Transistör

Npn ve Pnp Tipi Transistörler

Yukarıda belirtilen değişik işlevli bütün transistörlerin esası Yüzey Birleşmeli Transistör 'dür.
Bu nedenle, yüzey birleşmeli transistörlerin incelenmesi, transistörlerin yapısı, karakteristikleri ve çalışma prensipleri hakkındaki gerekli bilgileri verecektir.

Trasistörler, temel yapısı bakımından aşağıda gösterilmiş oduğu gibi; iki gruba ayrılır:

NPN tipi transistörler

PNP tipi transistörler

Yine her iki tip transistörün de N-P-N ve P-N-P bölgeleri şöyle adlandırılır:
1. Emetör; "E" ile gösterilir.
2. Beyz; "B" ile gösterilir.
3. Kollektör; "C" ile gösterilir.

Bölgeler şu özelliklere sahiptir:

Emetör bölgesi (Yayıcı): Akım taşıyıcıların harekete başladığı bölge.
Beyz bölgesi (Taban): Transistörün çalışmasını etkileyen bölge.
Kollektör bölgesi (Toplayıcı): Akım taşıyıcıların toplandığı bölge.
Bu bölgelere irtibatlandırılan bağlantı iletkenleri de, elektrot, ayak veya bağlantı ucu olarak tanımlanır.

Transistör yapısında baz kalınlığının önemi:

Akım taşıyıcılarının Beyz bölgesini kolayca geçebilmesi için, baz 'ın mümkün olduğunca ince yapılması gerekir.

Npn ve Pnp Tipi Transistörlerin Polarılması ve Çalışması

Transistörde Polarma Nedir?

Transistörün asıl görevi, değişik frekanslardaki AC işaretleri yükseltmektir.
Transistörün bu görevi yerine getirebilmesi için, önce Emiter, Beyz ve Collectorün DC gerilim ile beslenmesi gerekir. Uygulanan bu DC gerilime Polarma Gerilimi denir.

Transistörün polarılması:

Transistörün çalışmasını sağlayacak şekilde, Emiter, Beyz ve Collectorünün belirli değerdeki ve işaretteki (±), DC gerilim ile beslenmesine transistörün polarılması (kutuplandırılması) denir.

N Tipi Transistörün Polarılması

NPN transistör şu iki diyodun yan yana gelmesi şeklinde düşünülür:
- "NP" Emiter - Beyz diyodu
- "PN" Beyz - Collector diyodu
Bir NPN transistörü çalıştırabilmek için, Şekil 4.2 'de görüldüğü gibi, uygulanan polarma gerilimi iki şekilde tanımlanabilir:

1. Diyot bölümlerine göre tanımlama;

- Emiter - Beyz diyodu, doğru polarılır.
- Beyz - Collector diyodu ise, ters polarılır.

2. Polarma geriliminin, Emiter, Beyz ve Collectorün kristal yapısına uygulandığına göre;

- Emiter ve Beyz 'e kristal yapısına uygun polarma gerilimi uygulanır.
- Collectore ise, kristal yapısının tersi polarma gerilimi uygulanır.

Buna göre şekil 4.2 'den takip edilirse, NPN tipi transistörde uygulanan polarma gerilim:

- Emiter N tipi kristaldir : Kristal yapıya uygun, negatif (-) gerilim.
- Beyz P tipi kristaldir : Kristal yapıya uygun, pozitif (+) gerilim.
- Collector N tipi kristaldir : Kristal yapıya ters, pozitif (+) gerilim.
Şekil 4.2 - Bir NPN transistörün polarılması ve akım yönleri.
a. Bölgesel gösterilimindeki bağlantı şekli.
b. Sembolik gösterilimindeki bağlantı şekli.

Şekil 4.2 - Bir NPN transistörün polarılması ve akım yönleri a) Bölgesel gösterilimdeki bağlantı şekli. b) Sembolik gösterilimdeki bağlantı şekli.

NOT:

1. Şekil 4.2 'de görüldüğü gibi, beyz 'in polarma gerilimi ile ilgili tipik bir durum var.
Beyz 'e V_EB kaynağının pozitif kutbu, V_CB kaynağının ise, negatif kutbu bağlanmıştır. Bu durumda beyz polarma gerilimi ne olacaktır? 
Yukarıda belirtildği gibi, Emiter-Beyz diyodu iletimde, olduğu için, V_EB kaynağının pozitif kutbu etken olacaktır. Yani Beyz 'in polarma gerilimi, pozitiftir. PNP transistör için de benzer şekilde düşünülür. 2. Transistörün gerek polarma konusu, gerekse de çalışma prensibi açıklanırken, anlatım kolaylığı bakımından iki DC besleme kaynağı kullanılmaktadır.

Uygulamada ise, tek besleme kaynağı kullanılmaktadır.

Npn Transistörün Çalışması

Yukarıda tanımlanmış olduğu gibi polarma gerilimi uygulanmış olan bir NPN transistörde aşağıdaki gelişmeler olur.

1. N Bölgesindeki Gelişmeler

Şekil 4.3 'den takip edilirse;

Emiter ve collectorü oluşturan N bölgesindeki, çoğunluk taşıyıcılar, elektronlar şu şekilde etkilenir;

-- V_CB besleme kaynağının pozitif kutbunun çekme kuvveti etkisinde kalan, gerek emiter,
gerekse de collector bölgesi elektronları V_CB kaynağına doğru akar. Bu akış I_C collector
akımını yaratır.
-- Aynı anda V_EB kaynağının negatif kutbundan ayrılan elektronlar da emitere geçer. Bu geçiş
I_E emiter akımını yaratır.
-- P bölgesinden geçemekte olan elektronlardan bir miktarıda V_EB besleme kaynağının pozitif kutbunun çekme kuvveti etkisiyle V_EB 'ye doğru akar. Bu akış I_B beyz akımını yaratır.
-- Son olarkada V_CB 'nin negatif kutbundaki elektronlar, V_EB 'nin pozitif kutbuna geçiş
yaparak akım yolunu tamamlar. Böylece devrede bir akım doğar.

(--->) : N bölgesindeki ve dış devredeki elektron akış yönü (++>) : P bölgesindeki pozitif elektrik yükü (oyuk) akış yönü (—>) : Dış devredeki akım yönü.  : Verici katkı maddesi atomu (N bölgesindeki etkisiz pozitif iyon)  : Alıcı katkı maddesi atomu (P bölgesinde etkisiz negatif iyon) "+" : Pozitif elektrik yükü (oyuk)(P bölgesindeki akım taşıyıcılar) "-" : Elektron (N bölgesindeki akım taşıyıcılar Şekil 4.3 - NPN transistörde elektron ve pozitif elektrik yüklerinin hareketleri

2. P Bölgesindeki Gelişmeler

NPN transistörde beyz P tipi kristaldir.

P tipi kristaldeki "+" yükler (oyuklar) şu şekilde aktif rol oynamaktadır:

-- P tipi kristaldeki katkı maddesi atomlarının dış yörüngesinde üç elektron var. Bir elektronu
katkı maddesi atomlarına veren Ge ve Si atomları, pozitif elektrik yükü (oyuk) haline
 gelir ve bunlar çoğunluktadır.
-- Şekil 4.3 'te görüldüğü gibi VEB besleme kaynağının pozitif (+) kutbunun itme kuvveti
etkisi ve negatif kutbunun da çekme kuvveti etkisiyle, beyzden emitere doğru bir pozitif
elektrik yükü (oyuk) hareketi başlar. Diğer bir ifadeyle, emiterden beyz 'e doğru elektron
hareketi başlar.
-- Yine collectorde. Azınlık taşıyıcılar durumunda olan çok az sayıdaki "+" yükler (oyuklar),
VCB kaynağının pozitif kutbunun itme kuvveti ve negatif kutbunun çekme kuvveti etkisiyle
Şekil 4.3 'te görüldüğü gibi beyz elektroduna doğru hareket eder. Böylece çok küçük bir
akım doğar. Bu akım, beyz collector diyodunun ters yön (kaçak) akımı olup ihmal
edilebilecek kadar küçüktür.

ÖZETLE:

Yukarıda açıklanan hususların sonucu olarak, Şekil 4.4 'te özelliği olan elektrik yükleri gösterilmek suretiyle özet bir görüntü verilmiştir.

1. Şekilde büyük ok ile gösterilmiş olduğu gibi, emiter ve collector bölgesindeki elektronların büyük bölümü collector elektroduna doğru ve küçük bir bölümü de yalnızca emiterden beyz elektroduna doğru akmaktadır. Elektron akışı dış devrede de devam eder.
Bu akış I_E, I_B ve I_C akımlarını yaratır.

I_E = I_B + I_C 'dir.

Bu bağıntı her çeşit devre kuruluşunda ve her transistör için geçerlidir.
Ancak I_B akımı I_C akımı yanında çok küçük kaldığından (I_B=0.02 I_C), pratik hesaplamalarda I_B ihmal edilir.
I_E = I_C olarak alınır.

2. Katkı maddelerine ait, "+" ve "-" iyonların bir etkinliği olmadığından daire içerisine alınmıştır.
3. Serbest elektronların çok hızlı hareket etmesi nedeniyle NPN transistördeki akım iletimide hızlı olmaktadır. Bu nedenle NPN transistörler yüksek frekanslarda çalışmaya daha uygundur.
4. Ayrıca, Şekil 4.4 'te, bir NPN transistörün, ters yönde bağlı iki NP ve PN diyot şeklinde düşünülebileceği de gösterilmiştir. Böylece, ters bağlı iki diyot devresinden akımın nasıl aktığıda kendiliğinden açıklanmış olmaktadır.

Şekil 4.4 - NPN trnasistörde akım iletimini sağlayan elektronların akış yönleri ve transistörün ters bağlı iki diyot halindeki görüntüsü Pnp Tipi Transistörün Polarılması PNP transistörün, NPN transistöre göre, yapımında olduğu gibi, polarma geriliminde de terslik vardır. Şekil 4.5 'te bir PNP transistöre polarma geriliminin uygulanışı gösterilmiştir. Şekilden de anlaşıldığı gibi, PNP transistörde de, NPN 'de olduğu gibi polarma geriliminin yönleri iki şekilde tanımlanır: 1 - Diyot bölümlerine göre tanımlama -- Emiter - Beyz diyodu, doğru polarılır. -- Collector - Beyz diyodu, ters polarılır. 2 - Polarma geriliminin kristal yapıya uygunluğuna göre tanımlama: -- Emiter P tipi kristaldir: Kristal yapısına uygun, pozitif (+) gerilim uygulanır. -- Beyz N tipi kristaldir: Kristal yapısına uygun, negatif (-) gerilim uygulanır. -- Collector P tipi kristaldir: Kristal yapısına ters, negatif (-) gerilim uygulanır. Polarma durumuna göre devreden akan akımların yönü de Şekil 4.5 'te gösterilmiş olduğu gibidir. Daima IE = IB + IC 'dir. Şekil 4.5 - PNP tipi transistörün polarılması ve akım yönleri a. Jonksiyonel gösterilimdeki bağlantı b. Sembolik gösterilimdeki bağlantı Pnp Transistörün Çalışması PNP transistörde, NPN transistördeki elektron yerine, pozitif elektrik yükleri (oyuklar), ve pozitif elektrik yükleri yerine de elektronlar geçmektedir. Bu durumda, Şekil 4.6 'dan da anlaşılacağı gibi, PNP transistördeki akım iletimi pozitif elektrik yükleri ile açıklanmaktadır. Şekil 4.6 'dan takip edilirse PNP transistörün çalışması şu şekilde olmaktadır: -- VEB besleme kaynağının pozitif kutbunun itme, negatif kutbunun çekme kuvveti etkisiyle, emiterdeki pozitif elektrik yükleri (oyuklar) atomdan atoma yer değiştirerek bayze doğru akar. -- Bu hareketlenme sırasında pozitif elektrik yükleri (oyuklar) collectore bağlı VCB besleme kaynağının negatif kutbunun çekme kuvveti etkisi altında kalır. VCB gerilimi VEB 'ye göre daima daha büyük seçildiğinden; pozitif elektrik yüklerinin (oyukların) %98 - %99 gibi büyük bir bölümü collector elektroduna doğru, %1 - %2 gibi küçük bir bölümü de beyz elektroduna doğru akım iletimi sağlar. (++>) : P bölgesindeki pozitif elektrik yükü (oyuk) yolları (-->) : N bölgesindeki ve dış devredeki elektron yolları (— >) : Dış devredeki akım yönü. : Verici katkı maddesi atomu "+" : Pozitif elektrik yükü (oyuk) : Alıcı katkı maddesi atomu "-" : Elektron Şekil 4.6 - PNP transistörde pozitif elketrik yüklerinin ve elektronların hareketi Bu arada, bir miktar pozitif elektrik yükü de, beyzdeki serbest elektronlar ile birleşerek nötr hale gelir. -- Aynı zamanda collector bölgesindeki azınlık taşıyıcılar durumunda bulunan az sayıdaki elektronlar da VCB 'nin etkisiyle beyz elektroduna doğru hareket eder. Bu hareket, ters yön (kaçak) akımını yaratır. Dış devredeki gelişmeler: Şekilde gösterildiği gibi, emiterden VEB besleme kaynağının "+" kutbuna ve oradan da beyz'e ve VCB besleme kaynağının üzerinden collectore, elektron akışı başlar. Kağıt üzerinde gösterilen akım yönü de, yine şekildeki gibi, besleme kaynağının "+" kutbundan "-" kutbuna doğru olmaktadır. ÖZETLE: Bir PNP transistördeki akım iletimi, Şekil 4.7 'de gösterildiği gibi, pozitif elektrik yükleri (oyuklar) ile sağlanmaktadır. Şekil 4.7 'de ayrıca transistörü oluşturan iki diyodun sembolik bağlantısıda gösterilmiştir... Şekil 4.7 - PNP transistörde akım iletimini sağlayan pozitif elektrik yüklerinin (oyuk) akış yönleri ve transistörün ters bağlı iki diyot halindeki görüntüsü Akım ve Gerilim Yönleri Akım Yönleri NPN Transistörde akım yönleri: 1. Emiterde; Transistörden dış devreye doğru, yani emiterdeki ok yönündedir. 2. Beyz ve Collectorde; Dış devreden transistöre doğrudur. PNP Transistörde akım yönleri: 1. Emiterde; Dış devreden transistöre doğrudur, yani okun gösterdiği yöndedir. 2. Beyz ve Collectorde; Transistörden dış devreye doğrudur. Gerilim Yönleri: Burada gerilim yönünden amaç, polarma geriliminin "+" veya "-" oluşudur. NPN Transistörde gerilim yönleri: 1. Emitere: Negatif (-) gerilim uygulanır. 2. Beyze: Pozitif (+) gerilim uygulanır. 3. Collectore: Pozitif (+) gerilim uygulanır. PNP Transistörde gerilim yönleri: 1. Emitere: Pozitif (+) gerilim uygulanır. 2. Beyze: Negatif (-) gerilim uygulanır. 3. Collectore: Negatif (-) gerilim uygulanır. NOT: Uluslararası kabule göre, bir iletkendeki elektron akış yönü ile akım yönü birbirine göre terstir. Uluslararası elektroteknik kuruluşu (IEC) tarafından yapılan kabule göre; Elektrik ve Elektronik devrelerindeki AKIM YÖNÜ, besleme kaynağının pozitif kutbundan (+), Negatif kutbuna (-) doğru olan yöndür. Diyot sembollerindeki ve transistörlerin emiterindeki akım yönünü gösteren oklar da "+" dan "-" 'y doğrudur. Elektron yönü sadece teorik açıklamalar sırasında gösterilmektedir. Kirchoff kanununa göre , yapılan devre hesaplamalarında "+" ve "-" akım yönlerinin gösterilmesi gerekebilir. Bura da, besleme kaynağının pozitif kutbundan negatif kutbuna Transistörlerin Multimetre İle Sağlamlık Kontrolü Transistörlerin ayrıntılı kontrolü transistörmetrelerle yapılır. Transistörmetreler daha çok labaratuvarlarda kullanılır. Bir transistörün en kolay kontrol şekli multimetre ile yapılır, Ancak, bu halde transistöre herhangi bir zarar verilmemesi için multimetrenin içinde bulunan pilin 1.5V 'dan büyük olmamasına veya devreden akacak akımın 1 mA 'den fazla olmamasına dikkat edilmelidir. " Transistör devrede iken ölçüm yapılmaz." Şekil 4.8 'de PNP ve NPN tipi transistörlerin multimetre ile kontrolü sırasında uçların tutuluş şekilleri gösterilmiştir. Tablo 4.1 'de ise, yapılacak kontrolün esasları ve multimetrede aşağı yukarı okunması gereken değerler verilmiştir. Tablo 4.1 'e uygun olarak yapılan kontrollerede, direncin büyük okunması gerekirken küçük okunuyorsa veya küçük olması gerekirken büyük değerlerle karşılaşıyorsanız transistör bozuk demektir. Ölçmelerde, multimetrenin içerisindeki pil vasıtası ile büyük dirençlerin okunması sırasında ters polarma, küçük dirençlerin okunması sırasında doğru polarma uygulaması yapılmaktadır. 1.5V 'luk multimetre ile yapılan kontrol sırasında transistörden akacak akım kısa bir müddet için 1mA 'i geçmeyeceğinden, günlük hayata girmiş transistörlerde herhangi bir bozukluğa yol açmayacaktır. Fakat, yayılım yoluyla yapılan alaşım transistörleri gibi hassas transistörlerin kontrolü sırasında, emniyet tedbiri olarak VCEcollector geriliminin sıfırdan başlayarak gerekli gerilime kadar ayarlanması tavsiye edilmektedir. Bu bakımdan böyle transistörlerin transistörmetre ile kontrolü uygun olmaktadır veya 100-200 ohm 'luk seri direnç kullanılır. Şekil 4.1 - Transistörün Ohmmetre ile kontrolü Transistör Tipi Ohmmetre uçlarının tutuluş şekli Transistör sağlam ise Ohmmetre 'nin göstereceği değerler PNP (+) ucu beyze, (-) ucu sıra ile kollektör ve emitere (Şekil 4.8 (a)) 50 Kohm 'dan büyük (-) ucu beyze, (+) ucu sıra ile kollektör ve emitere (Şekil 4.8 (b)) 500 Ohm 'dan küçük NPN (-) ucu beyze, (+) ucu sıra ile kollektör ve emitere (Şekil 4.8 (c)) 50 Kohm 'dan büyük (+) ucu beyze, (-) ucu sıra ile kollektör ve emitere (Şekil 4.8 (d)) 500 Ohm 'dan küçük Transistörlerde Yükseltme İşleminin Gerçekleştirilmesi Transistörler yapısı gereği, akım yükseltme özelliğine sahiptir. Uygun, bir devre dizaynıyla gerilim ve güç yükseltmesi de yapar. Tabi bu işlemlerde de asıl olan akımdır. Bu nedenle, önce akımın nasıl yükseltildiğinin bilinmesi gerekir..... Transistör yükseltme işlemi nasıl yapılmaktadır? Örnek olarak şekil 4.9 'da görüldüğü gibi bir NPN tipi transistör alınmıştır. Transis törün çalışabilmesi için elektrotlarına, şu gerilimler uygulnıyor: Emiter: (-)gerilim, Beyz: (+)gerilim, Collectore: (+)gerilim. Şekil 4.9 - Emiteri ortak yükselteç a. Jonksiyonel bağlantı devresi b. Sembolik bağlantı devresi Şekil 4.9 'da, emiter ucu giriş ve çıkış devrelerinde ortak olduğu için, bu yükselteç "Emiteri ortak bağlantılı yükselteç" olarak taımlanır. En çok kullanılan yükselteç şeklidir. Transistörün bu şekilde çıkışında bir yük direnci bulunmadan çalıştırılmasına kısa devrede çalışma denmektedir. Yükseltme İşleminin Sağlanması 1. Transistör içerisinde emiterden beyz ve collectöre doğru bir elektron akışı vardır. 2. Elektronların küçük bir kısmı da VBE kaynağının oluşturduğu giriş devresi üzerinden, büyük bir kısmıda VCEkaynağının oluşturduğu çıkış devresi üzerinden devresini tamamlar. 3. Giriş ve çıkışta dolaşan elektronların miktarı, trans. büyüklüğüne bağlı olduğu gibi, VBE ve VCE kaynak gerilimlerinin büyüklüğüede bağlıdır. 4. Emiterdeki elektronları harekete geçirmek için "Silisyum" transistörde en az 0.6V, "Germanyum" transistörde ise 0.2V olması gerekir. 5. Elektroları çekebilmesi için VCE gerilimi VBE 'ye göre oldukça büyük seçilir. 6. Giriş devresinden dolaşan elektronlar "IB" beyz akımını, çıkış devresinden dolaşan elektronlarda "IC" collectör akımını oluşturur. 7. Buradaki IB ve IC akımları DC akımlardır... Eğer girişe AC gerilim uygulanırsa, ve IC 'de AC olarak değişir. 8. IB ve IC akımları devrelerini tamamlarken emiter elektrodu üzerinde birleştiğinden Ie akımı, IB ve IC 'nin toplamı olur............ Herzaman geçerli kural: IE = IB + IC Sonuçta: IB akımı giriş akımı, IC akımı da çıkış akımı olarak değerlendirilirse, IB gibi küçük değerli bir akımdan, IC gibi büyük değerli bir akıma ulaşılmaktadır......... Bu olay "Transistörün akım yükselteci olarak çalıştığını göstermektedir." Emiteri ortak bağlantıda akım kazancı formülü: β = IC/IB 'dir...Beta:(β) IB ve Ic akımları değişse de, β (Beta) akım kazancı sabit kalmaktadır. Akım kazancı nasıl oluyorda sabit kalıyor? Şekil 4.9 'a göre; VBE gerilimi büyütüldüğünde; iki aşamalı şu gelişmeler olmaktadır: 1. Emiter - Beyz diyodu daha büyük bir gerilim ile polarılmış olduğundan, daha çok elektron harekete geçer. Bu elektronların, Beyz girişi üzerinden devre tamamlayan miktarı da artacağından IB akımı büyür. 2. Diğer taraftan, büyük hareketlilik kazanan emiter elektronları, mevcut olan VCE çekme kuvveti etkisiyle beyz 'i daha çok sayıda geçerek collectore ulaşır. Böylece daha büyük IC akımı oluşur. IB ve IC deki artış aynı oranda olmaktadır. Dolayısıyla da, β=IC/IB değeri sabit kalmaktadır. VBE küçültüldüğünde de IB ve IC aynı oranda küçüldüğünden, β (Beta) yine sabit kalır. Görüldüğü gibi, gerek IB, gerekse de IC akımının büyüyüp küçülmesinde yalnızca VBE giriş gerilimi etkin olmaktadır... VCE besleme kaynağının akım kazancına etkisi nedir? VCE gerilimi büyütüldüğünde, devreden akan elektron miktarında, diğer bir deyimle IC akımında, önemli bir artış olmamaktadır. Nedeni; VCE gerilimi, esas olarak, VBE geriliminin emiterde hareketlendirdiği elektronları çekmektedir. Emiterde ne kadar çok elektron hareketlenmişse, VCE 'de o kadar çok elekrtron çekmektedir. Bunlara collectordeki belirli sayıdaki elektronlarda eklenmektedir. Ancak, collectorde daha az katkı maddesi kullanıldığından açığa çıkan elektron sayısı da daha azdır. Bunlarda IC akımını fazla etkileyememektedir. VCE 'nin büyütülmesi, çekilen elektron sayısını çok az artırabilmektedir. Ancak, VCE 'nin, transistör kataloğunda verilen değeri de geçmemesi gerekir. VCE 'nin belirli bir değeri geçmesi halinde, ters polarmalı durumunda olan, Beyz-collector diyodu delineceğinden, transistör yanar. Transistörün, IC, VCE ve RCE İle İlgili Tanımı: Bu tanımlama, IC, VCE ve RCE arasındaki bağıntıyı açıklayan, diğer bir deyimle, transistörün yükseltici sırrını ortaya koyan bir tanımlamadır. Transistör, iki elektrodu arasındaki direnci, üçüncü elektroduna uygulanan gerilim ile değiştirilebilen üç elektrotlu bir devre elemanıdır. Şöyleki; Ohm kanununa göre, çıkış devresinde şu bağıntı yazılabilecektir: VCE=IC*RCE VCE belirli bir değer de sabit tutulduğu halde, VBE ve dolayısıyla da IB değişince IC 'de değiştiğinden, yukarıdaki bağıntıya göre, RCE direnci de değişir. Burada: Transistörün iki elektrodu arasındaki direnç: RCE 'dir. Üçüncü elektroda uygulanan gerilim ise: VBE 'dir. Teorik hesaplamalarda: IC maksimum değerine ulaşınca, RCE=0 olduğu kabul edilir. RCE=0 olunca, VCE 'de "0" olur. Benzer durum giriş direncinde de olmaktadır: Diyot karakteristik eğrisinden de bilindiği gibi, VBE 'nin biraz büyütülmesi halinda IB akımı çok çabuk büyümektedir. Buradan şu sonuç çıkmaktadır: VBE giriş gerilimi büyütülünce; RBE giriş direnci küçülür. Özet olarak: Giriş gerilimi büyüdükçe, hem giriş direnci hem de çıkış direnci küçülür. Akım Kazancının Bulunması Akım kazancı, yükselteç olarak çalışmakta olan bir transistörün, çıkışındaki akımın girişindeki akıma oranıdır. Şekil 4.10 'da görüldüğü gibi, yükselteçlerin üç bağlantı şekli vardır. Bu bağlantı şekillerindeki akım kazançları şöyle ifade edilir: 1. Emiteri ortak bağlantı. Akım kazancı BETA, β = IC/IB 2. Beyzi ortak bağlantı. Akım kazancı ALFA, α = IC/IE 3. Collectorü ortak bağlantı. Akım kazancı GAMA, γ = IE/IC Şekil 4.10 - Transistördeki üç bağlantı halinde bağlantı uçlarının durumu. Akım Kazançlarının Dönüştürülmesi Her üç bağlantı şeklinde de akımlar arasında şu bağlantı vardır: IE=IC+IB veya IC=IE-IB Bu bağlantı ile yukarıdaki bağıntılardan yararlanılarak, α,  β, γ birbirlerine dönüştürülür. α = Alfa β = Beta γ = Gamma α 'nın β cinsinden yazılması: 1/α = IE/IC = IC+IB/IC = 1+IB/IC = 1+1/β 'dan    α = β/β+1   olur... β 'nın α cinsinden yazılması: Yukarıdaki "α, β" bağıntısından,    β = α/1-α     olur... α 'nın γ cinsinden yazılması: α = IC/IE = IE-IB/IE = 1-IB/IE = 1-1/γ = γ-1/γ 'dan    α = γ-1/γ     olur... γ 'nın α cinsinden yazılması: Yukarıdaki "α, γ" bağıntısından,      γ = 1/1-α      olur... ß 'nın γ cinsinden yazılması: β = IC/IB = IE-IB/IB = IE/IB-1 = γ-1  'den        β = γ-1    olur... γ 'nın β cinsinden yazılması: Yukarıdaki "β, γ" bağıntısından          γ = β+1       olur... Özet bir tablo yapılırsa dönüşümler şöyle sıralanır: α = β/β+1 α = γ-1/γ β = α/1-α β = γ-1 γ = 1/1-α γ = β+1

Transistörün Dört Bölge Karakteristiği

Dört bölge karakteristiklerinde, DC 'de ve yüksüz olarak çalıştırılan transistörün giriş ve çıkış akımları ile gerilimleri arasındaki bağıntılara ait karakteristik eğrileri hep birlikte görüntülenir.

Dört bölge karakteristik eğrilerinden yararlanılarak şu statik karakteristik değerleri hesaplanabilmektedir.

1. Giriş direnci
2. Çıkışdirenci
3. Akım kazancı
4. Giriş-çıkış gerilim (zıt reaksiyon) bağıntısı

Bunlar transistörün yapısıyla ilgili karakteristik değerlerdir.

Dört bölge karakteristiği, transistör çıkışında yük direnci yokken çıkarıldığından bunlara kısa devre karakteristikleri de denir.

Transistörün "Beyz" 'i , "Emiteri" ve "Collectoru" ortak bağlantılı haldeki kısa devre karakteristikleri ile, yükte çalışma sırasında konu edilen yük doğrusu ayrıca "Temel yükselteç devreleri" bölümünde daha detaylı anlatılmıştır.
Burada, ön bilgi olarak, emiteri ortak yükselteçe ait örnek verilecektir..

Dört Bölge Karakteristik Eğrisinin Bölgeleri:

Şekil 4.11 'den takip edilirse; Şekil 4.9 'da verilmiş olan emiteri ortak yükseltece ait dört bölge karakteristik eğrisi, şu bölgelerden oluşmaktadır.

1. Bölge Karakteristik Eğrisi (V_CE - I_C):
V_CE çıkış gerilimindeki değişime göre, I_C çıkış akımındaki değişimi gösterir.
R_C=V_CE/I_C bağıntısı ile Çıkış direncini belirler.
2. Bölge Karakteristik Eğrisi (I_B - I_C):
I_B giriş akımındaki değişime göre, I_C çıkış akımındaki değişimi gösterir.
β=I_C/I_B bağıntısı ile Akım kazancını belirler.
3. Bölge Karakteristik Eğrisi (V_BE - I_B):
V_BE giriş gerilimindeki değişime göre, I_B giriş akımındaki değişimi gösterir.
R_g=V_BE/I_B bağıntısı ile Giriş direncini belirler.
4. Bölge Karakteristik Eğrisi (V_BE- V_CE):
"V_BE - V_CE" bağıntısı V_BE giriş gerilimindeki değişime göre, V_CE çıkış gerilimindeki değişim miktarını gösterir. Bu değişim, gerilim transfer oranı olarak tanımlanır.

Aslında bu iki gerilimin biri biri üzerinde önemli bir etkisi bulunmamaktadır.
Bu bilgiler daha çok teorik çalışmalar için gereklidir

Şekil 4.11 - Emiteri ortak bağlantılı yükseltecin dört bölge karakterisitiği Transistörün Anahtarlama Elemanı Olarak Çalıştırılması Sayıcılar (counters), bilgisayarlar (computers), ateşleme devreleri (trigger circuit) gibi, bir kısım devrenin çok hızlı çalışması (on) ve sukunete geçmesi (off) gerekebilir. Bu gibi hallerde çok hassas bir anahtarlama yapılması gerekir. Bu devrelerde, transistörden anahtar olarak yararlanılmaktadır. Transistör ile nano saniye 'lik yani 10-9 saniyelik (sn) bir çalışma hızı sağlanmaktadır. Transistörden, iki şekilde anahtar olarak yararlanılabilmektedir. - Normal çalışmada - Doyma halindeki çalışmada Transistörün doyma halinde çalışması, kısa bir an için, taşıyabileceği maksimum akımda görev yapması demektir. Transistörün Normal Çalışmada Anahtar Görevi Yapması Şekil 4.12 'de bir NPN transistörün anahtar olarak çalışmasını gösteren iki devre verilmiştir. Bu devreler, 6 Volt 'luk besleme kaynaklı ve emiteri ortak bağlantılı, lamba yakan bir transistörden oluşmaktadır. Şekil 4.12 - Normal çalışmada transistörden anahtar olarak yararlanma a) IB akımı kumandasıyla çalışma b) VBE gerilimi kumandasıyla çalışma Şekil 4.12 (a) 'daki devre: IB akımının değişmesi yoluyla çalıştırılan bir devredir: R reostası ile IB akımının ayarı yapılmaktadır. R direnci yeterince küçültülüp IB akımı yeterince büyültüldüğünde, IC akımı lambayı yakacak seviyeye ulaşacaktır. Şekil 4.12 (b) 'deki devre: VBE gerilimini kontrol etmek suretiyle çalıştırılan bir devredir. VBE gerilimi, S reostası üzerindeki gerilim düşümü ile sağlamaktadır. "S" reostası, "0" 'dan yani en üst noktadan başlatılarak, yavaş yavaş büyütüldüğünde, beyz-emiter arasına uygulanan gerilimde büyür. Bu gerilim, örneğin, silikon transistörde 0.6V 'u geçince transistör iletime geçer ve lamba yanar. Bu çalışma şeklinde, transistör kesikli çalışan bir yükselteç olarak görev yapmıştır. Transistörün gerçek anlamda anahtar olarak çalışması, doyma halindeki çalışmadır. Transistörün Yükselteç Olarak Çalıştırılması Yükselteç olarak çalıştırılan bir transistörden, şu üç işlemin gerçekleştirilmesinde yararlanılır: 1. Akım kazancını sağlamak 2. Gerilim kazancını sağlamak 3. Güç kazancını sağlamak Buradaki kazancın anlamı: Transistör girişine verilen akım, gerilim veya gücün çıkıştan daha büyük değerlerde elde edilmesidir. Bunu sağlamak için de belirli devrelerin oluşturulması gerekir. Kazancın sayısal değerinin bulunması da, çıkıştaki akım, gerilim ve güç değerlerinin, girişteki akım, gerilim ve güç değerlerine oranlanması suretiyle elde edilir. Karakteristik eğrileri, transistörün üreticileri tarafından hazırlanan tanıtım kitaplarında (katalog) verilir. Transistör, hem DC hem de AC yükselteç olarak çalışabilir. Bu nedenle, transistörü gereği gibi inceleyebilmek için, ayrı ayrı DC ve AC 'deki çalışma hallerinin incelenmesi gerekir. DC çalışmada girişteki ve çıkıştaki akım ve gerilim değerleri arasındaki bağıntılara Statik Karakteristikleri, AC çalışmadaki akım ve gerilim bağıntılarına da Dinamik Karakteristikleri denir. Transistör yükselteç olarak şu üç bağıntı şeklinde çalıştırılabilmektedir. 1. Emiteri ortak bağlantılı yükselteç 2. Beyz 'i ortak bağlantılı yükselteç 3. Kollektörü ortak bağlantılı yükselteç Ortak bağlantı deyimi, girişte ve çıkışta ortak olan uç (elektrot) anlamında kullanılmıştır. Transistörün DC Yükselteç Olarak Çalıştırılması Şekil 4.12 'de Emiteri ortak bağlantılı bir DC yükselteç devresi verilmiştir. Bu yükselteç devresi ile transistörün statik karakteristikleri incelenmektedir. Statik karakteristikleri incelerken yukarıda da belirtildiği gibi giriş ve çıkıştaki DC akım ve gerilim değerlerinden yararlanılır. Şekil 4.12 - Transistörün statik karakteristiklerini tanımlamak üzere kurulan yükselteç devresi Girişteki akım ve gerilimdeki değişmeler girişe seri bağlanan mikro ampermetre (µA) ve paralel bağlanan küçük değerler ölçebilen voltmetre (mV) ve çıkıştaki değişmeler de, çıkışa bağlanan mili Ampermetre ve normal bir Voltmetre ile ölçülür. Şekil 4.12 'ye dikkat edilirse, transistör çıkışında başka bir eleman bulunmaksızın yapılan DC ölçümlerdir. Uygulanan bu tür ölçme yöntemi ile hesaplanan statik karakteristik değerlerine ve çizilen eğrilere Kısadevre Karakteristikleri 'de denir. Şekil 4.12 'deki ölçü aletleri ile, şu değerler ölçülmektedir: Girişe ait: Beyz akımı, IB Beyz - Emiter arası gerilim, VBE Çıkışa ait: Kollektör akımı, IC Kollektör - Emiter arası gerilim, VCE Ölçülen bu değerler ile şu karakteristik değerler hesaplanmaktadır: -- Akım kazancı: Kİ(β) = IC/IB -- Giriş direnci: Rg = VBE/IB -- Çıkış direnci: RÇ = VCE/IC -- Eğim: S = ΔIC/ΔVBE -- Transfer oranı: µ = VBE/VCE (%0,01-0,001) dir. Buradan ilk üçlü, "Kİ, Rg ve RÇ" her transistör için, her devrede bilinmesi gereken karakteristik değerlerdir. Son iki "S ve µ" değerleri ise transistör üzerinde daha derinlemesine çalışma yapılması gerektiğinde, ihtiyaç duyulan değerlerdir. Yukarıdaki karakteristik değerler, Şekil 4.11 'de verilmiş olan dört bölge karakteristik eğrisinden yararlanılarak da hesaplanabilmektedir. 1. Bölge karakteristik eğrisi: (VCE,IC) 2. Bölge karakteristik eğrisi: (IB,IC) 3. Bölge karakteristik eğrisi: (VBE,IB) 4. Bölge karakteristik eğrisi: (VBE,VCE) Bu karakteristik eğrilerinin değişik noktalarındaki, küçük değişim (Δ) değerleri ile yapılacak olan hesaplamalar, Kİ, Rg ve RÇ değerleri, hakkında daha doğru bilgi verir. Şöyle ki; Kİ(β) = ΔIC/ΔIB bağıntısı, karakteristik eğrisi doğrusal olduğundan her noktada aynı değeri verir. Rg = ΔVBE/ΔIB bağıntısı, eğrisel olan karakteristik eğrisinin farklı noktalarında farklı değerler verir, en iyi noktayı seçmek gerekir. Karakteristik eğrisinden de anlaşılmaktadır ki, IB beyz akımı büyüdükçe transistörün Rg giriş direnci küçülmektedir. RÇ = RCE = ΔVCE/ΔIC bağıntısı da, IC büyüdükçe daha küçük RÇ verir. Görülmektedir ki, DC yükselteç devresinde ölçülen değerler ile elde edilen sonuçlar, transistör hakkında önemli bilgi vermektedir. Transistörün Gerilim ve Güç Kazançlarını Bulmak İçin: Şekil 4.13 'te görüldüğü gibi, giriş devresine paralel olarak bir RB direnci, çıkış devresine de yine paralel bir RL yük direnci bağlanır. Bunların üzerinde oluşan gerilim düşümlerinin ve sarf olan güçlerin oranı gerilim ve güç kazancını verir. Gerilim kazancı: KV = VRL/VRB Güç kazancı: KP = PRL/PRB = IC.VRL/IB.VRB = β.KV Görüldüğü gibi güç kazancı ile gerilim kazancının çarpımına eşit olmaktadır. Şekil 4.13 - Girişe RB direnci çıkışada RL yük direnci bağlanan DC ve AC yükselteç Transistörün AC Yükselteç Olarak Çalıştırılması Transistör Şekil 4.13 'de görüldüğü gibi girişine, AC işaret gerilimi uygulandığında da AC yükselteç olarak çalışır. AC yükselteçler de iki ana gruba ayrılır: 1. Ses frekansı yükselteçleri 2. Yüksek frekans (Radyo frekansı) yükselteçleri Yüksek frekans yükselteçleri özel yapılı yükselteçlerdir. AC yükselteç olarak inceleme konusu, günlük hayatta daha çok karşılaşılan ses frekansı yükselteçleridir. AC işaret gerilimi, genelde sinüzoidal olarak değişen bir gerilim olarak düşünülür. Bu gerilim, girişteki ve çıkıştaki DC polarma gerilimini büyültüp küçülterek sinüzoidal olarak değişmesini sağlar. AC çalışmada, yalnızca AC değerler önemli olduğundan, giriş ve çıkışta ampermetre ve voltmetre olarak AC ölçü aletleri kullanılır. AC ölçü aletleri efektif değer ölçtüğünden, gerekli hesaplamalarda efektif değerler ile yapılır. Örneğin: Akım kazancı: KİAC(βAC) = ICef/IBef Gerilim kazancı: KVAC = VCEef/VBEef = (ICef/IBef).(RL/RB) = βAC.RL/RB Güç kazancı: KPAC = βAC.KVAC    şeklinde ifade edilirler. Alçak frekans (ses frekansı) yükselteçlerinde: βDC = βAC olarak alını. Giriş ve çıkış dirençleri de DC ve AC 'de aynı özelliklere sahiptir. NOT: Şekil 4.12 ve Şekil 4.13 'te verilmiş olan devreler deney ve bilgi edinme devreleri olduğu için, anlatım kolaylığı bakımından iki besleme kaynağı kullanılmıştır. Uygulamada ise tek besleme kaynağı kullanılır. Transistörün Çalışma Kararlılığını Etkileyen Faktörler Bir transistöre kararlı bir çalışma yaptırabilmek için, öncelikle karakteristik değerlerine uygun bir devre düzeni kurmak gerekir. Bunu içinde, daha önceden de belirtilmiş olduğu gibi, katalog değerlerine ve karakteristik eğrilerinde verilen bilgilere uyulmalıdır. Transistörün kararlı çalışmasını etkileyen faktörler: 1. Sıcaklık Aşırı ısınan transistörün çalışma dengesi bozulur, gücü düşer. Daha da çok ısınırsa yanar. Isınan transistörlerde elektron sayısı anormal artacaktır. Bu artış nedeniylede belirli giriş değerleri için alınması gereken çıkış değerleri değişir.Buda kararlı çalışmayı önler. Daha çok ısınma halinde ise kristal yapı bozulur. Bu durumda transistörün yanmasına neden olur. Isınma transistörün kendi çalışmasından kaynaklandığı gibi, sıcak bir ortamda bulunmasından dolayı da olabilir. 2. Frekans Her transistör, her frekansta çalışmaz. Bu konuda ine katalog bilgilere bakmak gerekir. Örneğin: NPN transistörler, PNP transistörlere göre yüksek frekanslarda çalışmaya daha uygundur. Nedeni de NPN transistörlerde elektrik yükü taşıyıcıları ELEKTRONLAR dır.PNP transistörlerde ise taşıyıcılar pozitif elektrik yükleridir. Elektronlar, pozitif elektrik yüklerine göre çok daha hızlı ve serbest hareket edebildiklerinden, yüksek frekanslar için NPN transistörler daha uygundur. 3. Limitsel Karakteristik Değerleri Her transistörün ayrı çalışma değerleri vardır. Bu çalışma değerlerinden bazılarının kesinlikle aşılmaması gerekir. Bunara, "Limitsel Karakteristik" denir. Limitsel Karakteristik Değerleri Şöyle Sıralanır: -- Maksimum kollektör gerilimi -- Maksimum kollektör akımı -- Maksimum dayanma gücü -- Maksimum kollektör - beyz jonksiyon sıcaklığı -- Maksimum çalışma (kesim) frekansı. Limitsel değerler gerek birbirlerine, gerekse de giriş değerlerine bağlıdır. Yukarıda sıralanan maksimum değerlerin ne olmasının gerektiği transistör kataloglarından ve karakteristik eğrilerinden saptanır. 4. Polarma Yönü Polarma gerilimini uygularken, ters polarma bağlantısı yapmamaya özellikle dikkat edilmelidir. Böyle bir durumda, transistör çalışmayacağı gibi, normalden fazla uygulanacak olan ters polarma gerilimleri jonksiyon diyotlarının delinmesine, yani kristal yapının bozulmasına neden olacaktır. 5. Aşırı Toz ve Kirlenme Transistörlerin toza karşı ve özelliklede metalik işlemlerin yapıldığı ortamlarda çok iyi korunması gerekir.. Aşırı toz ve kirlenme elektrotlar arası yalıtkanlığı zayıflatacağından kaçak akımların artmasına neden olacaktır. Bu da transistörün kararlı çalışmasını engelleyecektir. Eğer metal ve karbon (kömür) tozlarıyla karışık bir tozlanma varsa, transistör elektrotlarının kısa devre olma ihtimalide mevcuttur. Tozlu ortamda çalıştırılması zorunlu olan transistörlerin ve bütün elektronik devrelerin toza karşı iyi korunmaları ve zaman zaman devrenin enerjisi kesilmek suretiyle, yumuşak bir fırça ve aspiratör tozların temizlenmesi gerekir. Tozların temizlenmesi sırasında, elektrik süpürgesiyle üfleyerek temizlik kesinlikle yapılmamalıdır. Zira bu durumda yapışkan tozlar daha da çok yapışıp kirliliği arttıracağı gibi, buradan kalkan tozlar diğer cihaz ve devrelere konacağından başka devrelerinde tozlanmasına neden olacaktır. 6. Nem Transistörler ve bütün elektronik devreler, neme karşıda çok iyi korunmalıdır. Gerek su buharı, gerekse de bazı yağ ve boya buharları, doğrudan kendileri elektrotlar arasında kısa devre yapabileceği gibi, tozlarında yapışıp yoğunlaşmasına neden olacağından, cihazların kararlı çalışmasını engelleyecektir. 7. Sarsıntı Sarsıntılı ortamda kullanılan cihazlarda, daima bağlantıların kopması ihtimali vardır. Aşırı sarsıntı iç gerilmeleri de arttıracağından kristal yapının bozulması da mümkündür. Sarsıntılı ortamlarda çalıştırılacak cihazlara üreticiler tarafından özel sarsıntı testi uygulanır. Bu gibi çalıştırmalarda, üreticisinden sarsıntı testleri hakkında bilgi almak gerekir 8. Elektriksel ve Magnetik Alan Etkisi Gerek elektriksel alan, gerekse de magnetik alan serbest elektronların artmasına ve onların yönlerinin sapmasına neden olur. Bu da kararlı çalışmayı önler. Bu gibi ortamlarda kullanılacak cihazlar faraday kafesiyle ve anti magnetik koruyucularla korunmalıdır. 9. Işın Etkisi Röntgen ışınları, Lazer ve benzeri çok yüksek frekanslı ışınlarda kararlı çalışmayı etkiler. Bu gibi yerlerde kullanılacak cihazlarda özel koruma altına alınmalıdır. 10. Kötü Lehim (Soğuk Lehim) Transistörün ve bütün elektronik devre elemanlarının çok ustaca lehimlenmesi gerekir. Soğuk lehim olduğu taktirde, dışarıdan bakıldığında lehimliymiş gibi görünmesine rağmen, elektriksel iletimin iyi olmamasına neden olacağından bütün bir sistemin kararlı çalışmasını engelleyecektir. Bu tür arızaların bulunması da çok zordur. Ayrıca aşırı ısıtılarak lehim yapılması da devre elemanlarını bozar. Belirli bir lehim pratiği olmayanların, transistör ve benzeri elektronik devre elemanlarının lehimini yapmaması gerekir. Transistörlerin Katalog Bilgileri Bir transistör hakkında bilgi edinmek gerektiğinde üzerindeki ve katalogdaki bilgilerden yararlanılır. Daha geniş bilgi içinde, üretici firmadan yayınlanan tanıtım kitabına bakılır. Transistör Üzerindeki Harf ve Rakamların Okunması Transistör üzerinde genellikle şu bilgiler bulunur: - Üretici firmanın adı ve sembolü, - Kod numarası: (2N 2100 vb...). Transistör bu numara ile tanıtılır. - Ayak bağlantıları (E,B,C) veya işareti. - Küçük transistörlerin genellikle kollektör veya emiter tarafında bir nokta veya tırnak bulunur. Katalog Kullanımı ve Karşılıklarının Bulunması Transistörü tanıtıcı bir yayında veya katalogda küçük değişikliklerle şu bilgiler bulunur: Kod no: AD 159, 2N 2100 gibi, Tipi: NPN veya PNP Türü: Si veya Ge, Akım kazancı: β(hFE), Maksimum kollektör akımı: (ICm), Maksimum dayanma gücü: (PCm), Maksimum Kollektör - Emiter gerilimi: VCEm veya VCm, Maksimum Kollektör - Beyz gerilimi: VCBm veya VCm, Maksimum Emiter - Beyz gerilimi: VEBm, Maksimum çalışma (kesim) Frekansı: fm, Maksimum Jonksiyon sıcaklığı: TJm, Yerine göre, bu bilgilere ek olarak şunlarda verilir. Beyz açık iken Kollektör - Emiter arası kaçak akımı: ICE Emiter açık iken Kollektör - Beyaz arası kaçak akımı: ICB - ICO Termistörün karşılıkları Cinsi: Sesa, alaşım, yayılım transistörü gibi vs.