Ve hemen transistör
Bu bölümünde Microcap yazılımı ile nasıl transistör benzetimi yapabileceğimizi öğreneceğiz.
Transistörün anahtar olarak kullanılması
Transistör içeren devrelerin tasarımı oldukça güçtür.
Bu noktada Microcap gibi benzetim yazılımlarından faydalanabiliriz.
Hemen yaygın olarak kullanılan 2N2222 kullanan bir örneğe bakalım.
Yeni bir uygulama oluşturup, transistör simgesine fare ile tıklayarak devrenin ortasına bir tane ekleyelim. Açılan pencereden transistörün türünü seçelim ve tamam "OK" tuşuna basalım.
2N2222 transistör, 5V'luk gerilim kaynağı ve dirençleri ekledikten sonra devremizin son hali şu şekilde olacak.
Gerilim bölücü denklemini kullanırsak transistörün B ucuna gelen gerilim yaklaşık 1 volt olacaktır. Transistörün açılması için B ucuna gelen gerilimin yaklaşık 0.7 volt olması yeterlidir.
Bu durumda transistörün tam iletimde, bir diğer ifadeyle açık olduğunu görebilirsiniz.
Eğer R3 direncini bir anahtarla sıfırlarsak, bir diğer ifadeyle toprağa bağlarsak bu durumda B ucuna gelen gerilim 0 olacağı için transistör tekrar kapalı duruma gelecektir.
Menü üzerinde "Component/Animation/Animated SPST Switch" yolunu izleyerek bir anahtar ekleyebiliriz.
Ancak bu sefer hesaplama yöntemini değiştireceğiz : "Analysis/Dynamic DC/OK"
Bu gerçek zamanlı bir benzetim başlatır. Anahtara çift tıklayarak açılıp, kapandığını görebilirsiniz.
Sadece bununla da kalmaz. Gerilimlerin de değiştiğini görebilirsiniz. Anahtarı kapattığınızda transistörün B ucundaki gerilimin yaklaşık 0'a geldiğini görebilirsiniz.
Gerçek zamanlı benzetimden çıkmak için "Dynamic DC/Exit Analysis" yolunu kullanabilirsiniz.
Anahtarlamayı daha iyi gösterebilmek için "Component/Animation/Animated Analog LED" yolunu takip ederek bir ışık kaynağı ekleyelim.
Eğer isterseniz ışık rengini (örneğin kırmızı) seçebilirsiniz.
Işık kaynağını R1 ve Q1 arasına yerleştirelim.
Bu sefer tekrar gerçek zamanlı benzetimi çalıştırdığınızda anahtar açıkken ışığın yandığını, anahtara çift tıkladığınızda ise söndüğünü görebilirsiniz.
Anahtarın kapalı olduğu konumu mantıksal "0" olarak düşünürsek bir "DEĞİL" kapısı yaptığımızı görebilirsiniz.
İki tane diyot ekleyerek bu kapıyı bir "VE DEĞİL" kapısına dönüştürebiliriz.
Diyot olarak 1N4001 kullanabiliriz.
Bu durumda anahtarlardan sadece bir tanesinin açık duruma gelmesi ışığın sönmesine yeterli olacaktır.
Anahtarlardan bir tanesi açıldığında transistörün B ucundaki gerilim kısa devre nedeniyle 0'a yaklaşacağından ışık sönecektir.
Transistörün yükselteç olarak kullanılması
Yukarıdaki basit örnekten sonra transistörün nasıl yükselteç olarak kullanılabileceğini öğreneceğiz.
Dirençlerin bazılarının değerinin değiştiğini ve giriş işareti olarak 0.5 V genliğinde sıklığı 5KHz olan sinüs şeklinde bir işaret uygulandığını görebilirsiniz.
Sinüs giriş işaretini "Component/Analog Primitives/Waveform Sources/Sine Source" yolunu takip ederek ekleyebiliriz.
Sinüs işareti eklerken sıklık "F" kısmına 5K, genlik "A" kısmına 0.5 girmemiz yeterli olacaktır.
Anlık analizi çalıştırdığımızda ("Analysis/Transient") aşağıdaki gibi bir sonuç elde ediyoruz.
Kırmızı giriş işaretini, mavi çıkış işaretini gösteriyor.
Giriş işaretinin sıklığını 1KHz yapıp, zamana bağlı benzetim süresini de 5 milisaniye yaptığınızda ne olacağını kendiniz gözlemleyebilirsiniz.
Transistör ile akım kuvvetlendirme
Şimdi transistör kullanarak bir akımı nasıl yükseltebileceğimize bakalım.
Bu örnekte V1 ile gösterilen, iç direnci ise R1 olan bir tane alıcımız ("sensör") olduğunu düşünelim.
Alıcı üzerinden akan akımı kuvvetlendirerek R2 ile gösterilen küçük yük üzerinde kullanmak istediğimizi kabul edelim.
Gerilim kaynağını 2V (doğru akım DC) seçtiğimiz zaman yük üzerine sadece 182 mV akıyor.
Ancak araya 1.5 V'luk bir pille beslenen bir transistör eklersek, yük üzerindeki akım 23 mili ampere çıkacak, gerilim ise 1.198 V olacaktır. (Önceki gerilim 0.182 V idi)
Yukarıdaki örnekte V2 gerilim kaynağının bir zaman diliminde, örneğin 10 saniyenin sonunda doğrusal olarak artarak 2 volt olduğunu düşünelim.
Bunun için aşağıdaki örnekte olduğu gibi işaret türünü parçalı doğrusal "PWL" olarak seçmemiz gerekiyor.
Anlık analizi "Analysis/Transient" çalıştırdığımızda aşağıdakine benzer bir sonuç görebiliriz.
("Maximum Time Step" seçeneğini 1 olarak ayarlayabiliriz)
Sonuca baktığımız zaman çıkış geriliminin oldukça doğrusal, ama giriş gerilimi ile tam doğru orantılı olmadığını görebiliriz. (Yaklaşık 0.7 voltluk bir kayma var)
Bir tane diyot ekleyerek ve pili iki katına 3V'a çıkartarak bu durumu kısmen çözebiliriz.
Zamana bağlı benzetimi tekrar çalıştırdığınızda, henüz mükemmel olmasa idare edebilecek bir tasarım elde ettiğimizi görebilirsiniz.
Görülebileceği üzere benzetim yazılımlarından faydalanmak, bir probleme pratik çözümler getirebilmemize olanak sağlıyor.
Diğer türlü, konunun kuramsal kısmını çok iyi bilmemiz ya da gerçek devre üzerinde uzun ve masraflı bazı denemeler yapmamız gerekecekti.
İpucu: Transistör ekleme yöntemleri
Yeni bir kütük oluşturduktan sonra transistör simgesini seçip devreye ekleyiniz.
Resimden de görülebileceği üzere sağ taraftan transistörün değerini seçebiliyoruz.
İkinci yöntem Ctrl-2 tuşuna basarak da aynı işlemi yapabiliriz.
Ctrl tuşu ile 1 .. 4 arası sayılara bastığınızda çeşitli bileşenleri ekleyebiliriz.
Üçüncü yöntem ise sol tarafta bulunan bölümden eklemek istediğimiz bileşeni aratarak da ekleyebiliriz.
Açıklama: Doğrusal devre elemanı nedir
Bir devre elemanının doğrusal olup olmadığını anlamak için akım gerilim ilişkisine bakmak gerekir.
Tek bir dirençten oluşan devrede gerilimi arttırdığımızda akımın da arttığını görebiliriz. Akım gerilim grafiğinin doğrusal, bir çizgi şeklinde olduğunu görebiliriz.
Bu bize, akım ile gerilim arasında doğru orantı olduğunu gösteriyor.
Tek transistör içeren devrenin, akım gerilim grafiğinde bir noktadan sonra gerilim artsa da akım sabit kalıyor.
Bu tür devre elemanlarına doğrusal olmayan devre elemanları diyoruz.
Yorumlar