1960'ların ortalarında, Motorola Semiconductor, plastik TO-92 gövdeli 2N3906 PNP ve 2N3904 NPN transistörlerinin patentini aldı. Bu transistörler, düşük maliyetli ve dayanıklı olmaları nedeniyle yaygın olarak bulunabildiğinden, yeni başlayanlar ve araştırmacılar için bol miktarda temin edilebilir. Bu makalede, 2N3904 transistörünün teknik özelliklerini, çalışma prensibini, uygulama devre örneğini, eşdeğer transistörünü ve uygulamalarını tanıtacağız.
2N3904 Transistörleri Açıklaması
2N3904 transistörleri, silikon malzemeden üretilmiş NPN tipi bipolar bağlantı transistörleridir (BJT). Elektronik devre uygulamalarında genellikle anahtar veya amplifikatör olarak kullanılırlar.
2N3904 Teknik Özellikleri
- Akım – Toplayıcı (Ic) (Maks.): 200 mA
- DC akım kazancı veya hFE (Maks): 300
- DC akım kazancı veya hFE (Min): 100 @ 150mA, 10V
- Kolektör-yayıcı gerilimi (Vce): 40V
- Baz-yayıcı gerilimi (Vbe): 6V
- Kolektör-baz gerilimi (Vcb): 60V
- Ib, Ic koşulları altında Vce doygunluğu (maksimum): 500mV @ 50mA, 500mA
- Güç – Maks: 800mW
- Frekans – Dönüştürme: 100MHz
- Paket/Kasa: TO-39-3, TO-205AD
2N3904 Pin Dizilişi
2N3904 transistörü üç pinden oluşur:
- Pin1 (Yayıcı): Akım bu terminalden geçecektir.
- Pin2 (Baz): Bu pin, transistörün önyüklemesini kontrol eder.
- Pin3 (Kolektör): Tüm terminal için akım kaynağıdır.
2N3904 Transistörlerin Çalışma Prensibi
2N3904 transistöründe yük taşıyıcıların çoğu elektron olduğundan, bunlar her zaman negatif yüklüdür. Bu transistörün durumu, baz terminalindeki küçük bir gerilime (örneğin 0,7 V) bağlı olarak ters yönlü gerilimden ileri yönlü gerilime geçerek iletken hale gelebilir.
Normal çalışma koşulları:
- Taban gerilimi (Vb) > yayıcı gerilimi (Ve).
- Kolektör gerilimi (Vc) > Baz gerilimi (Vb).
Taban pini GND terminaline bağlanırsa, hem yayıcı hem de toplayıcı terminalleri ters yönde gerilime maruz kalır veya açık bırakılır. Benzer şekilde, taban pinine bir sinyal verildiğinde, bu pin ileri yönde gerilime maruz kalır.
2N3904 transistörünün yüksek kazanç değeri 300'dür ve bu, amplifikasyon yeteneğini belirler. Kollektör terminali üzerinden maksimum akım beslemesi 200mA'dır, bu nedenle 200mA'dan fazla tüketen yükler bu transistör üzerinden bağlanamaz. Baz terminaline akım beslemesi verildiğinde, transistör önyargılı hale getirilebilir. Bu IB akımı 5mA ile sınırlandırılmalıdır.
2N3904 NPN transistörü tamamen önyükleme yapıldığında, iki belirli terminalden, yani yayıcı ve toplayıcıdan maksimum 200 mA akım geçmesine izin verir. Bu özel aşama doygunluk bölgesi olarak adlandırılır. Ayrıca, toplayıcı-yayıcı/toplayıcı-baz terminalleri sırasıyla 40 V ve 60 V'luk tipik gerilimleri idare edebilir.
Baz akımı ayrıldığında transistör kapanır, bu nedenle bu aşama kesme bölgesi olarak adlandırılır ve VBE yaklaşık 600 mV olabilir.
2n3904 Devre Örneği
2N3904 transistörünü kullanan LED flaş devresi aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Devre, devre tahtası, bağlantı telleri, 9 V pil, kondansatör, 5 mm LED, LED flaş, 1K, 10K ve 4,7K dirençler gibi temel bileşenler kullanılarak kurulabilir.
Bu devre, güç kaynağı olarak 6 V DC pil kullanır. Devrede bir NPN transistör bulunduğundan, bu transistörün baz pini GND’ye bağlandığında, yayıcı ve toplayıcı gibi uçlar ters yönde gerilime maruz kalır. Ayrıca, bu transistörün baz pinine bir sinyal verildiğinde, transistör doğru yönde gerilime maruz kalacak şekilde bağlanır. Bu basit LED yanıp sönme devresi, kapı zilleri, alarm sistemleri veya flaş ışıkları gibi çeşitli cihazlarda kullanılır.
2N3904 ve 2N2222A Transistörleri
Aşağıda 2N3904 ve 2N2222A transistörlerinin karşılaştırması yer almaktadır:
| Specification | 2N3904 | 2N2222A |
|---|---|---|
| Transistors Type | NPN | NPN |
| Maximum Collector Current | 200 mA | 800 mA |
| Maximum Collector-Emitter Voltage | 40V | 40V |
| Maximum Collector-Base Voltage | 50V | 50V |
| Maximum Emitter-Base Voltage | 5V | 6V |
| Maximum Frequency | 300 MHz | 500 MHz |
| Package Type | TO-92 | TO-18, TO-92 |
2N3904 ile Eşdeğer Transistörler
2N3904 ile eşdeğer bazı transistörler şunlardır:
BC636, BC547, BC549, BC639, 2N2222 TO-18, 2N2222 TO-92, 2N2369, 2N3906, 2N3055, 2SC5200 vb.
2N3904 Uygulama
- Amplifikatörler
- Sürücü modülleri (LED, motor veya röle sürücüleri)
- Anahtarlar
- Gerilim Regülatörleri
- Dönüştürücüler
- Zamanlayıcılar
- Frekans Modülatörleri
- PWM (Darbe Genişlik Modülasyonu)
- Sinyal İşleme Devreleri
- Ses Devreleri
- Güç Kaynağı Devreleri
- Karşılaştırıcılar
2N3904 Transistörünün Karakteristik Frekans Testi
Gerekli ekipman:
- Tektronix MSO34-BW500 osiloskop
- Tektronix AFG31251 sinyal üreteci
- Dijital multimetre
- Dijital kaynak ölçerler *2
- Transistör DC/AC parametreleri kapsamlı deney kartı
2N3904 transistörünün karakteristik frekansı, transistör cihazlarının AC parametre testleri için Tektronix osiloskopları, sinyal üreteçleri ve Keithley kaynak ölçer ürünleri kullanılarak ölçülebilir. Transistörün gerçek çalışma frekansı, düşük frekanslı akım kazancı kesme frekansı fβ'den çok daha yüksek olduğundan, AC akım kazancı çalışma frekansı ile ters orantılıdır ve transistörün "kazanç-bant genişliği ürünü" sabittir; ortak yayıcı akım kazancının modülü 1 olduğunda çalışma frekansına yaklaşık olarak eşittir.
Bipolar transistörlerin karakteristik frekansının ölçümü, belirli bir frekansa sahip yüksek frekanslı küçük bir AC giriş sinyalini bir kondansatör aracılığıyla tabana bağlamak, ortak yayıcı konfigürasyonlu transistörün DC önyükleme koşullarını değiştirmek ve böylece AC akım kazancını değiştirerek transistörün karakteristik frekansı ile DC çalışma noktası arasındaki ilişkiyi incelemektir.
Statik Çalışma Noktasının Ayarlanması ve Test Edilmesi
2N3904'ün çalışma aralığı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir:
Transistörün amplifikasyon bölgesinde çalışmasını sağlamak için, transistörün DC çalışma noktası IC=1mA olarak ayarlanır. AC sinyali bağlanmadığında, transistörün statik çalışma devre şeması aşağıdaki şekilde gösterilmiştir:
SMU1'in IB çıkışını ayarlayın ve transistörün amplifikasyon bölgesinde çalıştığından emin olmak için SMU2'nin IC akım değerinin yaklaşık 1 mA olduğunu kontrol edin. IB değeri yaklaşık 2,8 µA'dır ve multimetre ile ölçülen BE gerilimi VBE 0,636 V'tur.
2N3904 Transistörünün H-parametrelerinin Test Edilmesi: HIE ve HFE
Statik çalışma noktasının makul bir şekilde ayarlanması ve bir AC küçük sinyal girişi ile transistör, akım ve gerilimin AC bileşenleriyle temsil edilen doğrusal bir iki-bağlantı noktalı devreye eşdeğer hale getirilebilir. Burada Ib ve Vbe transistörün giriş değişkenleri, Ic ve Vce ise çıkış değişkenleridir. Transistörün h-parametreleri, belirli sabit statik koşullar altında transistörün küçük sinyal AC özelliklerini yansıtır.
Sinyal üretecinin çıkışını deney kartının AC IN'inin sol tarafındaki BNC arayüzüne bağlayın ve osiloskopun Kanal 1'ini deney kartının AC OUT'unun sağ tarafındaki BNC arayüzüne bağlayın.
Sinyal kaynağının çıkışını 1 kHz sinüs dalgasına ayarlayın, sinyal kaynağının çıkış sinyal genliğini ayarlayın ve osiloskopun 2. kanalını kullanarak R1'in iki terminali arasındaki voltaj dalga formunu test edin (Input olarak işaretlenmiş banana başlıklı arayüzü bağlayın). Ib akımının etkin değerini, Ib'nin yaklaşık olarak 0,5 uA'ya eşit olacak şekilde hesaplayın.
Sinyal kaynağı çıkışını 1 kHz sinüs dalgasına ayarlayın ve çıkış genliğini değiştirin. Osiloskopla ölçülen R1'in iki terminali arasındaki gerilimin etkin değeri 50 mVrms olduğunda ve R1 = 100 kohm olduğundan, Ib yaklaşık olarak 0,5 uA'ya eşittir.
O
“hie”, çıkış kısa devre durumundayken ölçülen giriş direncidir ve çıkış gerilimi Vce sabit tutulduğunda baz geriliminin baz akımını kontrol etme yeteneğini yansıtır.
ℎ𝑖𝑒 = 𝑣𝑏𝑒/𝑖𝑏 = 𝑣𝑏𝑒/𝑣𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡∗ 𝑅1
Yukarıdaki test koşullarının değişmemesi koşuluyla, osiloskopun 2 kanalıyla ölçülen Vbe'nin etkin değeri 5,7 mVrms'dir.
hie = Vbe/ib = Vbe/Vib * R1 = 5,7/50 * 100K = 11400, burada Vbe, Vbe'nin etkin değeridir ve Vib, yukarıdaki test koşulları altında giriş voltajının etkin değeridir.
Hemokromatoz
HFE, bipolar bağlantı transistörünün (BJT) "DC akım kazancını" ifade etmek için yaygın olarak kullanılan bir terimdir. Bu terim, baz akımı ib'nin kollektör akımı ic'yi kontrol etme yeteneğini yansıtır. Aşağıda HFE formülü verilmiştir:
ℎ𝑓𝑒 = 𝑖𝑐/𝑖𝑏
𝑖𝑐= voutput / R2
burada "𝑖𝑐" kollektör akımını, "𝑖𝑏" baz akımını, "voutput" çıkış voltajının etkin değerini ve "R2" kollektör ile güç kaynağı arasına bağlanan yükün direncini temsil eder.
Sonuç:
𝑖𝑐= voutput / R2 = 17,3 mV / 100 ohm = 0,173 mA
Karakteristik Frekansın (fT) Hesaplanması
Transistörün kesme frekansı fβ’yi ölçün ve “kazanç-bant genişliği çarpımı” yöntemini kullanarak karakteristik frekansı fT’yi hesaplayın.
Sinyal kaynağının çıkış frekansını 1 kHz'den kademeli olarak artırın ve osiloskopu kullanarak deney kartının sağ tarafındaki AC OUT sinyalinin genliğini gözlemleyin. Çıkış sinyalinin genliği 3 dB düştüğünde (tepe-tepe değeri yarıya düştüğünde), sinyal kaynağının çıkış frekansı fβ'yi kaydedin; bu, mevcut çalışma noktasında transistörün kesme frekansını gösterir.
1 kHz'de AC OUT çıkışının tepe-tepe değeri yaklaşık 38 mV, 1,4 MHz'de ise AC OUT çıkışının tepe-tepe değeri yaklaşık 19,2 mV'dir.
Kazanç-bant genişliği çarpımı formülünü kullanarak transistörün karakteristik frekansı fT'yi hesaplayın:
fT = hfe × fβ
fT = 228 * 1,4 = 319,2 MHz
burada fβ yaklaşık olarak 1,4 MHz'e eşittir.
Yüksek frekanslı bir sinyal kaynağı ve 500 MHz bant genişliğine sahip bir osiloskop kullanarak transistörün karakteristik frekansı fT'yi doğrulayın. Osiloskop ve sinyal kaynağının bant genişliği 200 MHz'den büyükse, sinyal kaynağını kullanarak DC-200 MHz üzerindeki frekans aralığında giriş sinyalini tarayabilir, osiloskopta çıkış sinyalinin (AC OUT) genlik-frekans özelliklerini test edebilir ve akım büyütme oranını 1'e kadar hesaplayarak karakteristik frekans noktası fT'yi manuel olarak bulabilirsiniz. Kazanç-bant genişliği çarpımı yöntemiyle hesaplanan öz frekans değerlerinin doğru olduğunu doğrulayın.
