DENEY 1:JFET TRANSİSTÖR VE KARAKTERİSTİKLERİ

Transkript

1 DENEY 1:JFET TRANSİSTÖR VE KARAKTERİSTİKLERİ Alan Etkili Transistör (FET) Alan etkili transistörler 1 bir elektrik alanı üzerinde kontrolün sağlandığı bir takım yarıiletken aygıtlardır. Bunlar iki çeşittir: Eklem Alan Etkili Transistör (kısaca JFET veya basitçe FET) transistörler ve Yalıtılmış Geçitli Alan Etkili Transistör (IGFET) veya çoğu zaman adlandırıldığı şekli ile Metal Oksit Yarıiletken Transistor (kısaca MOS, MOST veya MOSFET olarak yazılırlar) 2. Bunların çalışma prensiplerini ve karakteristiklerini bu bölümde öğreneceğiz. FET transistör iki kutuplu eklemli transistörlerden (junction bipolar transistors) aşağıda belirtilen karakteristikler bakımından farklıdır: 1. Tek kutuplu aygıttır (yalnızca bir tip akım taşıyıcı). 2. Yapımı daha basittir ve entegre şekilde az yer kaplar. 3. Giriş empedansı büyüktür (Megaohm kademelerinde). 4. İki kutuplulara nazaran düşük gürültü üretir. 5. Akım geçişi sıfır olduğunda kompanse voltajı yoktur. Bu nedenle mükemmel bir sinyal kırpıcıdır. Klasik transistörlerle karşılaştırıldıklarında temel dezavantajları küçük kazanç bantlı olmalarıdır. Yani bunlarda kazancın en büyük değerinin belirli bir yüzdesinden fazla değişmediği frekans aralığı dardır. 1) Şekil Şekil de bir n-kanal alan etkili transistörün yapısı görülüyor. İngilizce Junction Field Effect Transistor (JFET) kelimelerinin ilk harfleriden yapılan kısaltma. 2) İngilizce Metal Oxyde Semiconductor Transistor (MOSFET) kelimelerinin ilk harflerinden yapılan kısaltma.

2 Kaynak. S ile gösterilen kaynak, yük taşıyıcıların çoğunun n kanalına girdikleri terminaldir. Buradan giren akımı I S ile gösteriyoruz. Boşalım. D ile gösterilen boşaltma, yük taşıyıcıların çoğunun n kanalından çıktıkları terminaldir. D terminalinden geçen olağan akımı I D ile gösteriyoruz. Kaynak ile boşalım arasındaki potansiyel farkı V SD ile göstereceğiz. D, S den daha pozitif ise V SD de pozitiftir. Geçit. Sekil de n-kanalının her iki yanında farklı bir bölge görülüyor. Bunlar p + katkı alıcılarını (bir p tip yarı iletkende bir deliği saldıktan sonraki iyonlaşmış negatif yüklü hareketsiz atomlar) alaşımlama, yayınım (difüzyon) veya p-n ekleminin yapımında kullanılan yollardan biri vasıtasıyla kuvvetle katkılayan bölgelerdir. G ile gösterilen bu katkılı bölgelere geçit diyoruz. Geçit ile kaynak arasına p-n eklemini ters polarize eden yönde, bir V GS = V GG potansiyel farkı uygulanır. G den giriş yapan olağan akım, I G ile gösterilmiştir. Kanal. İki geçit bölgesinin arasındaki n tip malzemeden yapılmış ve yük taşıyıcılarının kaynaktan boşalıma taşındığı alandır. Bakınız şekil FET transistörlerin karakteristikleri Şekil de FET transistörün klasik kutuplanması, devresi ve simgesel gösterimi yer almaktadır. FET ekleminin geçitindeki ok başı geçit ekleminin doğru polarize edilmesi durumundaki akım yönünü göstermektedir. Şekil de ortak kaynaklı bir yapılanmada n-tip kanal malzemeli bir FET için boşalım karakteristiği verilmiştir. Burada I D, V SD nin fonksiyonu olarak gösterilirken, V GS bir parametre olarak alınmıştır. R1 I G J2N3819 I D + V DS V GG + V GS - - V DD Şekil 5.2.1

3 Şekil Karakteristiklerin neden bu şekilde gösterildiğinin daha iyi anlaşılması için V GS =0 durumunu ele alacağız. I D = 0 için eklemlerin arasındaki kanal tamamen açıktır. Ufak bir besleme voltajı V DS uygulanırsa, aygıt n tip yarıiletken gibi davranacak, I D doğrusal olarak (V DS arttıkça) artacaktır. Akımdaki artışla kaynak ile kanal arasındaki bölgede olan direnil voltaj düşmesi eklemi ters yönde polarize eder. Bunun etkisi ile kanalın iletken bölgesi daralır. Kanalın kendi üzerinde oluşan direnil voltaj düşmesi ne bağlı olan daralma her noktada aynı değilse de kaynaktan uzaklaştıkça daha belirginleşir. V DS nin belirli bir değere ulaşması halinde kanal tamamen daralır. Bu voltajın şekil de tam olarak tanımlanmamış olmasına karşılık bu değere ulaşıldığında I D nin sabit bir değere yaklaşmaya başladığı görülmektedir. Ancak, küçük V DS değerleri için her karakteristik eğrisinde I D nin V DS ile doğrusal arttığı bir direnil bölgenin mevcut olduğuna dikkat edin. Ayrıca tüm eğrilerde V DS nin büyük değerleri için I D nin V DS den çok az etkilediği sabit akım bölgelerinin olduğu da gözlenmektedir. Eğer ilave ters polarizasyon oluşacak şekilde bir V GS voltajı uygularsak, kanal V DS nin daha da küçük değerlerinde daralma yapacak, dolayısıyla bu durumda maksimum boşalım akımı daha küçük olacaktır. Bu durum şekil de yansıtılmaktadır. Şekilde, doğru polarizasyonla V GS =+0,5 V olan bir silisyum FET için de bir eğrinin bulunduğuna dikkat edin. n-kanallı bir FET de sıfır veya negatif geçit voltajına ve pozitif boşalım voltajına gerek olduğu şekil den görülebilmektedir. p-kanallı bir FET de ise ters kutuplu voltajlar gerekir. Her iki kanal terminali de kaynak olarak kullanılabilir. ÖN HAZIRLIK-1 Şekil deki devre Orcad de J2N3819 elemanı ile kurulacaktır. V DD gerilimi 0 dan 7 Volta 1 er Volt; V GG gerilimi 2 den 0 Volta -1 er Volt aralıklarla arttırılıp I d akımının grafiği çıkarılacaktır. R 1 direnci 10Ω seçilecektir. ÖZ HAZIRLIK-2 (Tek Sayfa) J2N3819 elemanının datasheeti incelenip içyapısı, elemanın bacakları(hangi uçlarının S G D olduğu) el ile çizilecektir. Board üzerinde, Şekil deki devre elemanlarının nasıl yerleştirileceği ve gerilimlerin nerelerden verileceğini gösteren; breadboardun ve devre elemanlarının teknik kurallarına uyan taslak çizimi el ile çizilecektir.

4 DENEYİN YAPILIŞI Öncelikle Şekil deki devreyi board üzerinde kurunuz. Kaynağın çıkışlarından biri V DD olarak diğeri de V GG olarak kullanılacaktır. V GG olarak kullanılacak kaynaktan negatif, V DD olarak kullanılacaktan pozitif gerilim gelmesini istiyoruz. Bunun için güç kaynağının 2 çıkışını kullanacağız. Görüleceği üzere kaynakta 8 çıkış bulunmakta, sağdaki son 2 çıkış sabit gerilim kaynağıdır. Biz bunu kullanmayacağız. Diğer 6 çıkış bizim için yeterli olacaktır. Soldan ilk 3 çıkışın + ucunu V DD, ikinci üçlü çıkışın - ucunu da V GG olarak kullanacağız. İkinci üçlü çıkışın + ucu ile ilk üçlünün - ucunu birleştiriyoruz. Daha sonrada ilk üçlünün ortasındaki toprak çıkışı ile bunları birleştiriyoruz. Bu şekilde devremizde kullanacağımız toprak bağlantısını da elde etmiş Bu toprak bağlantısına JFET in S ucu bağlanılacaktır. Devreye V GG ve V DD gerilimleri bağlandıktan sonra; (Not: Akımlar yüksek çıkabileceği için multimetrenin akım kademesinin en yüksek ayarda olduğuna ve akım ölçme bağlantılarının buna uygun olduğuna emin olun.) 1) V GG gerilimini 2 Volta getiriyoruz. Bu şekilde direk V GS gerilimini -2 Volta ayarlamış 2) V GG gerilimini 1 Volta getiriyoruz. Bu şekilde direk V GS gerilimini -1 Volta ayarlamış 3) V GG gerilimini 0 Volta getiriyoruz. Bu şekilde direk V GS gerilimini 0 Volta ayarlamış Bu şekilde tabloyu tamamen doldurmuş oluyoruz. V DS V GS Tablo I d Akım Tablosu

5 DENEY SONRASI SORU SORU: Deney sırasında bulduğunuz ölçüm sonuçlarından neye ulaşmaya çalıştığımızı nedenleriyle birlikte kendi cümlelerinizle yorumlayınız.