Transistör Bayaslanması(Biasing) / Transistor Biasing

Transistör polarlama, herhangi bir AC giriş sinyalinin transistör tarafından doğru bir şekilde yükseltilebilmesi için bir transistörün DC çalışma voltajı veya akım koşullarını doğru seviyeye ayarlama işlemidir.

Bir transistörün kararlı durumda çalışması, büyük ölçüde onun temel akımına, kollektör voltajına ve kollektör akımı değerlerine bağlıdır ve bu nedenle, eğer transistör lineer bir yükseltici olarak doğru şekilde çalışacaksa, çalışma noktası etrafında uygun şekilde polarlı olmalıdır.

Doğru çalışma noktasının oluşturulması, uygun giriş akımı ve kollektör voltajı koşullarını sağlamak için polarlama dirençlerinin ve yük dirençlerinin seçilmesini gerektirir. Bir bipolar transistör için doğru kutuplama noktası, NPN veya PNP, genellikle, DC yük hattı boyunca “tamamen AÇIK” veya “tamamen KAPALI” olmasına göre iki uç çalışma arasında bir yerde bulunur. Bu merkezi çalışma noktasına “Sessiz Çalışma Noktası” veya kısaca Q noktası denir.

Bir bipolar transistör, Q noktası çalışma aralığının ortasına yakın olacak şekilde, yani kesme ile doyma arasında yaklaşık olarak yarı yolda olacak şekilde kutuplandığında, A Sınıfı amplifikatör olarak çalıştığı söylenir. Bu çalışma modu, giriş sinyali tam bir döngü boyunca sallanırken, çıkış voltajının amplifikatörün Q noktası etrafında bozulma olmadan artmasına ve azalmasına izin verir. Başka bir deyişle, çıkış, giriş döngüsünün 360o’si için kullanılabilir.

Peki bir transistörün bu Q-noktası sapmasını nasıl ayarlayacağız? – Transistörün doğru polarizasyonu, yaygın olarak Base Bias olarak bilinen bir işlem kullanılarak elde edilir.

transistör bayaslanması

Ancak olası farklı transistör öngerilim düzenlemelerine bakmaya başlamadan önce, kendimize ilk olarak yukarıda gösterildiği gibi voltajları ve akımları ile birlikte temel bir tek transistör devresini hatırlatalım.

“DC Bias seviyesi”nin işlevi, Transistör Tabanına herhangi bir harici giriş sinyali uygulanmadan, Kollektör akımını (IC) sabit ve kararlı bir durum değerine ayarlayarak transistörlerin Q-noktasını doğru bir şekilde ayarlamaktır.

Bu kararlı durum veya DC çalışma noktası, devrelerin DC besleme geriliminin (Vcc) değerleri ve transistörlerin Baz terminaline bağlı herhangi bir öngerilim direncinin değeri ile ayarlanır.

Transistörler Baz polarlama akımları kararlı durum DC akımları olduğundan, kuplaj ve baypas kapasitörlerinin uygun kullanımı, bir sonrakinin polarlama koşullarını etkileyen diğer transistör aşamasından herhangi bir polarlama akımını engellemeye yardımcı olacaktır. Baz polarlama ağları, Ortak temel (CB), ortak toplayıcı (CC) veya ortak yayıcı (CE) transistör konfigürasyonları için kullanılabilir. Bu basit transistör polarlama eğitiminde, Ortak Yayıcı Amplifier için mevcut olan farklı polarlama düzenlemelerine bakacağız.

Ortak Yayıcı Yükseltecin Baz Biasing İşlemi

Bir transistör devresi için en sık kullanılan polarlama devrelerinden biri, üç transistör akımı için ilk DC değerlerini ayarlamak için bir veya daha fazla polarlama direncinin kullanıldığı emitör-polarlama devresinin kendi kendini polarlamasıdır.

Bipolar transistör polarlamasının en yaygın iki biçimi şunlardır: Beta Bağımlı ve Beta Bağımsız. Transistör polarlama voltajları büyük ölçüde transistör beta’ya (β) bağlıdır, bu nedenle bir transistör için ayarlanan polarlama, beta değerleri farklı olabileceğinden başka bir transistör için mutlaka aynı olmayabilir. Transistör polarlaması, tek bir geri besleme direnci kullanılarak veya gerekli polarlama voltajını sağlamak için basit bir voltaj bölücü ağ kullanılarak elde edilebilir.

Aşağıda, tek bir kaynaktan (Vcc) gelen beş transistör Baz polarlama konfigürasyonu örneği verilmiştir.

Bir Transistöre Yön Veren Sabit Taban

transistör bayaslanması

Gösterilen devre “sabit temel polarlama devresi” olarak adlandırılır, çünkü transistörlerin taban akımı, IB verilen Vcc değerleri için sabit kalır ve bu nedenle transistörlerin çalışma noktası da sabit kalmalıdır. Bu iki direnç kutuplama ağı, sabit bir akım polarlanması kullanarak transistörün ilk çalışma bölgesini oluşturmak için kullanılır.

Bu tip transistör polarlanma düzenlemesi aynı zamanda beta bağımlı polarlanmadır, çünkü kararlı durum çalışma koşulu, transistörlerin beta β değerinin bir fonksiyonudur, bu nedenle polarlanma noktası, aynı tipteki transistörler için geniş bir aralıkta değişecektir. transistörler tam olarak aynı olmayacaktır.

Transistörün emitör diyotu, akım sınırlama direnci RB aracılığıyla gerekli pozitif temel polarlama voltajı uygulanarak ileriye doğru bastırılır. Standart bir bipolar transistör varsayarsak, ileri baz yayıcı voltaj düşüşü 0,7V olacaktır. O zaman RB’nin değeri basitçe: (VCC – VBE)/IB’dir, burada IB, IC/β olarak tanımlanır.

Bu tek direnç tipi polarlama düzenlemesi ile polarlama gerilimleri ve akımları, transistör çalışması sırasında sabit kalmaz ve büyük ölçüde değişebilir. Ayrıca transistörün çalışma sıcaklığı çalışma noktasını olumsuz etkileyebilir.

Bir Transistöre Eğilim Veren Toplayıcı Geri Beslemesi

transistör bayaslanması

Bu kendi kendine polarlanmalı toplayıcı geri besleme konfigürasyonu, transistör için gerekli DC polarlanmasını sağlamak için iki direnç gerektiren başka bir beta bağımlı polarlanma yöntemidir. Toplayıcıdan tabana geri besleme konfigürasyonu, Beta (β) değerinden bağımsız olarak transistörün aktif bölgede her zaman polarlaı olmasını sağlar. DC temel öngerilim voltajı, kollektör voltajı VC’den türetilir, böylece iyi bir kararlılık sağlanır.

Bu devrede, temel öngerilim direnci, RB, besleme gerilimi rayı Vcc yerine transistör toplayıcı C’ye bağlanır. Şimdi, kollektör akımı artarsa, kollektör voltajı düşer, taban tahrikini azaltır ve böylece transistörlerin Q-noktasını sabit tutmak için kolektör akımını otomatik olarak azaltır. Bu nedenle, bu toplayıcı geri besleme eğilimi yöntemi, çıkış terminalinden giriş terminaline direnç, RB aracılığıyla doğrudan bir geri besleme olduğundan, transistör çevresinde negatif geri besleme üretir.

polarlanma voltajı, yük direnci (RL) üzerindeki voltaj düşüşünden türetildiği için, yük akımı artarsa, RL boyunca daha büyük bir voltaj düşüşü ve buna karşılık gelen bir azaltılmış kollektör voltajı, VC olacaktır. Bu etki, temel akımda karşılık gelen bir düşüşe neden olur, bu da sırayla IC’yi normale döndüren IB’dir.

Transistör kollektör akımı azaldığında da ters reaksiyon meydana gelecektir. Daha sonra bu polarlanma yöntemine, çoğu amplifikatör tasarımı için genellikle iyi olan bu tür geri besleme polarlanma ağı kullanılarak transistör kararlılığı ile kendi kendine polarlanma denir.

Çift Geri Beslemeli Transistör Polarlanması

transistör bayaslanması

Önceki konfigürasyonun temel sapma ağına ek bir direnç eklemek, temel yönlendirme dirençlerinden akan akımı artırarak Beta’daki (β) varyasyonlara göre kararlılığı daha da iyileştirir.

RB1’den akan akım genellikle kollektör akımının yaklaşık %10’una, IC’ye eşit bir değere ayarlanır. Açıktır ki, aynı zamanda, minimum Beta değeri olan β için gerekli olan temel akımdan da büyük olmalıdır.

Bu tür kendi kendine polarlama konfigürasyonunun avantajlarından biri, iki direncin aynı anda hem otomatik polarlama hem de Rƒ geri beslemesi sağlamasıdır.

Verici Geri Beslemeli Transistör Polarlanması

transistör bayaslanması

Genellikle kendi kendine yayıcı polarlanması olarak adlandırılan bu tip transistör polarlanma konfigürasyonu, kollektör akımını daha da stabilize etmek için hem emitör hem de baz toplayıcı geri bildirimini kullanır. Bunun nedeni, RB1 ve RE dirençlerinin yanı sıra transistörün taban-yayıcı bağlantısının hepsinin besleme gerilimi, VCC ile seri olarak etkin bir şekilde bağlanmasıdır.

Bu emitör geri besleme konfigürasyonunun dezavantajı, taban direnç bağlantısı nedeniyle çıkış kazancını düşürmesidir. Kollektör voltajı, geri besleme direncinden akan akımı belirler, RB1, “dejeneratif geri besleme” olarak adlandırılan şeyi üretir.

Yayıcıdan akan akım, IE (IC + IB’nin bir kombinasyonudur), RE boyunca bir voltaj düşüşünün öyle bir yönde görünmesine neden olur, bu da taban-yayıcı bağlantısını ters polarize eder.

Bu nedenle, kollektör akımındaki artış nedeniyle emitör akımı artarsa, voltaj düşüşü I*RE de artar. Bu voltajın ters polaritesi, baz-yayıcı bağlantısını polarlanmalı hale getirdiğinden, IB otomatik olarak azalır. Bu nedenle, yayıcı akımı, kendi kendini önleyen bir direnç olmasaydı yapacağından daha az artar.

Genel olarak, direnç değerleri, emitör direnci RE üzerinden düşen voltaj VCC’nin yaklaşık %10’u ve direnç RB1’den akan akım, kollektör akımı IC’nin %10’u olacak şekilde ayarlanır.

Bu nedenle, bu tip transistör öngerilim konfigürasyonu, nispeten düşük güç kaynağı voltajlarında en iyi sonucu verir.

Voltaj Bölücü Transistör Polarlanması

transistör bayaslanması

Burada ortak emitör transistör konfigürasyonu, kararlılığı artırmak için bir voltaj bölücü ağ kullanılarak polarlıdır. Bu öngerilim konfigürasyonunun adı, iki direnç RB1 ve RB2’nin, gösterildiği gibi transistör taban terminaline bağlı merkez noktası bağlantılarıyla besleme boyunca bir voltaj veya potansiyel bölücü ağ oluşturması gerçeğinden gelir.

Bu voltaj bölücü polarlama konfigürasyonu, en yaygın olarak kullanılan transistör polarlama yöntemidir. Transistörün emitör diyotu, RB2 direnci boyunca geliştirilen voltaj değeri tarafından ileriye doğru bastırılır. Ayrıca, voltaj bölücü ağ polarlaması, transistör tabanında, emiterde ve kollektör terminallerinde ayarlanan polarlama voltajları harici devre değerlerine bağlı olmadığından, transistör devresini betadaki değişikliklerden bağımsız kılar.

Direnç RB2 boyunca geliştirilen gerilimi ve dolayısıyla taban terminaline uygulanan gerilimi hesaplamak için, serideki dirençler için gerilim bölücü formülünü kullanırız.

Genel olarak, RB2 direnci üzerindeki voltaj düşüşü, RB1 direncinden çok daha azdır. Açıkça, toprağa göre transistörlerin taban gerilimi VB, RB2 üzerindeki gerilime eşit olacaktır.

Direnç RB2 üzerinden akan polarlama akımının miktarı genellikle gerekli temel akım IB’nin değerinin 10 katına ayarlanır, böylece voltaj bölücü akımı veya Beta’daki değişiklikler üzerinde hiçbir etkisi olmayacak kadar yeterince yüksek olur.

Transistör Eğiliminin amacı, bipolar transistörün verimli çalışması ve bozulmamış bir çıkış sinyali üretmesi için bilinen bir hareketsiz çalışma noktası veya Q noktası oluşturmaktır. Transistörün doğru DC kutuplaması, aynı zamanda, iki veya dört dirençli bir öngerilim ağı kullanan pratik kutuplama devreleri ile ilk AC çalışma bölgesini de kurar.

Bipolar transistör devrelerinde, Q noktası, NPN transistörleri için (VCE, IC) veya PNP transistörleri için (VEC, IC) ile temsil edilir. Baz öngerilim ağının kararlılığı ve dolayısıyla Q noktası genellikle kollektör akımının hem Beta (β) hem de sıcaklığın bir fonksiyonu olarak dikkate alınarak değerlendirilir.

Burada, dirençli ağları kullanarak “bir transistörü polarlı hale getirmek” için beş farklı konfigürasyona kısaca baktık. Ancak, tümü transistör baz terminaline bağlı silikon diyotlar, zener diyotlar veya aktif ağlar kullanarak bir transistörü de polarlılayabiliriz. İstenirse, transistörü çift voltajlı bir güç kaynağından doğru şekilde saptırabiliriz.