Transistör (BJT, Bipolar Junction Transistor)

1- Transistör (BJT, Bipolar Junction Transistor) hakkında temel bilgi Transistor B (beyz) ucuna uygulanan akıma göre C (kolektör)-E (emiter) uçlan arasından ge¬çen akımı kontrol eder. Başka bir deyişle tran¬sistor çalışabilmek için belli bir IB akımına gerek duyar. İşte bu nedenle transistörlere akım kont¬rollü aktif devre elemanı denir.
Sekil l 'de NPN ve PNP tip: transistor sembol¬leri verilmiştir.
Sekii 1: NPN ve PNP transistor sembolleri
2.JFET (FET) ler G (gale, geyt, kapı) ucuna uygulanan ters polariteli gerilimin değerine göre D (drain, dreyn, oluk)~S (source, sars, kaynak) uçları arasından geçen akımı kontrol edebilen ele¬manlara ise JFET (Jımction Field Effect Tran¬sistor, birleşim yüzeyli alan etkili transistor) denir.
3- JFET’lerin özellikleri TV, video, kamera, bilgisayar, kesintisiz güç kaynağı, anten yükselteci, verici, alıcı vb. gibi hassas yapılı elektronik devrelerde yaygın ola¬rak kullanılan JFET'lerin bazı özellikleri şunlardır: Giriş empedansları 100 MH dolayında olup çok yüksektir. Transistorun (BJT) giriş empedansı ise çok düşük olup 2 Ώ dolayındadır. Radyasyon (ışınım) etkisi yoktur. Anahtar olarak kullanıldıklarında kontrol edilmeleri kolaydır. Yani D-S uçlan arasından geçen akım gücük bîr VGG polarma (Ön gerilimleme) voltajıyla denetlenebilir. Transistorlardan daha az gürültülü (parazitsîz) çalışırlar. Sıcaklık değişmelerinden daha az etkilenirler. Gövde boyutları transistorlardan daha küçüktür. Giriş empedanslarının yüksek, elektrotla arası kapasitenin (sığanın) düşük olması nedeniyle yüksek frekanslı elektronik devrelerde yaygın olarak kullanılırlar. Bant genişlikleri (çalışabildikleri frekans aralığı) dardır.
4- Alan etkili transistor çeşitleri Alan etkili transistorlar iki gruba ayrılır: a. JFET (Junction Field Effect Transistor birleşim yüzeyli alan etkili transistor), b. MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, metal oksit yarı iletken alan etkili transistor)
5- JFET’lerin yapısı P ve N tipi iki yan iletkenin birleşmesinden oluşan JFET'lerin. D, S, G adlı üç ayağı vardır. Şekil 2'de N ve P kanallı JFET sembolleri verilmiştir. Şekil 3'te ise N kanallı JFET 'in yarı iletken iç yapısı verilmiştir.

Şekil 3: JFET'lerin yarı iletken iç yapısı
JFET'lerde D-S arasındaki kanal maddesi büyük, kapı (G) maddesi ise küçüktür. N kanallı JFET ile P kanallı JFET arasında bir fark yoktur. Sadece IP akımının yönü terstir. Bu bölümde, anlaşılması daha kolay olduğu için N kanallı JFETlerin çalışması açıklanacaktır.
Şekil 4: N kanal JFET’in polarılması 6- JFET’lerin çalışma ilkesi Şekil 4’te görüldüğü gibi N kanallı JFET’in G ucu ters, D-S uçları ise doğru polarılmıştır. JFET'in D ucuna bağlanmış olan RD, yük di¬renci olarak görev yapmaktadır. G-S uçları arasına bağlanmış olan VGG kay¬nağı JFET'in G-S uçları arasındaki yarı iletkenleri ters polarır. Bilindiği gibi P-N ekle¬minden oluşan yarı iletken ters polarıldığında birleşim (junction, jonksiyon) bölgesinde, elektron ve oyuk bakımından fakirleşmiş bir bölge (alan) oluşur. Fakirleşmiş alanın genişliği şekil 5'te görüldüğü gibi G ucuna uygulanan ters polarma geriliminin değeri büyüdükçe artar.
Şekil 5: JFET'in G-S uçları arasına ters olarak bağ¬lanan VGG kaynağının gerilim değeri arttıkça fakirleşmiş bölge genişler. (JFET’in akım geçiren kanal daralır.)
JFET'in G-S uçları ters polarıldığı için G ucundan hiç akını geçişi olmaz. İşte bu nedenle JFET'ler gerilim kontrollü eleman olarak tanımlanırlar. Transistörlerin B ucu akım çektiği için bu elemanlar akım kontrollüdür. Şekil 4'te verilen devrede ilk anda VGG geriliminin O (sıfır) volt olduğunu varsayalım: Bu durumda VDD kaynağı RD direnci ve D-S uçlan arasından belli bir akım geçirir. VGG kaynağının gerilimi O (sıfır) voltken geçen akım JFET'in D-S uçlarının ve RD'nin direnç değeri tarafından sınırlanır.

Şekil 6: JFET'in G ucuna uygulanan gerilim O V'ken IP akımının ve VPS geriliminin değişiminin incelenebilmesi için kurulan deney bağlantı şeması
Şekil 6'da verilen deney bağlantı şemasında G ucu şaseye bağlıyken (VGG = OV) VDD kaynağının gerilimi 0 (sıfır) volttan itibaren ar¬tırılacak olursa ID akımı da şekil 7'de görüldüğü gibi artmaya başlar. Akımın doğrusal (lineer) olarak artış gösterdiği A-B noktalan arasındaki bu kısma "omik bölge" denir.

Şekil 7: JFETin G-S uçlan arasına uygulanan geri¬lim O V'ken D-S uçları arasına bağlanan VDD kayna¬ğının gerilim değeri O'dan itibaren artın idamda ID akiminin karakteristik eğrisi
JFET'e uygulanan VDD gerilimi doğrusal bir şekilde artırılmaya devam edilirse ID akımının şekil 7'de görüldüğü gibi doğrusal olarak artmadığı görülür. Şekil 6'da VDD gerilimi O V’tan 4 V'a doğru artırıldığında I akımın şekil 7'de görüldüğü gibi doğrusala yakın düzgünlükte arttığı görülür. VDD gerilimi 4 volttan itibaren artırılsa bile ID akımındaki artış durur. ID akımının artışının dur¬duğu noktaya saturasyon (doyum, pinch-off) noktası denir. Doyum (pinch-off) noktası kritik gerilim değeri olarak da adlandırılır ve Vp ile gösterilir. FET'in G ucuna uygulanan ters polarma gerilimi VGG=0 voltken D-S uçları arasından geçen ID alarmı, VDD gerilimi artırılsa bile belli değerde sabitlesin Akımın sabit olduğu bu değere IDSS (D-S uçları arasından geçen doyum akımı) denir. FET'in D-S uçları arasından geçen akım, VDS uçlan arasındaki gerilim artırılmaya devam etmesine karşın pek fazla artmaz. Şekil 7'de verilen karakteristik eğride doyum (pinch-off) bölgesi olarak adlandırılan bölgede JFET'ten geçen IDSS akımı hemen hemen aynı değerde kalır.
Sekil 6'da verilen deney bağlantı şemasında VDD kaynağının gerilim değeri artırılarak D-S uçları arasındaki VDS gerilimi yükseltilecek olursa ID akımı yüksek bir değere çıkar. ID akımının aşırı artması ise JFET'in bozulmasına yol açar. Şekil 7'deki karakteristik eğrisinde bozulma (breakdown, kırılma) noktası (C) olarak gösterilen bu değeri JFET'e uygu¬lamamak gerekir.
7. JFET’lerin elektriksel karakteristikleri a. JFET’in çıkış (VDS - ID) Karakteristiği FET'in G ucu şekil 6'da görüldüğü gibi şaseye bağlıyken VDS kaynağının gerilim değeri belli bir noktaya ulaştığında D-S uçları arasından belli büyüklükte bir akım geçer. Buna IDSS akımı denir. G ucuna uygulanan VGS ters polarma gerilimi şekil 8'de görüldüğü gibi artırıldığında (örneğin-1 volt yapıldığında) ID akımı şekil 9'da görül¬düğü gibi azalır.

Şekil 8: JFET'in G ucuna uygulanan gerilim O volttan yüksekken ID akımının ve VDS geriliminin değişiminin incelenebilmesi için kurulan deney bağlantı şeması
Şekil 9: JFET'in G- S uçlan arasına uygulanan geri¬lim 1 voltken D-S uçlar; arasına bağlanan VDD kay¬nağının gerilim değeri 0 V’tan itibaren artırıldığında ID akımının değeri IDSS değerinin altına iner.
VGG kaynağıyla G ucuna uygulanan ters polarma gerilimi biraz daha artırıldığında (örneğin-1,5 V yapıldığında) ID akımı şekil 9'da görüldüğü gibi daha da azalır. VGS = -2 V yapıldığında ise ID akımı 0 A değerine iner. Sonuç olarak VGG kaynağıyla G ucun; uygulanan ters gerilim -0,5, -l, -1,5, ..., -2 V şeklinde artırılmaya devam edilirse ID akımı 0 düzeyine doğru iner. ID akımının azalmasının nedeni kanal bölgesinin elektron ve oyuk yönünden fakirleşmiş bir hâle gelmesindendir. Kanal bölgesinin fakirleşmiş hâle gelmesini sağlayan etken ise bilindiği gibi G-S uçlar arasının ters polarılmış olmasıdır.
b- JFET’in transfer (VGS - ID) Karakteristiği JFET'in transfer karakteristiği, sabit bir VDS gerilimi altında VGS geriliminin değişimine göre ID akımının değişimini gösterir. Başka bir deyişle VDS gerilimi sabitken G ucuna uygulanan ters polarma (VGG) gerilimi artırıldıkça ID akımı şekil l0'da görüldüğü gibi IDSS değerinden 0 mA değerine doğru iner.

Şekil l0’da verilen transfer karakteristiği eğrisinde herhangi bir -VGS gerilimi değerinde ID akımının değeri, ve ID=K.(VGS-VT)2 şeklindedir. denklemiyle bulunur. Şekil 10'da verilen karakteristik eğrisinden şu yargılara varmak mümkündür: I. VGS gerilimi 0 V'ken JFET'ten maksimum düzeyde bir akım geçişi olmaktadır. Bu akım IDSS (saturasyon, doyum) akımı olarak nitelenir. II. JFET'in G ucuna uygulanan ters polariteli VGS gerilimi VGG kaynağıyla 0 V'tan itibaren artırıldığında D-S uçları arasından geçen ID akımı IDSS değerinden daha küçük bir değere inmektedir, III. JFET'in G-S uçları arasına uygulanan ters polarma gerilimi belli bir düzeye (-VP değerine) ulaştığında D-S uçları arasından geçen ID akımı 0 (sıfır) seviyesine inmektedir. Transfer Karakteristiğiyle ilgili örnekler: Örnek: Bir JFET'in VP gerilimi -3 V, IDSS akımı 10 mA'dir, Buna göre, a. VGS gerilimi 0 voltken ID akımını, b. VGS gerilimi -l voltken ID akımını, c. VGS gerilimi -3 voltken ID akımını bulunuz. Çözüm: a. =10 b. =10 c. =10 Örnek: Bir JFET'in Vp gerilimi -4 V, IDSS akımı 20 mA'dir, Buna göre, a. VGS gerilimi 0 voltken ID akımını, b. VGS gerilimi -2 voltken ID akımını,

c. VGS  gerilimi -4 voltken ID akımını bulunuz, 

Çözüm a. = 20 b. = 20 c. = 20
8.JFET’lerin elektriksel parametreleri FET'e uygulanan gerilimlerin değiştirilmesiyle bu elemanın gösterdiği davranışa parametre (büyüklük) denir. Elektronik devre eleman üreten firmalar kataloglarda her JFET için parametre değerlerini bildirirler. Örnek olarak BF245 adlı JFET'in bazı özellikleri aşağıda verilmiştir.
VDSmaks= ± 30 V VGSmaks= -30 V gm = 5.5.10-3(mho) IDSS =10 mA
JFET'lerin özellikleri açıklanırken kullanılan bazı teknik parametrelerin (terimlerin) anlamları şöyledir:
a. D-S doyma akımı (IDSS) G-S eklemi kısa devre edildiğinde (yani C ucuna O volt uygulandığında) D-S uçları arasından geçen maksimum akımdır. b. G-S kapama gerilimi (kritik gerilim , V.) D-S kanalının tamamen kapandığı (hiç akın geçirmediği) gerilim değeridir. Bu değer VGS-off (VGS-kesim) ile de gösterilir. c.G-S kırılma gerilimi (VGSmaks) Bu parametre belirli bir akımda D-S kısa devreyken ölçülür. Uygulamada bu değerin üzerine çıkılması hâlinde JFET bozulur. ç. D-S kırılma gerimi (VDSmaks) JFET'in D-S uçları arasına uygulanabilecek maksimum gerilim değerini bildirir. Bu değerin üzerinde bir gerilim JFET'i bozar. d. Geçiş iletkenliği (gm) JFETler sabit akım elemanı olduğundan D ucundaki gerilimin değişimi ID akımında pek bir değişikliğe yol açmaz. ID akımı genellikle G ucuna uygulanan gerilimle kontrol edilir. Bu nedenle JFET'lerin en önemli parametre¬lerinden biri ID akımındaki değişime göre G voltajının değişimidir. Bu parametre geçirgenlik transkondüktans, transconductance) olarak tanımlanır.
Aşağıda BF245 adlı JFET'in geçiş iletkenliği eğrisi verilmiştir.
Geçirgenlik, VDS gerilimi sabitken ID akım değişiminin G-S arası gerilim değişimine oranıdır.

(VDS=Sabit)

Geçirgenlik, direncin tersi olduğu için birimi (mho, mo) ya da Siemens (S) ile ifade edilir.

denklemleri kullanılarak JFET'in geçirgenlik değeri hesaplanır.
Örnek: Bir JFETin VGS gerilimi O V'tan-0,6 V'2 kadar değiştiğinde ID akımı l mA'den 0,2 mA'e doğru bir azalma (değişim) göstermektedir, JFET'in geçirgenliğini (transkondüktansını) bulunuz.
Çözüm

Örnek: Bir JFET'in IDSS akımı 10 mA, VP gerilimi -6 V, VGS gerilimi -1 V olduğuna göre JFET'in iletkenliğini (transkondüktansını) bulunuz.
Çözüm:

e. D-S iletim direnci (rds) Bu büyüklük, belirli bir G-S gerilimi ve IP akımında ölçülen gerilim D-S iletim direnci. JFET'in anahtar olarak kullanılmasında önen taşır. Bu değer on ile birkaç yüz arasında değişir.