Geçen yıl yayınladığım 'Osilatör Yapmak Zordur' başlıklı makalede, internetteki osilatör devrelerinin çoğunun alışılmadık parçalar kullandığını, garip besleme gerilimleri gerektirdiğini veya hiç çalışmadığını belirtmiştim. Ama bazen kötü tasarım bir sanat formuna dönüşür. İşte elinizdeki parçalarla bugün monte edebileceğiniz en kafa karıştırıcı kötü osilator: ters avalanş osilatörü.
İlk bakışta bu devrede hiçbir şey mantıklı gelmiyor. Transistör ters bağlanmış ve beyz ucu boşta. Yine de devre çalışıyor: 14-20 V besleme gerilimi uygulayın ve LED'in yanıp söndüğünü görün. Bir osiloskopla kapasitör uçlarındaki gerilimi izlerseniz, kapasitörün tekrar tekrar yaklaşık 10 V'a şarj olup ardından hızla 9,1 V'a kadar boşaldığını gözlemlersiniz.
Kapasitörün 1 kΩ direnç üzerinden pozitif besleme hattından şarj olduğu açık. Enerjinin ters bağlı NPN transistör aracılığıyla LED'e boşaltıldığı da belli. Peki neden? Bunu anlamak için yarı iletken jonksiyonlarının temelini kavramak gerekir. Geleneksel bir diyot, iki farklı yarı iletken malzemeden oluşan p-n jonksiyonundan meydana gelir ve bu malzemeler arasında tükenme bölgesi adı verilen iletken olmayan bir alan bulunur.
Uzmanların Görüşleri
Bir NPN transistör, adından da anlaşılacağı gibi, iki birleşik diyotu andıran n-p-n yapısındadır. Kolektör veya emiter ucundan hangisine pozitif verirsek verelim, bu diyotlardan biri her zaman ters kutuplanır; bu nedenle devrede iletim olmamalıdır. Ancak ters kutuplanmış jonksiyon, yeterince yüksek gerilim uygulanırsa avalanş kırılmasına maruz kalabilir.
Transistör normal yönde bağlandığında (kolektör daha pozitif) 2N2222 için kırılma gerilimi yaklaşık 50 V'tur. Ancak ters bağlandığında emiter-kolektör eşiği sadece 8 V'un biraz üzerine düşer. Bunun nedeni emiter bölgesinin daha yoğun katkılanmış olmasıdır (n++). Yoğun katkılı yarı iletkende oluşan tükenme bölgesi daha incedir ve bozulması daha kolaydır.
Devrenin osilasyon yapmasını sağlayan şey, ters kutuplanmış NPN transistörün V-I eğrisinin şeklidir. Bu eğri, kapasitörün kararlı bir denge noktasına ulaşmasını engeller. Kapasitör 'tümsek' olarak adlandırılan noktaya kadar şarj olur; bu noktada transistörden küçük bir boşalma akımı akmaya başlar, ancak direncin sağladığı akım hala kaybı karşılar. Bu, kapasitörü eğrinin dikey kısmına iter ve akım aniden yükselir, gerilim düşse bile yüksek kalır. Sonunda kapasitör gerilimi akımı sürdüremeyecek kadar düşer ve transistör kesime gider.
Bu davranış, neon lambaların çalışma prensibiyle neredeyse aynıdır. Neon lamba, gazı iyonize etmek için daha yüksek bir başlangıç gerilimi gerektirir, ancak plazma oluştuktan sonra çok daha düşük gerilim yeterlidir. Günümüzde neon lambalar nadir olsa da, biriyle neredeyse aynı osilatörü kurabilirsiniz.
Detaylar ve Etkileri
Açıkçası, bu osilatörle ilgili her şey berbat! Oldukça yüksek bir besleme gerilimi gerektiriyor, verimsiz, büyük bir kapasitör gerektiriyor ve görev döngüsü ile frekans kararlılığı çok kötü. Ancak yarı iletkenlerin karmaşık canlılar olduğunu hatırlatan iyi bir örnek: devre, V-I eğrisinin çoğu kitapta gösterilmeyen kısmını kullanıyor.
Kaynak: lcamtuf.substack.com
