Ortak Uçlu Devreler:
BJT Konfigürasyonları

Elektronik elemanlar arasında en önemli komponentlerden biri olan transistörlerin devre topolojileri kullanım alanlarına göre ortak bazlı, ortak kollektörlü ve ortak emiterli olmak üzere çeşitli konfigürasyonlarda tasarlanmaktadır. Bu içeriğimizde bu üç farklı konfigürasyonu detaylı bir şekilde inceledik.

A- A+

20.11.2017 tarihli yazı 34762 kez okunmuştur.

Elektronik Devre Transistör Baz Emiter Kollektör

Transistörlerde emiter (emitter), baz (base) ve kollektör (collector) olmak üzere üç adet terminalin bulunduğunu biliyoruz. Ancak devre bağlantılarında dört terminale ihtiyaç duyulan durumlar olduğunda iki giriş, iki çıkış terminali olmak üzere toplam dört terminalin kullanıldığı durumlar da mevcuttur. Üç terminalli bir komponentte dört terminale ihtiyaç duyulan duruma çözüm sağlamak için transistör üzerindeki bir terminal hem giriş hem çıkış terminali olarak kullanılır. Bu şekilde devre topolojileri elde edilerek bu yapılara transistör konfigürasyonları adını veriyoruz. Bu konfigürasyonların isimleri ise genellikle ortak bazlı (CB) devreler, ortak kollektörlü (CC) devreler ve ortak emiterli (CE) devreler olarak adlandırılır. Bu konfigürasyonların verim durumları ise şu şekildedir:

► Ortak Bazlı Devreler: Akım kazancı yok, gerilim kazancı var
► Ortak Kollektörlü Devreler: Akım kazancı var, gerilim kazancı yok
► Ortak Emiterli Devreler: Akım ve gerilim kazancı var

1) Ortak Bazlı Devreler

Bu devre topolojisinde hem giriş hem de çıkış terminalleri için ortak uç olarak baz (base) ucu kullanılır. Yapının adı direk olarak ortak ucu belirtir. Burada giriş baz ve emiter uçları arasında uygulanır. Çıkış sinyali ise baz ve kollektör uçları arasında kalır. Burada girdi parametreleri olarak emiter-baz gerilimi ve emiter akımı, çıkış parametreleri olarak ise kollektör baz gerilimi ve kollektör akımı kullanılır. Emiter terminalinden akan giriş akımı transistörü çalıştıran baz ve kollektör akımlarından daha yüksek olmalıdır. Bu nedenle çıkış kollektör akımı giriş emiter akımından daha düşük olmaktadır. Bu yapıda giriş ve çıkış sinyalleri aynı fazdadır. Bu tip bir yükselteç devresine ters evirmeyen (non-inverting) yükselteç devresi denir. Bu tip bir devre konfigürasyonunun yapısı yüksek gerilim kazancı değerlerine sahip olduğundan dolayı oldukça zordur.

► İlginizi Çekebilir: UJT Transistör Nedir?

Bu konfigürasyonun giriş karakteristiği eğrisi aydınlatılmış foto diyotun giriş karakteristiği gibidir. Bu yapı yüksek çıkış empedansı ve düşük giriş empedansına sahiptir. Bu devre için gerilim kazancı ve alfa akım kazancının formülleri ise şu şekildedir:

Ortak bazlı devreler yüksek frekanslı tepkimeleri nedeniyle ağırlıklı olarak ses ve radyo frekans yükselteçleri gibi tek aşamalı yükselteç devrelerinde kullanılırlar. Ortak bazlı bir devrenin yapısı aşağıdaki şekilde verilmiştir.

► İlginizi Çekebilir: Moore Yasası ve Geleceği

Giriş ve Çıkış Karakteristiği

Ortak bazlı devrenin giriş karakteristiği sabit çıkış geriliminde elde edilen giriş akımı ve giriş gerilimi arasında elde edilir. Önce çıkış voltajı (Vcb) sabit tutularak farklı noktalar için giriş voltajı olan Veb değiştirilir ve her bir noktadaki Veb gerilimi için giriş akımı olan Ie değeri kaydedilir. Bu değerler çeşitli noktalarda alınarak giriş karakteristiği oluşturulmuş olur.

Ortak bazlı devrelerin çıkış karakteristikleri ise sabit giriş akımında elde edilen çıkış akımı ve çıkış gerilimi arasında elde edilir. Önce emiter akımı sabit tutulur ve Vcb değeri farklı noktalarda ölçülerek değiştirilir. Değiştirilen her noktadaki Ic akımı ölçülür. Aynı işlem farklı emiter akımları için tekrarlanır. Sonunda sabit emiter akımı değerlerinde Vcb ve Ic arasındaki eğri çizilir. Devrenin çıkış karakteristiği bu şekilde oluşturulur.

2) Ortak Kollektörlü Devreler

Bu devre yapısında hem giriş hem de çıkış sinyallerinin gönderilmesi için ortak terminal olarak kollektör ucu kullanılır. Bu konfigürasyon genellikle tampon bellek olarak kullanılır. Yapı yüksek giriş empedansı nedeniyle empedans eşleştirme uygulamalarında sıklıkla kullanılır. Bu konfigürasyondan giriş sinyali baz-kollektör arasına uygulanır ve çıkış ise emiter-kollektör arasından alınır.

Devredeki girdi parametreleri Vcb ve Ib değerleridir. Çıktı parametreleri ise Vec ve Ie'dir. Ortak kollektörlü devre yapısı yüksek giriş ve düşük çıkış empedansı içerir. Giriş ve çıkış sinyalleri ayı fazdadır. Burada ayrıca emiter akımı kollektör ve baz akımlarını toplamına eşittir. Bu devre konfigürasyonu için akım kazancı ise şu şekildedir:

Ortak kollektörlü devre yapıları ters evirmeyen(non-inverting) bir yükseltici devre çeşididir. Bu devrelerin gerilim kazancı

Giriş ve Çıkış Karakteristiği

Ortak uçlu devre konfigürasyonunun giriş karakteristikleri ortak bazlı ve ortak emiterli devrelerin giriş karakteristiklerinden oldukça farklıdır çünkü giriş voltajı olan Vbc büyük ölçüde Vec gerilim değeri ile belirlenir. Ortak kollektörlü bir devre yapısında giriş karakteristikleri sabit çıkış voltajındaki Ib giriş akımı ve Vcb giriş voltajı arasında elde edilir. Çıkış voltajı olan Vec farklı gerilim seviyelerinde tutularak giriş voltajının farklı değerlerinde giriş akımı ölçülür. Ardından bulunan bu değerlerle sabit çıkış gerilimindeki farklı eğriler çizilerek giriş karakteristiği oluşturulmuş olur.

Ortak kollektörlü devrelerin çalışma prensibi ortak emiterli devrelerinkiyle aynıdır. Ortak kollektörlü bir devrenin çıkış karakteristiği ise sabit giriş akımında(Ib) ölçülen farklı çıkış gerilimleri(Vec) ve çıkış akımları(Ie) arasında çizilen eğrilerle oluşturulur. Ortak kollektörlü devrenin çalışma prensibinde baz akımı sıfırsa emiter akımı da sıfır olur. Sonuç olarak bu durumda transistörden akım geçişi olmaz. Eğer baz akımı artacak olursa transistör aktif bölgede çalışır ve doygunluğa ulaşır. Çıkış eğrisini çizmek için öncelikle Ib akımı sabit tutulur. Ardından çeşitli Vec değerleri için Ie akım değeri okunur. Aynı işlem farklı Ib işlemleri için tekrarlanır. Bu değerler kullanılarak Ib'nin sabit değerlerindeki Ie ve Vce parametreleri arasındaki grafik çizilir.

3) Ortak Emiterli Devreler

Ortak emiterli devre konfigürasyonunda hem giriş hem de çıkış olarak kullanılan terminal emiter ucudur. Ortak emiterli devre yapısı ters evirici devre yapısıdır. Bu devre yapısında giriş sinyali baz ve emiter uçları arasında, çıkış sinyali ise kollektör ve emiter uçları arasında bulunur. Bu konfigürasyonda giriş parametreleri Vbe ve Ib, çıkış parametreleri ise Vce ve Ic değerleridir. Bu tarz devre yapıları çoğunlukla transistör tabanlı yükselticilerde kullanılır. Bu konfigürasyondan emiter akımı Ie düşük baz ve yüksek kollektör akımının toplamına eşittir. Ortak bazlı devrelerden kollektör akımı ve emiter akımı arasındaki oranın alfa akım kazancını verdiğini biliyoruz. Ortak emiterli devrelerde ise kollektör akımı ve baz akımı arasındaki oranlar beta akım kazancını verir. Bu iki akım kazancı aşağıda formüle edilmiştir.

Bu devre yapısında giriş ve çıkış empedansları optimum değerlerdedir. Konfigürasyon aynı zamanda orta seviyede akım ve gerilim kazanımına sahiptir. Fakat çıkış sinyali girişe göre 180 derecelik bir faz kayması ile alınmaktadır yani bu giriş ve çıkış sinyalleri birbirine terstir.

Giriş ve Çıkış Karakteristiği

Ortak emiterli devre topolojisinin giriş karakteristiği çıkış gerilimi sabit iken giriş akımı Ib ve giriş voltajı Vbe değerleri ile belirlenir. Çıkış gerilimi Vce sabit iken giriş voltajı Vbe farklı değerlere getirilerek o değerlerdeki giriş akımı olan Ib belirlenir. Bu değerler kullanılarak her bir sabit Vce gerilimi için giriş voltajı ve giriş akımı arasındaki eğri çizilir.

Ortak emiterli devre konfigürasyonunun çıkış karakteristiği ise giriş akımı olan Ib sabit iken çıkış akımı Ic ve çıkış gerilimi Vce değerleri ile belirlenir. Giriş akımı Ib sabit iken çıkış voltajı Vce farklı değerlere getirilerek o değerlerdeki çıkış akımı olan Ic belirlenir. Bu değerler kullanılarak her bir sabit Ib akımı için çıkış voltajı ve çıkış akımı arasındaki eğri çizilir.

Kaynak:

►electronicshub