ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
ELEKTRONİK –I LABORATUARI
DENEY RAPORU
Yrd. Doç. Dr. Engin Ufuk ERGÜL Arş. Gör. Alişan Ayvaz
Arş. Gör. Birsen Boylu Ayvaz
1 ÖNSÖZ
ÖNSÖZ
Bu kitapçıkta Amasya Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği 3. yarıyıl dönemindeki EEM207 nolu Elektronik-I Laboratuarı dersi uygulama deneyleri bulunmaktadır.
2 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
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
4 DENEY 1: YARIİLETKEN DİYOT KARAKTERİSTİĞİ
DENEY 1: YARIİLETKEN DİYOT KARAKTERİSTİĞİ
I.
Önbilgi1. 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)
En yaygın bilinen 2 yarıiletken elementin adını yazınız.
Bunlardan birini seçerek, bu maddenin nasıl P ve N tipi yarıiletken olduğunu açıklayınız.P tip N tip
ŞEKİL 1:N VE PTİPİMADDE
ELEKTRON ……….YÜKLÜ
DELİK……… YÜKLÜ
ELEKTRON + DELİK…………YÜKLÜ5 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.
Pozitif ve negatif yükler birbirini çeker.
Bir miktar (-) yük P bölgesine ve bir miktar (+) yük N bölgesine geçer.
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
ŞEKİL 2:N VE PTİPİMADDEYÜKETKİLEŞİMLERİ
(-) YÜKLER BİRBİRİNİ İTER
(+) YÜKLER BİRBİRİNİ İTER
6 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. DeneyinYapılışı
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.
Diyodun devre eşdeğeri aşağıdaki gibidir. Silisyum
diyotlar için 0,7V ve germanyum diyotlar için 0,3V eşik gerilimi vardır.
ŞEKİL 3:YARIİLETKENDİYOT
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.
Yarıiletken Diyodun Karakteristiği
Diyodun artı ucuna Anot, eksi ucuna Katot denir. Akım geçişi ileri polarmada sağlanırken, ters polarmada sağlanmaz.
ID (mA)
VD (V) İleri polarma
bölgesi
Ters polarma bölgesi
İletime geçme gerilimi Sızıntı akımı
Kırılma noktası
VD (V)
ID (µA)
ŞEKİL 4:DİYOTUNDMM İLE KONTROLÜ
ŞEKİL 5:DİYOTUNKARAKTERİSTİKEĞRİSİ
8 DENEY 1: YARIİLETKEN DİYOT KARAKTERİSTİĞİ
Diyodun akım-gerilim karakteristiği aşağıdaki formülle matematiksel olarak gösterilir.
𝐼𝐷= 𝐼𝑜(𝑒𝑞𝑉𝐷𝑘𝑇𝑛− 1) Denklem 1
ID=diyot akımı
Io=diyot ters yön doyma akımı 𝐼𝑜 = 𝑉𝑅
𝑅𝑒ş⟹ 𝑅𝑒ş= 𝑅 ∥ 𝑅𝐷𝑀𝑀 (DMM: Dijital multimetre)
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= 𝑘𝑇𝑛𝑞 ln (𝐼𝐼𝐷
𝑜 + 1) Denklem 2 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 0,65 0,68 0,7 ID
TABLO 1:DİYOTUNID AKIMIHESAPLANMASI
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.
9 DENEY 1: YARIİLETKEN DİYOT KARAKTERİSTİĞİ
𝐼𝐷=𝑉𝑅𝑅 Olduğunu gösteriniz.
Formül ile deneyde bulduğunuz rakamları kullanarak ID=VR/R olduğunu kanıtlayınız.
Devrede güç kaynağının yönünü ters çeviriniz ve işlem başmaklarını tekrarlayınız (birimlere dikkat ediniz).
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)
TABLO 2:DİYOTUNDCKARAKTERİSTİĞİ
E (V) 0 1 2 3 4 5 10 15 VR (mv)
VD (V)
ID(µa)
TABLO 3:DİYOTUNTERSPOLARMADEĞERİ
ID
VD
ID
VD
ŞEKİL 6:DİYOTUNID-VD EĞRİSİ
ŞEKİL 7:DİYOTUNTERSPOLARMAID-VD EĞRİSİ
10 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 10 15
VR (V)
VD (V)
ID(ma)
TABLO 4:DİYOTUYGULAMASONUÇLARI
I
V
ŞEKİL 8:DİYOTUYGULAMASONUÇLARINAGÖREI-VEĞRİSİ
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: hesaplanan
değerler
Tablo 2: Benzetim değerler
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?
12 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.
13 DENEY 2: KIRPICI DİYOT DEVRELERİ
1.1.1. Seri Negatif Ön Gerilimsiz Kırpıcı 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.
ŞEKİL 9:SERİNEGATİFÖNGERİLİMSİZ KIRPICIDEVRE
ŞEKİL 10:SERİNEGATİFÖNGERİLİMLİKIRPICI DEVRE
14 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. Deneyin Yapılışı
1.2.1. Seri Pozitif Ön Gerilimsiz Kırpıcı 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 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 V
t
ŞEKİL 11:SERİPOZİTİFÖNGERİLİMSİZKIRPICIDEVRE
15 DENEY 2: KIRPICI DİYOT DEVRELERİ
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 bölücü dirençler olarak çalıştığını unutmayınız.
Bu durumda çıkış geriliminin genliği 𝑉𝑜𝑢𝑡= 𝑅2
𝑅+𝑅2. 𝑉𝑚𝑎𝑥 olacaktır. Çıkış sinyalinde bunun olduğunu ispatlayınız.
V
t
ŞEKİL 12:SERİPOZİTİFÖNGERİLİMLİKIRPICIDEVRE
ŞEKİL 13:PARALELNEGATİFÖNGERİLİMSİZ KIRPICIDEVRE
16 DENEY 2: KIRPICI DİYOT DEVRELERİ
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.
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
V
t
ŞEKİL 14:PARALEL NEGATİF ÖN GERİLİMLİ KIRPICIDEVRE
ŞEKİL 15:PARALEL POZİTİF ÖN GERİLİMSİZ KIRPICIDEVRE
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
ŞEKİL 16:PARALEL POZİTİF ÖN GERİLİMLİ KIRPICIDEVRE
18 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: V1= 10 sin (100πt) V2= -5 sin (100πt) R1=R2=R=1kΩ D=1N4001
V
t
t
t
1
2𝜋 𝜋 3
2𝜋 2𝜋 5
2𝜋 3𝜋 7 2𝜋 4𝜋
V1
V2
Vout
ŞEKİL 17:DENEY2SORU1
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.
ŞEKİL 18:DENEY2SORU2
20 DENEY 3: KENETLEME (KİLİTLEME) DEVRESİ
DENEY 3: KENETLEME (KİLİTLEME) DEVRESİ
I.
ÖnbilgiKenetleme (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 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 üzerindeki gerilim de çıkışa yansır, böylece çıkış gerilim giriş gerilimin 2 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
ŞEKİL 19:POZİTİF KİLİTLEYİCİDEVRE
ŞEKİL 20:POZİTİF KİLİTLEYİCİDEVRE
KAPASİTÖRŞARJI
ŞEKİL 21:POZİTİF KİLİTLEYİCİDEVRE KAPASİTÖRDEŞARJI
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.
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 ulaşmadan kondansatör üzerinde depolanır. Giriş sinyali negatif olduğunda ise diyot kesime gider. Girişten gelen negatif gerilim ve kondansatör
üzerindeki gerilim de çıkışa yansır.
Böylece çıkışta girişteki sinyalin en üst tepe noktası negatif DC değere sabitlenmiş olur.
ŞEKİL 22:POZİTİFKİLİTLEYİCİDEVREÇIKIŞ DALGASI
ŞEKİL23:NEGATİFKİLİTLEYİCİ DEVRE
ŞEKİL24:NEGATİFKİLİTLEYİCİDEVREÇIKIŞDALGASI
22 DENEY 3: KENETLEME (KİLİTLEME) DEVRESİ
II. Gerekli Malzemeler
1000uf kapasitör
10kΩ direnç
1N4001 diyot
10 sin 200𝜋𝑡 sinyal kaynağı
5V DC güç kaynağı
III.
Deneyin YapılışıPozitif kilitleme devresinde DC kaynak kullanmak çıkış sinyalini nasıl değiştirdi?
Üst şekildeki devreyi benzetim programına kurunuz.
Giriş ve çıkış sinyallerini (Vout= R üzerine düşen gerilim) yandaki alana çiziniz.
t V
t Vin
Vout
ŞEKİL 25:POZİTİFÖNGERİLİMLİ KIRPICIDEVRE
ŞEKİL26:POZİTİFÖNGERİLİMLİKIRPICIDEVREÇIKIŞ DALGASI
23 DENEY 3: KENETLEME (KİLİTLEME) DEVRESİ
Üstteki devreyi benzetim programında gerçekleştiriniz. Giriş ve çıkış gerilimlerini yandaki alana çiziniz.
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)
t V
t Vin
Vout
ŞEKİL27:NEGATİFÖNGERİLİMLİ KIRPICIDEVRE
ŞEKİL28:NEGATİFÖNGERİLİMLİKIRPICIDEVREÇIKIŞ DALGASI
ŞEKİL 29:DENEY3KIRPICIDEVRE1
24 DENEY 3: KENETLEME (KİLİTLEME) DEVRESİ
Devre 2.
ŞEKİL 31:KIRPICIDENEYDEVRSİ2
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.
t V
Vçıkış
5V
-5V
-10V
5 V
- 5V
7 V
- 3V 10ms
5ms 15ms 20ms
ŞEKİL 22:KIRPICIDENEY1SONUÇLARI
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 )
26 DENEY 4: TAM DALGA DOĞRULTUCULAR VE ZENER DİYOT
DENEY 4: TAM DALGA DOĞRULTUCULAR VE ZENER DİYOT
I.
ÖnbilgiYarıiletken 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.
ŞEKİL32:TAMDALGADOĞRULTUCUŞEMASI
Devrenin çıkışındaki gerilim, girişindeki gerilimin iki katıvaj olduğundan çıkış ortalama gerilimi denklem 1 ile hesaplanır.
𝑉
𝑜𝑟𝑡= 2𝑉
𝑚𝑎𝑥𝜋 ≅ 0,636. 𝑉
𝑚𝑎𝑥 𝐃𝐞𝐧𝐤𝐥𝐞𝐦𝟏 Diyotla yapılan iki tip tam doğrultucu devresi Vardır:1. Orta Sekmeli doğrultucu (iki diyotlu) 2. Köprü tipi doğrultucu (dört diyotlu) Orta Sekmeli Doğrultucu
ŞEKİL 33:ORTA SEKMELİ DOĞRULTUCU
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.
ŞEKİL 23:KÖPRÜ TİPİ DOĞRULTUCU
28 DENEY 4: TAM DALGA DOĞRULTUCULAR VE ZENER DİYOT
Filtre devreleri
ŞEKİL35:FİLTRELİ TAM DALGA DOĞRULTUCU ŞEMASI
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.
𝑑𝑎𝑙𝑔𝑎𝑙𝑎𝑛𝑚𝑎 (𝑟𝑖𝑝𝑝𝑙𝑒)𝑓𝑎𝑘𝑡ö𝑟ü ; 𝑟 =𝑉𝑉𝑟
𝑑𝑐 Denklem2
Vr rms dalgalanmavajı, Vdc çıkış geriliminin ortalama değeridir.
𝑉𝑑𝑐= 𝑉𝑚𝑎𝑥(1 − 1
2𝑅𝐶𝑓) Denklem 3
𝑉𝑟𝑚𝑠 =2√3 𝑅𝐶𝑓𝑉𝑚𝑎𝑥 Denklem 4
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 ŞEKİL36: FİLTRELİ TAM DALGA DOĞRULTUCU
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
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
III.
Deneyin YapılışıDeney (Benzetim/ Benzetim
programında): Zener diyotla ilgili akım- gerilim 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) .
ŞEKİL 37:ZENER DİYOT DEVRESİ
30 DENEY 4: TAM DALGA DOĞRULTUCULAR VE ZENER DİYOT
VR 0,2 0,5 0,75 1 2 3 4 5 10 12
VZ
IZ
TABLO 5:ZENER DİYOT ……… POLARMA
VR 0,2 0,5 0,75 1 2 3 4 5 10 12
VZ
IZ
TABLO 2:ZENER DİYOT ……… POLARMA
IZ (mA)
VZ (V)
0,5 1 1,5
2 1 3
4
10 20 30
10
20
30
ileri polarma
ters polarma
ŞEKİL 38:ZENER DİYOT EĞRİSİ
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.
ŞEKİL 39:ZENER DİYOT REGÜLELİ KÖPRÜ TİPİ DOĞRULTUCU
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.
33k
ŞEKİL 40:TRANFORMATÖRÜN ÇIKIŞ SİNYALİ (SİNYAL ÜRETECİ ÇIKIŞ SİNYALİ)
32 DENEY 4: TAM DALGA DOĞRULTUCULAR VE ZENER DİYOT
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.
ŞEKİL 41:TAM DALGA DOĞRULTUCUNUN ÇIKIŞ SİNYALİ
33 DENEY 5: TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ
DENEY 5: TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ
I.
Önbilgi TransistörTransistörler yarıiletken teknolojisiyle üretilmiş, azınlık-çoğunluk yük taşıyıcılara sahip solid- state 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.
Transistörlerde 3 uç bulunur. Bunlar Emetör (E)(yayıcı), Baz (B) (taban) ve Kollektör (C) (toplayıcı)’dür.
ŞEKİL 24:TRANSİSTÖRÜN TEMEL YAPISI
ŞEKİL 25:PNP VE NPN TİPİ TRANSİSTÖR
34 DENEY 5: TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ
Transistörün sağlamlık kontrolü
ŞEKİL 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
ŞEKİL 27:BJT'NİN KUTUPLAMA BAĞLANTILARI
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≌𝐼𝐼𝐶
𝐵 ⟺ IC≌ βxıb
Emetör akım eşitliğini kullanarak
IE=IC+IB ⟺ IE=( βxıb)+IB = IB(1+β) Ortak baz bağlantıda akım kazancı (α):
Α=𝐼𝐶
𝐼𝐸
Emetör akım eşitliğini kullanarak
IE=IC+IB ⟺ 𝐼𝐼𝐸
𝐶 =𝐼𝐼𝐵
𝐶+ 1 Α=𝐼𝐼𝐶
𝐸 ve β≌𝐼𝐼𝐶
𝐵 Eşitlikleri yerine konulursa; 𝛼1 = 1 +𝛽1 Yani 𝛼 =1+𝛽𝛽 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.
36 DENEY 5: TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ
Transistörün Giriş Karakteristiği
Transistörün Çıkış 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. Transistörün giriş karakteristiği, diyot 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.
Transistörlerde çıkış sinyali genelde C-E arası alınır. Transistörün çıkış karakteristiği kollektör akımı ve gerilimi arasındaki ilişkiden elde edilir. Bu karakteristik üzerinde baz 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
gelir. ŞEKİL 6:TRANSİSTÖR ÇIKIŞ KARAKTERİSTİĞİ
ŞEKİL 28:TRANSİSTÖRÜN GİRİŞ KARAKTERİSTİĞİ
ŞEKİL 29:TRANSİSTÖRÜN ÇIKIŞ EĞRİSİ
37 DENEY 5: TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ
II. Gerekli Malzemeler
BC238 transistör
10kΩ direnç
1kΩ direnç
1 adet DMM (ampermetre)
1 adet DMM (Voltmetre)
2 adet ayarlı DC güç kaynağı
Breadboard
III. Deneyin Yapılışı
I. VBB=2V
II. VCC=sırasıyla 10V, 12V ve 15V
III. VCE ve VBE gerilimleri voltmetre bağlamadan diğer tüm ölçümleri ampermetre bağlayarak yapınız.
IV. Aşağıdaki tabloda BENZETİM yazan kısımları doldurunuz.
V. VCE, VBE ve beta kazancını hesaplayınız. Bulduğunuz değerleri tabloda ANALİZ yazan kısma not alınız.
-VCC+IBRB+VBE+IERE=0 -VCC+ICRC+VCE+IERE=0 Β≌𝐼𝐶
𝐼𝐵
VI. Değerleri bulduktan sonra VBE ve Vce voltmetrelerini bağlayınız ve çıkan sonucu tabloda BENZETİM yazan yere not alınız.
Şekildeki devreyi benzetim programına kurunuz. IC, IB ve IE değerlerini okumak için DC Ampermetre, VCE ve VBE
değerlerini okumak için DC Voltmetre kullanınız.
ŞEKİL 30:TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ BENZETİM PROGRAMI DEVRE ŞEMASI
38 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
ŞEKİL 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.
VCE(V) IB=0µa IB=40µa IB=80µa IB=100µa
IC VBE IC VBE IC VBE IC VBE
1 2 3 5 7 10
ŞEKİL 33: TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ IC VE VBE DENEY SONUÇLARI
ŞEKİL 32: TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ DENEY ŞEMASI
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. IB’yi ayarlayınız (VBB’yi ayarlayarak).
2. VCE’yi ayarlayınız (VCC’yi ayarlayarak).
3. IC’yi ölçünüz.
4. Tabloyu doldurunuz.
VCE(V) IC (IB=0µa) IC (IB=40µa ) IC (IB=80µa ) IC (IB=100µa) 1
2 3 5 7 10
ŞEKİL 35: TRANSİSTÖR IC-VCE DEĞERLERİ
Benzetim programında ve laboratuar deneyinde bulduğunuz sonuçlar ile oluşturduğunuz tabloları, transistörün 4 bölge karakteristiğini çıkarmak için kullanınız.
I. 1. BÖLGE IC-VCE (her IB değeri için ayrı bir hat kullanarak) (deney sonucu) II. 2. BÖLGE IC-IB (benzetim programı sonucu VCE=4,5V olarak ayarlayınız) III. 3. BÖLGE IB-VBE (benzetim programı sonucu VCE=4,5V olarak ayarlayınız) IV. 4. BÖLGE VCE-VBE (her IB değeri için ayrı bir hat kullanarak benzetim programı
sonucu)
ŞEKİL 34: TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ UYGULAMA ŞEMASI
40 DENEY 5: TRANSİSTÖR PARAMETRELERİ
IV. Çalışma Soruları
Soru 1. Transistörün 4 bölge karakteristik grafiğini açıklayınız. Her bir bölge için çalışma durumlarını ve gösterdiği özelliği anlatınız. Detay veriniz.
Ib (µA)
60 50 40 30 20 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 6
5 4 3 2 1
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Ic (mA)
VCE (V)
VBE (mV)
1.BÖLGE 2. BÖLGE
3. BÖLGE 4. BÖLGE
41 DENEY 6: TRANSİSTÖRLERİN ANAHTARLAMA ELEMANI OLARAK KULLANILMASI
DENEY 6: TRANSİSTÖRLERİN ANAHTARLAMA ELEMANI OLARAK KULLANILMASI
I.
ÖnbilgiTransistörlerin 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.
ŞEKİL 36: TRANSİSTÖRÜN IC-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.
42 DENEY 6: TRANSİSTÖRLERİN ANAHTARLAMA ELEMANI OLARAK KULLANILMASI
ŞEKİL 37:TRANSİSTÖRÜN DOYUM DURUMUNDA İLETİMDE OLMASI
Transistör doyumdayken tamamıyla iletkendir. Vcc gerilimi transistörün beyzine uygulanır.
IC akımı en üst seviyede, VCE gerilimi sıfırdır.
ŞEKİL 38:TRANSİSTÖRÜNKESİMDURUMUNDAYALITIMDAOLMASI
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.
43 DENEY 6: TRANSİSTÖRLERİN ANAHTARLAMA ELEMANI OLARAK KULLANILMASI
ŞEKİL 39:NPNVEPNPTRANSİSTÖRPOLARMASI
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
ŞEKİL 40: TRANSİSTÖRÜN ON
KONUMU