Temel Elektronik Serimizde bu seferki konumuz 20. yüzyılın en önemli icadı: Transistör.

Bir önceki Elektronik Nedir yazımızda aktif ve pasif devre elemanlarının bazılarından bahsederken, aktif devre elemanlarına örnek olarak transistörü göstermiştik.

Transistör Nedir?

Elektronik Nedir yazımızdan da hatırlayacağımız üzere, transistör küçük elektrik sinyalleri yükseltmek veya anahtarlamak amacıyla kullanabileceğimiz bir yarı-iletken devre elemanıdır. 3 veya daha fazla bacağı bulunan transistörün bacaklarından birisine uygulanan elektrik sinyali ile diğer bacakları arasındaki elektrik akımını kontrol edebiliriz.

Transistörün ana işlevleri şunlardır:

Anahtarlama (Switching): Transistörler, dijital devrelerde açma ve kapama işlemlerini gerçekleştirmek için kullanılır. Bu sayede, dijital sinyallerin işlenmesi ve depolanması sağlanır.

Yükseltme (Amplification): Transistörler, zayıf elektrik sinyallerini güçlendirmek için analog devrelerde kullanılır. Bu, özellikle radyo, televizyon ve ses sistemlerinde yaygın bir uygulamadır.

Transistörün Tarihçesi

Termiyonik triyot (diğer ismiyle lamba ya da vakum tüpü), 1907 yılında icat edildi ve bu sayede radyo ve telefon gibi icatların oluşmasında önemli rol oynadı. Fakat lambalar oldukça fazla elektrik tüketmekteydi, fazla ısınıyorlardı ve kolayca bozulabiliyorlardı.

Transistör ile ilgili ilk patent Kanada’da 22 Ekim 1925 tarihinde Avusturya-Macaristanlı bir fizikçi olan Julius Edgar Lilienfeld tarafından sunulmuştur. Lilienfeld bu patenti, vakum tüpleri yerine kullanılabilecek olan ilk alan etkili transistör (FET) için almak istemiştir. Fakat herhangi bir araştırma makalesi sunulmadığı ve ortada çalışan bir örnek veya prototip bulunmadığı için endüstri tarafından çalışmaları reddedilmiştir. 1934 yılında ise Alman mucit Oskar Heil, Avrupa’da benzer bir transistör için patent talebinde bulundu.

17 Kasım – 23 Aralık 1947 tarihleri arasında John Bardeen ve Walter Brattain ABD New Jersey’de yer alan AT&T şirketine ait Bell Laboratuarlarında çeşitli deneylerde bulundular. Bu deneylerinden birisinde germanyum kristali üzerinde bulunan iki altın kontak noktasına uygulanan sinyalin çıkışının, girişinden daha yüksek olduğunu gözlemlediler.*

Transistör ismi ise John R. Pierce tarafından geçişli direnç anlamında düşünebileceğimiz “transresiztans” ifadesinin kısaltması olarak sunulmuştur.

Tüketiciye sunulan ilk transistörlü radyo olan Regency TR-1, Texas Instruments ve Industrial Development Engineering Associates, I.D.E.A. isimli şirket tarafından üretilmiş ve 1954 yılında piyasaya sunulmuştur.

Yarı-İletken Maddeler

Bakır ve demir gibi maddelerin iletken, plastik ve seramik gibi maddelerin yalıtkan olduklarını biliyoruz. Yarı-iletken maddeler ise, normalde yalıtkan olmalarına karşın elektrik gerilimi gibi dış etkilere maruz kaldıklarında iletken olarak davranırlar.

Elektronikte genellikle silisyum, germanyum, galyum arsenit gibi yarı-iletken maddeler kullanılır. Bu maddeler doğadaki saf halleri yerine doping ismi verilen bir işlemden geçirilerek p-tipi ve n-tipi olmak üzere iki farklı çeşide dönüştürülerek devre elemanlarının yapılarını oluşturur. P-tipi maddeler, pozitif yüklere sahip “delik”ler, maddede yer alan negatif yüklerden daha fazla sayıdadır. N-tipi yarı-iletkenlerde ise negatif yüklere sahip elektronlar, pozitif yük taşıyıcılardan daha fazla sayıdadır. Bu yük taşıyıcıları, madde üzerinden geçen elektrik akımının hareketini sağlarlar.

Transistör Nasıl Çalışır?

Transistör, elektrik sinyallerini kontrol etmek ve güçlendirmek için kullanılan bir yarı iletken cihazdır. Transistör, temel olarak üç bağlantı noktasına sahiptir: kollektör, emiter ve baz. Transistörün çalışması, bu üç bağlantı arasındaki etkileşimlere dayanır.

Bir transistörün nasıl çalıştığını anlamak için öncelikle NPN tipi transistör örneğini ele alalım. NPN transistörde, baz ve emiter arasına küçük bir akım uygulandığında, bu küçük akım transistörün iletime geçmesini sağlar. Bu durumda, kollektör ve emiter arasındaki daha büyük bir akım akışı kontrol edilir. Bu özellik, transistörün bir anahtar veya yükselteç olarak çalışmasını sağlar.

Transistörün çalışması sırasında, baz akımı ile kollektör-emiter akımı arasında bir ilişki vardır. Bu ilişki, transistörün kazancı olarak bilinir. Kazanç, kollektör akımının baz akımına oranıdır ve genellikle “hFE” olarak adlandırılır. Bu sayede, transistör küçük bir giriş sinyalini daha büyük bir çıkış sinyaline dönüştürebilir.

Transistörün çalışma prensibi, doping adı verilen bir işlemle yarı iletken malzemenin özelliklerinin değiştirilmesine dayanır. NPN transistörde, N tipi yarı iletken malzeme, negatif yük taşıyıcıları (elektronlar) içerirken, P tipi yarı iletken malzeme, pozitif yük taşıyıcıları (delikler) içerir. Bu malzemelerin birleşimi, transistörün iletkenlik özelliklerini belirler.

Transistörlerin bir diğer önemli tipi ise PNP transistördür. PNP transistörler, NPN transistörlerin tersi olarak çalışır. PNP transistörde, baz ve emiter arasına uygulanan küçük bir akım, kollektör ve emiter arasındaki akımın akışını kontrol eder, ancak bu sefer akımların yönleri tersine döner.

Sonuç olarak, transistörler elektronik devrelerde çok yönlü ve vazgeçilmez bileşenlerdir. Transistörlerin çalışma prensibi, yarı iletken malzemelerin özelliklerine ve bu malzemeler arasındaki etkileşimlere dayanır. Bu sayede, transistörler hem analog hem de dijital uygulamalarda geniş bir yelpazede kullanılır.

En basit yarı-iletken devre elemanı olan ve akımın yalnızca tek bir yönde akmasını sağlayan devre elemanı olan diyota bakalım:

Bir diyot, iki farklı şekilde kutuplanabilir. Yukarıdaki görselde de gördüğümüz şekilde diyotun anot ucuna pozitif, katot ucuna da negatif bir gerilim uygulanması durumuna ileri kutuplama ismi verilir. İleri kutuplanmış bir diyotun anot ucundan katot ucuna akım geçişi olur.  Gerilimlerin yerleri tam tersine çevrildiğinde ise diyot ters kutuplama durumundadır. Bu durumda diyot üzerinden akım geçmez. Konumuzun transistör olduğunu unutmadım, biraz sabır 🙂

Şimdi ise iki adet diyotu anot uçlarından birleştirdiğimizi düşünelim. Bu durumda aşağıdakine benzer bir yapı elde etmiş oluruz:

Bu yapının iki ucuna gerilim uyguladığımızı düşünelim. Güç kaynağımızı nasıl bağlarsak bağlayalım, p-n çiftlerinden bir tane mutlaka ters kutuplu olacaktır. Şimdi ise ikinci bir güç kaynağını aşağıdaki şekilde bağladığımızı hayal edelim:

Dikkat ettiyseniz orta ve altta yer alan p-n çifti bize ileri kutuplanmış bir diyotu anımsatıyor. Alttaki p-n çiftinin oluşturduğu elektron hareketi, üstteki p-n çiftinin de elektronlarını harekete geçirecek ve şuna benzer bir akış gerçekleşecektir:

Animasyonda en sol da görünen n kısmından, 2 numaralı güç kaynağı sayesinde p kısmına doğru hareket eden elektronlar, p kısmındaki elektronların da diğer n kısmına doğru hareket etmesini sağlayacak, dolayısıyla 1 numaralı güç kaynağının akım kazancı sağlamasına sebep olacaktır.

Bu şekildeki yarı-iletken maddelerden oluşturulan yapıya bipolar junction transistor (çift birleşim yüzeyli transistör) ya da kısaca BJT denir.

Transistör Çeşitleri ve Yapıları

Hobi elektroniğinde en çok karşılaşacağımız transistör tipleri bipolar junction transistor (BJT) ve metal-oxide semiconductor field efect transistor (MOSFET) dür. Yukarıda transistörün çalışma prensibini anlatırken kullandığımız örnekteki transistör, NPN tipinde bir BJT’dir.
Bipolar Jonksiyon Transistörü (BJT): Bu transistör türü, NPN ve PNP olmak üzere iki çeşide sahiptir. BJT’ler, baz akımıyla kollektör-emitter akımını kontrol eder.BJT’lerin collector, emitter ve base olmak üzere 3 adet bacağı bulunmaktadır:

BJT’lerin collector, emitter ve base olmak üzere 3 adet bacağı bulunmaktadır:

MOSFET’lerde ise gate, drain ve source olmak üzere 3 adet bacak bulunur:

Bipolar transistörler, yapılarındaki yarı-iletken dizilimine göre NPN ve PNP olmak üzere iki çeşittedir.

NPN ve PNP Transistörlerin Farkı:

Temelde aynı işi yapsalar da, NPN ve PNP transistörlerin devreye bağlanış şekilleri ve kutuplanmaları için gerekli gerilimler terstir.

NPN transistörler, açık konuma getirilmeleri için pozitif baz akımına ihtiyaç duyarlar ve devrede yük ile negatif gerilim (GND) arasına bağlanırlar:

PNP tip transistörler ise iletime geçmek için negatif baz akımına ihtiyaç duyar ve yükün pozitif tarafına bağlanarak kullanılır:

MOSFET Nedir? MOS Transistörler

Şimdiye kadar transistörlerden bahsederken hep BJT tipindeki örnekler üzerinden gittik. Fakat elektronik devrelerde sıkça kullanılan bir diğer transistör çeşidi ise metal-oxide semiconductor field effect transistor (metal oksit yarı-iletkenli alan etki transistörü) kelimelerinin baş harflerinden oluşan MOSFET‘tir.

BJT’ler gibi MOSFET’ler de anahtarlama ve güçlendirme (amplifikasyon) görevinde kullanılabilirler. Transistörlerin çalışma prensibi kısmından da hatırlayacağımız üzere BJT’nin emitter, collector ve base olmak üzere 3 adet bacağı bulunmaktaydı. Bu bacaklar, MOSFET’te ise gate, drain ve source isimlerini alırlar.

MOSFET’lerde kontrol sinyali gate isimli bacaktan uygulanır ve BJT’lerin aksine bu bacaktan akım geçişi olmaz. Bu bacağa yalnızca transistörün datasheet’inde belirtilen değerde bir gerilim uygulamak transistörü çalıştıracaktır.

Kısaca bahsetmek gerekirse;

• BJT‘nin çalışması için base bacağına akım
• MOSFET‘in çalışması için gate bacağına gerilim

uygulamak gereklidir.

MOSFET’ler, tıpkı BJT’lerde olduğu gibi kutuplarına göre N-tipi ve P-tipi olmak üzere farklı çeşitlerde karşımıza çıkarlar.

MOSFET’ler, BJT’ler gibi base akımına ihtiyaç duymadan çalıştıkları için daha az ısınırlar. Bu sebeple dijital elektronik devrelerin çoğunda MOSFET tipi transistörler tercih edilir. Bu avantajlarına rağmen MOSFET’ler genellikle BJT’lerin sağlayabildiği ölçüde akım kazancı sağlayamamaktadırlar.

Transistörlerin Kullanım Alanları

Transistörler günümüz elektroniğinin temelini oluştururlar. Elektronik devrelerde anahtarlama ve kuvvetlendirme işlemlerinde kullanılırlar.

Transistörler günümüz elektroniğinin temelini oluştururlar
Elektronik Devreler: Transistörler, neredeyse tüm elektronik cihazlarda bulunur. Özellikle bilgisayarlar, cep telefonları ve tabletler gibi dijital cihazlarda milyarlarca transistör yer alır. Bu transistörler, veri işleme ve depolama işlevlerini yerine getirir.

Güç Kaynakları: Güç kaynaklarında transistörler, voltaj ve akım regülasyonu için kullanılır. Bu sayede cihazların sabit bir güç kaynağıyla çalışması sağlanır. Özellikle anahtarlamalı güç kaynaklarında (SMPS) transistörler kritik bir rol oynar.

Ses Sistemleri: Amplifikatörlerde transistörler, ses sinyallerini güçlendirmek için kullanılır. Bu, radyo ve televizyon gibi cihazlarda net ve güçlü bir ses çıkışı sağlar. Transistörler, düşük güçlü ses sinyallerini yüksek güçlü çıkış sinyallerine dönüştürerek hoparlörleri sürer.

Tıp Elektroniği: Tıbbi cihazlarda transistörler, hassas veri ölçümleri ve sinyal işleme için kullanılır. Örneğin, EKG cihazları ve medikal monitörler transistörlerin yardımıyla çalışır.

Otomotiv Elektroniği: Araçlarda kullanılan transistörler, motor kontrol sistemleri, hava yastığı sistemleri ve bilgi-eğlence sistemleri gibi birçok uygulamada yer alır. Transistörler, araç içindeki elektronik bileşenlerin doğru çalışmasını sağlar.

İletişim Sistemleri: Radyo, televizyon vericileri ve alıcıları gibi iletişim sistemlerinde transistörler, sinyal işleme ve iletimi için kullanılır. Transistörler, sinyalleri güçlendirerek uzun mesafelerde net iletişim sağlar.

Transistörlerin bu geniş kullanım alanları, onların elektronik dünyasındaki vazgeçilmez bileşenler olmasını sağlar. Her geçen gün gelişen teknoloji ile transistörler daha da küçülmekte ve daha yüksek performans sunmaktadır.

Birkaç örnek devre vermek istersek

• Transistör ile Yük Anahtarlama:

Transistörleri sayesinde Arduino gibi mikrokontrolcülerimiz aracılığıyla LED şeritler, motorlar gibi yüksek güç tüketecek yükleri anahtarlamamız mümkündür:

Devrede 0-5V ile gösterilen bağlantıya PWM sinyali uygulayarak anahtarlamayı yüksek hızda yapabilir, dolayısıyla bağlı olan LED’in parlaklığını veya bağladığımız motorun hızını kontrol edebiliriz.

Motora paralel olarak bağlı olan diyotun ne için olduğunu merak ediyorsanız İndüktör Nedir isimli yazımızı okuyabilirsiniz 🙂

Motorun yalnızca hızı değil, yönünü de kontrol etmek istersek H-köprüsü adı verilen bir devre kurmamız gereklidir.

• H-Köprüsü Devresi:

• Transistörler ile Lojik Kapısı Devreleri:

Dijital elektroniğin en temel yapı taşı olan lojik kapılarını transistörler ile oluşturmamız mümkündür. Genellikle günümüzde bu tip lojik devreler için MOS transistörler kullanılmaktadır.

• NOT Kapısı (Inverter – Tersleyici):

• AND (VE) Kapısı:

• OR (VEYA) Kapısı:

• Transistör ile Amfi Devresi

Transistörlerin küçük sinyalleri yükseltmede kullanılabildiklerinden bahsetmiştik. Burada ise küçük bir AC sinyalin (örn. mikrofondan çıkışı) kuvvetlendirilerek bir hoparlörü çalıştırabilmesi için gerekli amfi devresine bir örnek şema vereceğiz:

AC sinyalin girişinde bulunan kapasitör, transistörün bazına DC sinyalin gitmesini engellerken, hoparlörden hemen önce transistörün kolektör ucuna bağlı olan çıkıştaki kapasitör de, devredeki yükümüz yani hoparlörümüze DC sinyalin iletimini engellemek amacıyla bulunmaktadır.

Dikkatli gözler buradaki devrenin lojik invertör ile büyük benzerlik gösterdiğini fark edecektir. Bu amfi devresinin bir özelliği de, uygulanan sinyalin fazını tersine çevirmesidir. Bu durumun önüne çok katmanlı amfi devreleri kurularak ve bu sayede sinyal iki kere çevirilerek geçilebilir.

Temel Elektronik Devre Elemanlarını Öğrenmeye Devam Et

Temel elektronik devreleri ve elemanları hayatımızın birçok noktasında varlar, bu aygıtlar sayesinde günlük işlerimiz ve yaşantımız daha kolaylaşıyor. Elektroniğin temellerine girmek isteyen herkesin bu elemanları tanıması ve mantıklarını anlaması gereklidir, önemlidir. Temel elektronik ürünleri sadece transistörler ile sınırlı değil. Yazımızın devamında, muhakkak bilginizin olması gerektiğini düşündüğümüz konuları sizler için sıraladık ;

LED Çeşitleri Nelerdir?

LED’lerin kullanım alanlarına, boyutlarına, kılıflarına ve tabi ki oluşturdukları ışık rengine göre birçok çeşidi bulunmaktadır. Bunlardan en bilineni elektronik devrelerimizde sıkça kullandığımız 5mm LED’lerdir.

Bu tip LED’lerin kırmızı, beyaz, yeşil, mavi ve sarı gibi renk çeşitleri bulunmaktadır. Ayrıca televizyon uzaktan kumandalarında kullanılan çoğu kızılötesi (IR, infrared) LED de bu kategoriye girmektedir.

LED ne işe yarar?, nedir?, kullanım amacı nedir?, nerelerde kullanılır?, çeşitleri nelerdir? gibi detaylı bilgiler almak için yazımızı okuyabilirsiniz.

MOSFET Ne İşe Yarar?

MOSFET, en kısa tanımıyla geçidi yalıtılmış alan etkili bir transistör çeşididir. Yazının başında da belirttiğimiz gibi hem analog ve dijital fark etmeksizin elektronik devrelerde ihtiyaca bağlı olarak anahtarlama ve güç dengeleme işi yaparlar.

MOSFET ne işe yarar?, nedir?, kullanım amacı nedir?, nerelerde kullanılır?, çeşitleri nelerdir? gibi detaylı bilgiler almak için yazımızı okuyabilirsiniz.

Diyot Nerelerde Kullanılır?

Doğrultucular, Yarım Dalga Doğrultucular, Tam Dalga Doğrultucular, LEDler ve pek çok temel elektronik devresinin özünde diyotlar vardır. Diyotlar çeşitli özellikleri ve çeşitleri sayesinde neredeyse her devrede bulunan elemanlardır.
Diyot ne işe yarar?, nedir?, kullanım amacı nedir?, nerelerde kullanılır?, çeşitleri nelerdir? gibi detaylı bilgiler almak için yazımızı okuyabilirsiniz.

Dijital ve Analog Devreler Nedir?

Elektronik devreler, faklı özelliklerine göre farklı şekillerde sınıflandırılabilirler. Devreleri sinyal türüne göre sınıflandırmak istediğimizde ise analog ve dijital olarak iki sınıfa ayırmamız mümkündür.
Elektronik nedir?, kullanım amacı nedir?, nerelerde kullanılır?, çeşitleri nelerdir? gibi detaylı bilgiler almak için yazımızı okuyabilirsiniz.

Elektrik Gerilimi Nedir?

Elektrik gerilimi, akımın oluşması, yani elektronların hareketi için gerekli olan elektrik alan kuvvetidir. Elektrik akımın “akmasını” yani oluşmasını sağlar. Birimi Volt’tur. V harfi ile gösterilir.
Elektrik nedir?, prensipleri nedir?, nerelerde kullanılır?, kavramları nelerdir ? gibi detaylı bilgiler almak için yazımızı okuyabilirsiniz.