FET Karakteristikleri

8/3/2019 FET Karakteristikleri

1/131

Karadeniz Teknik niversitesi

Mhendislik Fakltesi * Elektrik-Elektronik Mhendislii Blm

Elektronik Anabilim Dal * Elektronik Laboratuar I

FET KARAKTERSTKLER

1. Deneyin Amac

JFET ve MOSFET transistrlerin alma prensiplerinin anlalmas.

DC parametrelerin nasl llebileceini renmek.

2. n Bilgi

FETler (Field Effect Transistor Alan Etkili Transistr) bir elektrik alan yardmyla akmn kontroledildii aktif elemanlardr. BJT transistrlerde olduu gibi FETlerde de terminal bulunmaktadr.

Terminal smi (Ksaltma) BJT Transistrdeki karl

Drain (D) Collector (C)

Gate (G) Base (B)

Source (S) Emmiter (E)

BJT transistrlerin aksine FETlerde Drain ve Source terminalleri arasnda akan akm Gateterminalinden uygulanan voltaja bal olarak deitirilir.

FETlerin alma prensipleri farkl olduu iin BJT transistrlere gre baz avantaj ve dezavantajlarbulunmaktadr.Bunlar aadaki tablodaki gibi zetlenebilir.

Field Effect Transistor (FET) Bipolar Junction Transistor (BJT)

1 Dk voltaj kazanc Yksek voltaj kazanc

2 Yksek akm kazanc Dk akm kazanc

3 ok yksek giri empedans Dk giri empedans

4 Yksek k empedans Dk k empedans5 Dk grlt seviyesi Daha yksek grlt seviyesi

6 Hzlanahtarlama zaman Daha yava anahtarlama zaman

7 Statik elektrikten kolay etkilenme Statik elektrie kar dayankl

8 Voltaj kontroll Akm kontroll

9 Daha pahal Ucuz


2/13

2

FET Transistrler aadaki ekilde gsterildii gibi iki fakl trde guruplandrlabilirler:

Deney boyunca n-kanall JFET ilenecek olduundan bu transistrlerin alma prensipleri n-kanallJFET zerinden ilenecektir. p-kanall JFETin almas n-kanall JFETin almas ile ayn olupbeslemelerin polariteleri ile N ve P maddelerin yerleri deimektedir.

2.1 n-kanall JFET

JFET (Junction Field Effect Transistor Eklemli Alan Etkili Transistr) n-kanall ve p-kanall olmak zereikiye ayrlr. n-kanall JFETlerde akm tayclar elektronlar, p-kanall JFETlerde ise elektrondelikleridir.

Yukardaki ekilde n-kanall bir JFETin i yaps ve devre simgesi gsterilmektedir. n-kanall ismi,

Drain-Source akmnn n tipli maddeden oluan bir kanaldan akmas dolaysyla verilir.


3/13

3

2.1.1 n-kanall JFETin alma Prensibi

Bu ekilde n-kanall bir JFETin almaprensibini anlamak iin oluturulmu bir devre

ve bu devreye ilikin VDS - ID grafii

gsterilmektedir. ekilden de grld zere,

diyotlarda olduu gibi p-n eklem blgesiboyunca bir fakirlik blgesi olumaktadr.

Balangta Drain akm ve Drain-Source voltajarasnda dorusal bir iliki olmaktadr. Bu

blgeye linear ya da ohmic blge ad

verilmektedir.

VDS voltaj arttka fakirlik blgesi Drain ucuna

doru genilemeye balar.

ID akm artk VDS ile doru orantl olarak artmaz

nk fakirlik blgesi,artan voltaja bal olarak

genilemi ve akm kanal belli bir dengenoktasna kadar daralmtr. Bu blgeye

saturasyon ya da doyum blgesi , maksimum

akan akma da IDSS akm denilmektedir.


4/13

4

Saturasyon blgesinde ID akm VGS

voltajna bal olarak Denklem 1dekiformle gre hesaplanabilir.JFETin Saturasyon blgesinde olma koulu ise yle tanmlanmaktadr:

(Denklem 1)

Saturasyon blgesinde eer VGS voltajn negatif

ynde artrrsak,Source ucundaki kanal biraz daha

daralr. Bu da kanal direncini artrr ve Drainakmn drr.

VGS voltaj kesim voltaj olan VP deerine eit veyadaha negatif olduunda, fakirlik blgesi

tamamyla kanal kapatana kadar genilemi olur

ve IDakmakamaz.

2)1(

P

GS

DSSD

V

VII =

PGSDS

GSP

VVV

VV

>


5/13

5

Aadaki grafikte ise Denklem 1e ait eri grlmektedir. alma noktasndaki VGS deerine balolarakhesaplanabilecek olan eim bize iletkenlik deeri olan gmsabitini verecektir. gm

; BJT transistordeki olarak dnlebilir.

gm parametresinin birimi veyaSiemens olur.

=

P

GS

P

DSSm

V

V1

V

2Ig (Denklem 2)

2.2 n-kanall Enhancement MOSFET

MOSFET (Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor Metal Oksit Yariletkenli Alan EtkiliTransistr) transistrler JFETler ile benzer mantkla alrlar. Farkl olan taraflar ise Gate ularnnok ince bir Silikon yar-iletken (SiO2) tabakasyla transistor n geri kalanndan ayrlm olmasdr. Busayede JFETlere oranla ok daha yksek bir giri empedansna sahip olurlar. Tipik olarak 1012-1015

ohm mertebesinde bir empedanslar vardr. Bylece giri akmlar da piko amper seviyelerine der.

ok yksek giri empedansna sahip olan MOSFETler statik elektrikten ok kolayetkilenebilmektedirler. Bu nedenle kullanm esnasnda terminallerine elle temastan kanlmaldr.Aksi takdirde insan vcudunda biriken elektrikle kolayca bozulabilirler.

Daha nce de belirtildii gibi MOSFETler enhancement (oalan) ve depletion (azalan) tipolmak zere iki alt guruba ayrlabilirler. Enhancement tip MOSFETlerin alma biimi nkanallrnek zerinden aada anlatlmtr. Takip eden blmde ise depletion tip MOSFETlere ksacadeinilmitir.

1


6/13

6

Aada MOSFETlere ait devre simgeleri gsterilmitir.

p-kanall enh. MOSFET n-kanall enh. MOSFET p-kanall depl. MOSFET n-kanal depl. MOSFET

Aada ise n-kanall bir enhancement MOSFETin almas adm adm anlatlmtr.

Drain ve Source arasndaki kanaln iletkenlii

Gate ucuna uygulanan voltaj ile kontroledilmektedir.

Gate ucuna uygulanan voltaj ile oluturulanelektrik alan kanaln iletkenliini ayarlamadakullanlr.

VDSvoltajnn artmasnn tek etkisi fakirlik

blgesinin genilemesi olacaktr.


7/13

7

VGSvoltajn artrarak elde edilen elektrik alan,ptipli madde ierisindeki pozitif ykl atomlariter, negatif ykl atomlar eker, ayn zamandan tipli madde ierisindeki serbest elektronlareker. VGSvoltaj VTvoltajndan byk olduuzaman, n-tipli bir kanal Drain ve Source arasndaoluturulmu olur

Daha byk bir VGSvoltaj, kanaldaki serbest

elektronlarn saysn artrr. Bunun sonucuolarakda evirme blgesi geniler.


8/13

8

Enhancement MOSFET'in kabaca alma blgesi vardr:

1. Kesim : Gate-Source gerilimi, eik geriliminden dk olduunda, , Sourceakm sfra ok yakndr ve yaklak olarak sfr alnr .

2. Dorusal : Drain-Source gerilimi Gate-Source gerilimi ile eik gerilimi arasndaki farktan dahadk olduunda;

3. Saturasyon : Gate-Source gerilimi, eik geriliminden yksek yani ve Drain-Source gerilimi, Gate-Source gerilimi ile eik gerilimi arasndaki farktan daha yksek

olduunda, .

Genilemi evirme blgesi sayesinde kanalndirenci dm olur bylece VDSvoltajna balolarak bu kanaldan IDakm akacaktr.

Artk MOSFET Saturasyon blgesine girmitir. Bublgede IDakm VDSvoltajndan bamszdr veVGSvoltajna bal olarak deiir.


9/13

9

Saturasyon blgesinde IDile kap gerilimi arasndaki iliki kabaca aadaki formlle verilir.

2

ThGS )V-K(VI =D (Denklem 3)

Bu denklemde Kdeeri, MOSFETin yapsna ilikin bir deer olup tipik olarak 0,3 mA/V2deerindedir.VGS= 0 Volt durumunda hi Drain akm akmayacandan IDSSdeeri de olmayacaktr. Aadaki grafikSaturasyon durumunda ID-VGSdeiimini gstermektedir.

2.3 n-kanall Depletion MOSFET

Fiziksel olarak farkl yaplara sahip olmalarna karn JFET vedepletion tipi MOSFETler ayn karakteristik zellikleresahiptirler

Yandaki ekilde p-tipi depletion MOSFET yaps gsterilmitir.Bu tip transistrlerde gvdeyi oluturanp-tipi maddenin uygunyerlerinde N tipi blgeler oluturulmu ve aralarna ince birkanal yerletirilmitir. Bu yapnn st silikon oksit tabakas iletamamen kaplanmtr. N-maddesinden karlan ular Drain veSource olarak adlandrlr ve silikon tabakalarndan delik alarakmetalik irtibatlar salanr. D ve S ular, N-tipi blge ile dorudan irtibatl olduu halde G ucuyariletkenden yaltlm haldedir. Burada G ucuna uygulanan gerilim sfr volt olduunda D ve S ulararasnda belirli bir akm akar.

nk D ve S birbiriyle irtibatldr. G terminaline (+) gerilim uygulandnda, N -tipi maddeler arasndamevcut olan kanal genileyeceinden D-S arasndan geen akm artar. G terminaline (-) gerilimuygulandnda kanal daralarak akm azalr. G 'ye uygulanan gerilim ile kanaldan geen akm kontroledilir. n-kanall depletion MOSFET 'te G ile S (-), D (+) polaritedir.

2

ThGS )V-K(VI=

D

ID

VGSVTh


10/13

10

Depletion MOSFET 'te G voltaj sfr iken D akm vardr. G 'ye uygulanan (-) voltajla kanal iletkenliiazalmakta, kanal direnci artmakta dolaysyla kanaldan geen akm azalmaktadr. Kanal iletkenliidolaysyla akm azald iin depletion (azalan tip) MOSFET olarak adlandrlr.

Aadaki grafiklerde bu transistrlerin karakteristik erileri gsterilmitir.

JFETlerde olduu gibi depletion MOSFET transistrlerde de D-S akm

2

P

GS )V

V-(1II

DSSD=

formlyle hesaplanr. ekilden de grld zere VGSdeeri bu tip transistrlerde pozitif blgedeolabilmektedir.


11/13

11

3 Deneyin Yapl:

KL-23004 Deney ModlMultimetreBalant KablolarAmpermetre (mA)

4 Deneyin Yapl:

4.1 Idss lm

ekildeki devreyi klips ve ( gerekiyorsa ) kablolar yardmyla oluturun. Tabloda istenendeerleri lerek tabloya kaydedin. Tablodaki deerler yardmyla da ID-VDS grafiini izin.

Sonu : IDSS

=

VDD 3V 4V 5V 7V 9V 12V 15V 18V

VDS

IDSS

VDS

ID

3-18 V

AA mA

R6 1K

A


12/13


13/13

4.3 VP

lm

ekilde gsterilen devreyi klips ve (gerekiyorsa) kablolar yardmyla oluturun. Daha sonra VR4direncini ID akm sfr olacak ekilde ayarlayn. Bu ayarlamay yaparken eer mmknseampermetrenin hassasiyetini A mertebesine getirin. ID akm sfr olduu anda VGS voltajn

ln. Denklem 1in yardmyla ID=0 iken llen VGSvoltaj bize VP

deerini verecektir.

VP

=

Sonu: ID akmnn llmesi esnasnda dikkat edilmesi gereken noktalar nelerdir yaznz:

Ayn devreyi kullanarak IDSS akmn nasl lebiliriz?

R6 1K

1M

VR4

12V

12V

A

FET Karakteristikleri

Documents

Transcript of FET Karakteristikleri