GENÇ NET

TRANSİSTÖR

ZİYARETÇİ DEFTERİ YAZ / DEFTERİ OKU

EMAİL

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 transistorlar 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 Transistor ailesi çok geliştiği için lamba 
standartlarından  bile daha iyi transistörler yapılmıştır. 
FET'ler bu kalitede olan bir transistor ailesidir.

Çeşitli Transistörler
 
 

Transistörler esas olarak Bipolar transistörlar 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 transistörun bacak bağlantıları  ayrı olabilir.
 

Bipolar transistorlar genelde 2 ile başlayan 2N… 2SA….  2SB…..  2SC… 
veya  AC…  BD…    BUX…. BUW…   MJ…. ile başlayan isimler alırlar. 
Son zamanlarda transistorların çeşidi ve sayısı arttığı için bir katalog 
kullanmak zorunludur.

2N3055    2SA1122     2SB791       2SC1395   AC128  BD135 
BUX80  BUW44     MJ3001  gibi….

A ile başlayan transistorlar Germanyum. B ile başlayan transistorlar 
Silisyum dur, keza diyotlar için de  bu geçerlidir, ikinci harfin 
anlamları şöyledir:

A: Diyot 
C :Alçak frekans transistoru 
D : güç transistoru dir.
F :Yüksek frekans  transistoru
Y : Güç Diyodu 
Z: Zener Diyot 

AC128, BC108, AF139, BF439, AD165, BD135,  AA139, BY101 gibi.

Aynı kılıf içinde çift transistor varsa buna Darlington transistor adı 
verilir MJ3042 gibi.
Bazı darlington transistorlar kılıf içinde bir de diyot ihtiva ederler.

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

Piyasada bulunan transistorlar plastik veya metal kılıf içindedirler. 
En çok kullanılan kılıf şekilleri     To-3  To-5  To- 12   To- 72  To- 92  To- 220'dir.
 

Çeşitli transistorların şematik gösterimi
 
 

Transistor ailesinin Diğer önemli elemanı  FET yani Field - effect 
Transistordur. FET'ler kendi aralarında iki kişidirler ve her FET üyesinin 
Hem P tipi Hem de N tipi bulunur.

1-) Junction FET ( JFET )
2-) MOS - FET ( metal oxid semiconductor field effect transistor  veya 
İGFET de denir -İsolated gate field effect transistor ).

FET  Shockley tarafından geliştirildi.Shockley  bu tip transistorlara 
Unipolar adını verdi bu nedenle FET Transistorlar  Unipolar  tip olarak 
adlandırılır.
 

FET lerin Bipolar transistörlere üstünlükleri nelerdir?

1-)Empedansları yüksektir.
2-)Gürültü seviyeleri düşüktür.
3-)Sıcaklık değişmelerinde daha kararlıdır.
4-)Yüksek akım taşıyabilir.

JFET'ler Drain Source ve Gate tabir edilen 3 bacaklı elemanlardır. 
MOS-FET'ler azalan ve çoğalan tip olmak üzere ikiye ayrılırlar. 
Dual Gate MOS-FET lerde ise gate sayısı iki tanedir. MOS'ın ayrıca 
CMOS VMOS gibi tipleri de mevcuttur.

Transistör ailesinin bir diğer elemanı da UJT 'unijunction' transistor, 
bu bir çift base'li diyot dur. Henich Welker adlı bir Fransız bilim 
adamı tarafından 1948 yılında geliştirilmiştir ve özellikle osilatör, 
timer ve thyristor tetikleme devrelerinde çok kullanılır. UJT'nin de 
ayrıca CUJT (Complementary Unijunction transistor) ve 
PUT (Programable unijunction transistor) gibi çeşitleri mevcuttur.

Kısaca transistorun ne olduğunu öğrendik. Şimdi önce iletken ve 
yarıiletken nedir ona bakalım ve sonra transistor hakkında biraz 
daha bilgi verelim.

İLETKENLİK NEDİR?: Maddeye uygulanan E elektrik alanının, 
maddeyi aşıp geçen İ akım şiddetine oranına iletkenlik adı verilir. 
s =  I  /  E   olarak yazılır.

Bakırın iletkenliği  6x10⁸   W^-1 m^-1    iken
Polietilen ‘in iletkenliği 10x10^-12 W^-1 m^-1 dir.

Yani bakır poliüretene göre 10²⁰ defa daha fazla iletkendir.

YALITKAN NEDİR?: Elektrik akımını iletmeyen maddelerdir.
Yalıtkan maddeler bazı şartlarda iletken hale gelebilirler,
örneğin çok yüksek potansiyel farkı yalıtkan bir maddeyi iletken 
hale getirebilir. Yalıtkan madde atomlarının son yörünge 
elektronları atom dışına çıkamaz,dolayısı ile moleküller arasında 
dolaşamaz ve elektrik iletilmemiş olur.

YARIİLETKEN NEDİR?: Düşük sıcaklıklarda metallere göre elektriği 
çok az ileten,yüksek sıcaklıklarda derecelerinde, yalıtkan maddelere 
göre daha iletken olan maddelere 'Yarıiletken' madde adı verilir. 
Elektronikte en çok kullanılan yarıiletken maddeler şunlardır.
 

• Germanyum
• Silisyum
• Galyum Arsenür
• İndiyum Fosfür

Burada bahsedilen ve elektronikte kullanılan yarıiletken ailesinin 
elemanlarını yapmakta kullanılan maddeler, bir katkılama işlemine 
tabi tutulurlar. Düşük sıcaklıklarda bir yalıtkan olan silisyum, 
20 santigrat derecede yalıtkanlara göre bir milyon kere daha iletkendir. 
Ama iletkenliği metallere göre ise 100 milyon kere daha azdır.

Katkılama işlemi, son yörüngesinde 3 veya 5 elektron taşıyan bir 
maddeden az bir miktar ile yukarıda bahsedilen maddelerin 
karıştırılması sonucu olur.

Silisyum dış yörüngede 4 elektron taşır,bir silisyum kristali içine 
milyonda bir oranında azot veya fosfor gibi,dış yörüngede 5 elektron 
taşıyan bir madde katılırsa,kristal yapı içinde yer değiştirebilen elektronlar 
bulunur ve  N tipi yarıiletken oluşur. Bu iş için arsenik ve antimon da 
kullanılan maddelerdendir.

Eğer katkı maddesi olarak son yörüngede 3 elektron taşıyan bor veya 
alüminyum kullanılırsa o zaman oluşan madde elektrondan fakirdir ve 
elektron soğurur, bu tip yarıiletken maddeye P tipi yarıiletken denir.
Burada elektron taşıyıcıları pozitif oyuklardır. Bu iş için kullanılan 
maddeler arasında indiyum da mevcuttur.

Bu şekilde elde edilen P ve  N tipi maddelerin çeşitli  şekilde yanyana 
getirilmesi ile çok değişik yarıiletken devre elemanları yapılabilmektedir.
 

BİPOLAR TRANSİSTORLAR:

Bipolar transistorlar iki tiptir NPN ve PNP. N tipi transistorlarda 
Emiter negatif olarak,P tipi transistorlarda ise Emiter pozitif olarak 
polarize edilir. N tipi olanlarda Base pozitif, P tip olanlarda ise 
Base negatif olarak biaslanır. Bu durumda iletime geçen transistörden 
az bir miktar Base akımı akar.

Transistorlar: Emitter , Base ve Collector topraklı olarak üç şekilde 
kullanılabilir, hepsinin kendine ait özellikleri vardır fakat en çok 
kullanılan Emitter topraklı şekildir.

Bir transistorde Emitter akımı, Collector akımı ve Base akımı toplamına eşittir.

Bipolar transistorlarda akım yönleri
 

I E = I C + I B  dir.

Collector akımının, Emitter akımına oranına  a adı verilir, bu değer 
0.950 ile 0.995 değerleri arasındadır. a yerine  h fb de kullanılır.

a = I C / I E   dir.

Transistörde  Emitter açıkken bile minimal de olsa bir Collector - 
Base akımı akar, bu ters polarizeli bir diyot kaçak akımı gibidir,
buna Kesim (Cut-off ) akımı adı verilir. I CBO ile gösterilir.
Bu kaçak akımı da hesaba katılırsa,

a=  { I C - I CBO } / I E       olur.

Ayrıca Transistorlerde bir parametre de Cut - off frekansıdır.
Bunun  için 1000 Hz de çalışma esas alınır. Bir transistorun 1000 Hz'deki
a değerinin, 0.707 si kadar olan a değerine düştüğü çalışma frekansı 
o transistorun cut - off frekansıdır. Transistorler bu frekansın üstünde 
osilatör olarak çalıştırılırlar ama amplifikatör olarak çalıştırılmazlar.

Transistorlerde akım kazancı yani a yanısıra b yani gerilim kazancı 
önemlidir.Bir transistorun  b  sı  yaklaşık 10 - 1000 arası  bir değerdedir.

b = { I c - I co  } / I B + I co   dir. Pratikte  “  Ico  “  ihmal edilir ve
 

b =   I c  / I B     olur 

b yerine h fe de kullanılır buna "small signal current amplification factor" 
adı verilir, yaklaşık olarak   hfe = hFE = b dır.

I c  = b x I B    olarak yazılır.

b = a / { 1- a }        dır.
 
 

Bipolar transistörlerin bağlantı özellikleri
 

Transistorların karakteristikleri gösteren pek çok  diyagram mevcuttur. 
Bunlara bir örnek aşağıda verilmiştir.

Transistor çalışma bölgesi 'Aktif bölge' olarak gösterilmiştir. Y ekseni 
collector akımını X ekseni de V CE, yani  Collector Emitter voltajını 
göstermektedir. Birbirine paralel çizgiler ise Base akımını göstermektedir. 
Sağdaki taralı bölge satürasyon bölgesi, base akımının 0 mikroamperlik 
çizgisinin altı ise cut-off bölgesini göstermektedir.

Şekilde görüldüğü gibi,bir transistor V CE  geriliminin 0.1 Volt un üstünde 
olması halinde çalışma halindedir. Base akımının mevcut olması da 
gerekmektedir.

Çalışma anında transistorun Base - Emitter arası ileri yönde, 
Collector - Base arası ise ters yönde biaslanmaktadır.

Aktif bölgede herhangi bir noktada transistor çalıştırılır ve buna 
çalışma noktası adı verilir.
 
 

FET'ler:

 

İlk FET'ler JFET tipi FET'lerdir. Burada akım Source'dan Drain'e 
doğru akar. Bipolar transistorlarla kıyaslandığında; source emittere, 
drain de collectore karşı gelir.

Kontrol gate vasıtası ile yapılır, bu bir kontrol kapısıdır ve bipolarda
base'e karşılıktır.

Gate'e verilen gerilimle meydana gelen elektrik alanı kontrol 
mekanizmasının esasıdır, bu nedenle bu transistorlara  “Alan Etkili” 
transistor adı verilir.
 

MOS FET  yapısının görünüşü
 

Şekilde  N kanal  JFET biaslanması görülmektedir. Bunun karakteristiği 
aşağıdadır.

FET'ler hakkında daha geniş bilgiye şimdilik gerek görmüyorum. 
Gerekirse ileride daha geniş bilgi  verilebilir.

PRATİK BİLGİLER:

Bir AVOmetre ile bir transistorun sağlam olup 
olmadığını anlayabilir miyiz? 

Tabii burada bahsedilen avometre Analog 
yani ibreli bir avometre olmalıdır. Bipolar transistorlardan çoğu, darlington 
olanlar dışında avometre ile kontrol edilebilir. Bir PNP tipi transistorun 
base ne avometrenin kırmızı ucunu bağlayıp, emitter ve collectora 
dokunursak ölçü aletinin emitterde biraz daha fazla olmak üzere 
20-30 ohm bir direnç gösterdiğini görürüz. Eğer base'e siyah ucu 
bağlayıp aynı işlemi yaparsak, emitterde 1 megaohm civarında bir 
direnç, collectorda da çok daha fazla bir direnç görürüz. NPN tipi bir 
transistorla aynı işlemi yaparsak, siyah uç base'e bağlı iken, emitter 
ve collectorda 20-30 ohm direnç mevcuttur. Kırmızı uç base'e bağlı 
iken yine emitterde 1 mOhm  kadar direnç ve colectorde  çok büyük 
bir direnç vardır, açık devre gibidir.

Not: Bir avometre Ohm konumunda iken Kırmızı uçta negatif, siyah 
uçta pozitif gerilim mevcuttur.
 

PRATİK TRANSİSTOR DEVRE HESABI:

Emitter montajında bir güç kazanç katı planlıyalım. Transistor 
karakteristiklerinden, transistorun çalışma noktasına göre 
Vcc / Ic  den R3, yani collector yük direnci bulunabilir. R4 direnci 
büyüdükçe kazanç düşer, küçüldükçe kararlılık bozulur. 
Bu direnç ortalama 1 Kohm mertebesindedir. V Be gerilimi 
0.1 volttan büyük olmalıdır, ortalama bu gerilim 0.5 volttur. 
Transistorun  gerilim kazancı karakterisitk kitaplardan öğrenilir, 
bir silisyum alçak frekans transistoru için bu değer ortalama 
250 civarındadır. Bir transistorda R1 R2 den akan akımın, 
base akımından 100 kez fazla olması kararlılık yönünden gereklidir.

Vo besleme gerilimi 12 V olsun. Kullanacağımız transistor da 
BC 108 olsun. Bu transistorun collector akımı maksimum 
200 mA dir. Biz 5 mA geçecek şekilde hesaplayalım.

R3 = 12 / 5 m A = 2.4  Kohm olur
R4 = 1 Kohm olsun, emitter ve collector akımlarını pratik olarak 
eşit kabul edelim, o halde R4 uclarında  V = 1 x 5 = 5 V  olur ve 
bundan 0.5 volt fazla yani 5.5 volt olmalıdır. Base akımı I C / h fe 
5 mA/ 250 = 0.02 mA  olacak ve R1 = R2  den 100 katı, 
yani 2 mA akım akacak. R2 ucunda 5.5 volt vardı ve 2 mA akım 
geçmekte, o halde bu direnç 5.5 / 2 = 2.75 Kohm olur. 
R1 uçlarında 12- 5.5 = 6.5 V olmalı ve 6.5 / 2 = 3.25 Kohm 
olmalıdır.

R1 = 3.3 Kohm        R2 = 2.7 Kohm 
R3 = 2.2 Kohm        R4 = 1 Kohm   olacaktır.
Peki bu yaptığımız şey çalışır mı acaba? R3 yerine bir LED koyalım 
yanarsa en azından bu devrenin iletimde olduğunu görelim.
 

CCD: Son zamanlarda adını çok duyduğumuz bir elektronik eleman 
olan CCD yani Charge-coupled device da çok gateli bir MOSFET dir.