Transistör Çalışma Bölgeleri Özeti

‟nin kuvvetlendirici olarak kullanılması aktif bölgede (normal kutuplama) çalışmasını gerektirir.

Bu bölgede şartlar

( )

_{( )} olmak üzere, akımlar aşağıdaki gibi verilir.

(

)

5.1.4. Kuvvetlendirici olarak BJT

Transistörlerin kuvvetlendirici (amplifier) olarak çalışması için öncelikle olarak Aktif Çalışma bölgesinde kutuplaması ve sonra girişlerine işaret uygulanması gerekir. Bu durum örneğin ( ) öz eğrisi ile aşağıdaki devre için gösterilebilir.

Şekil 4.34. Ortak emetörlü devre.

a)

b)

Şekil 4.35. BJT ( ) ve ( ) ve öz eğrileri.

(

) öz eğrisine göre girişteki

işareti, çıkışta kuvvetlenmiş işaretine dönüşür.

5.2. ISIL KARARLILIK ve KUTUPLAMA

ile sağlanabilir. Burada özel olarak ilk seçenek kapsamında bir devre tasarlamak için ısıl duyarlılık analizi yapılacaktır. Temelde üç farklı duyarlılık tanımı mevcut olup, ( ) olmak üzere;

Sonsuz küçük değişimler için kullanılan diferansiyel işlemi sonlu değişimler için kullanılırsa

Ayrıca ve arasında bağıl duyarlılık

( )

( )

olarak hesaplanabilir. ( ) büyüklüğü ‟nin ‟yu nasıl değiştireceğini gösterir.

5.2.1. Isıl Analiz

Tipik kutuplama devresi aşağıdaki gibidir.

Şekil 4.36. Ortak emetörlü devrenin tipik kutuplanması.

(

) ( )

Bu tür kutuplamada iki ayrı gerilim kaynağı kullanıldığından tercih edilmez. Tek bir gerilim kaynağı kullanmak amacı ile aşağıdaki devre önerilir.

Şekil 4.37. Baz direnci kaynağa bağlı devre.

(

) ( )

Devrenin ısıl duyarlılık analizi yapılırsa:

bulunur. Burada anlaşılacağı gibi ‟nin değişimleri ‟ye birebir yansır. Bu istenmeyen durumu ortadan kaldırmak için geri beslemeli kutuplama devresi olarak bilinen aşağıdaki devre kullanılır.

Şekil 4.38. Geri beslemeli kutuplama devresi.

( ) Bu durumda ısıl duyarlılık analizi yapılırsa:

( ) ( )

burada olduğundan ( ) olur. Dolayısıyla daha iyi bir devredir. Fakat ( ) değeri yinede çok küçük olamaz.

( )'nin çok daha küçük olabilmesi için ( ) olması gerekir. Bu ise direncinin direkt çalışma noktasını belirlemesi ve değerinin doğru kutuplama sağlanması bakımından ( ) olması gerektiğinden pek mümkün değildir. Bu durumda ( ) değerini daha da düşürebilmek için akımının üzerinden elde edildiği aşağıdaki devre önerilir.

Şekil 4.39. Isıl kararlılığa yüksek devre.

Devreye göre gerilimi direnci üzerinden değilde, direkt gibi bağımsız bir gerilim kaynağı bakımdan daha kararlı bir devreyi gösterir. Bununla birlikte Bu devrenin iki temel sakıncası;

- İki ayrı kaynak kullanma zorunluluğu,

- Baz direnç olmaması nedeniyle kaynağın kısa devre olması.

olmak üzere, istenmeyen bu durumları önlemek için aşağıdaki devre önerilir.

Şekil 4.40. Isıl kararlılığa daha iyi devre ve eş değeri.

Burada

olmak üzere

olur. Eş değer devreden, daha öncekilere benzer biçimde

( ⏞ )

olarak bulunur. Bulunan değer daha önce hesaplanana benzer olmasına rağmen nedeniyle ve diğer akımlar kararlı olacağından (değişmeyeceğinden) tercih edilir. Bu durumda;

Devrenin sıcaklık bağımlığını daha da iyileştirmek için kompanzasyonlu devre kullanılır.

𝐼

_𝐶

𝐼

_𝐵

Şekil 4.41. Kompanzasyonlu devre ve eş değeri.

Baz bölücü devrenin de analizi yapılırsa:

( ) burada şartı sağlanırsa (

) ;

olur. Buradan kolektör akımının diyot gerilimine göre bağıl duyarlılığı:

1 / 1 2 yapılabilir. Bu durumda devrenin toplam bağıl değişimi;

0

olarak azalacaktır. Yine ayarlanarak ve ‟ın azaltılması (sıfırlanması) mümkündür.

Devrede bulunan sinüzoidal kaynakların ortalama değerleri ( eş değerleri) sıfır olduğundan, ve ısıl analize etkisi yoktur.

Sorular

1*) Isıl kararlılığı daha da iyileştirilmiş kutuplama devresi tasarlamak mümkün müdür? Devredeki dirençlerinin değerlerini ( ) biçiminde ısıya bağlı düşünerek, durumu yorumlayınız.

5.3. BJT KÜÇÜK ĠġARET Eġ DEĞERĠ

Kuvvetlendirilmek istenen gerilimin (veya akımın), besleme gerilimine (veya akımına) göre küçük olması ( ) durumunda 'nin küçük işaret eş değeri (small signal equivalent) kullanılır. ‟nin çeşitli küçük eş değer modelleri mevcut olmakla birlikte, burada h parametreleri modeli kullanılacaktır.

Şekil 4.42. Transistör parametreleri küçük işaret eş değer devresi.

( ) ve ( ) olmak üzere, küçük değişimler için akım ve gerilim değerleri kullanılabilir. Buna göre

0 0 pratikte civarlarında olduğundan genelde ihmal edilir.

şartının bozulması durumunda küçük işaret eş değeri geçerliliğini yitirerek, BJT lineer olmayan davranış gösterir (çıkışta istenmeyen harmoniklerin görünmesi vb.). Bu durumda için kullanılan lineer olmayan etkilerin de modellendiği büyük işaret (large signal) eş değeri de mevcuttur.

6. BJT KUVVETLENDĠRĠCĠLER

Ayrık veya tüm devre (entegre) kullanılarak ardışık (birinin girişi diğerinin çıkışı) olacak şekilde bağlanan devrelere (kaskad bağlama) kuvvetlendirici denilir. Kuvvetlendiricide de bileşenler açısından katlar birbirinin etkilememelidir. Bu amaç için alçak frekanslarda kondansatörleri, yüksek frekanslarda ise transformatörler kullanılır. Yine devrede bakımından ihtiyaç duyulur ama bakımdan gerek olmayabilir. Bu tür elemanlarda köprüleme kondansatörleri ile köprülenir.

Şekil 6.1. Kuvvetlendirici devre blok yapısı.

Şekle göre giriş direnci, çıkış direnci adını alır. hesabında , hesabında devreye bağlı olmalıdır. Bu tür kuvvetlendiricilerde dört farklı kontrol durumu mümkündür. Bunlar;

Giriş gerilimi ile çıkış gerilimi kontrolü

Giriş akımı ile çıkış akımı kontrolü

Giriş gerilimi ile çıkış akımı kontrolü

Giriş akımı ile çıkış gerilimi kontrolü

Akım ve gerilim kuvvetlendirici devrelerle ilgilenildiğinden

0 0/ 0

olarak bulunur. Kazanç hesaplamalarında ve arasında;

0 i frekanslar) durumlarda reel olup (pozitif veya negatif), daha genel olarak kazanç

| | * + * + olarak verilir. Burada | |, kazancın genliği, kazancın fazıdır. Yine ve

| | | | olarak yazılır. Burada genlik logaritmik olarak ( birimi) göstermek üzere,

( ) 10 log 10 log

0

( ) 10 log

ⁱ

( ) 10 log

^y

6.1. GĠRĠġ ve ÇIKIġ DĠRENCĠ

Giriş ve çıkış direnci hesaplamalarında Thevenin ve Norton eşdeğeri mantığı kullanılır.

Şekil 6.2. Kuvvetlendiricilerde giriş ve çıkış direnci.

Burada yüksüz olarak kuvvetlendirici kazancını gösterir.

6.1.1. Giriş Direnci

Şekil 6.3. Kuvvetlendiricide giriş direnci.

Giriş direnci kaldırılarak, kaynağı girişten uygulanırken, direnci tutularak hesaplanır.

6.1.2. Çıkış Direnci

Şekil 6.4. Kuvvetlendirici çıkış direnci.

Çıkış direnci kaldırılarak, kaynağı çıkıştan uygulanırken, direnci tutularak hesaplanır⁷.

7 Bağımsız kaynaklar devre dışı bırakılmalıdır.

≡

6.2. KASKAD (Katlı) KUVVETLENDĠRĠCĠLER

Çeşitli matematiksel fonksiyonların gerçeklenmesi bakımından kaskad devrelerin kullanılması kaçınılmazdır. Bu kapsamda ard arda bağlanan ve birinin girişi diğerinin çıkışı olan kuvvetlendiricilerdir.

Ardışıl bağlamalarda verimliliğin artırılması için her bir kat arasında maksimum güç transferinin sağlanması için tasarım yapılmalıdır.

Şekil 6.5. Kaskad kuvvetlendirici.

6.3. BJT’li KUVVETLENDĠRĠCĠLER

BJT'li kuvvetlendiricilerin bakımından gürültüsüz (bozulmasız) ve sağlıklı çalışması için aşağıdaki şartlar sağlanmalıdır. Buna göre çıkış öz eğrisi yeniden çizilsin:

Şekil 6.6. Transistör yük doğruları.

'li devre kuvvetlendirici olarak kullanılmak istendiğinden aktif çalışma bölgesinde çalışarak, doyma bölgesine girmemesi ve 'ye uygulanacak giriş işaretinin çıkışta simetrik ve kırpılmasız olarak kuvvetlenmesi gerekmektedir. Buna göre olduğundan, _{( )} olur. Burada ve çıkış çevrimindeki eş değer ve dirençler olmak üzere,

_{( )} olur. Buradan

( ) ( )

çıkar. Transistör girişine işaret uygulanınca ve buna bağlı olarak çalışma noktası civarında değişir. Bu değişimin pozitif ve negatif alternanslar yönünde simetrik ve kırpılmasız durum için en fazla izin verilen değeridir.

_{( )}

_{( )} bağıntısından

Değişken yük bileşeni doğrusu

Doğru yük bileşeni doğrusu

𝑄

_{( )} ( ) _{( )}

ilişkisi bulunur. Normalde farklı değerlere sahip olan bu iki değer, simetrik ve kırpılmasız (maksimum kırpılmasız hal) sağlanabilmesi eşit olması gerekliliğinden

( ) pozitif negatif

CC CE sat CQ

DC AC

V V

v v I

R R

olarak seçilmelidir. Bu şartla oluşacak kırpılmasız gerilimi direnci üzerinde oluşur. Uygulamada ise sadece çıkış direnci üzerine düşen gerilimi önemli olduğundan, gerilim bölücü mantığı ile

bağıntısı ile çıkış yükü üzerine düşen kırpılmasız gerilim değeri hesaplanabilir.

6.3.1. Ortak Emetörlü Kuvvetlendirici

Sıcaklık bağımlılığı düşük ve kazancı yüksek olması nedeni ile en fazla kullanılan kuvvetlendiricidir.

Şekil 6.7. Ortak emetörlü kuvvetlendirici.

Devrede ve kublaj kondansatörleri olup, transistörü bakımdan giriş ve çıkış katından yalıtırlar. Kondansatörlerin kullanılmamaları durumunda şartlar sağlanmaz. Köprüleme kondansatörü ise durumda kısa devre olup kazanç düşümünü önler. Devre ve analiz olmak üzere, iki temel aşamada analiz edilir.

 DC Analiz

Tüm kondansatörler açık devre olur. aktif bölgede çalışmalıdır (varsayılmıştır).

Şekil 6.8. Ortak emetörlü devre eş değeri.

( ) (

) ( (

))

olmak üzere, olacağından dolayı

( ) olur. Burada eşdeğer direnç olmak üzere

 iken kesimde:

 iken doymada:

( )

Bu durumda öz eğri incelemesi yapılırak çalışma noktası seçilir.

 AC Analiz

Kondansatörler kısa (bobinler açık) devre yapılır. Tüm kaynaklar topraklanarak, yok sayılır. Bu durumda eş değer devre:

Şekil 6.9. Ortak emetörlü devre eş değeri.

Transistör parametreleri eş değeri yerine konulursa:

Şekil 6.10. 'li devrenin küçük işaret eş değeri.

𝑖 𝑖

_𝑖

𝑖

𝑟 𝑟

burada akım yönü ters olduğundan eksi işareti mevcuttur. Ek denklemler ve olmak üzere, analizin amacı , ve ‟yi hesaplamaktır. Buna göre ifadesi bağıntısında yerine konulursa;

( )

bulunur.

 GiriĢ Direnci

Şekil 6.11. Giriş direnci hesabı için eş değer devre.

( ) burada yukarıda hesaplanan çekilerek, yerine konulursa

1 1 1

bulunur. Yük direnci varken giriş direnci

/ / .

ile arasında gerilim bölücü mantığı ile, aşağıdaki ilişki yazılabilir.

 ÇıkıĢ Direnci

Şekil 6.12. Çıkış direnci hesabı için eş değer devre.

Şekil 6.13. AC analiz için eş değer devre.

0 esd fe b esd fe esd

v v

i ie b fe e e

R h i R h

v R

K K

v h i h r r

burada görüldüğü üzere faz farkı yine ‟dir.

Isıl analiz açısından gerilim kazancının ( ) kolektör akımına ( ) ısıl bağımlılığı (

yardımı ile) hesaplanırsa:

( |

|)

olarak bulunur.

6.3.1.1. Emetöründe Köprülenmemiş Dirençli Ortak Emetörlü Devre

direnci akımın daha kararlı olmasını sağlamak amacıyla, direnci kullanılırken direnci kazancı düşürmemek için köprülenir.

Şekil 6.14. Emetöründe köprülenmemiş direnci olan ortak emetörlü devre.

 DC Analiz

Ortak emetörlü devreye benzer olmakla beraber, temel fark olmasıdır. Buna göre;

olmak üzere, iken olacağından

( ) olarak bulunur.

 AC Analiz

Tüm kondansatörler ve gerilim kaynakları kısa devre olur. Bu durumda eş değer;

Şekil 6.15. Emetöründe direnç olan ortak emetörlü devre.

Transistör küçük işaret eş değerinde ve olmak üzere ihmal edilirse

Şekil 6.16. Emetöründe direnç olan ortak emetörlü devre küçük işaret eş değeri.

( )

( ) ( ( ) )

 Giriş Direnci

1

/ /

ⁱ

( 1)

i i B i ie fe E

b

r r R r v h h R

i

( )

( ) Giriş direnci nedeni ile artacaktır.

 Çıkış Direnci

Çıkış direncinin doğrudan olmaması için ihmal edilmesin. Bu durumda eşdeğer devre

Şekil 6.17. Emetöründe direnç olan devre eş değeri.

Çevre sayısını azaltmak maksadı ile devrede akım kaynağı ve direnci seri dirence dönüştürülürse eş değer devre

Şekil 6.18. Şekil 7.19‟nin yeniden düzenlenmiş hali.

1 bulunur. Buradan kazancın ısıl bağımlılığı

1

olarak bulunur. Devre sıcaklıktan daha az etkilenmekle birlikte, kazancı azalmaktadır.

 Simetrik Kırpılmasız Hal:

Simetrik ve kırpılmasız kuvvetlenmenin sağlanabilmesi için, çalışma noktası

_{( )}

6.3.2. Emetör Çıkışlı (Ortak Çıkışlı) Devre

Şekil 6.19. Emetör çıkışlı devre.

 DC Analiz

Tüm kondansatörler açık devre olmak üzere, eş değerden

 AC Analiz

Tüm kondansatörler ve kaynakları kısa devre olmak üzere, devrenin eş değeri;

Şekil 6.20. Emetör çıkışlı devre.

Transistör eş değeri ve ihmal edilerek yerine konulursa;

Şekil 6.21. Emetör çıkışlı devre eş değeri.

ikinci denklemden çekilerek, üçüncü denklem ile eşitlenirse, çıkış direnci

0 0 0

 Gerilim Kazancı

0 1 1

0

1 1

fe b y fe y y

v v

i ie b fe b y ie fe y e y

h i R h R R

K v K

v h i h i R h h R r R

bulunur. Kazançta faz farkı yoktur. açıdan etkiler:

- büyük, küçük ve iken olur.

 Simetrik Kırpılmasız Hal:

çalışma noktası

_{( )}

olarak seçilmelidir. Burada ve .

6.3.3. Ortak Bazlı Devre

Şekil 6.22. Ortak bazlı devre.

 DC Analiz

( )

 AC Analiz

Tüm kondansatörler ve gerilim kaynakları kısa devre edilir. nedeni ile ve kısa devredir. Bu durumda eş değer devre çizilir:

Şekil 6.23. Ortak bazlı devre eş değeri.

Transistörün küçük işaret eş değerini yerine koyalım (yalnızca ve göz önüne alınsın):

Şekil 6.24. Ortak bazlı devrenin küçük işaret eş değeri.

 Gerilim Kazancı

0 ^{fb y e fb F}

^y

v y y v

i ib e ib ib e

h R i h R

K v R R K

v h i h h r

Bu devrenin ortak emetörlü devreden farkı kazancın pozitif (faz farkı yok) olmasıdır.

 Giriş Direnci

Giriş direnci çok küçüktür ( ısıl dirençtir).

 Çıkış Direnci

6.3.4. Baz Bölücü Direnci Köprülenmemiş Ortak Bazlı devre

Şekil 6.25. Baz bölücü dirençlerle köprülenmemiş ortak bazlı devre eşdeğeri.

Baz kondansatörü mevcut olmadığından hesaba katılmalıdır.

* Öğrenciye ödev olarak bırakılmıştır.

 Gerilim Kazancı Faz farkı yoktur. direnci kazancı düşürecektir.

Bu devre için ( ) hesabı öğrenciye ödev olarak bırakılmıştır.

6.3.5. Kuvvetlendiricilerin Uyumlaştırıcı Devre olarak Kullanımı

İlk kuvvetlendiricide çıkış direnci büyük, ikinci kuvvetlendiricide çıkış direnci küçük olsun:

Şekil 6.26. Kuvvetlendiricilerin uyumsuz olması durumu.

Kuvvetlendiriciler arası uyumsuzluk maksimum güç teoreminin sağlanmaması nedeni ile toplam kazancın düşmesine neden olur.

Şekil 6.27. Kazanç sağlayacak uyumlaştırıcı devre.

Ortak bazlı veya emetör çıkışlı vb. diğer kuvvetlendiriciler de uyumlaştırıcı olarak kullanılabilir.

6.3.6. Darlington Çifti

Darlington çifti olmak üzere daha yüksek akım kazançları ( değerleri) istenildiğinde kullanılır.

Şekil 6.28. Darlington çifti.

≡

6.4.

EMETÖR BAĞLAMALI KUVVETLENDĠRĠCĠ

Şekil 6.30. Emetör bağlamalı kuvvetlendirici (Uzun Kuyruklu devre).

ve eş transistörler olmak üzere, devrede giriş işaretlerinin farkı ( ) alınıp kuvvetlendirildiğinden, bu devre Fark Kuvvetlendiricisi (Differantial Amplifier) olarak bilinir.

 DC Analiz

Buna göre büyük alınarak ısıl duyarlılık iyileştirilebilir. Fakat istediğimiz kadar büyük alınamaz.

Çünkü ve kaynak gerilimlerinin mevcut değerleri bakımından sınırları aşılmamalıdır.

 AC Analiz

Devrenin iki giriş ve iki çıkışı vardır. Bunlar:

analiz transistörler yerine küçük işaret eş değerleri konularak veya temel kuvvetlendirici devreler ile yapılabilir. Bu kapsamda öncelikle temel kuvvetlendirici kazançları hatırlanırsa:

Ortak emetörlü devre

eş değer kapsamında, emetör bağlamalı kuvvetlendirici üç farklı giriş durumu için incelensin:

Şekil 6.31. Emetör bağlamalı kuvvetlendirici eş değeri.

‟in çıkış alınması durumu için hesap yapılsın.

)

2 2

 Ortak ĠĢaret Zayıflatma Oranı:

Çıkış gerilimi farkı biçiminde alınarak farkı olduğunu gösterir. Bu durumda fark işareti kazancı,

olarak tanımlanır. iken olup, ilk bakışta biçiminde belirsiz olması beklenmesine rağmen, gerçekte böyle değildir. Çünkü hesabında yapılan ihmal bu duruma neden olmaktadır. Eğer bu ihmal yapılmazsa;

1 2

olarak hesaplanır. Bu durumda eş değer devre kullanılarak, ortak işaret kazancı,

oranına (bir kalite faktörü olarak) Ortak Mod Zayıflatma Oranı (Common Mode Rejection Ratio, ) denilir. Bu oranın cinsinden ifadesi;

( ) ( )

olarak hesaplanır. opampın girişindeki istenmeyen işaretleri çıkışına yansıtmama yeteneği olarak yorumlanabilir.

Uzun kuyruklu devre girişlerinden ‟nin bazı direnci üzerinden toprağa bağlanarak kullanılabilir.

Bu durumda giriş direnci

Bahsedilen her iki durumda da kazanç ifadelerinin de değişeceği unutulmamalıdır.

6.4.1. Akım Kaynaklı Uzun Kuyruklu Devre

‟nun büyük olması ‟nin büyük olmasını gerektirir. Bu durum kollektör akımlarının değişmemesi için 'nin büyük olmasını gerektireceğinden pratik değildir. Bu nedenle direnci yerine transistor kullanılarak aşağıdaki devre önerilir.

Şekil 6.32. Akım kaynaklı emetör bağlamalı kuvvetlendirici.

Bu durumda ve arasından görülen çıkış direnci, olmak üzere

( ( )

)

olarak artırılmış olur. Böylece artmış olur. Isıl bakımdan devre iyileşir.

6.4.2. Akım Aynası

Şekil 6.33. Akım aynası.

DC akım sağlamak amacı ile kullanılır.

2

1 2 1 1 2

0, 0

1 2

C

FE

B B C C C T

I FE

h

I I I I I I I I

h

olduğundan

akımı akar.

Basit akım kaynağına (gerilim kaynağı + direnç) göre üstünlüğü yük direncinden bağımsız olmasıdır.

6.4.3. Wilson Akım Aynası

Şekil 6.34. Wilson akım aynası.

Şekildeki kısa devre nedeni ile olduğundan, olarak hep sabit değerde kalacaktır. Böylece ‟nin yüksek gerilim değerlerine çıkması önlenmiş olur. Bu durumda

değerini alır. Böylece ısıl kararlılık sağlanarak, akım kararlılığı da sağlanmış olur.

 Çıkış direnci daha yüksek,

 Akım değişimleri geri besleme ile kompanze edilmiş.

Böylece daha kararlı bir devre yapısı sağlanır.

6.4.4. Akım Aynası ve Uzun Kuyruklu Devrenin Beraber Kullanılması

Şekil 6.35. Akım aynası ve emetör bağlamalı kuvvetlendirici.

ve arası direnci daha da büyütüldü. ( ‟nun artması için). olmak üzere

( )

𝑣

6.4.5. Aktif Yüklü Uzun Kuyruklu Devre

Klasik uzun kuyruklu devrede olup artırılmak istenirse, artırılmalı veya azaltılmalıdır. 'nin artması durumunda gereği 'nin sabit kalması için 'nin de artması gerekir. Bu durumda ve artar. Bu ise ve besleme gerilimlerinin artması demektir. Bu problemleri önlemek amacıyla aktif yüklü uzun kuyruklu devre önerilir.

Şekil 6.36. Aktif yüklü uzun kuyruklu devre.

‟ün bazından bakıldığında görülen direnç

iken, yük direnci üzerinden olmak üzere akımı akar. Bu durumda kazanç

olarak verilir. Burada ve 'nin seçilmesinin nedeni akım yönlerindeki uyumluluğu sağlamak amacı iledir. transistörlerin ‟e göre DC akım ve gerilim yönlerinin ters, ama AC açıdan eş oldukları unutulmamalıdır.

6.5. ÇOK KATLI (KASKAD) DEVRE KAVRAMI

Şekil 6.37. Çok katlı devre.

Devrenin toplam kazancı:

Bu ders kapsamında, düşük frekanslarda endüktif ve kapasitif etkiler ihmal edilebileceğinden, kazanç reel bir büyüklük olarak ele alınacaktır. ‟nin ile ilişkilendirmesi (gerilim bölücü mantığı ile):

( ) ( )

olarak verilebilir.

6.5.1. Doğrudan Bağlamalı Kuvvetlendiriciler

Bazı devre elemanları toleransları bakımından yeterli olduğundan, ara devre katlarını ayırmak için kondansatör kullanılmaz.

Şekil 6.38. Doğrudan bağlamalı kuvvetlendirici.

 DC Analiz

Gerilim bölücü devre mantığı ile

 AC Analiz

Şekil 6.39. Çok katlı devre eş değer devre.

T1 transistörü Ortak Emetörlü devre ₁ ^{01 1}

1 1

 GiriĢ direnci

Ortak Emetörlü Devre

( )

 ÇıkıĢ direnci

Emetörlü Çıkışlı Devre

Öğrenciye Ödev:

- Her bir transistör için simetrik ve kırpılmasız kuvvetlendirmenin sağlanabilmesi için ve

‟nin nasıl seçileceğini gösteriniz - direncini hesaplayınız.

6.5.2. Kondansatör Kublajlı BJT'li Kuvvetlendirici

Şekil 6.40. Kondansatör kublajlı çok katlı 'li kuvvetlendirici.

ve bağlama, köprüleme kondansatörü olmak üzere, ve transistorudur.

‟nin PNP olması AC analizi etkilemezken, (düşük frekans) analizini etkiler.

 DC Analiz

Bağlama kondansatörleri nedeni ile ve transistörlerinin analiz bakımından birbirlerinden farklı olduğundan, ayrı ayrı analiz edilirler.

 transistörlü devre incelensin.

Şekil 6.41. Kondansatör kublajlı 'li kuvvetlendirici ilk kat eş değeri.

Bu durum daima kontrol edilmelidir.

 transiztörlü ( ) devre incelensin: ve nedeni ile ayrıca incelenebilir.

Şekil 6.42. Kondansatör kublajlı 'li kuvvetlendirici ikinci kat eş değeri.

burada

iken, akım yönleri yukarıdaki gibi seçilsin.

olmak üzere

[ ( ⏞ )]

( ) olarak bulunur. transistörü olduğundan daima

değerindedir. ihmal edilmek üzere

şartı daima sağlanmalıdır. olduğundan, transistörün doymaya girmemesi için ve uygun seçilmelidir.

 AC Analiz

Şekil 6.43. Kondansatör kublajlı 'li kuvvetlendirici eşdeğeri.

Ortak emetörlü devre: olarak ve analizi temel kuvvetlendiricileri bağıntıları kullanarak yapılmalıdır.

SORULAR

1) Wilson akım aynasındaki akım değerini formülize ediniz.

G

(Field Effect Transistor) Geçit–Kanal jonksiyonunun tıkama bölgesinde kutuplanması ile çalışır.

 MOSFET

şartı altında (doyma bölgesinde) akımı ( ) ( )

olarak verilir. Burada olmak üzere yapısal parametreyi, eşik gerilimini, kanal boyu modülasyonunu göstermektedir ( ve boyutlarını gösterir). gerilimi BJT'deki Early gerilimine benzerdir. devre sembolleri aşağıda gösterilmiştir.

Kanal oluşturmalı Kanal ayarlamalı

olarak tanımlanır. Burada kısılma gerilimini gösterir.

G

S D

𝑃 kanal 𝐽𝐹𝐸𝑇 G

S D

𝑁 kanal 𝐽𝐹𝐸𝑇

Şekil 7.2. Jonksiyonlu 'in devre sembolleri.

Milimetre dalga boylarında (çok yüksek frekanslar) düşük gürültülü ve yüksek kazançlı devre tasarımları için HEMT (High Electron Mobility Transistor) ve bununla birlikte yüksek lineerlik gereksinimlerinde HFET (Heterostructure FET) türü transistörler kullanılmaktadır.

7.1. FET KUTUPLANMASI

kanallı transistör göz önüne alınsın.

Şekil 7.3. kutuplanması ve kuvvetlendirici olarak kullanımı.

kuvvetlendirici olarak kullanılıyorsa

şartı sağlanmak üzere doymada çalışmalıdır. Pratikte kapıdan akım akmadığı ( ) düşünülebilir.

‟in doymada çalıştığı ( 'nin ‟den etkilenmediği) kabulü ile;

( )

( ) yazılabilir.

Isıl bakımdan daha kararlı bir diğer kutuplama biçimi de aşağıda gösterilmiştir.

Şekil 7.4. Isıl olarak daha kararlı kutuplanması.

Devreye göre gerilim bölücü mantığı ile

olmak üzere

yazılır.

7.2. KUVVETLENDĠRĠCĠ OLARAK FET

kuvvetlendiriciler için ( ) çıkış öz eğrisi aşağıda verilmiştir. Böylece transistörün işaretleri nasıl kuvvetlendirdiği anlatılacaktır.

Şekil 7.5. transistörün ( ) çıkış öz eğrisi.

doyma bölgesinde kuvvetlendirici olarak çalışmak üzere, ( ) değişimi aşağıda gösterilmiştir.

Şekil 7.6. devresinin giriş ve çıkış işaretleri.

Öz eğriler ışığında transistörlerin analizlerinin yapılması gerekmektedir. Bu durum 'de olduğu gibi transistörler için de eş değerlerin kullanılmasını gerektirir. transistörlerin akım ve gerilim eş değeri olmak üzere, iki farklı eş modelinden bahsetmek mümkündür.

7.3. FET KÜÇÜK ĠġARET EġDEĞERĠ

küçük işaret eş değeri

şartı altında geçerli olup, aşağıda gösterilmiştir.

a) Akım eş değeri b) Gerilim eş değeri Şekil 7.7. transistör akım ve gerilim eş değeri.

akım eşdeğeri bir akım kaynağı ile ona paralel bir çıkış direncinden oluşurken, gerilim eşdeğeri bir gerilim kaynağı ile ona seri bağlı bir çıkış direncinden oluşur.

(

)

iken küçük değişimler için; endüktif etkileri de kapsayacak biçimde genişletilir.

7.4. FET'li KUVVETLENDĠRĠCĠLER

7.4.1. Kanal Çıkışlı FET Kuvvetlendirici

Şekil 7.8. Kanal çıkışlı FET kuvvetlendiricinin devre şeması.

ve bağlama, ise köprüleme kondansatörlerini gösterir.

 DC Analiz

Transistorun doymada olduğu kabulü ile

( ) olmak üzere

değerindedir.

 AC Analiz

eş değer devreyi ele alalım.

Şekil 7.9. Kanal çıkışlı kuvvetlendirici devrenin eş değeri.

gerilim küçük işaret eş değeri kullanılsın. (Çevre sayısını azaltmak için)

Şekil 7.10. Kanal çıkışlı kuvvetlendirici devrenin tam küçük işaret eş değeri.

ve ‟nin referansları farklı yönde olmak üzere, kazanç

0

0 ( 1) 1 0 0 / /

' ^{d S D}

r v r R r r R

i

● Kaynakta köprülenmemiĢ direnç yoksa ( )

( )

( / / )

y d y

v m m d y

d y y d

R r R

K g g r R

r R R r

olarak bulunur.

7.4.2. Kaynak Çıkışlı FET Kuvvetlendirici

Şekil 7.12. Kaynak çıkışlı kuvvetlendirici devre şeması.

 DC Analiz

 AC Analiz

Şekil 7.13. Kaynak çıkışlı kuvvetlendirici devrenin eş değeri.

‟in gerilim eş değeri kullanılırsa:

Şekil 7.14. Kaynak çıkışlı kuvvetlendirici devrenin tam eş değeri.

7.4.3. FET’li Uzun Kuyruklu Devre

Şekil 7.16. 'li Uzun Kuyruklu devre.

 DC Analiz

( )

 AC Analiz

Öncelikle temel kuvvetlendiricilerin formüllerini hatırlayalım:

Kanal Çıkışlı

r_d ( 1)R_S1

/ /

R _D Devrenin iki giriş ve iki çıkışı vardır.

 , (toprakta) durumu:

- Akım kaynağı ideal olduğundan alınır. ve mevcut bağıntıları devrenin fark kuvvetlendiricisi olarak çalıştığını göstermektedir.

BJT‟li uzun kuyruklu devreye benzer biçimde bu devrenin karakterizasyonunu göstermek üzere fark

BJT‟li uzun kuyruklu devreye benzer biçimde bu devrenin karakterizasyonunu göstermek üzere fark

Belgede ELEKTRONİK DEVRELER. Ders Notları. Dr. Serkan Aksoy (sayfa 33-0)