Transistör Nedir? Nasıl Çalışır? Çeşitleri

Transistör Nedir? Nasıl Çalışır? Çeşitleri Transistör Transistör kısaca yan yana birleştirilmiş iki PN diyodundan oluşan, girişin...

Transistör Nedir? Nasıl Çalışır? Çeşitleri

Transistör

Transistör kısaca yan yana birleştirilmiş iki PN diyodundan oluşan, girişine uygulanan sinyali yükselterek akım ve gerilim kazancı sağlayan, gerektiğinde anahtarlama elemanı olarak kullanılan yarı iletken bir devre elemanıdır. Transistör kelimesi  transfer ve rezistans kelimelerinin birleşiminden doğmuştur. 

Uygulamada 100000'e yakın çeşidi bulunan ve her geçen gün yeni özelliklerde üretilen transistörler temel olarak bipolar ve unipolar olmak üzere iki gruba ayrılır.Bipolar transistörler NPN ve PNP olmak üzere iki tiptir. 

Üç kutuplu devre elemanları olan transistörlerin kutupları; 
Emiter (E), Beyz (B) ve Kollektör (C) olarak adlandırılır.
Emiter (yayıcı); akım taşıyıcıların harekete başladığı bölge,
Beyz (taban); transistörün çalışmasını etkileyen bölge ve
Kollektör (toplayıcı); akım taşıyıcıların toplandığı bölgedir.

Transistörlerin Tarihçesi

İlk Transistör (1947)

İlk Transistör Elektronikle ilgili sistemlerin gelişmesini ve bugün sahip olduğumuz teknolojilere ulaşmamızı sağlayan transistörün icadı 1947 yılında Bell araştırma laboratuvarlarında, William Shockley başkanlığında John Bardeen ve Walter Brattain'den oluşan ekip tarafından gerçekleştirilmiştir.
Transistörlerin icadından önceki süreçte 1906 yılında ilk kez elektron lambaları Londra Üniversitesi 'nde kullanıma sokulmuştur. Bu lambaların çabuk kırılabilmesi, pahalıya mal olmaları, devrelerde fazla yer kaplamaları, ısınıp çalışmaya başlamaları için belli bir zaman geçmesinin gerekmesi ve fazla elektrik tüketmesi gibi dezavantajları bilim adamlarını bu lambaların yerine geçebilecek elemanlar aramaya itmiştir. Bu sebeplerle 1925 'te Lilien Field ve 1938 'te de Hilsch ve Pohl lambalarda olduğu gibi katılarda da elektrostatik alan etkisi ile elektron akışını sağlamak amacıyla birtakım araştırmalar yapmışsa da bu denemeler başarısızlıkla sonuçlanmıştır.
1931 ile 1940 yılları arasında B.Kayaaltı, L. Brillouin, A. H. Wilson, J. C. Slater, F. Seitz ve W. Schottky gibi bilim adamları katı madde elektroniği ile ilgili teorik çalışmalara devam etmişlerdir. 
Transistörün İcadı Brattain Shockley ve Bardeen1939 yılında William Shockley, Walter Brattain ve New Jersey ‘deki Bell Laboratuvarlarındaki araştırmacılar yarı iletken bir yükseltici yapmak için çalışmalar yapmış fakat başarısızlıkla sonuçlanan denemeleri 2. Dünya Savaşı ‘nın da araya girmesi sonucu kesintiye uğramıştır. 1947 yılında ise Walter Brattain bu kez John Bardeen ile sürdürdüğü çalışmalarında nokta kontaklı olan ilk germanyum transistörü icat etmiştir. 1947 Noel'inden iki gün önce, bu transistör bir radyo devresinde denendi. Bu deneme sonunda Walter Brattain, defterine şu satırları yazdı : "Bu devre gerçekten işe yarıyor. Çünkü ses düzeyinde hissedilir bir yükselme sağlandı." Transistör, tıpkı lamba gibi, ses sinyalini güçlendiriyordu, üstelik boyut olarak çok daha küçüktü ve enerji ihtiyacı da daha azdı. Nokta kontaklı transistörün seri üretimi zordu ve bu transistör çok güvenilir değildi. Bu nedenle William Shockley kendi istediği gibi bir transistörü üretmek için çalışmalarına devam etti ve jonksiyon tipindeki transistörü geliştirdi. Bu transistör hem seri üretime daha uygundu hem de daha iyi çalışıyordu. Brattain ve Bardeen nokta kontaklı transistör için 17 Haziran 1948 'de, William Shockley de jonksiyon tipindeki transistör için 26 Haziran 1948 ‘de patent başvurularını yapmıştır. Bu ekip yarı iletkenler üzerine yaptıkları çalışmalar ve transistörün icadı ile 1956 yılında Nobel Fizik Ödülü ‘nü almaya hak kazanmışlardır.

William Shockley,John Bardeen,Walter Brattain

Shockley ve ekibi sürdürdükleri çalışmalarla büyük gelişmeler sağladılar ve 1952 yılında transistör orjinal boyutlarının onda birine indirilip çok daha güçlendi. 1957'de yılda 30 milyon transistör üretilebilecek aşamaya gelindi. Zamanla bilim adamları, germanyuma göre çok daha büyük sıcaklıklara dayanabilen silisyum tabakalar kullanmaya başladılar. Akımı saniyenin 100 milyonda biri kadar kısa bir zamanda iletebilen transistörler imal edildi. 

Transistörün icadı elektronik bilimi için bir dönüm noktası olmuş ve günümüz teknolojisine ulaşılması için imkan sağlamıştır.

Transistörlerin Yapısı ve Çalışması

Transistorlerin Yapısı

Transistörler NPN veya PNP biçiminde yerleştirilmiş üç yarı iletken maddenin bileşiminden oluşmaktadır. Beyz kutbu tetiklendiği zaman kollektör ve emiter arasında direnç değeri azalır ve akım geçirir hale gelir. Kollektör ve emiter arasından geçen akımın miktarı beyz kutbuna uygulanan akımın miktarına bağlıdır.

NPN Tipi Transistörler:

NPN Transistor Yapısı

NPN Transistör Yapısı ve ÇalışmasıNPN tipi transistörlerin yapısı iki N tipi yarı iletken madde arasına ince bir katman halinde yerleştirilmiş P tipi yarı iletken beyz maddesinden oluşmaktadır. İki N tipi madde arasındaki beyz tabakası elektron geçişini kontrol etme görevi yapmaktadır. Transistörler geçen akımı denetleyerek küçük akımları büyütebilir ya da küçük bir akım ile büyük bir alıcının çalışmasını sağlayabilir.

NPN Transistor Çalışması

NPN tipi transistörlerde  VBB kaynağının artı ucu beyz kutbunu pozitif yüklerken Vcc kaynağının eksi ucu ise emiter kutbundaki elektronları yukarı iter. Sıkışan elektronlar beyz tarafından çekilir. Yani, emiterin iletim bandındaki elektronlar E-B gerilim setini aşarak beyz bölgesine girerler, ancak beyz bölgesi dar olduğundan emiter bölgesinden gelen elektronların yaklaşık %2 si beyz bölgesi tarafından çekilirken kalan %98 i kollektöre geçer. 
Vcc kaynağının artı ucu elektronları kollektör bölgesine doğru çeker ve böylece elektron akışı sürekli hale gelir ve VBB kaynağının verdiği beyz akımı sürdükçe emiterden kollektöre elektron akışı devam eder. NPN tipi transistörlerde elektronlar yukarı, oyuklar ise aşağı doğru gider ve bu nedenle beyze uygulanan artı sinyal kollektörden emitere doğru akım geçirir denir. Emiter akımı beyz ve kollektör akımlarının toplamına eşittir.

PNP Tipi Transistörler:

PNP Transistor Yapısı

PNP Transistör Yapısı ve ÇalışmasıPNP tipi transistörlerin yapısı da NPN tipi transistörler gibidir. Tek fark bu kez P tipi iki yarı iletken madde arasına ince bir tabaka halinde N tipi yarı iletken maddenin yerleştirilmiş olmasıdır. 

PNP Transistor Çalışması

PNP tipi transistörlerde VBB kaynağının eksi ucu beyz kutbunu negatif yüklerken Vcc kaynağının artı ucu da emiter bölgesindeki artı yüklü oyukları yukarı iter. Bu şekilde sıkışan artı yükler beyz tarafından çekilip buradan kollektör bölgesine geçerler. Vcc kaynağının eksi ucu kollektör bölgesindeki oyukları kendine çektiğinden dolayı oyuk hareketi süreklilik kazanır. VBB akımı sürdükçe emiterden kollektöre doğru bu hareket sürer.PNP tipi transistörlerde elektronlar aşağı, oyuklar ise yukarı doğru gider ve bu nedenle beyze uygulanan eksi sinyal emiterden kollektöre doğru akım geçirir denir.