Transistör 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 değerlerdir. Bu noktaya Çalışma Noktası denmektedir.

Örneğin:

Şekil 1
Şekil 2’de Q ile gösterilmiş olan çalışma noktasında. Şekil 1’deki ölçü aletleri şu değerleri gösterecektir:
 Şekil 2
• 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, yükseltenler, A, B, AB ve C sınıfları olmak üzere dört sınıfa ayrılmaktadır.
Burada bir örnek vermek üzere, uygulamada en çok karşılanılan A sınıfı yükselteçin 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 2’de gösterilmiş olan ve transistör üreticisi tarafından verilen “Pcm” maksimum güç eğrisinin dışında olmalıdır.
2. Çalışma noktası öyle bir yerde olmalıdır ki, transistör girişine uygulanan değişken işaret, çıkıştan distorsiyonsuz (bozulmaksızın) alınsın.

> Birinci şartın gerçekleştirilmesi;

Şekıi 2’de 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, transistör 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 2’de 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 2’de de gösterilmiş olan doyma ve kesim bölgelerine kadar uzan zamanlıdır.

Çalışma Noktası Seçimine Birkaç Örnek:

1- Çıkış karakteristik eğrisi Şekil 3’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 3’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 3 – Belirli I_B , V_CC 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 4’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 4- 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 4’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 5’de 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 5 – R_E direnci ağlanmış emiteri ortak yükselteç

R_E ‘nin Önemi:

Şekil 5’den takıp edilirse Kirchoff kanununa göre :
V_BB=I_B.R_B+V_BE+I_E.R_E ‘dır.
Örneğin ısınmayla I_C artarsa, aynı oranda I_Ede artar. Bu tür hesaplamalarda I_C=I_E olarak alınabilmektedir.
Yukarıdaki bağıntıda:
“I_E.R_E“büyüyünce. V_BB ve V_BE ‘nin sabit değer olması nedeniyle, “I_B.R_B” değeri küçülecektir
Sonuçta, R_B sabit olduğu için I_B küçülür. Dolayısıyla I_C 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 7’de görüldüğü gibi, yük doğrusu biraz daha yatıklaşmaktadır. Bu duıum,I_Cm akımını küçültmekte, dolayısıyla çalışma alanını daraltmaktadır

Şekil 6 – R_L ve R_E dirençli emiteri ortak yükseltecin çıkış devresi
Bu gelişme de şöyle açıklanır.
Şekil 6’da verilmiş olan, çıkış devresine Kirchoff kanunu uygulanırsa:
V_CC = I_C.R_L+V_CE+I_E.R_E
Bağıntısından I_E = I_C (yaklaşık) kabul edilirse;
V_CE = V_CC-I_C(R_L+R_E ) olur.
I_C maksimum olduğunda, ve dolayısıyla da V_CE=0 olur.
Bu durumdaki maksimum koltektör akımı:
I_Cm2 = V_CC / R_L+R_E olur.
Bu bağıntılara göre yük doğrusu çizilirse Şekil 7’deki gibi olur.
Şekilde de görüldüğü gibi:
Yalnızca R_L olması halinde
I_Cm = V_CC / R_L olur..

Şekil 7 – Emiteri ortak yükselteçte, emiteri dirençli ve dirençsiz haldeki DC yük doğruları…
a) Emiteri dirençsiz hal
b) Emiteri dirençli hal

Benzer Yazılar

• PRATİK TRANSİSTOR DEVRE HESABI
• Transistör İçindeki Hareketler
• TRANSİSTÖRLERİN DC ANALİZİ
• CMOS Nedir ?
• Transistörlü Devrelerin Bayaslanması ve Bayaslama Teknikleri
• Transistör Nedir ?
• Ton Kontrolü
• Transistörlerde Yükseltme İşleminin Gerçekleştirilmesi
• Transistör datasheet terimlerinin anlamları
• Transistörün AVOMETRE ile bacak tesbiti