Transistörün Doyma Halinde Anahtarlama Elemanı Olarak Çalıştırılması

Transistörün Kapı Devresi Olarak Çalışması

Şekil 1 ‘de, PNP tipi transistörlü bir kapı devresi verilmiştir. Transistör beyz ‘ine, doyma durumuna geçirecek büyüklükte bir -Vg gerilimi uygulanır.

 


Şekil 1 – Anahtar olarak çalışan bir transistör ile kurulan VE(AND) kapı devresi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Şekilde görüldüğü gibi A noktasına negatif bir gerilim darbesi uygulanırsa, transistör doyma durumuna geçeceğinden, C noktası toprak potansiyeline iner.
Çıkıştan herhangi bir gerilim alınmaz.

Ancak A noktasındaki negatif darbe ile aynı anda, B noktasına da “Vg” ‘den büyük pozitif bir darbe gelirse, transistör, beyzine ters polarma uygulama olacağından kesime gider.

Bu durumda, A noktasındaki gerilim R1 ve R4 dirençleri üzerinde bölünür ve R4 direnci üzerindeki gerilim düşümüne eşit bir çıkış yapılmış olur.

Böylece, A ve B girişlerinden verilen iki gerilim VE (AND) işlemine uğrayarak bir çıkış sağlanmış olmaktadır.

Transistörün Darbe Kesici Olarak Kullanılması (Transistör Chopper)

Şekil 2 ‘de görülen transistör devresi ile, transistörün kollektörüne bir R1 direnci üzerinden uygulanacak olan sinüzoidal gerilimin, kollektör çıkışından darbeli olarak alınması mümkün olmaktadır.

R1 ucuna uygulanan gerilim DC olursa, çıkıştan kare dalgalı bir gerilim alınır.

Şekil 2 ‘deki devrenin çalışması şöyle olmaktadır:

R1 direnci girişine sinüzoidal bir gerilim uygulanmıştır.

Transistörün girişine de pozitif ve negatif olarak değişen bir darbeli gerilim uygulanır.
Transistör PNP olduğu için beyzine uygulanan gerilimin negatif darbelerinde iletime, pozitif darbelerinde kesime geçecektir.

Beyz gerilimi genliği yeterince büyük seçilerek, Transistörün, doyma durumunda çalışması sağlanabilir.
Transistör kesimde iken, R1 direncinin giriş ucundaki gerilim aynen çıkış ucuna yansır.
Transistör beyzine negatif gerilim dalgası uygulanıp ta, doymaya geçirildiğinde, kollektörü toprağa bağlanmış olacağından, çıkıştan herhangi bir gerilim alınmayacaktır.

Zira R1 girişine uygulanan gerilimin tamamı, R1 üzerindeki gerilim düşümü şekline dönüşmektedir.
Böylece şekilde görüldüğü gibi, çıkıştan darbeli bir sinüzoidal AC gerilim alınacaktır.

Transistörün doyma halinden yararlanılarak buna benzer değişik anahtarlama devresi oluşturmak mümkündür.

Geri Besleme (Feedback)

Geri Beslem nedir?

Geri Besleme, genel anlamda elektronik veya elektriksel sistemlerde, çıkış devresinden giriş devresine bir etki sağlamaktır. Bu etkinin amacı, sistemin belirli bir düzende çalıştırılmasıdır.
İki tür Geri Besleme vardır:

  1. Pozitif Geri Besleme
  2. Negatif Geri Besleme
Pozitif Geri Besleme

Giriş gerilimini yalnızca arttırıcı yönde etkileyen, geri beslemeye pozitif geri besleme denir.
Osilatörlerde düzgün (kararlı) bir osilasyon sağlamak amacıyla pozitif geri besleme uygulanır. Bunun içinde giriş gerilimi çıkıştaki dalgalanmaya uygun şekilde, sürekli takviye edilir. Yani giriş gerilimi ile geri besleme gerilimi aynı fazdadır.

Böylece çıkış gerilimi genliği Şekil 3(b) ‘de görüldüğü gibi sabit kalmaktadır.

Negatif Geri Besleme

Negatif geri beslemede, geri besleme gerilimi veya akımı, giriş gerilim veya akımına göre ters fazlıdır.
Yani, herhangi bir nedenle çıkış değerleri büyüdüğünde veya küçüldüğünde, geri besleme yoluyla, girişe ters etki yapılarak, çıkış normal seviyesine getirilir.
Şekil 3 ‘de geri besleme yöntemini açıklayan örnekler verilmiştir.

Şekil 3 ‘da verilmiş olan örnekler şu özellikleri yansıtmaktadır:
  •  (a) Geri beslemesiz hal [Şekil 3(a)]: Giriş işareti, aynı genliğini koruyarak, çıkmıştır.
  •  (b) Pozitif geri beslemeli hal [Şekil 3(b)] Giren işaret yavaş yavaş zayıfladığı halde, geri besleme ile, her alternansı, çıkışta aynı seviyeye gelecek şekilde yükseltilmektedir.
  •  (c) Negatif geri beslemeli hal [Şekil 3(c)]: Şekilde dört adet eğri verilmiştir.
    Bu eğriler, şekilde de belirtildiği gibi şu değerleri göstermektedir:
  1. Gittikçe zayıflayan sinüzoidal değişim şeklindeki “normal giriş” işareti.
    Örneğin bu, bir Ib beyz akımı olabilir.
  2. Giriş işaretinin belirli bir oranda kuvvetlendirilmesiyle elde edilen, “istenen çıkış” işareti,
    Örneğin, bu da IC akımı olabilir.
  3. Herhangi bir nedenle normalin üzerinde kuvvetlendirilmiş olan, “anormal çıkış” işareti.
    Örneğin, bu işarette, ısınmayla büyüyen IC kollektör akımıdır.
  4. Negatif geri besleme ile küçültülmüş olan “geri beslemeli giriş” işareti. Bu da yine Ib giriş akımıdır.
    Ib giriş akımı küçülünce, IC = βIb bağıntısına göre küçülecek olan IC akımı, normalleşecektir.

Benzer şekilde, çıkış değeri sürekli küçülüyorsa, negatif geri besleme ile yukarıda sıralanan tersi işlem yapılır. Artıyorsa, bu artmayı önlemek amacıyla da kullanılır. Örneğin, transistörün ısınma nedeniyle çıkış akımının büyümesi gibi.


Şekil 3 – Yükselteç giriş ve çıkış işaret gerilimlerinin geri beslemesiz ve geri beslemeli hallerdeki zamana göre değişimleri.
(a) Geri beslemesiz hal.
(b) Pozitif geri beslemeli hal.
(c) Negatif geri beslemeli hal.
Negatif Geri Beslemenin Uygulanışı:
Yükselteçlerde Negatif geri besleme aşağıda sıralanan işlemler için uygulanır:
  1. Yükseltecin çıkış akımının sabit tutulması
  2. Çalışma noktasının sabit tutulması
  3. Yükseltecin bant genişliğininarttırılması. Yani, geniş bir frekans bandında sabit kazanç sağlanması.
  4. Distorsiyonun (çıkış gerilimindeki aşırı dalgalanmaların) azaltılması.
  5. Dışarıdan gelen parazitlerin etkisinin azaltılması.
  6. Yükseltecin giriş ve çıkış dirençlerinin değiştirilmesi.

Negatif geri besleme örneğinde de yine, her zaman olduğu gibi en çok kullanılan emiteri ortak bağlantılı yükselteç incelenecektir.

Negatif geri besleme hem DC hem de AC olarak yapılır.
DC geri besleme transistörün Beyz polarmasını düzenler ve çalışma noktasının sabit kalmasını sağlar.

AC geri besleme ise, işaret gerilimi uygulanmış olan transistörde, çıkıştan alınan yükseltilmiş işaret gerilimindeki aşırı değişmeleri önler. Böylece yukarıda sıralana işlevleri de gerçekleştirmiş olur.

Negatif geri besleme iki şekilde uygulanır:

  •  Kollektör geri beslemesi. Buna Paralel Geri Besleme de denir.
  •  Emiter geri beslemesi. Buna Seri Geri Beslemesi de denir.

A. Kollektör Geri Beslemesi (Paralel Geri Besleme)

Kollektör geri beslemesinde Şekil 3 ‘de görüldüğü gibi kollektör çıkışından alınan geri besleme bağlantısı, bir RP direnci üzerinden, Beyz girişine uygulanmaktadır.

Bu tür bağlantı transistöre paralel olduğu için PARALEL GERİ BESLEME deyimi kullanılmıştır.

Transistörler akım esasına göre çalışan devre elemanları olduğu için, buradaki GERİ BESLEME açıklamaları da, akımlardaki değişimlere göre yapılacaktır.

Kollektör geri beslemesi olayını Şekil 4 üzerinde inceleyelim:
Buradaki geri besleme olayında yukarıda da belirtildiği gibi, DC+AC işlemi vardır. Bu nedenle akım ve gerilimler, “küçük harf-büyük indis” ile gösterilmiştir.

Herhangi bir nedenle ve özellikle de ısınma nedeniyle iC kollektör akımı artarsa, RC kollektör direncindeki “iC*RC” gerilim düşümü büyüyeceğinden VCE gerilimi küçülecektir.

Bunun nedeni:
Bilindiği gibi, Kirchoff kanununa göre: VCC = VCE + iC*RC bağıntısı vardır.
“VCC” sabit olduğundan, “iC*RC” büyüyünce “VCE” küçülecektir.

Yine Kirchoff kanununa göre yazılan; VCE = VBE + iRP*RP bağıntısındaki VBE = 0,6V ve RP değeri sabit olup, VCE küçülünce tek değişken olan iRP akımı ve dolayısıyla iB beyz akımı da küçülecektir.
iC = b*iB bağıntısı gereğince de, iC kollektör akımı küçülür.


Şekil 4 – Paralel geri besleme
Bu arada şu hususu belirtmek gerekiyor:
Paralel geri beslemede “iC” akımındaki ve dolayısıyla da VC gerilimindeki değişmeler sınırlandığı için, AC çalışmadaki kazanç değeri de sınırlanacaktır. Bu sınırlamayı kısmen kaldırmak için, AC geri beslemenin etkisini azaltmak amacıyla, Şekil 8’de gösterilmiş olduğu gibi, geri besleme direnci ikiye bölünerek orta noktası bir kondansatör üzerinden toprağa (ortak noktaya) bağlanır.

B. Emiter Geri Beslemesi (Seri Geri Besleme)

Emiter geri beslemesi, emitere seri olarak bağlanan RE direnci üzerindeki gerilim düşümünün etkisi ile oluştuğundan Seri Geri Besleme adı verimiştir.

Ayrıca da, Emiter geri beslemesinde, RE direncindeki gerilim düşümü, doğrudan çıkış devresindeki akım değişimini yansıttığından, Akım Geri Beslemesi olarak ta tanımlanmaktadır.

Emiter geri beslemesi de kollektör geri beslemesinde olduğu gibi, hem DC yönünden hem de AC yönünden etkinlik göstermektedir.

Emiter geri besleme etkinliği:
Emiter geri besleme de, kollektör geri beslemesinde olduğu gibi, en önemli etkisini, iC kollektör akımının dengeli bir seviyede tutulmasında göstermektedir.

Herhangi bir nedenle iC kollektör akımının arttığını kabul edelim iC artınca, iE emiter akımıda aynı oranda artar.

iE artınca, VE = RE*iE bağıntısına uygun olarak RE direnci üzerinde VE gerilim düşümüde artar.


Şekil 5 – Emiter geri beslemesi
Bu durumda ne olacaktır?
iB akımı ile ilgili olarak, DC ve AC devrelerinde şu bağıntılar yazılabilecektir.
DC devresinde:
VCC=iR*RP+iB*RB+VBE+VE
( iR=iB+iRT ) dir.
AC devrede:
Vİ = ib*RB+Vbe+VeVE gerilim düşümü arttığında:
Yukarıda verilen DC devresinde; VCC, RP, RB ve VBE değerleri sabit olduğundan, eşitliğin sağlanması için iRP değerinin küçülmesi gerekecektir. Bu da iB beyz akımının küçülmesi demektir. iC=iE=b*iB‘den de iC ve iB küçülecektir.
Böylece: DC yönden denge sağlanacaktır.

Yine yukarıda verilen AC devresinde:
Vi, RB, Vbe sabit olup, Ve büyüyünce, eşitliği sağlamak için ib küçülecektir.
ic=ie=b*ib  bağıntısından  ic ve ib  küçülür.
Böylece, AC yönden de denge sağlanır.

Eğer herhangi bir nedenle, kollektör akımında düşme olursa yukarıda anlatılanların tersi işlem olacaktır.

Kaskat Yükselteç

Kaskat bağlantı: ard arda bağlantı demektir.
Kaskat yükselteç, ard arda bağlanmış iki veya daha fazla yükselteç grubudur.

Yükselteçlerin aralarındaki bağlantıya kuplaj adı verilmektedir.
Bir devreden diğer bir devreye enerji geçişi yapılırken en iyi geçiş, her iki devrenin empedanslarının karşılıklı eşit olamsı ile sağlanmaktadır.
Yükselteçlerde de, bu uygunluğu sağlamak için ve bir devredeki DC akımın diğer devreyi etkilemesinin istenmediği hallerde çeşitli kuplaj şekilleri uygulanmaktadır. Burada en çok kullanılan üç kuplaj türü verilecektir.

  1. Direk Kuplaj
    Şekil 6 ‘de iki PNP ve NPN transistör arasında direkt kuplaj hali görülmektedir. Transistörler emiteri ortak bağlantılı olarak çalışmaktadır. Birinin çıkış ucu diğerinin giriş ucuna doğrudan bağlanmıştır. Bunu yapabilmek için polarma gerilimlerinin uygun gelmesi gerekir.
    İkinci transistörün giriş direnci birinci trasitörün yük direnci olarak kullanılmaktadır. Bu tip bağlantı en ekonomik kuplaj şeklidir.

    sekil6.82
    Şekil 6 – Direk kuplajlı yükselteç katları.

    İki önemli sakıncası vardır:

    1. İki transistörün bağlantı uçlarındaki polarma gerilimlerinin eşit olması zorunluluğu kullanma alanını daraltmaktadır.
    2. Isı etksinin fazla olması çalışma zorluğu yaratmaktadır.
      Örn:
      1. transistörün kollektör akımı herhangi bir nedenle normalin üzerinde artarsa, bu artış 2. transistörü de etkileyerek onunda akım artışına neden olacaktır. Ve başka katlar varsa bu artışlar devam edecektir. Dolayısıyla da transistörde aşırı ısınma olacaktır.
  2. Transformatörlü Kuplaj

    Şekil 7 ‘te transformatörlü bir kuplaj hali verilmiştir.
    Bu tip kuplaj şekli, iki transistör arasında empedans uygunluğu sağlaması bakımından en iyi bağlantı şeklidir.
    Sakıncası: Transformatör de bir miktar enerji kaybı olacaktır. Distorsiyon yapabilecektir. Ayrıca transformatör pahalıdır, çok yer tutar ve ısınır.


    Şekil 7 – Transformatörlü kuplaj

  3. Direnç – Kondansatör Kuplajı

İki transistör arasında DC geçişinin istenmediği hallerde ve yüksek frekanslarda R-C kuplajı uygulanmaktadır. Bir örnek Şekil 8 ‘te verilmiştir.
Şekilde de görüldüğü gibi, genellikle birinci transistörün kollektörü ikincisinin beyzine bağlanmıştır. Kollektör polarması beyz polarmasından, aradaki kondansatör DC etkileşimini önlemektedir.


Şekil 8 – R-C Kuplajlı yükselteç

Sakıncası: Kondanstör her frekansı aynı oranda geçirmemektedir. Alçak frekanslardaki çalışma elektrolitik kondansatör tercih edildiğinden, bağlanırken (+) ucunun kollektör tarafına gelmesine dikkat etmek gerekir.

Kaskat Yükselteçlerde Kazanç Hesabı

Eğer ard arda bağlı bir kaç yükselteç kullanılıyorsa, yani kaskat bir bağlantı varsa bu yükselteçlerin toplam kazancı, her bir yükseltecin kazancının çarpımına eşittir.
Bu kural, gerilim, akım ve güç kazançlarının hepsi içinde geçerlidir.
Örneğin: Ard arda bağlı üç yükselteç katı bulunsun. Bunların gerilim kazançları, KV1, KV2, KV3 olsun.

Toplam gerilim kazancı: KVT = KV1*KV2*KV3 olur. Bilindiği gibi, KV = VÇ / Vg idi.

Kaskat bağlantıda, bir sonraki katın giriş gerilimi bir önceki katın çıkış gerilimi olmaktadır.
Tek veya çok katlı bir ses frekansı yükselteci düşünülsün. Bu yükselteçte önemli olan, ses frekansındaki işaretin kuvvetlendirilmesidir. Bu işarete ait AC gerilim, akım ve güç kazançları vardır.

Kazancın bir mutlak değeri bir de açısı söz konusudur:

Örneğin, bir AC gerilim:  v=Vm*sinωt şeklinde gösterilir.
Burada , ωt=2pft olup, açısal hızı (faz değişimini) göstermektedir.

Çok katlı (kaskat) yükselteçlerde; her taraftaki faz değişimi toplandığından açısal değişim değeri büyümektedir. Yerine göre bu değişimin önemi büyük olacağından dikkate almak gerekir.

Buna göre;

Mutlak değerce:  |KVT|=|KV1|*|KV2|*|KV3|*…….
Açısal değerce:    JVT(W)=JV1(W)+JV2(W)+JV2(W)+…….
Aynı yazılım şekli, akım kazancı (KİT) ve güç kazancı (KGT) içinde uygulanabilecektir.

Eğer kazançlar Desibel (dB) cinsinden yazılmak istenirse şöyle olacaktır:

Gerilim için: NVT(dB)=20 log KVT = 20 log (KV1*KV2*KV3)
= 20 log KV1+20 log KV2+20 log KV3
= NV1+NV2+NV3 (dB)
Akım için: NİT(dB)=20 log KİT = Nİ1+Nİ2+Nİ3 (dB)
Güç için: NPT(dB)=10 log KPT = 10 log KP1+10 log KP2+10 log KP3
= NP1+NP2+NP3 (dB)

YAZAR : Admin

Elektronik Mühendisi / E.Üni. Kalibrasyon Lab. Sorumlusu / Biyomedikal Kalibrasyon Laboratuvarı Sorumlu Müdürü (Sağ.Bak.) / X-Işınlı Görüntüleme Sistemleri Test Kontrol ve Kalibrasyon Uzmanı (Sağ.Bak.) / Ultrason-Doppler Sistemleri Test Kontrol ve Kalibrasyon Uzmanı (Sağ.Bak.) - Hatalı veya kaldırılmasını istediğiniz sayfaları diyot.net@gmail.com bildirin

BU YAZIYI DA İNCELEDİNİZ Mİ ?

ARAŞTIRMA ÜNİVERSİTELERİ

Araştırma Üniversitesi nedir? Araştırma üniversiteleri, bilimin gelişmesinde büyük rolü olan araştırma çıktıları ile birlikte, eğitim-öğretimden …

Bir cevap yazın