Transistörlü Devrelerin Bayaslanması ve Bayaslama Teknikleri

Bir transistördeki kollektör akımı I_C=I_B x ß idi. O zaman elimizde yeterli bilgi olduğu zaman transistörlü bir devrenin her türlü DC değerlerini hesaplayabiliriz şeklinde düşünebiliriz. Nedir yeterli bilgiler? Devredeki direnç değerleri, üzerlerine renk kodlarına bakarak okuyabiliriz. Voltaj değeri, bir AVO metre ile kolayca ölçebiliriz. Transistörün ß değeri onu da katalogdan bakarız…. Şimdi biraz düşünelim. Üreticiler ürettikleri her malzemeyi bir sonraki ile tıpatıp aynı şekilde üretebilirler mi? Yani bir direnç, bir kondansatör yada bir transistör bütün özellikleri ile bir diğerinin aynısı olabilir mi?

Olmaz! Olsa olsa çok yakını olur. Hadi bu kadar kesin konuşmayalım ama tam eşitlik düşük bir olasılıktır. Arkadaşlar ısı; elektronik bir devrede, devrenin kararlı çalışmasını etkileyen önemli bir faktördür. Bu sebepten devreler ısıdan en az eğişime uğrayacak şekilde tasarlanmaktadır. Ayrıca devredeki elemanların toleransları yani olması gereken değerden yüzde olarak sapmaları da devremizi etkiler. Örneğin bir transistörlü devrede transistörün ß değeri %20 değiştiğinde I_C değeri ne kadar değişiyor. Yukarıdaki formüle göre I_C akımının da %20 değişmesi doğal görünmektedir. O zaman görünüşte aynı olan devrelerde de farklı sonuçlarla karşılaşmamızda doğal olacaktır. Bu faklılaşma bazı devrelerde önemli olmayabilir. Bazı devrelerde de çok önemli olabilir. Şimdi çeşitli bayaslama tekniklerini, özelliklerini inceleyelim.

Sabit Bayaslama Devresi:

Bu devrenin Beyz akımı I_B=(V_CC – V_BE) / R_B olduğunu kolayca olduğunu görebiliriz. Bu formüle baktığımızda ß değerinin I_B akımı ile alakalı olamadığını, ß değeri ne olursa olsun I_B akımını değiştiremeyeceğini görülebilir. Bu devrenin Kollektör akımı ise, I_C=I_B x ß dır. Şimdi bu formülde ß değerindeki değişiklik aynen I_C akımına yansıyacaktır. Bu devre ile ilgili diğer formüller ise;

Maksimum I_C akımı: I_Csat = V_CC / R_C
Kollektör – Emitör arası voltaj: V_CE = V_CC – (I_C x R_C)

Şimdi bir örnek yapalım,
V_CC=12V
R_B=1M
R_C=10K
V_BE=0V
ß=50 olsun
I_Csat, I_B, I_C ve V_CE değerlerini bulalım.

I_Csat = V_CC / R_C;
I_Csat = 12 / 10
I_Csat = 1,2mA

I_B=(V_CC – V_BE) / R_B
I_B=(12 – 0) / 1000
I_B=0,012mA

I_C=I_B x ß
I_C=0,012 x 50
I_C=0,6mA

V_CE = V_CC – (I_C x R_C)
V_CE = 12 – (0,6 x 10)
V_CE = 6V olur.

Şimdi bu transistörün bir nedenle bozulduğunu, ve yerine aynısını taktığımızı!! düşünelim. Fakat bu transistörün ß değeri eskisinden %20 fazla olsun. I_B akımı aynı kalacak fakat I_C;

I_C=I_B x ß
I_C=0,012 x 60
I_C=0,72mA olur.
Yani Sabit Bayaslama Devresinde %ß değişimi aynen I_C akımına yansıyacaktır.

Bu devrenin beyz akımını oluşturan gerilim doğrudan kollektör gerilimidir. Şimdi dikkat edelim. Kollektör gerimi kollekör akımına bağlıdır. Kollektör akımı da ß değerine bağlıdır. Örneğin ß değerinin arttığını düşünelim. Bunun sonucu olarak I_C akımı artacak fakat V_CE gerilimi azalacaktır. V_CE gerilimi I_B akımını sağladığı için, I_B akımına azaltma etkisi gösterecektir. Bu da ß artmasından dolayı I_C akımının artışını azaltacaktır. Bu devrenin Formülleri;

I_B=(V_CC – V_BE) / (ß x R_C + R_B)
I_C=I_B x ß
V_CE = V_CC – (I_C + I_B) x R_C

I_B, I_C akımından çok küçük olursa I_C akımının yaklaşık değeri;
V_CE = V_CC – (I_C x R_C) formülü de kullanılabilir.

I_Csat = V_CC / R_C

Şimdi bir örnek yapalım,
V_CC=12V
R_B=1M
R_C=10K
V_BE=0V
ß=50 olsun.
I_Csat, I_B, I_C ve V_CE değerlerini bulalım.

I_Csat = V_CC / R_C
I_Csat = 12 / 10
I_Csat = 1,2mA

I_B=(V_CC – V_BE) / (ß x R_C + R_B)
I_B=12 / (50 x 10 + 1000)
I_B=12 / 1500
I_B=0,008mA

I_C=I_B x ß
I_C=0,008 x 50
I_C=0,4mA

V_CE = V_CC – (I_C x R_C)
V_CE = V_CC – (I_C x R_C)
V_CE = 12 – (0,4 x 10)
V_CE = 8V

Şimdi bu transistörün bir nedenle bozulduğunu, ve yerine aynısını taktığımızı!! düşünelim. Fakat bu transistörün ß değeri eskisinden %20 fazla olsun. Bu durumda I_C akımı;

I_B=(V_CC – V_BE) / (ß x R_C + R_B)
I_B=12 / (60 x 10 + 1000)
I_B=12 / 1600
I_B=0,0075mA

I_C=I_B x ß
I_C=0,0075 x 60
I_C=0,45mA

Bu sonuca bakacak olursak, ß %20 değişmesine rağmen I_C %12,5 değişmiştir. Yani Kollektör Geri Besleme Bayaslama Devresinde %ß değişimi aynen I_C akımına yansımayacaktır. Transistörün çalışma noktasının kararlılığı bu devrede daha iyidir.

Emitör Geri Beslemeli Bayas;

Bu devre, bir önceki Kollektör Geri Beslemeli Bayas devresindeki etkiyi gösterir. Devre ile ilgili formüller;

I_B=(V_CC – V_BE) / ((R_B + (R_E x (ß +1))

I_C=I_B x ß

V_C=V_CC – (I_C x R_C)

V_E= I_E x R_E = I_C x R_E

V_CE=V_C – V_E

I_Csat = V_CC / (R_C + R_E)

Şimdi bir örnek yapalım,
V_CC=12V
R_B=1M
R_C=10K
V_BE=0V
R_E=1K
ß=50 olsun.
I_Csat, I_B, I_C ve V_CE değerlerini bulalım.

I_Csat = V_CC / (R_C + R_E)
I_Csat = 12 / (10 + 1)
I_Csat = 1,1mA

I_B=(V_CC – V_BE) / ((R_B + (R_E x (ß +1))
I_B=12/ ((1000 + (1 x (50 +1))
I_B=12/ 1051
I_B=0,0114mA

I_C=I_B x ß
I_C=0,0114 x 50
I_C=0,57mA

V_C=V_CC – (I_C x R_C)
V_C=12 – (0,57 x 10)
V_C=6,3V

V_E= I_E x R_E = I_C x R_E
V_E = 0,57 x 1
V_E = 0,57 V

V_CE=V_C – V_E
V_CE=6,3 – 0,57
V_CE=5,73V

Şimdi bu transistörün bir nedenle bozulduğunu, ve yerine aynısını taktığımızı!! düşünelim. Fakat bu transistörün ß değeri eskisinden %20 fazla olsun. Bu durumda I_C akımı;

I_B=(V_CC – V_BE) / ((R_B + (R_E x (ß +1))
I_B=12/ ((1000 + (1 x (60 +1))
I_B=12/ 1061
I_B=0,0113mA

I_C=I_B x ß
I_C=0,0113 x 60
I_C=0,678mA

Bu sonuca bakacak olursak, ß %20 değişmesine rağmen I_C %18,9 değişmiştir. Yani Emitör Geri Beslemeli Bayaslama Devresinde %ß değişimi aynen I_C akımına yansımamıştır. Eğer kullanılan transistörün ß değeri yüksek olsaydı bu devrenin de kararlılığı iyi çıkacaktı. Bu devrenin kararlılığı Kollektör Geri Besleme Bayaslama Devresinden daha kötüdür.

Kollektör ve Emitör Geri Beslemeli Bayas;

Bu devre adından da anlaşılacağı gibi her iki devrenin kararlılığa yaptığı etkilerin tümümü taşır.

Devre ile ilgili formüller;

I_B=V_CC-V_BE / ((ß x R_C) + R_B + (1 + (ß x R_E)))

I_C=I_B x ß

V_C=V_CC – (I_C x R_C)

V_E= I_E x R_E = I_C x R_E

V_CE=V_C – V_E

I_Csat = V_CC / (R_C + R_E)

Şimdi bir örnek yapalım
V_CC=12V
R_B=1M
R_C=10K
V_BE=0V
R_E=1K
ß=50 olsun.
I_Csat, I_B, I_C ve V_CE değerlerini bulalım.

I_Csat = V_CC / (R_C + R_E)
I_Csat = 12 / (10 + 1)
I_Csat = 1,1mA

I_B=V_CC-V_BE / ((ß x R_C) + R_B + (1 + (ß x R_E)))
I_B=12 / ((50 x 10) + 1000 + (1 + (50 x 1)))
I_B=12 / 500 + 1000 + 50
I_B=0,0077mA

I_C=I_B x ß
I_C=0,0077 x 50
I_C= 0,385mA

V_C=V_CC – (I_C x R_C)
V_C=12 – (0,385 x 10)
V_C=8,15V

V_E = I_C x R_E
V_E = 0,0385 x 1
V_E = 0,385V

V_CE=V_C – V_E
V_CE=8,15 – 0,385
V_CE=7,765V

Şimdi bu transistörün bir nedenle bozulduğunu, ve yerine aynısını taktığımızı!! düşünelim. Fakat bu transistörün ß değeri eskisinden %20 fazla olsun. Bu durumda I_C akımı;

I_B=V_CC-V_BE / ((ß x R_C) + R_B + (1 + (ß x R_E)))
I_B=12 / ((60 x 10) + 1000 + (1 + (60 x 1)))
I_B=12 / 600 + 1000 + 60
I_B=0,0072mA

I_C=I_B x ß
I_C=0,0072 x 60
I_C= 0,432mA

Bu sonuca bakacak olursak, ß %20 değişmesine rağmen I_C %12,2 değişmiştir. Yani Kollektör ve Emitör Geri Beslemeli Bayaslama Devresinde %ß değişimi aynen I_Cakımına yansımamıştır. Bu devrenin kararlılığı yukarıdakinden daha iyidir.

Çift Kaynaklı Bias;

Çift kaynaklı devrelerde iki adet güç kaynağı kullanıldığı için bütün ölçmeler şaseye göre yapılmalıdır. Bu devrede dikkat edilmesi gereken nokta I_B akımının V_EE kaynağı tarafından sağlanmasıdır.

Devre ile ilgili formüller;
I_B=V_EE-V_BE / (R_B + (1+ ß) x R_E)

I_C=I_B x ß

V_C=V_CC – (I_C x R_C)

V_E= -(V_BE + I_B x R_B)

V_CE=V_C – V_E

Şimdi örneğimizi bu devre için yapalım.
V_CC=V_EE=12V
R_B=1M
R_C=10K
V_BE=0V
R_E=1K
ß=50 olsun.
I_B, I_C ve V_CE değerlerini bulalım.

I_B=V_EE-V_BE / (R_B + (1+ ß) x R_E)
I_B=12 / (1000 + (1+ 50) x 1)
I_B=0,0114mA

I_C=I_B x ß
I_C=0,0114 x 50
I_C=0,57mA

V_C=V_CC – (I_C x R_C)
V_C=12 – (0,57 x 10)
V_C=6,3V

V_E= -(V_BE + I_B x R_B)
V_E= -(0+ 0,0114 x 1000)
V_E= -11,4V

V_CE=V_C – V_E
V_CE=6,3 – (-11,4)
V_CE=17,7V

Şimdi bu transistörün bir nedenle bozulduğunu, ve yerine aynısını taktığımızı!! düşünelim. Fakat bu transistörün ß değeri eskisinden %20 fazla olsun. Bu durumda I_C akımı;

I_B=V_EE-V_BE / (R_B + (1+ ß) x R_E)
I_B=12 / (1000 + (1+ 60) x 1)
I_B=0,0113mA

I_C=I_B x ß
I_C=0,0113 x 60
I_C=0,687mA

Bu sonuca bakacak olursak, ß %20 değişmesine rağmen I_C %18,9 değişmiştir. Yani Çift Kaynaklı Geri Beslemeli Bayaslama Devresinde kararlılık Emitör Geri Beslemeli devre ile aynıdır.

Üniversal Bayas Devresi:

Yukarıdaki şekilde görülen Üniversal Bayas devresinde V_B voltajı, V_CC kaynağından R₁ ve R₂ dirençlerinden oluşan gerilim bölücüden sağlanmaktadır. Bu dirençler, girişine bağlanan devrenin çıkış direncini yada empedansını etkilemeyecek kadar büyük, R_E emitör direncinden yaklaşık olarak on kat büyük ve I_B akımını sağlayacak şekilde seçilir. V_B voltajı;

V_B=(R₂/(R₁ + R₂)) * V_CC

R_B eşdeğer direnci;

R_B=R₁ * R₂/(R₁ + R₂)

Bazı arkadaşlarımın aklına takılmış olabilir. Yukarıdaki şekle baktığımızda R₁ ve R₂ dirençleri seri bağlı gibi duruyor. Burada V_CC voltaj kaynağının iç direnci önem kazanıyor. İdeal voltaj kaynaklarının iç direnci sıfırdır. Yani bir voltaj kaynağını omik olarak kısa devre olarak düşüneceğiz. O zaman R₁ in üst ucu R₂ nin alt ucuna bağlı gibi düşüneceğiz. Şekil bu durumda R₁ ve R₂ birbirine paralel bağlı olacaktır. Zaten R_B direncinin formülü de paralel bağlı iki direncin eş değerini bulmaya yarayan formül oluyor.

Aşağıdaki şekil R_B direncinin ve V_B voltajının eş değerleri kullanılarak çizilmiştir.

Bu devreye bakarak I_B akımını bulalım. Lafı uzatmadan Kirshhoff un gerilim kanununu kullanarak;

V_B=I_B * R_B + V_BE + I_E * R_E

Denklemini yazarız. I_E akımının karşılığını yazarsak;

V_B=I_B * R_B + V_BE + (I_B +I_B * ß) * R_E

V_B – V_BE =I_B * R_B + I_B (1 + ß) * R_E

V_B – V_BE =I_B (R_B + (1 + ß) * R_E)

I_B=V_B – V_BE / R_B + (1 + ß) * R_E)

Bulunur. Aslında Bu formül bizim için yeterli olabilir. Burada V_B ve R_B değerlerini açarak yazarsak;

I_B=((R₂/(R₁ + R₂)) * V_CC – V_BE) / (R₁ * R₂/(R₁ + R₂) + (1 + ß) * R_E))

Bu formül Üniversal Bayas devresinde I_B akımını bulmak için kullanılır.
I_C akımı her zamanki gibi;
I_C= I_B * ß

I_Cmax=V_CC / (R_C + R_E)

Bundan sonraki formüllerde I_E akımını yaklaşık I_C akımına eşit olduğunu kabul edeceğiz.
V_C=V_CC – (I_C * (R_C + R_E))

V_E=I_C * R_E

V_CE= V_C – V_E

Şimdi bir örnek çözüm yapalım.
V_CC=12V
R_C=10K
R_E=1K
R₁=100K
R₂=12K
V_BE=0.6V
ß=50 olsun.
Q noktasının değerlerini bulalım. (I_B, I_C, I_Cmax, V_C,V_CE)

I_B=((R₂/(R₁ + R₂)) * V_CC – V_BE) / (R₁ * R₂/(R₁ + R₂) + (1 + ß) * R_E))
I_B=((12/(100 + 12)) * 12 – 0,6) / (12 * 100/(100 + 12) + (1 + 50) * 1))
I_B=0,011mA

I_C= I_B * ß
I_C= 0,011 * 50
I_C= 0,55mA

I_Cmax=V_CC / (R_C + R_E)
I_Cmax=12 / (10 + 1)
I_Cmax=1,1mA

V_C=V_CC – (I_C * (R_C + R_E))
V_C=12 – (0,55 * (10 + 1))
V_C=6V

V_E=I_C * R_E
V_E=0,55 * 1
V_E=0,55V

V_CE= V_C – V_E
V_CE= 6 – 0,55

V_CE= 5,45V

Yukarıdaki örnek çözümümüzde devremiz güzel bir Q noktasında çalışmakta. Şimdi devredeki transistörün bir şekilde arızalandığını ve yerine bir yenisini taktığımızı varsayalım. Fakat transistörün ß değerinin %20 fazla olduğunu varsayalım. Bakalım I_B ve I_C akımları ne kadar değişecek.

I_B=((R₂/(R₁ + R₂)) * V_CC – V_BE) / (R₁ * R₂/(R₁ + R₂) + (1 + ß) * R_E))

I_B=((12/(100 + 12)) * 12 – 0,6) / (12 * 100/(100 + 12) + (1 + 60) * 1))

I_B=0,01mA
I_C= I_B * ß
I_C= 0,01 * 60
I_C= 0,6mA

Bu sonuca bakacak olursak, ß %20 değişmesine rağmen I_C %9 değişmiştir. Yani Üniversal Bayaslama Devresinde kararlılık diğer devrelere göre çok iyidir.

Bu bölümde anlatmaya çalıştığım devrelerde, bir transistörlü devrenin DC çözümü ve kararlılığı hakkında idi. Buradaki devreler en temel devreler olup, istediğimiz özelliklere sahip olması için bazı ekler yapılır. Transistörlü bir devrenin kararlılığını arttırmak (eğer gerek varsa) için bazen NTC, diyot yada yine transistörle yapılan sabit akım kaynakları kullanılır. Burada elektronikteki her devreyi teorik olarak anlatmak imkansız. Ancak sırası geldiğinde ben yada diğer arkadaşlarım pratik devrelerle vereceğimiz örneklerde açıklayacağız.

Artık şimdi basit transistörlü devrelerin DC çözümlemelerini kendiniz yapabilirsiniz. Hesapladığınız değerleri çalışan devre üzerinde kontrol edebilirsiniz. Ölçme sonuçlarınız hesaplarınızla eşit çıkmasa bile yakın değerler elde edeceksiniz. Bunun sebebi ise formüle koyacağınız değerlerde toleranslardan dolayı sapmalar olabilir. Eğer yeterli pratiğe sahip olursanız (zamanla, sabırla ve sevgiyle) artık hesap yapmadan sadece ölçerek devrenin normal yada arızalı olduğunu tespit edebilirsiniz. Hesaplamalarınızda devredeki dirençleri renk kodları ile voltajı da ölçerek bulabilirsiniz. Transistörün beta değerini tabi ki katalogdan bakacaksınız. Katalogda göreceğiniz beta değeri sizi şaşırtabilir. Çünkü beta tek bir rakam olarak değil örneğin 100 – 200 olabilir. Siz ortalama bir değer alın. Bulacağınız sonuçlar fazlaca değişmeyecektir. Değerli okuyucularım, buraya kadar anlattıklarımla sizden bir devreyi tasarlamanızı beklemiyorum. Sadece devrenin nasıl çalıştığını anlamanız yeterli sonuçtur.

Benzer Yazılar

• 3 TRANSİSTÖRLÜ POLİS SİRENİ
• Çift Kaynaklı Bias
• Transistörlerin Çalışma Kararlılığını Etkileyen Faktörler
• Transistörlerde kazanç
• Temel Transistör Devreleri
• Soru : Voltaj Bölücü ile transistör polarlama
• TRANSİSTÖRLÜ FLİP FİLOP
• TRANSİSTÖRÜN ANAHTAR OLARAK KULLANILMASI
• TRANSİSTÖRLÜ MİKSER DEVRESİ
• Transistörlerin Üzerindeki Harflerin ve Rakamların Okunması