1 Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Elektronik Anabilim Dalı Elektronik I Dersi Laboratuvarı FET KARAKTERİSTİKLERİ ve DC ANALİZİ 1. Deneyin Amacı JFET ve MOSFET transistörlerin çalışma prensiplerinin anlaşılması. DC parametrelerin nasıl ölçülebileceğini öğrenmek. 2. Ön Bilgi FET’ler (Field Effect Transistor – Alan Etkili Transistör) bir elektrik alan yardımıyla akımın kontrol edildiği aktif elemanlardır. BJT transistörlerde olduğu gibi FET’lerde de üç terminal bulunmaktadır. Terminal İsmi (Kısaltma) BJT karşılığı Drain (D) Collector (C) Gate (G) Base (B) Source (S) Emmiter (E) BJT transistörlerin aksine FET’lerde Drain ve Source terminalleri arasında akan akım Gate terminalinden uygulanan voltaja bağlı olarak değiştirilir. FET’lerin çalıma prensipleri farklı olduğu için BJT transistörlere göre bazı avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır. Bunlar aşağıdaki tablodaki gibi özetlenebilir. Field Effect Transistor (FET) Bipolar Junction Transistor (BJT) 1 Düşük voltaj kazancı Yüksek voltaj kazancı 2 Yüksek akım kazancı Düşük akım kazancı 3 Çok yüksek giriş empedansı Düşük giriş empedansı 4 Yüksek çıkış empedansı Düşük çıkış empedansı 5 Düşük gürültü seviyesi Daha yüksek gürültü seviyesi 6 Hızlı anahtarlama zamanı Daha yavaş anahtarlama zamanı 7 Statik elektrikten kolay etkilenme Statik elektriğe karşı dayanıklı 8 Voltaj kontrollü Akım kontrollü 9 Daha pahalı Ucuz
13
Embed
Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi ...eee.ktu.edu.tr/labs/elektronik/elektronik1/D5 FET... · Aağıdaki grafiklerde bu transistörlerin karakteristik eğrileri
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
Karadeniz Teknik Üniversitesi
Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
Elektronik Anabilim Dalı Elektronik I Dersi Laboratuvarı
FET KARAKTERİSTİKLERİ ve DC ANALİZİ
1. Deneyin Amacı
JFET ve MOSFET transistörlerin çalışma prensiplerinin anlaşılması.
DC parametrelerin nasıl ölçülebileceğini öğrenmek.
2. Ön Bilgi
FET’ler (Field Effect Transistor – Alan Etkili Transistör) bir elektrik alan yardımıyla akımın kontrol
edildiği aktif elemanlardır. BJT transistörlerde olduğu gibi FET’lerde de üç terminal bulunmaktadır.
Terminal İsmi (Kısaltma) BJT karşılığı
Drain (D) Collector (C)
Gate (G) Base (B)
Source (S) Emmiter (E)
BJT transistörlerin aksine FET’lerde Drain ve Source terminalleri arasında akan akım Gate
terminalinden uygulanan voltaja bağlı olarak değiştirilir.
FET’lerin çalıma prensipleri farklı olduğu için BJT transistörlere göre bazı avantaj ve dezavantajları
bulunmaktadır. Bunlar aşağıdaki tablodaki gibi özetlenebilir.
Field Effect Transistor (FET) Bipolar Junction Transistor (BJT)
1 Düşük voltaj kazancı Yüksek voltaj kazancı
2 Yüksek akım kazancı Düşük akım kazancı
3 Çok yüksek giriş empedansı Düşük giriş empedansı
4 Yüksek çıkış empedansı Düşük çıkış empedansı
5 Düşük gürültü seviyesi Daha yüksek gürültü seviyesi
6 Hızlı anahtarlama zamanı Daha yavaş anahtarlama zamanı
7 Statik elektrikten kolay etkilenme Statik elektriğe karşı dayanıklı
8 Voltaj kontrollü Akım kontrollü
9 Daha pahalı Ucuz
2
FET Transistörler aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi iki faklı türde guruplandırılabilirler:
Deney boyunca n-kanallı JFET işlenecek olduğundan bu transistörlerin çalışma prensipleri n-kanallı
JFET üzerinden işlenecektir. p-kanallı JFET’in çalışması n-kanallı JFET’in çalışması ile aynı olup
beslemelerin polariteleri ile N ve P maddelerin yerleri değişmektedir.
2.1 n-kanallı JFET
JFET (Junction Field Effect Transistor – Eklemli Alan Etkili Transistör) n-kanallı ve p-kanallı olmak
üzere ikiye ayrılır. n-kanallı JFET’lerde akım taşıyıcıları elektronlar, p-kanallı JFET’lerde ise elektron
delikleridir.
Yukarıdaki şekilde n-kanallı bir JFET’in iç yapısı ve devre simgesi gösterilmektedir. n-kanallı ismi,
Drain-Source akımının n tipli maddeden oluşan bir kanaldan akması dolayısıyla verilir.
3
2.1.1 n-kanallı JFET’in Çalışma Prensibi
Bu şekilde n-kanallı bir JFET’in çalışma prensibini anlamak için oluşturulmuş bir devre ve bu devreye ilişkin VDS - ID grafiği gösterilmektedir. Şekilden de görüldüğü üzere, diyotlarda olduğu gibi p-n eklem bölgesi boyunca bir fakirlik bölgesi oluşmaktadır.
Başlangıçta Drain akımı ve Drain-Source voltajı arasında doğrusal bir ilişki olmaktadır. Bu bölgeye linear ya da ohmic bölge adı verilmektedir. VDS voltajı arttıkça fakirlik bölgesi Drain ucuna doğru genişlemeye başlar.
ID akımı artık VDS ile doğru orantılı olarak artmaz çünkü fakirlik bölgesi, artan voltaja bağlı olarak genişlemiş ve akım kanalı belli bir denge noktasına kadar daralmıştır. Bu bölgeye saturasyon ya da doyum bölgesi , maksimum akan akıma da IDSS akımı denilmektedir.
4
Saturasyon bölgesinde ID akımı VGS voltajına bağlı olarak Denklem 1’deki formüle göre
hesaplanabilir. JFET’in Saturasyon bölgesinde olma koşulu ise şöyle tanımlanmaktadır:
(Denklem 1)
Saturasyon bölgesinde eğer VGS voltajını negatif yönde artırırsak, Source ucundaki kanal biraz daha daralır. Bu da kanal direncini artırır ve Drain akımını düşürür.
VGS voltajı kesim voltajı olan VP değerine eşit veya daha negatif olduğunda, fakirlik bölgesi tamamıyla kanalı kapatana kadar genişlemiş olur ve ID akımı akamaz.
2)1(P
GSDSSD
V
VII
PGSDS
GSP
VVV
VV
0
5
Aşağıdaki grafikte ise Denklem 1’e ait eğri görülmektedir. Çalışma noktasındaki VGS değerine bağlı
olarak hesaplanabilecek olan eğim bize iletkenlik değeri olan gm sabitini verecektir. gm ; BJT transistor
deki β olarak düşünülebilir.
gm parametresinin birimi veya Siemens olur.
P
GS
P
DSSm
V
V1
V
2Ig (Denklem 2)
2.2 n-kanallı Enhancement MOSFET
MOSFET (Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor – Metal Oksit Yarıiletkenli Alan Etkili
Transistör) transistörler JFET’ler ile benzer mantıkla çalışırlar. Farklı olan tarafları ise Gate uçlarının
çok ince bir Silikon yarı-iletken (SiO2) tabakasıyla transistor ün geri kalanından ayrılmış olmasıdır. Bu
sayede JFET’lere oranla çok daha yüksek bir giriş empedansına sahip olurlar. Tipik olarak 1012
-1015
ohm mertebesinde bir empedansları vardır. Böylece giriş akımları da piko amper seviyelerine düşer.
Çok yüksek giriş empedansına sahip olan MOSFET’ler statik elektrikten çok kolay
etkilenebilmektedirler. Bu nedenle kullanım esnasında terminallerine elle temastan kaçınılmalıdır.
Aksi takdirde insan vücudunda biriken elektrikle kolayca bozulabilirler.
Daha önce de belirtildiği gibi MOSFET’ler enhancement (çoğalan) ve depletion (azalan) tip
olmak üzere iki alt guruba ayrılabilirler. Enhancement tip MOSFET’lerin çalışma biçimi n—kanallı
örnek üzerinden aşağıda anlatılmıştır. Takip eden bölümde ise depletion tip MOSFET’lere kısaca
değinilmiştir.
1
6
Aşağıda MOSFET’lere ait devre simgeleri gösterilmiştir.
Aşağıda ise n-kanallı bir enhancement MOSFET’in çalışması adım adım anlatılmıştır.
Drain ve Source arasındaki kanalın iletkenliği Gate ucuna uygulanan voltaj ile kontrol edilmektedir. Gate ucuna uygulanan voltaj ile oluşturulan elektrik alan kanalın iletkenliğini ayarlamada kullanılır.
VDS voltajının artmasının tek etkisi fakirlik bölgesinin genişlemesi olacaktır.
7
VGS voltajını artırarak elde edilen elektrik alan, p tipli madde içerisindeki pozitif yüklü atomları iter, negatif yüklü atomları çeker, aynı zamanda n tipli madde içerisindeki serbest elektronları çeker. VGS voltajı VT voltajından büyük olduğu zaman, n-tipli bir kanal Drain ve Source arasında oluşturulmuş olur
Daha büyük bir VGS voltajı, kanaldaki serbest elektronların sayısını artırır. Bunun sonucu olarak da evirme bölgesi genişler.
8
Enhancement MOSFET'in kabaca üç çalışma bölgesi vardır: