İkinci Dünya savaşından bu yana, elektronik alanında gerçekleştirilen en önemli gelişme, transistörün bulunmasıdır. Çok küçük bir yarıiletken olan bu öğe zayıf akım uygulamalarında vakum tüpünün (termoiyonik valfin) yerini almıştır. Transıstörün trıyot ve diyot lambalardan üstünlüğü hem kapladığı alanın çok küçük olmasından, hem de ısıtma gerekmediği için sağladığı enerji tasarrufundan kaynaklanır. 1948'de ABD' deki Bell telefon laboratuvarlarında ilk germanyumlu nokta temaslı transistörün W. Shockley, j. Bardeen ve W. Brattain tarafından yapılmasından bu yana. transistörler hızla geliştirilmiştir.
Transistörün bulunması, katı hal fiziğine, özellikle de yarıiletkenlere ilişkin araştırmaları yoğunlaştırdı. Nokta ternaslı transistörün .yerini bir süre sonra, önce germanyum. ardından da SİLİSYUM kullanılan çift kutuplu ıbipolar) transistörler aldı. Daha sunra da alan etkili transistör geliştirildi. Alan etkili transistörün özellikleri, çift kutuplu transistörlerin ve benzeri lambaların özelliklerinden çok farklıdır. Transistörlerin elektrik ve elektronik devrelerde ayrı öğeler olarak geniş çapta kullanılmasına karşılık günümüzdeki eğilim bunları ENTEGRE DEVRELER'de kullanmaya yöneliktir.
Çift kutuplu (Bipolar) transistörler: Transistörün çahşma ilkesini kavrayabilmek için pn düzeni (Bk. DİYOT, YARIİLETKEN) konusunda yeterince bilgili olmak gerekir. P-n tipi malzeme, germanyum ya da silisyumdan yapılmış, içinde az ama denetlenen miktarlarda yabancı madde bulunan, yarıiletken bir billurdur. Yabancı maddeler p bölgesinde serbest elektronlar oluştururken n bölgesinde de boşluklar (oyuk» ya da «delik» de denir) ortaya çıkarırlar. N bölgesi p'ye göre eksi olarak biaslandığında (tetiklendiğinde) n bölgesinden p bölgesine çok sayıda elektron geçişi olur. Aynı biçimde, p bölgesinden n bölgesine doğru da boşluk akışları vardır. Bu yer değiştirmeler arakesitten önemli ölçüde akım geçişine neden olurlar. Bundan ötürü bu boşluk akışlarına «çoğunluk taşıyıcıları" söz konusu özelliklere de "ileri biaslama" adı verilir.
N bölgesi artı biaslanırsa (p'ye göre), elektronlar n bölgesinden, boşluklar da p bölgesinden ayrılamazlar. Bu durumda arakesit bölgesinde yük taşıyıcıları bulunamayacağından akım geçişi de ortaya çıkamaz. Buna: "ters biaslama" adı verilir. Biaslamanın ters çevrilmesiyle bir pn ögesi, iletken ve iletken olmayan durumlara sokulabilir. Uygulamada bu özellikten doğrultucu diyotlarda ve bulucularda (Bk. GENLİK MODÜLASYONLU RADYO) yararlanılır.
Yarıiletkenler aynı zamanda, n tipi maddelerdeki boşluklar ve p tipi maddelerdeki elektronlar gibi, azınlık taşıyıcılar da içerirler. Bunların işlevleri çoğunluk taşıyıcıların işlevlerine terstir ve karşıt yönlüdür. Ters biaslamada pn arakesidinden bir miktar küçük akım geçebilir. Buna «kaçak akım» denir. Transistörlerde bu özellik önemlidir.
Çift kutuplu transistör ya iki n bölgesi arasına yerleştirilmiş bir p bölgesinden ya da iki p arasına yerleştirilmiş bir n bölgesinden oluşan bir yaniletken billurdur. Bu üç ayrı bölgeye giden bağlantılara sırasıyla verici (emiter) taban (baz) ve toplayıcı (kollektör) adları verilir. Merkezdeki taban bölgesi'nin çok ince yapılması önemli özelliklerden biridir. Transistör sırt sırta vermiş iki yarıiletken diyot olarak da düşünülebilir.
Çizim 1: (1) pnp ve npn transistörlerine ait temel yapılar ve simgeler. Bir yükselticide (3) olduğu gibi normal çalışma için biaslanan bir çift kutuplu (BİPOLAR) npn transistörün çalışması (2). İyi bir yükseltme sağlamak için R1, R2, R3 ve R4, dirençleri transistöre gidecek uygun gerilim ve akım koşullarını saptarlar. Çeşitli tip n kanal etkili transistörler için simgeıer (4)
Çalışma mekanizması: Normal çalışan transistörde, taban-verici arakesidi ileri biaslanmış. toplayıcı ile tabanın arakesidlyse ters biaslanmıştır. Uygulamada başka tekniklerden yararlanılır ve söz konusu blaslama koşulları bir pille yaratrlabilir.Taban-verici arakesidi ileri biaslandığından sistemden büyük miktarda akım geçer. Bu işlemi. çoğunluk taşıyıcılar yani n bölgesinden çıkan elektronlar ile p bölgesinden yani n boşluklar yerine getirir. Akımın hem elektronlar, hem de boşluklar tarafından iletilebilir olması transıstöre çift kutuplu (bipolar) denilmesine yol açar. Bununla birlikte bir npn transistöründeki elektron sayısı boşluk sayısından çok daha fazladır.
Yapım sırasında n bölgesine, p bölgesınden daha fazla yabancı madde verilir. Böylece taban-verici arakesidi üstünden geçen akım elektronlar tarafından (vericiden çıkan) taşınmış olur. Taban bölgesiyse verici tarafından enjekte edilmiş çok sayıda azınlık elektronunu içerir. Toplayıcı-taban arakesidiyse ters biaslanmıştır ve bir çoğunluk taşıyıcı akışı yoktur. Bununla birlikte azınlık taşıyıcılar kolayca akar ve taban bölgesinde toptanırlar (verıcıden enjekte edilmiş elektronlar olarak). Bu elektronlar taban-toplayıcı arakesidine geçer ve transistörün vericisinden tabanına doğru büyük bir akımın iletilmesine neden olurlar. Elektronların toplanmasını kolaylaştırmak için taban bölgesi çok ince yapılır.
Tabandan kaçan birkaç elektron verici akımının % 2'si düzeyinde 'bir dış taban akımına neden olur. Bu yüzden taban akımı, taban-verici arakesidi ileri akımına yaklaşık olarak eşittir ve ileri biaslamanın değiştlrilmesiyle denetlenir. Transistörün en yararlı özelliklerinden biri de, taban akımı ile toplayıcı akımı arasındaki ilişkiden kaynaklanır. Toplayıcı akımı, kolayca taban akımının 100 katına çıkarılabilir ve çalışma süresi boyunca bu oran korunabilir. Bu yüzden, taban bölgesindeki herhangi bir değişme, toplayıcı akımına da büyütülmüş olarak yansır. Başka bir deyişle, transistörün tabanı giriş, toplayıcısı da çıkış ucu olarak göz önüne alınırsa, çift kutuplu transistör, yüksek kazançlı bir akım yükseltlcisi olarak düşünülebilir. Bu özellik, termoiyonik valfınkine ve alan etkili transistörlerinklne benzemez.
Çift kutuplu (Bi-polar) transistörlerin şaşırtıcı özelliklerinden biri de çalışmaları için çok küçük güçlerin yeterli olmasıdır: Bir miliamper (amper'in binde biri) ve yalnızca birkaç voltluk potansiyel farkı yeterli olabilir. Pille çalışan transistörlü radyolar bunun iyi bir örneğidir. npn ve pnp transıstörler arasındaki tek fark, aygıttan geçen akımın doğrultusudur. npn ve pnp sımgeleri, ,pnp transistörün toplayıcısının eksi uca, npn transistörünün toplayıcısınınsa, artı uca bağlanması gerektiğini gösterir.
Çift kutuplu transistörlü örnek devre : Taban-verici ve toplayıcı-tabarı biası sağlayan iki pil, seri halde düzenlenebilir. Başka bir deyişle, taban gerilimi toplayıcı gerilimi ile verici gerilimi arasındaki bir değerde tutulabilir. Bir tek pille ebiass-larm ikisi de beslenebillr. Tranststörlü devrelerde normal olarak bu yol uygulanır.
Tek aşamalı bir yükseltlci (npn trarısistörlü) tlpik bir örnek oluşturur. Bunda, iki biasa gerilim sağlamak için POTANSİYOMETRE kullanılır. Potansiyometre iki direnç arasında seçim yapar ortak uç da tabana bağlanır. Verici devresindeki uçüncü direnç (R3) transistörün çekeceği akımı saptar. Çizım 1' de verilen direnç değerleri ıçin bu akım 1 mA düzeyindedır. R1 direncine paralel bağlı olan C1 kondansatörüne dekuplaj kondansatôrü denir. Bu kondansatör yükselticinin tam kazancını sağlamak için gereklidir. C1 kondansatörü bulunmazsa transistör akımının R3 direnci üstünde oluşturduğu sinyallerin frekans gerilimi "eksi geri besleme" süreci nedeniyle yükseltici kazancını düşürür. Çizim 1 'de görülen kondansatör değerleri işitme frekarısında çalışan bir yükselticiye uygundur.
Çift kutuplu transistörün başka bir özelliği de, tabana uygulanan giriş sinyalinden akım çekmesldır. Bu yüzden sirıyal kaynağının akım verebilecek yapıda olması gerekir. Uygun kaynaklar hareketli bobinli MİKROFON ya da düşük empedanslı pikap kafalarıdır.
Çizim 2 : N kanal arakesit geçit transistörünün çalışması. (Üstte) Alttaki p bölgesi, elektriksel olarak üstteki p bölgesine bağlıdır. Sıfır geçit biasında çoğunluk elekironları n bölgesine düzgün biçimde dağılırlar ve kaynak ile akaç arasında iletken bir yol oıuştururlar. Geçide eksi gerilim uygulandığında elektronlar n bölgesinin merkezine yakın bir bölgede toplanırlar. Bu kaynak-akaç direncini artırır. Yeterince büyük geçit gerilimi uygulandığında boşaltma bölgeleri birleşir ve akım geçmez.
Alan etkili transistörler (FET'ler) : Başlıca iki tip alan etkili transistör vardır: Arakesit-geçit transistörü; yalıtılmış geçitli transistör. Arakesit-geçit transistörünün çalışma ilkesi çift kutuplu transistörünkinden çok farklıdır. Bunda da bir pn arakesidi bulunur; ama akım arakesit üstünden geçmez «kanal» adı verilen n bölgesi boyunca' akar. Alan etkili transistörün üç girişine sırayla, kaynak. geçit ve akaç (drenaj) adları verilir. Kanalın iletkenliği p bölgesine (geçit) 'uygulanan gerilimle derıetlenır.
Geçit doğrudan doğruya kaynağa (sıfİr biasa eşdeğer) bağlanırsa, n bölgesindeki çoğunluk taşıyıcılar baştan başa akaça yayılırlar ve kaynak ile akaç arasında akım taşırlar. Geçit gerilimi kaynağa göre eksi yapılırsa elektronlar p bölgesinden itilirler ve elektronu bulunmayarı bir bölge oluşur. Bu durumda kanal kesitinin akım geçen bölgesi küçülür ve buna uygun olarak küçük bir akaç akımı geçer. Geçitteki eksi bias yeterince artırılırsa boşa ltıcı bölge kanalın ortasına gelecek kadar büyür. Bu durumda kaynak ile akaç arasında iletken bir yol bulunmayacağından akaç akımı sıfır olur. Buna "tıkanma koşulu" denir, gerekli eksi gerilime de "tıkanma çerilimi" adı verilir.
Normal çalışmada, tıkanma değerinin yaklaşık yarısına eşit bir gerilim kullanılır ve yükseltilecek sinyal, geçit ucuna seri olarak bağlanır. Böylece, kanalın etkili genişliği sinyal tarafından modüle edilmiş olacağından. akaç akımı da sinyale bağlı olarak değişecektir.
Geçit kaynağa göre her zaman eksidir ve geçit-kanal arakesidi ters biaslanmıştır. Geçit ile kaynak arasında akım geçmez ve bu yüzden alan etkili transistör geçide bağlanan giriş sinyalinden akım çekmez. Bu tip transistörler, girişlerine uygulanan gerilime yanıt verirler. Akım ygulamalarına yanıt veren çift kutuplu transistörlerin tam karşıtı olan bir özellik gösterirler. Gerçekte alan etkili transistör "gerilim denetimli bir dirençtir" ve bu açıdan termoiyonik valflarla karşılaştırılabilir.
Yalıtılmış geçit alan etkili transistörler (MOSFET) : Bu tip alan etkili transistörlerde, geçit elektriksel olarak kanaldan yalıtılmıştır. Genel olarak kaynak ve akaç bağlantıları bir p bölgesi içindeki iki n bölgesine yapılır. Geçit bir metal tabakadır ve sllıs dioksitli bir başka tabaka yardımıyla p bölgesinden yalıtılmıştır. Kullanılan malzemenin diziliş sırası (metal oksit ve yarıIletken) nedeniyle bu öğeye "MOSFET" adı da verilir. Gerçekte bu üç tabaka bir kondansatör oluşturur.
Bu transistörün bir n tabaka öğesi olmasına karşılık, geçit p bölgesine göre artı biaslanmadıkça, kaynak ve akaç arasında n tabakası oluşmaz. Böyle bir potansiyel, elektronları n ve p bölgelerinden çekip, p bölgesinin üst yüzeyine gönderir. Böylece, iki n bölgesini köprüleyen bir n kanalı oluşur ve kaynak ile akaç arasında iletken bir yol ortaya çıkar. Geçit biası olmadığından akaç alanının da bulunmaması önemli bir ozelliktir. Akaç akımını sağlamak için artı biaslama gereklidir. Bu blaslamaya, "artırmalı çalışma biçimi" adı verilir. Öğenin yapımı sırasında bir n kanalı yerleştirilebilir. Böylece, geçit bias olmadan da akaç akımı geçebilir ve bu akımı sıfıra düşürmek için eksi biaslama gerekir. Arakesit-geçit transistörlerindekine benzeyen bu özellik "boşaltıcı çalışma biçimi" diye adlandırılır. İki tür yalıtılmış geçit transistörü arasındaki fark çizim 2' de de gösterilmiştir. Artırmalı tipte kaynak ile akaç arasında iletken tabaka bulunmaz. Birbirinden bağımsız iki geçidi bulunan yalıtılmış geçit transistörleri kolayca üretilir. Özellikleri tetrot ve pentot valflarınkine benzeyen bu transistörler alıcılardaki radyo frekansı yükselticilerinde ve karıştırıcılarında kullanılır.
Alan etkili transistörlü örnek devre: Alan etkili transistörün en yararlı özelliklerinden biri de geçidin giriş sinyalinden akım çekmemesidir. Bu yüzden mikrofon ve pikap kafası gibi pıezoelektrik ve kapasitif TRANSDÜKTÖR'lerin çıkışını yükseltmeye çok elverişlidir (Bk. ELEKTRET). Boşaltıcı bir n kanalı arakesit-geçit transistörü kullanılan, tek aşamalı yalın ses frekans' yükselticisi şöyle çalışır: Transistörün geçit bias gerilimi, akaç ve kaynak potansiyel aralığının dışındadır. Bu nedenle, bias devresi termoiyonik valf devrelerine benzetıleblir. Transistör akımı R3'den geçerken, kaynağı, eksi girişe göre artı yapar. R1 yardımıyla geçit eksi beslemeye bağlanır ve kaynağa göre de eksi yapılır. Yükseltdel çıkış gerilimi R2 üstünden alınır ve C2 kondansatörüyle ikinci aşamaya aktarılır.
Bu kondansatör ses frekanslarını geçirir, değişmez gerilimleri tutar. R3'e paralel bağlı olan C1 dekuplaj kondansatörü, sınyal geldiği zaman R3' deki gerilimi düzenler. Çizim 3' de gösterilen elektronik öğe değerleri kullanıldığı zaman, yükseltici, 1 miliamperlik bir girişe karşılık, kazancı 10-20 arasında değişen bir gerilim çıkışını verecektir.
Tek aşamalı bir yükselticinin devre çizimi. (Allta) Bias koşulları başlangıçta R1 ve R2 dirençleriyle sağlanır. Geçide kaynağa göre eksi gerilim uygulanır. (3. resim)
Çizim 3 : N kanal yalıtılmış geçit alan etkili transistörünün yapısı. Geçitte gerilim olmadığında ortaya çıkan durum (1) İki n bölgesi arasında iletken bir kanal bulunmakta, artı biasın etkisi (2) de görülmektedir. p bölgesinden çıkan azınlık elektronları ile n bölgesinden çıkan çoğunluk elektronları, p bölgesinin yüzeyine yakın bir yerde toplanı lar ve yeterli sayıya ulaşınca iletken bir n kanalı ortaya çıkarırlar.
Alıntıdır. Kaynak: Nasıl Çalışır Ansiklopedisi, Gelişim Yayınları, Cilt 7, Sayfa 2187 - 2192
Son düzenleme:
