Transistör Nedir? Ne İşe Yarar? Nasıl Çalışır? Çeşitleri

Transistör nedir: Transistör yan yana birleştirilmiş iki PN diyotundan oluşur. Girişine uygulanan elektrik sinyallerini yükselterek akım ve gerilim kazancı sağlar. Gerektiği zaman anahtarlama elemanı olarak kullanılır. Bu yarı iletken bir elektronik devre elemanına transistör denir. Transfer ve rezistans kelimelerinin birleşiminden türemiştir.

NPN veya PNP biçiminde yerleştirilen üç yarı iletken maddenin bileşiminden oluşur. Transistörün beyz kutbu tetiklendiğinde kollektör ve emiter arasında direnç değeri azalır ve akım geçişi sağlanır. Kollektör ve emiter arasından geçen akımın miktarı beyz kutbuna uygulanan tetikleme akımının miktarına bağlıdır.

Transistörler musluğa benzetilebilir. Musluk, akan sıvıyı ayarlar. Transistör ise geçen akımı denetler.

Bu özelliği sayesinde küçük akımlar aynı biçimde olmak kaydıyla büyütülebilir. Böylece küçük bir akım ile büyük bir alıcının çalışması da sağlanabilir.

En çok kullanılan transistör tipleri bipolar junction transistordur (BJT). Metal-oxide semiconductor field efect transistor (MOSFET) transistörlerdir. BJT transistör akım ile çalışır. FET transistörler gerilimin meydana getirdiği  elektrik alanla çalışırlar. FET transistör günümüzde daha çok tümleşik sayısal devrelerde kullanılır.

BJT transitörlerde Base, Emitter ve Collector olmak üzere üç bacağı vardır. FET transistörler de ise Gate, Drain ve Source olmak üzere 3 adet bacak vardır.

Bipolar transistörler, yapılarındaki yarı-iletken dizilimine göre NPN ve PNP olmak üzere iki çeşittedir.

NPN ve PNP Transistörlerin Farkı

Temelde aynı işi yaparlar. Fakat NPN ve PNP transistörlerin devreye bağlanış şekilleri farklıdır. Kutuplanmaları için gerekli gerilimler terstir.

NPN transistörler, açık konuma getirilmeleri için pozitif baz akımına ihtiyaç duyarlar. Devrede yük ile negatif gerilim (GND) arasına bağlanırlar:

PNP tip transistörler ise iletime geçmek için negatif baz akımına ihtiyaç duyar ve yükün pozitif tarafına bağlanarak kullanılır.

MOSFET Nedir? MOS Transistörler

Transistör çeşidi de metal-oxide semiconductor field effect transistor MOSFET . Metal oksit yarı-iletkenli alan etki transistörü.   MOSFET elektronik devrelerde sıkça kullanılır.

BJT’ler gibi MOSFET’ler de anahtarlama ve güçlendirme (amplifikasyon) görevinde kullanılırlar. BJT’nin emitter, collector ve base olmak üzere 3 adet bacağı vardır. Bu bacaklar, MOSFET’ te ise gate, drain ve source olarak adlandırılır.

MOSFET’lerde kontrol sinyali gate isimli bacaktan uygulanır. BJT’ lerin aksine bu bacaktan akım geçişi olmaz. Bu bacağa sadece transistörün datasheet’ inde belirtilen değerde bir gerilim uygulanırsa transistör çalışır.

• BJT‘nin çalışması için base bacağına akım
• MOSFET‘in çalışması için gate bacağına gerilim

uygulanmalıdır.

MOSFET’ ler, aynı BJT’ lerde olduğu gibi kutuplarına göre N-tipi ve P-tipi olmak üzere farklı çeşitlerdedir.

MOSFET’ ler, BJT’ ler gibi base akımına ihtiyaç duymadan çalışırlar. Bunun için daha az ısınırlar. Bu nedenle dijital elektronik devreler de MOSFET tipi transistörler tercih sebebidir. Bu avantajlarına karşın MOSFET’ ler, BJT’ lerin sağlayabildiği ölçüde akım kazancı sağlayamamaktadırlar.

Transistör Yapısı

Transistör imalatı yapılırken yarı iletkenler kullanılır. Bu yarı iletkenlerin, birbirlerine yüzey birleşimli olarak üretilmektedir. Bu sebeple “Bipolar Jonksiyon Transistör” olarak adlandırılır.

BJT transistörler katkılandırılmış P ve N tipi malzeme kullanılarak üretilir. Transistörler NPN veya PNP şeklinde yerleştirilmiş üç yarı iletkenin bileşiminden meydana gelir. NPN transistör de 2 adet N tipi yarı iletken madde arasına 1 adet P tipi yarı iletken madde konur. PNP tipi transistörde ise, 2 adet P tipi yarı iletken madde arasına 1 adet N tipi yarı iletken madde konur.

Transistör Nasıl Çalışır?

Transistör 3 adet tabakaya veya terminale sahiptir. Transistörün her bir terminaline görevlerinden dolayı;

Emiter (Emiter), Beyz (Base) ve Kolektör (Collector) denir.

• Emiter bölgesi (Yayıcı): Akım taşıyıcıların harekete başladığı bölge
• Beyz bölgesi (Taban): Transistörün çalışmasını etkileyen bölge
• Kollektör bölgesi (Toplayıcı): Akım taşıyıcıların toplandığı bölge

Bu bölgelere irtibatlandırılan bağlantı iletkenleri de elektrot, ayak veya bağlantı ucu olarak tanımlanır.  Bu terminaller; genelde E, B ve C harfleri ile sembolize edilirler.

Beyz kutbu tetiklendiğinde kollektör ve emiter arasında direnç değeri azalır ve akım geçirir duruma gelir. Kollektör ve emiter arasından geçen akımın miktarı beyz kutbuna uygulanan akımın miktarına bağlıdır.

Transitörlerin çalışma mantığı iç yapısında gerçekleşen olaylar;

Kimya derslerinde öğrenilen atomlar arasındaki bağlar ve fizik dersinde öğrenilen elektrik alan prensiplerine dayanır.

Transistör gerek bir anahtar, gerek bir yükseltici, gerekse de bir üreteç görevi yapsın. Bütün transistörler elektrik direncinin değişmesine dayalı olarak çalışır. Base akımı veya Gate gerilimi olamadığında Collector ile Emitter arasındaki direnç çok çok yüksektir. O kadar yüksektir ki bu iki bağlantı arasında hemen hemen hiçbir akım geçemez

Fakat Base bağlantısında küçük bir akım(Gate de küçük bir gerilim) aktarıldığında;

Collector ile Emitter (Drain ile Source) arasındaki dirençte çok büyük azalma olur. Bundan dolayı arasından akım geçebilir. Bu durumda transistör küçük bir akımın veya gerilimin yardımıyla büyük bir akımı kontrol edebilir.

Transistör bir anahtar olarak kullanıldığında;

giriş bağlantısına küçük bir akım (FET’ lerde gerilim) verildiğinde güçlü bir elektrik akımının devresini tamamlamasına izin verir.

Bir yükseltici veya bir üreteç olarak kullanıldığında zayıf bir sinyali güçlendirir. Zayıf sinyal küçük bir elektrik akımı veya gerilimi biçiminde girişe (Base-Gate) uygulanır. Bu, Collector’ den Emitter’e büyük bir akımın geçmesine izin verir. Bu durumda güçlü bir sinyal üretilmiş olur.

Transistörlerin Çalışma Bölgelerine Göre İncelenmesi

Transistörler çalışma bölgelerine göre gruplara ayrılarak incelenebilir. Transistörün çalışma bölgeleri; kesim, doyum ve aktif bölge olarak isimlendirilir. Transistor; kesim ve doyum bölgelerinde bir anahtar görevi yapar.

Özellikle sayısal sistemlerin tasarımında transistörün bu özelliğinden faydalanılır ve anahtar olarak kullanılır. Transistörün çok yaygın olarak kullanılan bir diğer özelliği ise yükselteç olarak kullanılmasıdır. Yükselteç olarak kullanılacak bir transistör aktif bölgede çalıştırılır. Yükselteç olarak çalıştırılacak bir transistörün PN jonksiyonları uygun şekilde polarmalandırılmalıdır.

NPN ve PNP transistörlerin yükselteç olarak çalıştırılması durumunda;

NPN tipi bir transistörde,  beyz-emiter jonksiyonu doğru yönde polarmalanır. Beyz-kolektör jonksiyonu ise ters yönde polarmalanır. Her iki transistorün çalışma prensibi aynıdır. Sadece polarma gerilimi ve akımlarının yönleri terstir.

Doyma Bölgesi

Emitör ve Kollektör gerilimleri birbirine çok yaklaştığında geçilen bölgesir. Bu bölgede bir transistör hızlıca ısınıp bozulabilir. Doyma bölgesinde her iki jonksiyon da iletim yönünde kutuplanmıştır. Transistörün doyma gerilimi V_CEsat ile gösterilir.

I_B Baz akımı olmak üzere doyum bölgesinde;

• I_B > 0
• V_BE > 0
• V_CB < 0 dır.

Aktif Bölge

Aktif bölge transistörün normal kullanılışıdır. Yani aktif bölgede B-E jonksiyonu iletim, C-B jonksiyonu ise tıkama yönünde kutuplanmıştır.

Aktif bölgede;

• I_B > 0
• V_BE > 0
• V_CB > 0′ dır.

Kesim Bölgesi

Emitör ve Baz arası ters bağlandığında geçilen bölgedir. Bu bölgede her iki jonksiyon da tıkama yönünde kutuplanır.

• I_C = 0 ‘dır.

Transistörün Avantajları;

• Transistörler küçüktür ve az enerji harcarlar.
• Daha uzun çalışırlar, ömürleri uzundur.
• Her an çalışmaya hazır  durumdadırlar.
• Çalışma voltajları düşüktür. Pil ile çalışma imkanı vardır.
• Transistörler lambalar gibi cam değildir, kırılmaz.
• İmalatı kolay ve transistör fiyatları daha ucuzdur.

Transistörün Dezavantajları;

• Elektromanyetik palse karşı vakum tüplerinden daha duyarlıdırlar.

Transistörün Tarihçesi

Transistörün tarihçesi elektronikle ilgili sistemlerin gelişmesi ile başlamıştır. Günümüzde sahip olunan teknolojilere ulaşmayı sağlamıştır. Termiyonik triyot (diğer ismiyle lamba ya da vakum tüpü), 1907 yılında icat edilmiştir. 1925′ de fizikçi Julius Edgar Lilienfeld alan etkili transistör (FET)  çalışmalarda bulunmuştur. 1934′ de yılında Alman mucit Oskar Heil, Avrupa’da transistör için çalışma yapmıştır.

1947 yılında icat edilen elektroniğin temel yapı taşı olan transistörlerdir. Transistörler en büyük telefon şirketi olan Bell kuruluşlarının araştırma laboratuvarların da. William Shockley başkanlığında, John Bardeen ve Walter Brattain tarafından geliştirilmiştir.

Transistörün Kullanım Alanları

Transistörler günümüz elektroniğinin temelini oluştururlar. Transistörün yapısı bakımdan, yükselgeç  olarak çalışma özelliği olan bir devre elemanıdır. Devrede yaygın olarak kullanım amacı ise devrede anahtarlama yapar.

Transistör elektroniğin her alanında kullanılır. Bundan dolayı teknolojinin en değerli elektronik devre elemanlarından biridir. Elektronik devrelerde anahtarlama ve kuvvetlendirme işlemlerinde kullanılırlar. Mikrodalga fırınlar, akıllı tahtalar, cep telefonları, güvenlik sistemleri vb gibi… farklı cihazlarda transistörler kullanılmaktadır.

Devre örnekleri

Transistör ile Yük Anahtarlama

Transistörler ile Arduino gibi mikrokontrolcüler aracılığıyla LED şeritler. Motorlar gibi yüksek güç tüketecek yükler anahtarlanabilir.

Devrede 0-5V bağlantıya PWM sinyali uygulanarak anahtarlama yüksek hızda yapılabilir. Böylece devreye bağlı olan LED’in parlaklığı veya bağlanan motorun hızı kontrol edilebilir.

H Köprü Devresi

Motorun sadece hızı değil, yönünü de kontrol etmek için H-köprü devre kurmalıdır.

H köprüsü 4 adet transistörden meydana gelmiştir.

Transistörler ile Lojik Kapısı Devreleri

Dijital elektronik lojik kapılarını transistörler ile oluşturulabilir. Günümüzde bu tip lojik devreler için MOS transistörler kullanılmaktadır.

NOT Kapısı (Inverter – Tersleyici)

AND (VE) Kapısı

OR (VEYA) Kapısı

Transistör ile Amfi Devresi

Transistörler küçük sinyalleri yükseltmede kullanılır. Küçük bir AC sinyalin (örn. mikrofondan çıkışı) kuvvetlendirilerek bir hoparlörü çalıştırması için gerekli amfi devresine örnek şema;

AC sinyalin girişinde bulunan kapasitör, transistörün bazına DC sinyalin gitmesini engeller. Hoparlörden hemen önce transistörün kolektör ucuna kapasitör bağlanmıştır. Bağlı olan çıkıştaki kapasitör de, devredeki hoparlöre DC sinyalin iletimini engellemek için bulunmaktadır.

Buradaki devre lojik inverter ile benzerlik göstermektedir. Bu amfi devresinin bir özelliği de, uygulanan sinyalin fazını tersine çevirmesidir. Bu durumun önüne geçmek için çok katmanlı amfi devreleri kurulur ve bu sayede sinyal iki kere çevrilerek geçilebilir.

 

BENZER YAZILAR

Transistör Çeşitleri

NPN Transistör 

Transistörlerde Akım ve Gerilim Yönleri 

Transistörlerin Çalışma Kararlılığını Etkileyen Faktörler

Transistör Sağlamlık Kontrolü