DENEY NO 4 DENEYİN ADI: BJT Transistörün Karakteristiklerinin Çıkarılması DENEYİN AMACI : Emiteri şase BJT transistörün giriş, çıkış, transfer karakteristiklerinin çıkarılması, (, β) akım kazançlarının bulunması, yük doğrusunun elde edilmesi ve çalışma noktasının bulunması. Tablo 4.1. Deneyde Kullanılan Araç ve Gereçler: Adı DC Güçkaynağı BC 237 BJT Transistör Miliampermetre Miliampermetre Voltmetre Voltmetre Direnç, RB Yük Direnci, RC Özelliği 2* 0-15V Ayarlı ( Dual ) NPN 200 mA ( 100 mA ), 45V, hfe=120 …460 0 – 200 mA, IC 1 mA, IB 0 – 30V, VCC 3V, VBB 3K- 3K3, ¼ W 150 – 220 ; 1,5 W Adeti 1 1 1 1 1 1 1 3 ÖN BİLGİ BJT transistörler üç uçlu akım kontollü yarıiletken devre eleman ve aynı zamanda akım kontrollü bağımlı akım kaynaklarıdır. Genellikle NPN veya PNP tipi olarak yapılırlar. Her iki transistörün çalışma prensibi aynı olup sadece akım yönü ve polariteleri farklılık gösterir. Uçlarından ikisi giriş ve çıkış diğeri kontrol ucudur. Giriş ucu Emiter (E) Çıkış ucu kollektör (C), kontrol ucu Base (B)’dir Transistörler üç farklı şekilde devreye bağlanırlar: Beyz’i şase,Emiteri şase ve Kollektörü şase bağlantı. Bağlantı şekline göre . Şekil 4.1’de BJT transistörlerinin yapısı, devredeki sembolleri ve uçları ve akım yönleri gösterilmiştir. Her iki tip transistörün çalışma prensipleri ve karakteristikleri aynı olup sadece polarma ve akım yönleri değişmektedir. Transistörde Emiter ucu, giriş, kollektör ucu çıkış ve beyz ucu kontrol ucudur. Transistörde akımın büyük bir kısmı (%98’i) emiter – kollektör arasından, çok küçük bir kısmı (%2) emiter beyz arasından akar. Buradan kollektör akımının emiter akımından çok az küçük olduğu anlaşılmaktadır. Transistörler; kesim, doyum ve aktif olmak üzere üç bölgede çalışırlar. Transistörün beyz akımı minmum ile sıfır arasında kesimde, maksimumda iken doyumda, minimum ile maksimum arası beyz akımlarında aktif bölgede çalışırlar. Transistör, kesim ve doyumda çalıştırıldıklarında anahtarlama görevi, aktif bölgede çalıştırıldıklarında yükselteç olarak kullanılırlar. Transistör aktif bölgede çalışırken doğrusal olarak çalışır. Transistör bu bölgede, emiter – kollektör arası ayarlı bir direnç gibi çalışır. Transistörlerde çıkış akımı IC, giriş veya (kontrol) akımı IB’ye büyük oranda bağlıdır. BJT transistörleri devreye beyzi şase, emiteri şase ve kollektörü şase olmak üzere üç farklı şekilde bağlanırlar. Bütün bağlantı şekillerinde emiter- beyz arası düz, beyz kollektör arası ters polarmalandırılır. Uygulamalarda daha çok ortak emiterli bağlantı kullanılmaktadır. BJT transistörünün karakteristiklerinin çıkarılmasında da, Şekil 4.1’de verilen emiteri şase bağlantıdan yararlanılacaktır. + - Çıkış Çıkış - + Giriş Giriş - + Şekil 4.1. BJT PNP ve NPN ransistör yapıları ve devre sembolleri Emiteri şase transistörde akım ve gerilim bağlantıları verilmiştir. VCE= VCB +VBE VCC= RC.IC+VCB+VBE IE = IB + IC IB << IE; IC IE BJT Transistörün Statik (DC) Karakteristikleri: 1. Giriş Karakteristiği: Sabit bir VCE (VCE= VCC/2 alınabilir) geriliminde, transistörün giriş akımı IB ve gerilimi VBE arasındaki değişimdir (IB=f(VBE)). Diyotun ileri polarma i-v karakteristiğinin aynısıdır. Giriş karakteristiği ile statik (dc) çalışmada giriş direnci ve ac dinamik çalışmada (ac) empedansı bulunur. BJT taransistörlerin giriş empedansı çok küçüktür. Şekil 4.2’de transistörün giriş karakteristik eğrisi (i-v karakteristiği) verilmiştir. 2. Transfer ( Geçiş ) Karakteristiği: Sabit bir VCE geriliminde, transistörün giriş ve çıkış akımları arasındaki bağıntıyı veren karakteristiktir (IC=f(IB)). Başka bir ifadeyle, transistörün β akım kazancını veren karakteristiktir (Şekil 4.3.a). 3. Çıkış ( Dış ) Karakteristiği: Belirli ve sabit IB akım değerlerinde, transistörün çıkış akım (IC) ve gerilimi (VCE) arasındaki bağıntıyı veren karakteristiktir (IC=f(VCE)). Transistörün çıkış karakteristiği ile çıkış direnci ve/veya çıkış empedansı bulunur. BJT transistörün çıkış empedansı çok büyüktür (Şekil 4.3.b) (A) VCE VCC/2 Sabit (V) 0 Şekil 4.2.Transistörün giriş karakteristşiği a VCE VCC/2 b Sabit Şekil 4.3. Transistörün; a) Geçiş ( transfer ) b) Transistörün çıkış karakteristiği 4. Geri Besleme Karakteristiği: IB akımının belli sabit değerleri için VBE geriliminin VCE çıkış gerilimine göre değişimini veren karakteristiktir (VBE=f(VCE)). Bu karakteristik ile transistörün kollektör – Beyz arasındaki geri besleme oranı bulunur (Şekil 4.4) VBE Şekil 4.4. BJT transistörün geri besleme karakteristiği DENEYİN YAPILIŞI : A. GİRİŞ VE GEÇİŞ KARAKTERİSTİĞİ 1) Şekil 4.5’deki devreyi kurunuz. 2) VBB giriş gerilimini 0V, VCE gerilimini (VCC çıkış besleme kaynağı ile) 7.5 V’a ayarlayınız 3) VBB giriş gerilimini; beyz akımı, sırasıyla; ( 50-100-150-200-250-300-350-400 ) A değerlerini elde edecek şekilde ayarlayınız. Aldığınız IB akımlarına karşılık gelen VBE ve IC değerlerini Tablo 4.1’e kaydediniz. Her IB akımında VCE geriliminin 7.5V’da sabit kalmasını sağlayınız. 4) Kaynak gerilimlerini sıfırlayarak deneye son veriniz. RC A IB RB B C V A VCE VBB V Ic E VCC 0-15V VBE 0-2V Şekil 4. 5. Giriş ve Geçiş karakteritiği deney bağlantı şeması Tablo 4.1. Giriş ve Geçiş karakteristiği deney verileri VCE [ Volt ] 7.5 VBE [ Volt ] IB [ A ] 50 100 150 200 250 300 350 400 IC [ mA ] B. ÇIKIŞ – GERİ BESLEME KARAKTERİSTİĞİ 1) Şekil 4.5’deki devreyi kullanınız. 2) VBB ve VCC kaynak gerilimlerini sıfıra getiriniz. VCC gerilimini sıfırdan itibaran 5’er volt arayla 20V’a kadar artırınız. Her VCC gerilimine karşılık gelen IC akım ve VBE gerilim değerlerini alınız ve Tablo 4.2’e kaydediniz. 3) Aynı işlemleri IB= 200 ve 400 A değerleri için tekrarlayınız. Aldığınız değerleri yine Tablo 4.2’e kaydediniz. 4) Kaynak gerilimlerini sıfırlayarak deneye sonveriniz. Tablo 4.2. Çıkış Geri besleme karakteristiği deney verileri IB [A] 0 200 400 VCE [Volt] 5 10 15 20 IC [ mA ] VBE [ Volt ] 5 10 15 20 5 10 15 20 DENEYDE İSTENENLER VE SORULAR 1. Yaptığınız deneylerden elde ettiğiniz sonuçlara göre kullandığınınız BJT transistörün giriş, transfer, çıkış ve geri besleme statik karakteristik eğrilerini milimetrik kağıda ölçekli olarak çiziniz. 2. Çıkış karakteristiği üzerinde yük doğrusunu çizerek 0, 200 ve 400 A beyz akımları için çalışma noktalarını bulunuz. 3. Grafik üzerinde, IB= 200 A için transistörün çalışma noktasına göre emiter – kollektör ve yük direnci uçlarında düşen gerilimleri bulunuz ve grafik üzerinde gösteriniz. 4. Çıkış karakteristik eğerilerinden, IB= 200 A deki çalışma noktası için, transistörün çıkış ve giriş dc dirençlerini bulunuz 5. Aynı çalışma noktası (4’cü sorudaki ) için transistörün girişine sinüssel bir ac sinyali uygulandığında beyz akımı 0 ile 400 A arasında değiştiğine göre ( çıkış karakteristiği ) grafik üzerinde IB, IC akımları ile VCE gerilim değişimlerini çiziniz 6. Beşinci sorudaki durumda transistörün giriş ve çıkış ac veya dinamik dirençlerini hesaplayınız 7. Transfer karakteristik eğrisinden transistörün ortalam dc akım kazancını hesaplayınız.