Transistörler

Küçük bir elektronik aygıttır. Elektronik sinyalleri kuvvetlendirmek için kullanılan, zıt yöndeki bir iletkenlik bölgesiyle ayrılmış, belirli iki iletkenlik bölgesinden oluşan, yarı iletkenden yapılmış bileşen. (Transistör sözcüğü günlük yaşamda çoğunlukla jonksiyonlu transistör ile eş anlamlı olarak kullanılır.)

Termoiyonik lamba yada kısaca lamba denen elektron tüpünün yerini alan transistörler çok daha küçük, uzun ömürlü ve daha ucuzdur. Transistör, elektronik çağını başlatan en önemli buluştur. Transistör 1948’de geliştirilen ABD’li mühendisler John Bordeen (1908), Walter H. Brattion (1902-1987) ve William B. Shockley (1910-1989) bu buluşları nedeniyle Nobel Fizik ödülünü paylaşmışlardır.

Transistör silisyum ve germanyum gibi yarıiletken bir maddeden yapılır. Transistörler elektronik sanayisinde, örneğin televizyon alıcılarının, hi-fi ses sistemlerinin, işitme aygıtlarının ve daha önemlisi bilgisayarların yapısında kullanılır. Bugün tekil transistörlerin yerini tümleşik devreler almaktadır. Tümleşik devrelerde chip yada yonga denen çok küçük ve ince yarıiletken madde diliminin üzerinde oluşturulmuş, binlerce transistör ve başka elektronik devre elemanları bulunur.

Transistör nasıl çalışır?

İster bir anahtar, ister bir yükseltici, isterse de bir üreteç işlevi görsün, bütün transistörler elektrik direncinin değişmesine dayalı olarak çalışır. Transistörün collector (toplayıcı), base (taban) ve emiter (yayıcı) olarak üç bağlantısı (katmanı) vardır. Base akımı olamadığında collector ile emiter arasındaki direnç o kadar yüksektir ki bu iki bağlantı arasında hemen hemen hiçbir akım geçemez. Ama base bağlantısında küçük bir akım aktarıldığında collector ile emiter arasındaki dirençte çok büyük azalma olur. Dolayısıyla emiter ile collector arasından akım geçebilir. Böylece transistör küçük bir akımın yardımıyla büyük bir akımı denetleyebilir. Transistör bir anahtar olarak kullanıldığı zaman, base bağlantısına küçük bir akım verildiğinde güçlü bir elektrik akımının devresini tamamlamasına izin verir. Bir yükseltici yada bir üreteç olarak kullanıldığı zaman zayıf bir sinyali güçlendirir. Zayıf sinyal küçük bir elektrik akımı biçiminde base’e uygulanır. Bu, collector’den emiter’e büyük bir akımın geçmesine izin verir. Böylece güçlü bir sinyal üretilmiş olur.

Base akımı arttıkça Collector akımıda artar.

Burada hiç akım yok		Burda hiç akım yok
Burada çok küçük bir akım var		Burada daha büyük bir akım var
Burada küçük bir akım var		Burada daha büyük bir akım var

Bağlantılı (jonksiyonlu) transistörün yapısı

Bağlantılı transistör, yarıiletken bir monokristalin içinde birbirinden ya bir P bölgesiyle ayrılmış iki N bölgesi (NPN transistör) yada bir N bölgesiyle ayrılmış iki P bölgesi (PNP transistör) oluşturarak elde edilen bileşendir. Bir N bölgesini temel özelliği elektron fazlalığıdır. Buna karşılık P bölgesinde elektron eksikliği vardır. Söz konusu bölgeler belirtildiği gibi birleştirilerek her iki durumda iki bağlantı oluşturulur (Bağlantılı transistör adı buradan kaynaklanır). Bir transistörün aynı türdeki iki bölgesinin her biri bir bağlanım taşır. Bu iki bölgeden biri verici (emiter) öbürü de toplayıcı (collector) dır. Bir bağlanımda ara bölgeye yada transistörün tabanına yerleştirilir. Tabanın (base) kalınlığı çok az olmak koşulu ile sistemin bütünü, bir sinyalin kuvvetlendirilmesi bakımından son derece ilgi çekici özellikler gösterir. Gerçek anlamdaki transistörü oluşturan yarıiletken öğe, içinden transistörün üç bağlanım teli geçtiği, su geçirmez bir kutuya yerleştirilir. Bu kutu plastik yada metaldendir; boyutları ve cinsi dışarı aktarılması gereken ısısal güze bağlıdır. Nitekim yarıiletken maddeden yapılmış bütün bileşenler gibi transistörlerde sıcaklığa karşı duyarlıdır (sıcaklığın çok fazla yükselmesini engellemek gerekir). Bu nedenle transistörün içinden bir akım geçtiği zaman açığa çıkan ısıyı dışarı aktarmak için yeterince büyük yüzeyli bir kutu yapılmalıdır. Bununla birlikte kutuların boyutları yarıiletken maddeden oluşan levhalarınkine oranla çok büyük olsalar bile bütün hacmi çok küçük bir bileşeni oluşturur. İki tür bağlantılı transistörün simgesel gösterimi şekildeki gibidir.

NPN Transistör

PNP Transistör

Bağlantılı (jonkiyonlu) transistörün özellikleri

Bir transistörün üç bağlantısını, bu öğenin iki farklı elektrik devresinin içine aynı anda konmasını sağlar.

Sözgelimi, giriş devresi adı verilen birinci devre, transistörün base ile emiter arasında bulunan parçası boyunca kaplıdır. Buna karşın çıkış devresi denilen ikinci devre transistörün tümünü kaplar. Bağlanımların kutupsallıkları uygun olduğu zaman base ve collector, bir NPN transistör için emiter’e göre pozitif, bir PNP transistör için negatif olmalıdır. Collector’den geçen iC akımının base’den gelen iB akımıyla belirgin bir biçimde orantılı olduğu ve her zaman bu akından büyük olduğu (çoğunlukla 100-200 kat) gözlenir. İC akımını iB akımının yönettiği söylenebilir; birinciye sistemin çıkış akımı ikinciye giriş akımı denir. Transistörün hiçbir akım oluşturmadığını da gözden kaçırmayalım. Transistör çıkış devresi içine yerleştirildiği varsayılan ve açıklığını, iB giriş akımının yöneteceği bir vanaya benzetilebilir.

İşleyiş biçiminin açıklanması

Bir PN bağlantısı, elektrik akımı tarafından yalnızca, P bölgesinden N bölgesine doğru kat edilebildiğinden, akım bir NPN transistörün collector’ünden emiter’ine doğru geçmemelidir. Gerçekte, iki bağlantı birbirine çok yakın olduğunda özel iletim gösterir. İki bağlantı yeterince büyük bir taban (base) bölgesiyle birbirinden ayrılmışsa yada aynı bir monokristalin içinde oluşmamışlarsa, bu olay tümüyle ortadan kalkar. Base emiter bağlantısından bir akım geçirilerek, tabandaki elektrik yükü taşıyıcılarında bir artma oluşturulur. Demek ki tabanda bir akım geçmesiyle oluşan taşıyıcıların varlığı collector akımın doğuşuna yol açar.

Uygulama alanları

Transistörün bu özelliğinden kuşkusuz bir sinyalin kuvvetlendirilmesinde yararlanılmıştır. Kuvvetlendirilecek akım, transistörün giriş devresine gönderilir. Kuvvetlenen sinyali çıkış devresi alır. Akımın kuvvetlendikten sonra içinden geçeceği aygıt doğrudan doğruya bu devrenin içine yerleştirilir.

Giriş akımı, çok küçük gerilimler açığa çıkarsalar bile, çok sayıdaki aygıtlardan sağlanabilir.

Bir bağlantıdan geçen akımın sabit bir yönü koruması gerektiğinden kuvvetlendirilecek her dalgalı akın (alternatif akım) yeterince şiddetli olan sürekli bir akıma eklenir. Böylece yönü sabit ama, şiddeti değişken olan bir akım elde edilir.

Çıkış devresi içindeki akım giriş alımından çok daha büyüktür. Böylelikle bu işlemde transistör, temel bir aracı rolü oynar. Gücü gerektiği kadar büyük olan bir üreteç yardımıyla çıkış akımının oluşturulmasını sağlar.

Bağlantılı transistörler, çeşitli amplifikatör yapımında kullanılır. Bunlar tümleşik (entegre) devre adı verilen sistemlerin gerçekleştirilmesi için hem yarıiletken madde parçacıklarından hem de çeşitli başka bileşim öğelerinden oluşturulabilirler. Boyutların çok küçük olmasına karşın, bu tür devreler onlarca transistör içerebilir.

Bu tümleşik devre, belirli bir elektronik işlevin gerçekleştirilmesini sağlayabilir. Kuvvetlendirici tümleşik devreyle, her tür elektrik sinyallerin çok büyük oranlarda kuvvetlendirme olanağı vardır (100.000 kat yada daha fazla). Bazı tümleşik devreler gerçek matematik işlemlerinin yapımında da kullanılır. Toplama, çıkarma, çarpma, integrasyon, diferansiyel alma. Bu devrelere matematiksel işlem yükseltici denir. Bunlar çok sayısal ve örneksemeli bilgisayarların ölçü aygıtlarının, radyo (bu durumda yanlış olarak transistörlü radyo denir) ve televizyon alıcılarının içinde yer alırlar.

Alıntı : E-Group