Çalışma Noktası

Gerek DC yükselteçte, gerekse de AC yükselteçte, transistörün çalışabilmesi için belirli bir DC polarma geriliminin uygulanması gerekmektedir. Bu uygulama sonucunda, V_BE ve V_CE gibi DC gerilimleri ile, I_B ve I_C gibi DC akımları oluşur.
Bu DC değerleri yük doğrusu üzerindeki belirli bir noktaya ait degerlerdir. Bu noktaya Çalışma Noktası denmektedir.

Örneğin:

Şekil 6.16'da Q ile gösterilmiş olan çalışma noktasında. Şekil 6.15'teki ölçü aletleri şu değerleri gösterecektir:

• Beyz akımı : I_B = 120 µA
• Kollektör gerilimi : V_CE = 5,5 V
• Kollektör akımı : I_C = 5,2 mA

Çalışma noktasının bulunduğu yere göre, daha sonraki bölümlerde de açıklanacağı gibi, yükselteçler, A, B, AB ve C sınıfları olmak üzere dört sınıfa ayrılmaktadır.

Burada bir örnek vermek üzere, uygulamada en çok karşılanılan A sınıfı yükseltecin çalışma noktası ile ilgili bazı açıklamalar yapılacaktır:

Bir transistorun A sınıfı yükselteç olarak çalıştırılabilmesi için, çalışma noktasının seçiminde aşağıda belirtilen şartların gerçekleştirilmesi gerekir :

1. Çalışma noktası. Şekil 6.16'da gösterilmiş olan ve transistor üreticisi tarafından verilen "Pcm" maksimum güç eğrisinin dışında olmalıdır.
2. Çalışma noktası öyle bir yerde olmalıdır ki, transistor girişine uygulanan değişken işaret, çıkıştan distorsiyonsuz (bozulmaksızın) alınsın.

> Birinci şartın gerçekleştirilmesi;

Şekıi 6.16'da görüldüğü gibi, seçilmiş olan "Q" çalışma noktası P_Cm=60 mW 'lık maksimum çıkış gücü eğrisinin dışındadır.
Bunu hesaplama yöntemiyle de saptamak mümkündür. Q Çalışma noktasındaki "I_CQ" ve "V_CEQ" değerleri çarpımı, transistor katoluğunda verilmiş olan " P_Cm" maksimum dayanma gücünden küçük olmalıdır.

Yani, I_CQ.V_CEQ< P_Cmak olmalıdır.

> İkinci şart olan distorsiyonsuz çıkışı gerçekleştirmek için;

a) Çalışma noktası Şekil 6.16'da görüldüğü gibi yük doğrusunun ortalarına yakın bir yerde olmalıdır. Tam ortada olması idealdir.
b) Çalışma noktasının iki yanında, yük doğrusu boyunca değişen "V_CE" ve "I_C" değerleri Şekil 6.16'da da gösterilmiş olan doyma ve kesim bölgelerine kadar uzanmamalıdır.

Çalışma Noktası Seçimine Birkaç Örnek:

1- Çıkış karakteristik eğrisi Şekil 6.17'deki gibi verilmiş olan bir A sınıfı yükselteçte, beyz akımı I_B=60mA, V_CC=15'tir. I_Cm, V_CE ve R_L isteniyor.

Çözüm:
Çalışma noktasını belirlemek için ve dolayısıyla da V_CE 'yi bulmak için Şekil 6 1 7'de görüldüğü gibi çıkış karakteristik eğrisinden yararlanılır.
I_B= 60 mA değeri için çizilmiş olan "V_CE, I_C” eğrisi bulunur. Bu eğri tarafından ortalanacak şekilde, V_CC noktasından bir doğru çizilir. Bu yük doğrusu ile daha önce saptanmış olan I_B = 60 eğrisinin kesiştiği nokta Q çalışma noktasıdır.
Q noktasına ait çıkış gerilimi: V_CE = 7.6 V tur.
Yük doğrusunun I_C eksenini kestiği nokta. I_Cm = 10 mA ' dir .
R_L=V_CC/I_Cm bağıntısından, R_L = 1500 Ohm olarak bulunur .
Şekil 6.17'den de anlaşıldığı gibi R_L yük direnci büyüdükçe buna ait yük doğrusu yatıklaşmaktadır.

Şekil 6.17 - Belirli IB , VCC değerleri yardımıyla çalışma noktasının saptanması

Burada şuna dikkat etmek gerekir:
Şekilde okunan I_Cm değeri, transistör kataloğunda verilen I_Cmak değerine eşit veya ondan büyük olmamalıdır.

2- Transistörden maksimum kapasitede yararlanılmak istenebilir.

Böyle bir durumda, transistör kataloğunda verilmiş olan maksimum güç eğrisine Şekil 6.18'de görüldüğü gibi ve yine transistör kataloğunda verilmiş olan I_Cmak ve V_Cmak değerlerinin dışına taşmayacak şekilde bir teğet çizilir. Bu teğetin, maksimum güç eğrisine dokunduğu nokta. Q çalışma noktası olarak seçilir.

Şekil 6.18- Transistörden maksimum çıkış gücü alınmasını sağlayan Q çalışma noktasının seçimi

Bir yükselteçten normal bir çıktş alabilmek için, özetle şu temel kurallara uyulması gerekir:

1. Yükseltece ait çalışma akım ve gerilim değerleri, Şekil 6.18'de gösterilmiş olduğu gibi, aşağıda sıralanan sınırlar arasında ki bölgede kalmalıdır:
• Maksimum güç eğrisi
• Transistör kataloğunda verilmiş olan V_Cmak, ve I_Cmak değerleri.
• Kesim bölgesi
• Doyma bölgesi
Bu bölgelerin sınırladığı alana, güvenli çalışma bölgesi veya aktif bölge denir.

2. Transistörlerin kataloglarında verilmiş olan, Isıl, Frekans ve Limitsel karakteristikleri göz önünde bulundurulmalıdır.

Emitere Direnç Bağlanması Halinde DC Yük Doğrusu

Buraya kadar yapılan açıklamalarda emetör, ortak noktaya (toprağa) direk bağlanmıştı. Bunun nedeni anlatım kolaylığı sağlamaktı.
Uygulamada, genellikle emetöre Şekil 6.19'da görüldüğü gibi bir R_E direnci bağlanır. R_E direnci kullanmasının nedeni; Daha kararlı (stabil) çalışma sağlamaktır.
Şöyle ki:
R_E üzerinden negatif geri besleme yapılmaktadır.
Negatif geri beslemede şu olay olmaktadır:

Şekil 6.19 - RE direnci ağlanmış emiteri ortak yükselteç

RE 'nin Önemi: Şekil 6.19'dan takıp edilirse Kirchoff kanununa göre : VBB=IB.RB+VBE+IE.RE 'dır. Örneğin ısınmayla IC artarsa, aynı oranda IE de artar. Bu tür hesaplamalarda IC=IE olarak alınabilmektedir. Yukarıdaki bağıntıda: "IE.RE"büyüyünce. VBB ve VBE 'nin sabit değer olması nedeniyle, "IB.RB" değeri küçülecektir Sonuçta, RB sabit olduğu için IB küçülür. Dolayısıyla IC küçülür.

Ancak bu işlem sınırlı değerler içinde kalır Zira, I_C özellikle ısınma nedeniyle anormal derecede artarsa, I_B 'nin gücü bunu önlemeye yetmez.
R_E ile, bir değişim daha olmaktadır: R_E direnci yük direnci olarak R_C'ye eklenmekte bunun sonucunda da Şekil 6.21'de görüldüğü gibi, yük doğrusu biraz daha yatıklaşmaktadır. Bu duıum,I_Cm akımını küçültmekte, dolayısıyla çalışma alanını daraltmaktadır

Şekil 6.20 - RL ve RE dirençli emiteri ortak yükseltecin çıkış devresi

Bu gelişme de şöyle açıklanır. Şekil 6.20'de verilmiş olan, çıkış devresine Kirchoff kanunu uygulanırsa: VCC = IC.RL+VCE+IE.RE Bağıntısından IE = IC (yaklaşık) kabul edilirse; VCE = VCC-IC(RL+RE ) olur. IC maksimum olduğunda, ve dolayısıyla da VCE=0 olur. Bu durumdaki maksimum koltektör akımı: ICm2 = VCC / RL+RE olur. Bu bağıntılara göre yük doğrusu çizilirse Şekil 6 21'deki gibi olur. Şekilde de görüldüğü gibi: Yalnızca RL olması halinde ICm = VCC / RL olur..

Şekil 6.21 - Emiteri ortak yükselteçte, emiteri dirençli ve dirençsiz haldeki DC yük doğruları... a) Emiteri dirençsiz hal b) Emiteri dirençli hal