#16 BJT emetör dirençli polarma — tam DC analiz

Aşağıda defterde yazılan bütün satırlar ve bunlara eşlik eden sesli anlatımın tam metni bulunur.

1. 1. Sabit polarma neden kayar?

   

   Sabit polarmada I_C = β I_B

   β değişirse çalışma noktası kayar

   Çözüm: emetöre R_E ekle

   R_E → negatif geri besleme

   Hedef: daha kararlı Q noktası

   Sesli anlatım metni

   Önceki derste sabit beyzli transistör devresinin bütün doğru akım değerlerini bulduk. Fakat o devrenin önemli bir zayıflığı vardı: kollektör akımı beta değerine çok bağlıydı. Aynı tip iki transistörün betası bile oldukça farklı olabilir. Beta büyüdüğünde I C de büyür, çalışma noktası kayar ve devre doyuma yaklaşabilir. Bugün bu sorunu emetör koluna yalnızca bir direnç ekleyerek azaltacağız. R E direnci negatif geri besleme oluşturacak. Hem devrenin bütün akım ve gerilimlerini bulacağız hem de bu küçük direncin çalışma noktasını neden kararlı tuttuğunu göreceğiz.

2. 2. Devreyi DC'ye indir

   

   $\displaystyle V_{C}C = 20 V; \beta = 50$

   $\displaystyle R_{B} = 430 k\Omega ; R_{C} = 2 k\Omega$

   $\displaystyle R_{E} = 1 k\Omega$

   DC'de C₁ ve C₂ açık devre

   AC sinyal yolu DC hesabına girmez

   Aranan: bütün DC akım ve gerilimleri

   Sesli anlatım metni

   Devremizde V C C yirmi volt, R B dört yüz otuz kilo ohm, R C iki kilo ohm, R E bir kilo ohm ve beta ellidir. Sabit beyzli devreden tek fark, emetörün doğrudan toprağa değil R E üzerinden toprağa bağlanmasıdır. Doğru akım analizinde giriş ve çıkış kondansatörleri açık devredir; bu yüzden onları hesap dışında bırakırız. Arananlar I B, I C, I E, V E, V B, V C, V C E ve V B C değerleridir. Önce beyz çevrimini, sonra kollektör çevrimini yürüteceğiz.

3. 3. Beyz çevrimi

   

   $\displaystyle 20 - I_{B} R_{B} - V_{\mathrm{BE}} - I_{E} R_{E} = 0$

   $\displaystyle I_{E} = \left(\beta + 1\right)I_{B} = 51I_{B}$

   $\displaystyle 19,3 = I_{B}\left[430 k\Omega + 51\left(1 k\Omega \right)\right]$

   $\displaystyle 19,3 = I_{B}\left(481 k\Omega \right)$

   R_E beyzden 51 kΩ görünür

   $\displaystyle I_{B} =\frac{ 19,3}{481 k\Omega }$

   $\displaystyle I_{B} \approx 40,1 \mu A$

   Sesli anlatım metni

   Beyz çevriminde yirmi volttan başlıyoruz. R B üzerindeki düşüm I B çarpı dört yüz otuz kilo ohmdur. Beyz emetör birleşiminde yaklaşık sıfır nokta yedi volt daha düşer. Ardından R E üzerinden toprağa ineriz. Buradaki yaygın hata, R E akımını I B sanmaktır. R E üzerinden emetör akımı I E geçer. I E eşittir beta artı bir çarpı I B olduğundan, burada I E eşittir elli bir I B yazmalıyız. Kirchhoff gerilim denklemi: yirmi eksi I B çarpı dört yüz otuz kilo ohm, eksi sıfır nokta yedi, eksi elli bir I B çarpı bir kilo ohm, eşittir sıfır. I B'li terimleri topladığımızda, on dokuz nokta üç volt eşittir I B çarpı dört yüz seksen bir kilo ohm olur. Buradaki önemli fikir şudur: bir kilo ohmluk emetör direnci, beyz çevriminden bakıldığında beta artı bir ile çarpılır ve elli bir kilo ohm gibi görünür. Sonuç olarak I B, on dokuz nokta üç bölü dört yüz seksen bir kilo ohm, yani yaklaşık kırk nokta bir mikro amperdir. Volt bölü ohm amper verir; mikro amper mertebesi de beyz akımı için uygundur.

4. 4. Üç transistor akımı

   

   $\displaystyle I_{E} = \left(\beta + 1\right)I_{B}$

   $\displaystyle I_{E} = 51\left(40,1 \mu A\right)$

   I_E ≈ 2,046 mA

   $\displaystyle I_{C} = \beta I_{B}$

   $\displaystyle I_{C} = 50\left(40,1 \mu A\right)$

   I_C ≈ 2,006 mA

   $\displaystyle I_{E} = I_{C} + I_{B}$

   Sesli anlatım metni

   Beyz akımı bulunduğuna göre diğer iki akım doğrudan gelir. I E eşittir beta artı bir çarpı I B. Elli bir çarpı kırk nokta bir mikro amper yaklaşık iki nokta sıfır dört altı mili amperdir. Kollektör akımı I C eşittir beta çarpı I B'dir. Elli çarpı kırk nokta bir mikro amper, yaklaşık iki nokta sıfır sıfır altı mili amper verir. I C ile I E birbirine çok yakındır; aradaki küçük fark beyz akımıdır.

5. 5. Emetör geri beslemesi

   

   $\displaystyle V_{E} = I_{E} R_{E}$

   V_E = (2,046 mA)(1 kΩ)

   $\displaystyle V_{E} \approx 2,046 V$

   $\displaystyle V_{B} = V_{E} + 0,7$

   $\displaystyle V_{B} \approx 2,746 V$

   Akım ↑ → V_E ↑ → V_BE ↓

   Değişime karşı koyan geri besleme

   Sesli anlatım metni

   Şimdi emetör ve beyz gerilimlerini bulalım. Emetör akımı R E üzerinden geçtiği için, V E eşittir I E çarpı R E. İki nokta sıfır dört altı mili amper çarpı bir kilo ohm, iki nokta sıfır dört altı volt eder. Beyz emetörden yaklaşık sıfır nokta yedi volt yukarıdadır. Bu nedenle V B eşittir V E artı sıfır nokta yedi, yani iki nokta yedi dört altı volttur. Kararlılık mekanizması burada görünür. Akım artmaya çalışırsa R E üzerindeki gerilim ve V E artar. Bu artış V B E'yi azaltarak beyz akımını aşağı çeker. Akım azalmaya çalışırsa ters yönde düzeltme olur. Emetör direnci böylece değişime karşı çalışan negatif geri besleme sağlar.

6. 6. Kollektör çevrimi

   

   $\displaystyle V_{R}C = I_{C} R_{C} \approx 4,01 V$

   $\displaystyle V_{C} = 20 - 4,01 \approx 15,99 V$

   $\displaystyle V_{\mathrm{CE}} = V_{C} - V_{E}$

   $\displaystyle V_{\mathrm{CE}} \approx 13,94 V$

   $\displaystyle V_{B}C = V_{B} - V_{C}$

   $\displaystyle V_{B}C \approx -13,24 V$

   B-C ters polarmalı → aktif bölge

   $\displaystyle 4,01 + 13,94 + 2,05 \approx 20 V$

   Sesli anlatım metni

   Kollektör tarafında önce R C üzerindeki gerilim düşümünü buluruz. V R C eşittir I C çarpı R C. İki nokta sıfır sıfır altı mili amper çarpı iki kilo ohm yaklaşık dört nokta sıfır bir volttur. Dolayısıyla V C eşittir yirmi eksi dört nokta sıfır bir, yani yaklaşık on beş nokta doksan dokuz volttur. V C E, birinci uç eksi ikinci uç kuralıyla V C eksi V E'dir. On beş nokta doksan dokuz eksi iki nokta sıfır beş, yaklaşık on üç nokta doksan dört volt verir. V B C ise V B eksi V C'dir: iki nokta yetmiş beş eksi on beş nokta doksan dokuz, yaklaşık eksi on üç nokta yirmi dört volt. Negatif V B C, beyz kollektör birleşiminin ters polarmalı olduğunu gösterir; transistör aktif bölgededir. Son sağlama da temizdir: R C'deki dört nokta sıfır bir volt, V C E'deki on üç nokta doksan dört volt ve R E'deki iki nokta sıfır beş volt toplandığında yirmi volt elde edilir.

7. 7. Yöntem özeti

   

   1) DC'de kondansatörleri aç

   $\displaystyle 2) I_{E} = \left(\beta + 1\right)I_{B}$

   3) Beyz KVL → I_B

   4) I_C, I_E ve V_E

   5) Çıkış KVL → V_CE

   I_C ≈ 2,01 mA; V_CE ≈ 13,94 V

   R_E çalışma noktasını kararlı yapar

   Sesli anlatım metni

   Yöntemi özetleyelim. Doğru akımda kondansatörleri aç. Beyz çevrimini yürürken R E üzerinden I B değil I E geçtiğini unutma. I E eşittir beta artı bir çarpı I B bağıntısıyla R E, beyz çevriminde beta artı bir R E olarak görünür. Buradan I B'yi, sonra I C ve I E'yi bul. V E eşittir I E R E, V B eşittir V E artı sıfır nokta yedi. Kollektör çevriminden V C ve V C E'yi çıkar; son olarak V B C ile çalışma bölgesini doğrula. Bu devrede I B yaklaşık kırk nokta bir mikro amper, I C iki nokta sıfır bir mili amper ve V C E on üç nokta doksan dört volttur. En önemli sonuç, emetör direncinin negatif geri besleme ile çalışma noktasını beta değişimlerine karşı daha kararlı yapmasıdır.

Kaynak video: Elektronik #31 — BJT emetör dirençli polarma DC analizi (25:11)