Advertisement

BJT Transistörler

  • Twitter
  • Facebook
  • Google+
  • Pinterest
  • Linkedin

Transistörün Tarihçesi

1904 ve 1947 arasında vakum tüp,hiç süphesiz ilgilenilen ve geliştirilen tek elektronik cihazdı.Vakum tüpü 1904’te J.A.Fleming tarafından tanıtılmıştır.1906’da Lee De Forest Vakum tüpüne kontrol ızgarasını ekleyerek,ilk yükselteç olan triyodu oluşturmuştur.Takip eden yıllarda radyo ve televizyon tüp endüstrisini harekete geçirmiştir.Tüp üretimi 1922’de 1 milyon iken 1937’de 100 milyona çıkmıştır.1930’ların başında dört elemanlı tetrod ve beş elemanlı pentod elektron tübü endüstrisinde önem kazanmıştır.Sonraki yıllarda bu endüstri daha da önem kazanmış ve tasarım,üretim teknikleri,yüksek güç ve yüksek frekans uygulamaları ve minyatürleşmede hızlı gelişmeler olmuştur.

Fakat 23 Aralık 1947’de elektronik endüstrisinde yeni bir ilgi ve araştırma alanı ortaya çıkmıştır.Bu tarihte Walter H.Brattai ve John Bardeen,Bell telefon laboratuarı’nda ilk transistörün yükseltme etkisini göstermiştir.İlk Transistör(nokta kontaklı bir transistör)Şekil 3.1’de gösterilmiştir.Bu üç terminalli katıhal cihazın tüpler karşısındaki avantajları çok açıktı:Daha küçük ve hafifti;ısıtıcı ihtiyacı ve ısıtıcı kaybı yoktu;sağlam bir yapısı vardı;cihazın kendisi çok daha az güç harcadığı için daha verimliydi;ısınması beklenmeden anında kullanılabiliyorlardı ve düşük gerilimde çalışabiliyorlardı.

İ
Şekil 3.1:İlk Transistör

Transistörün Yapısı

unnamed
Şekil 3.2 Transistörler Tipleri: a)pnp ; b)npn.

Transistör,iki n ve p tipi malzemeden veya iki p ve n tipi malzemeden oluşan üç katmanlı bir yarıiletken cihazdır.İlk belirtilen cihaza npn transistör,ikincisine pnp transistör denmektedir.Bu iki tip,uygun eğilimlemeleriyle birlikte Şekil 3.2’de gösterilmiştir.Yayıcı katmanı yüksek katkılı,taban düşük katkılı ve toplayıcı çok düşük katkılıdır.Dış katmanların genişliği,ortadaki n ve p tipi malzemenin genişliğinden çok daha büyüktür.Şekil 3.2’de gösterilen transistörler için toplam genişliğin ortadaki katmanın genişliğine oranı 0.150/0.001=150:1’dir.Orta katmanın katkılanması dış katmanlara göre çok düşüktür(tipik olarak 10:1 veya daha az).Bu düşük katkılama “serbest”taşıyıcıların sayısını sınırlayarak bu malzemenin iletkenliğini düşürmektedir.(direncini artırmaktadır).

Şekil 3.2’deki eğilimlemede,yayıcı E ile,toplayıcı C ile ve taban B ile gösterilmiştir.BJT kısaltması iki kutuplu eklem transistörü için kullanılır.İki kutuplu terimi,elektronların ve deliklerin zıt kutuplu malzemelere geçtiğini belirtmektedir.Eğer tek taşıyıcı varsa(elektron ve delik)tek kutuplu bir cihaz söz konusudur.

Transistörün Çalışması

Transistörlerin çalışması Şekil 3.2a’daki pnp transistör kullanılarak anlatılacaktır.npn transistörün çalışması pnp transistördeki elektron ve deliklerin işlevlerinin yerdeştirilmesiyle elde edilir.Şekil 3.32’te tabandan toplayıcıya eğilimlemeli bir pnp transistör yeniden çizilmiştir.1.Bölümdeki ileri eğilimlemeli diyotla olan benzerliğe dikkat edilmelidir.Uygulanan eğilimleme dolayısıyla azaltım bölgesinin genişliği küçülür,böylece p tipi malzemeden n tipi malzemeye güçlü bir çoğunluk taşıyıcı akışı olur.

Şimdi Şekil 3.2a’daki pnp transistörün tabandan yayıcıya eğilimlemesini Şekil 3.4’te gösterildiği gibi kaldıralım.Bu durum Kısım 1.6’da bahsedilen ters eğilimlemeye benzemektedir.Şekil 3.4’te gösterildiği gibi çoğunluk taşıyıcıların akışı sıfırdır ve sadece azınlık taşıyıcı akışı vardır.Özetle,şu denebilir.

unnamed (2)

Şekil 3.5’te,bir pnp transistöre her iki eğilimleme potansiyeli de uygulanmış ve oluşan çoğunluk ve azınlık taşıyıcıları gösterilmiştir.Şekil 3.5’teki azaltım bölgelerinin genişlikleri hangi eklemin ileri eğilimlemeli,hangi eklemin geri eğilimlemeli olduğunu göstermektedir.Şekil 3.5’te gösterildiği gibi,birçok yoğunluk taşıyıcısı ileri eğilimlemeli p-n ekleminden n tipi malzemeye yayılacaktır.Buradaki soru,bu taşıyıcıların Ib’ye doğrudan katkıda mı bulunacağı,yoksa doğrudan p tipi malzemeye mi geçeceğidir.Ortadaki n tipi malzemenin çok ince ve düşük bir iletkenliğe sahip olmasından dolayı bu taşıyıcıların çok az bir kısmı taban terminaline giden bu yüksek dirençli yolu tercih edecektir.Taban akımının büyüklüğü tipik olarak mikroamper seviyesindedir,yayıcı ve toplayıcı akımları ise miliamper seviyesindedir.Şekil 3.5’te olduğu gibi,çoğunluk taşıyıcılarının çoğu ters eğilimlemeli eklemden toplayıcı terminaline bağlı p tipi malzemeye yayılacaktır.Çoğunluk taşıyıcılarının ters eğilimlemeli eklemden kolaylıkla geçebilmesinin nedeni,ters eğilimlemeli diyotta çoğunlukla taşıyıcılarının n tipi malzemede azınlık taşıyıcıları gibi davranmasıdır.Diğer bir deyişle,azınlık taşıyıcıları n tipi taban bölgesindeki malzemeye enjekte edilmiştir.Şekil 3.5’teki akımın nedeni,bu durumla birlikte,azaltım bölgesindeki bütün azınlık taşıyıcılarının diyodu ters eğilimlemeli ekleminden karşıya geçmeleridir.

unnamed (1)
Şekil 3.5 Bir pnp transistörde çoğunluk ve azınlık taşıyıcıların akışı.

Şekil 3.5’teki transistöre,tek bir düğüm noktası kabul edilerek Kirchhoff akım yasası uygulanırsa

Ie=Ic+Ib

elde edilir ve yayıcı akımının,toplayıcı ve taban akımlarının toplamı olduğu bulunur.Ancak,toplayıcı akımının,Şekil 3.5’te gösterildiği gibi.çoğunluk ve azınlık taşıyıcılarından oluşan iki bileşi vardır.Azınlık akımına kaçak akım denir ve Ico(yayıcı terminali açık iken Ic akımı)ile gösterilir.Toplayıcı akımı bu durumda şöyle belirlenir.

Ic=Icçoğunluk+Icoazınlık

Genel amaçlı transistörlerde,Ic miliamper biriminde ve Ico mikroamper veya nanoamper biriminde ölçülür.Ico,ters eğilimlemeli diyotlardaki Is’ye benzer şekilde sıcaklığa duyarlıdır ve geniş sıcak aralığı söz konusu olan uygulamalarda dikkatle incelenmelidir.Eğer dikkat edilmezse yüksek sıcaklıklarda bir sistemin kararlığı etkilebilir.Üretim tekniklerindeki gelişmeler sayesinde düşük seviyede ve ihmal edilecek Ico değerlerine ulaşılmıştır.

Leave a Reply

Your email address will not be published.
Required fields are marked *