Transistörler




TRANSİSTÖRLER


Transistörler pek çok elektronik devrede gerekli bir işlem olan sinyal yükseltme işlemini gerçekleştiren elektronik devre elemanlarıdır. Sinyal yükseltme temel fonksiyonun yanında, transistörler daha başka fonksiyonlara da sahiptirler. Örneğin, anahtarlama elemanı olarak kullanılması gibi...

A – YAPISI VE TİPLERİ

Transistörler de diyotlar gibi P ve N tipi yarı iletkenlerin birleştirilmesinden elde edilirler. Ancak transistörlerde bir değil iki birleşme yüzeyi vardır.

1 – PNP YÜZEY BİRLEŞMELİ TRANSİSTÖRLER

PNP tipi transistörlerde, ,iki adet P maddesi ve arasına ince bir N maddesi yerleştirilmiştir. Aşağıda verilen şekil 1.1 de PNP transistörünün yapısı ve sembolü görülüyor.














Şekil 1.1 PNP tipi transistörün yapısı ve sembolü

Transistörün 3 adet ucu bulunur. Bunlar; kollektör,beyz ve emiter uçlarıdır. Emiter ucu, çoğunluk taşıyıcıların yayıldığı uçtur. Emiter bölgesinden çıkan çoğunluk taşıyıcılar
( PNP tipi transistörlerde oyuklar, NPN tipi transistörlerde ise elektronlar ) önce beyz bölgesine geçerler. Bu çoğunluk taşıyıcıların küçük bir kısmı (yaklaşık %1) beyz tarafından devresini tamamlar. Diğerleri ise; kollektör bölgesine geçer. Transistörden geçen akım, beyz – emiter arasına uygulanan gerilim tarafından kontrol edilir. Bu nedenle transistörler, akım kontrollü akım kaynağı olarak kullanılırlar.







2 – NPN YÜZEY BİRLEŞMELİ TRANSİSTÖRLER

NPN tipi transitörlerde, iki adet N tipi madde arasına ince bir P tipi madde yerleştirilmiştir. Aşağıdaki şekilde NPN transistörün yapısı ve sembolü görülmektedir.
















Şekil 1.2 NPN tipi transistörün yapısı ve sembolü


B – PNP VE NPN TİPİ TRANSİSTÖRLERİN POLARMALANDIRILMASI

1- Doğru Polarma

PNP ve NPN tipi transistörlerde, iki adet birleşim yüzeyi bulunduğu daha önce belirtilmişti. Bu transistörlerin doğru polarmalandırılmasında Beyz-Emiter yüzeyine doğru yönde, Beyz-Kollektör yüzeyine ise ters yönde gerilim uygulanır. Şekil 1.3 de PNP tipi transistörün doğru polarmalandırılması ve geçen akımlar görülüyor.
PNP transistörlerde, Emiteri meydana getiren P maddesine daha fazla katkımaddesi katılmıştır. Bu nedenle, emiter çoğunluk taşıyıcılar ( oyuklar ) bakımından, diğer bölgelere göre daha zengindir. Oyuklar, emiter bölgesinden hareket eder ve beyz bölgesine gelirler. Beyz bölgesini meydana getiren N maddesi hem çok incedir ve hem de çok az katkı maddesi kullanılmıştır. Böylece, emiterden çıkan oyukların çok büyük bir bölümü beyz devresine doğru akar, büyük çoğunluğu ise, negatif ( - ) gerilim uygulanmış olan kollektör bölgesine ulaşır. Ortalama olarak söylemek gerekirse, emiterden çıkan oyukların %1 i beyz devresine, %99 u ise kollektöre gider.
Transistördeki en büyük akım emiter akımıdır. Emiter akımı, kollektör ve beyz akımlarının toplamına eşittir.
Ie = Ib + Ic




























Yukarıdaki şekilde, oyukların ve elektronların akış yönü verilmiştir. Elektronların akış yönü, oyukların akış yönünün tersidir. Transistörün iki birleşim yüzeyini, iki diyot gibi düşünebiliriz. Transistörden akım geçmesi için, beyz-emiter diyodu doğru yönde polarize edilmelidir. Transistörde; en yüksek gerilim, kollektöre uygulanan gerilimdir. Bu nedenle emiterden çıkan oyukların çok büyük çoğunluğunun kollektör tarafından çekilmesi mümkün olmaktadır.























Şekil1.4 Birleşim yüzeyine uygulanan polarmalar ve akım yönleri
Yukarıdaki şekilde de görüldüğü gibi beyz-emiter arasına doğru yönde, beyz-kollektör arasına da ters yönde gerilim uygulanır. Bu durumda transistörden akım geçer. Emiter akımı, beyz ve kollektör akımlarının toplamına eşittir.

Transistörlerde, beyz-emiter arasına doğru polarma uygulanması çok önemlidir. Beyz- emiter arasına doğru polarma uygulanmadığı zaman transistörden hiç akım geçmez.

NPN tipi transistörlerde, emiteri meydana getiren N maddesine diğer bölgelere oranla daha fazla katkı maddesi katılmıştır. Bu durumda, emiter elektron yönünden çok zengindir.

Beyz emiter birleşim yüzeyine doğru yönde polarma uygulandığı için emiterdeki elektronlar beyz bölgesine geçerler. Beyz bölgesini meydana getiren P tipi maddeye, çok az katkı maddesi katılmıştır ve beyz bölgesi çok incedir. Bu nedenlerle, emiterden gelen elektronların çok küçük bir kısmı beyz devresine gider, büyük çoğunluğu ise pozitif gerilim uygulanmış olan kollektör tarafından çekilir ve kollektör akımını oluşturur. Emiter akımı, beyz ve kollektör akımlarının toplamına eşittir.






















Şekil 1.5 NPN transistörün doğru polarmalandırılması ve geçen akımlar




















Şekil 1.6 Birleşim yüzeylerine uygulanan polarmalar ve akım yönleri

Şekilde görüldüğü gibi; NPN tipi transistörlerde, beyz- emiter birleşim yüzeyine doğru yönde, beyz kollektör birleşim yüzeyine de ters yönde polarma uygulanır. NPN tipi transistörlerde, kollektöre devredeki, en yüksek pozitif gerilim uygulanır.

2- TERS POLARMA

Transistörlerde, beyz, kollektör ve emiter akımlarının geçebilmesi için her şeyden önce beyz-emiter birleşim yüzeyine doğru yönde polarma uygulanması gerekir. Aksi halde, devreden hiçbir akım çekmez. Transistörlerin beyz-emiter birleşim yüzeylerine ters yönde gerilim uygulanmasına ters polarma adı verilir.
Transistörün beyz – emiter birleişm yüzeyi ters polarize edilirse, transistörden beyz akımı akmayacaktır. PNP tipi transistörlerde, beyz ucuna pozitif, emiter ucuna ise negatif gerilim uygulanması durumunda, transistöre ters polarma uygulanmış olacaktır. NPN tipi transistörlerde ise, beyz ucuna negatif, emiter ucuna pozitif gerilm uygulanırsa, transistör ters yönde polarılmış demektir.

C – TRANSİSTÖRLERDE ALFA( α ) VE BETA ( β ) AKIM KAZANÇLARI

Transistörlerde,

β akım kazancının kollektör akımının beyz akımına oranına eşit olduğu görülür.

β = Ic / Ib

α akım kazancı ise; transistörün kollektör akımının emiter akımına oranı olarak bulunur.

α = Ic / Ie

Transistörlerde, emiter akımı kollektör akımından daha büyük olduğu için α akım kazancı daima 1 den daha küçük çıkar.

Β akım kazancıyla α akım kazancı arasındaki ilişki ise aşağıdaki gibi formülize edilir.

β = α / 1 – α α = β / β+1





D- TRANSİSTÖR KARAKTERİSTİKLERİ

Transistörlü devrelerde, çeşitli noktalardaki gerilim ve akımlar hep aynı harfle gösterilmektedir.

Vbb = Beyz ile şase arasındaki polarma gerilimi
Vbe = Beyz ile emiter arasındaki gerilim
Ib = Beyz akımı
Vcc = Kollektörle şase arasındaki polarma gerilimi
Vce= Kollektörle emiter arasındaki gerilim
Ic= Kollektör akımı
Vcb= Kollektör ile beyz arasındaki gerilim
Vc= Kollektör ile şase arasındaki gerilim
Vb= Beyz ile şase arasındaki gerilim
Ve= Emiter ile şase arasındaki gerilim

E – TRANSİSTÖRLERİN ÇALIŞMA KARARLILIĞINI ETKİLEYEN FAKTÖRLER

Transistörlerin katalog bilgilerinde genellikle 20-25 derece sıcaklıklarda çalıştırılacakları belirtilmektedir. Transistör aşırı sıcak bir ortamda çalıştırılırsa veya uzun süreli çalışmadan dolayı kendiliğinden ısınırsa katalog değerleri sağlanamaz.
Germanyum ve silisyum maddeleri ısıtıldığında, kristal yapıyı meydana getiren yapı bozulur ve bu maddelerdeki serbest elektron miktarı artar.Serbest elektronların aşırı artması, transistörün beta değerini değştirir. Transistörün akım kazancı değiştiğinde de girişteki akım değişikliklerinin kollektör akımına nasıl yansıyacağını önceden hesaplamak mümkün olmaz ve daha önce kurulmuş olan denge bozulur. Bu nedenle, özellikle yüksek akımlı transistörler metal bir kap içerisinde imal edilerek, fazla çalışmadan dolayı meydana gelebilecek aşırı ısı dağıtılmaya çalışılır. Bundan başka, metal kap içerisinde imal edilen transistörlerin, devrenin metal şasesine bağlanması yoluna gidilmektedir.

F – TRANSİSTÖR KATALOG DEĞERLERİ

1- GERİLİM DEĞERLERİ:
Transistör kataloglarında, genellikle aşağıdaki gerilim değerlei verilmektedir.
Vcb, Vce0,Veb
Şimdi herhangi bir transistör için, bu değerlerin aşağıdaki gibi olduğunu düşünelim.
Vcb=60V
Vce0 = 40V
Veb = 6V

Vcb transistörün kollektör-beyz birleşme yüzeyine uygulanabilecek maksimum ters gerilimi gösterir. Bu transistörde, Vcb gerilimi 60 volt olarak verildiğine göre, kollektör-beyz arasına uygulanacak değer 60 voltu geçerse, transistör zarar görecektir.

Vce0; gerilim değeri ise, devrede beyz ucu açıkken, kollektör-emiter arasına uygulanabilecek maksimum gerilimi verir.

Veb ise; beyz-emiter diyoduna uygulanabilecek maksimum ters yön gerilimidir. Buna göre, beyz-emiter arasına ters yönde 6 volttan fazla bir gerilim verilirse, transistör zarar görecektir.

2- AKIM DEĞERLERİ

Transistörlerde, genellikle maksimum kollektör akımı verilmektedir. Örneğin; bir trnsistörde Ic= 200mA olarak verilmişse, bu transistörün akımı maksimum 200mA olabilir demektir. Devre dizayn edilirken bu nokta göz önüne alınmalıdır.

3- MAKSİMUM GÜÇ DEĞERİ

Transistörlerin harcayabilecekleri maksimum güç, katalog değeri olarak verilmektedir. Transistör üzerinde harcanabilecek maksimum güç Pdmax olarak gösterilir.
Transistörlerin maksimum harcayabilecekleri güç, değişik sıcaklıklar için verilebilir.
Herhangi bir devrede, transistör üzerinde harcanan güç, emiter akımı ile kollektör-emiter geriliminin çarpılmasıyla bulunur.

4- BETA AKIM KAZANCI

Transistörlerin Beta akım kazançları da katalog değeri olarak verilmektedir. Genellikle bir transistör için birden fazla Beta değeri verilir; maksimum ve minimum değerleri verilir. Ayrıca Beta değerleri, çalışma noktalarına bağlı olarak değiştiği için, çeşitli kollektör akımlarına karşılık gelen Beta değerleri de verilmektedir.

G – TRANSİSTÖRLERDE SAĞLAMLIK KONTROLÜ

Transistörlerin, kollektör - beyz arası bir diyot, beyz-emiter arasa da bir başka diyot olarak düşünülebilir. Buna göre transistörlerin sağlam olup olmadıkları, avometre ile kontrol edilebilir. Aşağıdaki şekillerde, PNP ve NPN transistörlerin diyot eş değerleri görülmektedir.










Şekil 1.7 Transistör birleşim yüzeylerinin diyot eş değerleri

Avometre ile transistörün sağlamlık kontrolü yapılırken, avometre önce ohmmetre konumun alınır. Yukarıdaki Pnp tipi transistörün birleşim yüzeyinin diyot eş değer devresi görülmektedir. Burada önce ohmmetre (-) ucu, transistörün beyz ucuna, (+) ucu ise sırayla, transistörün emite ve kolektör uçlarına temas ettirlir. Her iki durumda da diyotlar ters polarize edildiğinden, ohmmetrenin ibresi sapmamalıdır. İbre bir veya iki ölçümde de sapıyorsa, transistör bozuktur.
Bundan sonra, ohmmetrenin(+) ucu transistörün beyzine, (-) ucu ise sırayla kollektör ve emiter ayaklarına temas ettirlir. Ohmmetrenin ibresi he riki durumdada sapmalıdır. Daha çok sapan uç, kollektördür. Eğer ölçümlerin birinde ya da ikisinde de ohmmetre sapmıyorsa, transistör bozuktur.
Son olarak da, ohmmetrenin uçları her iki yönde de transistörün kollektör emiter uçlarına temas ettirilir. Ohmmetre iki yönde de sapmamalıdır. Sapıyorsa, transistör bozuktur.
Yukarıda analtılanlar PNP transistör kontrolünde de geçerlidir. NPN transistörlerin kontrolü de aynı şekilde yapılır. Sadece ohmmetre uçları ters çevrilecektir.