Mersin Üniversitesi Analog Elektronik Dersleri

• Maddenin temel atomik yapısı • Atom numarası ve ağırlığı, elektron kabukları ve yörüngeler, Valans elektronları, iyonizasyon • Yarıiletken, iletken ve yalıtkan. Enerji bandları, Silisylum ve germanyum • Yarıiletkenlerde iletkenlik, elektronlar ve boşluklarda iletkenlik, • N tipi ve P tipi maddenin oluşturulması; Katkı işlemi • PN eklemi ve temel işlevleri • PN ekleminin önbeslen

Şekil-1.1 Çeşitli elektronik devre elemanlarının genel görünümü

Elektronik devre elemanlarının dolayısıyla elektronik cihazların nasıl çalıştığını anlamak
için yarıiletken materyallerinin yapısı hakkında bilgiye gereksinim duyarız. Bu bilgiyi
ulaşmanın en etkin yolu maddenin temel atomik yapısını incelemekle başlar. Bu kitap boyunca elektronik devre elemanlarını belirli bir sıra içerisinde tanıyacağız. Bu elemanların tüm özelliklerini inceleyerek cihaz tasarımlarını gerçekleştireceğiz.

İyonizasyon : Bir atom, ısı kaynağından veya ışıktan enerjilendiği zaman elektronlarının enerji seviyeleri yükselir. Elektronlar enerji kazandığında çekirdekten daha uzak bir yörüngeye yerleşir. Böylece Valans elektronları daha fazla enerji kazanır ve atomdan uzaklaşma eğilimleri artar. Bir valans elektronu yeterli miktarda bir enerji kazandığında ancak bir üst kabuğa çıkabilir ve atomun etkisinden kurtulabilir.

Bir atom, pozitif şarjın aşırı artması (protonların elektronlardan daha fazla olması) durumunda nötr değere ulaşmaya çalışır. Bu amaçla atom, valans elektronlarını harekete geçirir. Valans elektronunu kaybetme işlemi “İYONİZASYON” olarak bilinir ve atom pozitif şarj ile yüklenmiş olur ve pozitif iyon olarak adlandırılır.

Örneğin; hidrojenin kimyasal sembolü H’dır. Hidrojenin valans elektronları kaybedildiğinde pozitif iyon adını alır ve H+ olarak gösterilir. Atomdan kaçan valans elektronları “serbest elektron” olarak adlandırılır. Serbest elektronlar, nötr hidrojen atomunun en dış kabuğuna doğru akar. Atom negatif yük ile yüklendiğinde (elektronların prontonlardan fazla olması) negatif iyon diye adlandırılırlar ve H- olarak gösterilirler.

Büyün materyaller; elektrik enerjisine gösterdikleri tepkiye bağlı olarak başlıca 3 gruba ayrılırlar. Bu guruplar; iletken, yalıtkan ve yarıiletken olarak tanımlanır. Bu bölümde; özellikle yarıiletken maddelerin temel yapısını inceleyerek, iletken ve yalıtkan maddelerle aralarındaki farkları ortaya koymaya çalışacağız.

• Atomik yapının özü
• Bakır, silisyum, germanyum ve karbon v.b maddelerin atomik yapıları
• İletkenler
• Yarıiletkenler
• İletken ve yarıiletken arasındaki farklar
• Silisyum ve germanyum yarıiletken malzemelerin farklılıkları

Tüm materyaller atomlardan oluşur. Materyallerin atomik yapısı, materyalin elektrik enerjisine karşı gösterecekleri tepkiyi belirler. Genel bir atomik yapı; merkezde bir çekirdek ve çekirdeği çevreleyen yörüngelerden oluşmaktadır. Materyalin iletken veya yalıtkan olmasında atomik yörüngede bulunan elektron sayısı çok önemlidir.

İletken : Elektrik akımının iletilmesine kolaylık gösteren materyallere iletken denir. İyi bir iletken özelliği gösteren materyallere örnek olarak, bakır, gümüş, altın ve aliminyumu sayabiliriz. Bu materyallerin ortak özelliği tek bir valans elektronuna sahip olmalarıdır. Dolayısı ile bu elektronlarını kolaylıkla kaybedebilirler. Bu tür elementler; 1 veya birkaç valans elektrona sahiptirler. Örneğin bakır, altın, gümüş v.b

Yalıtkan : Normal koşullar altında elektrik akımına zorluk gösterip, iletmeyen materyallere yalıtkan denir. Yalıtkan maddeler son yörüngelerinde 6 ile 8 arasında valans elektron barındırırlar. Serbest elektron bulundurmazlar. Yalıtkan maddelere örnek olarak bakalit, ebonit v.b ametalleri sayabiliriz.

Yarıiletken : Yarıiletken maddeler; elektrik akımına karşı, ne iyi bir iletken nede iyi bir yalıtkan özelliği gösterirler. Elektronik endüstrisinin temelini oluşturan yarıiletken maddelere örnek olarak; silisyum (si), germanyum (ge) ve karbon (ca) elementlerini verebiliriz. Bu elementler son yörüngelerinde 4 adet valans elektron bulundururlar.

Enerji Bandı : Maddelerin iletken, yalıtkan veya yarıiletken olarak sınıflandırılmasında enerji bandları oldukça etkindir. Yalıtkan, yarıiletken ve iletken maddelerin enerji bandları şekil-1.4’de verilmiştir. Enerji bandı bir yalıtkanda çok geniştir ve çok az sayıda serbest elektron içerir.

Dolayısıyla serbest elektronlar, iletkenlik bandına atlayamazlar. Bir iletkende ise; valans
bandı ile iletkenlik bandı adeta birbirine girmiştir. Dolayısıyla harici bir enerji uygulanmaksızın valans elektronların çoğu iletkenlik bandına atlayabilir. Şekil-1.4 dikkatlice incelendiğinde yarıiletken bir maddenin enerji aralığı; yalıtkana göre daha dar, iletkene göre daha geniştir.

Diyot Testi : Diyot, sayısal veya analog bir multimetre yardımıyla basitçe test edilebilir. Analog bir multimetre ile ölçme işlemi ? konumunda yapılır. Sağlam bir diyot’un ileri yön direnci minumum, ters yön direnci ise sonsuz bir değerdir. Test işlemi sonucunda diyot’un anotkatod terminalleri de belirlenebilir.

• Doğadaki tüm maddeler atomlardan oluşur. Klasik bohr modeline göre atom 3 temel parçacıktan oluşur. Proton, nötron ve elektron.

• Atomik yapıda nötron ve protonlar merkezdeki çekirdeği oluşturur. Elektronlar ise çekirdek etrafında sabit bir yörüngede dolaşırlar. Protonlar pozitif yüklüdür. Nötronlar ise yüksüzdür.

• Elektronlar, çekirdekten uzakta belirli yörüngelerde bulunurlar ve negatif yüklüdürler.
Yörüngedeki elektronlar atom ağırlığı ve numarasına bağlı olarak belirli sayılardadırlar.

• Atomun yörüngeleri K-L-M-N olarak adlandırılırlar. Bir atomun son yörüngesindeki elektron miktarı 8’den fazla olamaz.

• Atomun son yörüngesindeki elektronlar “valans elektron” olarak adlandırılırlar. Valans elektronlar maddenin iletken, yalıtkan veya yarıiletken olarak tanımlanmasında etkindirler.

• Yarıiletken materyaller 4 adet valans elektrona sahiptir. Elektronik endüstrisinde yarıiletken devre elemanlarının üretiminde silisyum ve germanyum elementleri kullanılır.

• Silisyum veya germanyum elementlerine katkı maddeleri eklenerek P ve N tipi maddeler oluşturulur. P ve N tipi maddeler ise elektronik devre elemanlarının üretiminde kullanılırlar.

• P ve N tipi maddelerin birleşimi diyot’u oluşturur. Birleşim işlemi bir noktada yapılabildiği gibi yüzey boyunca da yapılabilir. Bu nedenle diyotlar genellikle yüzey birleşimli veya nokta temaslı olarak imal edilirler. Her iki tip diyot’unda temel özellikleri aynıdır.

• Diyot elektronik endüstrisinin en temel devre elemanlarından biridir. İki adet terminale sahiptir. N tipi maddeden oluşan terminale Katot, P tipi maddeden oluşan terminale Anot ismi verilir.

• Diyot iki temel çalışma biçimine sahiptir. Bunlar İletim ve kesim modunda çalışmadır.

• Diyot’un anoduna; kataduna nazaran daha pozitif bir gerilim uygulanırsa diyot iletim bölgesinde çalışır ve iletkendir. Diyot’un anoduna; kataduna nazaran daha negatif bir gerilim uygulanırsa diyot kesim bölgesinde çalışır yalıtkandır.

• İletim bölgesinde çalışan bir diyot üzerinde bir miktar gerilim düşümü oluşur. Bu gerilime “diyot öngerilimi” denir. Diyot öngerilimi silisyum bir diyot üzerinde yaklaşık 0.7V, Germanyum bir diyot üzerinde ise yaklaşık 0.3V civarındadır.

• Diyot öngerilimi bir miktar diyot’un çalışma ortamı ısısına bağımlıdır. Diyot öngerilimi 10C sıcaklık artmasına karşın yaklaşık 2.3mV azalır.

• Kesim bölgesinde çalışan bir diyot, pratik olarak açık devre (direnci sonsuz) değildir. Üzerinden çok küçük bir bir miktar akım akar. Bu akıma “sızıntı akımı” denir. Bu değer nA ile µA’ler mertebesindedir.

• Sızıntı akım değeri germanyum diyotlarda silisyum diyotlardan bir miktar daha fazladır.Sızıntı akımı diyot’un çalışma ısısından etkilenir. Örneğin her 100C sıcaklık artışında sızıntı akımı yaklaşık iki kat olur.

• Analog veya sayısal bir ohmmetre kullanılarak diyotların sağlamlık testi yapılabilir. Test işlemi sonucunda ayrıca diyot’un anot ve katot terminalleri belirlenebilir.

DİYOT UYGULAMALARI

Yarım-Dalga Doğrultmaç
Tam-Dalga Doğrultmaç
Filtre Devreleri
Kırpıcı ve Sınırlayıcı Devreler
Gerilim Kenetleyici ve Gerilim Çoklayıcılar
Diyot Veri Sayfaları

• Yarım dalga doğrultmaç devresinin çalışması ve analizi
• Tam dalga doğrultmaç devresinin çalışması ve analizi
• Doğrultmaçlarda filtreleme ve filtre devreleri
• Diyotlarla gerçekleştirilen kırpıcı ve sınırlayıcı devrelerin analizi
• Diyot veri sayfalarının incelenmesi ve çeşitli karakteristikler
• Diyot devrelerinin kısa analizleri ve yorumlar

• AC gerilimin DC gerilime dönüştürülmesinde silisyum diyotlarından yararlanılır. Dönüştürme işlemini gerçekleştiren devrelere doğrultmaç denir.

• Şehir şebekesinden alınan ac gerilim doğrultma işleminden önce bir transformatör yardımıyla istenilen değere düşürülür.

• Transformatörler kayıpları en az elektrik makineleridir. Transformatörler ac gerilimi istenilen değere dönüştürme işlemi yanında kullanıcıyı ve sistemi şehir şebekesinden yalıtır.

• Transformatör çıkışından alınan ac gerilim, diyotlar kullanılarak doğrultulur. Doğrultma işlemi yarım-dalga ve tam-dalga olmak üzere iki temelde yapılır.

• Yarım-dalga doğrultmaç devresinde tek bir diyot kullanılır. Diyot giriş ac işaretinin sadece yarım saykılında (1800) iletkendir.

• Tam-dalga doğrultmaç devresi, köprü tipi ve orta uçlu olmak üzere iki temel tipte tasarlanır.

• Tamdalga doğrultmaç devrelerinin çıkışından alınan işaretin frekansı, giriş işaretinin iki katıdır. Dolayısıyla çıkıştan alınan işaretin ortalama değeri (dc değer) yarım-dalga doğrultmaç devresinden daha büyüktür.

• Doğrultmaç çıkışından alınan işaretler dc gerilimden uzaktır ve ac bileşenler (rıpıl) barındırır. Doğrultmaç çıkışlarından dc’ye yakın bir dalga formu elde etmek için filtre devreleri kullanılır.

• En basit filtre metodu kondansatörle yapılan filtreleme işlemidir. Bu tipi filtre devrelerinde kondansatörün şarj ve deşarjından yararlanılır.

• Filtreleme işleminde L ve C elemanları kullanılabilir. Bu tür filtreleme işlemleri sonucunda çıkış işaretindeki rıpıllar (dalgalanma) minimum düzeye iner.

• Belirlenen bir işaretin kırpılması işlemi için diyotlar kullanılır. Bu tür devrelere “kırpıcı” (clippers) denir.

• Herhangi bir ac işarete, dc seviyeler eklenebilir veya işaretin seviyesi değiştirilebilir. Bu tür devrelere “gerilim kenetleyici” denir. Gerilim kenetleme işlemi diyot ve kondansatörler kullanılarak gerçekleştirilir.

• Giriş geriliminin tepe değerini 2, 3, ….n kat yükselterek çıkışına aktaran devreleri “gerilim çoklayıcı” (voltage multiplier) denir. Bu tür devreler, diyot ve kondansatör kullanılarak gerçekleştirilir.

• Günümüzde yüzlerce yarıiletken devre elemanı (kompenet) üreticisi firma vardır. Her bir firma ürettiği elemanları belirli bir standart dahilinde kodlayarak tüketime sunar.

ÖZEL TİP DİYOTLAR

3.1 Zener Diyot
3.2 Zener Diyot Uygulamaları
3.3 Varikap Diyot
3.4 Optik Diyotlar
3.5 Özel Amaçlı Diyotlar
3.6 Sistem Uygulamaları

• Zener diyot’un yapısı, karakteristikleri ve işlevleri
• Zener diyotla gerçekleştirilen gerilim regülasyonu ve kırpıcılar
• Varikap diyot’un özellikleri, işlevleri ve karakteristikleri
• Foto-diyot’ların ve LED’lerin özellikleri, işlevleri ve karakteristikleri
• Regülatör diyotları, şotki diyotlar, pin diyot, tunel diyot v.b özel tip diyotların işlevleri,
özellikleri ve karakteristikleri

Elektronik endüstrisinin en basit ve temel devre elemanlarından olan diyotlar pek çok cihazın üretiminde sıklıkla kullanılmaktadır. Önceki bölümlerde silisyum ve germanyum doğrultucu diyotların pek çok özelliklerini öğrendiniz.

Çeşitli uygulama devrelerini gerçekleştirdiniz. Endüstrinin artan gereksinimlerini karşılamak amacı ile farklı tip ve modelde özel tip diyotların üretimide yapılmaktadır. Yukarıda bir kısmının görüntüleri verilen özel diyotları bu bölümde inceleyeceğiz.

Zener diyot; ters polarma altında kırılma bölgesinde çalıştırılmak üzere tasarlanmış pn
bitişimli bir devre elemanıdır. Referans gerilimi temin etmek ve gerilim regülasyonu sağlamak amacı ile kullanılır.

• Zener diyot sembolü
• Zener diyot’un çalışma bölgeleri ve kırılma gerilimi
• Zener karakteristiklerinin analizi
• Zener veri sayfaları

Tunel Diyot (Tunnel diode), diğer diyotlar gibi PN bitişiminden üretilmiştir. Üretiminde
germanyum veya galyum arsenit kullanılır. Doğrultucu diyotlardan farklı olarak p ve n tipi eklemleri oluşturulurken daha yoğun katkı maddesi kullanılır. Tunel diyot’un en belirgin özelliği negatif direnç karakteristiğidir.

Bu özellik onu özellikle osilatör devrelerinin tasarımında popüler kılar. Tunel diyotların sık kullanıldığı bir diğer uygulama alanı ise mikrodalga yükselteçleridir. Şekil-3.28’de tunel diyot’un şematik sembolü ve karakteristiği verilmiştir.

Pin diyotlarda P ve N eklemleri yoğun bir şekilde katkılandırılmıştır. Fakat bu iki malzeme katkısız bir silisyum malzeme ile ayrılmıştır. Ğin diyot, Ters yönde polarmalandırıldığında sabit bir kondansatör gibi davranır.

Doğru yönde polarmalandığında ise değişken bir direnç gibi çalışır. Pin diyot bu özelliklerinden dolayı modülasyon elemanı olarak kullanılır. Hızlı değişiminden dolayı kontrollü mikro dalga anahtarı gibi, ya da direnci akım kontrollü olduğundan zayıflatma uygulamalarında kullanılırlar. Pin diyodun yapısı ve eşdeğer devreleri şekil-3.27’de verilmiştir.

Şotki diyotlar çok yüksek frekanslarda kullanılmak üzere tasarlanmış özel bir diyot türüdür. Bu diyotlara sıcak taşıyıcı (hot-carrier) diyotlarıda denilmektedir. Çok yüksek frekanslar altında yapılan çalışmalarda normal diyotlar anahtarlama işlevini yerine getirirken zorlanırlar. Örneğin istenilen sürelerde durum değiştiremezler (iletim/kesim). Bu soruna çözüm bulmak amacı ile şotki diyotlar geliştirilmiştir. Şotki diyotlar çok yüksek anahtarlama hızlarına sahiptirler.

Bu nedenle yüksek frekanslarda yapılan çalışmalarda anahtarlama elemanı olarak şotki diyotlar tercih edilir. Kullanım alanlarına örnek olarak sayısal (digital) sistem tasarımlarını verebiliriz.

Şotki diyotların yapısı normal diyotlarla benzerlik gösterir. Sadece P ve N maddesinin birleşim yüzeyi normal diyotlardan farklıdır. Anahtarlama hızını artırmak amacı ile şotki diyotların birleşim yüzeylerinde altun, gümüş veya platin gibi metaller kullanılır.

• Zener diyot, ters polarma altında ve kırılma geriliminde çalıştırılmak üzere üretilmiş özel tip bir diyot’dur.

• Zener diyot, anot ve katod olarak adlandırılan iki adet terminale sahiptir. Gerilim regülatörü ve kırpıcı olarak kullanılır.

• Zener diyotlarda kırılma gerilimi üretim aşamasında 1.2V ile 200V arasında farklı değerlerde ayarlanarak kullanıcının tüketimine sunulur.

• Regüle işlemi hat ve yük regülasyonu olmak üzere iki temelde yapılır. Zenerin temel işlevi üzerine uygulanan ters gerilimi, kırılma gerilimi değerinde sabit tutmaktır.

• Zener diyot, regüle işlemini belirli koşullar altında yerine getirir. Zener’e uygulanan ters gerilim değeri, zener kırılma geriliminden büyük olmalıdır. Zener akımı ise belirli limitler içerisinde tutulmalıdır.

• Zener diyot, regüle işlemini küçük güçler söz konusu olduğunda yerine getirebilir. Büyük güçlerde regüle işlemi için ek devre elemanları kullanılmalıdır.

• Zener diyot’un bir diğer kullanım amacı ise referans gerilimi elde etmektir. Dolayısıyla zener, kimi zaman referans diyot olarak kullanılabilir.

• Varikap diyot, ters polarma altında ayarlı bir kondansatör gibi davranır. Üzerine uygulanan ters gerilim değerine bağlı olarak kapasitesi değişir.

• Varikap diyotlar genellikle iletişim sistemlerinde; modülatör, otomatik frekans kontrolü ve filtreleme devrelerinde kullanılır.

• Şotki (Schottky) diyotlar, çok yüksek frekanslarda anahtarlama elemanı olarak çalıştırılmak üzere tasarlanmışlardır.

• Pin diyot, özellikle mikro dalga devrelerinde çalıştırılmak üzere tasarlanmıştır. Doğru yönde sabit bir kondansatör etkisi, ters yönde ise ayarlı bir direnç gibi davranır. Mikro dalga ve sinyal zayıflatma devrelerinde sıklıkla kullanılır.

• Doğru polarma altında ışık yayan diyod’lara LED adı verilmektedir. LED, ters polarma altında yalıtkandır. Üzerinden akım akmasına izin vermez.

• Farklı yarıiletken materyaller kullanılarak sarı, turuncu, kırmızı ve yeşil renklerde ışık görülebilir ışık yayan LED üretimi yapılmaktadır.

• Fasklı dalga boylarında gözle görülemeyen ışık yayan LED üretimi de yapılmaktadır. Bu tür LED’lere infrared adı verilmektedir.

• Foto-diyot, ters polarma bölgesinde üzerine uygulanan ışık miktarına duyarlı bir diyot’dur. Üzerine uygulanan ışık şiddetine bağlı olarak üzerinden küçük bir miktar akım akmasına izin verir.

• Bazı özel tip diyotların şematik sembolleri şekil-3.30’da toplu olarak verilmiştir.

BİPOLAR JONKSİYON TRANSİSTÖR

Transistörün Yapısı
Transistörün Çalışması
Transistör Karakteristikleri ve parametreleri
Transistörün anahtar olarak çalışması
Transistörün Yükselteç olarak çalışması
Transistörlerde kılıf tipleri

Şekil-4.25 Transistörlü bir devrede oluşabilecek olası arızalar ve nedenleri

• Bipolar jonksiyon transistör BJT olarak bilinir ve üç katmandan oluşur. Katmanlarına işlevlerinden ötürü Beyz (base), Emiter (emiter) ve Kolektör (collector) isimleri verilir.

• Bipolar transistör iki adet pn bitişim yüzeyine (jonksiyona) sahiptir. Bu jonksiyonlara beyz-emiter ve beyz-kollektör jonksiyonaları adı verilir.

• BJT içinde hem serbest elektronlar, hem de oyuklar akım taşıyıcı olarak görev yapar. Bundan dolayı bipolar (çift kutuplu) sözcüğü kullanılır.

• Bipolar transistörde beyz bölgesi; kolektör ve emiter bölgesine nazaran daha az katkılandırılmıştır ve daha incedir.

• Bipolar Jonksiyon transistörler npn ve pnp olmak üzere iki tipte üretilirler.

• Transistör bir yükselteç elemanı olarak kullanıldığında; beyz-emiter jonksiyonu ileri yönde, beyz-kollektör jonksiyonu ters yönde polarmalandırılır.

• Transistörlerde 3 temel akım vardır. Bunlar; beyz akımı (IB), kolektör akımı (IC) ve emiter akımı (IE) olarak adlandırılır.

• Transistörde beyz akımı, kolektör ve emiter akımına nazaran çok küçüktür. Fakat transistörün çalışmasında çok etkindir. Beyz akımı, kolektör ve emiter akımlarını kontrol eder.

• Bir transistörde emiter akımının kolektör akımına oranı beta akım kazancı olarak bilinir ve ßDC olarak tanımlanırlar. ßDC değeri akım yükseltme katsayısıdır. Tipik ßDC değeri 20 ile birkaç 100 birim arasında olabilir.

• Transistörde ßDC değeri kimi üretici firma kataloglarında HFE olarak tanımlanır ve verilirler.

• Bir transistörde emiter akımının kolektör akımına oranı alfa akım kazancı olarak bilinir ve ?DC olarak tanımlanırlar. Tipik ?DC değeri 0.95 ile 0.99 arasındadır.

• Transistör kesim ve doyum bölgelerinde elektronik bir anahtar gibi çalıştırılabilir.

• Kesimde çalışan bir transistörün beyz-emiter jonksiyonu ters yönde polarmalandırılmıştır.
Transistörün kollektör akımı yoktur. İdeal olarak kollektör-emiter jonksiyonu açık devredir ve açık bir anahtar gibi davranır.

• Doyumda çalışan transistörün beyz-emiter jonksiyonu doğru yönde polarmalandırılmıştır.
Transistörün kolektör akımı maksimumdur. Kolektör-emiter jonksiyonu ideal olarak kısa devredir ve kapalı bir anahtar gibi davranır.

• ßDC değeri çalışma ortamı ısısından bir miktar etkilenir.ßDC değeri aynı tip transistörlerde farklı değerlerde olabilir.

• Transistörler kendi aralarında sınıflandırılırlar. Transistörlerin kılıflarında metal, plastik, seramik v.b materyaller kullanılır. Transistör üretiminde yüzlerce farklı kılıf kullanılır.

Bir transistörün sağlamlık testi statik veya dinamik olarak gerçekleştirilebilir. Testişleminde
multimetre kullanılır. Ayrıca test işlemi sonucunda bir transistörüntipi(npn/pnp) ve uçları
(e/b/c) belirlenebilir.

Şekil-4.22 npn tipi bir transistörün sayısal multimetre ile statik testi

Test işlemi, analog multimetre kullanılarak da yapılabilir. Multimetre ohm kademesine alınır. Transistörün jonksiyonları arasındaki direnç değerleri sıra ile ölçülür. Multimetre; Ters polarmada çok büyük direnç değeri, doğru polarmada ise küçük bir direnç değeri göstermesi gerekir. Aksi durumlarda transistörün bozuk olduğu anlaşılır.

Transistörleri test etmek amacı ile çeşitli firmalarca geliştirilmiş hazır transistör test cihazları da (transistor tester) vardır. Şekil-4.23’de örnek olarak birkaç transistör test cihazı verilmiştir. Her bir cihazın kullanımı kataloglarından öğrenilebilir.

TRANSİSTÖRLERİN DC ANALİZİ

Transistörde DC çalışma noktası
Transistörde temel polarama
Beyz polarma
Gerilim bölücülü polarma devresi
Geribeslemeli polarma devresi
Onarım

Amaçlar:
• Yükselteç tasarımında dc çalışma noktasının önemi
• Yükselteçlerde dc polarma ve analizi
• Yükselteçlerde kararlı çalışma için çeşitli polarma yöntemleri

Bir transistör yükselteç (amplifikatör) olarak çalışabilmesi için dc polarma gereksinim duyar. Doğrusal ve verimli bir çalışma için transistörlü yükselteç devresinde polarma akım ve gerilimleri iyi seçilmeli veya hesaplanmalıdır. Bu durum bir önceki bölümde belirtilmişti.

Bu bölümde; yükselteçlerde düzgün ve verimli bir çalışma için gerekli analizler yapılacaktır. Bu analizlerde dc yük hattı ve çalışma noktası (Q) gibi kavramların önemini ve özelliklerini kavrayacaksınız.

Transistörlü yükselteç; girişinden uygulanan işaretleri yükselterek çıkışına aktarmak üzere tasarlanmış bir devredir. Transistör, yükselteç olarak çalışabilmesi için dc polarma gerilimlerine gereksinim duyar.

Transistöre uygulanan polarma gerilimleri çıkış karakteristiği üzerinde transistörün çalışma noktasını belirler. Transistörün sahip olduğu polarma akım ve gerilim değerini gösteren bu nokta “çalışma noktası” ya da “Q noktası” olarak adlandırılır. Şekil-5.1’de bir transistörün çıkış karakteristiği üzerinde çeşitli çalışma noktası örnekleri verilmiştir. Örneğin dc polarma gerilimleri uygulanmasa idi transistörün çalışma noktası Q1 olurdu. Bu durumda transistör tümüyle kapalı olur ve girişinden uygulanan işaretleri yükseltmez idi.

Şekil-5.4 Çeşitli IB akımı değerlerinde transistörün çalışma noktasının değişimi

KÜÇÜK SİNYAL YÜKSELTEÇLERİ

Küçük sinyal yükseltme işlemi
Transistörün ac eşdeğer devreleri
Ortak emiterli yükselteç
Ortak beyzli yükselteç
Ortak kolektörlü yükselteç
Çok katlı sistemler
Onarım

Amaçlar:
• Küçük sinyal yükselteçlerinin tanıtımı ve özellikleri
• Transistörlerin ac parametreleri
• Ortak emiterli yükselteç devresinin özellikleri, çalışması ve analizi
• Ortak beyzli yükselteç devresinin özellikleri, çalışması ve analizi
• Ortak kollektörlü yükselteç devresinin özellikleri, çalışması ve analizi
• Çok katlı (kaskat bağlı) yükselteç devrelerinin çalışmaları ve analizi
• Yükselteçlerde arıza tipleri ve onarım

Bu bölümde transistörün yükselteç olarak nasıl çalıştırılacağını öğreneceksiniz. Yükselteç tasarımında dikkat edilmesi gereken özellikleri belirleyip, küçük işaretlerin nasıl yükseltildiğini göreceksiniz.

Önceki bölümde bir transistörün çalışabilmesi için dc polarmaya gereksinim duyduğunu belirtmiştik. Polarma işlemi sonunda transistörün çalışma bölgesini belirleyip işaret işlemeye hazır hale getirmiştik. Tüm hazırlıklar transistörü bir yükselteç (amplifier) olarak çalıştırmaya hazırlamaktı. Bu bölümde transistörün küçük işaretleri nasıl yükselttiğini irdeleyeceğiz.

Transistörlü yükselteç devreleri genellikle küçük sinyal ve güç yükselteçleri olmak üzere iki temel bölümde incelenir. Örneğin; mikrofon, anten v.b cihazların çıkışlarından alınan işaretleri yükseltmek amacı ile kullanılan yükselteç devreleri küçük sinyal yükselteçleri olarak adlandırılır. Bu tür yükselteçler girişlerine uygulanan küçük işaretlerin gerilimlerini yükselterek çıkışa aktarırlar.

Bu bölümde sıra ile;

• Yükselteç devrelerinde ac ve dc işaretlerin nasıl gösterildiğini
• Küçük sinyal yükselteçlerinde yükseltme işleminin nasıl gerçekleştirildiğini
• Ac işaretler için yük doğrusunun analizini

Öğreneceksiniz.

Transistörlü yükselteçlerde kullanılan diğer bir bağlantı tipidir. Bu bağlantı tipi emiter izleyici (emiter-follower) olarakta adlandırılmaktadır. Yüksek giriş direncine ve alçak çıkış direncine sahiptir. Bu nedenle tampon (buffer) olarak kullanılmaktadır. Bu bölümde ortak kollektörlü yükselteç (common-collector amplifier) devresini tüm yönleri ile analiz edeceğiz. Bir sonraki bölümde ise son olarak ortak beyzli bağlantı tipini inceleyeceğiz.

Transistörlü yükselteçler; devrede kullanılan bipolar jonksiyon transistörün bağlantı şekline adlandırılırlar. Başlıca üç tip bağlantı şekli vardır. Ortak emiterli, ortak beyzli ve ortak kolektörlü. Her bir bağlantı tipinin farklı özellikleri ve işlevleri vardır. Dolayısı ile farklı amaçlar için farklı yerlerde kullanılabilirler.

Bu bölümde; ortak emiterli yükselteç (commen-emiter amplifier),ortak kollektörlü yükselteç (common-collector amplifier) ve ortak beyzli yükselteç (common-base amplifier) devresinin temel bağlantı şekillerini analiz edip, temel özelliklerini vurgulayacağız. Her bir yükselteç devresi için gerekli dc ve ac analizleri ise ileri bölümlerde gerçekleştireceğiz.

Şekil-6.1 Gerilim bölücü polarmalı küçük işaret yükselteç devresi

Başlangıçta yükselteç devresine ac işaretin uygulanmadığını, sadece dc kaynağın var olduğunu kabul edelim. Doğal olarak dc kaynak, transistör polarmasını sağlayacak ve çalışma noktasını belirleyecektir. Transistörün aktif bölgede çalıştığını kabul edelim. Bu durumda transistör iletimdedir. Belirli bir dc kollektör akım (IC) ve gerilimine (VCE) sahiptir.

Transistör artık yükseltme işlemine hazırdır. Çünkü aktif bölgede çalışıyor. Şimdi transistörün beyz’inden küçük genlikli bir sinüsoydal işaretin uygulandığını varsayalım. Sinüsoydal işaretin pozitif saykılı beyz akımında artmaya neden olacaktır. Beyz akımının artması kollektör akımında da artmaya neden olacaktır. Giriş sinüsoydal işaretinin sıfıra inmesi durumunda ise mevcut beyz akımı değeri transistörün Q çalışma noktasındaki değere geri dönmesine neden olacaktır. Giriş sinüsoydal işaretinin negatif saykılı ise beyz akımını azaltıcı yönde etki edecektir. Dolayısıyla transistörün Q noktasındaki kollektör akımı değerini de azaltacaktır. Bu durum giriş sinüsoydal işareti var olduğu sürece tekrarlanacaktır.

Yükselteç girişine uygulanan sinüsoydal işaretin transistörün çalışma noktası (Q) değerlerinde oluşturduğu değişim (yükselme-azalma) şekil-6.2’de grafiksel olarak gösterilmiştir. Grafikten de görüldüğü gibi giriş beyz akımındaki çok küçük bir miktar değişim, transistörün çıkış kollektör akımında büyük miktarlarda değişime neden olmaktadır. Kısaca girişten uygulanan işaret, çıkışta yükseltilmiştir. Grafikten görüldüğü gibi giriş beyz akımındaki değişim µA düzeyinde olurken, çıkış kollektör akımındaki değişim ise mA düzeyindedir.

GÜÇ (POWER) YÜKSELTECİ

1. Transistörlü güç yükseltecinin analizi ve çalışma karakteristiklerinin incelenmesi.

Gerekli donanım

Osilaskop (Çift Kanallı)
İşaret Üreteci (Signal Generator)
DC Güç Kaynağı
Multimetre (Sayısal ve Analog)
Transistör: BD135 veya 2N3055 veya Muadili
Kondansatör: 1µF (Elektrolitik)
Direnç: 47Kohm
Hoparlör: 8ohm

Ön bilgi : Yükselteçler; kullanım amaçlarına veya işlevlerine göre çeşitli sınıflara ayrılırlar. Küçük sinyal, büyük sinyal, alçak frekans, yüksek frekans v.b gibi. Önceki bölümlerde alçak frekans alçak güçlü yükselteçlerin analizlerini yaptık.

Güç yükselteçleri; işlevsel olarak küçük sinyal yükselteçleri ile benzerlik gösterirler. Fakat
çok daha yüksek akım ve gerilim değerlerinde çalışırlar. Dolayısı ile güç yükselteçleri olarak tanımlanırlar.

Güç yükselteçleri ses frekans tekniğinde kullanıldığı gibi çeşitli endüstriyel uygulamalar da sıklıkla kullanılmaktadır. Uygulama alanlarına örnek olarak; role ve motor kontrol v.b
uygulamaları sayabiliriz.

Bu bölümde; bir güç yükseltecini endüstriyel bir uygulamadan ziyade ses frekans tekniğinde kullanacağız. Böylece yükseltme işlemini işitsel olarak inceleyeceğiz.

Şekil-17.1 Puş-pul yükselteç devresi

Yükselteç girişine giriş işareti uygulanmadığı sürece her iki transistörde kesimdedir. Dolayısıyla besleme kaynağından güç sarfiyatı olmaz. Bu nedenle yükselteç devresinin verimi maksimumdur.

Yükselteç devresinde; giriş ve çıkış işaretlerinde empedans uygunluğu sağlamak amacıyla
transformatör kullanılmıştır. Transformatör kullanmak uygun ve ekonomik bir çözüm değildir. Ayrıca yukarıdaki yükselteç devresi küçük genlikli giriş işaretleri için iyi sonuç vermez. Çünkü her bir transistörün iletime geçebilmesi için yaklaşık 0.7V beyz-emiter ön gerilimine ihtiyacı vardır.

Dolayısıyla giriş işaretinin her iki alternansının ilk 0.7V’luk dilimlerinde bir distorsiyon söz konusudur. Çıkış sinyalindeki bu bozulmaya “geçiş distorsiyonu” veya “kros-over” denir. Geçiş distorsiyonunu yok ederek transformatör kullanımını ortadan kaldıran ekonomik bir çözüm şekil-17.2’de verilen yükselteç devresidir.

Şekil-17.2 Komplementer simetrik puş-pul güç yükselteci

Bu tür güç yükselteçleri, özellikle yüksek güç gerektiren ve kaliteli Hi-Fi yükselteçlerin tasarımında kullanılır. Çıkışta yüksek güçler elde etmek için uygun transistörler seçilmeli
ve soğutucu ile kullanılmalıdır. Şekil-17.2’deki yükselteç devresi A-B sınıfı çalışmaktadır.

D1 ve D2 diyotları geçiş distorsiyonlarını yok etmek amacıyla kullanılmıştır. Çıkış ta empedans uygunluğunu sağlamak amacı ile Q2 ve Q3 transistörleri emiter izleyici olarak kullanılmıştır.

Devrenin dc polarma gerilimleri şaseye göre simetrik bir kaynaktan sağlanmıştır. Bu durumda şase referans alınarak, giriş işaretinin pozitif ve negatif alternanslarının yükseltilebilmesini sağlamaktadır.

Puş-pul bağlantı olarak adlandırılan bu tür yükselteçler, genellikle ses frekans yükselteçlerinin çıkış katlarında sıklıkla kullanılırlar. Bu tür çıkış katları, düşük distorsiyon ve yüksek güçler elde etmek için idealdir. Puş-pul bağlantı ayrıca endüstriyel sistemler de sürücü yükselteç olarakda kullanılmaktadır.

ALAN ETKİLİ TRANSİSTÖRLER (JFET)

Alan Etkili Jonksiyon Transistör (JFET)
JFET Karakteristikleri ve Parametreleri
JFET’in Polarmalandırılması
MOSFET
MOSFET’in Karakteristikleri ve Parametreleri
MOSFET’in Polarmalandırılması

Alan Etkili Transistör (Field-Effect Transistor); Bipolar Jonksiyon transistörün tüm işlevlerini yerine getirebilen fakat farklı yapı ve karakteristiklere sahip bir devre elemanıdır. Çoğunlukla JFET veya FET olarak tanımlanır veya isimlendirilirler. JFET’ler gerilim kontrollü devre elemanlarıdır.

Çeşitli alt gruplara da ayrılan alan etkili transistörler, kanal tiplerine göre n kanal ve p kanal olmak üzere iki tipte üretilirler. Bu Bölümde; JFET’in temel yapısını, sembolünü, özelliklerini ve temel çalışma prensiplerini inceleyeceğiz.

Alan Etkili Transistör (JFET), 3 uçlu bir grup yarıiletken devre elemanının genel adıdır. Bu
gruptaki transistörler kendi aralarında bir takım kategorilere ayrılır ve isimlendirilirler. Alan
etkili transistörlerin üretim tipleri ve çeşitleri şekil-8.1’de tablo halinde verilmiştir. İlerleyen
bölümlerde her bir tip ayrıntıları olarak incelenecektir.

E-MOSFET’in dc polarmalandırılması için çok kullanılan bir devre düzeni şekil-8.24’de görülmektedir. Devrede dreyn-sörs gerilimi (VDD), geyt-sörs polarma gerilimi olarak
kullanılmıştır. Bu işlem, dreyn-sörs arasına RG=10M?’luk bir direnç bağlamak suretiyle
gerçekleştirilmiştir.

Geyt akımı olmadığından RG direnci uçlarında bir gerilim düşümü olmaz. Dolayısıyla dreyn gerilimi aynen geytte görülür. Dolayısıyla VDS=VGS olur. Diğer bir deyimle dreyn-sörs arasındaki VDS gerilimi, geyt-sörs arasındaki VGS gerilimine eşittir. Belli bir RD değeri için uygun polarma noktası elemanın transfer karakteristiği kullanılarak bulunabilir.

Bu bölümde MOSFET’lerin nasıl polarmalandırılacağını göreceksiniz. Özellikle MOSFET’lerle gerçekleştirilen yükselteç devrelerinde dc polarmanın önemi büyüktür. Bu bölümde; sırası ile D-MOSFET ve E-MOSFET için polarma yöntemlerini ve dc analizlerini göreceksiniz.

D-MOSFET’in Polarmalandırılması : Tipik bir n-kanallı D-MOSFET’li yükselteç devresi şekil-8.23.a’da ve D-MOSFET’in transfer karakteristiği ise şekil-8.23.b’de verilmiştir. Bu yükselteç devresi, çok büyük değerli geyt direnci RG hariç, JFET’li yükselteçle benzerdir. Bu devrede geyt-sörs gerilimi pozitife gidebildiğinden, elamanı küçük negatif geyt-sörs geriliminde polarmalandırmak

Çoğaltan tip MOSFET’in (E-MOSFET) temel yapısı ve şematik sembolü şekil-8.20’de verilmiştir. E-MOSFET’ler, n-kanallı ve p-kanallı olmak üzere iki tip de üretilirler. Şekildeki yapıdan da görüldüğü gibi E-MOSFET’in temel yapısında fiziksel olarak oluşturulmuş bir kanal yoktur. Kısaca E-MOSFET, dreyn ile sörs arasında fiziksel bir kanala sahip değildir.
E-MOSFET’in şematik sembolünde dreyn ile sörs arası kesik çizgilerle gösterilir. Bu durum
başlangıçta E-MOSFET’de kanal olmadığını belirtmek içindir. Şematik sembolde sabsreyt
ucundaki ok’un yönü E-MOSFET’in kanal tipini belirtir. Ok yönü içeri doğru ise, N tipi kanalı gösterir. Ok yönü dışarı doğru ise P tipi kanalı gösterir. E-MOSFET’lerde kanal tipi ile sabsreyt’te kullanılan yarıiletken malzemelerin tipleri terstir.

Şekil-8.20.a ve b N Kanallı ve P kanallı E-MOSFET’in Yapısı ve Sembolü

JFET’li yükselteçler : JFET’in en önemli uygulama alanlarından biri yükselteç (amplifikatör) devreleridir. Diğer taraftan son yıllarda sayısal devrelerde de çok sık kullanılmaya başlanılmıştır. JFET’li amplifikatörlerin analizi ve tasarımı eşdeğer devreler yardımı ile yapılır. Devre analizinde kullanılan iki tip eşdeğer devre modeli vardır. Bunlar; Lineer veya küçük sinyal eşdeğer devresi, büyük sinyal veya lineer olmayan devrelerdir.

Elemanın maksimum çalışma frekanslarının altında çalışması alçak frekans devre modeline uygundur. Alçak frekans devre modelleri genellikle frekansa bağlı olmayan devre elemanlarından oluşur. Yüksek frekanslarda ise elemanın frekansla ilgili etkilerini gösterebilmek için, devreye kapasitans ve endüktanslar eklenebilir. Bu tip devre modellerine de yüksek frekans eşdeğer devre modeli denir. mümkündür.

Alçak frekans-büyük sinyal için tasarlanılan devre modeline eşdeğer devre ismi de verilmektedir. JFET karakteristikleri, bipolar transistör karakteristiklerine biraz benzerlik göstermesine karşın, bu karakteristikler arasında üç önemli fark vardır. Birinci fark, JFET’in kontrol parametresi akımdan ziyade gerilim esasına bağlı oluşudur. İkinci fark, JFET’te giriş gerilimi sıfır iken çıkış akımının akmasıdır. Üçüncü fark ise; JFET karakteristik eğimlerinin belli bir eğime sahip olduklarıdır.

Normal çalışma şartları altında JFET’te geytden sörs’e doğru sinyal akımı hiç akmaz. Bu nedenle, geyt-sörs direnci kullanılan elemana bağlı olarak mega ohm’lar mertebesindedir. VGS’nin ID akımı üzerindeki etkisi ise trandüktans eşitliği;

Eşdeğer devrede girişi temsil eden geyt-sörs arası ise PN bitişimli diyoda benzer. Diyodun
ileri yön ofset gerilimini VD kaynağı, omik direncini ise rg direnci temsil eder. Geyt sörs’e göre negatif olduğundan çok az bir geyt akımı akar. VGS gerilimi çok büyük negatif değer alsa bile, D2 diyodu çıkış devresinden akması beklenen ters yönlü akımın akışını önler. Eşdeğer devre yardımı ile daha iyi anlaşılan bu özellik, JFET’in daraltma olayındaki güvenirliğini açıklamaya yeterlidir.

Çıkış devresi daha basitleştirilerek incelenebilir. Bu amaçla şekil-9.2.a’da verilen eşdeğer
devre ve karakteristik üzerinde duralım.

ID akımı IDSS akımından daha küçük olduğunda, D3 diyodu ileri yönde polarmalanır. Akım
kaynağı uçlarında gerilim düşümüne izin vermez Uygulanan VDS gerilimi, eğrinin eğimini belirleyen r dreyn direnci uçlarında düşer. Uç gerilimi, IDSSxr değerine eşit veya bu değerden fazla olduğunda, r direncinden geçen ID akımı IDSS’ye eşit duruma gelir. Böylece D3 diyodu ters yönde polarmalanır. Bundan dolayı eğri aşağıdan sıfır eğimli kısma bükülürken, ID akımı da şekil-9.2.b’de görüldüğü gibi IDSS değerine erişir. Şayet rd değerli bir direnç akım kaynağına paralel bağlanırsa, bükülme noktasında eğrinin değeri Reş eşitliği ile bulunabilir.

Ters polarmalandırılan diyod yüksek bir empedans göstereceğinden giriş devresi çoğunlukla açık devre şeklinde düşünülebilir. Bu özellik MOSFET için her zaman doğrudur. Devrenin çalışması sırasında ve geyt-sörs arası ters polarmalı olan JFET’e de bu özellik uygulanabilir.

MULTİVİBRATORLER

1. Dengesiz (astable) multivibratorun cal..mas. ve ozelliklerini incelemek.
2. Cif dengeli (bistable) multivibratorun cal..mas.n. ve ozelliklerini incelemek.

Gerekli donanım

Guc Kayna..: 12VDC
Transistor: 2xBC108C
LED: 5mm standart led
Direnc: 2x100uf, 2x470uf, 2x1K, 2×2.2K, 2×4.7Kƒ, 2x10K
Kondansator: 2x22nF, 2X100nF, 2x100uf, 2x2200uf

Ön bilgi : Multivibratorler; Dengeli (stable) ve dengesiz (astable) olmak uzere iki gruba ayrılırlar. Dengesiz multivibratorler, iki transistorle olu.turulmu. kare dalga osilatorleridir. şekil- 24.1’de gorulen dengesiz multivibrator devresi incelendi.inde transistorlerin giriş ve çıkışların birer kondansatorle birbirlerine gağlandığında gorulmektedir.

Her bir transistorun karakteristiklerindeki farkl.l.klar.ndan dolay. transistorlerden biri iletimde iken diğeri kesimdedir. Ba.lang.cta Q1 transistorunun iletimde oldu.unu kabul edelim.

Bir elektronik devre girişine bir AC işaret uygulanmadan, çıkışında periyodik bir AC işaret üretiyorsa bu tür devrelere “Osilatör “ denir. Osilatörler DC güç kaynaklarından beslenirler. Bunun sonucu olarak DC gerilimi istenilen frekansa sahip işaretlere dönüştürülürler. Temel osilatör devrelerinden sinüsoydal çıkış alınır. Ayrıca, kare dalga ve testere dişi gibi çeşitli dalga formlarına sahip osilatörler vardır.

Osilatörler kullanım amaçlarına ve uygulama alanlarına bağlı olarak çeşitli tip ve modelde
üretilirler. Osilatörlerde kullanılan temel devreler; osilasyonu başlatan rezonans devresi, yükselteç ve geribeslemedir.

Rezonans devreleri; L ve C elemanlarından yada R ve C elemanlarından oluşur ve bu
isimle anılırlar. Aşağıda yaygın olarak kullanılan bazı osilatör tipleri verilmiştir.

Kolpits Osilatör (Colpitts Oscillator)
Hartley Osilatör
Wien Köprü Osilatör
Faz Kaymalı Osilatör.

Bu uygulamada şekil-27.2’de görülen wien köprü osilatörü devresini inceleyeceğiz. Devrenin çalışmasını kısaca özetleyelim.

Şekil-27.2 Wien köprülü osilatör devresi

Q1 ve Q2 transistörleri ile oluşturulan her iki yükselteç katı bir evirmeyen yükselteç olarak
görev yapar. P potansiyometresi osilatör çıkış gerilimi Vç’ın bir kısmının girişe geri beslenmesinde kullanılır.

Wien köprü osilatörünün zayıflatma katsayısı yükselteç ile kompanze edilir. Osilatör devresindeki P direnci ayarlanarak, devrenin başlangıç osilasyonu kontrol edilir. Geribesleme tek bir frekansta oluşur. Başlangıç osilasyonunun ayarlanması ile, osilatör çıkışında sinüsoydal bir işaret elde edilir. Elde edilen bu işaretin frekansı ise devrede kullanılan R ve C elemanlarına bağlıdır.

TRANSİSTÖRLÜ DİFERANSİYEL YÜKSELTEÇ

Transistörlerle gerçekleştirilmiş Diferansiyel (farksal) yükseltecin özellikleri, çalışması ve çeşitli karakteristikleri incelenecektir.

Gerekli donanım :
Güç Kaynağı: 2x12VDC
İşaret Üreteci (SIG.GEN)
Transistör: 3xBC108C
Direnç Kutusu (Rezistor Box)
Direnç: 680W, 3x1KW, 2K2W, 4K7W, 3x10KW
Potansiyometre: 1KW
Kondansatör: 2×100µF

Özellikle fiziksel ve biyolojik büyüklüklerin ölçülmesinde diferansiyel yükselteçler kullanılır. Bu tip yükselteçler iki ayrı girişe sahiptirler ve girişlerinden uygulanan işaretlerin farkını alarak çıkışa aktarırlar.

DİFERANSİYEL YÜKSELTEÇ UYGULAMALARI

Transistörlü Diferansiyel Yükseltecin İşleyişi tanıtılacak ve örnek bir uygulama devresi incelenecektir.

Gerekli donanım :
Güç Kaynağı: 12VDC
Osilaskop (çift kanallı)
Sayısal veya Analog Multimetre
Transformatör: N1:1600 N2:2×525 Sarım
Transistor: 3xBC108C
NTC: Negatif Isı Katsayılı Direnç
Direnç: 100, 150, 1K, 2K2, 2x4K7, 10K, 47K
Potansiyometre: 470ohm, 10K

Bölüm-1’de diferansiyel yükselteç devresi ayrıntıları ile incelenmişti. Bu bölümde; DC polarma gerilimleri sabit olarak ayarlanmış diferansiyel yükseltecin diferansiyel kazancını inceleyeceğiz. Bunun için şekil-2.1’deki devre geliştirilmiştir. Devrenin en önemli özelliği ortak mod ve diferansiyel çalışmanın bir transformatör yardımı ile gerçekleştirilmesidir.

Diferansiyel yükseltecin giriş işaretleri bir transformatör üzerinden uygulanmıştır.Transformatör yardımı ile yükseltecin diferansiyel mod’da ve ortak mod’da çalışması sağlanabilir.

OPAMP KARAKTERİSTİKLERİ

Operasyonel (işlemsel) yükselteçlerin temel özellikleri ve çeşitli karakteristikleri incelenecektir.

Gerekli donanım :
Güç Kaynağı: ±12V DC,
İşaret Üreteci (Signal Genarator)
Multimetre (Sayısal veya Analog)
741 Tipi opamp (LM741, NE741, uA741v.b)
Direnç: 1K, 100K, 1M
Potansiyometre: 2x10K

Operasyonel yükselteçler, elektronik ve endüstriyel kontrol düzenlerinde yaygın olarak kullanılan devre elemanlarıdır. Kısaca opamp olarak isimlendirilirler. Günümüzde tek bir tümdevre (entegre) içerisine yerleştirilmiş yüzlerce tip opamp vardır. Bunlar üretici kataloglarından incelenebilir. Bu kitap boyunca; 741 tipi opamp tümdevresini inceleyeceğiz ve pek çok uygulama devresi gerçekleştireceğiz. Bu nedenle 741 tipi Opamp’ın bazı önemli karakteristik değerleri aşağıda verilmiştir.

Besleme gerilimi : ±18V (maksimum)
Giriş gerilimi : ±18V (maksimum)
Kazanç (f=1Hz) : 500000
Kazanç (f=100KHz) : 10
Çıkış empedansı : 300 ohm (yaklaşık)
Giriş empedansı : 1 Mohm
CMRR: 90 Db

741 tipi Opamp’lar genellikle pozitif ve negatif olmak üzere simetrik besleme gerilimi ile çalışırlar. Eviren (faz çeviren) ve evirmeyen (faz çevirmeyen) olmak üzere iki adet girişe sahiptirler. 741 tipi tümdevre Opamp çıkışından maksimum 25mA akım çekilebilir ve çıkışı aşırı akıma karşı ısıl korumalıdır. Şekil-1.1’de 741 tipi opamp’ın sembolü, pin bağlantıları ve bazı önemli özellikleri gösterilmiştir. Opampların en temel özellikleri, açık çevrim ve kapalı çevrim altında çalışmaları ile belirginleşir. Bu bölümde; opamp’ın bu iki özelliği ayrıntılı olarak incelenerek tasarım yeteneği geliştirilecektir.

EVİREN (INVERTİNG) YÜKSELTEÇ

Opamp uygulaması olarak eviren yükselteç (op-amp Inverting Amplifier) devresinin çalışması ve özellikleri incelenecektir.

Gerekli donanım :
Multimetre (Sayısal veya Analog)
İşaret üreteci (Signal Genarator)
Osilaskop (Çift Kanallı)
Güç Kaynağı: ±12V DC
Opamp (LM741 tipi)
Direnç: 4K7, 6K8, 5x10K, 22K, 47K, 100K
Potansiyometre: 10K
Kondansatör: 2×1µF Elektrolitik

Eviren yükselteç devresi temel opamp uygulamalarındandır. Şekil-4.1’de görülen eviren yükselteç devresinde opampın evirmeyen (pozitif) girişi toprağa bağlanmıştır. Yükseltilecek işaret ise opamp’ın eviren (negatif) girişine uygulanmıştır. Devrenin bir diğer temel ilkesi ise RF direnci ile yapılan negatif geri beslemedir. Geribesleme devrenin gerilim kazancını belirlemede etkindir. Bu devrenin gerilim kazancı aşağıda formüle edilmiştir.

Bu deneyde eviren yükselteç devresinin AC işaretler altında çalışmasını ve özelliklerini inceleyeceğiz. AC analizde kullanacağımız eviren yükselteç devresi şekil- 4.3’de görülmektedir. Devrede; C1 ve C2 kondansatörleri giriş ve çıkış işaretleri için DC yalıtımı sağlar ve distorsiyon etkisini minimuma indirir. Bu deney sonucunda; Eviren yükselteç devresinin farklı frekanslarda çalışması ve frekans-kazanç karakteristiği incelenecektir.

Eviren toplayıcı : Opamp uygulaması olarak, eviren toplayıcı (Op-Amp Summing/adder Amplifier) devresinin çalışması ve özellikleri incelenecektir.

Bir önceki deneyde kullanılan eviren yükselteç devresi tek bir giriş işaretini evirerek yükseltmekteydi. Bu devre geliştirilerek eviren toplayıcı devre haline dönüştürülebilir.
Eviren toplayıcı devre, girişine uygulanan işaretleri toplayarak çıkışına aktarmaktadır.
Temel bir eviren toplayıcı devresi şekil-5.1’de görülmektedir.

Devrede; RA, RB, RC, RD dirençleri ve P1, P2 potları gerilim bölücü olarak kullanılmıştır. Bu dirençler ve potlar yardımıyla, eviren toplayıcı girişine iki farklı gerilim (V1, V2) uygulanacaktır.

Gerilim izleyici (VOLTAGE FOLLOWER) : Opamp uygulaması olarak; Gerilim İzleyici (Op-Amp Voltage Followers) devrelerinin çalışmaları ve özellikleri incelenecektir.

Gerilim izleyici devreler (voltage follovers); yüksek giriş, alçak çıkış empedansa sahip olmaları nedeniyle pek çok uygulama ve tasarımda sıklıkla kullanılırlar. Eviren ve evirmeyen olmak üzere 2 ayrı tip gerilim izleyici devresi tasarlanabilir. Şekil-7.1’de Evirmeyen gerilim izleyici devresi görülmektedir. Bu devrede; opamp’ın çıkışı eviren girişle kısa devre edilmiştir. Bu nedenle devrenin gerilim kazancı 1’dir. Giriş işareti, opamp’ın evirmeyen girişine uygulanmıştır. Giriş işareti ile çıkış işareti aynı fazdadır.

Eviren Gerilim İzleyici devresi ise aslında tipik bir eviren yükselteç devresidir. Eviren yükselteç devresinin gerilim kazancı 1 olarak (RF/R1=1) tasarlanırsa gerilim izleyici olarak kullanılabilir. Eviren gerilim izleyici devresinde giriş işareti ile çıkış işareti arasında 1800 faz farkı vardır. Bu tür devrelerin giriş empedansı ise R1 direncinden dolayı genellikle küçüktür.

GERİLİM SEVİYE DEDEKTÖRÜ

Opamp uygulaması olarak; Gerilim Seviye Dedektörü (Op-amp Voltage-Level Dedectors) devrelerinin çalışmaları ve özellikleri incelenecektir.

Gerekli donanım :
Multimetre (Sayısal veya Analog)
Güç Kaynağı: ±12V DC
Opamp (LM741 tipi)
Direnç: 2x10K, 22K,
Potansiyometre: 10K

Değeri ve polaritesi bilinmeyen her hangi bir gerilim, değeri ve polaritesi daha önceden bilinen başka bir referans gerilimle karşılaştırılıp, seviyesi ve polaritesi hakkında bilgi edilebilir. Bu işlemi yapan devrelere “Gerilim Seviye Dedektörü” denilmektedir.

Gerilim seviye dedektörleri opamplarla gerçekleştirilebilir. Gerilimi dedekte etme işlemi için opamp’ın eviren veya evirmeyen girişleri kullanılabilir. Şekil-8.1’de eviren girişine uygulanan giriş işaretinin seviyesini, opamp’ın evirmeyen girişindeki referans işareti ile karşılaştıran “Eviren Girişli Gerilim Seviye Dedektörü” görülmektedir.

Gerilim Seviye Dedektörü devresi iki adet girişe sahiptir. Girişlerden birine değeri belirlenen bir referans gerilimi uygulanır. Diğer girişe ise değeri bilinmeyen ve kontrol edilecek bir giriş gerilimi uygulanır. Kontrol (giriş) gerilimi, referans geriliminden farklı ise opamp çıkışı doyuma gider. (±V besleme gerilimine kilitlenir) Aynı ise 0V olur. Böylece kontrol sinyali test edilebilir. Gerilim Seviye dedektörü (Komparator) devresinin hassasiyeti harici elemanlarla ayarlanabilir.

Fark yükseltici (DİFFERENCE AMPLİFİER) : Opamp uygulaması olarak; fark alıcı (Op-amp Difference Amplifier) devrenin çalışmaları ve özellikleri incelenecektir. Opamp uygulaması olarak çıkartma (fark alma) işlemini yapan devre şekil-9.1’de görülmektedir. Devrenin matematiksel analizini kısaca yapalım.

TÜREV ALICI DEVRE

Opampla gerçekleştirilen bir türev alıcı (differantiator) çalışmasını ve özellikleri incelenecektir.

Gerekli donanım :
Multimetre (Sayısal veya Analog)
Güç Kaynağı: ±12V DC
İşaret Üreteci
Opamp (LM741 tipi)
Direnç: 4K7,2x10K, 22K, 100K
Kondansatör: 22nF, 47nF, 100nF

Türevleyici devresi, genel olarak bir eviren yükselteç özelliğindedir. Fark olarak girişte direnç yerine kondansatör (C1) bulunmaktadır. Devre, girişine uygulanacak periyodik işaretin türevini alarak çıkışa aktaracaktır. şekil-11.1’de temel bir türevleyici devresi görülmektedir. Türevleyici devrenin matematiksel analizini kısaca açıklayalım.

Bir filtre devresi, belli bir frekans bandını geçirerek ve bu frekansın dışındakileri zayıflatmak amacı ile geliştirilmiş, aktif veya pasif bir devredir. Pasif filtre devreleri; direnç, self ve kapasitif elemanlar içerir. Aktif filtreler ise bunlara ilaveten transistor veya opamp gibi aktif devre elemanları içerirler. Aktif filtrelerde self elemanı kullanılmaz.

Aktif filtreler, pasif filtrelere nazaran bir çok üstünlük içerirler. Örneğin filtrenin geçirgen olduğu frekanslarda bir zayıflatma olmaz. Bu filtrelerde giriş empedansı çok yüksek, çıkış empedansı ise çok düşüktür. Opampın band genişliği sınırlı olduğundan bazı frekanslarda filtreleme işlemi yapmak mümkün değildir.

Çeşitli derecelerde aktif filtre yapmak mümkündür. Bu bölümde; 2.dereceden (–40 dB/dekad) bir aktif filtre devresini inceleyeceğiz. Bunun yanı sıra 1. ve 3. dereceden (–20dB/dekad ve –60dB/dekad) filtre devreleri de vardır.

Alçak geçiren filtre, belirli bir köşe frekans ının altıdaki frekansları geçiren üstündekileri ise zayıflatan bir devredir. Köşe frekansına Fc denir. Fc, aynı zamanda; 0.707 frekansı, -3dB frekansı veya kesimfrekansı olarakta isimlendirilir. Şekil-13.1’de uygulamasını yapacağımız 2. dereceden aktif fitre devresi görülmektedir.

Bu devrenin kazancı; kesim frekansı Fc’den sonra -40dB/dekad’lık bir eğimle zayıflar. Bu durum şekil-13.2’de alçak geçiren filtrenin frekans karakteristiği incelenerek görülebilir. Şekil-13.1’deki alçak frekans filtresinde dirençler frekanstan etkilenmezler.

Devredeki kondansatörlerin (C1 ve C2) kapasitif reaktansı (XC) ise frekansa bağlıdır. Başlangıçta XC değeri büyüktür ve C2 yüksek empedans gösterir. Aynı zamanda C1 kondansatörüde geribesleme akımına karşı yüksek bir empedans gösterir. Bundan dolayı Vo çıkış işareti yüksek değerdedir. Giriş işaretinin frekansı arttığında, XC azalır ve C2 kondansatörü giriş işaretini daha fazla şöntlemeye başlar.

YÜKSEK GEÇİREN FİLTRE

Opamp uygulaması olarak; 2. dereceden Yüksek Geçiren Aktif Filtre (High-Pass Filter) devresinin özellikleri ve çalışma karakteristikleri incelenecektir.

Gerekli donanım :
Osilaskop
Güç Kaynağı: ±12V DC
Opamp (LM741 tipi)
Direnç: 4K7,2x10K, 22K, 100K
Kondansatör: 22nF, 47nF,

Yüksek geçiren filtre; belirli bir köşe frekansının yalnız üzerindeki frekansları geçiren, altındakileri frekansları ise zayıflatan filtre devresidir. Yüksek geçiren filtre, Alçak geçiren filtrenin simetriğidir. Bu deneyde inceleyeceğimiz filtre devresi – 40dB/dekad’lık bir eğime sahiptir ve frekans tepkisi şekil-13.2’de çizilmiştir. Filtrenin köşe frekansı FC, aşağıdaki formülden elde edilir.

Band geçiren filtre, belirli bir frekans aralığındaki işaretleri geçiren dışındaki işaretleri ise geçirmeyen bir filtre devresidir. Rezonans (Fr) frekansının her iki yanındaki yarı güç noktaları arasında bir grup frekansta çalışır. (Filtrenin çıkış geriliminin ve kazancının maksimum olduğu frekansa Rezonans frekansı denir) Bu frekans sınırları dışında frekans zayıflar. En büyük çıkış gerilimi Rezonans frekansında oluşur ve bu nokta tepe noktası olarak adlandırılır.

Şekil-15.1’de opampla gerçekleştirilmiş aktif band geçiren filtre devresi görülmektedir. Bu filtre devresi -40dB/dekad’lık bir eğime sahiptir. Bu filtreye 2.dereceden band geçiren filtrede denilmektedir.

UJT KARAKTERİSTİKLERİ

UJT’lerin (Unijunction Transistor: Tek Bileşimli Transistör) çeşitli özellikleri ve karakteristikleri incelenecektir.

Gerekli donanım :
Multimetre (Sayısal veya Analog)
Güç Kaynağı: ±12V DC
UJT: 2N2646 veya Muadili
Direnç: 2×100, 220, 1K,
Potansiyometre: 10K
Kondansatör: 22nF, 47nF, 100nF

UJT, N tipi bir yarı iletken gövdenin ortasına bir PN eklemi eklenmesi ile oluşturulmuş aktif bir devre elemanıdır. Emiter, beyz1 ve beyz2 olarak adlandırılan üç adet terminali vardır. Şekil-17.1’de UJT’nin yapısı, eşdeğer devresi ve sembolü görülmektedir. Eşdeğer devrede görüldüğü gibi UJT’nin Emiter terminali bir diyot olarak düşünülebilir.

UJT’nin tetikleme gerilimi veya Vp değerini bulmak amacıyla UJT’nin emiter bacağına bir voltmetre bağlanmıştır. Emiter gerilimi RE potansiyometresi yardımıyla yavaşça artırılır ve artış voltmetrede gözlenir. Artırılan VE gerilimi UJT’nin tetikleme gerilimi değerine ulaştığında bu gerilim değerinin aniden düştüğü gözlemlenir. Düşme öncesinde emiter geriliminin aldığı maksimum değer Vp olarak tanımlanır ve bu değer UJT’nin tetikleme (ateşleme) gerilimidir.

UJT tetiklendikten sonra emiter gerilimi azalır. Azalan bu değer ise UJT’nin vadi gerilimi olarak tanımlanan Vv değeridir. UJT tetiklenmeden önce emiter gerilimi IE=0 olmalıdır. Tetiklendikten sonra ise bir miktar IE akımı akacağı açıktır. Deney devresindeki Rs direnci IE akımını sınırlamak amacıyla konulmuştur. R2 direnci ise gerilim bölücüdür ve UJT tetiklenince beyzler arası akımı sınırlar ve üzerine bir miktar gerilim düşümüne neden olur.

PUT KARAKTERİSTİKLERİ VE UYGULAMALARI

Programlanabilir Tek Bileşimli Transistörünün (Programmable UJT); çalışması, özellikleri ve bazı önemli uygulamaları gerçekleştirilecektir.

Gerekli donanım :
Multimetre (Sayısal veya Analog)
Güç Kaynağı: ±12V DC
Anahtar: 2 Adet
PUT: 2N6027 veya Muadili
Direnç: 100,2×220, 1K, 6K8, 10K
Potansiyometre: 10K
Kondansatör: 10nF, 22nF, 100nF

PUT; (programmable unijuntion transistor: programlanabilir UJT) yarı iletkenler ailesinden tristör grubuna dahil aktif bir devre elemanıdır. 4 kat P ve N ekleminden oluşan PUT’un yarıiletken yapısı ve sembolü ve UJT eşdeğeri şekil-19.1’de gösterilmiştir. Üç adet terminale sahip olan PUT’un terminalleri Anot, katot ve geyt olarak adlandırılır. PUT’un çalışması UJT’den farklı değildir. Sadece tetikleme gerilimi Vp’nin değeri, PUT’ta harici dirençler kullanılarak programlanabilir.

PUT’un Çalışması : PUT’un iletime geçebilmesi için anodu kataduna nazaran daha pozitif bir polaritede olmalıdır. Geyt’e ise anaduna nazaran daha negatif bir polarite uygulanmalıdır. Bu
koşullarda PUT iletime geçer ve katodundan anaduna doğru bir akım akar. PUT’un iletimi; anot akımının tutma akımı (IH) değerinin altına düşene kadar devam eder. PUT’un iletim geriliminin programlanabildiği unutulmamalıdır. Bu deneyde PUT’un iletimde ve kesimde nasıl çalıştığı gözlenecektir.

PUT’un iletime geçebilmesi veya kesime gidebilmesi için bir takım koşulların sağlanması gerekmektedir. Bu koşullar PUT paremetreleri ile ilgilidir. PUT’un en önemli paremetreleri; VG, Vp, IAK ve IH değerleridir. Bu değerlerin özelliklerini önceki deneylerden biliyorsunuz. Bu çalışmada PUT’un belirtilen paremetrelerini hesaplayacağız ve ölçeceğiz.

SCR UYGULAMALARI

SCR ile yapılan çeşitli uygulamalar tanıtılacak ve SCR ile gerçekleştirilen Faz kontrol devreleri incelenecektir.

Gerekli donanım :
Güç Kaynağı: 24V AC
Osilaskop (çift Kanallı)
Multimetre
SCR (TIC126D veya Muadili)
Diyot:4x1N4007 veya Muadili
UJT: 2N2646 veya Muadili
Direnç: 2×100, 470, 680, 1K, 100K
Potansiyometre: 10K, 100K
Kondansatör: 0.22µF, 10µF
Lamba: 24V Akkor Flemanlı

SCR’nin DC karakteristiklerini ve çalışma prensiplerini inceledik. Bu bölümde SCR’nin AC işaretlerde çalışmasını ve özelliklerini inceleyeceğiz. Elektro mekanik devrelerde; anahtar, role ve reostaların yerlerine SCR’ler güvenle kullanılabilir. Alçak güç harcaması, sessiz çalışması, ekonomik olması, boyutlarının küçük olması SCR’nin bir çok endüstriyel uygulamada tercih edilmesine neden olur.

Güç ve endüstriyel kontrol ünitelerinde SCR’nin temel çalışma prensibi faz kontrolüdür. Bu bölümde SCR ile yapılan çeşitli faz kontrol devrelerini inceleyeceğiz.

SCR’nin tetikleme gerilimi ise UJT’li relaksasyon osilatörü tarafından üretilmektedir. Devredeki P ve C elemanları relaksasyon osilatörün osilasyon frekansını ayarlamakta kullanılır. Bu ise SCR’nin iletim açısını kontrol etmede önemli bir parametredir.

UJT’nin B1 terminalinden R3 direnci ile SCR’nin geytine uygulanan tetikleme sinyali SCR’nin iletim açısını kontrol eder. İletim açısı UJT ile kontrol edilen SCR, yük akımını istenilen seviyede kontrol eder. Şekil-21.3’deki deney devresinde; SCR ile Yapılan tam dalga faz kontrol gözlemlemek amacı ile yük direnci yerine bir lamba konulmuştur.

Dolayısıyla lambadan geçen akım SCR ile kontrol edilebilmekte ve lambanın parlaklığı istenilen ölçüde ayarlanabilmektedir. Çeşitli endüstriyel uygulamalarda bu devreyle farklı bir
çok AC yük kontrol edilebilir.

TRİYAK UYGULAMALARI

Bu bölümde triyak’la gerçekleştirilen çeşitli uygulamalar tanıtılıp, triyakla faz kontrolü
yapılacaktır

Gerekli donanım :
Güç Kaynağı: 24V AC
Osilaskop (Çift Kanallı)
Transformatör N=1/2
Diyot: 4x1N407
UJT: 2n2646
Ampül: 23V (Akkor Flemanlı)
Diyak: 33V
Direnç: 2×100 2x1K 470
Potansiyometre: 10K
Kondansatör: 1µF 2,2µF

TRİYAK’la Faz kontrolü-1 : Bu deneyde Triyak’ın AC gerilimde çalışmasına örnek olarak bir kondansatör ile tetikleme açısı ayarlanabilen faz kontrol devresi incelenecektir.

Bilindiği gibi triyak çift yönlü SCR gibi çalışır. Bir tam saykılın pozitif ve negatif alternanslarında triyak’la faz kontrolü yapmak mümkündür. şekil-23.1’de bir kondansatör yardımı ile yapılan faz kontrol devresi görülmektedir. Devrede faz kontrolü P potansiyometresi ve C kondansatörü yardımı ile yapılmaktadır. R1 direnci lambanın ömrünü uzatmak amacı ile konulmuştur.

Bu deneyde triyak’la yapılan ve diyak’la tetiklenen bir faz kontrol devresi incelenmiştir. Bu devre bir önceki uygulama devresine nazaran daha kullanışlı ve hassastır. Bu yüzden bir çok uygulamada tercih edilir. Yaptığımız deneyde kontrol edilen AC gerilim değeri sınırlı tutulmuştur. Bu durum Diyak kırılma gerilimi değerinin bazı durumlarda altında kaldığından faz kontrolünü maksimum değerlerde yapmak mümkün olmamıştır. Bu durumu dikkate alınız. Çok büyük akım ve gerilim değerlerinde güç kontrolü yapılabileceğini hatırlayınız.

TRANSİSTÖRLÜ GERİLİM REGÜLATÖRLERİ

Gerilim regülasyonunu gerçekleştirmek amacıyla, Transistörlü Seri Gerilim Regülatörlerinin Özellikleri çalışmaları incelenecektir.

Gerekli donanım :
Güç Kaynağı: 12 VDC
Osiloskop ( çift kanallı )
Sayısal veya Analog Multimetre
Transformatör: 220V/ 12V
Transistör: 3xBC108C, BD135
Zener Diyot: ZD6. 2
Silisyum Diyot: 1N4007
Direnç: 1KW, 2K2W, 4K7W, 10KW
Potansiyometre: 10KW
Kondansatör: 22nF, 0.1mF, 100mF, 47mF

Regüle işleminin amacı belli bir elektriksel büyüklüğü (gerilim veya akım) dış etkilerden bağımsız olarak sabit tutulabilmektedir. Regüleli bir gerilim kaynağının çıkış gerilimi, çıkış akımı ve yükten bağımsız olmalıdır. Örneğin 12V’luk sabit gerilim üreten regüleli bir gerilim kaynağının çıkış gerilimi daima 12V olmalıdır. Çıkış akımından, yükten veya diğer bir takım faktörlerden etkilenmemelidir.

Regüle işleminin yapılabilmesi için, regüle edilecek büyüklük sürekli ölçülmek zorundadır. Ölçülen bu değer (o anki değer) olması istenilen gerçek değerle karşılaştırılarak gerekli düzenleme (regüle) yapılır. Olması istenen değer için bir referans gerilimi gereklidir. Referans gerilimi genellikle bir zener diyotla sağlanır.

Zener diyot, regüle işlemi için tek başına yeterli değildir. Zener diyotla elde edilen referans gerilim, diğer bir takım yarıiletken devre elemanları kullanılarak geliştirilir. ile geliştirilerek regüle işlemi gerçekleştirilir.

Regüle işlemi gerilim için yapıldığı gibi akım içinde yapılabilir. Bu bölümde gerilimi kararlı kılmak için gerçekleştirilen regülatör devreleri incelenecektir. Seri ve paralel olmak üzere iki tip Transistörlü gerilim regülatörü vardır. Regülatör devresinin yüke seri veya paralel olması regülatörün tipini belirler. Paralel gerilim regülatörleri boşta akım çekmeleri, çok güç harcamaları vb nedenlerden ötürü pek tercih edilmezler. Regüle devrelerine, çıkış akımını istenilen seviyede sınırlamak amacı ile bir takım ilave düzenekler eklenebilir.

Çıkış gerilimi ayarlanabilen regüleli gerilim kaynaklarına diğer bir alternatif ise NATİONAL firmasının ürettiği LM317 kodlu pozitif, ve LM337 kodlu negatif gerilim regülatörüdür. bu gerilim regülatörlerinin çıkış gerilimi harici elemanlarla +1.2V ile +37V arasında istenilen değere ayarlanabilirler. Çıkış akımları ise 1.5A civarındadır. 3A’ lik metal kılıflı tipleri de vardır. Bu regülatörlerin giriş gerilimleri, maksimum çıkış geriliminden 3V daha büyük olmalıdır. Ayrıca giriş gerilimi iyi bir filtrelemeye tabi tutulmalıdır.

Şekil-25.6a.da ayak bağlantıları verilen gerilim regülatörü dikkat edilirse üç adet terminale sahiptir. Giriş ve çıkış terminalleri dışında çıkış geriliminin değerlerini ayarlamada kullanılan ayar (adjust) terminali vardır.Tüm devrenin çıkış gerilimi şekil- 25.6.b’deki devre yardımı ile belirlenir ve aşağıdaki şekilde formüle edilir.

GERİLİM/AKIM VE A/V DÖNÜŞTÜRÜCÜLERİ

Gerilim/Akım dönüştürücü (Voltage-to-Current Converter) ve Akım/Gerilim Dönüştürücü (Current-to-Voltage Converter) devrelerinin özellikleri ve çalışmaları incelenecektir.

Gerekli donanım :

Simetrik güç kaynağı: -+12V DC
Multimetre: Sayısal ve Analog
İşaret üreteci
Opamp: 2xLM741 tipi, 1xLM324
Transistör: BC108
Direnç: 47, 100, 220, 4K7, 6x10K, 4x100K
Potansiyometre: 100, 4x1K, 10K

Endüstriyel sistemlerde basınç, ısı, sıcaklık, debi v.b gibi çeşitli fiziksel büyüklüklerin ölçülmesinde ve kontrol edilmesinde sensörlerden (transducers) yararlanılır. Sensörlerin genellikle kullanım amaçları yukarıda belirtilen fiziksel büyüklükleri elektriksel işaretlere dönüştürmektir. Dönüştürme işlemi sonucunda elde edilen akım veya gerilim değerleri endüstride kullanılan standart değerler aralığında olmalıdır.

Her hangi bir sensör çıkışında elde edilen elektriksel büyüklük standart bir akım veya gerilim değerine dönüştürülür. Endüstriyel uygulamalarda pek çok zaman elde edilen standart akım veya gerilim değerlerinin birbirlerine dönüştürülmeleri gerekir. Bu tür işlevleri yerine getirmek amacıyla Akım/gerilim veya gerilim akım dönüştürücülerinden faydalanılır.

Bazı endüstriyel cihazlar gerilim esasına bağlı olarak çalışmaktadır. Dolayısıyla herhangi bir sensörden alınacak standart akım değerleri, orantılı olarak gerilime çevrilmelidir. Bunun için akım/gerilim dönüştürücülerine gereksinim duyulur. Bazı durumlarda şekil-26.1’de verilen gerilim akım dönüştürücü devrenin çıkışından alınan akım, işlenmek üzere önemli sayılabilecek uzak bir mesafeye transfer edilmesi gerekebilir. Transfer işleminin akımla yapılması oldukça zor ve sorunludur. Bu nedenle akım/gerilim dönüştürücüleri sıklıkla kullanılır.

DC GÜÇ KKAYNAKLARI

Tüm elektronik cihazlar çalışmak için bir DC güç kaynağına (DC power supply) gereksinim duyarlar. Bu gerilimi elde etmenin en pratik ve ekonomik yolu şehir şebekesinde bulunan AC gerilimi, DC gerilime dönüştürmektir.

Dönüştürme işlemi Doğrultmaç (redresör) olarak adlandırılan cihazlarla gerçekleştirilir. Doğrultmaç veya DC Güç kaynağı (DC power supply) denilen cihazlar, basitten karmaşığa doğru birkaç farklı yöntemle tasarlanabilir. Bu bölüm; bir dc güç kaynağının
genel yapısı içerisinde aşağıdaki konulardan oluşmaktadır.

Temel dc Güç Kaynağı
Transformatörler
Doğrultmaç ve Filtre devreleri
Regülasyon işlemi

Temel DC Güç Kaynağı (Power Supply)

Bilindiği gibi bütün elektronik cihazlar (radyo, teyp, tv, bilgisayar v.b gibi) çalışmak için
bir dc enerjiye gereksinim duyarlar. dc enerji, pratik olarak pil veya akülerden elde edilir. Bu oldukça pahalı bir çözümdür. dc enerji elde etmenin diğer bir alternatifi ise şehir şebekesinden alınan ac gerilimi kullanmaktır. Şebekeden alınan ac formdaki sinüsoydal gerilim, dc gerilime dönüştürülür. Bu işlem için dc güç kaynakları kullanılır.

Temel bir dc güç kaynağının blok şeması şekil-5.1’de görülmektedir. Sistem; doğrultucu,
filtre ve regülatör (regulator) devrelerinden oluşmaktadır. Sistem girişine uygulanan
acgerilim (genellikle şehir şebeke gerilimi), bir transformatör yardımıyla istenilen gerilim
değerine dönüştürülür. Transformatör çıkışından alınan bu ac gerilim, doğrultmaç
devreleri kullanılarak doğrultulur.

Doğrultulan gerilim, ideal bir dc gerilimden uzaktır ve az da olsa dalgalanmalar (rıpıl) içerir. Filtre devreleri tam bir dc gerilim elde etmek ve rıpıl faktörünü minimuma indirmek için kullanılır. İdeal bir dc gerilim elde etmek için kullanılan son kat ise regülatör düzenekleri içerir. Sistemi oluşturan blokları sıra ile kısaca inceleyelim.

Şekil-5.1 ac Gerilimin dc Gerilime dönüştürülmesi

Transformatör : Şehir şebeke gerilimi genellikle 220Vrms/50Hz’dir. Bu gerilim değerini belirlenen veya istenilen bir ac gerilim değerine dönüştürülmesinde transformatörler kullanılır. Bir transformatör silisyumlu özel saçtan yapılmış gövde (karkas) üzerine sarılan iletken iki ayrı sargıdan oluşur. Bu sargılara primer ve sekonder adı verilir. Primer giriş, sekonder çıkış sargısıdır. Primer ile sekonder sargıları arasında fiziksel bir bağlantı yoktur. Bu
özellik, kullanıcıyı ve sistemi şehir şebekesinden yalıtarak güvenli bir çalışma sağlar.

Üreticiler çeşitli güç değerlerinde transformatör üreterek kullanıcının tüketimine sunarlar.
Bir trafonun gücü artıkça boyutu ve fiyatı da artmaktadır. Enerji kayıpları az olduğundan
primerden uygulanan güç, çok az kayıpla sekondere aktarılır. Primer sargıları genellikle
220Vrms’dir. Sekonder sargıları ise farklı gerilim değerlerinde üretilmektedir.

Transformatörlerin primer ve sekonder gerilimleri ve güçleri üzerlerinde etkin değer (rms)
olarak belirtilir.

Transformatör seçiminde; primer ve sekonder gerilimleri ile birlikte gücüne de dikkat
edilmelidir. Bir güç kaynağının tasarımında kullanılacak transformatörün toplam gücü; trafo
üzerinde ve diğer devre elemanlarında harcanan güç ile yükte harcanan gücün toplamı
kadardır. Transformatör her durumda istenen akımı vermelidir. Fakat bir transformatörden
uzun süre yüksek akım çekilirse, çekirdeğin doyma bölgesine girme tehlikesi vardır. Bu
nedenle transformatör seçimine dikkat edilmeli, tasarlanacak dc kaynağının gücüne uygun
transformatör seçimi yapılmalıdır. Şekil-5.2’de örnek olarak farklı güçlerdeki bazı
transformatör görüntüleri verilmiştir.

Şekil-5.2 Çeşitli güçlerde transformatörler

Doğrultmaç ve Filtre Devreleri

Şehir şebekesinden alınan ve bir transformatör yardımıyla değeri istenilen seviyeye ayarlanan AC gerilimi, DC gerilime dönüştürmek için ilk adım doğrultmaç devresi
kullanmaktır. Doğrultmaç devreleri, yarım dalga ve tam dalga olmak üzere iki tiptir.
Yarım dalga doğrultmaç devresi kaliteli bir güç kaynağı tasarımı için yeterli değildir. Çıkış
gerilimi düşük ve darbelidir.

İyi bir güç kaynağı tasarımında mutlaka tamdalga doğrultmaç devresi kullanılmalıdır. Köprü tipi ve orta uçlu olmak üzere iki tip tamdalga doğrultmaç devresi tasarlanabilir. Tipik bir köprü tipi tamdalga doğrultmaç devresi ve çıkışından alınan dalga biçimi Şekil-5.2’de verilmiştir.

Şekil-5.2 Köprü tipi ve orta uçlu tam dalga doğrultmaç devreleri

Doğrultmaç çıkışından alınan işaretin dalga biçimi, dc işaretten uzaktır ve çeşitli
dalgalanmalar (ripple) barındırmaktadır. İşaret üzerindeki dalgalanmaları minimum düzeye
indirip tam bir dc gerilim elde etmek amacı ile filtre devreleri kullanılır. Çeşitli tip filtre
devreleri (RC, C, LC, ? v.b) vardır. En pratik ve ekonomik filtre işlemi kondansa-törlerle
yapılır. Şekil-5.3’de tamdalga doğrultmaç çıkışından alınan işaret ve filtre işlemi grafiksel
olarak gösterilmiştir.

Doğrultmaç ve filtre devrelerinin çalışmaları ve özellikleri üzerinde fazla durmayacağız. Bu
konuları daha önceden bildiğinizi varsayarak sadece hatırlatma yapılmıştır.

Şekil-5.3 Köprü tipi ve orta uçlu tam dalga doğrultmaç devreleri

Son olarak şekil-5.4’de komple bir dc güç kaynağı devresi, çıkış işaretinin dalga biçimi ve
alabileceği dc değer verilmiştir. Çıkışta filtre amacıyla kullanılan kondansatörün kapasite
değeri önemlidir. Büyük değerli kapasiteye sahip kondansatör daha iyi sonuç verir.

Şekil-5.4 Köprü tipi ve orta uçlu tam dalga doğrultmaç devreleri

Gerilim Regülasyonu ve önemi

Kaliteli bir güç kaynağının yapımında son aşama regülasyon işlemidir. Regülesiz bir güç
kaynağı özellikle hassas cihazların beslenmesinde tercih edilmez. Regülesiz bir dc güç
kaynağının sakıncaları aşağıda özetlenmiştir.

• Regülesiz bir güç kaynağından çekilen akım miktarı değiştikçe (ya da) çıkış yükü değiştikçe, çıkış gerilimi sabit kalamayarak değişmektedir.

• Regülesiz kaynağın girişindeki ac gerilim değişmesi, çıkış dc geriliminde değişmesine neden olur.

• Regülesiz kaynakta doğrultma işleminde kullanılan yarıiletkenler ısıdan etkilenirler. Dolayısıyla ısıdaki değişimler çıkış dc gerilimini değiştirebilir.

Belirtilen bu üç kusuru ortadan kaldırmak ve çıkıştaki dalgalanma oranını azaltmak amacıyla gerilim regülasyonu yapılır. Her hangi bir güç kaynağının gerilim regülasyonu (G.R) aşağıdaki gibi formüle edilebilir.

Gerilim regülasyonu genellikle % olarak ifade edilir. Bu durumda %G.R;

Örnek :Bir dc güç kaynağının çıkış gerilimi boşta (yüksüz, IL=0A) 12V ölçülmüştür. Güç
kaynağının çıkış gerilimi 10mA’lik tam yükte ise 11.9V ölçülmüştür. Kaynağın gerilim
regülasyonunu bulunuz?

Çözüm

TRANSİSTÖRLÜ GERİLİM REGÜLATÖRLERİ

Kararlı ve düzenli bir dc gerilim elde etmede ilk adım gerilim regülasyonudur. Gerilim regülasyonu, gerilim regülatörü devreleri kullanarak yapılmaktadır. İlk gerilim regülatörleri zener diyot-transistör ikilisinin kullanılması ile geliştirilmiştir.

Bu bölümde regüle işleminin temel ilkelerini öğrenmek amacı ile transistörlü gerilim regülatörlerini inceleyeceğiz. Regülatör devresinin yüke seri veya paralel olması regülatörün tipini belirler. Seri ve paralel olmak üzere iki tip transistörlü gerilim regülatörü vardır. Paralel gerilim regülatörleri boşta akım çekmeleri, çok güç harcamaları vb nedenlerden ötürü pek tercih edilmezler. Regüle devrelerine, çıkış akımını istenilen seviyede sınırlamak amacı ile bir takım ilave düzenekler eklenebilir.

Paralel Gerilim Regülatörü
Seri Gerilim Regülatörü

Emeği geçen Kişilere Teşekkürler

Hazırlayan: İlyas KAPLAN – Elektronige başlanğıc için süper bir kaynak malzeme,devre bilgileri ölçüm yöntemleri ve daha bir çok bilgi. Elektronige yeni başlayan başlayacak olanlar için detaylı bir çalışma. Emeği geçen hazırlayan kişilere teşekkürler.

yukarıda özetler verilmiştir;