Transistörün Doyma Halinde Anahtarlama Elemanı Olarak Çalıştırılması

Şekil 1 ‘de, PNP tipi transistörlü bir kapı devresi verilmiştir. Transistör beyz ‘ine, doyma durumuna geçirecek büyüklükte bir -V_g 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 “V_g” ‘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 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 I_b beyz akımı olabilir.
2. Giriş işaretinin belirli bir oranda kuvvetlendirilmesiyle elde edilen, “istenen çıkış” işareti,
   Örneğin, bu da I_C akımı olabilir.
3. Herhangi bir nedenle normalin üzerinde kuvvetlendirilmiş olan, “anormal çıkış” işareti.
   Örneğin, bu işarette, ısınmayla büyüyen I_C kollektör akımıdır.
4. Negatif geri besleme ile küçültülmüş olan “geri beslemeli giriş” işareti. Bu da yine I_b giriş akımıdır.
   I_b giriş akımı küçülünce, I_C = βI_b bağıntısına göre küçülecek olan I_C 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.

Kollektör geri beslemesinde Şekil 3 ‘de görüldüğü gibi kollektör çıkışından alınan geri besleme bağlantısı, bir R_P 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 i_C kollektör akımı artarsa, R_C kollektör direncindeki “i_C*R_C” gerilim düşümü büyüyeceğinden V_CE gerilimi küçülecektir.

Bunun nedeni:
Bilindiği gibi, Kirchoff kanununa göre: V_CC = V_CE + i_C*R_C bağıntısı vardır.
“V_CC” sabit olduğundan, “i_C*R_C” büyüyünce “V_CE” küçülecektir.

Yine Kirchoff kanununa göre yazılan; V_CE = V_BE + i_RP*R_P bağıntısındaki V_BE = 0,6V ve R_P değeri sabit olup, V_CE küçülünce tek değişken olan iRP akımı ve dolayısıyla i_B beyz akımı da küçülecektir.
i_C = b*i_B bağıntısı gereğince de, i_C kollektör akımı küçülür.

Şekil 4 – Paralel geri besleme

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

Ayrıca da, Emiter geri beslemesinde, R_E 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, i_C kollektör akımının dengeli bir seviyede tutulmasında göstermektedir.

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

i_E artınca, V_E = R_E*i_E bağıntısına uygun olarak R_E direnci üzerinde V_E gerilim düşümüde artar.

Şekil 5 – Emiter geri beslemesi

Böylece: DC yönden denge sağlanacaktır.

Yine yukarıda verilen AC devresinde:
V_i, R_B, V_be sabit olup, V_e büyüyünce, eşitliği sağlamak için i_b küçülecektir.
i_c=i_e=b*i_b  bağıntısından  i_c ve i_b  küçülür.
Böylece, AC yönden de denge sağlanır.

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

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.

   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, K_V1, K_V2, K_V3 olsun.

Toplam gerilim kazancı: K_VT = K_V1*K_V2*K_V3 olur. Bilindiği gibi, K_V = V_Ç / V_g 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=V_m*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:  |K_VT|=|K_V1|*|K_V2|*|K_V3|*…….
Açısal değerce:    J_VT(W)=J_V1(W)+J_V2(W)+J_V2(W)+…….
Aynı yazılım şekli, akım kazancı (K_İT) ve güç kazancı (K_GT) içinde uygulanabilecektir.

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

Gerilim için: N_VT(dB)=20 log K_VT = 20 log (K_V1*K_V2*K_V3)
= 20 log K_V1+20 log K_V2+20 log K_V3
= N_V1+N_V2+N_V3 (dB)
Akım için: N_İT(dB)=20 log K_İT = N_İ1+N_İ2+N_İ3 (dB)
Güç için: N_PT(dB)=10 log K_PT = 10 log K_P1+10 log K_P2+10 log K_P3
= N_P1+N_P2+N_P3 (dB)