Npn ve Pnp Tipi Transistörler

Yukarıda belirtilen değişik işlevli bütün transistörlerin esası Yüzey Birleşmeli Transistör 'dür.

Bu nedenle, yüzey birleşmeli transistörlerin incelenmesi, transistörlerin yapısı, karakteristikleri ve çalışma prensipleri hakkındaki gerekli bilgileri verecektir.

Trasistörler, temel yapısı bakımından aşağıda gösterilmiş oduğu gibi; iki gruba ayrılır:

Yine her iki tip transistörün de N-P-N ve P-N-P bölgeleri şöyle adlandırılır:

Emetör; "E" ile gösterilir.Beyz; "B" ile gösterilirKollektör; "C" ile gösterilir.

Bölgeler şu özelliklere sahiptir:

Emetör bölgesi (Yayıcı): Akım taşıyıcıların harekete başladığı bölge.
Beyz bölgesi (Taban): Transistörün çalışmasını etkileyen bölge.
Kollektör bölgesi (Toplayıcı): Akım taşıyıcıların toplandığı bölge.

Bu bölgelere irtibatlandırılan bağlantı iletkenleri de, elektrot, ayak veya bağlantı ucu olarak tanımlanır.

Transistör yapısında baz kalınlığının önemi:

Akım taşıyıcılarının Beyz bölgesini kolayca geçebilmesi için, baz 'ın mümkün olduğunca ince yapılması gerekir.

Npn ve Pnp Tipi Transistörlerin Polarılması ve Çalışması:

Transistörde Polarma Nedir?

Transistörün asıl görevi, değişik frekanslardaki AC işaretleri yükseltmektir.

Transistörün bu görevi yerine getirebilmesi için, önce Emiter, Beyz ve Collectorün DC gerilim ile beslenmesi gerekir. Uygulanan bu DC gerilime Polarma Gerilimi denir.

Transistörün polarılması:

Transistörün çalışmasını sağlayacak şekilde, Emiter, Beyz ve Collectorünün belirli değerdeki ve işaretteki (±), DC gerilim ile beslenmesine transistörün polarılması (kutuplandırılması) denir.

N Tipi Transistörün Polarılması

NPN transistör şu iki diyodun yan yana gelmesi şeklinde düşünülür:

•  "NP" Emiter - Beyz diyodu
•  "PN" Beyz - Collector diyodu

Bir NPN transistörü çalıştırabilmek için, Aşağıdaki Şekil'de görüldüğü gibi, uygulanan polarma gerilimi iki şekilde tanımlanabilir:

1. Diyot bölümlerine göre tanımlama;

•  Emiter - Beyz diyodu, doğru polarılır.
•  Beyz - Collector diyodu ise, ters polarılır.

2. Polarma geriliminin, Emiter, Beyz ve Collectorün kristal yapısına uygulandığına göre;

•  Emiter ve Beyz 'e kristal yapısına uygun polarma gerilimi uygulanır.
•  Collectore ise, kristal yapısının tersi polarma gerilimi uygulanır.

Buna göre şekil 4.2 'den takip edilirse, NPN tipi transistörde uygulanan polarma gerilim:

•  Emiter N tipi kristaldir : Kristal yapıya uygun, negatif (-) gerilim.

• Beyz P tipi kristaldir : Kristal yapıya uygun, pozitif (+) gerilim.

•  Collector N tipi kristaldir : Kristal yapıya ters, pozitif (+) gerilim.

Şekil 4.2 - Bir NPN transistörün polarılması ve akım yönleri.

1. Bölgesel gösterilimindeki bağlantı şekli.
2. Sembolik gösterilimindeki bağlantı şekli.

Şekil'de görüldüğü gibi, beyz 'in polarma gerilimi ile ilgili tipik bir durum var.
Beyz 'e V_EB kaynağının pozitif kutbu, V_CB kaynağının ise, negatif kutbu bağlanmıştır. Bu durumda beyz polarma gerilimi ne olacaktır?
Yukarıda belirtildği gibi, Emiter-Beyz diyodu iletimde, olduğu için, V_EB kaynağının pozitif kutbu etken olacaktır. Yani Beyz 'in polarma gerilimi, pozitiftir. PNP transistör için de benzer şekilde düşünülür.

Transistörün gerek polarma konusu, gerekse de çalışma prensibi açıklanırken, anlatım kolaylığı bakımından iki DC besleme kaynağı kullanılmaktadır.

Uygulamada ise, tek besleme kaynağı kullanılmaktadır.

Npn Transistörün Çalışması

Yukarıda tanımlanmış olduğu gibi polarma gerilimi uygulanmış olan bir NPN transistörde aşağıdaki gelişmeler olur.

1. N Bölgesindeki Gelişmeler

Şekil'den takip edilirse; Emiter ve collectorü oluşturan N bölgesindeki, çoğunluk taşıyıcılar, elektronlar şu şekilde etkilenir;

V_CB besleme kaynağının pozitif kutbunun çekme kuvveti etkisinde kalan, gerek emiter, 
gerekse de collector bölgesi elektronları V_CB kaynağına doğru akar. Bu akış I_C collector
akımını yaratır.

Aynı anda V_EB kaynağının negatif kutbundan ayrılan elektronlar da emitere geçer. Bu geçiş
I_E emiter akımını yaratır.

P bölgesinden geçemekte olan elektronlardan bir miktarıda V_EB besleme kaynağının pozitif kutbunun çekme kuvveti etkisiyle V_EB 'ye doğru akar. Bu akış I_B beyz akımını yaratır.

Son olarkada V_CB 'nin negatif kutbundaki elektronlar, V_EB 'nin pozitif kutbuna geçiş 
yaparak akım yolunu tamamlar. Böylece devrede bir akım doğar.

(--->) : N bölgesindeki ve dış devredeki elektron akış yönü
(++>) : P bölgesindeki pozitif elektrik yükü (oyuk) akış yönü
(—>) : Dış devredeki akım yönü.
: Verici katkı maddesi atomu (N bölgesindeki etkisiz pozitif iyon)
: Alıcı katkı maddesi atomu (P bölgesinde etkisiz negatif iyon)
"+" : Pozitif elektrik yükü (oyuk)(P bölgesindeki akım taşıyıcılar)
"-" : Elektron (N bölgesindeki akım taşıyıcılar

Şekil'de - NPN transistörde elektron ve pozitif elektrik yüklerinin hareketleri.

2. P Bölgesindeki Gelişmeler

NPN transistörde beyz P tipi kristaldir.

P tipi kristaldeki "+" yükler (oyuklar) şu şekilde aktif rol oynamaktadır:

 P tipi kristaldeki katkı maddesi atomlarının dış yörüngesinde üç elektron var. Bir elektronu
katkı maddesi atomlarına veren Ge ve Si atomları, pozitif elektrik yükü (oyuk) haline
 gelir ve bunlar çoğunluktadır.

Şekil'de görüldüğü gibi VEB besleme kaynağının pozitif (+) kutbunun itme kuvveti
etkisi ve negatif kutbunun da çekme kuvveti etkisiyle, beyzden emitere doğru bir pozitif
elektrik yükü (oyuk) hareketi başlar. Diğer bir ifadeyle, emiterden beyz 'e doğru elektron
hareketi başlar.

Yine collectorde. Azınlık taşıyıcılar durumunda olan çok az sayıdaki "+" yükler (oyuklar), 
VCB kaynağının pozitif kutbunun itme kuvveti ve negatif kutbunun çekme kuvveti etkisiyle 
Şekil 4.3 'te görüldüğü gibi beyz elektroduna doğru hareket eder. Böylece çok küçük bir
akım doğar. Bu akım, beyz collector diyodunun ters yön (kaçak) akımı olup ihmal
edilebilecek kadar küçüktür.

*Yukarıda açıklanan hususların sonucu olarak, Şekil'de özelliği olan elektrik yükleri gösterilmek suretiyle özet bir görüntü verilmiştir.

1.Şekilde büyük ok ile gösterilmiş olduğu gibi, emiter ve collector bölgesindeki elektronların büyük bölümü collector elektroduna doğru ve küçük bir bölümü de yalnızca emiterden beyz elektroduna doğru akmaktadır. Elektron akışı dış devrede de devam eder.
Bu akış I_E, I_B ve I_C akımlarını yaratır.

I_E = I_B + I_C 'dir.

Bu bağıntı her çeşit devre kuruluşunda ve her transistör için geçerlidir.
Ancak I_B akımı I_C akımı yanında çok küçük kaldığından (I_B=0.02 I_C), pratik hesaplamalarda I_B ihmal edilir. I_E = I_C olarak alınır.

2.Katkı maddelerine ait, "+" ve "-" iyonların bir etkinliği olmadığından daire içerisine alınmıştır.

3.Serbest elektronların çok hızlı hareket etmesi nedeniyle NPN transistördeki akım iletimide hızlı olmaktadır. Bu nedenle NPN transistörler yüksek frekanslarda çalışmaya daha uygundur.

4.Ayrıca, Aşağıdaki Şekil'de, bir NPN transistörün, ters yönde bağlı iki NP ve PN diyot şeklinde düşünülebileceği de gösterilmiştir. Böylece, ters bağlı iki diyot devresinden akımın nasıl aktığıda kendiliğinden açıklanmış olmaktadır.

Şekil'de - NPN trnasistörde akım iletimini sağlayan elektronların akış yönleri ve transistörün ters bağlı iki diyot halindeki görüntüsü

Pnp Tipi Transistörün Polarılması

PNP transistörün, NPN transistöre göre, yapımında olduğu gibi, polarma geriliminde de terslik vardır. Şekil 4.5 'te bir PNP transistöre polarma geriliminin uygulanışı gösterilmiştir.

Şekilden de anlaşıldığı gibi, PNP transistörde de, NPN 'de olduğu gibi polarma geriliminin yönleri iki şekilde tanımlanır:

1 - Diyot bölümlerine göre tanımlama

Emiter - Beyz diyodu, doğru polarılır.

 Collector - Beyz diyodu, ters polarılır.

2 - Polarma geriliminin kristal yapıya uygunluğuna göre tanımlama:

Emiter P tipi kristaldir: Kristal yapısına uygun, pozitif (+) gerilim uygulanır.

Beyz N tipi kristaldir: Kristal yapısına uygun, negatif (-) gerilim uygulanır.

Collector P tipi kristaldir: Kristal yapısına ters, negatif (-) gerilim uygulanır.

Polarma durumuna göre devreden akan akımların yönü de aşağıdaki Şekil'de gösterilmiş olduğu gibidir.
Daima I_E = I_B + I_C 'dir.

Şekil'de- PNP tipi transistörün polarılması ve akım yönleri
a. Jonksiyonel gösterilimdeki bağlantı
b. Sembolik gösterilimdeki bağlantı

Pnp Transistörün Çalışması:

PNP transistörde, NPN transistördeki elektron yerine, pozitif elektrik yükleri (oyuklar), ve pozitif elektrik yükleri yerine de elektronlar geçmektedir.

Bu durumda, Aşağıdaki Şekil'den da anlaşılacağı gibi, PNP transistördeki akım iletimi pozitif elektrik yükleri ile açıklanmaktadır.

Şekil 4.6 'dan takip edilirse PNP transistörün çalışması şu şekilde olmaktadır:

 V_EB besleme kaynağının pozitif kutbunun itme, negatif kutbunun çekme kuvveti etkisiyle, emiterdeki pozitif elektrik yükleri (oyuklar) atomdan atoma yer değiştirerek bayze doğru akar.

Bu hareketlenme sırasında pozitif elektrik yükleri (oyuklar) collectore bağlı V_CB besleme kaynağının negatif kutbunun çekme kuvveti etkisi altında kalır.
V_CB gerilimi V_EB 'ye göre daima daha büyük seçildiğinden; pozitif elektrik yüklerinin
(oyukların) %98 - %99 gibi büyük bir bölümü collector elektroduna doğru, %1 - %2 gibi
küçük bir bölümü de beyz elektroduna doğru akım iletimi sağlar.

(++>) : P bölgesindeki pozitif elektrik yükü (oyuk) yolları
(-->) : N bölgesindeki ve dış devredeki elektron yolları
(— >) : Dış devredeki akım yönü.
: Verici katkı maddesi atomu
"+" : Pozitif elektrik yükü (oyuk)
: Alıcı katkı maddesi atomu
"-" : Elektron

Şekil 'de - PNP transistörde pozitif elketrik yüklerinin ve elektronların hareketi.

Bu arada, bir miktar pozitif elektrik yükü de, beyzdeki serbest elektronlar ile birleşerek nötr hale gelir.

Aynı zamanda collector bölgesindeki azınlık taşıyıcılar durumunda bulunan az sayıdaki elektronlar da V_CB 'nin etkisiyle beyz elektroduna doğru hareket eder. Bu hareket, ters yön (kaçak) akımını yaratır.

Dış devredeki gelişmeler: Şekilde gösterildiği gibi, emiterden V_EB besleme kaynağının "+" kutbuna ve oradan da beyz'e ve V_CB besleme kaynağının üzerinden collectore, elektron akışı başlar.

Kağıt üzerinde gösterilen akım yönü de, yine şekildeki gibi, besleme kaynağının "+" kutbundan "-" kutbuna doğru olmaktadır.

* Bir PNP transistördeki akım iletimi, Aşağıdaki Şekil'de gösterildiği gibi, pozitif elektrik yükleri (oyuklar) ile sağlanmaktadır.

Şekil'de ayrıca transistörü oluşturan iki diyodun sembolik bağlantısıda gösterilmiştir.

Şekil'de- PNP transistörde akım iletimini sağlayan pozitif elektrik yüklerinin (oyuk) akış yönleri ve transistörün ters bağlı iki diyot halindeki görüntüsü.

Akım ve Gerilim Yönleri

Akım Yönleri:

NPN Transistörde akım yönleri:Emiterde; Transistörden dış devreye doğru, yani emiterdeki ok yönündedir.Beyz ve Collectorde; Dış devreden transistöre doğrudur.

PNP Transistörde akım yönleri:Emiterde; Dış devreden transistöre doğrudur, yani okun gösterdiği yöndedir.Beyz ve Collectorde; Transistörden dış devreye doğrudur.

Gerilim Yönleri: Burada gerilim yönünden amaç, polarma geriliminin "+" veya "-" oluşudur.

NPN Transistörde gerilim yönleri:1.Emitere: Negatif (-) gerilim uygulanır. 2.Beyze: Pozitif (+) gerilim uygulanır. 3.Collectore: Pozitif (+) gerilim uygulanır.

PNP Transistörde gerilim yönleri:1.Emitere: Pozitif (+) gerilim uygulanır. 2.Beyze: Negatif (-) gerilim uygulanır. 3.Collectore: Negatif (-) gerilim uygulanır.

*Uluslararası kabule göre, bir iletkendeki elektron akış yönü ile akım yönü birbirine göre terstir.
Uluslararası elektroteknik kuruluşu (I_EC) tarafından yapılan kabule göre;
Elektrik ve Elektronik devrelerindeki AKIM YÖNÜ, besleme kaynağının pozitif kutbundan (+), Negatif kutbuna (-) doğru olan yöndür.
Diyot sembollerindeki ve transistörlerin emiterindeki akım yönünü gösteren oklar da "+" dan "-" 'y doğrudur.
Elektron yönü sadece teorik açıklamalar sırasında gösterilmektedir.
Kirchoff kanununa göre , yapılan devre hesaplamalarında "+" ve "-" akım yönlerinin gösterilmesi gerekebilir.
Bura da, besleme kaynağının pozitif kutbundan negatif kutbuna doğru olan yön, "+" akım yönü, bunun tersi olan yön ise "-" akım yönü olarak gösterilir.

Transistörlerin Multimetre İle Sağlamlık Kontrolü

Bir transistörün en kolay kontrol şekli multimetre ile yapılır, Ancak, bu halde transistöre herhangi bir zarar verilmemesi için multimetrenin içinde bulunan pilin 1.5V 'dan büyük olmamasına veya devreden akacak akımın 1 mA 'den fazla olmamasına dikkat edilmelidir.

" Transistör devrede iken ölçüm yapılmaz."

Şekil'de PNP ve NPN tipi transistörlerin multimetre ile kontrolü sırasında uçların tutuluş şekilleri gösterilmiştir. Tablo 'da, yapılacak kontrolün esasları ve multimetrede aşağı yukarı okunması gereken değerler verilmiştir.

Tablo'da uygun olarak yapılan kontrollerede, direncin büyük okunması gerekirken küçük okunuyorsa veya küçük olması gerekirken büyük değerlerle karşılaşıyorsanız transistör bozuk demektir.Ölçmelerde, multimetrenin içerisindeki pil vasıtası ile büyük dirençlerin okunması sırasında ters polarma, küçük dirençlerin okunması sırasında doğru polarma uygulaması yapılmaktadır.1.5V 'luk multimetre ile yapılan kontrol sırasında transistörden akacak akım kısa bir müddet için 1mA 'i geçmeyeceğinden, günlük hayata girmiş transistörlerde herhangi bir bozukluğa yol açmayacaktır. Fakat, yayılım yoluyla yapılan alaşım transistörleri gibi hassas transistörlerin kontrolü sırasında, emniyet tedbiri olarak V_CE collector geriliminin sıfırdan başlayarak gerekli gerilime kadar ayarlanması tavsiye edilmektedir. Bu bakımdan böyle transistörlerin transistörmetre ile kontrolü uygun olmaktadır veya 100-200 ohm 'luk seri direnç kullanılır.

Sekil

Tablo