BJT TRANSİSTÖRLER:
Üç Kullanım modu:
1- Lineer mod (amfi) 2- Satürasyon (kısa devre) 3- Cut-off (açık devre)
Lineer modda, transistör DC devreleri için aşağıdaki şekilde gösterilir:
Lineer modda Base Emitter arasındaki gerilim 0.7Volt olarak görülür, Base Emitter’den 0.7 Volt daha yüksektir. Kontrol akımı olan IC ile base akımı arasındaki ilişki ise transistörün DataKartında belirtilen hFE veya β olarak adlandırılan datanın katı olarak gösterilir. Bu akım yükseltme BJT Transistörlerin bir karakteristiğidir. Bu kazanç (Gain) olarak adlandırılır.
Cut-off mode (açık devre):
Base-Emitter arasındaki açık devre, IC akımının akmamasına yol açar ve Transistör açık devre olarak davranır.
Satürasyon modu (kapalı devre):
Bir BJT Transistörün hangi modda olduğunu nasıl belirliyoruz:
Bunun için önce Transistörü Lineer mode devre karşılığında çiziyoruz:
Sonra devreyi hesaplıyor ve çözüyoruz.
Daha sonra Base akımının değerine bakıyoruz, eğer IB<0 ise bu gerçekte IB=0 demektir ve BJT Transistörümüz Açık-Devre (Cutoff) modunda diyoruz. Yani npn Transistör için Transistörden dışarı, pnp transistör için Transistörün içine doğru akıyorsa durum cutoff modudur.
IB<=0 ise gerçekte IB=0 demektir ve Transistör CutOff (açıkdevre) modundadır.
Hesaplama sonucunda IB>0 çıkarsa bu durumda, önce VCE ‘yi hesaplamamız gerekir. Eğer VCE>0.2V ise Transistörümüz Lineer modeda çalışmaktadır, yani amfi görevi görmektedir.
IB>0 ve VCE>0.2V ise Transistör Lineer mode (amfi) modundadır.
Hesaplama sonucunda IB>0 çıkarsa bu durumda, önce VCE ‘yi hesaplamamız gerekir. Eğer VCE<=0.2V ise Transistörümüz Satürasyon modunda görmektedir.
IB>0 ve VCE<=0.2V ise Transistör Satürasyon (Kapalı devre) modundadır.
ÖRNEK:
Yukarıdaki devrede, biz devrenin DC kısmı ile ilgileceğimizden dolayı, yeşil dairelerle gösterilmiş olan kondansatörlerden devreyi ayırıyoruz. Kondansatörler DC gerilimde açık devre elemanı gibi
davranırlar.
Örneğimizde Transistörümüzün hFE= β = 50 olsun Önce, bu devrenin Lineer moddaki karşılığını çiziyoruz:
Biliyoruz ki, BJT Transistörlerde IC=hFExIb Örneğimizde: IC=50xIb
Şimdi devreyi hesaplıyalım: (Ohm Kanunu V=IxR) =28.25 µA > 0
Bu şu anlama geliyor BJT transistör için Ib akımı sıfırdan büyük o halde Transistör Cut-Off mode da (Açık devre) OLAMAZ!...
O halde Satürasyonda mı? Yoksa Lineer mode da mı?
Bunu öğrenmek için Kollektörle Emitter arasındaki gerilimi (VCE)hesaplamamız gerekiyor.
Emitter, toprağa (GND) bağlı olduğunda VC yi hesaplamamız lazım:
Örneğimiz için bu da: 12V eksi 2K’lık direncin üzerinde düşen gerilim kadar olacaktır.
2K’lık direncin üzerinde düşen gerilimi bulmak için, yine ohm kanunundan yaralanarak:
IC = 50 x IB IC = 50 x 28.25 µA = 1.413 mA Böylece:
VCE = 12V – 2k x 1.413 mA = 9.175 V > 0.2V
Sonuç olarak Transistörümüz Lineer modda çalışmaktadır yani anfi görevi yapmaktadır diyebiliriz.
Bir de Transistörümüz ne kadar güç harcıyor onu hesaplayalım:
Güç DC devrelerde Akım x Gerilim şeklinde hesaplanır;
Transistörümüzün: VBE=0.7V ve üzerinden akan akımı Ib=28.25 µA bulmuştuk, ayrıca VCE=9.175V ve üzerinden akan akım, IC = 1.413 mA di.
Hesaplarsak: PBJT = 28.25 µA x 0.7V + 1.413 mA x 9.175V
≅
13 mW olarak buluruz.Şimdi birde YÜK HATTINI ve Q Noktasını bulalım:
Transistörümüzün beslemesi 12V, bu 2kohm direnç üzerindeki en yüksek gerilim, eğer transistör kapalı devre olursa 2k direnç üzerinden akacak en yüksek akım; ohm kanununa göre 6mA. Yani VCE
sıfır Volt iken IC 6mA, VCE üzerinde 12V düşme olduğunda IC akımı sıfır amper oluyor.
Bunun grafiğini çizdiğimizde ve bu grafik üzerinde devremizin çalışma noktasını işaretlediğimizde Q noktasını YÜK HATTI üzerinde işaretlemiş oluruz.
Bu grafiktan gördüğümüz; Yük hattı üzerindeki Q noktası, grafiğin alt kenarına yani Cut-Off (açık devre) bölgesine yakın. Eğer Q noktası y eksenine yakın olsaydı bu sefer Satürasyon bölgesine yakın olacaktı.
İyi bir amfi devresi için Q noktasının grafiğin orta noktasıda olmasını isteriz. Bunun nedeni devre kutuplandığında, yani DC şartlarında çalıştırıldığında ortaya çıkan Q noktası, devreye sinyal verildiğinde kırmızı hat üzerinde aşağı yukarı hareket edecektir. Q noktası Cut-Off ve Satürasyon bölgelerine girdiğinde çıkış sinyalinde kırpılmalar ve bozulmalar oluşur.
Bu nedenle Q noktasını grafiğin orta noktasına taşıdığımızda, IC= 3mA olmasını sağlamak için (örneğimizde hFE=50);
= 60 µA olması gerekir.
Base Akımının bu değerde olabilmesi için; 400k olan direncin değerini düşürüp;
188k yaparsak Q noktası Yük hattı üzerinde düzgün bir noktaya gelir.
Yukarıdaki örnek, Lineer Bölge yani BJT Transistörün amfi devresi olarak (sinyal yükseltici) kullanılması durumu için verilmiştir.
ARDUINO bağlantılarında transistörleri daha çok aç/kapa anahtarlama için kullanmaktayız.
Yani Cut-Off (kapalı; açık devre) ve Satürasyon (açık;kapalı devre) modlarında anahtar gibi kullanmaktayız.
Base gerilimini sıfır, arduino digital pin çıkışından 0 lojik seviyesi yani 0V yaparsak, Base akımı 0A olacaktır. Bu durum yukarıda belirtildiği gibi IB=0 CutOff (açık devre) durumuna karşılık gelir.
Base gerilimini 5V, arduino digital pin çıkışından lojik 1 seviyesi verdiğimizde, Base den Emittere gerilim düşümü 0.7V olduğu hesaba katılırsa, Base-digital pin bağlantısına bağlayacağımız akım sınırlayıcı direncin üzerinde 5V-0.7V=4.3V olacaktır.
Diyelim ki direncin değeri 1 olsun, üzerinden akıtacağı akım, ki bu Base’in akımı IB=4.3mA olacaktır.
Transistörümüzün kazancı (gain) hFE=180 olsun (BC547B).
IC = 180 x IB IC = 180 x 4.3mA = 0.78 A
Yük 16 ve üstü olma durumunda (ki bu çok rahat olacaktır) ;
V=0.78Ax16 =12.9Volt
Yük’ün üzerinde düşecektir. Transistör’ün üzerine düşen gerilim 12-12.9=-0.9Volt hesaplanacağına göre ve böyle bir durum olamayacağına göre (eksi voltaj), bu durumda satürasyon gerilimi geçerli olacaktır ve Transistör üzerinde düşen gerilim satürasyon gerilimi; 0.2 Volt olacaktır.
Yani Transistörümüz açık devre bir bir anahtar gibi davranacaktır.
Bu devrede Arduino tarafındaki digital pin’in akım limiti 40mA olduğundan ve 1Kohm’luk direnç ile (max:5V digital voltaj) Arduino’dan 4.3mA akım çekilecektir. Bu akım Arduino’ya zarar
vermeyecektir.
