BJT Transistörlerin çalışma prensibi

[keklikoğlu]

BJT ( Bipolar Junction Transistor = Tek Birleşmeli Transistör ) ' lerin musluk modeliyle çalışmasının anlatımı.

(bkz.BC237 , BC307 , BD135 ....... ve diğerleri).





Yarıiletken diyotların çalışma prensiplerini anlayabilmek için p ve n tipi malzemeleri bilmek gerekir.

P TİPİ: 4 valans (değerlik) elektronlu Silisyum elementinden meydana gelmiş bir bloğa 3 valans elektronlu malzemeler ile katkılama yapılırsa, silisyumdan dolayı, bir elektronun yerleşebileceği bir BOŞ YER kalır (tabi bu bir tek atom için geçerli, blokta ise katrilyonlarca atom var). Bu boş yerlere delik adı verilir ve, aslında öyle olmasalar da bunlar, + yük kabul edilir. Bu şekilde, delik yoğunluğunun fazla olduğu malzemeler p-tipi malzeme adını alır (pozitifin p sinden)

N TİPİ: 4 valans elektronlu Silisyum elementinden meydana gelmiş bir bloğa 5 valans elektronlu malzemeler ile katkılama yapılırsa, silisyumdan dolayı, bir elektron açıkta kalır ve elektronun da - yük olduğu düşünülürse, bu şekilde, elektron yoğunluğunun fazla olduğu malzemeler n-tipi malzeme adını alır (negatifin n sinden)

Ön bilgiler verildikten sonra yarıiletken diyodun çalışma prensibine geçebiliriz.

p ve n tipi malzemeler bir araya getirilerek JONKSİYON denilen yapı meydana getirilir (ayrıca jonksiyon, bu p ve n tipi malzemelerin birbirine yapıştığı yer = dirsek olarak da bilinir). 200 mikro metre uzunluğundaki bir p-n jonksiyonunda n tipi bölgenin genişliği 2 mikro metreyken, p tipi bölgenin genişliği 198 mikro metredir.

Bu şekilde oluşmuş bir yapıda, elde edilen uzunluk-yoğunluk farkından dolayı, yapıdan akım geçmesi için akımın p den n ye doğru akacak şekilde kutuplama yapılması gerekir.

Aksi takdirde yapı yüksek direnç göstereceğinden, içinden geçen akım mikro amper seviyelerine düşer ve bu da "akımın geçmemesi" olarak düşünülebilir. Diyodun sembolündeki çizgi de buradan gelir. Ok yönü, akımın akacağı yönü gösterirken çizgi ise, bu bölgeye doğru uygulanacak pozitif gerilimin engelleneceği anlamına gelir. Piyasadaki diyotların üzerine konan çizgi de bu anlama gelir. Yani akım, bu çizgiye doğru akabilir.

Bu özelliklerinden dolayı diyotlar, AC gerilimden DC gerilim elde etmede, kondansatörlerle beraber kullanılır.

Diyotlar temelde, iki malzemeden üretilebilir: Silisyum (Si) ve Germanyum (Ge). Si diyotlar, doğru kutuplamada 0.6 V civarında iletime geçerken, Ge diyotlar 0.3 V civarında iletime geçerler.

Peki diyotlar ters kutuplamada nasıl davranırlar? Ters yönde uygulanan gerilim belli bir seviyeye gelince, diyottan ciddi manada bir akım geçmeye başlar. Bu olaya DELİNME (BELVERME = BREAKDOWN) denir ve bu olay diyodun bozulması anlamına gelir.


(Yukarıdaki DİYOT KARAKTERİSTİĞİ grafiğinden de bu olay rahatlıkla görülebilir)
Diyotlar sadece bu şekilde bozulmaz. İleri yönde kutupladığınız zaman, içeriden geçecek akım belli bir seviyeyi aşmamalıdır. LED'ler aklınıza getirin. Kırmızı bir LED'in optimum ışık verme gerilimi 1.21 V tur. Bunun ucuna 12 V verirseniz LED'i bozarsınız.

İşte diyotlar, bu akım geçirme-geçirmeme özelliklerinden dolayı transistörlerin yapı taşları olarak kullanılmaktadır.

ZENERLER:


Zener diyotlar, diyotlardaki ZENER OLAYINDAN faydalanmak için üretilmişlerdir. ZENER OLAYI: Ters kutuplamada diyodun, kendi üzerinden BELLİ BİR GERİLİM SEVİYESİNDEN FAZLASINI GEÇİRMEMESİ olarak bilinir.

Dolayısıyla zenerlerden, özellikle regülatör devrelerinde faydalanılır. Bir veya birkaç elemana paralel ve TERS YÖNDE bağlanırlar. Paralel bağlı elemanlar üzerindeki potansiyel farkın (gerilimin) eşit olduğu düşünülürse, bu elemanlar üzerinde sabit bir gerilim elde edilmiş olur.

Zenerlerin üzerinde, ters bağlandıklarında en fazla kaç V gerilimi üzerinden geçirecekleri yazılı bulunur. Mesela, 9.1 V zenerin üzerinde "9 V 1" yazar. Benzer şekilde 8.2 V zenerin üzerinde de "8 V 2" yazar. Ayrıca piyasada satılan zenerlerin renkleri de genelde koyu turuncudur.


TRANSİSTÖRLER:

Transistörler temel olarak 2 tipten oluşurlar. Bunlar, baştaki resimde de gösterildiği üzere NPN ve PNP tiplerdir. Simgelerindeki farkları da görüyor olmalısınız. Şöyle ki; 3 harften oluşan NPN ya da PNP kısaltmasındaki N harf(ler)inin durumuna bakıyorsunuz. Eğer N harfi, kısaltmanın dış tarafında kalıyorsa (yani NPN), simgenin oku da dış tarafa bakar (NPN tipi transitörün simgesine bakın). Eğer N harfi, kısaltmanın iç tarafında kalıyorsa (yani PNP), simgenin oku da iç tarafa bakar. NPN ve PNP transistörlerin yapı farklarına daha sonra değiniriz.

Transistör Uçları:

BAZ/BEYZ (Base = Taban): Transistörün tetiklenme ucudur. NPN transistörler için bu uca 0.6 - 0.7 V civarı bir POZİTİF gerilim uygulanmalıdır.

KOLEKTÖR (Collector = Toplayıcı): Transistör tetiklenince, akım bu uçtan....

EMİTER (Emmitter = Yayıcı) ucuna doğru akar.

Transistörün Çalışması: NPN transistör için açıklayalım: BAZ ucuna, pozitif bir gerilim (en az 0.6 V) uygulandığında, KOLEKTÖR ve EMİTER uçları arasındaki iletim sağlanmış olur. Normalde bu uçlar arasında iletim yoktur. Ama bu şekilde, akım kontröllü bir anahtarlama elemanı olarak kullanılır. PNP transistör için ise, BAZ ucuna uygulayacağınız gerilim negatif olmalıdır.

Uçların bulunması:
Örnekle açıklayalım: Aşağıda bir BC547 transistörü var. Bunun 1, 2 ve 3 diye numaralandırılmış bacaklarını bulalım.

AVOMETRE nizi OHMMETRE kademesine getirin ve aşağıdakileri yapın:
A: Kırmızı probu alın, 1. bacakta sabit tutun, siyah probu sırayla 2 ve 3 e değdirip ölçü aletinden direnç değerleri okuyun.
B: Kırmızı probu 2. bacakta sabit tutup siyah probu 1 ve 3 e değdirip direnç değerlerini okuyun.
C: Kırmızı probu 3. bacakta sabit tutup siyah probu 1 ve 2 ye değdirip direnç değeri okuyun.

A, B ve C durumlarından hangisinden ölçü aletiniz sıfırdan farklı bir direnç değeri gösterdiyse, o durumdayken kırmızı probun değdiği bacak (her denemede sabit tutulan) BAZ ucudur ve transistörünüz NPN dir. Kırmızı probun değdiği uç, hangi uçla yüksek direnç gösterdiyse o uç EMİTER ucudur, diğeri de tabi ki KOLEKTÖR ucu.

Bu denemelerde, BC 547 için, 1->EMİTER, 2->BAZ, 3->KOLEKTÖR sonuçlarını aldıysanız, başardınız demektir

Eğer kırmızı probla denediğinizde sonuç alamadıysanız siyah probla yapın; sonuç alırsanız transistör PNP dir.


ÖRNEK DEVRE:
Burada, transistörün işlevini göstermek için basit bir devre şeması veriyorum:

D0 ucunu bilgisayarınızın arkasındaki, o geniş, 25 delikli port olan PARALEL PORT unuzun, sağ-üstten 2. deliğine yerleştirin (Bu ucun adı D0 = Data 0). Sonra, inpout32.dll dosyasını indirin ve \windows\system klasörüne kopyalayın:
Buyrun inpout32.dll burda => http://rapidshare.de/files/16571301/inpout32.dll.html

Sonra VB de yeni bir proje açın, pencere üzerine iki tane CommandButton koyun (birinin caption özelliği Aç, ötekinin Kapa olsun, Aç düğmesinin Name özelliğinin Command1 olmasına dikkat edin, öteki de Command2). View menüsünden Code'ye girin. Burada şu kodları yazın:


Kod:

Public Declare Sub Out Lib "inpout32.dll" Alias "Out32" (ByVal PortAddress As Integer, ByVal Value As Integer)

Private Sub Command1_Click( )
Out &h0378, 1
End Sub

Private Sub Command2_Click( )
Out &h0378, 0
End Sub

Çalışma Prensibi: Command1'e (AÇ) tıkladığımızda, D0 pinine (2. delik) 5V vermiş oluyoruz, bu da 4.7K üzerinden düşürülerek transistörü tetikliyor ve transistörün kolektör-emiter arası iletimi sağlanıyor, LED in katodu toprağa ulaşarak devre tamamlanıyor ve LED yanıyor. Command2'ye (KAPA) tıkladığımızda bu sefer aynı deliğe 0V göndermiş oluyoruz, dolayısıyla transistör iletimden çıkmış oluyor ve kolektör-emiter arası iletim sağlanamadığından LED in katodu toprağa ulaşamıyor ve LED sönüyor.

Genel Bilgi: Buradaki OUT komutunun ilk parametresi, paralel portunuzun adresidir ve genelde 0378 dir. Biz bunu VB de &h0378 olarak kullanırız; çünkü bu bir hexadecimal sayıdır. Bu adresi nasıl öğrenebilirsiniz? Başlat->Ayarlar->Denetim Masası->Sistem öğesini açıp Donanım tabına geçin->Aygıt Yöneticisi->Bağlantı Noktaları->Yazıcı Bağlantı Noktası (LPT1)'na çift tıklayın. Kaynaklar tabına geçin. Orada G/Ç aralığı diye göreceksiniz. Oradaki başlangıç değeri, portun adresi. Peki bu komut nasıl kullanılıyor? Paralel portun hangi pinine 5V göndermek istiyorsak, 2 üzeri (pinin indis numarası) değerini gönderiyoruz. Mesela D3 için (sağ-üstten 5. pin) "Out &h0378, 8" komutunu gönderiyoruz. Çünkü burada D3 ü kullanıyoruz. İndis numarası 3 => 2 üzeri 3 = 8