2.2. Paralel Pozitif kırpıcı devre
advertisement
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ELEKTRONİK –I LABORATUARI DENEY RAPORU Yrd. Doç. Dr. Engin Ufuk ERGÜL Arş. Gör. Ayşe AYDIN YURDUSEV 1 ÖNSÖZ ÖNSÖZ Bu kitapçıkta Amasya Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği 3. yarıyıl dönemindeki EEM207 nolu Elektronik-I Laboratuarı dersi uygulama deneyleri bulunmaktadır. İÇİNDEKİLER İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ ....................................................................................................................................................................................1 İÇİNDEKİLER ......................................................................................................................................................................2 DENEY 1: YARIİLETKEN DİYOT KARAKTERİSTİĞİ ........................................................................................4 I. Önbilgi .................................................................................................................................................................4 II. Gerekli Malzemeler ........................................................................................................................................6 III. Deneyin Yapılışı ...............................................................................................................................................6 IV. Çalışma Soruları ........................................................................................................................................... 11 DENEY 2: KIRPICI DİYOT DEVRELERİ................................................................................................................ 12 I. Önbilgi .............................................................................................................................................................. 12 II. Gerekli Malzemeler ..................................................................................................................................... 14 III. Deneyin Yapılışı ............................................................................................................................................ 14 IV. Çalışma Soruları ........................................................................................................................................... 18 DENEY 3: KENETLEME (KİLİTLEME) DEVRESİ ............................................................................................. 20 I. Önbilgi .............................................................................................................................................................. 20 II. Gerekli Malzemeler ..................................................................................................................................... 22 III. Deneyin Yapılışı ............................................................................................................................................ 22 IV. Çalışma Soruları ........................................................................................................................................... 25 DENEY 4: TAM DALGA DOĞRULTUCULAR VE ZENER DİYOT ................................................................ 26 I. Önbilgi .............................................................................................................................................................. 26 II. Gerekli Malzemeler ..................................................................................................................................... 29 III. Deneyin Yapılışı ............................................................................................................................................ 29 IV. Çalışma Soruları ........................................................................................................................................... 32 DENEY 5: TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ ...................................................................................................... 33 I. Önbilgi .............................................................................................................................................................. 33 II. Gerekli Malzemeler ..................................................................................................................................... 37 III. Deneyin Yapılışı ............................................................................................................................................ 37 IV. Çalışma Soruları ........................................................................................................................................... 40 DENEY 6: TRANSİSTÖRLERİN ANAHTARLAMA ELEMANI OLARAK KULLANILMASI ............... 41 I. Önbilgi .............................................................................................................................................................. 41 II. Gerekli Malzemeler ..................................................................................................................................... 43 III. Deneyin Yapılışı ............................................................................................................................................ 44 V. Çalışma Soruları ........................................................................................................................................... 45 2 3 ŞEKİLLER TABLOSU ŞEKİLLER TABLOSU Şekil 1: N ve P Tipi Madde ....................................................................................................................................... 4 Şekil 2: N ve P Tipi Madde Yük Etkileşimleri ............................................................................................................ 5 Şekil 3: Yarıiletken Diyot.......................................................................................................................................... 6 Şekil 4: Diyotun DMM İle Kontrolü ......................................................................................................................... 7 Şekil 5:Diyotun Karakteristik Eğrisi .......................................................................................................................... 7 Şekil 6: Diyotun Id-Vd Eğrisi .................................................................................................................................... 9 Şekil 7: Diyotun Ters Polarma Id-Vd Eğrisi .............................................................................................................. 9 Şekil 8:Diyot Uygulama Sonuçlarına Göre I-V Eğrisi .............................................................................................. 10 Şekil 9:Seri Negatif Ön Gerilimsiz Kırpıcı Devre ..................................................................................................... 13 Şekil 10:Seri Negatif Ön Gerilimli Kırpıcı Devre ..................................................................................................... 13 Şekil 11:Seri Pozitif Ön Gerilimsiz Kırpıcı Devre .................................................................................................... 14 Şekil 12:Seri Pozitif Ön Gerilimli Kırpıcı Devre....................................................................................................... 15 Şekil 13: Paralel Negatif Ön Gerilimsiz Kırpıcı Devre ............................................................................................. 15 Şekil 14:Paralel Negatif Ön Gerilimli Kırpıcı Devre ................................................................................................ 16 Şekil 15:Paralel Pozitif Ön Gerilimsiz Kırpıcı Devre ............................................................................................... 16 Şekil 16:Paralel Pozitif Ön Gerilimli Kırpıcı Devre .................................................................................................. 17 Şekil 17: Deney 2 Soru 1 ........................................................................................................................................ 18 Şekil 18: Deney 2 Soru 2 ........................................................................................................................................ 19 Şekil 19:Pozitif Kilitleyici Devre ............................................................................................................................. 20 Şekil 20: Pozitif Kilitleyici Devre Kapasitör Şarjı .................................................................................................... 20 Şekil 21:Pozitif Kilitleyici Devre Kapasitör Deşarjı ................................................................................................. 20 Şekil 22:Kırpıcı Deney 1 Sonuçları ......................................................................................................................... 24 Şekil 23:Köprü Tipi Doğrultucu .............................................................................................................................. 27 Şekil 24: Transistörün Temel Yapısı ....................................................................................................................... 33 Şekil 25: PNP ve NPN Tipi Transistör .................................................................................................................... 33 Şekil 26: Transistörün İç Yapısı .............................................................................................................................. 34 Şekil 27:BJT'nin Kutuplama Bağlantıları ................................................................................................................ 34 Şekil 28:Transistörün Giriş Karakteristiği .............................................................................................................. 36 Şekil 29: Transistörün Çıkış Eğrisi .......................................................................................................................... 36 Şekil 30: Transistör Parametreleri Benzetim Programı Devre Şeması ................................................................. 37 Şekil 31: Transistör Parametreleri Benzetim Sonuçları ........................................................................................ 38 Şekil 32: Transistör Parametreleri Deney Şeması ................................................................................................. 38 Şekil 33: Transistör Parametreleri Ic ve Vbe Deney Sonuçları .............................................................................. 38 Şekil 34: Transistör Parametreleri Uygulama Şeması............................................................................................ 39 Şekil 35: Transistör Ic-Vce Değerleri...................................................................................................................... 39 Şekil 36: Transistörün Ic-Vce Karakteristiği ........................................................................................................... 41 Şekil 37:Transistörün Doyum Durumunda İletimde Olması .................................................................................. 42 Şekil 38:Transistörün Kesim Durumunda Yalıtımda Olması .................................................................................. 42 Şekil 39:NPN ve PNP Transistör Polarması ............................................................................................................ 43 Şekil 40: Transistörün On Konumu ........................................................................................................................ 43 Şekil 41: Transistörün Anahtar Olarak Kullanılması Deney Şeması ....................................................................... 44 Şekil 42: Transistörün Anahtarlama Devre Elemanı Olarak Kullanılması Deney Şeması ....................................... 44 DENEY 1: YARIİLETKEN DİYOT KARAKTERİSTİĞİ DENEY 1: YARIİLETKEN DİYOT KARAKTERİSTİĞİ I. Önbilgi 1. Diyotun nerelerde kullanıldığını araştırınız (Niçin elektronikte diyot kullanıyoruz?). Bu konuya ilişkin üç örnek veriniz. 2. Yarıiletken nedir? (Cevapları olduğunca basit, anlaşılabilir tutunuz. Örneğin, iletken nedir sorusuna “iletken elektrik akımını geçiren maddelerdir. Ör: Bakır, demir” cevabı yeterlidir. ) Yarı İletken Yarı iletken malzemeler, P (pozitif) veya N (negatif) tip yarıiletken olarak ikiye ayrılırlar. P tip yarıiletkende pozitif yük mevcuttur. Malzeme içindeki elektronlar (negatif yüklü) ve delikler (pozitif yüklü) eşleştiğinde boşlukta serbest olarak dolaşan delikler Vardır çünkü delik sayısı elektrondan oldukça fazladır, buna çoğunluk yük taşıyıcısı denir. Bu da malzemeye (+) yük katar. Tam tersi şekilde N tip malzemede çoğunluk yük taşıyıcısı elektronlardır. Elektronlardaki negatif yük sebebiyle malzeme de ( – ) yükle yüklüdür. (Şekil 1) P tip N tip Ş EKİL 1: N VE P TİPİ MADDE E LEKTRON ……………. Y ÜKLÜ DELİK …………… YÜKLÜ ELEKTRON + DELİK ………… YÜKLÜ En yaygın bilinen 2 yarıiletken elementin adını yazınız. Bunlardan birini seçerek, bu maddenin nasıl P ve N tipi yarıiletken olduğunu açıklayınız. 4 5 DENEY 1: YARIİLETKEN DİYOT KARAKTERİSTİĞİ Yarıiletken Diyot Yarıiletken diyotların temeli P ve N tipi madde ve aralarındaki elektron akışı oluşturur. P tipi maddede delikler, N tipi maddede elektronlar serbesttir. Bu iki malzeme arasında engel bulunmaktadır. Bu engeli bir miktar azınlık yük taşıyıcısı (çoğunluk olmayan yükler: P maddede (-) ler, N maddede (+) lar) geçebilir. Ş EKİL 2: N VE P TİPİ MADDE YÜK ETKİLEŞİMLERİ Pozitif ve negatif yükler birbirini çeker. Bir miktar (-) yük P bölgesine ve bir miktar (+) yük N bölgesine geçer. (+) YÜKLER BİRBİRİNİ İTER (-) YÜKLER BİRBİRİNİ İTE R P bölgesindeki (-) yükler N bölgesindeki elektronları, N maddesindeki bölgesindeki (+) yükler ise P bölgesindeki delikleri iter. Böylece PN arasında bir potansiyel oluşmuş olur ve bu potansiyeli daha fazla (+) veya (-) yük geçemez. Bu potansiyele engelin yüksekliği denir, birimi Volt ’tur. İleri Polarma (Düz Besleme) Diyotun P ucuna bataryanın artı ucu bağlandığında bu bölgedeki delikler birleşim bölgesine doğru itilir. Benzer şekilde diyotun N ucu eksi uca bağlı olduğundan, buradaki elektronlar da DENEY 1: YARIİLETKEN DİYOT KARAKTERİSTİĞİ birleşim bölgesine itilir. Böylece iki madde arasındaki potansiyel engel (engelin yüksekliği) azalır. Azalan potansiyel sebebiyle çoğunluk yük taşıyıcıları artık karşı tarafa geçebilir. İletim sağlanır. Geri Polarma (Ters Besleme) Diyotun P ucu bataryanın - ucuna ve N ucu artı beslemeye bağlı olduğundan bu yükler birbirini çeker. Böylece yükler birleşim alanından uzaklaşır, engelin yüksekliği (aradaki potansiyel ) artar. Bu yüksek potansiyelden sadece belli miktarda azınlık yük taşıyıcısı geçebilir. Bir süre sonra bu alandan geçebilen azınlık yük taşıyıcısı sabitlenir, buna ters doyma akımı denir. Eğer aradaki potansiyel daha yükseltilirse diyot içerindeki PN madde yapıları bozulur. Buna kırılma denir. II. Gerekli Malzemeler 1 adet 1N4001 Diyot 1kΩ direnç Ayarlı güç kaynağı (DC 0V-10V) Ölçü Aleti III. Deneyin Yapılışı Diyot: bir yönünde küçük direnç göstererek akım geçişine izin veren, diğer yönde yüksek direnç göstererek akım geçirmeyen (veya çok az akım geçiren) devre elemanlarına diyot denir. Şekil 1 de diyotun içyapısı, devre sembolü ve paketlenmesi gösterilmektedir. Ş EKİL 3: YARIİLETKEN DİYOT Diyodun devre eşdeğeri aşağıdaki gibidir. Silisyum diyotlar için 0,7V ve germanyum diyotlar için 0,3V eşik gerilimi vardır. 6 7 DENEY 1: YARIİLETKEN DİYOT KARAKTERİSTİĞİ Multimetre ile Diyodun Sağlamlık Kontrolü: Diyodun sağlamlık kontrolü OHM kademesinde yapılır. Çünkü diyot bir yönde direnç göstermeden akım geçişine izin verirken, diğer yönde çok yüksek direnç göstererek akım geçişine müsaade etmez. Bu doğrultuda diyotun ohmmetrede bir yönde çok küçük direnç (sıfıra olabildiğince yakın), diğer yönde çok yüksek direnç (sonsuz olması istenir fakat genelde 4-5 MΩ gösterebilir) göstermesi gereklidir. Ş EKİL 4: DİYOTUN DMM İLE KONTROLÜ Yarıiletken Diyodun Karakteristiği Diyodun artı ucuna Anot, eksi ucuna Katot denir. Akım geçişi ileri polarmada sağlanırken, ters polarmada sağlanmaz. ID (mA) İleri polarma bölgesi Kırılma noktası VD (V) Sızıntı akımı Ters polarma bölgesi İletime geçme gerilimi ID (µA) Ş EKİL 5:DİYOTUN KARAKTERİSTİK EĞRİSİ VD (V) DENEY 1: YARIİLETKEN DİYOT KARAKTERİSTİĞİ Diyodun akım-gerilim karakteristiği aşağıdaki formülle matematiksel olarak gösterilir. 𝑞𝑉𝐷 𝐼𝐷 = 𝐼𝑜 (𝑒 𝑘𝑇𝑛 − 1) Denklem 1 ID=diyot akımı 𝑉 Io=diyot ters yön doyma akımı 𝐼𝑜 = 𝑅 𝑅 ⟹ 𝑅𝑒ş = 𝑅 ∥ 𝑅𝐷𝑀𝑀 (DMM: Dijital multimetre) 𝑒ş VD= diyot gerilimi k=Boltzmann sabiti 1,3806.10-23 ev q=elektron yükü 1,6.10-19 C Ƞ=yarı iletken katsayı (genelde Ge:1 ve Si:2 olarak kabul edilir) T=sıcaklık (Kelvin cinsinden Tk=Tc+273°) Denklem 1’in VD türünden eşitliğini yazarsak: 𝑉𝐷 = 𝑘𝑇𝑛 𝐼 ln ( 𝐼𝐷 𝑞 𝑜 Denklem 2 + 1) bulunur. Aşağıdaki değerler için silisyum bir diyotu 27℃ de ve Is=1,73 nA olarak ID değerlerini bulunuz: VD (V) 0,45 0,52 0,55 0,58 0,6 0,61 0,62 0,63 0,64 ID T ABLO 1: DİYOTUN I D AKIMI HESAPLANMASI Diyodun DC karakteristiği Yandaki şekilde gösterilen devreyi benzetim programında gerçekleştiriniz. Gerilim kaynağı e’yi tabloda gösterilen değerlere getiriniz ve tabloyu doldurunuz. Tablodaki değerleri kullanarak akım- gerilim eğrisini çiziniz. 0,65 0,68 0,7 8 9 DENEY 1: YARIİLETKEN DİYOT KARAKTERİSTİĞİ E (V) 0 0,5 0,75 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 5 10 15 VR (V) VD (V) ID (ma) T ABLO 2: DİYOTUN DC KARAKTERİSTİĞİ ID 𝐼𝐷 = 𝑉𝑅 𝑅 Olduğunu gösteriniz. Formül ile deneyde bulduğunuz rakamları kullanarak ID=VR/R olduğunu kanıtlayınız. VD Ş EKİL 6: DİYOTUN I D -V D EĞRİSİ ID Devrede güç kaynağının yönünü ters çeviriniz ve tekrarlayınız işlem VD başmaklarını (birimlere dikkat ediniz). E (V) 0 1 2 3 4 5 10 15 VR (mv) VD (V) ID (µa) T ABLO 3: DİYOTUN TERS POLARMA DEĞERİ Ş EKİL 7: DİYOTUN TERS POLARMA I D -V D EĞRİSİ DENEY 1: YARIİLETKEN DİYOT KARAKTERİSTİĞİ İleri polarma devresini breadboard üzerine (sayfa 8) kurunuz. Gerilim kaynağını kademeli olarak aşağıdaki tabloya göre artırınız ve tüm işlemleri benzetim programındaki gibi tekrarlayınız (tek bir multimetreyi sırasıyla direnç gerilimini ve diyot gerilimini ve sonrasında devreden geçen akımı ölçmek için kullanabilirsiniz). E (V) 0 0,5 0,75 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 5 VR (V) VD (V) ID (ma) T ABLO 4: DİYOT UYGULAMA SONUÇLARI I V Ş EKİL 8:DİYOT UYGULAMA SONUÇLARINA GÖRE I-V EĞRİSİ 10 15 10 11 DENEY 1: YARIİLETKEN DİYOT KARAKTERİSTİĞİ IV. Çalışma Soruları Soru 1. Tablo 1 ve Tablo 2 deki değerleri VD ortak değerleri için aynı tabloya yazınız. Değerler arasındaki farkı bulunuz. Bunun için Excel kullanmanızı önerilir. VD Tablo 1: değerler hesaplanan Tablo 2: değerler Benzetim Aralarındaki fark Soru 2. Soru 1.deki fark niçin gerçekleşmiş olabilir? Soru 3. Uygulamada yapılan deney benzetim programındaki deneyle ve teorik bilgiyle uyuştu mu? Soru 4. Uygulama ile deney arasındaki fark niçin gerçekleşmiş olabilir? Soru 5. Genel tekrar için: a. Diyodun akım gerilim eğrisi için verilen formül nedir? b. Bu formülde diyotun ters yön doyma akımını bilmediğinizde benzetim programını kullanarak bu değeri nasıl bulabilirsiniz? (Io bilinmese de VD yi ve ID yi bulabilirsiniz) c. 5. Soru b şıkkında elde ettiğiniz formülü tablo 1 deki VD ve ID değerlerini kullanarak Io değerini bulunuz (bu değer 1,73 na olamayabilir, fakat yakın bir değerdir) d. Diyottan akan akım (devredeki akım- ampermetrede okunan değer) neye göre değişiklik göstermektedir? Örneğin daha küçük bir akım değeri için ne yapıla bilinir? DENEY 2: KIRPICI DİYOT DEVRELERİ DENEY 2: KIRPICI DİYOT DEVRELERİ I. Önbilgi a) Yarıiletken diyotun genel akım gerilim karakteristiğini (ileri ve ters polarma için) çiziniz. b) Diyotun genel karakteristiği nedir? (İleri polarma da ne kadar akım geçirir? Ters polarma da akım geçirir mi?) c) Birinci ve ikinci soru cevaplarını temel alırsanız, diyota doğrusal olmayan bir gerilim uygulandığında (örneğin sinüzoidal dalga diyota artı ve eksi yönde giriş gerilimi uygular) çıkış geriliminin nasıl olmasını beklersiniz? Kırpıcı Diyot devreleri Kırpıcı diyot devrelerinde girişe uygulanan sinyalin çıkışta kısmi olarak doğrultulması amaçlanmaktadır. Bu sebeple bu devreler kırpıcı devreler denmektedir (sinyalin bir kısmını kırpar!). Sinüzoidal bir dalga bir periyot boyunca hem pozitif hem de negatif yönde gerilim içerir. Diyodun temel çalışma prensibi tek yönde akımı geçirmek ve diğer yönde akım geçirmemek (sızıntı akımı çok küçük bir değer olduğu için yok sayılır) olduğu için, sinüs bir dalganın da pozitif gerilimin geçişine izin verecek fakat negatif gerilim değerlerini geçirmeyecektir. Kırpıcı diyot devreleri şöyle gruplanabilir: 1. Seri Kırpıcı devreler 1.1. Seri Negatif Kırpıcı devre 1.1.1. Seri Negatif Ön Gerilimsiz Kırpıcı devre 1.1.2. Seri Negatif Ön Gerilimli Kırpıcı devre 1.2. Seri Pozitif Kırpıcı devre 1.2.1. Seri Pozitif Ön Gerilimsiz Kırpıcı devre 1.2.2. Seri Pozitif Ön Gerilimli Kırpıcı devre 2. Paralel Kırpıcı devreler 2.1. Paralel Negatif Kırpıcı devre 2.1.1. Paralel Negatif Ön Gerilimsiz Kırpıcı devre 2.1.2. Paralel Negatif Ön Gerilimli Kırpıcı devre 2.2. Paralel Pozitif kırpıcı devre 2.2.1. Paralel Pozitif Ön Gerilimsiz Kırpıcı devre 2.2.2. Paralel Pozitif Ön Gerilimli Kırpıcı devre Seri Kırpıcı devreler: Seri kırpıcı devrelerde diyotla direnç birbirlerine seri bağlanır. Girişteki doğrusal olmayan sinyal çıkışta kısmi kırpılmış olur. 12 13 DENEY 2: KIRPICI DİYOT DEVRELERİ 1.1.1. Seri Negatif Ön Gerilimsiz Kırpıcı devre Ş EKİL 9:SERİ NEGATİF ÖN GERİLİMSİZ KIRPICI DEVRE Devre ismi bu devrenin kısa bir tanımını yapar. Seri kırpıcı devre olması diyotla yükün birbirine seri bağlandığını, negatif olması giriş sinyalinin negatif kısmının kırpılacağını ve ön gerilimsiz olması da devrede giriş sinyalinden başka bir güç kaynağı olmayacağını gösterir. Şekildeki devrede diyot sinyalin pozitif kısımlarının yük üzerinde görünmesine izin vermiş fakat negatif kısımları geçirmeyerek bu sinyalleri kırpmıştır. 1.1.2. Seri Negatif Ön Gerilimli Kırpıcı devre Ön gerilimli devrelerde devrede diyoda seri bir DC gerilim kaynağı kullanılır. Bu kaynak yük çıkışındaki gerilim seviyelerini değiştirir. Devre negatif kırpıcı olduğu için sinyalin -V kısımları kırpılır. Devredeki V güç kaynağı çıkış gerilimine Vmax +V olarak yansır. Ş EKİL 10:SERİ NEGATİF ÖN GERİLİMLİ KIRPICI DEVRE DENEY 2: KIRPICI DİYOT DEVRELERİ II. Gerekli Malzemeler 1 adet 1N4001/1N4007 diyod 1 adet 1 kΩ direnç 5V 50 Hz sin. Sinyal jeneratörü 2V DC güç kaynağı Osiloskop III. 14 Deneyin Yapılışı 1.2.1. Seri Pozitif Ön Gerilimsiz Kırpıcı devre V t Ş EKİL 11:SERİ POZİTİF ÖN GERİLİMSİZ KIRPICI DEVRE 1.2.1 deki devrenin çıkış gerilimini yandaki boşluğa çiziniz (genliği vmax alınız). NOT: devre adından anlaşılabilir şekilde bu devreden çıkış ön gerilimsiz olmalı ve sinyalin pozitif kısımları kırpılmalı. 1.2.1 deki devreyi benzetim programına kurunuz. Diyot olarak 1N4001, yük olarak da 1kΩ direnç seçiniz. Giriş sinyaline Vsin kaynağı bağlayınız genliği (Amplitude) 10V, frekansı 50 Hz ayarlayınız. Çıkış sinyalini yandaki alana çiziniz. 1.2.2. Seri Pozitif Ön Gerilimli Kırpıcı devre 1.2.2 deki devreyi benzetim programına V kurunuz. Diyot olarak 1N4001, yük olarak da 1kΩ direnç seçiniz. Giriş sinyaline Vsin kaynağı bağlayınız genliği (Amplitude) 10V, frekansı 50 Hz ayarlayınız. DC güç kaynağını 5Va bağlayınız. Çıkış sinyalini yandaki alana çiziniz. t 15 DENEY 2: KIRPICI DİYOT DEVRELERİ Ş EKİL 12:SERİ POZİTİF ÖN GERİLİMLİ KIRPICI DEVRE Paralel Kırpıcı devreler: seri kırpıcı devrelerle aynı işi yaparlar. Bu devrelerde diyot yüke paralel bağlanmıştır. 2.1.1. Paralel Negatif Ön Gerilimsiz Kırpıcı devre 2.1.1 deki devreyi benzetim programına kurunuz. Diyot olarak 1N4001, yük direnci 1kΩ ve direnci 1kΩ olarak seçiniz. Giriş sinyaline Vsin kaynağı bağlayınız genliği 10V, frekansı 50 Hz ayarlayınız. Çıkış sinyalini yandaki alana çiziniz. NOT: buradaki iki direncin (R1 ve R2) gerilim V bölücü dirençler olarak çalıştığını unutmayınız. Bu durumda çıkış geriliminin genliği 𝑅2 .𝑉 𝑅+𝑅2 𝑚𝑎𝑥 𝑉𝑜𝑢𝑡 = olacaktır. Çıkış sinyalinde bunun t olduğunu ispatlayınız. Ş EKİL 13: PARALEL NEGATİF ÖN GERİLİMSİZ KIRPICI DEVRE DENEY 2: KIRPICI DİYOT DEVRELERİ 16 2.1.2. Paralel Negatif Ön Gerilimli Kırpıcı devre 2.1.2 deki devreyi benzetim programına kurunuz. Diyot olarak 1N4001, yük olarak da 1kΩ direnç seçiniz. Giriş sinyaline Vsin kaynağı bağlayınız genliği (Amplitude) 10V, frekansı 50 Hz ayarlayınız. DC güç kaynağını 5Va bağlayınız. Çıkış sinyalini yandaki alana çiziniz. V t Ş EKİL 14:PARALEL KIRPICI DEVRE NEGATİF ÖN GERİLİMLİ 2.2.1. Paralel Pozitif Ön Gerilimsiz Kırpıcı devre Paralel pozitif ön gerilimsiz devreyi breadboard üzerine kurunuz. Girişi sinyal üretecinden veriniz ve çıkışı osiloskoptan okuyunuz. Osiloskop ekranında gördüğünüz dalgayı ölçekli olarak çiziniz. V t Ş EKİL 15:PARALEL KIRPICI DEVRE POZİTİF ÖN GERİLİMSİZ 17 DENEY 2: KIRPICI DİYOT DEVRELERİ 2.2.2. Paralel Pozitif Ön Gerilimli Kırpıcı devre Paralel pozitif ön gerilimli devreyi breadboard üzerine kurunuz. Girişi sinyal üretecinden ve DC güç kaynağından veriniz ve çıkışı osiloskoptan okuyunuz. Osiloskop ekranında gördüğünüz dalgayı ölçekli olarak çiziniz. V t Ş EKİL 16:PARALEL KIRPICI DEVRE POZİTİF ÖN GERİLİMLİ DENEY 2: KIRPICI DİYOT DEVRELERİ IV. Çalışma Soruları Soru 1. Yan şemada gördüğünüz devreyi benzetim programında gerçekleştiriniz. (5 puan) Aşağıdaki alana giriş sinyallerini ve çıkış sinyalini çiziniz. (5 puan) Çizimlerden yararlanarak devrenin çalışmasını anlatınız. (10 puan) NOT: Ş EKİL 17: DENEY 2 SORU 1 V1= 10 sin (100πt) V2= -5 sin (100πt) R1=R2=R=1kΩ D=1N4001 V V1 t V2 t Vout t 1 𝜋 2 𝜋 3 𝜋 2 2𝜋 5 𝜋 2 3𝜋 7 𝜋 2 4𝜋 18 19 DENEY 2: KIRPICI DİYOT DEVRELERİ Soru 2. Aşağıdaki sinüzoidal formdaki giriş dalgasını, çizgili noktalardan kesilmiş şekilde olduğu gibi, hem pozitif hem negatif sinyallerden kısmi olarak kırpan ve çıkışına aktaran devreyi tasarlayınız. Devre şemasını çiziniz (10 puan). Giriş ve çıkış sinyallerini gösteren ve tepe değerlerini belirten osiloskop görüntüsünü ekleyiniz (10 puan). NOT: Vsin 10V genlikte (Vp-p=20V) olacaktır. Frekansı 100 Hz. Çıkış sinyalinin genliği 4V (Vout p-p= 8V) olacaktır (tam ve kesin olarak 4V olacaktır. 3,90 ya da 4,20 bile kabul edilemez). Devrede istediğiniz kadar direnç, diyot ve güç kaynağı kullanabilirsiniz. Ş EKİL 18: DENEY 2 SORU 2 DENEY 3: KENETLEME (KİLİTLEME) DEVRESİ DENEY 3: KENETLEME (KİLİTLEME) DEVRESİ I. Önbilgi Kenetleme (kilitleme) devresi nerelerde kullanılır? Kilitleyici Diyot devreleri Kilitleme devreleri girişinden gelen doğrusal olmayan sinyalin en alt ya da en üst değerini belli bir DC noktaya sabitler. Sinyalin tepeden tepeye değeri değişmemekte, sadece sinyalin başlangıç ve bitiş noktaları değişmektedir. Kilitleyici devreler şu alt gruplarda incelenir: 1. Pozitif kilitleyici devreler 2. Negatif kilitleyici devreler Pozitif Kilitleyici Devreler Girişten gelen sinyalin en alt noktası DC pozitif bir değer (örneğin sıfır olabilir) sabitlenir. Devrenin çalışması şöyledir: Devreye negatif gerilim uygulandığında (doğrusal olmayan sinyalin negatif alternansı) ideal olarak diyot kısa devre olacaktır. Diyodun kısa devre olmasıyla gerilim, çıkış direncine ulaşamayıp Ş EKİL 19:POZİTİF KİLİTLEYİCİ DEVRE kapasitör üzerinde depolanacaktır (Şekil 20). Giriş sinyali pozitif olduğunda diyot kesime gider (Şekil 21). Devredeki akım çıkış direnci üzerinden geçer, giriş sinyali çıkışta görünür. Kapasitör Ş EKİL 20: POZİTİF KİLİTLEYİCİ DEVRE KAPASİTÖR ŞARJI üzerindeki gerilim de çıkışa yansır, böylece çıkış gerilim giriş gerilimin 2 Ş EKİL 21:POZİTİF KİLİTLEYİCİ DEVRE KAPASİTÖR DEŞARJI katına ulaşır. Bu devrede dikkat edilmesi gereken nokta: kondansatördeki gerilim, çıkışa aktarıldığında tamamıyla boşalmayacak şekilde depolanmalıdır. Deşarj süresi çok uzun seçilmelidir. Çıkışta istenilen sinyalin elde edilmesi için kondansatörün deşarj süresi giriş sinyalinin yarım 20 21 DENEY 3: KENETLEME (KİLİTLEME) DEVRESİ periyodunun 5 katından daha büyük olması gereklidir (uygulamada çok çok daha büyük olması gerekir) 𝑧𝑎𝑚𝑎𝑛 𝑠𝑎𝑏𝑖𝑡𝑖 = 𝜏 = 𝑅. 𝐶 𝑑𝑒ş𝑎𝑟𝑗 𝑠ü𝑟𝑒𝑠𝑖 5𝜏 = 5𝑅𝐶 ≫ 𝑇 2 𝑜𝑙𝑚𝑎𝑙𝚤𝑑𝚤𝑟. Pozitif kilitleyici devrelere ek bir kayma eklenebilir. Ek bir batarya kullanılarak giriş sinyalinin en alt sınırı DC voltaj seviyesinde ayarlanabilir. Ş EKİL 22 :POZİTİF KİLİTLEYİCİ DEVRE ÇIKIŞ DALGASI Negatif Kilitleyici devreler Bu devrelerde girişten gelen sinyalin en üst noktası bir DC değere sabitlenir (örneğin sıfır). Pozitif kilitleyici devresindeki gibi kondansatörün deşarj süresi çok uzun seçilmelidir. Negatif kilitleme devresinde girişe pozitif gerilim uygulandığında diyot iletime geçer, bu gerilim çıkışa Ş EKİL 23: NEGATİF KİLİTLEYİCİ DEVRE negatif gerilim ve ulaşmadan kondansatör üzerinde depolanır. Giriş sinyali negatif olduğunda ise diyot kesime gider. Girişten gelen kondansatör üzerindeki gerilim de çıkışa yansır. Böylece çıkışta girişteki sinyalin en üst tepe noktası negatif DC değere sabitlenmiş olur. Ş EKİL 24:NEGATİF KİLİTLEYİCİ DEVRE ÇIKIŞ DALGASI DENEY 3: KENETLEME (KİLİTLEME) DEVRESİ II. 22 Gerekli Malzemeler 1000uf kapasitör 10kΩ direnç 1N4001 diyot 10 sin 200𝜋𝑡 sinyal kaynağı 5V DC güç kaynağı III. Deneyin Yapılışı V Vin t Ş EKİL 25: POZİTİF ÖNGERİLİMLİ KIRPICI DEVRE Üst şekildeki devreyi benzetim programına kurunuz. Vout t Giriş ve çıkış sinyallerini (Vout= R üzerine düşen gerilim) yandaki alana çiziniz. ŞEKİL 26: POZİTİF ÖNGERİLİMLİ KIRPICI DEVRE ÇIKIŞ DALGASI Pozitif kilitleme devresinde DC kaynak kullanmak çıkış sinyalini nasıl değiştirdi? 23 DENEY 3: KENETLEME (KİLİTLEME) DEVRESİ V Vin t ŞEKİL 27: NEGATİF ÖNGERİLİMLİ KIRPICI DEVRE Vout Üstteki devreyi benzetim programında t gerçekleştiriniz. Giriş ve çıkış gerilimlerini yandaki alana çiziniz. ŞEKİL 28: NEGATİF ÖNGERİLİMLİ KIRPICI DEVRE ÇIKIŞ DALGASI Devre 1. Ş EKİL 29: DENEY 3 KIRPICI DEVRE 1 1. Yukarıdaki devreyi board üzerine kurunuz. Çıkış sinyalini aşağıdaki alana çiziniz. Devrenin yaptığı işi anlatınız. 2. R=1kΩ olarak aynı devreyi tekrar kurunuz. Çıkış sinyalini aşağıdaki alana çiziniz (farklı renk kalem kullanarak) DENEY 3: KENETLEME (KİLİTLEME) DEVRESİ V 5V Vçıkış t -5V -10V Ş EKİL 22:KIRPICI DENEY 1 SONUÇLARI Devre 2. 7 V 5 V 5V 3V 5ms 10ms 15ms 20ms Ş EKİL 31: KIRPICI DENEY DEVRSİ 2 1. Vgiriş giriş sinyali uygulandığında çıkışında Vçıkış çıkış sinyalini üreten bir kenetleme devresi tasarlayınız. Bu devreyi benzetim programında gerçekleştiriniz. 2. Benzetim programında gerçekleştirdiğiniz devreyi aynı şekilde laboratuarda board üzerine kurunuz. Giriş ve çıkış sinyallerini osiloskopta gösteriniz. NOT: Laboratuardaki deneyde çıkış sinyalleri ±1V yakın olabilir ör: 29Volt-31Volt gibi. 24 25 IV. Çalışma Soruları Soru 1. Devre 1’deki direnç değeri değiştikten sonra sinyalde ne gibi bir değişiklik oldu? Bu değişikliğin sebebini ne olarak görüyorsunuz, gerekli açıklamaları ve hesaplamaları yapınız (10 puan). Soru 2. Devre 2’de osiloskopta izlediğiniz çıkış sinyalleri niçin 0,7Volta yakın bir kaymaya sebep oldu (5 puan). Soru 3. Şekildeki giriş ve çıkışı sağlayan devreyi tasarlayınız. Benzetim programında devre şemasını giriş ve çıkış osiloskop görüntüsünü föyünüze ekleyiniz (25 puan). NOT!!!! Girişteki sin sinyali önce kırpıcı ile hem pozitif hem negatif alternansları kırpmak gerekir. Bir önceki deneyde yapılan pozitif ve negatif kırpıcılar kullanılır. Sonra elde edilen sinyal negatif alternansa kilitlenir ve bu kilitlemede DC +3Volt kadar bir öteleme uygulanır. Bu da bu hafta yapılan deneyde olduğu gibi. Sonuç olarak her iki devre birleştirilir. (ilkinin çıkışı diğerinin girişine ) DENEY 4: TAM DALGA DOĞRULTUCULAR VE ZENER DİYOT DENEY 4: TAM DALGA DOĞRULTUCULAR VE ZENER DİYOT I. Önbilgi Yarıiletken Diyotla Gerçekleştirilen Tam Dalga Doğrultucular Tam dalga doğrultucular girişinden gelen AC sinyalin negatif alternanslarını pozitif alternansa çevirerek çıkışa aktarırlar. Böylece AC gerilimden DC gerilim elde edilmesinde kullanılırlar. Ş EKİL 32: TAM DALGA DOĞRULTUCU ŞEMASI Devrenin çıkışındaki gerilim, girişindeki gerilimin iki katıvaj olduğundan çıkış ortalama gerilimi denklem 1 ile hesaplanır. 𝑉𝑜𝑟𝑡 = 2𝑉𝑚𝑎𝑥 ≅ 0,636. 𝑉𝑚𝑎𝑥 𝜋 𝐃𝐞𝐧𝐤𝐥𝐞𝐦𝟏 Diyotla yapılan iki tip tam doğrultucu devresi Vardır: 1. Orta Sekmeli doğrultucu (iki diyotlu) 2. Köprü tipi doğrultucu (dört diyotlu) Orta Sekmeli Doğrultucu Ş EKİL 33: O RTA S EKMELİ D OĞRULTUCU 26 27 DENEY 4: TAM DALGA DOĞRULTUCULAR VE ZENER DİYOT Orta sekmeli doğrultucuda2 diyot ve 3 uçlu trafo kullanılır. Şekil 2.A da devrenin genel yapısı ve giriş çıkış gerilimleri görülmektedir. Trafonun uçlarındaki gerilim Şekil 2.b’deki gibi olduğunda, giriş gerilimin pozitif alternansı devreye etki eder. Gerilim D1 diyotu üzerinden olduğu gibi Ryük üzerine yansır. Giriş sinyalinin negatif alternansında trafonun uç işaretleri değişir. Şekil 2.C de olduğu gibi gerilim pozitif olarak D2 diyodundan geçerek Ryük’te görünür. Böylece tam dalga doğrultma sağlanır. Orta sekmeli doğrultucunun çıkış gerilimi giriş geriliminin yarısından diyot eşiği (diyot gerilimi=Vo) kadar düşüktür. Köprü Tipi Doğrultucu Doğrultucunun çıkış gerilimi giriş geriliminden 2 diyot eşiği (diyot gerilimi=V0) kadar düşüktür. Şekil 3’deki çizimlerden faydalanarak köprü tipi doğrultucunun çalışmasını anlatınız. Ş EKİL 23:K ÖPRÜ T İPİ D OĞRULTUCU DENEY 4: TAM DALGA DOĞRULTUCULAR VE ZENER DİYOT Filtre devreleri Ş EKİL 35: F İLTRELİ T AM D ALGA D OĞRULTUCU Ş EMASI Filtre devreleri elektronikte gerçek bir DC gerilim yakalamak için kullanılırlar. Elektronikte kullanılan DC gerilim, tek bir değere sabit olmalı ve mümkün olduğunca az dalgalanma faktörüne sahip olmalıdır. Yani sinyal dalgalanmadan devam ettirilmelidir. Şekil4’de gösterildiği gibi girişten gelen AC sinyal tam dalga doğrultucu ile negatif alternanstan temizlenir ve sonrasında filtre devresiyle çıkış gerilimi pürüzsüzleştirilir. Çıkış gerilimindeki dalgalanmalar dalgalanma faktörü ile hesaplanır. Dalgalanma faktörünün mümkün olduğunca küçük olması, gerçek bir DC çıkış için istenen bir durumdur. 𝑉 𝑑𝑎𝑙𝑔𝑎𝑙𝑎𝑛𝑚𝑎 (𝑟𝑖𝑝𝑝𝑙𝑒)𝑓𝑎𝑘𝑡ö𝑟ü ; 𝑟 = 𝑉 𝑟 Denklem2 𝑑𝑐 Vr rms dalgalanmavajı, Vdc çıkış geriliminin ortalama değeridir. 1 𝑉𝑑𝑐 = 𝑉𝑚𝑎𝑥 (1 − 2𝑅𝐶𝑓) Denklem 3 𝑉𝑚𝑎𝑥 √3 𝑅𝐶𝑓 Denklem 4 𝑉𝑟𝑚𝑠 = 2 Vp(in) filtre devresinin giriş sinyalidir (filtre devresinin girişi doğrultu devresinin çıkışıdır). Alttaki şekilde doğrultucu devresinin giriş gerilimi Vin=15 V, 60 Hz alarak dalgalanma faktörünü bulunuz (V1, V2 ve V3 hesaplayınız). !!! İpucu: sırasıyla denklem 3,4,2 kullanılacak. !!!!!! Doğrultucu devresinin çıkış (V3) frekansı giriş (V2) frekansından farklıdır. Şekil 3’deki giriş çıkış sinyalini inceleyiniz. Giriş sinyalinin Ş EKİL 36: FİLTRELİ TAM DALGA DOĞRULTUCU 28 29 DENEY 4: TAM DALGA DOĞRULTUCULAR VE ZENER DİYOT frekansından f=1/T’ den 1 periyotluk zamanı bulunuz. Aynı zaman çıkış sinyalinde 2 periyota eşit gelmektedir. Dikkat ediniz. Formüllerdeki f (frekans) doğrultucunun çıkış frekansıdır (ve 60 değildir). ZENER DİYOT Zener diyotlar, yarıiletken diyotların bir çeşididir. Yarı iletken diyotlardan farklı miktarlarda katkı malzemesi ile üretilirler. Zener diyotlar özel olarak doğrultucu devrelerinde kullanılırlar. Doğru polarmada yarıiletken diyoda benzer bir eğri gösterirken ters polarmada belli bir grilimden sonra iletken olurlar. Bu gerilime kırılma gerilimi kısaca zener gerilimi denir. Zener gerilimi zener diyotlarda diyot kodundan/kataloğundan bulunabilir. 2-200V arasında zener gerilimine sahip diyotlar bulunur. Yarıiletken diyottan farklı olarak zener diyotlar genellikle ters polarmada kullanılır. Çünkü ters polarmada belli bir gerilime kadar zener diyot açık devre gibi davranır, sonrasında kısa devre olur. Ör: 3,3v’luk bir zener diyotta 3,3v’tan küçük gerilimlerde devreden geçen akım sıfırken, 3,3v’tan büyük değerlerde devreden akım geçer. II. Gerekli Malzemeler III. Deney 4 adet 1N4007 diyot 1kΩ direnç 33kΩ direnç 5µf kapasitör 5V zener diyot 10 sin (240πt-0⁰) sinyal kaynağı 10 sin (240πt-180⁰) sinyal kaynağı Osiloskop Deneyin Yapılışı (Benzetim/ Benzetim programında): Zener diyotla ilgili akımgerilim eğrisini siz çıkarınız. 3,3Vluk zener diyoda 12V’a kadar değişik giriş gerilimleri uygulayınız. Sonra diyotun yönünü değiştirip aynı işlemleri tekrarlayınız. İlgili birimleri aşağıdaki tablolara not ediniz ve grafiği çiziniz (VZ-IZ eğrisi) . Ş EKİL 37: Z ENER DİYOT DE V RESİ DENEY 4: TAM DALGA DOĞRULTUCULAR VE ZENER DİYOT T ABLO 5: Z ENER D İYOT ……………… P OLARMA VR VZ IZ 0,2 0,5 0,75 1 2 3 4 5 10 12 2 3 4 5 10 12 T ABLO 2: Z ENER D İYOT …………… P OLARMA VR VZ IZ 0,2 0,5 0,75 1 IZ (mA) 30 ileri polarma 20 10 VZ (V) 4 3 2 1 0,5 10 ters polarma 20 30 Ş EKİL 38: Z ENER DİYOT EĞRİSİ 1 1,5 30 31 DENEY 4: TAM DALGA DOĞRULTUCULAR VE ZENER DİYOT Zener Diyot Regüleli Köprü Tipi Doğrultucu Zener diyot ters polarmada üzerindeki gerilimi belli bir seviyede (zener gerilimi) sabit tuttar. Doğrultucularda zener diyodun bu özelliğinden yararlanılır. 33k Ş EKİL 39: Z ENER D İYOT R EGÜLELİ K ÖPRÜ T İPİ D OĞRULTUCU Deney 1: Şekil 39’daki devreyi laboratuarda kurunuz. Trafonun girişine 220V, 60Hz’lik sinüzoidal gerilim uygulayınız (trafo yerine sinyal üreteci kullanılabilir.1 nolu Sinyal üretecini trafonun 1. Ucu yerine, 2 nolu sinyal üretecini trafonun 2. Ucu yerine bağlayınız. Bu deneyden önce sinyal üreteçlerini istenen frekansa ve faza ayarlayınız. Doğruluğunu Osiloskopta kontrol ediniz. 2 sinyal aynı genlik ve frekansta olmalı ve 180 derece faz farkına sahip olmalıdır. ) Trafonun çıkışındaki ve yük üzerindeki sinyali Osiloskop yardımıyla izleyiniz. Sinyal şeklini, genliğini ve frekansını not alınız. Ş EKİL 40: T RANFORMATÖRÜN ÇIKIŞ SİNYALİ (S İNYAL ÜRETECİ ÇIKIŞ SİNYALİ ) DENEY 4: TAM DALGA DOĞRULTUCULAR VE ZENER DİYOT Ş EKİL 41: T AM DALGA DOĞRULTUCUN UN ÇIKIŞ SİNYALİ IV. Çalışma Soruları Soru 1. Giriş gerilimi 220V, 50Hz, çıkışı (yaklaşık) DC 10V, dalgalanma faktörünün %2’den az olan bir köprü tipi doğrultucu devresini gerçekleştiriniz (R ve C değerlerini hesaplayınız). Soru 2. Soru 1’deki devrenin çıkışını 9.1Va sabitleyiniz. Devreyi benzetim programında kurunuz ve çıkış gerilimini osiloskop yardımıyla gösteriniz. Devre şemasını ve Osiloskop ekran görüntüsünü çıktı alarak deney raporunuza ekleyiniz. 32 33 DENEY 5: TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ DENEY 5: TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ I. Önbilgi Transistör Transistörler yarıiletken teknolojisiyle üretilmiş, azınlık-çoğunluk yük taşıyıcılara sahip solidstate elektronik devre elemanlarıdır. Solid-state ne demek araştırınız. Transistörler, BJT,FET,MOSFET gibi değişik türlerde elemanlar olarak adlandırılabilir. Fakat transistör terimi genel olarak BJT’leri kapsar. FET, MOSFET ve diğer çeşitler kendi isimleriyle adlandırılır. Bipolar Junction Transistor (BJT) (Çift Kutuplu Yüzey Bileşimli Transistör) Transistörler P ve N tipi yarıiletkenlerin birleşimiyle yapılırlar. İki tip BJT Vardır: NPN transistör ve PNP transistör. NPN transistörde iki N tipi madde arasına bir P tipi madde, PNP transistörde ise iki P tipi madde arasına bir N tipi madde sıkıştırılır. Bu maddeler birbiriyle yüzeysel olarak temas halindedir. Ş EKİL 24: T RANSİSTÖRÜN TEMEL YAPISI Ş EKİL 25: PNP VE NPN TİPİ TRANSİSTÖR Transistörlerde 3 uç bulunur. Bunlar Emetör (E)(yayıcı), Baz (B) (taban) ve Kollektör (C) (toplayıcı)’dür. DENEY 5: TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ Transistörün sağlamlık kontrolü Ş EKİL 26: TRANSİSTÖRÜN İÇ YAPISI 1. Transistörün sağlamlık kontrolü multimetrenin diyot kademesiyle yapılır. 2. Multimetrenin anot ucu transistörün bir bacağına sabitlenir. 3. Multimetrenin katot ucu, transistörün her iki bacağına sırasıyla değdirilir. 4. Her iki bacaktan da bir değer bulununcaya kadar işlem diğer bacaklarla tekrarlanır. 5. Transistörün bir bacağından diğer iki bacağına doğru bir değer okunduğunda, transistörün bu ucu baz dır. 6. Baz ile diğer uçlar arası pozitif değer Varsa bu NPN tipi transistördür. 7. Eğer baz ile diğer uçlar arasında negatif değer Varsa bu PNP tipi transistördür. PNP tipi transistörde multimetrenin uçları değiştirlir ve baz ucuna katot bağlanır. 8. Baz ucu ile herhangi bir uç arasındaki değer not edilir. Bu işlem diğer bacak için tekrarlanır. 9. Hangi bacak daha yüksek değer veriyorsa bu uç emetör ucudur. 10. Diğer uç kollektör olur. Transistör Parametreleri Ş EKİL 27:BJT' NİN KUTUPLAMA BAĞLANTILARI 34 35 DENEY 5: TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ Transistörün çalışması için gerekli kutuplama bağlantıları üstteki şekilde gösterilmiştir. NPN tipi transistörde C-E arası ve B-E arası doğru polarma, PNP tipi transitörde ise ters polarma uygulanır. Transistörde önemli bir parametre Beta DC ve Alfa DC Akım kazançlarıdır. Ortak emetörlü bağlantıda akım kazancı (β): IC=(1+β)ICO+βıb Β≌ 𝐼𝐶 𝐼𝐵 ⟺ IC≌ βxıb Emetör akım eşitliğini kullanarak IE=IC+IB ⟺ IE=( βxıb)+IB = IB(1+β) Ortak baz bağlantıda akım kazancı (α): 𝐼 Α= 𝐼𝐶 𝐸 Emetör akım eşitliğini kullanarak IE=IC+IB 𝐼 Α= 𝐼𝐶 ve β≌ 𝐸 𝐼𝐶 𝐼𝐵 1 ⟺ 𝐼𝐸 𝐼𝐶 𝐼 = 𝐼𝐵 + 1 𝐶 1 𝛽 Eşitlikleri yerine konulursa; 𝛼 = 1 + 𝛽 Yani 𝛼 = 1+𝛽 Olarak bulunur. Transistörlerde β akım kazancı sabit olarak kabul edilse de, gerçekte kollektör akımına ve sıcaklığa bağlı olarak değişir. Transistörün karakteristiği belirleyen 4 bölge bulunmaktadır. 1. Bölge VCE çıkış gerilimindeki değişime göre, IC çıkış akımındaki değişimi gösterir ve RC çıkış direncini belirler. 2. Bölge karakteristik eğrisi IB giriş akımındaki değişime göre, IC çıkış akımındaki değişimi gösterir ve ß akım kazancını belirler. 3. Bölge karakteristik eğrisi VBE giriş gerilimindeki değişime göre, IB giriş akımındaki değişimi gösterir ve RG giriş direncini belirler. 4. Bölge karakteristik eğrisi VBE - VCE bağıntısı VBE giriş gerilimindeki değişime göre, VCE çıkış gerilimindeki değişim miktarını gösterir. Bu değişim, gerilim transfer oranı olarak tanımlanır. DENEY 5: TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ Transistörün Giriş Karakteristiği Transistörün giriş karakteristiği, baz akımı ve baz gerilimi arasındaki ilişkiye bağlıdır. Bu ölçümde C-E arası potansiyel fark sabit tutulur. Baz akımı değiştirilir ve bu değişikliğin baz gerilimi üstündeki etkileri gözlemlenir. karakteristiği, Transistörün diyot giriş karakteristiği ile benzerlik gösterir. VBE<0,5V iken IB ihmal edilecek kadar küçüktür. VBE≥0,6V olduğunda IB çok küçük değerlerde artmaya başlar. Transistörlerde, genel olarak, VBE=0,7V olduğunda transistör iletime geçer. Ş EKİL 28:T RANSİSTÖRÜN GİRİŞ KARAKTERİSTİĞİ Transistörün Çıkış Karakteristiği Transistörlerde çıkış sinyali genelde C-E arası alınır. Transistörün çıkış karakteristiği kollektör akımı ve gerilimi arasındaki karakteristik ilişkiden üzerinde elde baz edilir. Bu akımının doğrudan etkisi Vardır. Bu sebeple farklı baz akımları için farklı değerler elde edilir. VCE gerilimi belli limitler dahilindedir, bu limit aşılırsa transistörde kırılma meydana Ş EKİL 6: T RANSİSTÖR ÇIKIŞ KARAKTERİSTİĞİ gelir. Ş EKİL 29: T RANSİSTÖRÜN ÇIKIŞ EĞ RİSİ 36 37 DENEY 5: TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ II. Gerekli Malzemeler III. BC238 transistör 10kΩ direnç 1kΩ direnç 1 adet DMM (ampermetre) 1 adet DMM (Voltmetre) 2 adet ayarlı DC güç kaynağı Breadboard Deneyin Yapılışı Şekildeki devreyi benzetim programına kurunuz. IC, IB ve IE değerlerini okumak için DC Ampermetre, VCE ve VBE değerlerini okumak için DC Voltmetre kullanınız. I. II. VBB=2V VCC=sırasıyla 10V, 12V ve 15V III. VCE ve VBE gerilimleri voltmetre bağlamadan diğer Ş EKİL 30: T RANSİSTÖR P ARAMETRELERİ BENZETİ M PROGRAMI DEVRE ŞEMASI tüm ölçümleri ampermetre bağlayarak yapınız. IV. V. Aşağıdaki tabloda BENZETİM yazan kısımları doldurunuz. VCE, VBE ve beta kazancını hesaplayınız. Bulduğunuz değerleri tabloda ANALİZ yazan kısma not alınız. -VCC+IBRB+VBE+IERE=0 -VCC+ICRC+VCE+IERE=0 𝐼𝐶 Β≌ 𝐼𝐵 VI. Değerleri bulduktan sonra VBE ve Vce voltmetrelerini bağlayınız ve çıkan sonucu tabloda BENZETİM yazan yere not alınız. DENEY 5: TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ VCC 10 V 12 V 15 V IB BENZETİM BENZETİM BENZETİM IC BENZETİM BENZETİM BENZETİM IE BENZETİM BENZETİM BENZETİM VCE ANALİZ ANALİZ ANALİZ VCE BENZETİM BENZETİM BENZETİM VBE ANALİZ ANALİZ ANALİZ VBE BENZETİM BENZETİM BENZETİM Β ANALİZ ANALİZ ANALİZ Ş EKİL 31: TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ BENZETİM SONUÇLARI Devreyi şemada görülen şekilde sadeleştiriniz. Öncelikle IB akımını 0ua olarak ayarlayınız. Sonra VCE gerilimini 1V, 2V, 3V… yaparak IC değerini tabloya yazınız. Sonra IB akımını 40 uA olarak ayarlayıp VCE gerilimini artırarak aynı işlemi tekrarlayınız. IB akımını 60uA ve 100uA yaparak deneyi tekrarlayınız. Ş EKİL 32: TRANSİSTÖR PARAMETRE LERİ DENEY ŞEMASI IB=0µa IB=40µa IB=80µa IB=100µa VCE(V) IC VBE IC VBE IC VBE 1 2 3 5 7 10 Ş EKİL 33: TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ I C VE VBE DENEY SONUÇLARI IC VBE 38 39 DENEY 5: TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ Deneyi laboratuarda yapmak için: öncelikle BC238 için kullanım kılavuzundan bacak bağlantılarını bulunuz. Bacak bağlantıları DMM ile kontrol ediniz. Bazen farklı firmalar aynı kodda farklı bacak bağlantılarına sahip elemanlar üretebilir. Her zaman multimetre ile elemanların kontrolü yapılmalı. Şekildeki devreyi breadboard üzerine kurunuz. IB ve IC için aynı ampermetreyi sırasıyla, VCE içinvmetre kullanınız. 1. 2. 3. 4. IB’yi ayarlayınız (VBB’yi ayarlayarak). VCE’yi ayarlayınız (VCC’yi ayarlayarak). IC’yi ölçünüz. Tabloyu doldurunuz. Ş EKİL 34: TRANSİSTÖR PARAMETRE LERİ UYGULAMA ŞEMASI VCE(V) IC (IB=0µa) IC (IB=40µa ) IC (IB=80µa ) IC (IB=100µa) 1 2 3 5 7 10 Ş EKİL 35: TRANSİSTÖR I C -V CE DEĞERLERİ Benzetim programında ve laboratuar deneyinde bulduğunuz sonuçlar ile oluşturduğunuz tabloları, transistörün 4 bölge karakteristiğini çıkarmak için kullanınız. I. II. III. IV. 1. BÖLGE IC-VCE (her IB değeri için ayrı bir hat kullanarak) (deney sonucu) 2. BÖLGE IC-IB (benzetim programı sonucu VCE=4,5V olarak ayarlayınız) 3. BÖLGE IB-VBE (benzetim programı sonucu VCE=4,5V olarak ayarlayınız) 4. BÖLGE VCE-VBE (her IB değeri için ayrı bir hat kullanarak benzetim programı sonucu) DENEY 5: TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ Ic (mA) 2. BÖLGE 1.BÖLGE 6 5 4 3 2 1 Ib (µA) 60 50 40 30 20 10 1 2 3 4 5 6 7 8 VCE (V) 9 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 3. BÖLGE 4. BÖLGE VBE (mV) IV. Çalışma Soruları Soru 1. Transistörün 4 bölge karakteristik grafiğini açıklayınız. Her bir bölge için çalışma durumlarını ve gösterdiği özelliği anlatınız. Detay veriniz. 40 41 DENEY 6: TRANSİSTÖRLERİN ANAHTARLAMA ELEMANI OLARAK KULLANILMASI DENEY 6: TRANSİSTÖRLERİN ANAHTARLAMA ELEMANI OLARAK KULLANILMASI I. Önbilgi Transistörlerin Kullanım Alanları Transistörler yapısal bakımdan, yükselteç olarak çalışma özelliğine sahip bir devre elemanıdır. Daha yaygın kullanım amacı ise devrede anahtarlama yapmaktır. Motor, bobin veya lamba gibi yüksek güçlü elemanlarda ve lojik kapı devrelerinde anahtarlama elemanı olarak kullanılmaktadır. Ş EKİL 36: TRANSİSTÖRÜN I C -VCE KARAKTERİSTİĞİ Yukarıdaki grafikte transistörün (IC - VCE) karakteristiğindeki çalışma bölgeleri gösterilmiştir. Aktif bölge, yükseltme (amplifikasyon) işlemlerinde kullanılırken, doyum (saturasyon) ve kesim (cut-off) bölgeleri anahtarlama işleminde kullanılmaktadır. DENEY 6: TRANSİSTÖRLERİN ANAHTARLAMA ELEMANI OLARAK KULLANILMASI Ş EKİL 37:T RANSİSTÖRÜN DOYUM DU RUMUNDA İLETİMDE OLMASI Transistör doyumdayken tamamıyla iletkendir. Vcc gerilimi transistörün beyzine uygulanır. IC akımı en üst seviyede, VCE gerilimi sıfırdır. Ş EKİL 38:TRANSİSTÖRÜN KESİM DURUMUNDA YALITIMDA OLMASI Transistör kesimdeyken tamamıyla yalıtkandır. IC akımı sıfır, VCE gerilimi en üst seviyededir. Transistörlerin Anahtarlama Elemanı Olarak Kullanılması Transistörlerin anahtarlama elemanı olarak kullanılması oldukça yaygındır. Böylelikle yüksek akım-gerilim gerektiren yükler düşük bir tetikleme gerilimi ile kontrol edilebilmektedir. Anahtarlama elemanı olarak kullanılmasında iki önemli unsur Vardır: Kesim noktası ve doyum noktası. İyi bir anahtarlayıcı bu iki nokta arasında çok hızlı gidip gelebilmelidir. Transistör ya açık ya da kapalı olmalıdır. Diğer bir ifadeyle giriş düşükvajda olduğu zaman çıkış yüksekvaja çıkabilmeli, giriş yüksekvajda olduğu zaman çıkış düşükvaja inebilmelidir. 42 43 DENEY 6: TRANSİSTÖRLERİN ANAHTARLAMA ELEMANI OLARAK KULLANILMASI Ş EKİL 39:NPN VE PNP TRANSİSTÖR POLARMASI Transistörün iletken olabilmesi için; NPN tipi bir silisyum transistörün beyzine yaklaşık olarak +0.6 V, PNP tipi bir silisyum transistörün beyzine ise yaklaşık olarak -0.6Vbir sinyal uygulanması gerekir. NPN bir transistörün emiterdeki ucu katot olur. Emitere yani katoda negatif, kollaktör ve beyze yani anot tarafına pozitif polarma uygulanır. PNP bir transistörün anot tarafı emiterdedir ve pozitif polarma alması gerekir. Transistörü anahtarlama elemanı olarak kullanmak için hazırda kullanılan yük devresine, transistörün C-E uçları seri olarak bağlanır. Anahtar elemanı olarak transistör iki parametre ile kullanabilir. Transistörün beyzine yeterli akım geçişini sağlamak Transistörün beyz-emiter arası yeterli gerilim geçişini sağlamak II. Gerekli Malzemeler Breadboard 330Ω direnç 2.2kΩ direnç 10kΩ direnç 2 adet 22kΩ direnç BC237 transistör 2 adet LED 5V DC güç kaynağı Multimetre Ş EKİL 40: TRANSİSTÖRÜN ON KONUMU DENEY 6: TRANSİSTÖRLERİN ANAHTARLAMA ELEMANI OLARAK KULLANILMASI III. Deneyin Yapılışı Devre 1. Şekil 41’deki devreyi breadbord üzerine kurunuz. VCC gerilimini 12V, VBB gerilimi 5V olarak ayarlayınız ve aşağıdaki tabloyu doldurunuz. Ş EKİL 41: TRANSİSTÖRÜN ANAHTAR OLARAK KULLANILMASI DENEY ŞEMASI VBB VBE VCE IB IC 5V 0V a) IB*RB+VBE=VBB eşitliği sağlandı mı? Kanıtlayınız. b) IC*RC+VCE=VCC eşitliği sağlandı mı? Kanıtlayınız. Devre 2. Şekil 42’deki devreyi board üzerine kurunuz. Transistörlerin beyzlerine +5V ve 0V veriniz. LED’in aktif olduğu durumu bulunuz. LED aktif olduğunda gerekli ölçümleri yapınız ve aşağıdaki tabloya kaydediniz. LED sönükken de aynı ölçümleri tekrarlayınız ve tabloya kaydediniz. Ş EKİL 42: T RANSİSTÖRÜN ANAHTARLAMA DEVRE ELEMANI OLARAK KULLANILMASI DENEY ŞEMASI 44 45 DENEY 6: TRANSİSTÖRLERİN ANAHTARLAMA ELEMANI OLARAK KULLANILMASI IOUT IC IB1 IB2 LED aktif LED pasif c) LED hangi durumda aktif oldu? Beyz akımlarını kullanarak gerekli açıklamayı yapınız. d) Bu devre hangi işi yapar? e) Bu devrede transistör kullanılması zorunlu mudur? V. Çalışma Soruları Soru 1. Transistör hangi özelliklerinden dolayı anahtarlama elemanı olarak kullanılabilir? Soru 2. Transistörün çalışan-ileten durumda olması için genel olarak beyz akımı ve beyz- emiter gerilimi kaç olmalıdır? Soru 3. İkinci devre üzerinde değişiklik/değişiklikler yaparak, devrenin çalışmasını tersine çeviriniz. Yani LED’in yanması gereken konumda LED sönük, LED’in sönmesi gereken konumda LED yanık olmalıdır. İlgili devreyi benzetim programında kurunuz. Benzetim programında kurduğunuz devrenin şemasını deney raporuna ekleyiniz.
