Deney 2: FET in DC ve AC Analizi

Transkript

1 Deneyin Amacı: Deney 2: FET in DC ve AC Analizi FET in iç yapısının öğrenilmesi ve uygulamalarla çalışma yapısının anlaşılması. A.ÖNBİLGİ FET (Field Effect Transistr) (Alan Etkili Transistör) FET yarıiletken bir elektrnik devre elemanıdır. BJT de lduğu gibi üç ucu bulunur. FET çeşitleri FET JFET MOSFET N KANAL ÇOĞALAN TİĞ (DEMOSFET) AZALAN TİP (EMOSFET) P KANAL N KANAL N KANAL P KANAL P KANAL CMOS JFET (JUNCTION FET) (Birleşim FET)ve MOSFET (Metal Oxside Semicnductr FET) (Metal Oksit yarıiletken FET) iki tip alan etkili transistördür. Her ikisi de N kanal ve P kanal larak üretilirler. N kanallı JFET lerde iletim elektrnlarla, P kanallı JFET lerde ise iletim yuklarla gerçekleştirilir. JFET ler BJT lerin kullanıldığı her yerde kullanılabilir. JFET in BJT yerine tercih edilmesinin genel larak avantajları vardır. JFET ve BJT özelliklerinin karşılaştırılması Tabl 2.1 den görülebilir. Field Effect Transistr (FET) Biplar Junctin Transistr (BJT) Düşük vltaj kazancı Yüksek vltaj kazancı Yüksek akım kazancı Düşük akım kazancı Çk yüksek giriş empedansı Düşük giriş empedansı Yüksek çıkış empedansı Düşük çıkış empedansı Düşük gürültü seviyesi Daha yüksek gürültü seviyesi Hızlı anahtarlama zamanı Daha yavaş anahtarlama zamanı Statik elektrikten klay etkilenme Statik elektriğe karşı dayanıklı Vltaj kntrllü Akım kntrllü Daha pahalı Ucuz Tabl 2.1 : FET-BJT karşılaştırılması Sayfa Tplam Sayfa - 6 -

2 Şekil 2.1: a) n kanal JFET içyapısı b) p kanal JFET içyapısı c)n kanal JFET simgesi d)p kanal JFET simgesi JFET ler BJT ler, diytlar gibi yarıiletken malzemelerden üretilmiştir. N kanal JFET iki p tipi madde arasına n tipi madde knularak elde edilir. N kanal JFET in fiziksel yapışı şekilde gösterilmiştir. D-S arasına bir gerilim uygulanırsa kanaldan geçen akım kanalın mik direncine bağlıdır. Bu direnç R DS = g. l A g: özgül direnç l: kanal uzunluğu A: kanal kesit alanı frmülüyle hesaplanır. V DS >0 gerilim uygulanırsa D ile G arası p-n eklemi luşur. V DS 0 ise eklem tıkama yönünde kutuplaştırılmış lur, bu durumda; V GS değerine bağlı larak taşıyıcılardan arındırılmış bölge genişleyerek kanalın kesit alanını (A) küçültür. Omik direnç artar. D-S arası akan akım azalır. V GS değeri daha artırılarak taşıyıcılardan arındırılmış bölge daha da genişler, kanalın kesitini akım geçemeyecek kadar küçültür. Bu durumda I D akımı sıfır lur. I D akımını sıfır yapan V GS gerilimine bğulma gerilimi denir ve V P ile gösterilir. Şekil 2.2 : n kanal JFET fiziksel yapısı V p = V GS (I D = 0 için) Sayfa Tplam Sayfa - 6 -

3 FET in kazanç sağlayabilmesi için dyma bilgesinde çalıştırılması gerekir. FET sadece tıkama yönündeki V GS gerilimiyle çalışır. V GS =0 G-S arasına uygulanabilen en büyük değerdir. Bu değerde I D artar ve V DS V P değerinde en yüksek seviyeye ulaşır. Buna I D nin dyma akımı denir ve I DSS ile gösterilir. I DSS = I D (V DS V P ve V GS = 0 için) Şekil 2.3: n kanal JFET çıkış karakteristiği Dyma bölgesi sınırı V DS =V GS +V P ile belirlenir. V GS ve V P gerilimi negatif lduğundan ikisinin farkı pzitif lur V DS V GS +V P lur. I D = I DSS V P 2. (V GS + V P ) 2 P kanallı JFET ise iki n tipi madde arasına p tipi madde eklenerek yapılır. Tüm akım ve gerilim yönleri n kanallı JFET in tersidir. Sayfa Tplam Sayfa - 6 -

4 FET in AC Analizi FET in Kuvvetlendirici Olarak Kullanılması FET ile kuvvetlendirici çalışmasında FET in AC eşdeğer devresi kullanılır ve devrenin analizi (girişçıkış dirençleri, gerilim kazancı gibi) bu sayede gerçekleştirilir. Şekil 2.4: FET AC eşdeğer devresi FET in iletkenlik sabiti g m, I D ve V GS deki değişimin ranı larak bulunabilir. g m = I D V GS diğer bir frmülle g m = 2I DSS [1 + V GS ] V p V p Şekil 2.5: g m 'nin giriş karakteristik eğrisi üzerindeki gösterimi Kazanç Yükselteç giriş empedansı Yükselteç çıkış empedansı : A V = V ut V in : R in = R G : R ut = R D = g m. R D Sayfa Tplam Sayfa - 6 -

5 B.DENEY ÖNCESİ ÇALIŞMASI a)fet in DC Analizi 1. Şekildeki devreyi benzetim prgramında kurunuz. BAT=0.25V ve 0.5V için I D,V GS ve V DS değerlerini ölçünüz. BAT I D V GS V DS 0.25V 0.50V 2. I D akımını sıfır yapan V GS değerini nt ediniz. Bu değer bğulma gerilimi larak adlandırılır ve V P ile gösterilir. I D =0A iken V P = V GS gerilimi sıfır iken I D akımının maksimum lduğu değeri nt alınız. Bu değer I DSS ile gösterilir. V GS =0V iken I DSS = 3. V G gerilimini değiştirerek V GS -I D grafiğini (geçiş karakteristiğini) milimetrik kâğıda çiziniz. Şekil 2.6: FET in DC Analizi V GS (-V BAT ) 0V -0.1V -0.2V -0.3V -0.4V -0.5V -0.75V -1V I D 4. V G gerilimi 0.25V ve 0.5V iken I D akımının değerini I D = I DSS V2. (V GS + V P ) 2 frmülüyle P ispatlayınız. 5. BF245A JFET e ait datasheet (katalg) bilgilerini bulunuz ve bacak bağlantılarını nt alınız. b)fet in AC Analizi Şekil 2.7 deki devre için; R G =1MΩ R S =200Ω R D =1.2kΩ I DSS =8mA V p =4V V GS =-0,94V g m, A v, R in, R ut değerlerini bulunuz (r d ihmal edilebilir). Şekil 2.7: FET yükselteç devresi Sayfa Tplam Sayfa - 6 -

6 C.DENEY ÇALIŞMASI a)fet in DC Analizi Şekil 2.6 daki devreyi labratuvarda bard üzerine kurunuz. 1. ve 2. işlem basamaklarını tekrarlayınız. Değerleri nt alınız. 1. BAT I D V GS V DS 0.25V 0.50V 2. I D =0A iken V P = V GS =0V iken I DSS = b)fet in AC Analizi Şekil 2.7 deki devreyi aşağıdaki eleman değerlerini kullanarak bard üzerine kurunuz. RD=4.7kΩ RG=10kΩ RS=680Ω C1=C2=C3=10µF VDD=15V Vin= 0.1 sin (2π1000t) 1.V GS değerini ölçü aleti yardımıyla bulunuz ve nt alınız. V GS = 2.Giriş ve Çıkış sinyallerini aşağıda ayrılan bölgeye ölçekli larak çiziniz. 3.FET Yükselteç deneyinde labratuvar snuçlarını temel alarak g m, R in ve R ut değerlerini ve kazancı hesaplayınız. (DC analiz ve AC analizde ölçtüğünüz verileri kullanınız) g m = R in = R ut = A V = Sayfa Tplam Sayfa - 6 -