TEMEL ELEKTRONİK

TRANSİSTÖR

Transistör bir devre elemanıdır. Bazı durumlarda 2, 3 yada 4 bacaklı olabilir. Bacakları farklı isimler alabilir. Kesin olan bir şey ise transistörün yapısına göre akım yada gerilim kazancı sağlayan, başka bir değişle YÜKSELTME işi yapan bir devre elemanıdır. Transistörler aynı zamanda katı-hal "solid-state" devre elemanlarıdır. Transistör yapımlarında silisyum, germanyum yada uygun karışımlar kullanılmaktadır. Transitör bir grubun genel adıdır. Bu grup içinde BJT, FET, MOSFET.....vardır.
İlk olarak BJT (Bipolar Junction Transistor) konusunu anlatacağım. Neden Bipolar "çift kutuplu" denmektedir? Çünkü BJT içinde hem çoğunluk taşıyıcılar hem de azınlık taşıyıcıları görev yaptığı için. Neden junction "yüzey birleşimli". Buradaki "yüzeyi" ben koydum. Sebebi ise transistör ilk icat edildiğinde yarı iletken maddeler bir nokta olarak birbirlerine değermiş. Bu nedenle onlara "Nokta Değmeli Transistör" denirmiş. Artık transistörler bir tost görüntüsünde olup yarı iletkenler birbirlerine yüzey olarak yapışık şekilde üretilmektedir.
İki tip BJT transistör vardır. Birisi NPN, diğeri PNP transistör. Bunları şekilleri ve sembolleri aşağıda görülmektedir.
Transistör

Birinci şekilde de görüldüğü gibi NPN transistör, N, P ve N tipi yarı iletkenlerden oluşmuştur. Daha kalın olan N maddesi kollektör ( Collector ), kollektöre göre daha ince olan N maddesi emitör ( Emitter ) ve çok ince olan " yaklaşık 0,002mm" P maddesi ise beyz (Base) olarak adlandırılır. PNP transistör ise daha kalın olan P maddesi kollektör ( Collector ), kollektöre göre daha ince olan P maddesi emitör ( Emitter ) ve çok ince olan " yaklaşık 0,002mm" N maddesi ise beyz (Base) den oluşur.
Buradaki C,B ve E harflerinin anlamları ise
C TOPLAYICI,
B TABAN ve
E YAYICI dır.

Transistör İçindeki Hareketler

BJT transistörün çalışmasını taşıyıcının 1; püskürtülmesi (injection), 2; sürüklenmesi (diffusion) birleşme ve 3; toplanması (collection) olarak kısaca anlatabiliriz. Aşağıda NPN bir BJT transistörün içinde oluşan akımlar ve nasıl oluştuğunu gösteren şekle bakalım.
Transistör

E-B bağlantısı VEE bataryası ile doğru bayaslanmıştır. C-B bağlantısı ile VCC bataryası ile ters bayaslanmıştır.
1; Püskürtülme
NPN transistör içinde Elektronlar, emitör bölgesi içinde Çoğunluk taşıyıcılarıdır. E-B bölgesine uygulanan doğru bayas ile, (Emitor N tipi madde, buraya VEE bataryasının negatif ucu bağlanmış, Beyz P tipi madde ve buraya da VEE bataryasının pozitif ucu bağlanmış.) elektronlar VEE bataryasının negatif ucundan emitöre girerek beyze doğru püskürtülürler. Emitörden beyz bölgesine püskürtülen elektronlar, emitör akımını oluşturur ve IE olarak adlandırılır.
2; Sürüklenme
Beyz bölgesin giren elektronlar burada azınlık taşıyıcısı oldukları için hareketleri bir sürüklenmedir. Beyz bölgesi çok ince olduğundan, emitörden beyze doğru püskürtülen elektronların ancak bir kısmı buradaki boşluklarla birleşir. Her boşluk-elektron birleşmesinden dolayı yeni bir boşluk oluşur. Böylece az miktarda elektron beyz bölgesinden VEE bataryasının pozitif terminaline gider. Bu elektron akışı IB beyz akımını oluşturur.
Beyz bölgesinin çok dar olduğunu, bu nedenle çok az boşluk-elektron birleşimi (recombination) oluştuğunu ve bu nedenle de beyz akımının çok küçük değerde olduğunu az önce söylemiştim. Bu akım aynı zamanda kollektor kesim akımı ( Collector Cut-Off current) ICO olarak da adlandırılır.
3; Toplanma
Beyz bölgesinde boşluk-elektron birleşmesi yapamayan oldukça çok sayıdaki elektron beyz içinde pozitif biaslı kollektöre doğru sürüklenerek çekilirler. N tipi kollektör ters biaslı olduğu için buradaki elektronlar VCC bataryasının pozitif ucu tarafından çekilmiş ve kollektör içinde bolca boşluk oluşmuştur. İşte beyzden gelen elektronlar kollektördeki bu boşluklarla birleşir. Her birleşme sunucu açığa bir elektron çıkar. Bu elektronlarda kollektör terminaline bağlı VCC bataryasının pozitif ucu tarafından çekilerek toplanır. Beyz içinde sürüklenen elektronların kollektör tarafından çekilebilmesi için VCC geriliminin, VEE geriliminden daha büyük olması yada başka bir değişle kollektör deki pozitif gerilim değerinin beyz deki pozitif gerilim değerinden daha büyük olması gereklidir. (VCC > VEE) Bu şekilde oluşan akıma Kollektör Akımı, IC denir.
Şimdi aklınıza şöyle bir sonuç gelebilir. Eğer VEE gerilimini yeteri kadar büyütürsem beyz bölgesindeki elektronların hepsi beyze bağlı VEE bataryasının pozitif ucu tarafından çekilir ve kollektöre hiç elektron gitmez ve IC akımı oluşmaz. Yada başka bir değişle VEE bataryasının değerini değiştirerek IC akımını değiştiririm, yani beyz emitöre göre daha pozitif olduğunda IC akımı azalır, beyz emitöre göre daha az pozitif olduğunda IC akımı artar. Bu doğrumudur? Eğer beyz maddesi en az emitör kadar kalın olursa doğrudur. Gerçekte beyz o kadar incedir ki; E-B arasına uygulanan gerilim, yani beyzde ki pozitiflik emitör tarafından çok yoğun elektron gelmesini sağlar. Fakat beyz çok ince olduğu için üzerinde az miktarda elektron-boşluk birleşmesi olur. IB akımını bu elektron-boşluk birleşmesi sağladığı için her zaman IB beyz akımı IC kollektör akımından az olacaktır. Yani buradaki püf noktası beyzin emitör ve kollektöre göre çok ince olmasıdır.
PNP transistör içindeki olayları çok kısa olarak açıklamak yeterli olacaktır. PNP transistör içinde çoğunluk taşıyıcısı BOŞLUKLAR dır. Bağlanan bataryaların kutupları ters, akım yönleri de ters dir. Yani NPN bir transistörde beyz emitöre göre pozitif, kollektöre göre negatif, kollektör ise hem base hem de emitöre göre pozitif olur. Akım yönleri ise kollektörden içeri doğru, beyz den içeri doğru ve emitörden dışarı doğrudur. PNP bir transistör de beyz emitöre göre negatif, kollektöre göre pozitif, kollektör ise hem base hem de emitöre göre daha negatif olur. Akım yönleri ise kollektörden dışarı doğru, beyz den dışarı doğru ve emitörden içeri doğrudur.
Yukarıdaki paragrafta söylediğimi bir formül olarak yazarsak;
IE=IC+IB ,
Olup transistör üzerinden geçen akımın denklemidir.
Hatırlanması gereken yada unutulmaması gereken bir noktada, dikkat edilirse E-B bağlantısı bir diyot gibi. Yani PN birleşimi. Şimdi bir hatırlama yapalım. Bir PN birleşimden akım geçebilmesi için eşik voltajının aşılması gerekir. Bu voltaj değeri silisyum için yaklaşık 0,6V, germanyum için yaklaşık 0.2 volt dur. Transistörden akım geçirilebilmesi için beyz-emitör voltajının aşılması gereklidir.

Çok Katlı (Multi Stage) Yükselteçler


Tahmin edeceğiniz gibi tek transistörlü yükselteçler yeterli yükseltme sağlamazlar. Örneğin bir mikrofona konuştuğumuz zaman, mikrofon çıkışındaki 1-2mV civarındaki sinyalin bir hoparlörden duyulabilmesi yada bir radyonun anteninde oluşan 0,01mV civarındaki sinyalin hoparlörden duyulabilmesi için epeyce yükselteci arka arkaya bağlamak gereklidir.
Burada bence önemli olan bir konuyu öncelikle belirtmek istiyorum. Çok katlı yükselteçlerde ilk yükselteç yada ilk birkaç yükselteç çok önemlidir. Bu yükselteçleri oluşturan transistörlerin çok az olan iç gürültüleri çok az olmalı. Buda nedir derseniz, çok katlı yükselteçlerde toplam kazanç her yükseltecin kazancının, bir sonraki yükseltecin kazancı ile çarpımına eşittir. Bu nedenle ilk transistörde üretilen gürültü çıkışta çok büyük gürültü haline dönüşebilir.
Bir yükseltecin çıkışını diğer yükseltecin girişine bağlamak için bazı kurallara uymak zorundayız. Nedir bunlar?
1-Her yükseltecin DC çalışma şartı vardır. Yükselteçler arka arkaya bağlandıklarında birbirlerinin DC çalışma şartlarını bozmamalılar.
2-Bir yükselteç çıkışında oluşan sinyal diğer yükseltecin girişine bağlanırken en az kayıp ve bozulmaya uğramalıdır.
3-Yükselteçler arka arkaya bağlanırken giriş ve çıkış empedanslarının (AC dirençlerinin) birbirlerine uygun olması gereklidir.

Direk Bağlama (Direct Coupling):


Özellikle ön yükselteçlerde kullanılan ve en ucuz olan bağlama yöntemi DİREK BAĞLAMA yöntemidir. Bu bağlama (bağlamaya kuplaj da denir) şekli adından da anlaşıldığı gibi bir yükseltecin çıkışını diğerinin girişine doğrudan bağlamakla sağlanır.
Transistör

Şekilden de anlaşılacağı gibi her transistörün çıkış voltajı aynı zamanda diğer transistörün bayas voltajını sağlamaktadır. Bu tür devrelere DC yükselteç de denmektedir. DC yükselteçler özellikle çok düşük frekanslara hatta 0Hz (DC) den başlayarak devrenin izin verdiği en yüksek frekanslara kadar çalışırlar. Bu nedenle çok geniş uygulama alanlarına sahiptir. Örneğin DC regülatörler, ses yükselteçleri mantık devreleri gibi. Ayrıca entegre devrelerin iç yapılarında kondansatör bobin gibi devre elemanlarını kullanmak çok zor olduğu için direk bağlamalı yöntem kullanılır. Bu devrelerde hem AC hem de DC sinyaller girişten çıkışa kadar yükseltilirler. Devrenin girişinde olabilecek bir DC bayas kayması (ısı, DC gerilimde olabilecek kaymalar) devrenin çıkışında çok büyük değişiklere sebep olur. Devrenin kararlılığını sağlamak için bu tür devrelerde besleme voltajının çok düzgün olması gerekmektedir. Ayrıca ek önlemler olarak bazı geri besleme devreleri ilave edilir. (Geri besleme; bir devrenin gerek AC gerekse DC kararlılığını sağlamak üzere çıkıştan alınan sinyalin uygun şekilde girişe verilmesi ile sağlanır.) Direk bağlamalı devrelerde transistörleri TAMAMLAYICI (Copmlementary) şekilde bağlayarak da DC kararlılık kısmen sağlanabilir. Aşağıdaki şekilde iki transistörün Tamamlayıcı şekilde nasıl bağlandığı görülmektedir.

Transistör
Direk bağlantılı yükselteçlerde toplam kazanç her yükseltecin kazancının çarpımına eşittir. Kazanç A ile gösterilir. Örneği iki katlı bir yükseltecin toplam voltaj kazancı; Av=Av1 x Av2 olarak ifade edilir. Direk bağlantılı iki transistörlü yükselteçler Darlinton bağlantısı adı verilen bir tür özellikle bağlanarak güç yükselteçlerinin çıkış katı olarak kullanılır. Bu iki transistör hazır olarak tek bir kılıf içinde olabileceği gibi bizde iki ayrı transistörü uygun şekilde bağlayarak Darlinton bir transistör elde edebiliriz. Aşağıdaki şekle dikkat edecek olursanız E B C markalaması tek transistör için yapılmıştır.
Transistör

Darlinton transistörlerde toplam ß değeri her iki transistörün ß değerlerinin çarpımına eşittir.
ß=ß1 x ß2 Darlinton transistörlerin giriş empedansları da çok yüksektir. Yaklaşık olarak; Ri=ß x Ro (Ro, çıkış empedansıdır.)
Direk bağlı yükselteçler için bir özet yapacak olursak;
DC kararlıkları iyi değil
Güç kaynakları çok iyi olma zorunda
Frekans bant genişlikleri çok iyi

RC Bağlama (RC Coupling):


Bir devrenin çıkışındaki sadece AC sinyali sonraki devrenin girişine aktarmak istiyorsak ve bu iki devreyi birbirine bağlarken empedans uyumu sorunu yoksa bağlama elemanı olarak kondansatör kullanılır. Bu kondansatöre kuplaj kondansatörü denir.
Transistör

Devrenin RC kısmının C si aradaki kuplaj kondansatörü, R si ise birinci transistörün RC si ve ikinci transistörün beyzine bağlı dirençlerdir. Kullanılan kondansatör, sinyal frekansına çok az empedans göstermelidir. Geçen sayıda da anlattığım gibi bir kondansatör DC derilimi geçirmez, düşük frekanslara ise yüksek empedans gösterir. Bu nedenle RC kuplajlı (bağlama yerine birazda kuplaj diyelim, çünkü elektronikte çok kullanılır.) devrelerde düşük frekanslarda kazanç azalır. Yüksek frekanslara çıkıldıkça kuplaj kondansatörünün empedansı iyice azalacağı için devrenin kazancı da (teorik olarak) artacaktır!!! Aslında böyle olamaz. Frekans arttıkça kullanılan transistörün yüksek frekans karakteristiği, transistörün küçücük iç kapasiteleri hatta devrenin baskı devresinin şekli ve kullanılan malzemenin özeliğinden dolayı devrenin kazancı düşecektir. Direk kuplajlı devrelerde aslında yüksek frekanslarda bu özellikleri gösterirler. Aşağıdaki şekilde bir RC kuplajlı devrenin frekans yanıtı görülmektedir.
Transistör

Yukarıdaki şekilde devre kazancının Orta Band kazancına göre 3dB azalan iki köşe frekansını tanımlayabiliriz. Alçak köşe frekansında oluşan 3dB lik azalma Seri Kuplaj kondansatörleri ve CE Emitör kondansatörlerinden, yüksek köşe frekansında oluşan 3dB lik azalma yukarıda da yazdığım gibi transistörün iç kapasiteleri ile devrenin yapılış şekli ve kullanılan baskı devre malzemelerinden olur. İki köşe frekansı arasındaki bölgeye BAND GENİŞİLİĞİ adı verilir. Kazancın 3dB azaldığı yerlerde çıkış gerilimi en yüksek değerinin % 70,7 sine, yada çıkış gücü en yüksek değerin %50 sine düşer. RC kuplajlı yükselteçler için bir özet yapacak olursak;
Devrenin DC kararlılığı iyi
Güç kaynakları çok iyi olma zorunlu değil
Frekans bant genişlikleri orta düzeyde

Transformatör Kuplajı:
Transistör

Arkadaşlar, transformatörler bir devrede hem DC yalıtım hem de empedans uygunluğu sağlamak için kullanılır. İdeal transformatörün hiç kayıp olmaz. Yani girişine uygulanan gücü çıkışından aynen alabilirz. Fakat bant genişlikleri çok dardır. Özellikle ses frekans devrelerinde istenilen bant genişliğini tutturmak için özel sarımlı transformatörler kullanmak gereklidir. Transformatörlerin bu dar bant özellikleri yüksek frekans devrelerinde çoğunlukla istenilen bir özellik haline dönüşür. Hatta bandı daha da daraltmak için transformatörler kondansatörlerle de desteklenerek sadece istenilen frekansı geçiren özelliklerde yapılır. Bu tür devrelere Rezonanslı Transformatör Kuplaj adı verilir. Transformatörün empedans uydurma işini de yaptığını söylemiştim. Şimdi bunu bir örnekle açıklayayım. Bir yükseltecin çıkış empedansı 10K olsun. Buraya empedansı 8ohm olan bir hoparlör nasıl bağlanır? Tabi ki primer sargısı empedansı 10K, sekonder sargısı empedansı 8 ohm olan bir transformatör ile bağlanır. Peki bu transformatör sargılarının sarım oranı (n) nedir?
N=\/¯(Rprimer / Rsekonder)
N=35bulunur.
Bunun anlamı primer sargılarının toplamı sekonder sargılarının toplamında 35 kere fazladır. Yada girişte 35 volt varsa transformatörün çıkışında 1 volt oluşur. Şimdi sorabilirsiniz. Biz sinyali yükseltelim derken transformatör sinyali iyice azalttı. Bu sorunun yanıtını siz bulun. Bir ip ucu, primer ve sekonder güçleri.....
Transformatör Kuplajlı devreler için bir özet yapacak olursak;
Devrenin DC kararlılığı iyi
Güç kaynakları çok iyi olma zorunlu değil
Frekans bant genişlikleri çok dar

 

YÜKSELTEÇLER - 1:


Aslında bu bölüm sadece BJT transistörler ile yapılan yükselteçler olarak düşünmemek gerekir. Bir yükselteci FET, MOSFET yada BJT ile yapmak mümkündür. Henüz FET ve MOSFET konularını hiç anlatmadığım için vereceğim örnekleri sadece BJT ile açıklayacağım. Yükselteçlerin kullanılma amaçları çok farklıdır. Hatta yükselteçleri birazda bayas yöntemlerine göre inceleyeceğimiz bir dizi şeklinde olacak. Daha önceki yazılarımda transistörün çeşitli bağlantı şekillerine göre devrenin çeşitli özellikler aldığını, giriş çıkış empedanslarının nasıl değiştiğini, hangi durumda akım hangi durumda gerilim kazancı
yaptığını anlatmıştım. Yükselteçleri küçük sinyal yükselteçleri ve güç yükselteçleri olarak da ikiye ayırmış ve küçük sinyal yükselteçlerinden biraz bahsetmiştik. Bu bölümlerde çoğunlukla güç yükselteçlerinden birazda ve yeri geldiğinde yükseltecin bayaslanma yöntemine göre küçük sinyal yükselteçlerinden de bahsedeceğim. Güç yükselteçlerinden beklentilerimiz nelerdir? Örneğin bir ses yükselteci olabilir, bir motoru çeviren yükselteç olabilir, bir vericinin güç yükselteci olabilir. Bunların hepsinin özelliklerinin farklı olmasına rağmen tek ortak noktaları küçük bir sinyal ile büyük güç üretmek ortak noktalarıdır.


Güç yükselteçlerinin özellikleri;


Mümkün olduğunca giriş sinyalinin değeri ne olursa olsun çıkışa sabit bir katsayı ile büyüterek aktarmasıdır. Yani doğrusal (LINEAR) olması istenir. Fakat güç yükselteçleri doğrusal değildir (NON-LINEAR). Kendi üzerlerinde güç harcamaları istenmez. Daha doğrusu YÜKSEK VERİMLE çalışmaları istenir. Yani bir güç yükseltecinin çıkışından 100W alsak transistörlerin hiç ısınmaması gibi. Girişteki sinyalin hiç bozulmadan çıkışına aktarılması istenir. Daha iyimser bir değimle en az bozulmayla aktarması istenir.
(Bozulma, burulma= Distortion) Burada 3 tip distorsiyondan söz edebiliriz.
1- Frekans distorsiyonu: Girişteki sinyalin frekansı ne olursa olsun çıkışa aktarılması istenir. Fakat devrede olabilecek kondansatörler buna izin vermez. Ne olursa olsun her yükseltecin mutlaka bir üst frekans sınırı vardır. Direk kuplajlı yükselteçlerde frekans DC den (0Hz) den başlar.
2- Faz distorsiyonu: Devrenin yapılama şekli ve kondansatör, bobin gibi devre elemanlarından oluşur. Devrenin girişine uygulanan sinyalin başlama zamanı ve yönü çıkışta aynı anda görülmüyorsa faz distorsiyonu var demektir. Faz bozulması ses devreleri, RF gibi yerlerde önemsenmez. Fakat TV gibi ekran taramalarının önem kazandığı yerlerde faz distorsiyonu hiç olmamalıdır.
3- NON-LINEAR distorsiyonu: Bu bozulma ikiye ayrılır:
a) Harmonik distorsiyonu: Transistörün doğrusal çalışmaması ve aşırı sinyal girişlerinde çıkışta sinyalin doyum yada kesime uğraması ile olur. Ses yükselteçlerinde ve genlik modülasyonlu devrelerde hiç istenmez. Bazende siyal bilerek harmonik distosiyonuna uğratılır. Bu devreler frekans çoklayıcı devrelerdir. Harmonik ve frekans çoklayıcı devreleri daha sonra anlayacağım.
b) Intermodülasyon distorsiyonu: İki yada daha fazla sinyalin yükselteç içinde karışması ile olur. Bu distorsiyon sonucunda yükselteç çıkışında bu sinyallerin toplamları, farkları ve kendileri görülür.
Güç yükselteçlerini bayas özelliklerine göre sınıflara ayırıyoruz.
Bunlar A SINIFI, B SINIFI, AB, SINIFI ve C SINIFI yükselteçlerdir. Bu sınıflandırmayı tamamen devre içindeki transistörün yada transistörlerin bayaslanmasına göre yapıyoruz.
Hatırlamanız için transistörün aktif bölgede, doyum bölgesinde ve kesim bölgesinde çalıştırılması demek yeterli olacaktır.Yükselteçleri sınıflarına göre anlatmadan önce konumuz Güç Yükselteçleri olduğu için önce güç eşitlikleri konusunu açıklamak istiyorum.

GÜÇ EŞİTLİKLERİ:
Güç yükselteçlerinde bizi ilgilendiren şey güç kaynağından çekilen gücün ne kadarının transistör üzerinde harcandığı ne kadarının yük üzerine aktarıldığıdır. Eğer transistör üzerinde fazla güç harcarsak transistörde fazla ısınacaktır. Sonuçta fazla ısınan her şey gibi transistörde yanar. Transistörün fazla ısınmasını önlemek için, transistör üzerinde oluşan ısıyı hızla üzerinden çekmek gerekir. Bu işi de ısıya havaya kolayca aktaran alüminyum soğutucularla yetmezse ilave olarak soğutucu fanlarla yaparız. Bazı çok özel yükselteçlerde (büyük güçlü radyo vericileri gibi) su suğutmalı sistemler bile kullanılmaktadır.

Güç Verimi:
Güç verimi, bir yükseltecin yük üzerinde harcanan gücün, güç kaynağından çekilen güce oranına denir. Yük üzerinde harcanan güç AC ise AC gücün rms değeri kullanılır. (rms; AC sinyalin DC ye karşılık gelen değeridir.)
%Verim=(PLrms /PDC) x 100
DC giriş gücü, güç kaynağı Vcc ile ortalama akımının (yaklaşık olarak Q noktasındaki Ic akımı) çarpımına eşittir.
Pdc=Pcc= Vcc x Ic
Yük üzerinde harcanan AC güç, çıkış geriliminin rms değeri ile, çıkış akımının rms değerinin çarpımına eşittir. Eğer dalga şeklimiz sinüs ise bunun rms değeri sinyalin tepeden tepeye (peak to peak) değerinin 2\/¯2 bölümüne eşittir. Bu durumda yük üzerinde harcanan AC güç;
Pac=PL(max)= (Vpp x Ipp) / (2\/¯2 x 2\/¯2)
Pac=PL(max)= (Vpp x Ipp) / 8
Formülleri kullanılarak bulur.
Transistörün Maksimum Güç Kaybı:
Transistörlü bir güç yükselteci tasarlanırken o transistörün üzerinde harcanacak güç katalog değerinin üzerinde olmayacak şekilde tasarlanır. Bunun için kullanılan parametreler, katlogtan bulunan maksimum kollektör akımı Icmax, maksimum kollektör gerilimi Vcmax, transistörün güç kaybı Pt değerleridir. Ayrıca transistörün AC yük doğrusu ile DC yük doğrusu arasıda kalan bölgedeki alanda çalıştırılmasına dikkat edilir. Bu alana transistörün güvenli çalışma alanı denir. Transistör üzerindeki güç kaybını çok basit olarak aşağıdaki formülerle de bulabiliriz.
Pt=Ic x Vce

YÜKSELTEÇLER - 2:


Yükselteçleri genel olarak anlatmak çoğu zaman yetersiz kalmaktadır. Hatta genel bir yükseltecin çizimi bile tam olarak fikir vermez. Bunun nedeni yükseltecin türü ses frekans mı, yüksek frekans mı olduğu hem çizimi hem de açıklamasını çok değiştirir. Bende güç yükselteçlerini önce ses sonra yüksek frekans olarak ayırarak anlatacağım. Önce ses frekans yükselteçleri.


A Sınıfı Güç Yükselteçleri:
Transistör

Yukarıdaki devrenin bayası R1 ve R2 dirençleri tarafından sağlanmaktadır. Devrenin DC kararlılığını sağlamak için RE direnci kullanılmıştır. Devrenin AC kazancını artırmak için CE kondansatörü RE direncine paralel bağlanmıştır. Devrenin RL yük direnci transistörün kollektörüne bir trafo ile bağlanmış olup kollektöre RL' olarak yansır. Kollektöre yansıyan yük empedansının değeri
RL'=(N12 /N22) RL
eşitliği ile verilir.
Transformatör kuplajının bazı avantajları vardır.
1. Transformatör kuplajında yük üzerinde DC akım olmadığından, RL üzerinde DC güç kaybı olmayacaktır. Bu durum özellikle yük bir hoparlör veya servo motor olduğu zaman önemlidir. DC akım çıkış yükünün performansını düşürür.
2. Eğer transformatörün primer direnci (empedansı değil) ihmal edilebilirse kollektör gerilimi Vc, Vcc kaynak gerilimine eşit olur. Böylece bu tür devreleri küçük kaynak gerilimleri ile kullanmak mümkün olur.
3. Transformatör, empedans uygunlaştırması yaptığından alçak empedanslı yüklerin (hoparlör, anten gibi) yüksek empedans olan kollektöre bağlamak mümkün olur. Bunların yanında transformatörün dar bantlı, ağır ve geniş hacimli olduğunu da unutmamak gereklidir. Aşağıdaki şekilde A sınıfı yükseltecin basitleştirilmiş şekli görülmektedir. Bu devrede kollektör besleme gerilimi
Vcc'= Vcc-VE
eşitliği ile verilmiştir. Beyz bayas devresinin eşdeğer voltaj değeri ve direnci
VBB= (R2/(R1 + R2)) x Vcc
RB=R1//R2
olarak verilmiştir.
Transistör

Toplam kollektör akımı İc, DC (Ic) ve AC (ic) yük akımlarının toplamından oluşur.
İc=Ic + ic
Çıkış trafosunun primer sarımı L bobini ile temsil edilmiştir. Bobin, DC akıma kısa devre etkisi göstereceğinden RL' yük direnci üzerinde DC gerilim düşmesi olmayacaktır. RL'
üzerindeki AC gerilim düşümü
Vo= ic x RL'
değerine eşit olur. Kollektör emitör arasındaki anlık gerilim değeri
Vce= Vcc' + vo =Vcc' + (ic x RL')
Yukarıdaki denklem aşağıdaki şekilde AC yük doğrusunu ifade eder. Q noktasındaki, kollektör - emitör gerilimi Vcc' değerine, kollektör akımı ise Ic değerine eşittir. A sınıfı çalışmada Q noktası yük doğrusu üzerinde her iki tarafa eşit olarak salınacağından, AC kollektör gerilimi Vm=Vcc' , tepe değerine ulaşır ve toplam kollektör geriliminin değişmesi 0 volt ile 2 x Vcc' değeri arasıda olur. Distorsiyon ve non-linear çalışmadan kaçınmak için kollektör gerilimindeki salınımdan daha düşük değerde tutulur.
Transistör

Vi giriş gerilimi örneğin bir sinüs ise, AC kollektör sinyal akımının ortalama yada DC değeri Sıfır olacaktır. Bu durumda, yalnızca DC kollektör akımı, besleme kaynağında çekilen gücü oluşturacaktır. Bu gücün değeri
Pcc= Pdc= Vcc' x Ic
Bu eşitliğe göre, A sınıfı yükselteçte DC kaynaktan çekilen güç SABİT olup, Vcc' kollektör gerilimi ile DC kolektör akımı Ic değerine bağlıdır. (Ses yükselteçlerinde A sınıfı yükselteçler çok düşük distorsiyonları ile ünlüdür. Bu nedenle A sınıfı güç yükselteçleri biraz pahalıdır.
Bu yükselteçlerin volümü kısık da olsa "hatta en kısık olsa da" iyice açık da olsa hep aynı sıcaklıkta kalır. Bu durum tecrübeyle sabittir.) Yük üzerine beslenen AC güç değeri
PL=Pac=RL' x (Irms)2
olarak belirlenir. Eşitlikteki Irms değeri, trafonun primerindeki AC yük akımıdır. Kollektör beslemesinden çekilen toplam güç, yük üzerine beslenen güç ile, transistörde kollektör kaybı olarak kaybolan gücün toplamına eşittir.
Pcc=PL + Pc
Değeri kollektör kaybını verir. DC çalışma şartlarında (giriş sinyali sıfır iken) PL=0 ve Pcc=Pc=Vcc' x Ic değerindedir. Bu eşitlik, giriş sinyali bulunmadığı zamanda bile, kollektör kaybının maksimum olduğunu gösterir. Yük üzerine beslenen maksimum güç, maksimum kollektör gerilimi (AC) ile maksimum AC kollektör akımının çarpımına eşittir. Buna göre
PL(max) = Vrms(max) x Irms(max)
PL(max)= 0,5 x Vcc' x Ic
değerine eşit olacaktır.
A sınıfı bir yükselteç için maksimum verim
Verim= PL(max)/Pcc
Verim=(0,5 x Vcc' Ic) / (Vcc' x Ic )
Verim= 0,5 yada %50 dir.
Pratikte %50 verime bile erişilemez. Çünkü yük doğrusunun kenarlarında transistör non-linear bölgelerde çalışır ve kabul edilemeyecek bir distorsiyon oluşur. A sınıfı bir yükselteçte yük üzerine beslenecek maksimum güç (sinüs giriş sinyali için)
PL=Pc(max)=0,5 x Vcc' x Ic
olarak verilir.

YÜKSELTEÇLER - 3:

B-Sınıfı Push-Pull Yükselteç


B sınıfı çalışmada transistörlerin her ikisi de kesime (cut-off) bayaslanır. Şimdi düşünelim. Tek transistörlü bir yükselteci kesime bayaslarsak giriş sinyalinin sadece pozitif bölümlerini yükseltecekti. Negatif bölümlerinde ise transistör kesimde kalacaktı. Aslında B-Sınıfı yükselteçlerde transistörlerin her ikisi aynı anda çalışmaz. Giriş sinyalinin pozitif bölümünde biri negatif bölümünde ise diğeri çalışır. Aslında transistörlerin her ikisi de NPN olduğuna göre ikinci transistör nasıl oluyor da negatif bölümde çalışıyor? Çünkü negatif bölüm girişteki trafo yardımı ile pozitif şekle dönüştürülüyor. Aşağıda Transformatör kuplajlı B-Sınıfı bir yükselteç şekli görülmektedir.
Transistör

Vi giriş sinyali ortası sıfırlı (center tapped) giriş trafosu üzerinden, iki eşdeğer NPN transistör çifti üzerine uygulanmıştır. Ortası sıfırlı giriş trafosu, ters fazlı iki giriş sinyali sağlar. Şekildeki trafonun üzerindeki siyah noktalar trafonun sarım yönünü göstermektedir. Dikkat edilirse trafonun ssekonderinin üst ucu noktalı alt ucu noktasız durumda. Primerinin ise üst ucu noktalı. Bunun anlamı primer de üst uç pozitif olursa sekonder de üst uç pozitif alt uç negatif olacaktır. Primer de üst uç negatif olduğunda sekonder de üst uç negatif alt uç pozitif olacaktır. RL yük direnci güç transistörlerinin kollektörlerine ortası sıfırlı bir çıkış trafosu ile bağlanmıştır. Bu devrelerde trafo kullanılması; distorsiyon, bant genişliği, verim yönünden mahsurludur. Fakat diğer taraftan yük direncinin empedansının kollektör empedansına uydurulmasını sağlamaktadır. Giriş sinyali bulunmadığı zaman (DC çalışma yada sessizlik durumu) her iki transistörün de beyz ve emitör bayaslaması toprak potansiyelinde olacaktır. Bu durumda her iki transistör kesim durumunda kalacaktır. Giriş sinyali pozitife gittiği zaman Q1 transistörü düz bayaslanarak iletime geçecek Q2 transistörü iyice ters bayaslanacağı için kesimde kalacaktır. Q1 transistörü iletime geçtiği zaman çıkış trafosunun üst yarısı üzerinden İc1 akımı akacaktır. Giriş sinyalinin negatif olduğunda Q2 transistörü iletime geçecek, Q1 kesimde kalacaktır. Q2 nin iletime geçmesi ile çıkış trafosunun alt yarısı üzerinden İc2 akımı akacaktır. Böylece giriş sinyalinin pozitif kısımlarında Q1 transistörü, giriş sinyalinin negatif kısımlarında ise Q2 transistörü yükseltme işini yapacaktır. Aşağıdaki şekilde transistörlerin çalışması zamana bağlı grafiklerle de gösterilmiştir.
Transistör

Şimdi, maksimum kollektör kaybını ve maksimum verimin hangi şartlarda oluştuğunu açıklayacağım. DC çalışma konumunda (Hiç sinyal girişi olmadığı zaman) her iki transistör de kesimde kaldığı için hiçbir kollektör akımı akmayacak, bu durumda da hiçbir kollektör kaybı olmayacaktır. Vi giriş sinyali uygulandığı zaman, Vcc besleme geriliminden çekilen akım yukarıdaki şekli "d" bölümündeki gibi olacaktır. Imax, İc1 ve İc2 kollektör akımlarının tepe değerlerini temsil ettiğine göre, toplam akımın RMS değeri;
Irms=(2 / pi) x Imax
Voltaj kaynağı Vcc tarafından sağlanan güç Pcc;
Pcc=(2 / pi) x Vcc x Im
Pcc = (2 x Vcc2) / (pi x RL')
yazılır. Imax değeri, kollektör akımını temsil eden (ya da primer yük akımı), yük üzerine gönderilen güç;
PL=RL' x Irms2 = 0,5 x RL x Imax2
Q1 ve Q2 transistörlerinin kollektör - emitör arası gerilimler;
Vce1= Vcc - İc1 x RL'
Vce2= Vcc - İc2 x RL'
formülleri ile belirlenir. Çıkış trafosunun primer sargılarının dirençlerini ihmal edilebilir kabul edersek trafonun primer sargılarında ulaşılacak en büyük gerilim değeri Vcc değerine eşit olacaktır. Bu nedenle yük üzerine gönderilecek maksimum güç;
Plmax=0,5 x Vcc2 / RL' = 0,5 x Vcc x Imax
İle bulunur
B-Sınıfı güç yükseltecinin maksimum teori verimi;
Verim= PL/Pcc buradaki değerleri yerine koyup sadeleştirirsek
Verim= 0,785 ya da %78,5
B-Sınıfı güç yükselteci tarafından sağlanacak maksimum çıkış gücü
1. Belirlenen maksimum kollektör akımı
2. Kollektör gerilimi
tarafından sınırlanır.
Bazı durumlarda da transistörün kollektör kaybı tarafından belirlenmektedir. Şimdi bu iki durumu inceleyelim.
Maksimum kollektör-emitör gerilimi Vce(max) ve maksimum kollektör akımı Ic(max) transistör kataloglarında belirtilir. Yukarıdaki devre şemasında Q1 transistörü göz önüne alınırsa iletime geçtiğinde transistörün kollektör akımı ic1 çıkış trafosunun alt yasına -v2 gerilimi emdükler. V1=-v2 olduğundan ve bu gerilim maksimum besleme gerilimine ulaşabildiğinden, kollektör-emitör arası gerilim Vce(max) en az 2 x Vcc değerini alıncaya kadar transistör dayanabilmelidir. Yani transistörlerin Vce(max) değerleri besleme gerilimini
en az iki katı yada daha fazlası olmalıdır. Vce(max) değerini kullanarak yük üzerine gönderilecek maksimum güç değerini veren formül;
PL= Vce(max) x Ic(max) / 4
Bu formül bir güç transistörünün maksimum gerilim ve akım değerlerini aşmadan B-Sınıfı bir yükselteç de vereceği maksimum gücü verir.
İkinci durumda, maksimum çıkış gücü, transistörün maksimum kollektör kaybı ile sınırlıdır. B sınıfı yükselteçte DC çalışma şartlarında ic1 = ic2 = 0 olduğu için her transistörün kollektör kaybı sıfırdır. Bu nedenle maksimum kollektör kaybı girişe sinyal uygulandığı anda meydana gelir. (daha açık olarak B sınıfı yükselteç de girişe sinyal uygulanmadan çıkış transistörlerinden akım akmaz ve ısınmazlar.) Girişe sinyal uygulandığında ani kollektör kaybı;
Pc= Vce x İc
İle tarif edilir.
Q noktası AC yük doğrusu üzerinde Vce = Vcc' x Ic =Q noktasından, Vce = 0, Ic = I noktaları arasında hareket ettikçe, Vce, İc ve Pc değerlerinin ani değerleri de bu çizgi üzerinde noktadan noktaya değişecektir. Pc gücünün maksimum değeri, Ac yük doğrusunun, izin verilen maksimum kollektör kaybı eğrisine teğet olduğu noktada oluşur. Teğet noktası Vce= Vcc / 2 ve Ic= I / 2 değerleri ile belirlenir.
Transistör

Bu eşitliklerden her transistörün maksimum kollektör kaybının eşit olduğunu ve değerinin;
Pc(max) = (Vcc / 2) x (1 / 2)
Pc(max) = Vcc2 / (4 x RL')
olduğunu hesaplayabiliriz.
Şimdi A-Sınıfı bir yükselteçle B-Sınıfı bir yükselteci çıkışları bakımında karşılaştıracak olursak, sinüs giriş sinyali için B-Sınıfı bir yükselteç A-Sınıfı yükseltece göre iki kat fazla
güç verir.

YÜKSELTEÇLER - 4:
B Sınıfı Yükselteçlerde Crossover Distorsiyon


Aşağıdaki şekilde bir B sınıfı yükseltecin giriş devresi giriş devresinin eşdeğeri görülmektedir.
Transistör

Buradaki Vs kaynakları örneğin girişe bağlı ortası sıfırlı bir trafodan elde edilen voltajları temsil etmektedir. Rs direçleri transistörlerin giriş dirençlerini temsil etmektedir. Transistörler Germanyum yada Silisyum olabilir. Bir noktaya dikkatinizi çekmek istiyorum. Bu eşdeğer devrede transistörlerin bayaslama devresi kullanılmamıştır. Bu devrenin (giriş devresinin) gerilim-akım V-I karakteristiği aşağıdaki şekildeki gibi olur.

Transistör

Bu şekle ve devreye baktığımızda transistörlerden beyz akımlarının (Ib1-2) akması için Vs kaynaklarının voltaj değerlerinin germanyum transistörler için 0.2V, silisyum transistörler için 0.6V değerinin üzerine çıkması gerekir. Yani transistörlerden akım akması için girişe uygulanan AC sinyal seviyesi transistörlerin VBE açma voltajının üzerine çıkması gerekmektedir. Bu sorun ortadan kalkmadığı sürece yükselteçte CROSSOVER distorsiyonu oluşacaktır.

Transistör

Bu distorsiyon yükselteçlerde yüksek çıkış güçlerinde hissedilmez. Ancak çok düşük çıkış seviyelerinde hissedilir. CROSSOVER distorsiyonunu ortadan kaldırma için Q1 ve Q2 transistörlerden geçen akım giriş sinyali sıfırdan farklılaştığı anda başlaması gerekmektedir. Bunu sağlamak için Q1 ve Q2 transistörlerinin VBE voltajı kadar bir voltaj transistörlerin beyz ve emitörleri arasına uygulanır. Bu voltaj aşağıdaki şekilde de görüldüğü gibi transistörle aynı malzemeden yapılmış (transistörler silisyumsa silisyum bir diyot, germanyumsa germanyum bir diyot) diyot ile olabileceği gibi, ayarlı bir direnç yardımı ile de olabilir. Ayarlı bir dirençle sağlanan bayaslama tercih edilir. Çünkü diyodu transistörlerle aynı malzemeden seçsek bile her zaman transistörle diyotdun açma voltajı aynı olmaz. Pratikte ayarlı direnç kullanılır. Bu ayarlı dirençle transistörlerin beyz ve emiterleri arasına bir ön bayas verilerek. 5-10 mA kollektör akımı sağlanır.

Transistör

Transistör

Ayrıca devredeki Q1 ve Q2 transistörlerini aynı karakteristiğe göre seçmek gerekir. Farklı karakteristikli transistörler kullanırsak yükseltecimizde bu kezde NON LINEAR distorsiyon oluşur. Transistörler aynı marka ve model de olsa karakteristikleri farklı olacaktır. Transistörleri aynı özellikte seçmek ancak Transistör Curve Meter denilen ölçü aletleri ile yapılır. Bu tür ölçü aletleri de herkezde bulunmaz. Ama en azından herkezde AVO metre vardır. Bu ölçü aletlerinde transistör ölçen bir özellik varsa aynı özelliği yada çok yakın özellik gösterenleri seçmek gerekir.

Tamamlamalı Simetrik Yükselteç:
COMPLEMENTARY SYMMETRIC AMPLIFICATOR


Trafo kuplajlı push-pull yükselteçlerde, transistorlere giriş sinyali sağlamak için bir ara trafosu, çıkış sinyali almak için de bir çıkış trafosu kullanılmaktadır. Buda devrenin büyülüğünü arttırmaktadır. Ayrıca trafonun frekans karakteristiği açısından bazı dezavantajları da vardır. Şimdiki yükseltecimizde trafo kullanılmamaktadır. Aşağıdaki devre Tamamlamalı Simetrik bir yükselteç devresini göstermektedir.
Transistör

Anlatım kolaylığı için bayaslama devreleri çizilmemiştir. Devreye dikkatlice bakacak olursak (transistörün birini parmağınızla kapatın) iki adet Emiter İzleyici devreden oluşmaktadır. Daha önceki konularımızdan hatırlarsanız Emiter izleyici bir devrenin çıkış empedansı düşük olduğu için düşük empedanslı yükleri örneğin bir hoparlör, DC motor doğrudan kullanılabilir. Bu devrede iki adet besleme kaynağı kullanılmıştır. Gerçekte bu tür yükselteçlerde iki besleme kaynağı olabileceği gibi çıkış yüküne seri olarak ek bir kondansatör bağlanarak tek güç kaynağı ile de kullanılabilir. Devrenin çalışması oldukça basit. Girişe sinüs şeklinde bir giriş sinyali uygulayalım. Bu sinyalin pozitif taraflarında Q1 transistörü, negatif taraflarında Q2 transistörü akım geçirmekte. Transistörlerin emitör akımları yük üzerinden güç kaynaklarının sıfır noktasına dönmektedir. Bu devrenin yük üzerine beslenen çıkış gücü her transistörün maksimum kollektör kaybının 2 katına eşittir. Sinüs sinyaller için maksimum verin push-pull devreninkine eşit olup %78.5 dir. Yukarda ki devre bu haliyle kullanılmaz. Devreye bayas, stabilizasyon, sürücü katı ve uygun geri besleme devresi eklemek gerekmektedir. Aşağıdaki devre gerekli devreleri eklenmiş tek güç kaynaklı bir tamamlamalı simetrik yükselteçtir.

Transistör

Rl yük empedansı Q2-Q3 tamamlayıcı transistörlerin çıkışına C3 kondansatörü ile bağlanmıştır.R6 ve R7 emitör dirençleri Q2 ve Q3 transistörleri için Isıl Düzenleme yapar.
R1 direnci Q2 ve Q3 emitör dirençleri ortasındaki gerilimi sürücü katının girişine geri-besleme olarak uygulayarak, Q1 transistörünün sıcaklık değişimlerinden etkilenmesini önler.
Q2-Q3 transistörlerinin emitör dirençlerinin ortasındaki gerilim, yaklaşık olarak Vcc geriliminin yarısına eşittir. Crossover Distorsiyonunu önlemek için çıkış transistörleri üzerinden birkaç mA değerinde akım geçecek şekilde bayaslanır. Çıkış transistörleri farklı polariteli olduğu için (biri NPN diğeri PNP) Q2 transistörünün beyzine emitörüne göre pozitif, Q3 transistörünün beyzi emitörüne göre negatif bayas uygulanması gerekmektedir. Bu bayas gerilimleri Q1 transistörünün kollektöründeki R4 direnci tarafından sağlanır.
R1 direncinin yaptığı geri beslemeler nedeniyle devrede simetrik olmayan bir durum oluşur. Bu nedenle R4 direncinin değeri büyük olmalıdır. R4 direncinin yerine ayarlanabilir bir ayarlı direnç kullanılarak çıkış transistörlerinin çalışma noktaları doğru olarak ayarlanır ve çıkış sinyalinde, giriş sinyalinin yüksek olması nedeniyle oluşabilecek kırpılmalar önlenir. Güç kaynağında oluşabilecek değişmeler ve sıcaklıktan olabilecek etkileri ortadan kaldırmak için R4 direncine paralel bir termistör (NTC) bağlanabilir. Devrenin çalışması bir önceki devrenin aynısıdır. Giriş sinyalinin pozitif bölümlerinde Q2 negatif bölümlerinde Q3 transistörleri iletimdedir. Q2 nin iletimde olduğu sürece A noktasındaki gerilim toprak voltajına göre artar, Q3 tranasitörünün iletimde olduğu sürece A noktasındaki gerilim toprağa göre azalır. A noktasıdaki değişimler (AC sinyal) C3 kondansatörü üzerinden yük üzerine aktarılır.

YÜKSELTEÇLER - 5:
RF GÜÇ YÜKSELTEÇLERİ www.diyot.net


Linear (Doğrusal) RF güç yükselteçleri AM ve SSB vericilerin çıkış katı olarak yaygın olarak kullanılır. Aslında genel olarak giriş ve çıkış arasında ki bağlantı bir linear yükselteç tarafından sağlanır.
Linear yükselteç yada doğrusal yükselteç, adından da anlaşılacağı gibi girişine uygulanan sinyalin şeklini, frekansını bozmadan fakat genliğini arttırarak çıkışa aktaran yükselteçlerdir. Bu yüzden, bilgiyi genliğinde taşıyan RF sistemlerinin (AM, SSB gibi) çıkış katı olarak kullanılır.
Linear yükselteçlerler; A sınıfı tek transistörlü, paralel bağlı transistörlü veya AB sınıfı yada B sınıfı push-pull bağlı transistörlerden yapılabilir.
Bildiğiniz gibi A sınıfı yükselteçlerde bir takım bozulmalar (distorsiyonlar) olmuyor. Şüphesiz B sını yada AB sınıfı yükselteçlerin de çalışma bölgelerinin doğrusal kısımlarında da aynı özellik var. Peki, linear yükselteç kullanmazsak ne olur. Şimdi burada kısa bir bilgilendirme yapacağım. Bir yükselteç doğrusal çalışmıyorsa, girişine uygulanan sinyali çıkışta şekli bozuk olarak bize verecektir. Bu dalga şeklinin trigonometrik ifadesini yazmaya kalkarsak (yani dalga şeklini genliği, frekansı gibi şeyleri)
f(t)= a0 + a1Cosw0t + a2Cos2w0t + a3Cos3w0t + a4Cos4w0t +....... anCosnw0t www.diyot.net
Şimdi bu yazıyı okuyan pek çok arkadaş buda ne diyebilir. Hemen açıklayacağım. Aslında basit. Burada bir anımı anlatayım. Yıllar önce telsiz üreten bir firmada teknisyen olarak çalışıyordum. Yaptığımız telsizler lambalı idi. Gelen bir talep doğrultusunda ilk defa transistörlü VHF telsiz imal edecektik. Şirketimizin sahibi, patronumuz ve tasarım mühendisi, devreleri tasarladı. Bende baskı devre tasarımlarını yapıyordum. Devreyi inceledim. Tamam, sanat enstitüsünde öğrettikleri gibi osilatör frekansı düşük, sonra katlanarak yükseltiliyor... Her şey tamam fakat kafama takılmıştı. Bir diyot ve LC den oluşan devrenin giriş ve çıkış frekanları arasında üç kat fark vardı. Nasıl oluyor da diyot frekansı üçe katlıyordu? Anlamadım. Doğruca patronun yanına gittim ve sordum, nasıl oluyor? Şöyle pürosundan derin bir nefes çekti. Biraz düşündü. Yahu, oluyor işte. Senin matematik bilgin bunu anlamaya yetmez, daha sonra anlatırım dedi. Tabi, o sıralar laplace transformu, fourier
serileri gibi şeyleri bilmiyordum. Bilsem de fark etmez di, çünkü bunların anlamlarını da bilmiyordum. Şimdi yukarda ki ifadeyi anlamak için bunları bilmeye gerek var mı? Bilinse iyi olurdu. Bilinmediğini düşünerek size çok basit olarak anlatmaya çalışacağım. İşin özü şu; Kare, üçgen, kesik sinüs, kesik kosinüs gibi (tam sinüs ve kosinüs olmayan dalgaların dışında) dalgalın içinde sonuz sayıda sinüs dalgası vardır. Buradaki sinüs dalgalarının frekansları ana frekans ve tam karlarından oluşur. Şimdi yukarda ki ifadeye bakalım ve açıklayalım.
f(t)= a0 + a1Cosw0t + a2Cos2w0t + a3Cos3w0t + a4Cos4w0t +....... anCosnw0t

f(t)= Sinüs olamayan, periyodik bir dalga sekli, örneğin üsten kesik bir sinüs, kare dalga yada üçgen dalga gibi.
a0= Dalga şeklinin DC bileşeni
w = 2 . pi . f (f ana frekans)
a1Cosw0t= a1, ana frekansın genliği, Cosw0t ise ana frekans.

a2Cos2w0t= a2, ana frekansın ikinci harmoniğinin (ana frekansın iki katı) genliği, Cos2w0t ise ana frekansın ikinci harmoniği (ana frekansın iki katı).

a3Cos3w0t= a3, ana frekansın üçüncü harmoniğinin (ana frekansın üç katı) genliği, Cos3w0t ise ana frekansın üçüncü harmoniği (ana frekansın üç katı).

a4Cos4w0t= a4, ana frekansın dördüncü harmoniğinin genliği, Cos4w0t ise ana frekansın dördüncü harmoniği.
anCosnw0t= an, ana frekansın n inci harmoniğinin genliği,
Cosnw0t ise ana frekansın n inci harmoniği.

Yani, sinüs dalgası dışındaki periyodik dalgalar, frekansları ana frekansın kendisi ve katları olan sinüs dalgalarından oluşur. Bu ne işe yarayacak derseniz, frekans katlama devreleri bu işi yapıyor, önce dalga şekli bozularak harmonikler üretiliyor (bir diyot yada A sınıfı çalışmayan transistörlü bir devre ile). Sonra katlayıcının çıkışına bu harmoniklerden hangisini kullanacaksak sadece onu alan bir LC devresi konuyor. Her halde bu açıklama işe yaramıştır.
Bir yükselteç doğrusal çalışmıyorsa, girişine uygulanan sinyali çıkışta şekli bozuk olarak bize verecektir demiştik. Yukarıdaki açıklamam iyi analiz edilmişse işinde işe yaramayan pek çok bileşkeler olduğunu ve yükseltecin veriminin azalacağı, çıkış sinyalinin seviyesinin düşeceği açıktır.
Genel olarak bu bölümü özetlersek;
Bir RF dalgasındaki bilgi dalganın genliğinde taşınıyorsa Linear yükselteç kullanılır. Bir RF dalgasındaki bilgi dalganın frekansında (FM) taşınıyorsa Linear yükselteç kullanılmayabilir. Dar bantlı bir vericimiz varsa (Mors gibi) ve modülasyon kollektör besleme voltajını değiştirerek yapıyorsak AM için çıkış katı olarak kullanabiliriz. Fakat bu tür bir yükselteci S SB olarak kullanmak mümkün olmaz.

A-Sınıf RF Yükselteci:


Bir RF yükselteç içinde olmazsa olmaz devre parçalarından oluşur.
Transistör

Buradaki Bayas devresi yükseltecin çalışma sınıfını belirler. Matching (eşleme) devreleri transistörün giriş empedansını girişe bağlanan bir önceki devrenin çıkış empedansına eşlemeye, çıkıştaki matching devresi işe "transistörün çıkış empedansını anten empedansına uydurmaya yarar. Profesyonel devrelerde genellikle giriş ve çıkış empedansları özel bir durum yoksa 50 ohm olarak yapılır. RFC (RF şok) RF e çok yüksek empedans göstererek RF sinyalin besleme ve bayas devrelerinden geçmesine engel olurlar. A sınıfı bir yükselteç en iyi lineariteye ve en düşük distorsiyon oranına sahiptir. Fakat verimi düşüktür. Bunun sebebi ise çalışma sınıfının özelliğinden dolayı girişine bir sinyal uygulanmasa bile bir kollektör akımının akmasıdır. Yukarıdaki devreye besleme voltajı ve giriş sinyali uygulandığında, AC sinyal transistörün kollektöründe besleme voltajının iki katı olarak salınır. Kollektördeki RFC AC sinyalin besleme kaynağı tarafından kısa devre edilmesine engel olur. AC sinyal kollektöre bağlı matching devresi üzerinden antene beslenir.
Transistöreden geçen akım;
Ic= Icq + IoCoswt dir.
Ic= Transistörden geçen herhangi bir andaki kollektör akımı.
Icq= Transistörden geçen kollektör sessizlik (giriş sinyali olmadığında) akımı.
IoCoswt = RF sinyal bileşkesi olan kollektör akımı.
Herhangi bir andaki kollektör gerilimi;
Vc= Vcc - Io RL' Coswt Buradaki RL' kollektör empedansıdır.
Kollektörde harcanan güç bir miktar hesap sonunda
Pd= IcQ Vcc - (Io2 RL') / 2 olarak bulunur.
Bu yükselteçlerde giriş sinyali yokken kollektör üzerinde çok fazla güç harcanır. Yukarıdaki formülün (Io2 RL') / 2 parçası sinüs sinyali uygulandığında oluşan güç harcamasıdır. Formülden de anlaşılacağı gibi giriş sinyali yokken transistör üzerinde harcanan güç artıyor.
Devrenin verimi
n = Io2 /( 2 Io2max) 100%
Buradan en büyük verinin %50 nin altında olduğu anlaşılıyor.
Maksimum çıkış gücü;
Po= (Vcc IcQ) / 2
Girişe birden çok sinyal sinyal uygulandığında (örneğin çift ton uygulandığında) çıkış gücü tek tona göre düşer. Bu nedenle farklı güç formülleri de kullanılır.
Portalama= P.E.P / N
Burada;
Portalama = ortalama çıkış gücü
P.E.P. = Tek ton uygulandığında tepe güç.
N = ton sayısı
BU şekilde transistör üzerinde harcanan güç
Pd = IcQ Vcc - Portalama olarak ifade edilir.
Linear yükselteçlerde kullanılan bayas devreleri çıkış transistörünün gücüne göre tasarlanır. Eğer düşük güç transistörleri kullanılıyorsa aşağıdaki devre yeterli olabilir.
Transistör

Eğer kullandığımız çıkış transistörü fazla güç verecek ise aşağıdaki devreyi kullanmak daha uygun olacaktır.

Transistör

Güç transistörlerinin beta değerleri genellikle azdır. Bu nedenle Ib akımları yüksek olabilir. Yukarıdaki devrede bulunan transistör fazla Ib akımlarını karşılamak için kullanılmaktadır.
Her iki devredeki diyot yada diyotlar VB gerilimini sınırlamak için kullanılmaktadır. P1 ayarlı diranci Ib akımını yada IcQ akımını ayarlamak için kullanılmaktadır. RFC ise daha önce de söylediğim gibi girişe uygulanan RF sinyalin bayas devresi üzerinden kısa devre olmasını engellemek için kullanılmaktadır.

A sınıfı RF Yükseltecine Örnek;
Transistör

Yukarıdaki devreyi açıklarken ses frekans yükselteçlerinden gerek devrede kullanılan malzemeler ve özellikleri bakımından ne kadar farklı olduğunu göreceksiniz. Devrenin girişinde kullanılan C1, C2 ve L1 elemanları girişe bağlanacak olan RF kaynağının çıkış empedansının transistörün giriş empedansına çalışma frekansında uydurmaya yarar. Bu devre kullanılmazsa RF kaynağının empedansı ile transistörün giriş empedansı birbirine uygun olmadığı için devre iyi çalışmayacaktır. Bildiğiniz gibi elektrikte maksimum güç transferi için empedanslar eşit olmalı. Çıkış da yer alan L2, C5 ve C6 kapasiteleri ise transistörün çıkış empedansını anten devresine (anten kablosu ve anten dahil) uydurmaya yarar. RFC ler RF sinyalin besleme gerilimi ve bayas voltajı üzerinden kısa devre olmasını engeller. C3 ve C4 kondansatörleri ise besleme kaynaklarından gelebilecek olan bozucu AC sinyallerin devreye girmesine engel olmak için kullanılmaktadır.
Şimdi devre ile ilgili formülleri ve elemanların nasıl hesaplandığını bir örnekle açıklayalım;
Bu devremiz örneğin 30MHz de 13W güç verecek bir linear yükselteç olarak tasarlanmış olsun. Kullanılan transistörün giriş empedansı (1,7 - j1) olsun.
L1 için ;
Bobinin Q faktörü biraz geniş olması için 7 seçilsin. L1 bobinin
reaktansı ;
XL1= (Q . Rin) + XCin
Burada Rin transistörün giriş direnci olup 1,7 ohm Xcin transistörün giriş empedansının sanal tarafı olup 1 ohm dur.
XL1 = ( 7 . 1,7 ) + 1
XL1 = 12.9 ohm
L1= XL1 / ( 2 . pi . f ) = 12,9 / ( 2 . pi . 3 . 107 )
L1 = 68,4 nH bulunur.
C1 için;
XC1= RL . \/¯ ( Rin . (1 + Q2 ) / RL ) - 1
Değerleri yerine koyarsak
XC1= 41,8 ohm
C1 = 1 / ( w . XC1 )
C1 = 127pF
C2 için;
XC2 = Rin . (1 + Q2) / ( Q - \/¯ (Rin . ( 1 + Q2 ) / RL) -1
XC2 = 13,8 ohm
C2 = 1 / ( w . XC2 )
C2 = 385pF bulunur. www.diyot.net
Bulunan C1, C2 ve L1 değerindeki malzemeleri tam olarak bulmak mümkün değildir. Bu nedenle trimmer kondansatör ve ayarlı bobin kullanmak gereklidir.
Yükseltecin 13W gücünde olacağını söylemiştim. A sınıfı linear yükselteçte en çok %50 verim alınacağına göre transistör üzerinde normal ısıl şartlarda Pdmax 30W harcanacağını düşünelim.
Besleme voltajı 12,5V olduğuna göre sessizlik akımı IcQ;
IcQ = Pdmax / Vcc
IcQ = 30 / 12,5
IcQ = 2,4A
Kollektör yük direnci RL' ;
RL' = ( Vcc -Vsat ) / IcQ
Vsat, transistörün saturasyon voltajı 1,5V kabul edilsin.
RL' = ( 12,5 -1,5 ) / 2,4
RL' = 4,58 ohm bulunur.
Çıkış gücü ise;
Po = ( IcQ2 . RL' ) / 2
Po = ( 5,76 . 4,58 ) / 2
Po = 13,2 W olduğu görülür.
Çıkışa bağlanacak anten empedansımız 50 ohm olduğuna göre aradaki empedans uydurma devresinin 4,58 ohm luk kollektör empedansını 50 ohm luk anten empedansına uydurması gereklidir.
Devremiz eğer fazla harmonik üretse idi ve biz bu harmoniklerin antene gitmesini engellemek istersek o zaman devrenin Q sunun yüksek olmasını isterdik. Yüksek Q harmonikleri ortadan kaldırdığı gibi dar bantlı çıkış almamızı sağlar. Q düşük seçilirse bu kez de geniş bantlı çıkış elde ederiz. Bizim devremiz zaten A sınıfı olduğu için harmonik bileşenleri doğal olarak az. Bu nedenle harmonik endişesi olmadan Q değerini düşük seçebiliriz.
Çıkış devresinin Q su 3 olsun.
Qtoplam= Qgiriş + Qçıkış
Qtoplam = 7 + 3
Qtoplam = 10
XC5 = Qçıkış . Ro
XC5 = 3 . 4,58
XC5 = 13,75 bulunur.
C5 = 1 / ( w . XC5 )
C5 = 386pF
Bulunan C5 değerinden bazı parazitik kapasite değerlerini çıkarmak gereklidir. Daha iyisi C5 i trimmer kondansatör olarak kullanırız.
C6 değeri;
XC6 = RL . \/¯Ro / (RL - Ro)
XC6 = 50 . \/¯4,85 / (50 - 4,85)
XC6 = 15,9 ohm
C6 = 1 / ( w . XC6 )
C6 = 334pF bulunur.
C6 yı da trimmer olarak kullanmak gereklidir.
L2 değeri;
Transistörün çıkış empedansı Xcçıkış, 3.54 ohm olsun.
XL2 = XC5 + Xcçıkış + ( ( Ro . RL ) / XC6 )
XL2 = 13,74 + 3,54 + ( (4,58 . 50 ) / 15,9 )
XL2 = 31,64 ohm
L2 = XL2 / ( 2 . pi . f ) = 31,64 / ( 2 . pi . 3 . 107)
L2 = 149 nH
Şimdide gerilim ve güç kazançlarını hesaplayalım;
AV = ß . RL' / Rin
Yada
AV = ( ft / fwork ) . ( RL' / Rin )
Burada ft transistörün kesim frekansı olup örnek olarak 100MHz alalım.
fwork transistörün çalışma frekansı olup örneğimizde 30MHz idi.
AV = ( 100 / 30 ) . ( 4,58 / 1,7 )
AV = 8,98 gerilim kazancıdır.
Gp = 20 log AV
Gp = 19 dB güç kazancı bulunur.
Burada eksi kalan taraf sadece transistörün soğutucu hesaplamalarıdır.

 

POPÜLER KONULAR

PRATİK BİLGİLER

SAĞLAMLIK KONTROLÜ - TESTİ

POPÜLER PROJELER

TEKNOLOJİ SİTELERİ

POPÜLER SİTELER