Transistör polarma hesapları

[inventor]

Transistörler genel olarak üç şekilde sürülürler;

1. Karasız polarma tipi
2. Otomatik polarma tipi
3. İdeal polarma tipi

Şimdi bunların hepsi hakkında küçük bir çalışma yapalım.

KARARSIZ TRANSISTOR SÜRME ŞEKLİ:

       Bu tip transistör sürme yöntemindeki en büyük sorun; en küçük ısı değişimlerinde bile transistör  iletkenliğinde büyük değişimlere neden olmasıdır.  Anahtarlama olarak kullanılırsa,ısı artışı sırasında aç-kapalar oluşur.  Amp. Olarak kullanılırsa distorsiyon kaçınılmazdır. Şimdi hangi şartlarda transistör kararsız sürülmüş oluyor ve neden kararsız duruma düşüyor kısaca hesaplayarak izaha çalışalım. Bundan sonraki bölümlerde kullanılacak olan kısaltmaların anlamlarını verelim önce:

ICmax : Kollektör üzerinden geçebilecek max. akım
VCC     : Besleme gerilimi
RL       : Yük direnci
IC0     : Trasistörün Beyzinden herhangi bir sinyal verilmemişken Kollektöründen geçen akım ( Kollektör-Emiter arasından )
IB0     : Trasistörün Beyzinden herhangi bir sinyal verilmemişken Beyzinden geçen akım ( Beyz-Emiter arasından )
RP      : Transistör Beyz polarma direnci
RS      : Transistör Beyz stabilizasyon direnci
ß        : Transistör akım kazancı ( ⌂IC/⌂IB    Kollektör akımındaki değişimin Beyz akımındaki değişime oranı )
S        : Transistör Akım sınırlama faktörü




      Şekilde besleme gerilimini 12 Volt, yük direncini 5K, transistor ün kazancını da ( ß ) 50 olarak kabul edelim. Be değerleri kullanarak transistorün polarma direncini hesaplayalım.

İlk olarak işe transistorun akım hesaplarını yaparak başlayalım:

Formül  :  ICmax=VCC/RL    =>  ICmax=12/5   => ICmax=2,4 mA

Formül :  IC0 =ICmax/2  =>  IC0=2,4/2  => IC0=1,2 mA

Formül:  IB0=IC0/ß   =>  IB0=1,2/50  => IB0=0,024 mA

      Transistörlerin polarma direnci hesaplanırken Beyz – Emiter arasındaki iç direnci  genelde dikkate alınmaz. Bu bilgi ışığında formülümüzü verelim;

Formül : RP= VCC/IB0   =>  RP=12/0,024mA   =>  RP=500 Kohm   

       Son olarak da ısının , bu tip sürülen bir transistör üzerindeki etkisini görelim. Bilindiği gibi transistörlerin ısısı artıkça iç dirençleri düşer. İç dirençleri düşünce Beyz den uygulanan sinyalin genliği de düşürülmelidir. Bu işe negatif geri besleme diyoruz. Konuyu dağıtmamak adına o konuya  şimdilik girmeyelim. Transistörlerdeki bu ısı ile kolektör akımının değişimi konusunda bir sabit terim oluşturulmuş. Bunun adına AKIM SINIRLAMA FAKTÖRÜ deniliyor ve S harfi ile gösteriliyor.Şimdi de S nin hesabı nasıl yapılıyor onu görelim;

Formül : S=(RL+RP)/RL+(RP/ß+1)   =>  S=5+500/5+(500/50+1)   =>  S=505/5+9,80   =>  S=34,12
         
       Burada bulduğumuz 34,12 değeri  Akım sınırlama faktörü için büyük bir sayıdır. Bu rakam ne kadar küçük olursa o kadar iyidir. Alt konularda diğer polarma tiplerini hesapladığımızda rakamın daha küçük çıktığını birlikte göreceğiz.  Bu rakamın yüksek çıkması  Transistörün doğru polarmada olmadığının en büyük göstergesidir.

OTOMATİK POLARMALI SÜRME ŞEKLİ :
   
            Şekilde görülen devreler  Emiteri şase diye tabir ettiğimiz bağlantı şeklidir. Şekilde gördüğümüz gibi çıkıştaki akımın bir kısmı transistor ün beyz ucuna tekrar verilirse( R4 direnci )ve polarma bununla sağlanırsa bu bağlantıya  Otomatik polarma diyoruz. Yapılan işleme de Negatif geri besleme ismini veriyoruz. Devrede gördüğümüz polarma direncinin iki adet görevi var.

1.Beyz için gerekli polarmayı VCC üzerinden sağlamak ( RL den geçirerek )

2.Negatif geri besleme sağlamak.
   
             Burada geri besleme işini iyi anlamak gerekiyor. Nasıl oluyor da beyz akımı otomatik olarak kontrol edilebiliyor. Şimdi bunu irdeleyelim;
   Devrede kullandığımız polarma direncinin olmadığını varsayalım. Kollektör akımı arttığında  (IC ),transistor ün kolektör-emiter arasındaki direnci düşmeye başlamış demektir. Böyle bir durumda da RL direnci uçlarındaki gerilim VCC ye yaklaşmış olur. Bunun sonucunda da transistor ün kolektör –emiter uçları arasındaki gerilim azalır ( VCE ). Tam bu sırada transistor ün IC-VCE bilgileri ile hazırlanan statik karakteristik eğrisi üzerine çizdiğimiz RL yük çizgisinin tam ortasındaki çalışma noktası , bu yük çizgisinin yukarısına doğru kayma gösterir.  Kollektör akımı azaldığı zaman , VCE gerilimi artacağı için çalışma noktası yük çizgisinin alt kısmına kaymaya başlar. Böylece çıkış sinyali devamlı olarak inip çıkar. Bunu bir yerden hatırladınız sanırım. Adına distorsiyon deniliyor. Şimdi burada iki terimle karşılaştık. Statik karakteristiği ve yük eğrisi. Bunların ne olduğunu ve nasıl hesaplandığını daha sonra anlatır bu sayfanın ilk başına ekleriz. Şimdilik sadece şunu söyleyelim; Statik karakteristiği demek ,  bir transistor ün çalışma aralığı anlamına gelir  kabaca.
   
             Devrede kullandığımız polarma direncini tekrar bağladığımızı düşünelim. Beyz ucundaki  sinyali arttırdığımız zaman ,  doğal olarak kolektör akımı da artmış oluyor. IC Kollektör akımı artınca da Kollektör –emiter arasındaki gerilim değeri düşmüş oluyor ( VBE ). Transistörün Kollektör ucundaki gerilim pozitife kaymaya başlıyor ve bu pozitiflik, polarma direnci vasıtasıyla beyze iletiliyor. Böylece beyz-emiter akımı ( IBE ) zayıflıyor. Beyz akımının zayıflaması ( IBE ) sonucu ister istemez kolektör akımıda otomatikman azalmış oluyor ( IC ). Bunun sonucunda da kolektör – emiter arasındaki gerilim ( VCE )  statik karakteristik eğrisindeki çalışma noktasına  yaklaşmış oluyor.
   
              Giriş sinyali düştüğü zaman Kollektör akımı da ( IC ) azalacağından , çalışma noktası alt kısma kayacağı yerde RL yük çizgisinin ortasına yakın bir yere yükselir.Çünkü yukarıda anlattığımız işlemin tersi olur ve beyz akımı arttırılır.
   
              Böylece otomatik polarma sisteminde çalışma noktası bizim kriter kabul etiğimiz RL yük doğrusunun ortasına oturur veya az miktarda kayma gösterir. Bu polarma tipi kararsız polarma tipine göre daha kullanılabilirdir.  Düşük giriş sinyallerinin kuvvetlendirilmesi gibi  sistemlerde kısmen de olsa kullanılır. Şimdi biraz da hesap yapalım :

Formul :  VCE = VCC  - RL * ( IB + IC )   
Buradaki IB mikroamper seviyelerinde olduğu için ihmal edilebilir. Devre şemasına göre konuşacak olursak;  Kollektörden geçen akım artarsa Kollektör-emiter arasındaki gerilim düşer ( VCE ).  O zaman VBE gerilimini  bulmak için;
Formul :  VBE  = VCE – RP*IB 
Bu formüle göre VCE gerilimi azalınca otomatikman VBE gerilimi de azalır.VBE azalınca kolektör akımı ( IC )da düşer.  Kollektör akımının ( IC ) düşmesi VCE nin yükselmesine sebep olur.Buna bağlı olarak da VBE otomatikman artar. Böylece giriş sinyaline göre  beyz polarması VBE0 ın altında ve üstünde eşit aralıklarla değişerek  kolektörden temiz bir çıkış alınmasını sağlar.
Şimdi Akım sınırlama faktörünü bulalım :
VCC = 12 volt        ß = 50    IC = 1,2 mA   VBE = 0,6 volt     alarak hesap yapalım.
VCE = VCC/2   => VCE = 12/6   => VCE=6 volt
RL = ( VCC-VCE ) / IC     => RL = ( 12-6 ) / 1,2   =>  RL = 5 K ohm
IC = ß * IB   =>  1,2 = 50 * IB   =>  IB =  0,024 mA
RP =  ( VCC-VBE ) / IB  =>   RP = ( 6-0,6 ) / 0,024   => RP = 225 K ohm
S = ( RL+RP ) / RL+ ( RP/1+ß )  => S =( 5+225 ) / 5+( 225/1,2+50 )   => S=23,15

Bu akım sınırlama değeri aynı şartlardaki bir önceki polarma şekline göre çok daha iyidir.

İDEAL POLARMALI TRANSISTOR SÜRME ŞEKLİ:

Şekilde  görülen R9 direnci artık Emiter direnci olarak adlandırılacaktır.R8 yük direnci,R11 polarma direnci,R12 ise stabilizasyon direnci olarak anılacaktır.
Şemaya bakacak olursak ; emiter direnci üzerinden hem beyz akımı ( IB ) hem de kolektör akımı ( IC ) geçmektedir.Bu bilgilerden yola çıkarak R12 stabilizasyon direnci üzerine düşen gerilimi  hesaplayalım.
Formül :   VR12 = VCC – R11*( IP + IB )
Bu formüldeki IB beyz akımı oldukça küçük olduğu için genelde ihmal edilir ve hesaplara dahil edilmez. Bu haliyle yeni formül şu şekilde olur;
Formül :  VR12 = VCC-R11*IP
Beyz emiter arasındaki gerilim hesabını da ;
Formül :  VBE = VR12-RE * ( IC+IB )   =>  burada ki IB akımı ciddiye alınmazsa yeni formül ;
   VBE = VR12-RE*IC    şeklinde olur.
Şimdi de Kollektör akımı için formülümüzü yazalım :
Formül :  IC = ß*IB+ICE0
Formül : VRE = RE*IC
VBE gerilimini hesaplamak için şöyle bir formül yazmıştık :
VBE=VR12-RE*IC
Şimdi ideal polarmalı transistör bağlantı şekli hakkındaki tüm yorumlarımızı bu formül üzerinden yapalım.
Bu formüle göre VBE nin düşmesi transistor ün IB beyz akımının düşmesine neden olacaktır. Bu durumda beyz akımının düşmesi kolektör akımının da ( ß*IB ) kadar azalmasına neden olur.Böylece hem kollektör akımı hem de transistorün ısı olarak harcadığı fazladan güç sabitlenmiş olur. Bunun içindir ki transistörlerin beyz uçları ile şase uçları arasındaki gerilimin mümkün olduğunca sabit kalması istenir. Bunun için beyz – emiter arasına stabilizasyon direnci dediğimiz direnç eklenir.
Bu şemaya göre polarma direnci ve stabilizasyon direnci hesaplanırken mutlaka IP polarma akımının bilinmesi gerekir. Bunu öğrenmek için transistor ün girişinde sinyal yok iken IB0 beyz akımının bulunması gerekir. Artık bu bilgi datasheetlerden alınabiliyor. Örnekle açıklayacak olursak bu hesapları :
IB0=100 UA ( mikro amper ) kabul edelim.
Polarma direnci üzerinden IP+IB akımının geçtiğini biliyoruz. Pratikte IP polarma akımı sinyalsiz beyz akımının ( IB0 ) 5-10 katı arasında seçilir.
IP = 5*IB0 = 5*100 = 500 mikro amper
IP = 8*IB0 = 8*100 = 800 mikro amper
Polarma dirençleri için formüllerimizde yazıp bitirelim;
RE=VBE/( IC + IB )
CE= 1/(100*RE )
R11=( VCC-VR12 ) / (10*IB0 )
VR2 = VBE + IC0 * RE
R12= ( VR2 ) / 10*(IC0 /  ß )

Konu anlatımını buradan ileriye götürmek istemiyorum. İyice dağılacak. Yukarıda bütün polarma hesapları ile ilgili formülleri verdik. Bundan sonrası ohm kanunundan başka bir şey değil.
Bu arada bu polarma tipinin en iyi olma nedeni ; transistor ün ısınma karşısında kendisini kontrol edebiliyor olmasıdır. Ne çıkıştaki akımda bariz bir değişme olur, ne de ısıda bir artış  yaşanır. Tabii ki bu doğru hesaplarla seçilen malzemeler ile kurulan devreler için geçerlidir. Bu polarma tipinde transistör yapay kaynakla ısıtılsa bile çıkış akımını fazla değiştirmez. O nedenle distorsiyon istenmeyen yerlerde özellikle tercih edilir.



inventor

[est32]

teşekkürler,göz ardı edilmemesi gereken önemli bilgiler...

[medes]

inventor
bu yazı beni etkiledi çünki elektronikte bilinmesi gerekenler bilinmiyor ise bilgiden yoksul kalınmış demektir. sana bu konuyu başlattığın için teşekkür ederim.
konu çok güzel bu konun devamı faydalı olacak çünki yarım kalan bazı noktalar. olması    gereken transistör'ün sürülme çeşitleri ve kullanılan yerler  açısından farklılık arz etmektedir.
A tipi sürme  B tipi sürme C tipi sürme A_B tipi sürme çeşitleri olmak üzere dört şekilde sürme
vardır. yukarıda anlatılan yalnızca A tipi transistor sürme şeklinin çeşitleridir.
A tipi sürme = çeşitleri  kararsız sürme, otomatik sürme, ideal polarmalı sürme ,olarak değişik
şekillerdedir. burada en önemli olay örneğin 12v besleme voltacının  transistor'ün   collektör'ünde mutlaka beslemenin yarısı yani 6v olması gerekir.bu ayarlama beys'e uygulanan
akımla ayarlanarak elde edilir. A tipi sürme= kullanılan yerler ses amplifikator'ü mikrofon sesi yükseltici katlarında video sürücü devrelerinde gönderilen sinyalin tam sinus olarak elde  edilmesi gereken her yerde  A tipi sürcü devreler kullanılır.
B tipi sürücü devrelerde transistorün collektöründe besleme voltaj'ının tamamı okunur
12v besleme transistörün collektöründe  okunur öyleki transistörün beys anma akımı öyle
ayarlanırki en küçük akım oynamasında transistör iletime geçer.
B tipi sürme genelde ses amplifikatörlerinin  çıkış katında kullanılır.  beys anma akımı uygulanmasa transistör belirli bir süre iletime geçmez taaki anma akımına ulaşana kadar aksi halde uygulanan sinyalin transistor anma akımına ulaşana kadar transistörün collektöründen sinyal çıkmayacaktır buda ses kesintisine sebep olur.
C tipi sürücüler = anahtarlama devrelerinde ve telsiz çıkış devrelerinde FM VERİCİ ÇIKIŞ devrelerinde kullanılır. bu tip sürücülerde beys anma akımı kullanılmaz.
A_B tipi sürücüler amlifikatörlerin çıkış transistorlerini sürmek için kullanılan adındanda anlaşıldığı üzere ne A nede B ikisinin arasında bir akımla çalışan bir sürme şeklidir transistörün
collektöründe 12v beslemenin 4/1 bulumaktadır.

[ELZEMEFE]

Bu tarz bilgiler görmek güzel...

[medes]

konu transistorün anma akımı anma akımı ( akım=voltajı=eşik gerilimi) beys ile emiter arasına uygulanan
voltaj'la orantılıdır. bu voltaj kullanılan trasistöre göre değişmektedir.
bu voltaj avrupa transistörlerde örnğin=BC 237    BD 139 gibi trasitörlerde 0,5v olarak  voltaj
uygulandığında transistör tam iletim noktasında bekler en küçük akım=voltaj yükselmesinde
transistor iletime geçer.
japon taransistörlerde ise örneğin= 2SC 1181 2SD 1675 gibi anma akımı ( akım=voltaj )      ise  eşik gerilimi 0,6v olarak uygulanır bunun nedeni
avrupa transistorler germenyum   japon transistörler silinyum  ile yapılmıştır. bu nedenle voltaj
farkı çıkmaktadır
medes

[hako83]

Hocam gerçekden çok güzel bir konuya değinmişsiniz tebrikler. Benim aklıma hep BJT nin Beta değeri takılıyor, çünkü transistörün katoluğunda net bir bilgi yok. örneğin BC546 için IC=2mA VCE=5V ise 110 ile 450 arasında beta (hfe) demiş burdan ne anlamalıyız, yani betayı hesaplarda kaç tercih etmeliyiz.

[hako83]

BC 546 katalog beta değeri resim olarak ekdedir.

[hako83]

ETE veya inverter  Hocam merhaba sanırım cevaplanmacak. Oysaki bu bilgiye çok ihtiyacım vardı.

[ete]

Yalnıca bildiğim konulara cevap yazarım. Bu sorunun muhatabı ben değilim. Inventor yada bir başkası verebilir cevabı.
Amatör bilgilerimle ben Hfe yi hep kazanç olarak değerlendiririm. Transistör malum yükselteç dir partik açıklaması ile. Ama her birinin yükseltme oranı Hfe leri ile belirlenir. Diğer parametreler transistörün tetiklenmesi için gerekli akım ve voltajı belirler diye düşünüyorum. İki  transistör arasında tercih yapacaksam Hfe si büyük olanı tercih ederim daima. Sebebi, tercih ettiğimin akım kazancının diğerinden yüksek olmasıdır. Dediğim gibi bu benim tercihimdir yalnızca sorunun direk cevabı değil ama amatörce cevabı olarak niteleyebilirsin.

Ete

[veli dayı]

hako83   kardeş katologlarda diyelimki 2sc2314 in bilgilerine bakıyoruz.beta değerlerini
60   D 120,   100 E 200,  160 F 320 Şeklinde veriyor.   şimdi transistörün üzerinde sc2314 E yazdığını varsayalım.ozaman biz E nin olduğu tarafa bakacaz yani beta değeri 100 ila 200 arasında olacak.
    Şimdi başka bir konuyu yeri gelmişken açıklayalım.hiçbir fabrika aynı transistörü aynı olan diğer transistörlerin özelliklerine birebir benzetemez.yani 2sc2314 E diye ürettiği transistörlerin beta değerleri 100 ila 200 arasında oynar durur.
          sen basit polarma kullanmışsan devrende bu beta değerleri yaptığın devreyi yüzdeyüz etkiler ama bileşik polarma yada seri kollektör polarması yaptıysan.kollektör akımın çok fazla değiştirmez.
        basit polarma haricinde bir polarma kullanıyorsan ve kullandığın transistörde 2sc2314E diyelim ozaman sen 100+200=300/2=150 yi beta olarak hesaplamalarında kullanabilirsin.

            Hani yukarıda transistörün üzerindeki harfe göre seçim yapıyorduk ya mesela 2sc 2314 transistör kodlamasında beta bulmak için D,E,F harfleri kullanılır.bd serisindede öyle.bc serilerinde A,B,C Harfleri kullanılır.

     yok ben illede elindeki transistörün betasını nokta atısı tespit etmek istiyorsan kendi bulduğum pratik bir yöntemi tarif edeyim sana.örnek olarak bd135 in betasını ölçelim.transistörün kollektörüne 1k lık direnç bağla direncin diğer ucuna + polarma ver.emiterinine eksi elektrik ver.transistörün beyzine potansiyemetre tak ve diğer ucunu artı tarafa bağla.sonra 1k ile kollektörün birleştiği yere voltmetre bağla voltmetrenin diğer ucu emitere bağlı olsun.besleme gerilimimizde 6 volt olsun şimdi voltmetrede okuduğun gerilim 3 volt olana kadar potansiyemetreyi çevir.3 volt olduğu yerde potansiyemetreyi sabit bırak. rb direncini yani beyz direncini ölç(potansiyemetreyi)okuduğun direnç rb direnci collektör direncide (RC)1 kiloohmdu zaten.beta=RB/2RC Formülünden betayı bul.

[veli dayı]

aklıma gelmişken söyleyeyim.potansiyemetreye 4,7k gibi bir direnç katarda rb direncine bu değeride ilave edersen iyi olur.olaki potansiyemetreyi sıfır konumuna getirirsen transistörüde potansiyemetreyi de yakarsın.
potansiyemetreyi de 1mega ohm seçki hareket yelpazen geniş olsun.

[hako83]

velidayı kardeşim öncelikle değerli cevabın için çok teşekkür ederim. Basit polarma bileşik polarma yada seri kollektör polarması anlayamadım basit polarma dediğiniz muhtemelen ekdeki gibi olduğunu düşünüyorum, diğerleri için ( bileşik polarma seri kollektör polarması ) ise bir fikrim yok sizden ricam resimle gösterimisiniz.   

[veli dayı]

evet senin resimde gösterdiğin basit polarma diye geçer .diğerlerine de resim eklemeye gerek yok çünkü en yukarıdaki resimlerde var sadece ben isimlerini farklı yazmışım.açıklayalım.
      otomatik polarma yazan resim seri kollektör polarmasıda denir
     ideal polarma yazan resimdeki devreye bileşik polarmada denir.
    bunların basit polarmaya göre kollektör akımları daha kararlı kalır.çünkü negatif geri beslemeyle
beyz akımlarını yada voltajları değişir ve kararlı olurlar.(uzun uzadıya yazmadım.yukarıdaki formüllere göre hesaplamalar yaparsan daha iyi olur.hemde fazla zamanım yok.malum fırsat buldukça iş yerinden yazıyorum. )

[medes]

hako83
beta (hfe) buradan anlaşılan bir transistörün beyz ile emiter arasına uygulanan akım ile collektör emiter arası elde edilen akım oranıdır
bu bir kazançtır. örneğin beyz ile emiter arasına 10miliamper uyguladık tabiki collektör ile emiter arasında bir akım akacak oda 800mili
amper olsun  şimdi ne oldu 10 vedik 800 aldık 10/800=80 transistörün betası (hfe) budur firma  100 ila 400 arası denmiş demiş buradan anlaşılması gereken aynı anda üretilen parti mallarda dahi iki transistörün kazancı birbirine eşit değildir anlamı taşır anlaşılmayan bir
durum yoktur hangi transistörü kullanacaksan vede çok kullanacaksan devrende çok hassas ise hfe ölçme devresi yapman veya
hfe ölçen ölçü aletleri ile ölçerek kullanman gerekir.saygılarımla
medes

[hako83]

İlginize çok teşekkür ederim benim için çok faydalı oldu. İnşallah başkalarıda faydalanır.