TA2CCS Şahin Küliğ E-Mail: ta2ccs@antrak.org.tr
Bu ay transistörlü devrelerin bayaslanması ve bayaslama
tekniklerini inceleyeceğim. Kısa bir hatırlatma gerekirse, bir
transistörde ki kollektör akımı IC=IB x ß idi. O
zaman elimizde yeterli bilgi olduğu zaman transitörlü 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 IC değeri ne
kadar değişiyor. Yukarıdaki formüle göre IC 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 IB=(VCC - VBE)
/ RB olduğunu kolayca olduğunu görebiliriz. Bu
formüle baktığımızda ß değerinin IB akımı ile alakalı
olamadığını, ß değeri ne olursa olsun IB akımını
değiştiremeyeceğini görülebilir. Bu devrenin Kollektör akımı ise,
IC=IB x ß dır. Şimdi bu formülde ß
değerindeki değişiklik aynen IC akımına
yansıyacaktır. Bu devre ile ilgili diğer formüller ise;
Maksimum IC akımı: ICsat = VCC /
RC
Kollektör - Emitör arası voltaj: VCE = VCC
- (IC x RC)
Şimdi bir örnek yapalım, VCC=12V, RB=1M,
RC=10K, VBE=0V, ß=50 olsun.
ICsat, IB, IC ve VCE
değerlerini bulalım.
ICsat = VCC / RC; ICsat =
12 / 10, ICsat = 1,2mA
IB=(VCC - VBE) /
RB; IB=(12 - 0) /
1000, IB=0,012mA
IC=IB x ß; IC=0,012 x
50, IC=0,6mA
VCE = VCC - (IC x
RC); VCE = 12 - (0,6 x
10), VCE = 6V olur.
Şimdi bu transistörün bir nedenle bozulduğunu, ve yerine
aynısını taktığımızı!! düşünelim. Fakat bu transistörün ß
değeri eskisinden %20 fazla olsun. IB akımı aynı
kalacak fakat IC;
IC=IB x ß; IC=0,012 x 60,
IC=0,72mA olur. Yani Sabit Bayaslama Devresinde %ß
değişimi aynen IC akımına yansıyacaktır.
Kollektör Geri Beslemeli Bayas:
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
IC akımı artacak fakat VCE gerilimi azalacaktır.
VCE gerilimi IB akımın sağladığı için,
IB akımına azaltma etkisi gösterecektir. Buda ß
artmasından dolayı IC akımını artışını azaltacaktır. Bu
devrenin Formülleri;
IB=(VCC - VBE) / (ß x RC +
RB)
IC=IB x ß
VCE = VCC - (IC + IB) x
RC
IB, IC akımından çok küçük olursa IC
akımının yaklaşık değeri;
VCE = VCC - (IC x
RC) formülü de kullanılabilir.
ICsat = VCC / RC
Şimdi bir örnek yapalım, VCC=12V, RB=1M,
RC=10K, VBE=0V, ß=50 olsun.
ICsat, IB, IC ve VCE
değerlerini bulalım.
ICsat = VCC / RC; ICsat =
12 / 10, ICsat = 1,2mA
IB=(VCC - VBE) / (ß x RC +
RB); IB=12 / (50 x 10 + 1000);
IB=12 / 1500, IB=0,008mA
IC=IB x ß; IC=0,008
x 50, IC=0,4mA
VCE = VCC - (IC x
RC); VCE = VCC -
(IC x RC), VCE = 12 - (0,4 x
10), VCE = 8V
Şimdi bu transistörün bir nedenle bozulduğunu, ve yerine
aynısını taktığımızı!! düşünelim. Fakat bu transistörün ß
değeri eskisinden %20 fazla olsun. Bu durumda IC akımı;
IB=(VCC - VBE) / (ß x RC +
RB); IB=12 / (60 x 10 + 1000);
IB=12 / 1600, IB=0,0075mA
IC=IB x ß; IC=0,0075
x 60, IC=0,45mA
Bu sonuca bakacak olursak, ß %20 değişmesine rağmen
IC %12,5 değişmiştir. Yani Kollektör Geri Besleme
Bayaslama Devresinde %ß değişimi aynen IC akımına
yansımayacaktır. Transitörün 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;
IB=(VCC - VBE) / ((RB +
(RE x (ß +1))
IC=IB x ß
VC=VCC - (IC x RC)
VE= IE x RE = IC x
RE
VCE=VC - VE
ICsat = VCC / (RC + RE)
Şimdi bir örnek yapalım, VCC=12V, RB=1M,
RC=10K, VBE=0V, RE=1K, ß=50
olsun. ICsat, IB, IC ve
VCE değerlerini bulalım.
ICsat = VCC / (RC +
RE); ICsat = 12 / (10 + 1),
ICsat = 1,1mA
IB=(VCC - VBE) / ((RB +
(RE x (ß +1)); IB=12/ ((1000 + (1 x (50 +1))
IB=12/ 1051 IB=0,0114mA
IC=IB x ß IC=0,0114 x 50
IC=0,57mA
VC=VCC - (IC x RC)
VC=12 - (0,57 x 10) VC=6,3V
VE= IE x RE = IC x
RE VE = 0,57 x 1 VE = 0,57 V
VCE=VC - VE VCE=6,3 -
0,57 VCE=5,73V
Şimdi bu transistörün bir nedenle bozulduğunu, ve yerine
aynısını taktığımızı!! düşünelim. Fakat bu transistörün ß
değeri eskisinden %20 fazla olsun. Bu durumda IC akımı;
IB=(VCC - VBE) / ((RB +
(RE x (ß +1)); IB=12/ ((1000 + (1 x (60 +1))
IB=12/ 1061 IB=0,0113mA
IC=IB x ß IC=0,0113 x 60
IC=0,678mA
Bu sonuca bakacak olursak, ß %20 değişmesine rağmen
IC %18,9 değişmiştir. Yani Emitör Geri Beslemeli
Bayaslama Devresinde %ß değişimi aynen IC 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;
IB=VCC-VBE / ((ß x RC) +
RB + (1 + (ß x RE)))
IC=IB x ß
VC=VCC - (IC x RC)
VE= IE x RE = IC x
RE
VCE=VC - VE
ICsat = VCC / (RC + RE)
Şimdi bir örnek yapalım, VCC=12V, RB=1M,
RC=10K, VBE=0V, RE=1K, ß=50
olsun. ICsat, IB, IC ve
VCE değerlerini bulalım.
ICsat = VCC / (RC +
RE); ICsat = 12 / (10 + 1)
ICsat = 1,1mA
IB=VCC-VBE / ((ß x RC) +
RB + (1 + (ß x RE))) IB=12 / ((50 x
10) + 1000 + (1 + (50 x 1))) IB=12 / 500 + 1000 + 50
IB=0,0077mA
IC=IB x ß; IC=0,0077
x 50; IC= 0,385mA
VC=VCC - (IC x RC)
VC=12 - (0,385 x 10) VC=8,15V
VE = IC x RE VE =
0,0385 x 1 VE = 0,385V
VCE=VC - VE VCE=8,15 - 0,385
VCE=7,765V
Şimdi bu transistörün bir nedenle bozulduğunu, ve yerine
aynısını taktığımızı!! düşünelim. Fakat bu transistörün ß
değeri eskisinden %20 fazla olsun. Bu durumda IC akımı;
IB=VCC-VBE / ((ß x RC) +
RB + (1 + (ß x RE))) IB=12 / ((60 x
10) + 1000 + (1 + (60 x 1))) IB=12 / 600 + 1000 + 60
IB=0,0072mA
IC=IB x ß; IC=0,0072
x 60; IC= 0,432mA
Bu sonuca bakacak olursak, ß %20 değişmesine rağmen
IC %12,2 değişmiştir. Yani Kollektör ve Emitör Geri
Beslemeli Bayaslama Devresinde %ß değişimi aynen IC
akımına yansımamıştır. Bu devrenin kararlılığı yukarıdaki 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 IB akımının VEE kaynağı
tarafından sağlanmasıdır.
Devre ile ilgili formüller;
IB=VEE-VBE / (RB + (1+ ß) x
RE)
IC=IB x ß
VC=VCC - (IC x RC)
VE= -(VBE + IB x RB)
VCE=VC - VE
Şimdi örneğimizi bu devre için yapalım.
VCC=VEE=12V, RB=1M,
RC=10K, VBE=0V, RE=1K, ß=50 olsun.
IB, IC ve VCE değerlerini
bulalım.
IB=VEE-VBE / (RB + (1+ ß) x
RE); IB=12 / (1000 + (1+ 50) x 1);
IB=0,0114mA
IC=IB x ß; IC=0,0114 x 50
IC=0,57mA
VC=VCC - (IC x RC);
VC=12 - (0,57 x 10) VC=6,3V
VE= -(VBE + IB x RB)
VE= -(0+ 0,0114 x 1000) VE= -11,4V
VCE=VC - VE VCE=6,3 -
(-11,4) VCE=17,7V
Şimdi bu transistörün bir nedenle bozulduğunu, ve yerine
aynısını taktığımızı!! düşünelim. Fakat bu transistörün ß
değeri eskisinden %20 fazla olsun. Bu durumda IC akımı;
IB=VEE-VBE / (RB + (1+ ß) x
RE); IB=12 / (1000 + (1+ 60) x 1);
IB=0,0113mA
IC=IB x ß; IC=0,0113 x 60
IC=0,687mA
Bu sonuca bakacak olursak, ß %20 değişmesine rağmen
IC %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 VB
voltajı, VCC kaynağından R1 ve R2
dirençlerinden oluşan gerilim bölücüden sağlanmaktadır. Bu
dirençler, girişine bağlanan devrenin çıkış direncini yada
empedansını etkilemeyecek kadar büyük, RE emitör
direncinden yaklaşık olarak on kat büyük ve IB akımını
sağlayacak şekilde seçilir. VB voltajı;
VB=(R2/(R1 + R2)) *
VCC
RB eşdeğer direnci;
RB=R1 * R2/(R1 +
R2)
Bazı arkadaşlarımın aklına takılmış olabilir. Yukarıdaki şekle
baktığımızda R1 ve R2 dirençleri seri bağlı gibi
duruyor. Burada VCC 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
RB direncinin formülü de paralel bağlı iki direncin eş
değerini bulmaya yarayan formül oluyor.
Aşağıdaki şekil RB direncinin ve VB voltajının eş
değerleri kullanılarak çizilmiştir.
Bu devreye bakarak IB akımını bulalım. Lafı uzatmadan
Kirshhoff un voltaj kanununu kullanarak;
VB=IB * RB + VBE + IE *
RE
Denklemini yazarız. IE akımının karşılığını yazarsak;
VB=IB * RB + VBE +
(IB +IB * ß) * RE VB -
VBE =IB * RB + IB (1 + ß) *
RE VB - VBE =IB
(RB + (1 + ß) * RE)
IB=VB - VBE / RB + (1 + ß) *
RE)
Bulunur. Aslında Bu formül bizim için yeterli olabilir.
Burada VB ve RB değerlerini açarak yazarsak;
IB=((R2/(R1 + R2)) *
VCC - VBE) / (R1 *
R2/(R1 + R2) + (1 + ß) * RE))
Bu formül Üniversal Bayas devresinde IB akımını bulmak
için kullanılır.
IC akımı her zamanki gibi;
IC= IB * ß
ICmax=VCC / (RC + RE)
Bundan sonraki formüllerde IE akımını yaklaşık IC
akımına eşit olduğunu kabul edeceğiz.
VC=VCC - (IC * (RC +
RE))
VE=IC * RE
VCE= VC - VE
Şimdi bir örnek çözüm yapalım. VCC=12V,
RC=10K, RE=1K, R1=100K,
R2=12K VBE=0.6V, ß=50 olsun. Q noktasının
değerlerini bulalım. (IB, IC, ICmax,
VC,VCE)
IB=((R2/(R1 + R2)) *
VCC - VBE) / (R1 *
R2/(R1 + R2) + (1 + ß) * RE))
IB=((12/(100 + 12)) * 12 - 0,6) / (12 * 100/(100 + 12) + (1
+ 50) * 1))
IB=0,011mA
IC= IB * ß IC= 0,011 * 50
IC= 0,55mA
ICmax=VCC / (RC + RE)
ICmax=12 / (10 + 1)
ICmax=1,1mA
VC=VCC - (IC * (RC +
RE)) VC=12 - (0,55 * (10 + 1))
VC=6V
VE=IC * RE VE=0,55 * 1
VE=0,55V
VCE= VC - VE VCE= 6 -
0,55
VCE= 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
IB ve IC akımları ne kadar değişecek.
IB=((R2/(R1 + R2)) *
VCC - VBE) / (R1 *
R2/(R1 + R2) + (1 + ß) * RE))
IB=((12/(100 + 12)) * 12 - 0,6) / (12 * 100/(100 + 12) + (1
+ 60) * 1))
IB=0,01mA
IC= IB * ß IC= 0,01 * 60
IC= 0,6mA Bu sonuca bakacak olursak, ß %20 değişmesine
rağmen IC %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. Bunlar
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
değerin 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. Anlatmaya çalıştıklarımdan
anlayamadığınız yerler olursa mutlaka bana yazın.
Kendinize iyi bakın..
|