Dr Yucel

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.





Yine her iki tip transistörün de N-P-N ve P-N-P bölgeleri şöyle adlandırılır:

Emetör; "E" ile gösterilir.
Beyz; "B" ile gösterilir.
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.

Dr Yucel

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.



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

Uygulamada ise, tek besleme kaynağı kullanılmaktadır.

Dr Yucel

Npn Transistörün Çalışması

Yukarıda tanımlanmış olduğu gibi polarma gerilimi uygulanmış olan bir NPN transistörde aşağıdaki gelişmeler meydana gelır

1. N Bölgesindeki Gelişmeler

Şekil 4.3 'den takip edilirse;

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

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



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.

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
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.
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 IE, IB ve IC akımlarını yaratır.

IE = IB + IC 'dir.

Bu bağıntı her çeşit devre kuruluşunda ve her transistör için geçerlidir.
Ancak IB akımı IC akımı yanında çok küçük kaldığından (IB=0.02 IC), pratik hesaplamalarda IB ihmal edilir.
IE = IC olarak alınır.
Katkı maddelerine ait, "+" ve "-" iyonların bir etkinliği olmadığından daire içerisine alınmıştır
Serbest elektronların çok hızlı hareket etmesi nedeniyle NPN transistördeki akım iletimide hızlı olmaktadır. Bu nedenle NPN transistörler yüksek frekanslarda çalışmaya sahıptır

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.

Dr Yucel

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:

Diyot bölümlerine göre tanımlama

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

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.



Pnp Transistörün Çalışması

PNP transistörde, NPN transistördeki elektron yerine, pozitif elektrik yükleri (oyuklar), ve pozitif elektrik yükleri yerine de elektronlar geçmektedir.

PNP transistördeki akım iletimi pozitif elektrik yükleri ile açıklanmaktadır.

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



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.

Akım ve Gerilim Yönleri

Akım Yönleri
NPN Transistörde akım yönleri:
Emiterde; Transistörden dış devreye doğru, yani emiterdeki ok yönündedir.
Beyz ve Collectorde; Dış devreden transistöre doğrudur.
PNP Transistörde akım yönleri:
Emiterde; Dış devreden transistöre doğrudur, yani okun gösterdiği yöndedir.
Beyz ve Collectorde; Transistörden dış devreye doğrudur.
Gerilim Yönleri:
Burada gerilim yönünden amaç, polarma geriliminin "+" veya "-" oluşudur.
NPN Transistörde gerilim yönleri:
Emitere: Negatif (-) gerilim uygulanır.
Beyze: Pozitif (+) gerilim uygulanır.
Collectore: Pozitif (+) gerilim uygulanır.
PNP Transistörde gerilim yönleri:
Emitere: Pozitif (+) gerilim uygulanır.
Beyze: Negatif (-) gerilim uygulanır.
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 doğru olan yön, "+" akım yönü, bunun tersi olan yön ise "-" akım yönü olarak gösterilir.

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 yapılacak kontrolün esasları ve multimetrede aşağı yukarı okunması gereken değerler verilmiştir.
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 VCE collector 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.

Dr Yucel

Transistörlerde Yükseltme İşlemini 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.



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

Transistör içerisinde emiterden beyz ve collectöre doğru bir elektron akışı vardır..

Elektronların küçük bir kısmı da VBE kaynağının oluşturduğu giriş devresi üzerinden, büyük bir kısmıda VCE kaynağının oluşturduğu çıkış devresi üzerinden devresini tamamlar...
Giriş ve çıkışta dolaşan elektronların miktarı, trans. büyüklüğüne bağlı olduğu gibi, VBE ve VCE kaynak gerilimlerinin büyüklüğüede bağlıdır.
Emiterdeki elektronları harekete geçirmek için "Silisyum" transistörde en az 0.6V, "Germanyum" transistörde ise 0.2V olması gerekir.
Elektroları çekebilmesi için VCE gerilimi VBE 'ye göre oldukça büyük seçilir.
Giriş devresinden dolaşan elektronlar "IB" beyz akımını, çıkış devresinden dolaşan elektronlarda "IC" collectör akımını oluşturur.
Buradaki IB ve IC akımları DC akımlardır... Eğer girişe AC gerilim uygulanırsa, ve IC 'de AC olarak değişir.
IB ve IC akımları devrelerini tamamlarken emiter elektrodu üzerinde birleştiğinden Ie akımı, IB ve IC 'nin toplamıdır

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
IB ve Ic akımları değişse de, β (Beta) akım kazancı sabit kalmaktadır.
Akım kazancı nasıl oluyorda sabit kalıyor

VBE gerilimi büyütüldüğünde; iki aşamalı şu gelişmeler olmaktadır:

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.
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 yükselteçlerin üç bağlantı şekli vardır.

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