Transistör Nedir ?

Transistör Nedir ?

Transistör küçük elektrik sinyalleri yükseltmek veya anahtarlamak amacıyla kullanabileceğimiz bir yarı-iletken devre elemanıdır.
Transistör bir gerilim ya da akım kaynağı ile başka bir akım ya da gerilim kaynağını kontrol etmeye yarayan elektronik devre elemanıdır.
3 veya daha fazla bacağı bulunan transistörün bacaklarından birisine uygulanan elektrik sinyali ile diğer bacakları arasındaki elektrik akımını kontrol edebiliriz.
  Bipolar Transistorün Su/kanal Modellemesi

Transistör yan yana birleştirilmiş iki PN diyodundan meydana gelen, girişine uygulanan sinyali yükselterek akım ve gerilim kazancı sağlayan, gerektiği zaman anahtarlama elemanı olarak kullanılan yarı iletken bir elektronik devre elemanıdır.

Transistör kelimesi transfer ve rezistans kelimelerinin birleşiminden türemiştir
Özel teknikle diyot yapısına üçüncü bir tabaka (P tipi veya N tipi) ilave edilerek oluşturulan üçüncü uç sayesinde elde edilen yeni elemanla dış devre akımları, devre yükü ve kaynak voltajı değiştirilmeden kontrol edilebilir.

En çok kullanılan türleri BJT ve FET’lerdir. BJT’ler akım ile çalışırken FET’ler gerilimin oluşturduğu elektrik alanla çalışırlar. FET’ler günümüzde daha çok tümleşik sayısal devrelerde kullanılmaktadır. Transistörler üç bağlantıya sahiptirler. Bunlar bir BJT transitörde Base, Emitter ve Collector iken FET’lerde ise Gate, Drain ve Source dur.

Transistörün Yapısı ve Çalışması

Transistör imalatı yapılırken kullanılan 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 iletken maddenin 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.

Transistörler genellikle hangi maddelerden üretilir ?

BJT Transistör imalatında kullanılan yarı iletkenler, birbirlerine yüzey birleşimli olarak üretilmektedir. Bu nedenle “bipolar jonksiyon transistör” olarak adlandırılır. Bipolar transistörler de PNP ve NPN olarak iki tiptir. PNP tipinde base negatif emiter ve kolektör pozitif kristal yapısındadır. NPN tipinde ise base pozitif, emiter ve kollektör negatif kristal yapısındadır. İletimde olması için base, emittere göre daha pozitif olmalıdır. Buradaki gerilim farkı 0.7 (silisyum) – 0.3 (germanyum) volt veya daha fazla olmalıdır.

Transistör Sembolü

PNP ve NPN tipi transistörün yapıları

Transistörlerde Akım ve Gerilim Yönleri

E : Emiter ucu
K : Kollektör ucu
B : Beyz ucu
IE : Emiter akımı
IC : Kollektör akımı
IB : Beyz akımı
VBE: Beyz-emiter arasındaki gerilim
VCB: Kollektör-beyz arasındaki gerilim
VCE: Kollektör-emiter arasındaki gerilimi gösterir.

NPN ve PNP Transistörlerin Farkı

Temelde aynı işi yapsalar da, NPN ve PNP transistörlerin devreye bağlanış şekilleri ve kutuplanmaları için gerekli gerilimler terstir.
NPN ve PNP transistörün çalışma ilkesi ve yapısı birbirine çok benzemesine rağmen,yüksek frekanslı sinyallere karşı tepkisi daha iyi olduğundan NPN tip transistörler
devrelerde daha yaygın olarak kullanılmaktadır.
NPN transistörler açık konuma getirilmeleri için pozitif baz akımına ihtiyaç duyarlar ve 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:

Transistörün Avantajları;

Transistörler küçüktür ve az enerji harcarlar.
Transistörler daha uzun çalışırlar, ömürleri uzundur.
Transistörler her an çalışmaya hazır  durumdadırlar.

Çalışma voltajları düşüktür. Pil ile çalışma imkanı vardır.
Transistörler lambalar gibi cam değildir, kırılmaz.
Transistör imalatı kolay ve transistör fiyatları daha ucuzdur.

Transistörün Dezavantajları;

Elektromanyetik palse karşı vakum tüplerinden daha duyarlıdırlar.

Yapım Tekniğine göre Transistör Çeşitleri

a) Nokta temaslı transistörler
b) Yüzey birleşmeli transistörler
c) Alaşım yöntemiyle yapılan transistörler
d) Alaşımlı yayılma yöntemiyle yapılan transistörler

Nokta temaslı transistörler

1948 yılında 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.

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.

Yüzey birleşmeli transistörler

Transistörün yapımında kullanılan maddelerin sayısı ve yapım tekniğine göre;
a) Bipolar transistörler ( BJT )
b) Foto transistörler ,
c) Unijonksiyon transistörler ( UJT ),
d) Alan etkili transistörler ( FET ), Birleşim Alan Etkili Transistör ( JFET )
e) Metal oksit yarı iletken alan etkili transistörler ( MOSFET ) diye gruplandırılabilir.

a – BJT  Bipolar transistor , b – FET, c – MOSFET, d – dual gate MOSFET,
e – inductive channel MOSFET ,  f – single connection transistor

Transistörün Kararlı Çalışması

Bir transistörün kararlı bir çalışması için öncelikle karakteristik değerlerine uygun bir devre düzeni kurulmalıdır. Bunun içinde transistör katalog değerlerine ve karakteristik eğrilerinde verilen bilgilere uyulmalıdır.
Transistörün kararlı çalışmasını etkileyen faktörler şunlardır:

Sıcaklık :  Aşırı ısınan transistörün çalışma dengesi bozulur, gücü düşer. Daha da çok ısınırsa transistör yanar. Isınan transistörlerde elektron sayısı çok fazla artar. Bu artıştan dolayı belirli giriş değerleri için alınması gereken çıkış değerleri değişir. Bu da transistörün kararlı çalışmasını önler. Aşırı ısınma durumunda ise kristal yapı bozulur. Bu halde transistör  yanabilir. Isınma transistörün kendi çalışmasından dolayı olabilir. Ayrıca sıcak bir ortamda bulunan transistör de aşırı ısınabilir.
Frekans : Her transistör, her frekansta çalışmaz. Bu durumda transistör kataloğu bilgilerine bakılmalıdır. Örnek olarak: NPN transistörler, PNP transistörlere göre yüksek frekanslarda çalışabilirler. Sebebi de NPN transistörlerde elektrik yükü taşıyıcıları elektronlardır. PNP transistörlerde ise taşıyıcılar pozitif elektrik yükleridir. Elektronlar, pozitif elektrik yüklerine göre çok daha hızlı ve serbest hareket edebilirler. Bundan dolayı  yüksek frekanslar için NPN transistörler daha uygundur.
Limitsel Karakteristik Değerleri : Her transistörün ayrı çalışma değerleri vardır. Bu çalışma değerlerinden bazıları kesinlikle aşılmamalıdır. Bunlara, “limitsel karakteristik” adı verilir. Limitsel karakteristik değerleri  Maksimum kollektör gerilimi , Maksimum kollektör akımı , Maksimum dayanma gücü , Maksimum kollektör , Beyz jonksiyon sıcaklığı ,Maksimum çalışma (kesim) frekansı Limitsel değerler birbirlerine ve de giriş değerlerine bağlıdır. Sıralanan maksimum değerlerin ne olmasının gerektiği transistör kataloglarından ve karakteristik eğrilerinden belirlenir.
Polarma Yönü : Polarma gerilimini uygulanırkenken ters polarma bağlantısı yapmamalıdır. Özellikle buna dikkat edilmelidir. Böyle bir durumda, transistör çalışmaz. Normalden fazla uygulanacak olan ters polarma gerilimleri jonksiyon diyotlarının delinmesine yani kristal yapının bozulmasına sebep olur.
Aşırı Toz ve Kirlenme : Transistörleri toza karşı ve özelliklede metalik işlemlerin yapıldığı mekanlarda iyi korunmalıdır. Aşırı toz ve kirlenme elektrotlar arası yalıtkanlığı zayıflatır. Bu da kaçak akımların artmasına sebep olur. Bu da transistörün kararlı çalışmasını engeller. Eğer metal ve karbon (kömür) tozlarıyla karışık bir tozlanma varsa transistör elektrotlarının kısa devre olma olasılığıda vardır.Transistör tozlu ortamda çalıştırılacak ise bütün elektronik devreleri  toza karşı iyi korunmalıdır. Ara sıra devrenin enerjisi kesilmeli,  yumuşak bir fırça ile aspiratör tozları temizlenmelidir. Tozlar kesinlikle elektrik süpürgesiyle temizlenmemelidir. Çünkü yapışkan tozlar daha da çok yapışır ve kirliliği artırır, buradan kalkan tozlar diğer cihaz ve devrelere konar.Bu durumda başka devrelerin de tozlanmasına sebep olur.

Nem : Transistörler ve bütün elektronik devreler, neme karşı korunmalıdır. Su buharı, bazı yağ ve boya buharları, elektrotlar arasında kısa devre yapabilir, tozların da yapışıp yoğunlaşmasına sebep olur, cihazların kararlı çalışmasını engeller.
Sarsıntı : Sarsıntılı ortamda kullanılan cihazlarda, bağlantılar kopabilir. Aşırı sarsıntı, iç gerilmeleri artıracağı için kristal yapı da bozulabilir. Sarsıntılı ortamlarda çalıştırılacak cihazlara transistör firmaları tarafından özel sarsıntı testi uygulanır. Bu gibi çalıştırmalarda, üreticisinden sarsıntı testleri hakkında bilgi alınmalıdır.
Elektriksel ve Manyetik Alan Etkisi : Hem elektriksel alan hem de manyetik alan serbest elektronların artmasına ve onların yönlerinin sapmasına sebep olur. Bu da kararlı çalışmayı önler. Bu gibi ortamlarda kullanılacak cihazları faraday kafesi ile ve anti manyetik koruyucular ile korumalıdır.
Işın Etkisi : Lazer, röntgen ışınları ve benzeri çok yüksek frekanslı ışınlar kararlı çalışmayı etkiler. Bu gibi yerlerde kullanılacak cihazlar özel koruma altına alınmalıdır.
Kötü Lehim (soğuk lehim) : Transistörün ve bütün elektronik devre elemanları çok dikkatli lehimlenmelidir. Soğuk lehim, dışarıdan bakıldığı zaman cihazı lehimliymiş gibi gösterir. Soğuk lehim, elektriksel iletimin iyi olmamasına sebep olacağı için bütün bir sistemin kararlı çalışmasını engeller. Bu tür arızaların tespiti de çok zordur. Ayrıca aşırı ısıtılarak lehim yapılması da devre elemanlarının bozulmasına neden olur. Transistör ve benzeri elektronik devre elemanlarının lehimini yapan kişilerin bu konuda belirli bir lehim pratiği olmalıdır.

Transistörlü Yükselteçler

Polarma Metodları

Sabit Polarma     Kollektör Beyz Polarması     Birleşik (Tam Kararlı – Otomatik) Polarma

Temel Yükselteç Devreleri

• Emiteri ortak yükselteç
• Beyzi ortak yükselteç
• Kollektörü ortak yükselteç

Yükselteçlerde Çalışma Sınıfları

1. A sınıfı gerilim yükseltci
2. Faz tersleyiciler
3. Güç yükselteç tipleri
   • A sınıfı yükselteç
   • B sınıfı (push-pull) yükselteç
   • AB sınıfı yükselteç
   • Simetrik yükselteç
   • C sınıfı yükselteç
4. Darlington bağlantı
5. Yükselteçlerde volüm, ton ve balans kontrol devreleri
   • Volüm Kontrolü
   • Ton Kontrolü
   • Balans Kontrolü
6. HI-FI stereo yükselteç ve düzenler.