İçeriğe geç

Transistörler – Logic Gate

Transistörler, hayatımızın birçok alanında bulunuyorlar. Bilgisayardan televizyona, buzdolabından telefona birçok yerde çeşit çeşit transistör kullanılıyor. Transistörün icadı, tekerleğin icadı gibi önemli bir değere sahip olduğu gibi, bugün sahip olduğumuz dijital dünyanın temellerinde de transistörün icadı yatıyor.


Nedir bu transistör?


Aslında bu sorunun birçok cevabı var, zira çeşit çeşit transistör ve kullanım senaryosu var. Bu nedenle transistörlere ayrı bir başlık açmak gerekebilir. Ben, bugünki konumda kabaca bilgi vermek için birkaç detaya deyineceğim, ancak bunlar yüzeysel detaylar olacaktır. Daha ayrıntılı detayları araştırarak bulmak mümkündür. :)


Transistör, yarıiletken bir devre elemanıdır. Birçok çeşidi olduğu gibi, en önemlisi MOSFET olarak görülmektedir. 1950’li yıllarda bulunan MOSFET, günümüzde en çok kullanılan transistör çeşidi olduğu gibi, modern bilgisayarların ortaya çıkmasını da sağlamıştır. Hobi elektroniğinde en çok karşılaşacağımız transistör tipleri Bipolar Junction Transistor (BJT) ve Metal-Oxide Semiconductor Field Efect Transistor (MOSFET) dür.


Bu yazımda, BC547B tipi transistör kullanacağım. BC547, bir BJT tipi transistör. Bu transistörün 3 bacağı bulunmakta, bunlar Base – Emitter ve Collector‘dur. NPN tipi bu transistör, B bacağından verilen küçük bir akım sayesinde C bacağından E bacağına daha büyük bir akımın geçmesini sağlar. P ve N harfleri, kullanılan malzemeleri simgelemektedir. Malzemelerin konumlandırılmasına göre, transistörün çalışma mantığı da değişir.


npn_pnp.png


Bir NPN transistörde, Base bacağından uygulanan küçük bir akımla, Collector bacağından Emitter bacağına daha büyük bir akımın geçmesi sağlanabilir.



NPN-bipolar-junction-transistor-symbol.png


BC547B datasheet


BC547B transistörün, B bacağına uygulanan küçük bir akım ile, C bacağından E bacağına daha büyük bir akımın geçmesine izin verdiğinden bahsetmiştik. Bu durumu kullanarak, transistörü bir tür anahtar gibi kullanabiliriz:


20201104_134109.jpg


Bu devre, temelinde transistörün çalışma mantığını anlamak için var.


LED’in pozitif ayağı direnç ile birlikte +5V’ya bağlı. Negatif ayağı ise transistörün C ayağına bağı. LED’in çalışması için, LED’in negatif ayağından çıkan akımın, transistörü geçerek GND (-) hattına ulaşması gerek. Yani C bacağından geçen akımın E bacağına ulaşması lazım, E bacağı zaten GND (-) hattına bağlı. Önceden bahsettiğim gibi, NPN bir transistör kullandım devrede. NPN transistörlerde C bacağından E bacağına akımın gecebilmesi için, B bacağına akım uygulanması gerekiyordu.


Bunun için, bir butonu +5V hattından direnç yardımıyla transistörün  B bacağına bağladım.


Devremiz tamamlandı. Artık butona bastığımızda, B bacağına küçük bir akım uygulanacak ve bu da C bacağından E bacağına akım geçmesini, dolayısıyla da LED’in yanmasını sağlayacak.


20201104_134141.jpg


Transistörlerin çalışma mantığını anlatmak için basit bir devre kullandım, bu basit devre ise LED açıp kapatmaktan ibaret. Bu noktada, doğal olarak “Neden karmaşık bir devre yerine buton kullanmıyoruz?” benzeri bir soru sorabilirsiniz. Bu noktada uzun uzun açıklamak yerine, Robotistan’ın konuyla alakalı yaptığı yazının, birçok TÜrkçe kaynaktan daha anlaşılır ve zengin olduğunu fark ettim. Dolayısıyla o makaleye göz atabilirsiniz. :)


[URL unfurl=”true”]https://maker.robotistan.com/transistor-nedir/[/URL]


Logic Gate


Logic Gate ya da Mantık kapısı, tek bir binary çıktı üreten, bir veya daha fazla binary giriş üzerinde gerçekleştirilen, mantıksal Boolean mantığını uygulayan, fiziksel elektronik cihazlardır.


Mantık kapıları, genellikle elektronik anahtarlar olarak işlev gören diyotlar veya transistörler kullanılarak uygulanır. Ancak aynı zamanda vakum tüpleri, elektromanyetik röleler (röle mantığı), akışkanlar, pnömatikler, optikler, moleküller ve hatta mekanik elemanlar kullanılarak da oluşturulabilir. Amplifikasyon ile mantık kapıları, Boolean fonksiyonlarının oluşturulabileceği şekilde basamaklandırılabilir, böylece Boolean mantığının ve dolayısıyla Boolean mantığıyla tanımlanabilen tüm algoritmaların ve matematiğin fiziksel bir modelinin oluşturulmasına izin verilir.


Mantık devreleri, 100 milyondan fazla gate içerebilen mikroişlemcileri, yazmaçlar, aritmetik mantık birimleri (ALU’lar) ve bilgisayar belleği gibi cihazları içerir. Modern uygulamalarda, çoğu logic gate MOSFET’lerden (metal oksit-yarı iletken alan etkili transistörler) yapılır.


Logic Gate’ler için işlemcilerin temeli diyebiliriz kısaca. Lise’de görmeye başladığımız Mantık dersi, Boolean matematiğinin temelidir diyebiliriz sanırım. “ve, veya, ya da, ise, değil” gibi önermeler, logic gatelerin temelini oluşturmaktadır.


Konu, çok detaylı. Bu nedenle fazla detaya girmek ve karman çorman olmak istemiyorum. Bu konuda, özellikle yabancı makaleler ile daha detaylı bilgiler edinebilirsiniz. Konunun sonuna da birkaç makale bırakacağım. :)


Logic Gate ve Transistörler


Transistörlerin, logic gateleri dizayn etmekte ve oluşturmakta kullanıldığından bahsetmiştik. Bu konuda da, örnek bir devreyle bunu size aktarmak istiyorum.


20201104_140152.jpg


Yukarda kurduğum transistör devresine benzer bir şekilde, iki transistör ve bir LED kullanarak bir devre oluşturdum. İki transistör olduğundan, her transistörü kontrol etmek için bir buton daha ekledim.


Logic Gate’lerde temel mantık, transistörün yaptığı gibi belli koşullar sağlandığında, akımın geçmesine izin vermektir. Bu koşullar ise, yukarıda verdiğim Boolean mantığıyla belirlenir. Aslında programlamada sıkça kullanılan mantık operatörlerinin fiziksel halleri de diyebiliriz. :)


Devremde, AND (VE) ifadesini simüle etmeye çalıştım. Bunu bir grafikle göstermem gerekirse:


logicand.jpg


Kabaca, ana devreden akımın geçebilmesi için, iki transistöre de akım uygulanması gerekiyor. Devremi kendi çizimimle kabaca ifade etmeye çalıştım ama aynı mantıktaki çoğu devre böyledir:


20201104_153030_2.jpg


Devrede bulunan anahtarlara tek başına basarsak LED yanmayacak, zira koşul sağlanmamış olacak:


20201104_140257.jpg


20201104_140303.jpg


Ancak iki butona da aynı anda basarsak koşul sağlanmış olacak, akımın geçmesine izin verilecek ve LED yanacaktır:


20201104_140314.jpg


AND (VE) gate, logic gatelerden sadece bir tanesi. Farklı sayıda transistörler kullanarak ve belirli bir düzende bağlayarak, farklı logic gateler oluşturmak mümkün. Devre şemalarında logic gateleri gösterirken özel semboller kullanırız, transistörleri tek tek çizmeye çalışmayız. Belli başlı semboller ise:


Summary-of-the-common-Boolean-logic-gates-with-symbols-and-truth-tables.png


Elimden geldiğince logic gate kavramını sizlere aktarmaya çalıştım. İşlemcilerin temelini oluşturan bu sistemi anlamak, işlemcileri anlamak için önemli olabiliyor.


Yazıda eksik kalmış, yüzeysel geçilmiş ya da hatalı yerler elbet bulunabilir. Konuyu hem yüzeysel geçmeden, hem de derinlemesine girip karman çorman bir tablo çıkarmadan açıklamaya çalıştım. Kurduğum iki devre ise bana ait ya da benim bulduğumd evreler değil. Temel ve bu konuları örnek gösterirken bolca kullanılan devreler. Dolayısıyla benzer devreleri başka kaynaklarda da görebilirsiniz.


Sorularınızı ve önerilerinizi, eklemek istediğiniz noktaları paylaşırsanızı sevinirim.


Okuduğunuz için teşekkürler. 


Makaleler:


[URL unfurl=”true”]https://en.wikipedia.org/wiki/Logic_gate[/URL]


[URL unfurl=”true”]https://tr.wikipedia.org/wiki/Boole’ca[/URL]


[URL unfurl=”true”]https://tr.javascript.info/logical-operators[/URL]


[URL unfurl=”true”]https://en.wikipedia.org/wiki/Logic_gate[/URL]


[URL unfurl=”true”]https://tr.wikipedia.org/wiki/Boole_cebiri[/URL]


[URL unfurl=”true”]https://en.wikipedia.org/wiki/MOSFET[/URL]


[URL unfurl=”true”]https://en.wikipedia.org/wiki/Transistor[/URL]


[URL unfurl=”true”]http://www.ee.surrey.ac.uk/Projects/Labview/gatesfunc/[/URL]

Tarih:Uncategorized