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

1. Jonksiyonel bağlantı devresi
2. 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 V_BE kaynağının oluşturduğu giriş devresi üzerinden, büyük bir kısmıda V_CE kaynağının oluşturduğu çıkış devresi üzerinden devresini tamamlar...
3. Giriş ve çıkışta dolaşan elektronların miktarı, trans. büyüklüğüne bağlı olduğu gibi, V_BE ve V_CE 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 V_CE gerilimi V_BE 'ye göre oldukça büyük seçilir.
6. Giriş devresinden dolaşan elektronlar "I_B" beyz akımını, çıkış devresinden dolaşan elektronlarda "I_C" collectör akımını oluşturur.
7. Buradaki I_B ve I_C akımları DC akımlardır... Eğer girişe AC gerilim uygulanırsa, ve I_C 'de AC olarak değişir.
8. I_B ve I_C akımları devrelerini tamamlarken emiter elektrodu üzerinde birleştiğinden I_e akımı, I_B ve I_C 'nin toplamı olur............
   
   Herzaman geçerli kural: I_E = I_B + I_C
   
   Sonuçta:
   I_B akımı giriş akımı, I_C akımı da çıkış akımı olarak değerlendirilirse, I_B gibi küçük değerli bir akımdan, I_C gibi büyük değerli bir akıma ulaşılmaktadır.........
   Bu olay "Transistörün akım yükselteci olarak çalıştığını göstermektedir."
   
   Emiteri ortak bağlantıda akım kazancı formülü: β = I_C/I_B '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; V_BE 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 I_B akımı büyür.
2. Diğer taraftan, büyük hareketlilik kazanan emiter elektronları, mevcut olan V_CE çekme kuvveti etkisiyle beyz 'i daha çok sayıda geçerek collectore ulaşır. Böylece daha büyük I_C akımı oluşur.

I_B ve I_C deki artış aynı oranda olmaktadır.
Dolayısıyla da, β=I_C/I_B değeri sabit kalmaktadır.

VBE küçültüldüğünde de I_B ve I_C aynı oranda küçüldüğünden, β (Beta) yine sabit kalır.
Görüldüğü gibi, gerek I_B, gerekse de I_C akımının büyüyüp küçülmesinde yalnızca V_BE giriş gerilimi etkin olmaktadır...

V_CE besleme kaynağının akım kazancına etkisi nedir?

V_CE gerilimi büyütüldüğünde, devreden akan elektron miktarında, diğer bir deyimle I_C akımında, önemli bir artış olmamaktadır.

Nedeni;

V_CE gerilimi, esas olarak, V_BE geriliminin emiterde hareketlendirdiği elektronları çekmektedir. Emiterde ne kadar çok elektron hareketlenmişse, V_CE '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 I_C akımını fazla etkileyememektedir.

V_CE 'nin büyütülmesi, çekilen elektron sayısını çok az artırabilmektedir.

Ancak, V_CE 'nin, transistör kataloğunda verilen değeri de geçmemesi gerekir.

V_CE 'nin belirli bir değeri geçmesi halinde, ters polarmalı durumunda olan, Beyz-collector diyodu delineceğinden, transistör yanar.

Transistörün, I_C, V_CE ve R_CE İle İlgili Tanımı:

Bu tanımlama, I_C, V_CE ve R_CE 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:

V_CE=I_C*R_CE

V_CE belirli bir değer de sabit tutulduğu halde, V_BE ve dolayısıyla da IB değişince I_C 'de değiştiğinden, yukarıdaki bağıntıya göre, R_CE direnci de değişir.

Burada:

Transistörün iki elektrodu arasındaki direnç: R_CE 'dir.
Üçüncü elektroda uygulanan gerilim ise: V_BE 'dir.

Teorik hesaplamalarda: I_C maksimum değerine ulaşınca, R_CE=0 olduğu kabul edilir. R_CE=0 olunca, V_CE 'de "0" olur.

Benzer durum giriş direncinde de olmaktadır:

Diyot karakteristik eğrisinden de bilindiği gibi, V_BE 'nin biraz büyütülmesi halinda I_B akımı çok çabuk büyümektedir.

Buradan şu sonuç çıkmaktadır:

V_BE giriş gerilimi büyütülünce; R_BE 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:

I_E=I_C+I_B veya I_C=I_E-I_B

Bu bağlantı ile yukarıdaki bağıntılardan yararlanılarak, α,  β, γ birbirlerine dönüştürülür.

•  α 'nın β cinsinden yazılması:

1/α = I_E/I_C = I_C+I_B/I_C = 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 = I_C/I_E = I_E-I_B/I_E = 1-I_B/I_E = 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 = I_C/I_B = I_E-I_B/I_B = I_E/I_B-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