close

Enter

Log in using OpenID

DENEY 4 PUT Karakteristikleri

embedDownload
DENEY 4 PUT Karakteristikleri
DENEYİN AMACI
1.
2.
3.
PUT karakteristiklerini ve yapısını öğrenmek.
PUT’un çalışmasını ve iki transistörlü eşdeğer devresini öğrenmek.
PUT karakteristiklerini ölçmek.
4.
Temel PUT uygulama devreleri ve bu devrelerin ölçümlerini yapmak.
GİRİŞ
Programlanabilir Unijonksiyon Transistör (PUT) Şekil 4-1’de gösterildiği gibi dört katlı
bir PNPN yarı iletken elemandır. Şekilden, ismindeki benzerliğe rağmen PUT’un
gerçek yapısının UJT’den tamamen farklı olduğunu görebiliriz.
Şekil 4-1 PUT Yapısı. (a) Devre Sembolü Ve PNPN Dizilişi,
(b) İki Transistörlü Eşdeğer Devre.
Şekil 4-1(a)’daki iki transistörlü PUT eşdeğer devresinin birer adet PNP ve NPN
transistörlerden oluştuğunu görebiliriz. Bu yapıda PNP transistörün emetörü anot (A),
NPN transistörün kollektörü kapı (G: gate), ve NPN transistörün emetörü katot (K)
olur. Kapı, anota yakın olduğundan, bazen anot kapısı olarak adlandırılır.
PUT’un yapısı SCR’ye benzerdir. Bu iki eleman arasındaki birincil fark kapılar
arasındaki farktır. SCR’nin kapısı NPN transistörün bazı (P tipi), PUT’un kapısı is N
tipi bir yarı iletkendir. Dolayısıyla PUT, N-kapılı SCR yada Tümleşik SCR
(Complementary SCR: CSCR) olarak adlandırılır. PUT’un kapısında çok yüksek
tetikleme hassasiyeti vardır. PUT’un gerilim ve akım sınıfı SCR’nin akım ve gerilim
sınıfından daha küçüktür. Genellikle bir tetikleme darbesi üreteci yada düşük güçlü bir
anahtar olarak kullanılır.
4-1
PUT Karakteristikleri ve Parametreleri
PUT karakteristikleri, Şekil 4-2’de gösterildiği gibi, UJT’ye çok benzerdir. Eşdeğer bir
UJT’ye göre PUT’un bir avantajı η parametresinin harici elemanlar tarafından kontrol
edilebilmesidir.
Şekil 4-2 PUT Anot Karakteristikleri
Şekil 4-2’ye bakınız. VA = 0 ‘da PUT kesimdedir ve sadece IGA0 ters kaçak akımı akar.
VA artarken IA negatiften sıfıra doğru yükselir. IA sıfıra ulaştığındaki VA değeri VS
olarak adlandırılır. VS gerçekte UJT için tanımlanan ηVBB değeridir. Burada η değeri
devre tasarımcıları tarafından programlanabilir.
VA VP’ye (P noktası) ulaştığında, IA, IP’den IV’ye doğru yükselir ve VA, VP’den VV’ye
doğru azalır, böylece PUT negatif direnç bölgesinde P ve V noktaları arasında çalışır.
Negatif direnç bölgesi kararsız bölge olarak da adlandırılır. V noktasının sağında
kalan bölge kararlı bölge yada ON konumu olarak adlandırılır. PUT, UJT’de olduğu
gibi, kararsız konumda kalamaz; yani ON yada OFF konumundan birine geçer.
Karakteristik eğrisinde gösterildiği gibi, parametreler PUT’un çalışmasını anlamada
önemli anahtarlardır. Her bir parametrenin tanımını altta verdik:
1. IGA0 : Kapı-anot kaçak akımı kapı ve anot arasında akan küçük bir ters akımdır. Bu
akım, Şekil 4-3’te gösterildiği gibi açık devre edilmiş katot ve ters kutuplanmış A-G
jonksiyon koşullarında ölçülmüştür. IGA0 değeri tipik olarak TA = 25oC’de ve VS =
10V’de 1µA’dır. IGA0 değeri sıcaklıktaki her 10oC artışta yaklaşık iki katına çıkar.
Şekil 4-3 IGA0 Ölçümü
4-2
2. IP : Tepe akımı PUT’u ateşlemek için gerekli minimum akımdır. Şekil 4-4’teki PUT
gevşemeli osilatör devresinde RT şarj direncinden akan akım IP’den daha büyük
olmalıdır, böylece PUT iletime geçer. IP değeri PUT teknik özelliklerinde belirtilen
çok önemli bir parametredir. IP değeri RG’nin büyüklüğü ve sıcaklık ile değişir. RG
değerinin yada sıcaklığın daha büyük olması durumunda IP küçülür.
VS =
R1
V,
R1 + R 2
RG =
R1R 2
R1 + R 2
Şekil 4-4 Temel PUT Gevşemeli Osilatör
3. VP : IA=IP iken anot ve katot arasındaki gerilim, tepe gerilimdir. VP değeri daima
VS’den daha büyüktür.
Şekil 4-5 VP ve VT Ölçümleri
4. VT : Ofset gerilimi VP ve VS değerleri arasındaki gerilim farkıdır. Şekil 4-5’te
gösterildiği gibi, VT şu denklemle verilir:
VT = VP − VS ≈ VBE ( ON ) +
IP
RG …………………………………………….(4-1)
1 + β1
Burada VBE(ON) değeri, PNP transistörün iletimdeki VBE değerine karşılık gelir. VBE(ON)
ve IP ‘nin sıcaklık değişimlerine çok duyarlı olmasından dolayı VT de sıcaklığa
duyarlıdır. 25oC’de VT tipik olarak 0.5V’dir. VT ‘nin sıcaklık katsayısı –2.5mV / oC.
4-3
5. IV : Çukur noktası akımı, PUT doyma bölgesine girmeden önceki IA değeridir. Şekil
4-4’teki PUT gevşemeli osilatörün çalışmasında, RT üzerinden akan akım IV’den
daha küçük olmalıdır. Dolayısıyla IA, IP ile IV aralığında olmalıdır.
Şekil 4-6 VV Ölçümü
6. VV : Tepe noktası gerilimi, IA = IV iken anot ile katot arasındaki gerilimdir. Şekil
4-6’da gösterildiği gibi, VV değeri alttaki eşitlikle ifade edilebilir.
VV = VBE(sat-PNP) + VCE(sat-NPN) ……………………………………………….(4-2)
Yani iki transistörün doyma gerilimlerinin toplamıdır. VV değeri 1V’den daha
küçüktür.
7. VF : İleri gerilim (Forward voltage) PUT doymada çalışırken anot ve katot
arasındaki gerilimdir. IF = 50mA iken VF değeri tipik olarak 1.2V’dir.
Şekil 4-7 İleri Devrilme Gerilimi Ölçümü Devresi
4-4
Anot ve katot kısa devre edilirse yada Şekil 4-7’de gösterildiği gibi aralarına küçük
değerli bir direnç takılırsa, PUT kesim bölgesinde çalışır. Bu durumda, belirli bir ileri
gerilim (pozitif A’ya, negatif K’ya bağlanacak şekilde) ,VAK , PUT’u iletime geçirecektir.
Bu gerilim sınıfı ileri devrilme gerilimi olarak tanımlanır. VAK’nın kutuplarının
değiştirilmesi durumunda OFF konumu SCR’ye benzerdir.
Şekil 4-8’deki devreye bakın. VGK değeri uygulanırsa ve VGK > VAK ise, PNP
transistörün B-E jonksiyonu ters kutuplanır, dolayısıyla transistörler kesime giderler.
Dolayısıyla PUT OFF durumda çalışır.
Şekil 4-8 PUT Çalışmasının İllüstrasyonu
Şekil 4-9 PUT Karakteristiği
VAK > VGK + VT ise, PNP transistörün B-E jonksiyonu ileri kutuplanır, ve transistörler
iletime geçerler. Dolayısıyla PUT ON durumda çalışır. A ile K arasındaki direnç çok
küçüktür, dolayısıyla VAK gerilim düşümü Şekil 4-9’da gösterildiği gibi küçüktür.
4-5
PUT Kapı Devresinden Etkilenen Parametreler
1. IP :2N6027 ve 2N6028 PUT’ların IP&RG eğrileri Şekil 4-10’da gösterilmiştir. Tepe
akımı IP’nin RG değeri ile ters orantılı olduğu eğriden görülebilir.
Şekil 4-10 IP&RG Eğrileri
2. IV : PUT iletim durumundayken, IG = VG / RG kapı akımı kapıdan akar. Şekil
4-11’den çukur akımı IV’nin kapı akımı IG ile doğru orantılı olduğunu görebiliriz.
3. VP : PUT kapısının kutuplaması için genellikle temel bir gerilim bölücü devre
kullanılır.
Şekil 4-12’de gösterildiği gibi, R2 üzerindeki gerilim düşümü, Thevenin eşdeğer
gerilimi VG, gerilim bölücü kuralı ile belirlenir.
VG = VBB x R2 / (R1 + R2)
Burada UJT için tanımlandığı gibi η = R2 / (R1 + R2), ve VG ≅ VP’dir.
Şekil 4-11 IV & IG eğrileri
4-6
Şekil 4-12 Temel Kutuplama Devresi Ve Kapı Devresi İçin Thevenin Eşdeğeri
Yukarıda anlatılan bu üç parametre PUT gevşemeli osilatör tasarımında çok
önemlidirler ve tasarımcılar tarafından programlanabilirler.
PUT ve UJT’nin Karşılaştırması
PUT ve UJT’nin karakteristiklerinin benzer olmasına rağmen, PUT’un farklılığı η, RBB,
IP, ve IV gibi PUT parametrelerinin kontrol edilebilirliğinden dolayı tasarım ve
uygulamada UJT’den daha esnek olmasıdır. Şimdi Şekil 4-13’te gösterilen gevşemeli
osilatör devrelerini inceleyerek Tablo 4-1’de PUT ve UJT karakteristiklerinin
karşılaştırmasını özetleyeceğiz.
Şekil 4-13 PUT ve UJT Gevşemeli Osilatörler
4-7
Tablo 4-1 PUT & UJT karşılaştırması
Karakteristikler
PUT (Şekil 4-13a)
UJT (Şekil 4-13b)
VS
Kapı-katot gerilimi
VS = VBBxR1 / (R1 + R2)
RG
Kapı-katot direnci
RG = R1R2 / (R1 + R2)
RBB
Baz arası direnci
RBB = R1 + R2
Programlanabilir
RBB = 4K~10K
Değiştirilemez
η
Doğal devrilme oranı
η= R1 / (R1 + R2)
η = 0.45~0.8
Değiştirilemez
IP
Tepe akımı
Programlanabilir,
IP = 2µA
Tipik, değiştirilemez
IV
Çukur akımı
Programlanabilir, 2mA’dan IV = 10mA
küçük olabilir.
Tipik, değiştirilemez
Doyma gerilimi
VAK(sat) =1.2V
Tipik, IA = 50mA’da
VEB1(sat) = 3V
Tipik, IE = 50mA’da
VO
Darbe çıkış gerilimi
VO = 10V
Tipik
VO = 6V
Tipik
tr
Darbe yükselme zamanı
tr = 40ns
Tipik
tr = 200ns
Tipik
Frekans aralığı
0.003Hz ~ 80KHz
0.03Hz ~ 500KHz
0.5µA’dan küçük olabilir
Tablo 4-1’den, PUT’un tepe ve çukur akımlarının UJT’nin değerlerinden daha küçük
olduğunu görebiliriz. Dolayısıyla, PUT gevşemeli osilatörün osilasyon frekansı
kademesi, UJT osilatörün değerinden daha küçüktür. Frekans aralıklarını genişletmek
için, Şekil 4-14’te gösterildiği gibi IP’yi azaltacak ve IV’yi arttıracak bazı teknikler
kullanılabilir.
(a)
(b)
(c)
(d)
Şekil 4-14 (a) düşük IP ve IV, (b) düşük IP ve oldukça yüksek IV,
(c) düşük IP ve ortalama IV, (d) düşük IV ve ortalama IP
4-8
Şekil 4-14(a)’da RG için yüksek değerli direnç kullanılması, IP ve IG akımlarının RG ile
ters orantılı oluşundan dolayı, IP ve IG akımlarını küçülmesine neden olur. Şekil
4-14(b)’deki transistör, PUT iletimdeyken IAK akımını şöntlemek için kullanılmıştır.
Böylece oldukça yüksek IV elde edilmiştir. Şekil 4-14(a) ve (b)’de diyot ve PUT
iletimde değildir. Yüksek RG direnci IP’nin küçük olmasına neden olur. PUT
iletimdeyken, diyot ileri yönde kutuplanmıştır ve düşük bir RG direnci gösterir. Düşük
RG direnci yüksek IV akımına neden olur.
PUT’un Ohmmetre ile test edilmesi
Analog multimetrede bulunan ohmmetre PUT’un durumunu kontrol etmek ve uçlarını
tespit etmek için kullanılabilir. Burada, pilinin negatif ucu ohmmetrenin + ucuna
(normalde kırmızı) ve pilinin pozitif ucu ohmmetrenin – ucuna (normalde siyah)
içerden bağlı bir ohmmetre kullanıyoruz.
1. Multimetrenin kademe seçicisini R kademsine getirin. Kırmızı ucu PUT’un
kapısına (G: gate) ve siyah ucu anota (A) bağlayın. Düşük bir direnç değeri
okunmalıdır. Probların yerini değiştirmek sonsuz direnç görünmesine neden olur.
2. G ve K arasındaki direnç kutuplamadan bağımsız olarak daima sonsuzdur.
3. G açık devre iken, siyah ucu anota (A) ve kırmızı ucu katota (K) bağlayın, düşük
bir değer sıklıkla okunacaktır. Bunun sebebi kapının çok yüksek tetikleme
duyarlılığıdır. Eğer sonsuz değer okunuyorsa, kapıya (G) elinizle dokunmanız
düşük direnç okunmasına neden olacaktır. Kutuplamanın yönü değiştirildiğinde,
sonsuz değer okunur.
Put’un İki Transistörle İfade Edilmesi
Şekil 4-15 PUT’a Karşılık Gelen İki Transistörlü Model
Şekil 4-15’te gösterildiği gibi bağlanan iki silikon tümleşik transistör PUT’u ifade
edebilir. D2 diyotu ters gerilim sınıfını arttırmak için kullanılmıştır. VR kapı tetikleme
duyarlılığını ayarlamak için kullanılır. VR değerinin büyüklüğü IP ve IV değerlerini
belirler. VR yükseldikçe IP ve IV küçülür.
4-9
Deney Devresinin Açıklaması
Şekil 4-16 Modül KL-53002’deki deney devresini gösterir. Bu devrede PUT , iki
transistörlü eşdeğer devresi, CDS, RTH, ve LED sürücüsü vardır.
Şekil 4-16 Deney Devresi
Devrenin besleme gerilimi 12VAC’den alınır, ve D1 yarım dalga doğrultucusu ile
dalgalı dc gerilime V+ dönüştürülür. PUT’un kapı gerilimi VG, VR3 ve R9’dan oluşan
gerilim bölücü tarafından belirlenir ve şu şekilde yazılır:
VG = (R9 x V+) / (VR3 + R9)
VR3’ü ayarlayarak VG değerini değiştirebilirsiniz. Anot gerilimi VA, R4, R5, ve VR1’den
oluşan gerilim bölücü tarafından belirlenir ve şöyle ifade edilir:
VA = ((VR1 + R5) x V+) / (VR1 + R5 + R4)
VA değeri VR1 ayarlanarak kontrol edilebilir.
Güç uygulandığında VA<VG ise PUT kesimdedir, dolayısıyla Q3 ve LED OFF
durumundadırlar. VA>VG + 0.5V olacak şekilde VR1 ayarlanarak, PUT iletime geçirilir
ve R8’de bir gerilim darbesi görünür. Böylece Q3 ve LED ON durumuna geçerler.
Her pozitif yarım dalgada PUT iletimde iken, VG değerini düşürmek için VR3 ayarlansa
bile UJT iletimde kalmaya devam eder. IAK < IH ise UJT kesime gider.
Q1 ve Q2 transistörleri PUT’un iki transistörlü eşdeğer devresini oluştururlar. Bu devre
gerçek bir PUT’un çalışmasını canlandırmak için kullanılmıştır. Q3 transistörü bir LED
sürücü olarak davranır ve Q3’ün baz işareti R8 üzerindeki tetikleme işaretinden gelir.
4-10
R4 ile bir CDS değiştirilerek ışıkla kontrol edilen anahtar elde edilir. CDS ışığa duyarlı
bir elemandır ve ortamın ışık yoğunluğu ile ters orantılıdır. VA değeri, R3, CDS, VR1,
ve R5’ten oluşan gerilim bölücü ile belirlenir. Düşük ışıklı bir ortamda CDS’nin direnci
çok yükseleceğinden PUT’u iletime geçirecek VA değeri çok küçük kalır. Yüksek ışıklı
bir ortamda CDS’nin direnci düşeceğinden, VA PUT’u ateşleyecek gerilim değerine
ulaşır ve LED yanar. Bu devre temel bir sokak lambası kontrol devresidir.
Aynı şekilde, R4 ile bir RTH termistör değiştirilerek yangın alarm devresi elde edilir.
RTH negatif sıcaklık katsayılı (NTC: Negatif Temperature Coefficient) termistördür.
NTC’nin direnci ortam sıcaklığı ile ters orantılıdır. Diğer bir deyişle, sıcaklığın artması
NTC termistörün direncinin azalmasına, sıcaklığın düşmesi NTC termistörün
direncinin artmasına neden olur. Devrenin çalışması yukarıda anlatılan CDS ışıkla
kontrol edilen devre ile aynıdır.
KULLANILACAK ELEMANLAR
KL-51001 Güç Kaynağı Ünitesi
KL-53002 Modülü
Dual-Trace Osiloskop
Analog Multimetre
DENEYİN YAPILIŞI
1. Şekil 4-16’ya bakarak, KL-51001 Güç Kaynağı Ünitesinin AC12V çıkışını
KL-53002 Modülüne bağlayın.
A. PUT Karakteristiklerinin Ölçümü
2. VR1 ve VR3’ü saat yönünün tersi yönde sonuna kadar çevirin.
3. Bağlantı fişlerini 1, 4, 6, 7, ve 10 numaralara takın. Multimetrenin kademe
seçicisini DCV kademesine getirin. Kapı (G) ile toprak (GND) arasındaki gerilimi
ölçün ve kaydedin (kırmızı prob G ucuna ve siyah uç GND’ye bağlanır).
VG = __________________V
4. VG = 2V olacak şekilde VR3’ü ayarlayın.
5. LED _________________(yanık yada sönük).
PUT _________________ durumunda çalışıyor.
Multimetreyi kullanarak, R8 üzerindeki DC gerilimi ölçün ve kaydedin.
VR8 = __________________V
4-11
6. Multimetreyi kullanarak, anot-toprak arası gerilimi ölçün ve kaydedin.
VA = __________________V
7. VR1’i sağa doğru (saat yönünde) yavaşça çevirerek, gerilim değeri bir tepe
değere ulaşıp ardından aniden bir çukur değere düşene kadar VA’daki değişimi
gözlemleyin. Tepe ve çukur değerlerini kaydedin. Tepe ve çukur değerleri
sırasıyla PUT’un tepe ve çukur gerilimleridir.
VP = __________________V
VV = __________________V
8. LED _________________ (yanık yada sönük).
PUT _________________ durumunda çalışıyor.
9. Multimetreyi kullanarak, R8 üzerindeki gerilimi ölçün ve kaydedin.
VR8 = __________________ V.
10. VG = 3V olacak şekilde VR3’ü sola doğru (saat yönünün tersine) çevirin.
Bu anda LED __________________ (yanık yada sönük).
VA = __________________ V.
PUT __________________ durumundadır.
11. LED yanana kadar VR1’i sağa doğru çevirin.
VP ve VV değerlerini ölçün ve kaydedin.
VP = __________________ V.
VV = __________________ V.
12. 7. ve 11. Adımlardaki VP ve VV değerlerini karşılaştırın.
Uyuşuyorlar mı? __________________________________________________
VP ve VV değerleri değişken mi? _____________________________________
13. Dual-trace osiloskopu X-Y moduna getirin. GND’yi PUT’un anotuna (A), CH1
girişini R6’nın diğer ucuna, ve CH2 girişini katota (K) bağlayın. Osiloskopta VAK &
IAK eğrisini gözlemleyin ve Tablo 4-2’ye çizin.
Tablo 4-2
4-12
14. VR1’i çevirerek VAK & IAK eğrisindeki değişimi gözlemleyin ve kaydedin.
________________________________________________________________
____________________________________________________________
15. VR3’ü çevirerek VAK & IAK eğrisindeki değişimi gözlemleyin ve kaydedin.
________________________________________________________________
____________________________________________________________
B. PUT Sıcaklık Kontrol Devresinin Yapılması ve Ölçümleri
16. Bağlantı fişini 4 numaradan çıkarıp 3 numaraya takın.
17. VG = 2V olacak şekilde VR3’ü ayarlayın.
18. VR1’i yavaşça çevirin ve LED yanmak üzere iken durun. VA gerilimini ölçün ve
kaydedin.
VA = __________________ V.
19. RTH termistöre sıcak bir havya yaklaştırın. VA’daki değişimi ölçün ve kaydedin.
________________________________________________________________
____________________________________________________________
20. RTH’ı ısıtmaya devam edin. PUT ve LED’in durumlarını gözlemleyin ve kaydedin.
________________________________________________________________
____________________________________________________________
21. Havyayı RTH’den uzaklaştırın. PUT’un durumundaki değişimi gözlemleyin ve
kaydedin.
________________________________________________________________
____________________________________________________________
C. PUT Işık Kontrollü Devrenin Yapılması ve Ölçümleri
22. Bağlantı fişini 3 numaradan çıkarın ve 2 numaraya takın. CDS penceresini elinizle
kapatın.
23. 17. Ve 18. Adımları tekrar edin.
VA = __________________ V.
24. Işık seviyesini arttırmak için elinizi CDS penceresinden uzaklaştırın. PUT ve LED
durumlarını gözlemleyin ve kaydedin.
________________________________________________________________
____________________________________________________________
4-13
D. İki transistörlü PUT devresinin karakteristiklerinin ölçümü
25. Bağlantı fişlerini 1, 4, 5, 8, ve 9 numaralara takın. 2’den 13. Adıma kadar olan
adımları tekrar edin ve karakteristik eğrisini Tablo 4-3’e çizin.
Tablo 4-2 ve Tablo 4-3’teki eğrileri karşılaştırın, uyuşuyorlar mı?
________________________________________________________________
____________________________________________________________
Tablo 4-3
SONUÇ
Üçüncü adımda ölçülen VG değeri 4.9V civarında olmalıdır. VG > VA olduğundan, PUT
ve LED OFF durumundadır. VR1 direnci arttıkça ölçülen VA değeri de artar. VA , VP =
2.5V değerine ulaşınca PUT iletime geçer ve R8 üzerindeki 0.5V’lik bir gerilim
düşümü LED’i yakar. Ölçülen VV değeri 0.9V civarındadır.
VG = 3V iken VG > VV olduğundan PUT kesimdedir. PUT’u iletime geçirmek için VA
değeri VR1 ayarlanarak 3.5V’ye çıkarılmalıdır. Bu durumda, ölçülen VV değeri 1V
civarında olmalıdır.
Bu deneyde PUT’u kesimden iletime geçirecek koşulun VA > (VG + 0.5V) olduğunu
görülmüştür.
4-14
Author
Document
Category
Uncategorized
Views
0
File Size
427 KB
Tags
1/--pages
Report inappropriate content