Transistör Nedir?

0
216

Transistör; giriş ucuna uygulanan elektriksel sinyali yükselten, akım ve gerilim kazancı sağlayan, aynı zamanda anahtarlama elemanı olarak kullanılabilen elektronik devre elemanıdır.

Transistör; sözcük olarak; trans ve resistor kelimelerinin birleşiminden meydana gelmiştir. P ve N tipi katmanlardan oluşan diyot yapısına üçüncü bir katman eklenerek elde edilen transistör, teorik olarak akım kontrollü bir (yarı iletken) dirençtir. Transistörde akımı kontrol eden uca Base (beyz), akımın kontrollü aktığı iki uca ise Collector (kollektör) ve Emiter denir.

Transistörü önemli kılan unsurlardan birisi akım kazancıdır. Transistörün bu özelliği düşük akım değerleriyle yüksek akımların kontrol altına alınmasını sağlar.

Transistörü çalışma mantığı bakımından musluğa benzetebiliriz. Bu durumda Kollektör ve Emiter musluğun iki ucunu Base ise musluk başlığını temsil eder. Musluk başlığına uygulanan küçük bir kuvvet ile yüksek basınçlı suyun nasıl kontrol altına alındığını düşünün. Bu transistörün akım kazancına örnektir.

Transistör neden önemli?

Bugünün teknolojisinin temel yapı elemanı 1947 yılında icat edilen transistördür. Transistörün icadından önce yerine kullanılan elektron lambalarının; fazla yer kaplaması, pahalıya mal olması, çabuk kırılması ve fazla elektrik tüketmesi teknolojik gelişimleri sınırlandırmıştır. Öyle ki 1947 yılında üretimi tamamlanan lambalı ilk bilgisayar ENIAC; 30 ton ağırlığında ve 167 metrekare büyüklüğünde basit bir hesap makinesi idi.

Bir elektron lambasının kapladığı alan bir kaç santimetre iken bugün bir kaç milimetrelik bir mikroişlemciye milyonlarca transistör sığdırılmaktadır.

Transistörün icadı sayesinde 30 ton ağırlığındaki ENIAC bilgisayarın yaptığı tüm işlemleri ve daha fazlasını günümüzde birkaç milimetre boyutunda mikroişlemciler yapabilmektedir.

Transistör çeşitleri

Binlerce farkı özelliklerde üretilen transistörü temel olarak bipolar ve unipolar olmak üzere iki gruba ayırmak mümkündür.

1- Bipolar Transistör

Üç yarı iletken katmanın yüzey birleşiminden üretilen BJT ‘ler (Bipolar Junction Transistor) elektronikte en çok kullanılan transistör çeşididir.

BJT; iki P tipi katman ve bir N tipi katmanın yüzey birleşiminden meydana gelmiş ise PNP (veya P tipi), iki N tipi katman ve bir P tipi katmanın yüzey birleşiminden meydana gelmiş ise NPN (veya N tipi) transistör adını alır.

Aynı işleve sahip NPN ve PNP transistörler arasındaki temel fark; Kollektör – Emiter akımının kontrolü için base (beyz) ucuna uygulanan gerilimin yönüdür.

NPN Transistör Çalışma Prensibi

NPN transistörün çalışması (iletime geçmesi) için Kollektör ve Beyz ucunda pozitif, Emiter ucunda ise negatif gerilim bulunmalıdır. Ayrıca Beyz ve Emiter arasındaki gerilim 0.7 Volt’tan büyük olmalıdır.

NPN Transistör polarma
NPN Transistör Ortak Emiter Bağlantısı

Yukarıdaki şekilde (Ortak Emiter) Beyz akımı ile Kollektör akımı arasındaki bağlantıyı transistörün beta ( β ) değeri belirler. Bu beta değeri transistörün DC akım kazancı (kısaca hFE) olarakta adlandırılabilir.

  ICβ × IB

Burada verilen β (yada hFE) değeri ilgili transistörün kullanım kılavuzunda (datasheet) belirtilen sabit bir değerdir.

Örnek olarak transistöre ait β değeri 200 ise; izin verilen kollektör akımı, beyz akımının 200 katı olur.

PNP Transistör Çalışma Prensibi

PNP transistörün çalışması (iletime geçmesi) için Emiter ucunda pozitif , Kollektör ve Beyz ucunda ise negatif gerilim bulunmalıdır. Ayrıca Beyz ve Emiter arasındaki gerilim 0.7 Volt’tan büyük olmalıdır.

PNP Transistör doğru polarma

NPN transistördeki Kollektör ve Beyz akımı arasındaki bağlantı PNP transistörde de geçerlidir.

2- Unipolar Transistör

Tek kutuplu unipolar transistörler FET ve MOSFET olarak iki gruba ayrılabilir. FET ve MOSFET ‘ler BJT ‘lerin aksine akım kontrollü değil gerilim kontrollü çalışır. Uçları Gate (Kapı) , Drain (Oluk) ve Source (Kaynak) adlandırılır. Gate ucu BJT ‘deki Beyz ucuna, Drain ucu Kollektör ucuna, Source ucu Emiter ucuna denk gelir.

FET Çalışma Prensibi

FET (Field Effect Transistor) aynı zamanda üst versiyonu olan JFET (Junction Field Effect Transistor) ismi ile de anılır. N kanal ve P kanal olmak üzere iki tipi mevcuttur.

FET

Bir JFET’in çalışma şartları için iki temel durum söz konusudur. Bunlar;

a) Gate-Source gerilimi sıfır volt (VGS = 0V);

Fet2

Gate ucundaki gerilim sıfır volt iken Drain-Source uçlarındaki gerilim 0V ‘tan itibaren arttırılırsa ID akımıda aynı oranda artar. Bu akım artışı JFET’e ait Pinch-off (VP) gerilim değerine ulaştığında sabitlenir. ID akımının sabitlendiği bu noktaya IDSS değeri denir. Bu değer aynı zamanda Drain-Source üzerinden geçebilecek en yüksek akımdır. IDSS değeri her JFET için farklıdır. Bu değer JFET ‘e ait datasheet dosyasında (kullanım kılavuzunda) belirtilir.

Drain-Source gerilimi (VDS) kırılma noktasına (breakdown) ulaştığında ID akımı tekrar yükselmeye başlar. Ancak bu istenmeyen bir durumdur. Bu JFET’in bozulmasına neden olacağından JFET her zaman kırılma geriliminin altında çalıştırılmalıdır.

b) Gate-Source gerilimi sıfır volttan küçük (VGS < 0V);

FET3

Gate ucundaki gerilim negatif değerde ise sabit olan ID akımı bu değerle orantılı azalmaya başlar. Gate ucundaki negatif gerilim |VP| değerine ulaştığında ID akımı sıfır olur. ID akımının sıfır olduğu VGS gerilimi aynı zamanda JFET’e ait VGS(off) değeridir.

(Örnek olarak bir JFET ‘e ait VP değeri +5V ise VGS(off) değeri -5V ‘tur.)

Yukarıda anlatım N Kanal JFET için geçerlidir. P Kanal JFET ise iki fark dışında N Kanal JFET ile aynı şekilde çalışır. N Kanal JFET ‘te pozitif olan Drain-Source gerilimi P Kanal JFET ‘te negatif olmalıdır. Yine N Kanal JFET ‘te negatif olan Gate gerilimi ise P Kanal JFET ‘te pozitif olmalıdır.

MOSFET Çalışma Prensibi

MOSFET adı, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor kelimelerinin baş harflerinden meydana gelir. MOSFET, JFET ile benzer özellikler gösterir fakat Gate ucu ince bir SiO2 katmanı ile kanala bağlandığından giriş direnci çok yüksektir.

Çalışma şekline göre Enhance (Çoğalan) Tip MOSFET ve Depletion (Azalan) Tip MOSFET olarak iki tipi vardır. Bu iki tip yine N Kanal ve P Kanal olmak üzere ikiye ayrılır.

MOSFET

a) Enhance (Çoğalan) Tip N Kanal MOSFET

JFET’lerin aksine Gate ucuna herhangi bir gerilim uygulanmadığı veya bu uçtaki gerilim 0V olduğu sürece ID akımı sıfırdır. ID akımı, VGS geriliminin pozitif yönde artışıyla orantılı artar.

Mosfet 5

b) Enhance (Çoğalan) Tip P Kanal MOSFET

Çalışma şekli iki fark dışında Enhance (Çoğalan) Tip N Kanal MOSFET ile aynıdır. P Kanal Enhance MOSFET ‘in aksine Drain ucu negatif, Source ucu pozitif kutuplanmalıdır. ID akımı ise tam tersine VGS geriliminin pozitif yönde artışıyla orantılı azalır.

c) Depletion (Azalan) Tip N Kanal MOSFET

N Kanal Depletion MOSFET ‘te Gate ucundaki gerilim 0V olduğu durumda ID akımı JFET’lerde olduğu gibi belirli bir seviyededir. Bu akım seviyesine IDSS denir. Gate ucundaki gerilimin; pozitif (+) olması ve bu yönde artması ID akımının artmasını, negatif (-) olması ve bu yönde artması ise ID akımının azalmasını sağlar.

  • VGS = OV olduğu durumda ID = IDSS ‘dir.
  • VGS pozitif yönde artarsa ID > IDSS olur.
  • VGS negatif yönde artarsa ID < IDSS olur.

d) Depletion (Azalan) Tip P Kanal MOSFET

Çalışma şekli iki fark dışında Depletion N Kanal MOSFET ile aynıdır. N Kanal Depletion MOSFET ‘in aksine Drain ucu negatif, Source ucu pozitif kutuplanmalıdır. Gate ucundaki gerilimin; pozitif (+) olması ve bu yönde artması ID akımının azalmasını, negatif (-) olması ve bu yönde artması ise ID akımının artmasını sağlar.

  • VGS = OV olduğu durumda ID = IDSS‘dir.
  • VGS pozitif yönde artarsa ID < IDSS olur.
  • VGS negatif yönde artarsa ID > IDSS olur.

Şimdilik bu kadar…

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz