Bipolar Transistör

İki ayrı sinyal diyotunu arka arkaya birleştirirsek, bu bize ortak bir pozitif (P) veya negatif (N) terminali paylaşacak seri olarak birbirine bağlı iki pin kavşağı verecektir. Bu iki diyotun füzyonu, bir Bipolar bağlantı Transistörünün veya kısaca BJT’NİN temelini oluşturan üç katmanlı, iki bağlantılı, üç terminal cihazı üretir.

Transistörler, küçük bir sinyal voltajının uygulanmasıyla yalıtkan veya iletken olarak hareket edebilen farklı yarı iletken malzemelerden yapılmış üç terminal aktif cihazdır. Transistörün bu iki durum arasında değişme yeteneği, iki temel fonksiyona sahip olmasını sağlar: Anahtarlama “(dijital elektronik) veya amplifikasyon (analog elektronik). Bipolar transistörler üç farklı bölgede çalışma yeteneğine sahiptir:

• Aktif bölge – transistör bir amplifikatör ve Ic = β*Ib olarak çalışır
• Doygunluk – transistör bir anahtar olarak .alışmaktadır. “tamamen açık” ve Ic = I (doygunluk)
• Cut-off – transistör bir anahtar olarak çalışmaktadır. “tamamen kapalı” ve Ic = 0

Transistör kelimesi, elektronik gelişiminin ilk günlerinde çalışma modlarını açıklayan iki Transfer Varistör kelimesinin bir kombinasyonudur. İki temel tip bipolar transistör yapısı vardır, PnP ve NPN, temel olarak yapıldıkları p tipi ve N tipi yarı iletken malzemelerin fiziksel düzenlemesini tanımlamaktadır.

Bipolar transistörün temel yapısı, üç bağlantı terminali üreten iki PN bağlantısından oluşur ve her terminale diğer ikisinden tanımlamak için bir isim verilir. Bu üç Terminal sırasıyla Emitter ( E ), Base ( B ) ve Collector( C ) olarak bilinir.

Bipolar Transistörler, Emitterden kollektör terminallerine akan akım miktarını, taban terminallerine uygulanan bias voltajı miktarıyla orantılı olarak kontrol etmektedir. Böylece akım kontrollü bir anahtar gibi davranan akım düzenleme cihazlarıdır. Temel terminale akan küçük bir akım, transistör hareketinin temelini oluşturan çok daha büyük bir kollektör akımını kontrol eder.

İki tip PNP ve NPN transistörünün çalışma prensibi aynıdır, tek fark bayaslanma ve her tip için güç kaynağının polaritesidir.

Bipolar Transistör Tasarımı

Hem PNP hem de NPN bipolar transistör için yapı ve devre sembolleri, devre sembolündeki ok ile her zaman taban terminali ile yayıcı terminali arasındaki “geleneksel akım akışının” yönünü gösteren yukarıda verilmiştir. Okun yönü her zaman pozitif P-tipi bölgeden her iki transistör tipi için negatif N-tipi bölgeye, standart diyot sembolü ile tam olarak aynı şekilde işaret eder.

Bipolar Transistör Konfigürasyonları

Bipolar transistör üç terminalli bir cihaz olduğundan, temel olarak bir elektronik devre içinde bağlamak için üç olası yol vardır ve bir terminal hem giriş hem de çıkış sinyalleri için ortaktır. Transistörün statik özellikleri her devre düzenine göre değiştiğinden, her bir bağlantı yöntemi bir devre içindeki giriş sinyaline farklı tepki verir.

• Ortak Base konfigürasyonu – voltaj kazancı vardır ancak akım kazancı yoktur.
• Ortak Emitter Yapılandırma – hem Akım hem de Gerilim Kazancı vardır.
• Ortak Kollektör Yapılandırma – Akım kazancı vardır ancak voltaj kazancı yoktur.

Ortak Base (CB) Yapılandırması

Adından da anlaşılacağı gibi, ortak base veya topraklanmış taban konfigürasyonunda, taban bağlantısı hem giriş sinyali hem de çıkış sinyali için ortaktır. Giriş sinyali, transistörlerin tabanı ve yayıcı terminalleri arasında uygulanırken, ilgili çıkış sinyali, gösterildiği gibi taban ve toplayıcı terminalleri arasında alınır. Taban terminali topraklanır veya bazı sabit referans voltaj noktalarına bağlanabilir.

Emitöre akan giriş akımı, sırasıyla hem base akımının hem de kollektör akımının toplamı olduğundan oldukça büyüktür, Bu nedenle kollektör akımı çıkışı emitör akım girişinden daha azdır. Bu tip devre için bir akım kazancı ile sonuçlanır. “1” (birlik) veya daha az, başka bir deyişle ortak temel konfigürasyon giriş sinyalini “zayıflatır”.

Ortak Base Transistör Devresi

Bu tip bir amplifikatör konfigürasyonu, VIN ve Vout sinyal voltajlarının “faz içi” olduğu ters çevrilmemiş bir voltaj amplifikatör devresidir. Bu tip transistör düzenlemesi, alışılmadık derecede yüksek voltaj kazancı özellikleri nedeniyle çok yaygın değildir. Giriş karakteristikleri ileri önyargılı bir diyotun karakteristiklerini temsil ederken, çıkış karakteristikleri aydınlatılmış bir foto diyotun karakteristiklerini temsil eder.

Ayrıca bu tip bipolar transistör konfigürasyonu, çıkış direncine veya daha da önemlisi “yük” direncine ( rl) “giriş” direncine ( rın) “direnç kazancı”değeri veren yüksek bir çıkış oranına sahiptir. Bu nedenle, ortak bir temel konfigürasyon için voltaj kazancı (Av ) şu şekilde verilir:

Ortak Taban Voltaj Kazancı

Burada: Ic / Ie akım kazancıdır, alfa (α ) ve rl/rin direnç kazancıdır.

Ortak taban devresi genellikle çok iyi yüksek Frekans tepkisi nedeniyle mikrofon ön amplifikatörü veya radyo frekansı ( Rƒ ) amplifikatörleri gibi tek kademeli amplifikatör devrelerinde kullanılır.

Ortak Emitter (CE) Yapılandırması

Ortak emitter veya topraklı emitter konfigürasyonunda, giriş sinyali base ve emitter arasında uygulanırken, çıkış gösterildiği gibi kollektör ve emitter arasında alınır. Bu tip konfigürasyon, transistör bazlı amplifikatörler için en yaygın kullanılan devredir. Bipolar transistör bağlantısının “normal” yöntemini temsil eder.

Ortak yayıcı amplifikatör konfigürasyonu, üç bipolar transistör konfigürasyonunun en yüksek akım ve güç kazancını üretir. Bunun nedeni, giriş empedansının ileri biased bir PN-kavşağına bağlandığı için düşük olması ve çıkış empedansının ise ters biased bir PN-kavşağından alındığı için yüksek olmasıdır.

Ortak Yayıcı Amplifikatör Devresi

Bu tür bir konfigürasyonda, transistörden akan akım, emitter akım Ie = Ic + Ib olarak verildiğinden dolayı transistöre akan akımlara eşit olmalıdır. Yük direnci (RL ) kollektör ile seri olarak bağlandığından, ortak emitter transistör konfigürasyonunun akım kazancı Ic/Ib oranı olduğu için oldukça büyüktür. Bir transistör akım kazancı beta Yunan sembolü verilir, (β). Ortak bir emitter konfigürasyonu için emitter akımı Ie = Ic + Ib olarak tanımlandığından, Yunan α sembolü göz önüne alındığında, Ic/Ie oranı Alfa olarak adlandırılır. Not: Alfa değeri her zaman unity daha az olacaktır.

Bu üç akım, Ib, Ic ve Ie arasındaki elektriksel ilişki, transistörün kendisinin fiziksel yapısı ile belirlendiğinden, taban akımındaki ( Ib) herhangi bir küçük değişiklik, kolektör akımında ( Ic) çok daha büyük bir değişikliğe neden olacaktır.

Daha sonra base’de akan akımdaki küçük değişiklikler, yayıcı-toplayıcı devresindeki akımı kontrol edecektir. Tipik olarak, Beta çoğu genel amaçlı transistör için 20 ila 200 arasında bir değere sahiptir. Yani eğer bir transistör 100 beta değerine sahipse, o zaman emitter – kollektör terminali arasında akan her 100 elektron için bir elektron taban terminalinden akacaktır.

Hem Alfa, α hem de Beta, β için ifadeleri birleştirerek, bu parametreler arasındaki matematiksel ilişki ve dolayısıyla transistörün mevcut kazancı şu şekilde verilebilir:

Burada:” Ic“, kollektör terminaline akan akımdır,” Ib“, taban terminaline akan akımdır ve” Ie”, emitter terminalinden akan akımdır.

Biraz özetlemek gerekirse. bu tip bipolar transistör konfigürasyonu, ortak taban konfigürasyonundan daha büyük bir giriş empedansı, akım ve güç kazancına sahiptir, ancak voltaj kazancı çok daha düşüktür. Ortak yayıcı konfigürasyonu ters bir amplifikatör devresidir. Bu, elde edilen çıkış sinyalinin giriş voltajı sinyaline göre 180o faz kaymasına sahip olduğu anlamına gelir.

Ortak Kollektör (CC) Yapılandırması

Ortak kollektör veya topraklı kollektör konfigürasyonunda, kollektör besleme yoluyla toprağa bağlanır, böylece kollektör terminali hem giriş hem de çıkış için ortaktır. Giriş sinyali doğrudan taban terminaline bağlanırken, çıkış sinyali gösterildiği gibi yayıcı yük direncinden alınır. Yapılandırma yaygın olarak kullanılan bu tip Gerilim izleyici ya da Emitter Takipçi devresi olarak bilinir.

Ortak kollektör veya yayıcı takipçisi konfigürasyonu, nispeten düşük bir çıkış empedansına sahiptir. Aynı zamanda yüz binlerce Ohm bölgesinde çok yüksek giriş empedansı nedeniyle empedans eşleştirme uygulamaları için çok yararlıdır.

Ortak Kollektör Transistör Devresi

Ortak emitter konfigürasyonu, transistörün β değerine yaklaşık olarak eşit bir akım kazancına sahiptir. Bununla birlikte, ortak kollektör konfigürasyonunda, yük direnci emitter terminaline seri olarak bağlanır, böylece akımı emitter akımınınkine eşittir.

Emitter akım, kollektör ve taban akımının bir kombinasyonu olduğundan, bu tip transistör konfigürasyonundaki yük direnci, hem kollektör akımına hem de içinden akan tabanın giriş akımına sahiptir. Daha sonra devrenin akım kazancı şu şekilde verilir:

Ortak Kollektör Akım Kazancı

Bu tip bipolar transistör konfigürasyonu, Vın ve Vout sinyal voltajlarının “faz içi”olması nedeniyle ters çevrilmeyen bir devredir. Ortak kollektör konfigürasyonu yaklaşık “1” (birlik kazancı) voltaj kazancına sahiptir. Bu nedenle voltaj kazancı birlik olduğu için bir voltaj tamponu olarak düşünülebilir.

Ortak kollektör transistörünün yük direnci, hem taban hem de kollektör akımlarını alır. Bu da büyük bir akım kazancı sağlar (ortak yayıcı konfigürasyonunda olduğu gibi). Bu nedenle çok az voltaj kazancı ile iyi bir akım amplifikasyonu sağlar.

Bipolar Transistör Konfigürasyonları