEK: Diyotlar ideal olduğuna göre verilen girişler için VA ve VO değerini hesaplayınız. (Q doyumda olacak şekilde kutuplanmıştır) +5V D1 V1 D2
RC
RB1
V2
VO RB2
D3 V3 VA
Q
V1
V2
V3
VA
0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 1 1 0 0 1 1
0 1 0 1 0 1 0 1
0 0 0 0 0 0 0 1
VO
1 1 1 1 1 1 1 0
ÖDEV: Şekildeki devrede V1 ve V2 girişlerinin lojik bir durumuna bağlı olarak transistörlerin doyumda çalıştığı kabul edilmektedir (VCE = 0V). Lojik sıfır durumunda ise kesimdedirler. Buna göre; a)
V1
V2
0 0 1 1
0 1 0 1
VO1
VO2
b) VO1’den çıkış alındığında ne tip bir mantık kapısı elde edilir c) VO2’den çıkış alındığında ne tip bir mantık kapısı elde edilir
? +VCC RC
RC2
RB3
RB1 V1
RB2 V2
VO1
VO2
