TRANSİSTÖR

Transistörler

Transistör nedir?

Eklem Transistör yarı iletken malzemeden yapılmış elektronik devre elemanıdır. Her nekadar diyodun yapısına benzesede çalışması ve fonksiyonları diyottan çok farklıdır.
Transistör iki eklemli üç bölgeli bir devre elemanı olup iki ana çeşittir.

- NPN
- PNP

Transistör aşağıda belirtildiği gibi değişik şekillerde tanımlanır:

1. Transistörün kolay anlaşılması bakımından tanımı; Transistörün bir sandviçe benzetilmesidir, yarı iletken sandviçi.
2. İkinci bir tanımıda şöyle yapılmaktadır; Transistör, iki elektrodu arasındaki direnci, üçüncü elektroda uygulanan gerilim ile değişen bir devre elemanıdır.
3. Transistörün en çok kullanılan tanımı ise şöyledir; Transistör yan yana birleştirilmiş iki PN diyodundan oluşan bir devre elemanıdır. Birleşme sırasına göre NPN veya PNP tipi transistör oluşur.

Transistörün başlıca çeşitleri şunlardır:

- Yüzey birleşmeli (Jonksiyon) transistör
- Nokta temaslı transistör
- Unijonksiyon transistör
- Alan etkili transistör
- Foto transistör
- Tetrot (dört uçlu) transistör
- Koaksiyal transistör

Transistörün kullanım alanları:

Transistör yapısal bakımdan, yükselteç olarak çalışma özelliğine sahip bir devre elemanıdır. Elektroniğin her alanında kullanılmaktadır.

Şekil 4.1 - Transistörler

1. NPN ve PNP transistörlerin yapısal gösterilimi,
2. Transistör sembolleri

Elektron Lambaları ilk defa 1906'da Dr. Lee de Forest tarafından uygulama sahasına konulmuştur. 1925'te Lilien Field ve 1938'de Hilsch ve Pohl tarafından, lambaların yerine geçecek bir katı amplifikatör elemanı bulma konusunda başarısızlıkla sonuçlanan bazı denemeler yapılmıştır. Çalışmaların amacı, lambalarda olduğu gibi katılarda da elektrostatik alan etkisi ile elektron akışını sağlamaktı. Daha sonraları bu çalışmalar bugünkü transistörlerin temelini teşkiletmiştir.
1931-1940 yılları katı maddeler elektroniği hakkında daha ziyade teorik çalışmalar devri olmuştur. Bu sahada isimleri en çok duyulanlar, L. Brillouin, A. H. Wilson, J. C. Slater, F. Seitz ve W. Schottky'dir.

Yıl 1948, Walter H. Brattain ve John Bardeen kristal redresör yapmak için Bell laboratuarlarında çalışıyorlar. Esas olarak yapılan; çeşitli kristallere temas eden bir 'catwhisker' in tek yönde iletken, diğer yönde büyük bir direnç göstermesi ile ilgili bir çalışmadır. Deneyler sırasında Germanyum kristalinin ters akıma daha çok direnç gösterdiği ve daha iyi bir doğrultma işlemi yaptığı gözlemlendi ve böylece germanyum redresörler ortaya çıktı.
Brattain ve Bardeen Germanyum redresör ile yaptıkları deneylerde, Germanyum kristali üzerindeki serbest elektron yoğunluğunun, redresörün her iki yöndeki karakteristiğine olan tesirini incelediler ve bu sırada, catwhisker'e yakın bir başka kontak daha yaparak deneylerini sürdürdüler. Bu sırada ikinci whisker de akım şiddetlenmesinin farkına vardılar ve elektronik tarihinin bir dönüm noktasına tekabül eden transistör böylece keşfedilmiş oldu.

Adını 'Transfer - Resistor' yani taşıyıcı direnç kelimesinden alan transistör'ün geliştirilmesine daha sonra William Shockley de katıldı ve bu üçlü 1956 yılı nobel fizik ödününe layık görüldüler.
İlk yapılan transistörler 'Nokta Kontaklı' transistörlerdi. Nokta kontaklı transistörler iki whisker'li bir kristal diyottan ibarettir. Kristale 'Base', whiskerlerden birine 'Emitter' diğerine de 'Collector'' adı verilir. Bu transistörlerde N tipi Germanyum kristali base olarak kullanılmıştır.

Whiskerler fosforlu bronzdan yapılır, daha doğrusu yapılırdı, bu transistörler artık müzelerde veya eski amatörlerin nostaljik malzeme kutularında bulunurlar.
Her iki whisker birbirine çok yakındır ve uçları kıvrık bir yay gibidir, bu kıvrık yay gibi olması nedeni ile kristale birkaç gramlık bir basınç uygular ve bu sayede sabit dururlar.Yani yalnız temas vardır.

Bu transistörlerin Ge kristalleri 0.5 mm kalınlığında ve 1 - 1.5 mm eninde parçalardır. Whisker arası mesafe ise milimetrenin yüzde 3'ü yüzde 5'i kadardır.
Bu ilk transistörler PNP tipinde idi, yani kristal N tipi Whiskerler P tipi idi.

Daha sonraları 'Yüzey Temaslı' transistörler yapıldı. Bu transistörler PNP veya NPN olacak şekilde üç kristal parçası birbirine yapıştırılarak imal edildiler. Yüzey temaslı transistörlerin yapılması ile silisyum transistörler piyasaya çıktı, daha sonraları transistörler kocaman bir aile oluşturdular ve sayıları oldukça arttı.

Transistör'ün daha önceleri kullanılan radyo lambalarına göre üstünlükleri nelerdir?

- Transistörler çok küçüktür ve çok az enerji isterler.
- Transistörler çok daha uzun çalışma ömrüne sahiptirler.
- Transistörler her an çalışmaya hazır durumdadır (lambaların flaman gerilimi sorunu).
- Çalışma voltajları çok daha azdır. Pille bile çalışırlar.
- Lambalar gibi cam değildir kırılmaz.

Peki ama bu lambanın hiç mi üstünlüğü yoktu. Olmaz olur mu?

Lambalar vakumlu oldukları için gürültüsü yoktur. yine lambalar vakumlu oldukları için yüksek empedanslıdırlar.

Fakat son zamanlarda Transistör ailesi çok geliştiği için lamba standartlarından bile daha iyi transistörler yapılmıştır.
FET'ler bu kalitede olan bir transistör ailesidir.

Çeşitli Transistörler

Transistörler esas olarak Bipolar transistörler ve Unipolar transistörler olarak iki kısma ayrılırlar. Bipolar transistörler de PNP ve NPN olarak iki tiptir.
PNP tipinde base negatif emitter ve collektor pozitif kristal yapısındadır. Bu transistörler emitter montajında; emitter + collector - olarak polarize edilirler. Base emittere göre daha negatif olduğunda transistör iletimdedir.

NPN tipinde ise base pozitif, emitter ve collector negatif kristal yapısındadır. Emitter topraklı olarak kullanıldığında, emitter negatif, collector pozitif olarak polarize edilirler. İletimde olması için base, emittere göre daha pozitif olmalıdır. Buradaki gerilim farkı 0.1 volt veya daha fazla olmalıdır.

Piyasada pek çok tip bipolar transistör mevcuttur. Bunların kullanılmaları sırasında mutlaka bacak bağlantılarını içeren bir katalog kullanılmalıdır; çünkü aynı kılıf yapısı içeren iki transistörün bacak bağlantıları ayrı olabilir.
Bipolar transistörler genelde 2 ile başlayan 2N. 2SA.. 2SB... 2SC.
veya AC. BD. BUX.. BUW. MJ.. ile başlayan isimler alırlar.
Son zamanlarda transistörlarin çeşidi ve sayısı arttığı için bir katalog kullanmak zorunludur.

2N3055 2SA1122 2SB791 2SC1395 AC128 BD135 BUX80 BUW44 MJ3001 gibi..
A ile başlayan transistörler Germanyum. B ile başlayan transistörler Silisyum dur, keza diyotlar için de bu geçerlidir, ikinci harfin anlamları şöyledir:

A : Diyot
C : Alçak frekans transistörü
D : Güç transistörü dür.
F : Yüksek frekans transistörü
Y : Güç Diyodu
Z : Zener Diyot

AC128, BC108, AF139, BF439, AD165, BD135, AA139, BY101 gibi.
Aynı kılıf içinde çift transistör varsa buna Darlington transistör adı verilir MJ3042 gibi.
Bazı darlington transistörler kılıf içinde bir de diyot ihtiva ederler.

Bir P tipi transistör push-pull olarak kullanıldığında, karakteristikleri benzer olan bir N tipi transistörle beraber kullanılır, buna 'Complementary' tamamlayıcı transistör adı verilir. MJ 2955 ile 2N3055 gibi.

Piyasada bulunan transistörler plastik veya metal kılıf içindedirler.

En çok kullanılan kılıf şekilleri To-3 To-5 To- 12 To- 72 To- 92 To- 220'dir.

TERMİSTÖR

Bir çok maddenin elektriksel direnci sıcaklıkla değişir. Sıcaklığa karşı hassas olan maddeler kullanılarak sıcaklık kontrolü ve sıcaklık ölçümü yapılabilir. Sıcaklık ile direnci değişen elektronik malzemelere; term (sıcaklık) ve rezistör (direnç), kelimelerinin birleşimi olan termistör denir. Termistörler genellikle yarı iletken malzemelerden üretilirler. Termistör yapımında çoğunlukla oksitlenmiş manganez, nikel, bakır veya kobaltın karışımı olan maddeler kullanılır.

Termistörler ikiye ayrılır:

PTC (sıcaklıkla direnci artan termistörler - Positive Temperature Coefficient)

PTC’nin çalışma prensibi; Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça elektriksel direnci de artan elektronik devre elemanıdır.

PTC’lerin kullanım alanları;

• PTC’ler – 60 °C ile +150 °C arasındaki sıcaklıklarda kararlı bir şekilde çalışabilirler.
• 0.1 °C’ ye kadar duyarlılıkta olanları vardır.
• Daha çok elektrik motorlarını fazla ısınmaya karşı korumak için tasarlanan devrelerde kullanılırlar.
• Ayrıca ısı seviyesini belirli bir değer aralığında tutulması gereken tüm işlemlerde, tüm devrelerde kullanılabilir.

PTC’nin sağlamlık testi; PTC’yi uçlarından ohmmetreye bağladığımızda (termistör bir direnç olduğu için yönüne bakmaya gerek yoktur) ilk olarak oda sıcaklığında PTC’nin üzerinde yazılı olan değeri okumamız gereklidir. Daha sonra mum veya benzeri bir araç ile ısıttığınızda (bu ısıstma işlemini yaparken ateş direk elemanın üzerine tutulmamalıdır, aksi takdirde eleman zarar görebilir.) direnci yükselir ise PTC sağlamdır. Bunun dışında bir durum gerçekleşiyor ise PTC arızalı demektir.

NTC (Sıcaklıkla direnci azalan termistör - Negative Temperature Coefficient)

NTC’nin çalışma prensibi; Bulunduğu ortamın veya temas ettiği yüzeyin sıcaklığı arttıkça elektriksel direnci azalan devre elemanıdır. PTC’lerin tam tersidirler.

NTC’lerin kullanım alanları;

• NTC’ler – 300 C° ile +50 C° arasındaki sıcaklıklarda kararlı bir şekilde çalışabilirler.
• 0.1 C°’ye kadar duyarlılıkta olanları vardır.
• Daha çok elektronik termometrelerde, arabaların radyatörlerinde, amplifikatörlerin çıkış güç katlarında, ısı denetimli havyalarda kullanılırlar.
• PTC’lere göre kullanım alanları daha fazladır.

NTC’nin sağlamlık testi; NTC’yi uçlarından ohmmetreye bağladığınızda ilk olarak oda sıcaklığında NTC’nin üzerinde yazılı değeri okumamız gerekiyor. Daha sonra mum veya benzeri bir araç ile ısıttığımızda direnci azalıyor ise NTC sağlam demektir. Bunun dışında bir durum gerçekleşiyorsa NTC arızalıdır.

Termokupl (Isıl-çift)

Termokuplların çalışma prensibi; Bütün iletkenler ısıtıldıklarında içlerinde bulunan elektronlarda bir hareketlenme meydana gelir. Ancak bu hareketlenme çeşitli iletkenler arasında farklılık gösterebilir. Bu maddenin ayırt edici özelliklerinden biridir. Biz de iletkenlerin bu farklarından yararlanarak sıcaklık ölçümü yapabiliriz.

İki farklı iletkenin birer uçları birbirine kaynak edilip ya da sıkıca birbirine bağlanıp boşta kalan uçlarına hassas bir voltmetre bağlandığında, eğer birleştirdiğimiz ucu ısıtırsak, sıcaklıkla orantılı olarak voltmetrede mV’lar mertebesinde bir DA gerilim elde ederiz. Elde ettiğimiz gerilimin değeri kullandığımız metallerin sıcaklığa verdiği tepki ile orantılıdır.

Termokupllar evresel etkenlerden zarar görmemesi için genelde birleşim noktası bir kılıf içinde bulundurulur.

Ayrıca termokupullar gerilim ürettikleri için aktif transdüserlerdir. PTC ve NTC ise pasif transdüserlerdir. Çıkış gerilimleri çok düşük olduğundan, daha çok çıkışına bir gerilim yükseltici bağlanarak kullanılır. Termokuplun yapımında genellikle bakır, demir, konstantan, platin, mangan, nikel gibi metaller kullanılır.

Termokuplların kullanım alanları; Termokupllar -200 °C ile +2300 °C arasında çalışabildiklerinden endüstride en çok tercih edilen ısı kontrol elemanlarıdır. Genellikle endüstri tesislerindeki yüksek sıcaklıkta çalışan kazanların ısı kontrolünde kullanılır.

Termokuplların sağlamlık testi; Avometre milivolt (örneğin;200mV.) kademesine alınır. Termokuplun uçlarına avometrenin prop uçları sabitlenir. Termokuplun ucu havya yada çakmakla ısıtılır.

Avometrenin ekranında gerilim değişimi olup olmadığı gözlenir. Gerilim değişimi varsa termokupl sağlamdır.

Bir thermocouple iki farklı metalin birleştirilmesiyle oluşturulur. Doğru alaşım seçimi ile ölçülebilir ve kestirilebilir bir sıcaklık-gerilim ilişkisi elde edilir. Thermocouplelarla ilgili en sık yanlış anlaşılan konulardan biri de gerlimin tam olarak nerede oluştuğudur. Çoğu kimse bu gerilimin iki metalin birleşim noktasında var olduğunu düşünür; ancak gerçekte çıkış gerilimi bimetal üzerinde uzunlamasına (sıcaklık değişimi yönünde) oluşur. Thermocouple ların ürettiği gerilim seçilen metallerin cihaz bağlantı noktasında var olan termoelektrik enerjilerinin farkıdır. Bu kestirilebilir gerilim gerçek işlem (Proses) sıcaklığıyla ilişkilendirilebilir.
Bu algılayıcıların geniş bir çalışma aralığı vardır ve yüksek sıcaklık uygulamaları için idealdirler. Soy metal alaşımlarından yapılmış olan thermocoplelar 1700 C a kadar olan sıcaklıkları izleme ve kontrol için kullanılabilirler. T/C lar özellikle minyatür algılayıcı tasarımları için de idealdir. Basit yapıları olumsuz ortam koşullarına (aşırı şok, vibrasyon gibi) dayanıklı olmalarını sağlar. Thermocouplelar sıcaklık değişimlerine ani değişiklik göstermek üzere küçük boyutlarda düzenlenebilirler.
T/Clar pekçok şekil ve boyutta olabilirler. Yalıtimlı en çok kullanılan tiptir
Bu tip bir T/C de tel haline getirilmiş metal alaşımlar yalıtım malzemesiyle kaplanır; bu malzeme thermocouple alaşımları arasında hem fiziksel hem de elektriksel yalıtım sağlar. Yalıtım malzemeleri 1260 Ca kadar olan sıcaklıklarda işlevlerini sürdürebilirler. Termocouplelar kısa dönemli ölçümler için ekonomiktir

POTANSİYOMETRE

Potansiyometre Nedir?

Tüm elektronikçilerin bildiği üzere potansiyometre bir direnç (reosta) türüdür. Fakat diğer direnç türlerinden ayrılan en büyük özelliği ise direnç değeri değiştirilebilir olmasıdır.

Potansiyometrenin Yapısı

Potansiyometre genel olarak üç bacaklı olmaktadırlar. Bu bacakların ikisi iç yapısında sabit fakat üçüncü bacak ise iç yapısında hareketli bir yapıya sabittir. İşte bu hareketli yapı sayesinde sabit diğer iki bacaktan sürekli değişen bir voltaj çıkışı alabilmek mümkün hale gelmektedir.
Aşağıda Potansiyometrenin yapısını tanıtan resimi inceleyebilirsiniz.

Potansiyometrenin Elektronik Sembolü

Potansiyometreler genel anlamda elektronikte aşağıdaki resimdeki gibi sembol edilmektedir.

Potansiyometre Çeşitleri

Başlıca potansiyometre çeşitleri şunlardır;

1. Doğrusal (Lineer) Potansiyometreler

Doğrusal bir düzlem üzerine montaj edilmiş direnç türüdür. Direnç değeri 0′dan itibaren doğrusal bir şekilde artar. Bu artım sayesinde elektronik bir devrede doğrusal bir şekilde voltaj kontrolü sağlanabilir. Mantığını daha iyi anlayabilmek için eklediğim resimleri inceleyiniz.

Soldaki resim doğrusal sistemli bir potansiyometrenin iç yapısını göstermektedir. Sağdaki resim de ise bu potansiyometrenin hareketli milinin pozisyonuna göre verdiği çıkışı sembolize eden bir grafik yer almaktadır.

2. Dairesel (Rotational) Potansiyometreler

Dairesel bir düzlem üzerine montaj edilmiş bir direnç türüdür. Doğrusal Potansiyometre türünden ayıran en önemli özelliği ise Direnç değeri logaritmik bir düzen de artma göstermektedir.

Soldaki resim dairesel sistemli bir potansiyometrenin iç yapısını göstermektedir. Sağdaki resim de ise bu potansiyometrenin hareketli milinin hareketine göre verdiği çıkışı sembol eden bir grafik yer almaktadır.

Potansiyometrenin Avantajları

Bu kısmımda maddeler halinde potansiyometreyi ona benzer özellik taşıyan diğer elektronik parçalardan ayıran önemli özellikleri hakkında bilgi vermeye çalışacağım.
Düşük Maliyet: Diğer voltaj ayarlama için kullanılabilecek elemanlara kıyasla daha ucuza bulunabilmektedir.
Düşük Teknoloji: Kullanılan teknolojinin basitliğinden dolayı kolayca nasıl kullanılabileceği anlaşılabilmektedir.
Kolay Kullanım: Kullanımı kolay ve çabuk öğrenilebilir.

Potansiyometrenin Dezavantajları

Potansiyometreyi olumsuz etkileyen sebepler ise kısaca şunlardır;
İç Parçalarda Aşınma: İç parçalarda zamanla aşınmalar meydana gelebilmektedir.
Düşük Hassasiyetlik: Yüksek hassasiyetliği yakalamak zordur.
Düşük Yenilenebilirlik:
Sınırlı Frekans Cevabı:

Potansiyometrenin Kullanım Alanları

Potansiyometreler genel anlamda aşağıda yer alan amaçlar doğrultusunda kullanılmaktadır. Bunlar;
Voltaj Kontrolü: Potansiyometre genel anlamda voltaj kontrolü amacı ile kullanılmaktadır. Çoğunlukla ise gerilim bölücü olarak kullanılmaktadır. Bu alana örnek olarak dimmer devreleri ve basit motor kontrol devreleri örnek gösterilebilir.
Akım Kontrolü: Çok sık olarak kullanılmasalar da akım kontrolü amacı ile de kullanılabilmektedirler. Şimdilik bu konu hakkında çok fazla bir bilgiye sahip olmadığım için atlıyorum.
Pozisyon Algılama: Pozisyon algılama sensörü olarak ta kullanılmaktadırlar. Fakat bu durumda hassas bir ölçüm için ayrıca bir elektronik devre ile kontrol edilmesi gerekir. Bu konuya aşağıda ayrıntılı bir şekilde değinelim.

Yukarıdaki resimi dikkatle inceleyecek olursak potansiyometrik konum algılama sensörleri hakkında bir fikir sahibi olabiliriz. Bu resimdeki sol taraftaki kısım bir potansiyometreyi temsil etmektedir. Ortadaki kısım ise Opamptır.

Opamplar, en basit tanımı ile gerilim yükselten devre elemanıdır. Buradaki görevi ise kısaca şudur;

Bu devrede opamp, potansiyometrede oluşan gerilim farkını yükselterek çıkışta daha hassas bir çıkış alabilmemizi sağlar. Yani potansiyometrenin çıkışına eklenen opamp ile en ufak bir voltaj değişikliğini bile hassas bir şekilde ölçe bilmemizi sağlar.

Resimde de görüldüğü gibi opamp çıkışında oluşan yükseltilmiş voltaj şu formül ile hesaplanabilir.

Vout = Rf/Rn (V2-V1)

En sağdaki resimde ise potansiyometrenin hareketli yapısının hareketi sonunda alınacak çıkışın grafik ile gösterilmiş halidir.

 

OPTOKUPLÖR

Optokuplör ,elektriki bir bağlantı olmadan düşük gerilimlerle ,yüksek gerilim ve akımları kontrol edebilen devre elemanına denir. Yapısında ise bir led diyot ve onun yaydığı ışıktan etkilenerek iletime geçen bir adet foto eleman bulunur.

Optokuplörler görünüş bakımından ;
1. Entegre tipi optokulörler ,
2. Foto eleman ve led diyodun açıkta bağlandığı optokuplörler ( plastik veya metal kap içinde ) , olarak iki şekildedir.

Optokuplörler yapı bakımından ise ;
1. Foto diyot - led diyottan yapılmış optokuplörler ,
2. Foto transistör - led diyottan yapılmış optokuplörler ,
3. Foto tristör - led diyottan yapılmış optokuplörler ,
4. Foto triak - led diyottan yapılmış optokuplörler , olarak sıralanabilir.