Temel Elektronik

Bu ay transistörlü devrelerin bayaslanması ve bayaslama 
tekniklerini inceleyeceğim. Kısa bir hatırlatma gerekirse, bir 
transistörde ki kollektör akımı I_C=I_B x ß idi. O zaman 
elimizde yeterli bilgi olduğu zaman transitörlü bir devrenin her
türlü DC değerlerini hesaplayabiliriz şeklinde düşünebiliriz. 
Nedir yeterli bilgiler? Devredeki direnç değerleri, üzerlerine 
renk kodlarına bakarak okuyabiliriz. Voltaj değeri, bir AVO 
metre ile kolayca ölçebiliriz. Transistörün ß değeri onu da 
katalogdan bakarız.... Şimdi biraz düşünelim. Üreticiler 
ürettikleri her malzemeyi bir sonraki ile tıpatıp aynı şekilde 
üretebilirler mi? Yani bir direnç, bir kondansatör yada bir 
transistör bütün özellikleri ile bir diğerinin aynısı olabilir mi?
Olmaz! Olsa olsa çok yakını olur. Hadi bu kadar kesin 
konuşmayalım ama tam eşitlik düşük bir olasılıktır. 
Arkadaşlar ısı  elektronik bir devrede, devrenin kararlı 
çalışmasını etkileyen önemli bir faktördür. Bu sebepten 
devreler ısıdan en az eğişime uğrayacak şekilde 
tasarlanmaktadır. Ayrıca devredeki elemanların toleransları 
yani olması gereken değerden yüzde olarak sapmaları da 
devremizi etkiler. Örneğin bir transistörlü devrede 
transistörün ß değeri %20 değiştiğinde
I_C değeri ne kadar değişiyor. Yukarıdaki formüle göre I_C
akımının da %20 değişmesi doğal görünmektedir. O zaman 
görünüşte aynı olan devrelerde de farklı sonuçlarla 
karşılaşmamızda doğal olacaktır. Bu faklılaşma bazı 
devrelerde önemli olmayabilir. Bazı devrelerde de çok önemli
olabilir. Şimdi çeşitli bayaslama tekniklerini, özelliklerini 
inceleyelim.

Sabit Bayaslama Devresi:

Bu devrenin Beyz akımı I_B=(V_CC - V_BE) / R_B olduğunu 
kolayca olduğunu görebiliriz. Bu formüle baktığımızda ß 
değerinin I_B akımı ile alakalı olamadığını, ß değeri ne olursa
olsun I_B akımını değiştiremeyeceğini görülebilir. Bu devrenin
Kollektör akımı ise, I_C=I_B x ß dır. Şimdi bu formülde ß 
değerindeki değişiklik aynen I_C akımına yansıyacaktır. 
Bu devre ile ilgili diğer formüller ise;

Maksimum I_C akımı: I_Csat = V_CC / R_C

Kollektör - Emitör arası voltaj:  V_CE = V_CC - (I_C x R_C)

Şimdi bir örnek yapalım, V_CC=12V, R_B=1M, R_C=10K, 
V_BE=0V, ß=50 olsun. I_Csat,  I_B, I_C ve V_CE değerlerini bulalım. 

I_Csat = V_CC / R_C; I_Csat = 12 / 10,     I_Csat = 1,2mA

I_B=(V_CC - V_BE) / R_B;    I_B=(12 - 0) / 1000,    I_B=0,012mA

I_C=I_B x ß; I_C=0,012 x 50,    I_C=0,6mA 

V_CE = V_CC - (I_C x R_C);    V_CE = 12 - (0,6 x 10),    V_CE = 6V olur. 

Şimdi bu transistörün bir nedenle bozulduğunu, ve yerine 
aynısını taktığımızı!! düşünelim. Fakat bu transistörün ß 
değeri eskisinden %20 fazla olsun. I_B akımı aynı kalacak 
fakat I_C;

I_C=I_B x ß; I_C=0,012 x 60, I_C=0,72mA olur. 
Yani Sabit Bayaslama Devresinde %ß değişimi aynen I_C
akımına yansıyacaktır.

Kollektör Geri Beslemeli Bayas:

Bu devrenin beyz akımını oluşturan gerilim doğrudan kollektör
gerilimidir. Şimdi dikkat edelim. Kollektör gerimi kollekör 
akımına bağlıdır. Kollektör akımı da  ß değerine bağlıdır. 
Örneğin ß değerinin arttığını düşünelim. Bunun sonucu olarak
I_C akımı artacak fakat V_CE gerilimi azalacaktır. V_CE gerilimi
I_B akımın sağladığı için, I_B akımına azaltma etkisi 
gösterecektir. Buda ß artmasından dolayı I_C akımını artışını
azaltacaktır.
Bu devrenin Formülleri;

I_B=(V_CC - V_BE) / (ß x R_C + R_B)

I_C=I_B x ß

V_CE = V_CC - (I_C + I_B) x R_C

I_B, I_C akımından çok küçük olursa I_C akımının yaklaşık değeri;

V_CE = V_CC - (I_C x R_C)   formülü de kullanılabilir. 

I_Csat = V_CC / R_C

Şimdi bir örnek yapalım, V_CC=12V, R_B=1M, R_C=10K, 
V_BE=0V, ß=50 olsun. I_Csat,  I_B, I_C ve V_CE değerlerini bulalım. 

I_Csat = V_CC / R_C; I_Csat = 12 / 10, I_Csat = 1,2mA

I_B=(V_CC - V_BE) / (ß x R_C + R_B);    I_B=12 / (50 x 10 + 1000);
I_B=12 / 1500,    I_B=0,008mA

I_C=I_B x ß;    I_C=0,008 x 50,   I_C=0,4mA

V_CE = V_CC - (I_C x R_C);    V_CE = V_CC - (I_C x R_C),
V_CE = 12 - (0,4 x 10),  V_CE = 8V

Şimdi bu transistörün bir nedenle bozulduğunu, ve yerine 
aynısını taktığımızı!! düşünelim. Fakat bu transistörün ß 
değeri eskisinden %20 fazla olsun. Bu durumda I_C akımı;

I_B=(V_CC - V_BE) / (ß x R_C + R_B);    I_B=12 / (60 x 10 + 1000);
I_B=12 / 1600,    I_B=0,0075mA

I_C=I_B x ß;    I_C=0,0075 x 60,   I_C=0,45mA

Bu sonuca bakacak olursak, ß %20 değişmesine rağmen 
I_C %12,5 değişmiştir.
Yani Kollektör Geri Besleme Bayaslama Devresinde %ß 
değişimi aynen I_C akımına yansımayacaktır. Transitörün 
çalışma noktasının kararlılığı bu devrede daha iyidir.
 

Emitör Geri Beslemeli Bayas;

Bu devre, bir önceki Kollektör Geri Beslemeli Bayas 
devresindeki etkiyi gösterir.
Devre ile ilgili formüller;

I_B=(V_CC - V_BE) / ((R_B + (R_E x (ß +1))

I_C=I_B x ß

V_C=V_CC - (I_C x R_C) 

V_E= I_E x R_E = I_C x R_E

V_CE=V_C - V_E

I_Csat = V_CC / (R_C + R_E)
 

Şimdi bir örnek yapalım, V_CC=12V, R_B=1M, R_C=10K, 
V_BE=0V, R_E=1K, ß=50 olsun. I_Csat,  I_B, I_C ve V_CE
değerlerini bulalım. 

I_Csat = V_CC / (R_C + R_E);    I_Csat = 12 / (10 + 1), I_Csat = 1,1mA

I_B=(V_CC - V_BE) / ((R_B + (R_E x (ß +1));
I_B=12/ ((1000 + (1 x (50 +1))
I_B=12/ 1051
I_B=0,0114mA

I_C=I_B x ß
I_C=0,0114 x 50
I_C=0,57mA

V_C=V_CC - (I_C x R_C)
V_C=12 - (0,57 x 10)
V_C=6,3V

V_E= I_E x R_E = I_C x R_E
V_E = 0,57 x 1
V_E = 0,57 V
 

V_CE=V_C - V_E
V_CE=6,3 - 0,57
V_CE=5,73V
 

Şimdi bu transistörün bir nedenle bozulduğunu, ve yerine 
aynısını taktığımızı!! düşünelim. Fakat bu transistörün ß 
değeri eskisinden %20 fazla olsun. Bu durumda I_C akımı;

I_B=(V_CC - V_BE) / ((R_B + (R_E x (ß +1));
I_B=12/ ((1000 + (1 x (60 +1))
I_B=12/ 1061
I_B=0,0113mA

I_C=I_B x ß
I_C=0,0113 x 60
I_C=0,678mA

Bu sonuca bakacak olursak, ß %20 değişmesine rağmen 
I_C %18,9 değişmiştir.
Yani Emitör Geri Beslemeli Bayaslama Devresinde %ß 
değişimi aynen I_C akımına yansımamıştır. Eğer kullanılan 
transistörün ß değeri yüksek olsaydı bu devrenin de 
kararlılığı iyi çıkacaktı. Bu devrenin kararlılığı Kollektör 
Geri Besleme Bayaslama Devresinden daha kötüdür.
 

Kollektör ve Emitör Geri Beslemeli Bayas;

Bu devre adından da anlaşılacağı gibi her iki devrenin 
kararlılığa yaptığı etkilerin tümümü taşır.

Devre ile ilgili formüller;

I_B=V_CC-V_BE / ((ß x R_C) + R_B + (1 + (ß x R_E)))

I_C=I_B x ß

V_C=V_CC - (I_C x R_C) 

V_E= I_E x R_E = I_C x R_E

V_CE=V_C - V_E

I_Csat = V_CC / (R_C + R_E)

Şimdi bir örnek yapalım, V_CC=12V, R_B=1M, R_C=10K, 
V_BE=0V, R_E=1K, ß=50 olsun. I_Csat,  I_B, I_C ve V_CE
değerlerini bulalım. 

I_Csat = V_CC / (R_C + R_E);     I_Csat = 12 / (10 + 1)
I_Csat = 1,1mA

I_B=V_CC-V_BE / ((ß x R_C) + R_B + (1 + (ß x R_E)))
I_B=12 / ((50 x 10) + 1000 + (1 + (50 x 1)))
I_B=12 / 500 + 1000 + 50
I_B=0,0077mA

I_C=I_B x ß;    I_C=0,0077 x 50; 
I_C= 0,385mA 

V_C=V_CC - (I_C x R_C) 
V_C=12 - (0,385 x 10)
V_C=8,15V 

V_E = I_C x R_E
V_E = 0,0385 x 1
V_E = 0,385V

V_CE=VC - V_E
V_CE=8,15 - 0,385
V_CE=7,765V

Şimdi bu transistörün bir nedenle bozulduğunu, ve yerine 
aynısını taktığımızı!! düşünelim. Fakat bu transistörün ß 
değeri eskisinden %20 fazla olsun. Bu durumda I_C akımı;

I_B=V_CC-V_BE / ((ß x R_C) + R_B + (1 + (ß x R_E)))
I_B=12 / ((60 x 10) + 1000 + (1 + (60 x 1)))
I_B=12 / 600 + 1000 + 60
I_B=0,0072mA

I_C=I_B x ß;    I_C=0,0072 x 60; 
I_C= 0,432mA 

Bu sonuca bakacak olursak, ß %20 değişmesine rağmen 
I_C %12,2 değişmiştir.
Yani Kollektör ve Emitör Geri Beslemeli Bayaslama 
Devresinde %ß değişimi aynen I_C akımına yansımamıştır. 
Bu devrenin kararlılığı yukarıdaki daha iyidir.
 

Çift Kaynaklı Bias;

Çift kaynaklı devrelerde iki adet güç kaynağı kullanıldığı için 
bütün ölçmeler şaseye göre yapılmalıdır. Bu devrede dikkat
edilmesi gereken nokta I_B akımının V_EE kaynağı tarafından
sağlanmasıdır.

Devre ile ilgili formüller;

I_B=V_EE-V_BE / (R_B + (1+ ß) x R_E)

I_C=I_B x ß

V_C=V_CC - (I_C x R_C) 

V_E= -(V_BE + I_B x R_B)

V_CE=V_C - V_E

Şimdi örneğimizi bu devre için yapalım. V_CC=V_EE=12V, 
R_B=1M, R_C=10K, V_BE=0V, R_E=1K, ß=50 olsun. I_B, I_C ve 
V_CE değerlerini bulalım. 

I_B=V_EE-V_BE / (R_B + (1+ ß) x R_E);
I_B=12 / (1000 + (1+ 50) x 1);
I_B=0,0114mA 

I_C=I_B x ß;
I_C=0,0114 x 50
I_C=0,57mA

V_C=V_CC - (I_C x R_C);
V_C=12 - (0,57 x 10)
V_C=6,3V 

V_E= -(V_BE + I_B x R_B)
V_E= -(0+ 0,0114 x 1000)
V_E= -11,4V
 

V_CE=V_C - V_E
V_CE=6,3 - (-11,4)
V_CE=17,7V
 

Şimdi bu transistörün bir nedenle bozulduğunu, ve yerine 
aynısını taktığımızı!! düşünelim. Fakat bu transistörün ß 
değeri eskisinden %20 fazla olsun. Bu durumda I_C akımı;

I_B=V_EE-V_BE / (R_B + (1+ ß) x R_E);
I_B=12 / (1000 + (1+ 60) x 1);
I_B=0,0113mA 

I_C=I_B x ß;
I_C=0,0113 x 60
I_C=0,687mA

Bu sonuca bakacak olursak, ß %20 değişmesine rağmen 
I_C %18,9 değişmiştir.
Yani Çift Kaynaklı Geri Beslemeli Bayaslama Devresinde 
kararlılık Emitör Geri Beslemeli devre ile aynıdır.

Üniversal Bayas Devresi:

Yukarıdaki şekilde görülen Üniversal Bayas devresinde VB 
voltajı, V_CC kaynağından R₁ ve R₂ dirençlerinden oluşan 
gerilim bölücüden sağlanmaktadır. Bu dirençler, girişine 
bağlanan devrenin çıkış direncini yada empedansını 
etkilemeyecek kadar büyük, R_E emitör direncinden yaklaşık
olarak on kat büyük ve I_B akımını sağlayacak şekilde seçilir.
V_B voltajı;

V_B=(R₂/(R₁ + R₂)) * V_CC

R_B eşdeğer direnci;

R_B=R₁ * R₂/(R₁ + R₂)

Bazı arkadaşlarımın aklına takılmış olabilir. Yukarıdaki şekle
baktığımızda R₁ ve R₂ dirençleri seri bağlı gibi duruyor. 
Burada V_CC voltaj kaynağının iç direnci önem kazanıyor. 
İdeal voltaj kaynaklarının iç direnci sıfırdır. Yani bir voltaj 
kaynağını omik olarak kısa devre olarak düşüneceğiz. O 
zaman R₁ in üst ucu R₂ nin alt ucuna bağlı gibi düşüneceğiz. 
Şekil bu durumda R₁ ve R₂ birbirine paralel bağlı olacaktır. 
Zaten R_B direncinin formülü de paralel bağlı iki direncin eş 
değerini bulmaya yarayan formül oluyor.

Aşağıdaki şekil R_B direncinin ve V_B voltajının eş değerleri 
kullanılarak çizilmiştir.

Bu devreye bakarak I_B akımını bulalım. Lafı uzatmadan 
Kirshhoff un voltaj kanununu kullanarak;

VB=I_B * R_B + V_BE + I_E * R_E

Denklemini yazarız. I_E akımının karşılığını yazarsak;

V_B=I_B * R_B + V_BE + (I_B +I_B * ß) * R_E
V_B - V_BE =I_B * R_B + I_B (1 + ß) * R_E
V_B - V_BE =I_B (R_B + (1 + ß) * R_E)

I_B=VB - V_BE / R_B + (1 + ß) * R_E)

Bulunur.  Aslında Bu formül bizim için yeterli olabilir. 
Burada VB ve R_B değerlerini açarak yazarsak;

I_B=((R₂/(R₁ + R₂)) * V_CC - V_BE) / (R₁ * R₂/(R₁ + R₂) + (1 + ß) * R_E))

Bu formül Üniversal Bayas devresinde I_B akımını bulmak için 
kullanılır.

I_C akımı her zamanki gibi;

I_C= I_B * ß

I_Cmax=V_CC / (R_C + R_E)

Bundan sonraki formüllerde I_E akımını yaklaşık I_C akımına 
eşit olduğunu kabul edeceğiz. 

V_C=V_CC - (I_C * (R_C + R_E))

V_E=I_C * R_E

V_CE= V_C - V_E

Şimdi bir örnek çözüm yapalım. V_CC=12V, R_C=10K, 
R_E=1K, R₁=100K, R₂=12K V_BE=0.6V, ß=50 olsun.
Q noktasının değerlerini bulalım. (I_B, I_C, I_Cmax, V_C,V_CE)

I_B=((R₂/(R₁ + R₂)) * V_CC - V_BE) / (R₁ * R₂/(R₁ + R₂) + (1 + ß) * R_E))
I_B=((12/(100 + 12)) * 12 - 0,6) / (12 * 100/(100 + 12) + (1 + 50) * 1))

I_B=0,011mA

I_C= I_B * ß
I_C= 0,011 * 50

I_C= 0,55mA

I_Cmax=V_CC / (R_C + R_E)
I_Cmax=12 / (10 + 1)

I_Cmax=1,1mA

V_C=V_CC - (I_C * (R_C + R_E))
V_C=12 - (0,55 * (10 + 1))

V_C=6V

V_E=I_C * R_E
V_E=0,55 * 1

V_E=0,55V

V_CE= V_C - V_E
V_CE= 6 - 0,55

V_CE= 5,45V

Yukarıdaki örnek çözümümüzde devremiz güzel bir Q 
noktasında çalışmakta. Şimdi devredeki transistörün bir 
şekilde arızalandığını ve yerine bir yenisini taktığımızı 
varsayalım. Fakat transistörün ß değerinin %20 fazla olduğunu
varsayalım. Bakalım I_B ve I_C akımları ne kadar değişecek.

I_B=((R₂/(R₁ + R₂)) * V_CC - V_BE) / (R₁ * R₂/(R₁ + R₂) + (1 + ß) * R_E))
I_B=((12/(100 + 12)) * 12 - 0,6) / (12 * 100/(100 + 12) + (1 + 60) * 1))

I_B=0,01mA

I_C= I_B * ß
I_C= 0,01 * 60

I_C= 0,6mA
Bu sonuca bakacak olursak, ß %20 değişmesine rağmen 
I_C %9 değişmiştir.
Yani Üniversal Bayaslama Devresinde kararlılık diğer 
devrelere göre çok iyidir.

Bu bölümde anlatmaya çalıştığım devrelerde, bir transistörlü
devrenin DC çözümü ve kararlılığı hakkında idi. Bunlar 
devreler en temel devreler olup, istediğimiz özelliklere sahip 
olması için bazı ekler yapılır. Transistörlü bir devrenin 
kararlılığını arttırmak (eğer gerek varsa) için bazen NTC, 
diyot yada yine transistörle yapılan sabit akım kaynakları 
kullanılır. Burada elektronikteki her devreyi teorik olarak 
anlatmak imkansız. Ancak sırası geldiğinde ben yada diğer 
arkadaşlarım pratik devrelerle vereceğimiz örneklerde 
açıklayacağız.

Artık şimdi basit transistörlü devrelerin DC çözümlemelerini 
kendiniz yapabilirsiniz. Hesapladığınız değerleri çalışan devre
üzerinde kontrol edebilirsiniz. Ölçme sonuçlarınız 
hesaplarınızla eşit çıkmasa bile yakın değerler elde 
edeceksiniz. Bunun sebebi ise formüle koyacağınız 
değerlerde toleranslardan dolayı sapmalar olabilir. Eğer 
yeterli pratiğe sahip olursanız (zamanla, sabırla ve sevgiyle)
artık hesap yapmadan sadece ölçerek devrenin normal yada
arızalı olduğunu tespit edebilirsiniz. Hesaplamalarınızda 
devredeki dirençleri renk kodları ile voltajı da ölçerek 
bulabilirsiniz. Transistörün beta değerin tabi ki katalogdan 
bakacaksınız. Katalogda göreceğiniz beta değeri sizi 
şaşırtabilir. Çünkü beta tek bir rakam olarak değil örneğin 
100 - 200 olabilir. Siz ortalama bir değer alın. Bulacağınız 
sonuçlar fazlaca değişmeyecektir. Değerli okuyucularım, 
buraya kadar anlattıklarımla sizden bir devreyi tasarlamanızı
beklemiyorum. Sadece devrenin nasıl çalıştığını anlamanız 
yeterli sonuçtur. Anlatmaya çalıştıklarımdan anlayamadığınız
yerler olursa mutlaka bana yazın. 

Kendinize iyi bakın..