yarı iletken diyotlar - SABİS

TC
SAKARYA ÜNİVERSİTESİ
TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
ELM201
ELEKTRONİK-I DERSİ
LABORATUAR FÖYÜ
DENEYİ YAPTIRAN:
DENEYİN ADI:
DENEY NO:
DENEYİ YAPANIN
ADI ve SOYADI:
SINIFI:
OKUL NO:
DENEY GRUP NO:
DENEY TARİHİ
RAPOR TESLİM TARİHİ
KONTROL
DEĞERLENDİRME
Ön Çalışma
(%20)
Deney
Sonuçları
(%20)
Sözlü
(%20)
Deney
Performansı
(%20)
Deney
Raporu
(%20)
TOPLAM
Elektronik Dersi Deney Föyleri
Doc.Dr. Ali Fuat Boz
DENEY 7 :
TRANSİSTÖR POLARMASI
AMAÇ: Birleşim yüzeyli transistörün farklı polarma devreleri için statik çalışma noktasındaki akım ve gerilim
değerlerinin ısı değişimine karşı gösterdiği özelliklerin incelenmesi.
TEORİ: Birleşim yüzeyli transistörün normal çalışmasını(yükseltme işlemi) yürütebilmesi için dışarıdan DC
bir besleme kaynağına ihtiyacı vardır. Kaynak tarafından sağlanan bu DC gerilim, gerilim bölücü dirençler
vasıtası ile farklı genliklerde elde edilerek, transistör uçlarına uygulanır, bu işleme transistörün
polarmalandırılması(kutuplandırılması) denir. Bu şartlarda transistör girişlerinde herhangi bir AC sinyal yok iken
dahi transistör uçlarında farklı genlikte DC gerilimler vardır. İşte bu noktadaki yani transistör girişinde herhangi
bir AC sinyal yok iken, transistörün karakteristik eğrisi üzerindeki çalışma noktasına Q (Quiscent) çalışma
noktası denir. Bu noktaya aynı zamanda durgun, statik veya DC çalışma noktasıda denir. Transistörün bu
çalışma noktası ilgili kollektör akımı(ICQ) ve kollektör-emiter arası gerilim(VCEQ) değerlerinin belirlenmesi ile
bulunabilir.
Transistörün geniş bir sıcaklık dağılımında normal çalışmasını yerine getirebilmesi için beyz voltaj ve akım
değerlerinin kararlı bir halde kalması gereklidir. Pratikte ise ısı değişimleri karşısında transistörün akım
yükseltme faktörü β ve sızıntı akımı IC0 sıcaklıkla doğru orantılı olarak, VBE ise sıcaklıkla ters orantılı olarak
bir değişim göstermektedir. Bunun anlamı transistörün Q çalışma noktasının sıcaklığa bağımlı olması demektir.
İstenmeyen bu durumu önleyebilmek ve transistör Q çalışma noktasını sıcaklık karşısında değişen transistör
parametrelerinden bağımsız hale getirebilmek için farklı polarma devreleri kullanılır. Bunlardan en fazla
kullanılan üç farklı polarma devresi Şekil-1 a, b ve c’de görülmektedir.
+ VCC
+ VCC
+ VCC
RC
RC
RB
RC
R1
RB
I1
IB
C1
Q1
C1
C1
Q1
BC108B
BC108B
Q1
BC108B
R2
a
b
RE
c
Şekil-1
Şekil-1 a’da görülen polarma devresi incelenirse beyz akımının,
IB =
VCC − VBE
RB
olduğu görülebilir.
olduğu bilindiğine göre bu devrenin sıcaklık değişimleri karşısında Q
Yine kollektör akımı,
IC=βIB
çalışma noktasını kararlı halde tutması mümkün değildir. Çünkü sıcaklıkla VBE gerilimi azaldığına göre buna
bağlı olarak beyz akımı artacaktır. Yine β sıcaklıkla doğru orantılı olarak arttığına göre kollektör akımıda
sıcaklıkla birlikte değişecektir. Bunun sonucu olarak VCE= VCC–ICRC formülünden, kollektör emiter arası
gerilimde değişecektir. Q çalışma noktasını VCE ve IC değerleri belirlediğine göre, bu değerlerin sıcaklığa
bağımlı olması, çalışma noktasının da direkt olarak sıcaklığa bağımlı olmasını gerektirecektir.
Devrede kullanılan RB ve RC dirençlerinin değerlerini;
RB =
RC =
VCC − V BE
V − V BE
= β CC
I BQ
I CQ
VCC − VCEQ
formülleri yardımı ile bulmak mümkündür.
I CQ
2
Elektronik Dersi Deney Föyleri
Doc.Dr. Ali Fuat Boz
Q çalışma noktasının sıcaklık karşısındaki değişimini önlemek ve bu noktanın kararlılığını arttırmak için Şekil-1
b ’de görülen kollektör geri beslemeli polarma devresi kullanılabilir. Burada devrenin voltaj kazancı bir önceki
polarma devresine göre azalmasına karşın, sıcaklık karşısındaki Q çalışma noktasının kararlılığı daha iyidir.
Devrenin genel yapısı incelendiğinde bu daha iyi anlaşılacaktır. Devrenin beyz akımı;
Eğer IC>>IB olarak alınırsa,
IB =
VCC − VBE
RB + RC + βRC
IB =
VCC − VBE
RB + βRC
olarak bulunabilir.
olarak kullanılabilir. Buradan görüldüğü gibi sıcaklık
arttıkça β artmakta, dolayısı ile IB azalmaktadır.
Yine
IC=βIB olduğu bilindiğine göre, sıcaklık artışı karşısında artma eğilimi gösteren β nın IC ye olan
etkisini IB belli bir oranda telafi etmekte, dolayısı ile IC sabit kalmaya çalışmaktadır. Buna bağlı olarakta Q
çalışma noktasını belirleyen bir diğer parametre olan kollektör-emiter arası gerilimde VCE= VCC–( IC+IB) RC
veya IC>>IB için VCE= VCC–IC RC formülünden de görüldüğü gibi sabit kalacak ve sıcaklık değişimlerinden
etkilenmeyecek veya etkilenme oranı daha düşük olacaktır.
Sıcaklık değişimi karşısında transistör DC çalışma noktası kararlılığını arttırmanın bir yolu da, transistör polarma
devresinde fazladan bir emiter direnci kullanmaktır. Emitere bağlanacak bir direnç beyz akımını sıcaklıkla azalır
konuma getirecek ve dolayısı ile sıcaklık karşısında artan β değerinin neden olacağı IC akımındaki değişim, IB
akımındaki azalma ile telafi edilecek ve IC akımını sıcaklık değişiminden bağımsız hale getirecektir. Böyle bir
polarma devresi Şekil-1 c de görülmektedir. Bu polarma devresinde emiter direncinin yanı sıra, sıcaklık
değişimleri karşısında kararlı bir polarma devresinin sahip olması gerekli olan, transistörün beyz devresinin bir
voltaj kaynağı tarafından sürülmesi işlemide mevcuttur. Bu devrede yani voltaj kaynağının transistör girişini
sürmesi işleminde, voltaj kaynağının çıkış empedansının, transistör giriş empedansından küçük olması istenir.
Buna göre voltaj kaynağının çıkış empedansı ;
RB =
Yine transistörün giriş empedansı
R1 R2
R1 + R2
Z i = β (re + RE ) , ve
RB =
olarak bulunabilir.
R E >> re
için
R1 R2
<< Z i = βRE
R1 + R2
Z i = βRE
olarak alınırsa,
olması gerektiği ortaya
çıkar. Şekil-1 c deki polarma devresinin bu şartı sağlayabilmesi için I1 akımının değerinin IB akımının
değerinden 10 kat veya daha fazla seçilmesi yeterli olarak kabul edilmektedir. Buda R1 ve R2 dirençlerinin
değerlerine bağlı olarak ayarlanabilmektedir. Bu polarma devresindeki direnç değerleri;
RE =
RC =
VEQ
I EQ
=
VEQ
I CQ
VCC − VCEQ − VEQ
R1 = β
R2 = β
I CQ
VCC − VEQ − VBE
10 I CQ
VEQ + VBE
10 I CQ
3
Elektronik Dersi Deney Föyleri
Doc.Dr. Ali Fuat Boz
formülleri yardımı ile yukarıda belirtilen şartları da kapsayacak şekilde bulunabilir. Yapılan bu polarma
devresinde transistör voltaj ve akım değerleri, sıcaklığa ve transistör parametrelerine bağımlı olmaktan
çıkarılmış ve sadece dirençler vasıtası ile ayarlanabilir bir hale getirilmiştir.
İŞLEM BASAMAKLARI
1- Şekil-1 a daki polarma devresinde, aşağıda istenilen değerleri elde edebilmek için gerekli olan RB ve RC
dirençlerinin değerlerini hesaplayınız. Not: Devrede kullanılacak olan transistörler BC 108B(BC 108
olmamasına dikkat ediniz) tipinde olacaktır.
VCEQ=6 V,
ICQ=1 mA
ve
β=200
VCC=12 V,
RB =.............................................
RC =.............................................
Bulduğunuz direnç değerlerine en yakın standart direnç değerlerini kullanarak devreyi deney seti üzerine
kurunuz. Kurduğunuz devre üzerinde dijital ölçü aleti kullanarak gerçek ICQ ve VCEQ değerlerini ölçerek aşağıya
kaydediniz.
ICQ=.............................................
VCEQ=..........................................
Yukarıda ölçtüğünüz değerleri kullanarak transistörün gerçek akım yükseltme faktörünü(β) hesaplayarak
aşağıya kaydediniz.
β=...................................................
Şimdi transistörünüzü aynı tip bir başka transistörle değiştirerek yukarıda yaptığınız ölçümleri tekrarlayınız, bu
işlemi dört ayrı transistör için tekrarlayarak sonuçları Tablo-1 e kaydediniz.
Şekil-1 a da verilen devrede kullanılan transistörü havya yardımı ile ısıtarak, kollektör akımındaki değişimi
gözleyiniz ve değerini ölçerek aşağıya kaydediniz.
ICQ(normal)=................................
ICQ(sıcak)=...................................
2- 1.basamakta, Şekil-1 a için istenilen Q çalışma noktasını Şekil-1 b de verilen devrede elde edebilmek için
gerekli olan RB ve RC dirençlerinin değerlerini hesaplayınız(Not: Hesaplamalarda yukarıda verilen veriler
kullanılacaktır). Bulduğunuz değerleri aşağıya kaydediniz.
RB =.............................................
RC =.............................................
Şimdi yukarıda hesapladığınız RB ve RC dirençlerini standarda en yakın değerde yaklaşık olarak kullanarak
Şekil-1 b ’deki devreyi deney seti üzerine kurunuz. Bundan sonra 1. basamakta yapılan işlemleri Şekil-1 b ’de
verilen devre için tekrarlayarak , sonuçları aşağıdaki boşluklara ve Tablo-1 ’deki uygun yerlere yazınız.
ICQ=.............................................
VCEQ=..........................................
β=...................................................
ICQ(normal)=................................
ICQ(sıcak)=...................................
3- Şekil-1 c deki devrede VCC=12 V, VCEQ=5,5 V , ICQ=1 mA ve VEQ=1 V değerlerinin elde edebilmek
için gerekli olan direnç değerlerini hesaplayarak aşağıya kaydediniz. Not: direnç değerlerini seçerken standart
değerlerin kullanılması devrenin gerçekleştirilmesini kolaylaştıracaktır. Devrede kullanılan transistör BC108B
tipinde seçilecektir.
R1 =.........................
R2 =..............................
RC =.........................
RE =.........................
Şimdi yukarıda hesapladığınız R1, R2, RC ve RE dirençlerini standarda en yakın değerde yaklaşık olarak
kullanarak Şekil-1 c deki devreyi deney seti üzerine kurunuz. Bundan sonra 1. basamakta yapılan işlemleri
Şekil-1 c de verilen devre için tekrarlayarak , sonuçları aşağıdaki boşluklara ve Tablo-1 deki uygun yerlere
yazınız.
4
Elektronik Dersi Deney Föyleri
Doc.Dr. Ali Fuat Boz
ICQ=.............................................
VCEQ=..........................................
β=...................................................
ICQ(normal)=................................
Örnek
Transistör
1
VCEQ
Şekil-1 a
ICQ
β
ICQ(sıcak)=...................................
Şekil-1 b
ICQ
VCEQ
β
VCEQ
Şekil-1 c
ICQ
β
2
3
4
Tablo-1
Sonuçların Analizi:
1- Yukarıda elde ettiğiniz sonuçlara dayanarak Şekil-1 de verilen devrelerin sıcaklık değişimi karşısındaki
kararlı çalışma durumlarını karşılaştırmalı olarak açıklayınız. Deney yolu ile elde ettiğiniz bu sonuçlar,
teoride gördüğünüz sonuçlarla uyuşuyor mu ? Açıklayınız.
SORULAR
1- Şekil-1 b deki polarma devresinin ısı değişimi karşısında kararlılığını nasıl sağladığını açıklayınız.
2- Şekil-1 c deki polarma devresinin ısı değişimi karşısında kararlılığını nasıl sağladığını açıklayınız.
3- Bipolar bir transistörün Q çalışma noktasındaki kollektör akımını (ICQ) sıfır olarak seçersek, bu devreyi
yükselteç olarak kullanabilirmiyiz ? Açıklayınız.
4- Şekil-1 c deki RE direncinin görevi nedir ? Açıklayınız.
5