NPN Transistör

Önceki derste, standart Bipolar transistör veya BJT’NİN iki temel formda olduğunu gördük. Bir NPN (Negatif-Pozitif-Negatif) tipi ve bir PNP (Pozitif-Negatif-Pozitif) tipi.

En yaygın kullanılan transistör konfigürasyonu NPN Transistörüdür. Ayrıca bipolar transistörün bağlantılarının üç farklı yoldan biriyle biased olabileceğini öğrendik: ortak base, ortak emitter ve ortak kollektör.

Bipolar transistörler hakkındaki bu eğitimde, Bipolar NPN Transistörünü kullanarak “ortak emitter” konfigürasyonuna daha yakından bakacağız. Transistörlerin akım akış özellikleri ile birlikte bir NPN transistörünün yapımının bir örneği aşağıda verilmiştir.

Bipolar NPN Transistör Konfigürasyonu

NPN Transistör
Bipolar NPN Transistör Konfigürasyonu

(Not: Bipolar NPN transistörü için emitter ve Konvansiyonel akım akışını “dışarı” tanımlar.)

Bir bipolar NPN transistörü için yapı ve terminal voltajları yukarıda gösterilmiştir. Base ve emitter( VBE) arasındaki voltaj, base’de pozitif ve emitter’de negatiftir. Çünkü bir NPN transistörü için base terminali, Yayıcıya göre her zaman pozitiftir. Ayrıca kollektör besleme gerilimi emitter’e ( VCE) göre pozitiftir. Bu nedenle, Bipolar bir NPN transistörünün Kollektörü iletmesi, hem base hem de emitter’e göre her zaman daha pozitiftir.

NPN Transistör

Voltaj kaynakları gösterildiği gibi bir NPN transistörüne bağlanır. Kollektör, cihazdan akan maksimum akımı sınırlamak için de hareket eden bir yük direnci olan RL üzerinden VCC besleme voltajına bağlanır. Base besleme gerilimi VB, maksimum base akımını sınırlamak için tekrar kullanılan base direnç RB’ye bağlanır.

Bu nedenle, bir NPN Transistöründe, negatif akım taşıyıcılarının (elektronların) transistör etkisini oluşturan base bölgesi boyunca hareketidir. Çünkü bu mobil elektronlar, kollektör ve emitter devreler arasındaki bağlantıyı sağlar. Giriş ve çıkış devreleri arasındaki bu bağlantı, transistör eyleminin ana özelliğidir. Çünkü transistörlerin yükseltici özellikleri, Base’in Kollektörden Vericiye akım üzerine uyguladığı sonuç kontrolünden gelir.

Daha sonra, transistörün akımla çalışan bir cihaz (Beta modeli) olduğunu ve transistör “tamamen açık” olduğunda kollektör ve emitter terminalleri arasındaki cihazdan büyük bir akımın ( Ic ) serbestçe aktığını görebiliriz. Bununla birlikte, bu sadece transistörün base terminaline aynı anda küçük bir biased akımı ( Ib ) aktığında ve böylece base’in bir tür akım kontrol girişi olarak hareket etmesine izin verdiğinde gerçekleşir.

Bipolar NPN transistöründeki akım, cihazın DC akım kazancı olarak adlandırılmaktadır. Hfe veya günümüzde Beta ( β) sembolü verilen bu iki akımın ( Ic/Ib) oranıdır. Β değeri standart transistörler için 200’e kadar olabilir.

NPN Transistöründe α ve β İlişkisi

NPN Transistör
NPN Transistöründe α ve β İlişkisi

Α ve β iki parametreyi birleştirerek, transistörde akan farklı akımlar arasındaki ilişkiyi veren iki matematiksel ifade üretebiliriz.

NPN Transistör

Beta değerleri, yüksek akım güç transistörleri için yaklaşık 20’den, yüksek frekanslı düşük güç tipi bipolar transistörler için 1000’in üzerinde değişir. Çoğu standart NPN transistörü için Beta değeri üretici veri sayfalarında bulunabilir. Ancak genellikle 50 – 200 arasında değişir.

Sıfır baz akımı ( Ib = 0 ) ile ortaya çıkan kollektör akımı Ic de sıfır olacaktır ( β*0 ). Ayrıca base akımı yüksek olduğunda, ilgili kolektör akımı da yüksek olacaktır, bu da kolektör akımını kontrol eden base akımına neden olacaktır. Bipolar kavşak Transistörünün en önemli özelliklerinden biri, küçük bir base akımının çok daha büyük bir kollektör akımını kontrol edebilmesidir. Aşağıdaki örneği göz önünde bulundurun.

NPN Transistör Örneği

Bir bipolar NPN transistörü, 200 DC akım kazancı (Beta) değerine sahiptir. 4ma dirençli bir yükü değiştirmek için gereken temel akım Ib’yi hesaplayın. 4mA’lık dirençli bir yükü değiştirmek için gereken temel akımı Ib hesaplayın.

NPN Transistör

Bu nedenle, β = 200, Ic = 4mA ve Ib = 20µA olacaktır.

Kolektör voltajı ( Vc), kolektör-emitter bağlantıları arasındaki transistörden akımın akmasına izin vermek için emitter voltajına (Ve ) göre daha büyük ve pozitif olmalıdır. Ayrıca bir NPN Transistörünün giriş özellikleri, ileri biased bir diyot olduğundan dolayı silikon cihazlar için base ve emitter terminali arasında Yaklaşık 0.7 V (bir diyot volt düşüşü) bir Voltaj Düşüşü bulunmaktadır.

Bir NPN transistörünün base voltajı ( Vbe ) bu 0.7 v’den daha büyük olmalıdır. Aksi takdirde transistör, verilen base akımı ile iletilmez.

NPN Transistör

Burada Ib temel akımdır. Vb Temel biased voltajıdır. Vbe temel emitter voltaj düşüşüdür (0.7 v) ve Rb temel giriş direncidir. Ib arttıkça, Vbe yavaş yavaş 0.7 V’a yükselir ancak Ic üstel(exponentially) bir şekilde yükselmektedir.

Ortak Emitter Yapılandırması

Bipolar NPN Transistörleri, doygunluk veya kesme bölgelerinde Transistöre giden temel sinyali kontrol ederek yük akımlarını “açmak” veya “kapatmak” için yarı iletken bir anahtar olarak kullanılmaktadır. Bunun yanı sıra, aktif bölgesinde, emitter topraklanmış olarak base terminaline uygulanan herhangi bir küçük AC sinyalini güçlendirecek bir devre üretmek için de kullanılabilir.

İlk olarak, transistörlerin base terminaline uygun bir DC “biased” voltajı uygulanırsa, her zaman doğrusal aktif bölgesinde çalışmasına izin verilirse, tek kademeli ortak emitter amplifikatör adı verilen bir ters amplifikatör devresi üretilir. Bir NPN transistörünün böyle yaygın bir emitter amplifikatör konfigürasyonuna A sınıfı amplifikatör denir.

Sonuç olarak, transistör her zaman kesme ve doygunluk bölgeleri arasında yarı yarıya çalışır, böylece transistör amplifikatörünün bu DC önyargı voltajına bindirilmiş herhangi bir AC giriş sinyalinin pozitif ve negatif yarısını doğru bir şekilde yeniden üretmesine izin verir.

Bu “Bias Voltajı” olmadan, giriş dalga formunun sadece yarısı güçlendirilecektir. Bir NPN transistörü kullanan bu yaygın yayıcı amplifikatör konfigürasyonu birçok uygulamaya sahiptir. Ancak ön amplifikatör ve güç amplifikatörü aşamaları gibi ses devrelerinde yaygın olarak kullanılır.

Aşağıda gösterilen ortak emitter konfigürasyonuna atıfta bulunarak, çıkış özellikleri eğrileri olarak bilinen bir eğri ailesi, çıkış kollektör akımını, (Ic ) emitter voltajına, (VCE ) farklı baz akım değerleri ( Ib) ile ilişkilendirir. Çıkış karakteristikleri eğrileri, aynı β değerine sahip transistörler için transistöre uygulanır.

Farklı temel akım değerleri uygulandığında olası tüm çalışma noktalarını göstermek için çıkış karakteristikleri eğrilerine bir DC “yük hattı” da çizilebilir. AC giriş sinyallerini yükseltirken çıkış voltajının hem yukarı hem de aşağı değişmesine izin vermek için Vce’nin başlangıç değerini doğru bir şekilde ayarlamak gerekir.

Tek Kademeli Ortak Emitter Amplifikatör Devresi

NPN Transistör
Tek Kademeli Ortak Yayıcı Amplifikatör Devresi

Tipik Bir Bipolar Transistörün Çıkış Özellikleri Eğrileri

NPN Transistör

Dikkat edilmesi gereken en önemli faktör, Vce yaklaşık 1.0 volttan büyük olduğunda Vce’nin kollektör akımı Ic üzerindeki etkisidir. Ic’nin Vce’deki bu değerin üzerindeki değişikliklerden büyük ölçüde etkilenmediğini ve bunun yerine neredeyse tamamen temel akım Ib tarafından kontrol edildiğini görebiliriz. Bu olduğunda, çıkış devresinin bir “sabit akım kaynağı”nı temsil ettiğini söyleyebiliriz.

Yukarıdaki ortak yayıcı devresinden, yayıcı akımının Ie, toplayıcı akımının, Ic’nin ve taban akımının toplamı olduğu da görülebilir. IB, birlikte eklenir ve böylece ortak yayıcı (CE) yapılandırması için Ie = Ic + Ib olduğunu da söyleyebiliriz.

NPN Transistör