#14 BJT transistöre giriş — yapı, beta ve akım ilişkileri

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

1. 1. Neden transistör?

   

   Diyot devreleri sinyali biçimlendirir

   Küçük sinyal → büyük çıkış gerekir

   Küçük I_B → büyük I_C kontrolü

   BJT gücü üretmez; beslemeyi yönetir

   Yeni hedef: yükseltme

   Sesli anlatım metni

   Tekrar merhaba. Şimdiye kadar doğrultucu, kırpıcı, kenetleyici ve Zener regülatörü gördük. Bu devreler sinyali biçimlendirir veya sınırlar; fakat küçük bir sinyali büyütemez. Bir mikrofon yalnız birkaç milivolt üretirken bir hoparlörü sürmek için çok daha büyük bir sinyal gerekir. O hâlde küçük bir elektriksel etkinin, beslemeden gelen çok daha büyük bir akımı yönetebildiği yeni bir elemana ihtiyacımız var. Bu eleman transistördür. Bu derste BJT'nin yapısını, NPN ve PNP ailelerini ve sonraki bütün doğru akım analizlerinde kullanacağımız temel akım ilişkilerini kuracağız.

2. 2. BJT'nin yapısı

   

   BJT = Bipolar Junction Transistor

   NPN: N — ince P — N

   E: emetör; B: beyz; C: kollektör

   İnce beyz → kontrolün anahtarı

   PNP: P — ince N — P

   Ok daima emetör üzerindedir

   Sesli anlatım metni

   BJT, bipolar jonksiyon transistörünün kısaltmasıdır. Yapı üç yarı iletken katmandan oluşur. N tipi, çok ince bir P tipi ve yeniden N tipi katman sıralanırsa NPN transistör elde edilir. Her katmanın bir ucu vardır: taşıyıcıları gönderen emetör, çok ince kontrol bölgesi olan beyz ve taşıyıcıları toplayan kollektör. Beyzin ince olması transistör davranışının temelidir. Katmanları PNP biçiminde ters çevirirsek ikinci aileyi elde ederiz. Devre sembolündeki ok daima emetör üzerindedir. NPN'de ok dışarıyı, PNP'de içeri doğru yönü gösterir. Bu seride önce en sık kullanılan NPN transistörle çalışacağız.

3. 3. Vana benzetmesi

   

   Borudaki büyük akış ↔ I_C

   Vana kolu ↔ I_B

   Küçük hareket → büyük akım değişimi

   Enerji kaynağı: devre beslemesi

   Akım kazancı: β = I_C/I_B

   Sesli anlatım metni

   Transistörün davranışını bir su vanasıyla düşünelim. Kalın borudaki büyük su akışı kollektör akımını temsil etsin. Vananın koluna uygulanan küçük hareket ise beyz akımı olsun. Çok küçük bir beyz akımı değişikliği, kollektör yolundaki çok daha büyük akımı kontrol eder. Fakat vana su basıncını üretmez; basıncı pompa sağlar. Benzer biçimde transistör de gücü yoktan üretmez, devrenin besleme kaynağından gelen gücü yönetir. Beyz akımının kollektör akımı üzerindeki bu kaldıraç etkisini beta adı verilen akım kazancıyla ifade ederiz.

4. 4. Akım ilişkileri

   

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

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

   $I_{\mathrm{E}} = (\beta + 1) I_{\mathrm{B}}$

   $\beta = 200; I_{\mathrm{B}} = 60 \muA$

   I_C = 12 mA

   I_E = 12,06 mA

   $I_{\mathrm{C}} \approx I_{\mathrm{E}}$

   Sesli anlatım metni

   Şimdi benzetmeyi denkleme çevirelim. Aktif bölgede kollektör akımı, beta çarpı beyz akımıdır: I C eşittir beta çarpı I B. Transistöre beyzden ve kollektörden giren akımlar emetörden çıkar. Kirchhoff akım yasasına göre I E eşittir I B artı I C olur. I C yerine beta I B yazarsak I E eşittir beta artı bir çarpı I B elde ederiz. Sayısal bir örnek yapalım. Beta iki yüz ve I B altmış mikroamper olsun. I C iki yüz çarpı altmış mikroamperden on iki miliamperdir. I E ise iki yüz bir çarpı altmış mikroamperden on iki virgül sıfır altı miliamper çıkar. On iki ile on iki virgül sıfır altı birbirine çok yakındır. Bu nedenle beyz akımı kollektör akımına göre küçükken I C yaklaşık I E kabulünü sık sık kullanırız.

5. 5. İki temel model

   

   B-E arası bir P-N jonksiyonudur

   Silisyum, ileri polarma, aktif bölge

   $V_{\mathrm{B}}E \approx 0,7 V$

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

   Büyük harfler → DC çalışma değerleri

   Küçük harfler → AC işaret bileşenleri

   Sesli anlatım metni

   Gerçek bir doğru akım devresine geçmeden önce iki temel modeli sabitleyelim. Birincisi, beyz ile emetör arasında bir P N jonksiyonu bulunur. Bu jonksiyon ileri polarmalı silisyum diyot gibi davranır. Bu yüzden iletimdeki silisyum BJT modelinde V B E gerilimini yaklaşık sıfır virgül yedi volt alırız. İkincisi, aktif bölgede I C eşittir beta çarpı I B ilişkisidir. Büyük harfli akım ve gerilimler doğru akım çalışma değerlerini, küçük harfli gösterimler ise değişken işaret bileşenlerini anlatır. Şimdilik yalnız doğru akım analizi yaptığımız için büyük harfleri kullanacağız.

6. 6. Yöntem özeti

   

   1) BJT: emetör — ince beyz — kollektör

   2) NPN ve PNP iki temel ailedir

   3) Küçük I_B → β kat büyük I_C

   4) I_E = I_B + I_C uygula

   5) Aktif bölgede V_BE ≈ 0,7 V al

   Sıradaki adım: sabit polarma devresi

   Sesli anlatım metni

   Özetleyelim. BJT; emetör, ince beyz ve kollektör adlı üç bölgeden oluşur ve NPN ile PNP olmak üzere iki temel aileye ayrılır. Küçük beyz akımı, beta kat büyük kollektör akımını kontrol eder. Temel ilişkilerimiz I C eşittir beta I B ve I E eşittir I B artı I C'dir. Beyz akımı küçük olduğunda I C yaklaşık I E olur. Silisyum transistör iletim modelinde beyz emetör gerilimini yaklaşık sıfır virgül yedi volt kabul ederiz. Bir sonraki derste bu kuralları ilk gerçek transistör devresine, sabit polarmalı BJT devresine uygulayıp bütün akım ve gerilimleri adım adım bulacağız.

Kaynak video: Elektronik #29 Transistör Giriş - BJT Gerekli Temel Bilgiler (10:16)