ALAN ETKİLİ TRANİTÖRLER (JFET) BÖLÜM 8 8 Koular: 8.1 Ala Etkili Joksiyo Trasistör (JFET) 8. JFET Karakteristikleri ve Parametreleri 8.3 JFET i Polarmaladırılması 8.4 MOFET 8.5 MOFET i Karakteristikleri ve Parametreleri 8.6 MOFET i Polarmaladırılması 188
ANALO ELEKTRONİK- 8.1 ALAN ETKİLİ TRANİTÖR (JFET) Ala Etkili Trasistör (Field-Effect Trasistor); Biolar Joksiyo trasistörü tüm işlevlerii yerie getirebile fakat farklı yaı ve karakteristiklere sahi bir devre elemaıdır. Çoğulukla JFET veya FET olarak taımlaır veya isimledirilirler. JFET ler gerilim kotrollü devre elemalarıdır. Çeşitli alt grulara da ayrıla ala etkili trasistörler, kaal tilerie göre kaal ve kaal olmak üzere iki tite üretilirler. Bu Bölümde; JFET i temel yaısıı, sembolüü, özelliklerii ve temel çalışma resilerii iceleyeceğiz. Ala Etkili Trasistör (JFET), 3 uçlu bir gru yarıiletke devre elemaıı geel adıdır. Bu grutaki trasistörler kedi aralarıda bir takım kategorilere ayrılır ve isimledirilirler. Ala etkili trasistörleri üretim tileri ve çeşitleri şekil-8.1'de tablo halide verilmiştir. İlerleye bölümlerde her bir ti ayrıtıları olarak iceleecektir. ALAN ETKİLİ TRANİTÖRLER (JFET ) JFET MOFET N KANAL P KANAL ÇOĞALTAN TİP (EMOFET) AZALTAN TİP (E-MOFET) N KANAL P KANAL N KANAL P KANAL CMO Şekil-8.1 Ala ekili tasistörleri (JFET) Tileri Ala etkili trasistör; Joksiyo FET (JFET) veya metal oksitli yarı iletke JFET (MOFET) olarak yaılır ve isimledirilir. Her iki ti trasistörü de kaallı ve kaallı olmak üzere iki tite üretimi yaılır. N kaallı JFET'lerde iletim elektrolarla, P kaallı JFET lerde ise oyuklarla sağlaır. FET'leri yaımları basit ve ekoomik olduklarıda dolayı oldukça çok kullaım alaı bulmuşlardır. JFET leri biolar trasistörlere göre öemli farklılıkları vardır. JFET ile BJT leri Karşılaştırılmaları JFET'i giriş ve çıkış emedası çok yüksektir. Bu emedası değeri birkaç mega ohm'da yüzlerce mega ohma a kadar çıkabilir. Fakat çalışma frekasları yükseldikçe emedasları azalır. MOFET'i giriş emedası JFET'e azara daha büyüktür. BJT i giriş ve çıkış emedası JFET'te küçüktür. Bu farklılık BJT yerie JFET'i; JFET yerie de BJT'i kullaılamayacağıı gösterir. JFET'i çalışması sadece çoğuluk akım taşıyıcılarıı akışıa bağlıdır. Tek ti taşıyıcılı bu elemaa uiolar trasistör adı da verilir. 189
ANALO ELEKTRONİK- JFET'i gürültü seviyesi biolar trasistörlere azara azdır. Bu edele FET, alçak ve yüksek frekaslarda kullaılabilir. JFET, iyi bir siyal kırıcı olarak çalışır. JFET'i sıcaklık kararlılığı daha iyidir. ıcaklık değişimleride ek etkilemez. JFET'i radyasyo etkisi yoktur ve radyasyoda az etkileir. JFET'i BJT ye göre sakıcası; kazaç-bat geişliği çarımıı (geçiş frekası-kazacı bire düştüğü frekas) biolar trasistörle elde edilebilee kıyasla küçük olmasıdır. JFET'i Yaısı ve embolü JFET'ler; N kaallı ve P kaallı olmak üzere iki tite üretilirler. JFET'i fiziksel yaısı ve elektriksel sembolü şekil-8. de gösterilmiştir. JFET üç uca sahitir. Uçlarıa işlevleride ötürü; eyt (ate), örs (ource), rey (rai) isimleri verilmiştir. JFET'i fiziksel yaısıa bakıldığıda sörs ve drey uçlarıı ayı olabileceği ve hatta uçlarıı değiştirilerek sörs yerie drey'i, drey yerie sörs'ü kullaılabileceği düşüülebilir. Acak JFET'i yaısı, sörs ve drey bölgeleri içi bu eşitliği sağlamaz. JFET sembolüde, geyt ucuda bulua oku yöü kaal tiii ifade eder. Ok yöü içeri doğru ise N kaal JFET, ok yöü dışarıya doğru ise P kaal JFET olduğu alaşılır. Bu durum şekil-8..a ve b de gösterilmiştir. rey kaal örs rey kaal örs eyt eyt rey (rai) örs (ource) rey (rai) örs (ource) eyt (ate) eyt (ate) Şekil-8..a ve b N Kaallı ve P Kaallı JFET'i Yaısı ve embolü JFET'i Çalışması JFET'i elektriksel karakteristiklerii alayabilmek içi elemaı çalışmasıı icelememiz gerekmektedir. JFET'e olarma gerilimleri uyguladığıda meydaa gele akım ve gerilimler şekil-8.3 üzeride gösterilmiştir. rey-sörs arasıa uygulaa besleme gerilimi, drey ucu ile şase arasıa bağlaır. Bu gerilim, drey devresideki besleme gerilimi olarak taımlaır ve ile sembolize edilir. gerilimi, kaal içerisideki elektroları hareket etmesii sağlar. Bu elektrolar, sörs'de drey'e orada da kayağıı ozitif kutbua giderler. kayağıı içide sörse geri döerler. örs ve drey üzeride geçe bu akıma drey akımı deir ve ile sembolize edilir. 19
ANALO ELEKTRONİK- R Şekil-8.3 JFET'i Çalışması JFET i geyt termiali kotrol ucudur. JFET i iletkeliğii kotrol eder. Öce geyt termiali kullamada JFET i çalışmasıı aaliz edelim. Bu amaçla şekil-8.4 de yararlaacağız. Şekil-8.4 de verile devrede, gerilimi (şase) yaılırsa ve besleme kayağı da da başlayarak yükseltilirse kaal içeriside geçe akım miktarı da artar. Acak tii kaalı joksiyo direci maksimum akım değerii sıırlar. daha fazla artırıldığıda JFET de bir ters olarma bölgesi oluşur. Bu olarma bölgesie, azalma bölgesi (delatio) deir. Azalma bölgesi, kaal akımıı maddesii dar bir kesidi içide geçmesii gerektirir. Bu durum kaal direcii artmasıa sebe olur. olayısı ile akımıda artık bir azalma söz kousudur. R R = = Şekil-8.4.a ve b JFET'i Çalışması 191
ANALO ELEKTRONİK- kayağıı daha fazla artırılması soucu kaalı tamame daraldığı (kaal direcii maksimuma yükseldiği) bir duruma erişilir. Bu değerde sora daha fazla akım akışı meydaa gelmez. Kısaca kaal akımıda artış artık mümkü olmaz. Çükü kaal kaama modua girmiş ve drey akımı doyuma ulaşmıştır. Bu durum şekil-8.4.b de resimlemiştir. ouçta, kaal direcide dolayı drey-sörs arasıda bir gerilim düşümü meydaa gelir. Bu gerilim, gerilimi olarak adladırılır. örüldüğü gibi, artarke drey ve sörs uçlarıda gerilim düşümü meydaa gelir. Bu gerilim düşümüe ise akımı sebe olur. Şekil-8.5'de görüldüğü gibi P oktasıda, artarke sabit bir değerde kalır. maksimum değerie ulaşmıştır. max değerie ise deir. kaalı doyum akımıdır. Bu ada yai akımı, P değerie ulaştığıda geyt-sörs arası gerilim de sıfırdır (=). değeri, elemaı yaısıa göre belli bir değerde buluur. Bu değer imalatçılar tarafıda verilir veya ölçülebilir. N kaalda geçe sabit akımı = N kaaldaki daralma oktası P N kaalı direcide dolayı oluşa eğim 8. JFET KARAKTERİTİKLERİ Şekil-1.5 Kaal Akımıı Nede Olduğu aralmaı rafiği Bu bölümde; JFET i iletim ve kesim bölgeleride asıl çalıştığıı öğreeceksiiz. JFET i; iletim, kesim veya aktif bölgelerde çalıştırılması içi gerekli arametreleri ve karakteristikleri taıyacaksıız. Bölüm souda JFET i öemli iki arametresii taıyacaksıız. Bu arametreler; trasfer karakteristiği ve daralma gerilimi (ich-off voltage) olarak adladırılmaktadır. JFET'lerde; geyt ucu, kaal bölgesii (azalma bölgesi) kotrol etmek içi kullaılır. Öreği; kaallı bir JFET'te, geyt ile sörs arasıa uygulaa egatif olariteli bir gerilim, gerilim azalma bölgesii büyültür. Bu durum, kaal akımıı daha düşük değerleride kaalı kaamasıa sebe olur. Eğer; gerilimi arttırılırsa ( kaal içi daha egatif yaılırsa) kaalı azalma bölgesi daha da büyür. Neticede drey akımı şekil-8.6.a ve b'de gösterildiği gibi daha düşük akım seviyeleride doyuma ulaşır. Şekil-8.6.a ve b'de ve kaal JFET'ler içi - grafiği çizilmiştir. Karakteristikte sabit gerilimii çeşitli değerleride ve değerleri gösterilmiştir. Örek eğriler; =v, -1v ve -v içi çizilmiştir. 19
ANALO ELEKTRONİK- = = =-1 =- =+1 =+ P P Şekil-8.6.a.b N ve P Kaallı JFET'i rey Karakteristikleri ouç olarak, kaal bir JFET de geyt-sörs arasıa uygulaa ters olarma büyürke, kaal akımı azalır. eyt-sörs arasıa uygulaa ters olarma gerilimi yeterli büyüklüğe ulaşırsa kaal tamame kaaabilir ve akımı sıfıra düşebilir. Kaalı tamame kaaı akım geçirmemesie ede ola ters gerilim değerie geyt-sörs daralma gerilimi (ich-off) adı verilir: Bu değer P ile ifade edilir. Yukarıdaki şekiller ve grafik iyi icelediğide 'i küçük değeri içi, akımıı lieer olarak arttığı görülür (şekil-8.6). gerilimi artarke, kaalı daraldığı görülür. FET'i bir diğer öemli karakteristiği ise, Trasfer Karakteristiği olarak adladırılır. Trasfer karakteristiği eğrisi; sabit bir drey-sörs () gerilimide, geyt-sörs () gerilimii foksiyou olarak elde edile drey akımıı () eğrisii gösterir. Trasfer karakteristiği şekil-8.7.a ve b'de gösterildiği gibi elemaı iki öemli arametresi ola P ve değerlerii verir. Trasfer karakteristiği eğrisi matematiksel olarak; = 1 - P eşitliği ile ifade edilir. Bu eşitlik veya bu eşitlikte çizile trasfer karakteristiği P ve değerlerie bağlıdır ve JFET'i çalışmasıı oldukça iyi taımlar. P değeri, kaallı fetler içi egatif, kaallı fetler içi ozitif bir değerdir. Trasfer karakteristiği eşitliği ile, şekil-8.7'deki trasfer karakteristiği karşılaştırılırsa; = olduğuda, eşitliği = durumuu sağladığı ve eğrii dikey ekse 'yi, değeride kestiği görülür. iğer tarafta = içi, eşitlik =P durumuu sağlar. ve P değerleri imalatçı kataloglarıda verilir. Bu değerlerde yararlaılarak trasfer karakteristiği çizilebilir. Trasfer karakteristiği eğriside ve değerlerde faydalaarak değerleri de hesalaabilir. 193
ANALO ELEKTRONİK- (ma) (ma) 1 1 = 1 - P 5 5 - -4-4 + Şekil-8.7 N ve P Kaallı JFET'i Trasfer Karakteristikleri JFET'i çalışması grafiksel olarak şekil-8.8 deki drey çıkış karakteristiği yardımı ile görülebilir. değeri, = durumuda elde edile akım seviyelerii meydaa getirdiği eğride okuur. P değeri ise açık bir şekilde görülmez. Acak P değeri e alttaki eğrisii değeride biraz daha büyüktür. Karakteristikteki kesik çizgi, doyum akımıı aktığı oktalarda geçmektedir. Bua göre, kesik çizgi =P- durumuu göstermektedir. Bu çizgi geellikle drey karakteristiğii bir arçası değildir, ama eğrii yatay eksee () değdiği oktaı değerii verir. + - R (ma) oyum Bölgesi = =-1 =- Bozulma Bölgesi Aktif Bölge P B Şekil-8.8 JFET'i rey Karakteristikleri Karakteristikte görüldüğü gibi aktif bölgede akımı sabittir. Acak belli bir değeride sora JFET bozulur, drey akımıı artışı JFET tarafıda artık sıırlaamaz. Acak JFET devresie bir harici elema bağlaarak, JFET koruur. JFET'i bozulma gerilimi değeri B olarak işaretlemiştir. B değeri, küçük geyt-sörs olarma gerilimleri içi daha büyüktür. Üretici firmalar tek bir değeri içi geellikle, B değerii kataloglarıda belirtirler. JFET i drey karakteristiğide kesik çizgi ile belirtile bölge ile, bozulma eğrileri arasıda kala bölge JFET içi aktif çalışma bölgesidir. JFET'ler siyal yükseltmek amacı ile kullaıldıklarıda aktif bölgede çalıştırılırlar. Aktif bölgede çalışma ise büyük ölçüde dc olarma gerilimleri ile sağlaır. JFET'ler sayısal devrelerde ve aahtarlama devreleride de çok sık kullaılırlar. Bu ti çalışmada JFET leri Kesim veya doyum bölgeleride çalışmalarıda faydalaılır ve bu bölgelerde çalıştırılırlar. 194
ANALO ELEKTRONİK- 8.3 JFET İN POLARMALANRLMA Öceki bölümlerde JFET i çalışma şartlarıı ve geel - karakteristiklerii iceledik. JFET i özelliklerii ve karakteristiklerii kullaarak devre tasarımı yaabilmemiz içi gerekli dc olarma şartlarıı sağlamamız gerekmektedir. Bu bölümde, JFET içi gerekli dc olarma şarlarıı aalizii yaı dc olarma yötemlerii göreceğiz. JFET ler içi uygulaa olarma yötemlerii sıra ile; sabit olarma, self olarma ve gerilim bölücülü olarma olarak sıralayabiliriz. Bu bölümü bitirdiğiizde JFET içi gerekli dc olarma yötemlerii öğrei, JFET i kullaarak devre ve cihaz tasarlamaya hazır hale geleceksiiz. Belli bir drey akımı ve drey-sörs gerilimi etrafıda JFET'i çalışabilmesi içi çoğulukla olarmaladırılması gerekir. Elema bir yükselteç olarak çalıştırılacaksa aktif bölgede çalışacak şekilde olarma gerilim ve akımları seçilir. JFET olarmalarıda bir çok olarma tii kullaılabilir. Biz bu bölümde çok kullaıla bir kaç olarma tiii iceleyeceğiz. abit Polarma evresi abit olarmalı bir JFET yükselteç devresi şekil-8.9 da verilmiştir. evreyi icelediğimizde olarmaı iki adet dc besleme kayağıda sağladığı görülmektedir. erçekte uygulamalarda tek bir dc besleme kayağı kullaılır. Fakat kouu daha iyi alaşılabilmesi içi bu devrede çift besleme kayağı kullaılmıştır. Şimdi şekildeki sabit olarmalı yükselteç devresii iceleyelim. ERİLER =1mA P =-4 + R R 1KΩ C - C 1 R 47KΩ =1.5 + - 1 Şekil-8.9 abit olarmalı JFET'li yükselteç devresi Yükseltilecek işaret, geyt-sörs arasıa giriş işareti olarak uygulaır. Uygulaa bu işaret yükseltilmiş olarak rey-sörs arasıda alıır (). R direci AC işaret içi bir yol görevi görür. Fakat ters olarak olarmaladırıla geyt-sörs bölgeside dc akım geçmez. olayısıyla R üzeride dc gerilim düşümü olmaz. Bu edele geyt-sörs arasıdaki gerilim besleme gerilimie eşittir. Yai ==-1.5 'dur. Burada drey akımıı bulabiliriz. 195
ANALO ELEKTRONİK- = 1 - = 1mA 1 - - 1.5v - 4 = 3.9mA Yukarıdaki eşitlikte görüldüğü gibi, geyt-sörs gerilimi (), drey akımı 'i değerii ayarlar. Bu akım 1'luk besleme kayağıda, R direcide drey-sörs kaalıda şaseye doğru geçer. JFET aktif bölgede çalıştığı sürece; akımı gerilimie bağlıdır. Fakat R direy direci değerie bağlı değildir. şekil-8.9 da görüldüğü gibi, drey akımıda dolayı R uçlarıda bir gerilim düşümü meydaa gelir. Bua göre JFET'i çalışma bölgesi yada gerilimi buluabilir. evrede; = R + olduğu görülür. Burada; = R = 1 (3.9mA 1.8KΩ) = 4. 98 buluur. Bulua bu değer yardımı ile JFET i çalışma oktası belirlemiştir. JFET'li sabit olarma devreside karşılaşıla ratik bazı sıırlamalar vardır. Bu sıırlamalar, şekil-8.1 da JFET i - karakteristikleri üzeride ayrıtılı olarak gösterilmiştir. Öreği yüksek kazaç elde edebilmek içi 'i sıfır volta olarmaladırılması, giriş gerilimii değişim miktarıı sıırlar. öz kousu olarma ile büyük gelikli giriş siyali kullaılırsa 'i ozitif alterasıda geyt ozitife kayar ve kaal akımı kotrol edilemez. Bu edele çok küçük giriş siyalleri içi sıfır volta yakı olarma kullamak mümkü olur. Büyük giriş siyaliyle çalışırke çalışma gerilimii iyi seçilmesi gerekir. Karakteristikte görüldüğü gibi sıfır voltta farklı değerleri daha küçük gm değerleri verirler. Yie çok büyük R değerleri de elemaı doyuma götürebilecek gerilim değerlerii vereceğide aktif bölgei dışıda bir çalışma oktası meydaa getirirler. ouç olarak; isteile miktardaki herhagi bir kazaç sadece büyük R değerleri seçilerek gerçekleşemez. (ma) Küçük değerli R C YÜK OĞRUU R =1K = R Q Q Çalışma Noktası =-1 =-1.5 Büyük değerli R =- =-3 4 6 8 1 1 Q Şekil-8.1 JFET'i Çalışması ve Polarmaladırılması 196
ANALO ELEKTRONİK- elf Polarma evresi Pratik uygulamada JFET'li yükselteçler geellikle tek bir dc besleme kayağı ile olarmaladırılır. Böyle bir olarma devresi şekil-8.11' de gösterilmiştir. Bu devrede geytsörs olarma gerilimi elde etmek içi bir self olarma direci R kullaılmıştır. R direci uçlarıda xr gerilim düşümü edeiyle ozitif bir gerilimi meydaa gelir. eyt veya R geyt direcide dc akımı hiç geçmediğide geyt gerilimi sıfır volttur. eyt gerilimi sıfır volt olduğuda, geyt () ile sörs (+) arasıda ölçüle et gerilim egatif gerilimdir. (Bu gerilim, referas oktası sörs alıdığıda egatif değerde ölçülür.) Ölçüle bu egatif gerilim geyt-sörs arası olarma gerilimi dir. eyt-sörs arası olarma bağlatısı; = R = olduğu devrede görülmektedir. Bu bağıtı trasfer karakteristiği üzeride gösterilir. Buu içi iki değeri seçilir. JFET kesimde ike, = R olur. JFET iletimde ike ; = R + R =+4 =- (1.5K) (ma) R 6.KΩ + R - C (ma) () 3-4.5 1 8 C 1 R = 1MΩ R 1.5KΩ C + - elf olarma eğrisi R =1.5K Q 6 4 Q -4 - () Şekil-8..1.a ve b elf olarmalı JFET devresi ve trasfer karakteristiği Bulua bu değerler ile trasfer karakteristiği üzeride yük çizgisi çizilir. Bu değerlere karşılık gele değerleri buluur. Bu değerler şekil-8.1.b deki tabloda verilmiştir. Tablodaki ve değerleri ilgili ekselerde işaretleir. İşaretlee bu oktalarda bir düz çizgi çizilir. Bu düz çizgiye self olarma çizgisi deir. üz çizgii trasfer karakteristiği eğrisii kestiği okta, devrei çalışma oktasıdır (Q). Polarma oktasıda ekselere dikler ierek bu oktaı çalışma şartları; = 1.6mA ve =. Q Q 4 olarak buluur. R değeri artırılırsa, R yük doğrusu yatay eksee doğru yaklaşır. Çalışma bölgesi kayar değeri küçülür. değeri büyür. R değeri azaltılırsa bu kez çalışma oktasıda büyür, küçülür. 197
ANALO ELEKTRONİK- Örek: 8.1 Çözüm Şekil-8.1.a da verile self olarmalı yükselteç devreside çalışma oktasıı R=1KΩ kabul ederek buluuz? Şekil-8.1.b'deki karakteristik eğri üzerie sıfırda yai =, = oktasıda başlaya ve seçile değeri öreği 4 ma ile bua karşılık bulua gerilimi; = R = ( 4mA) (1KΩ) = 4 olarak buluur. Bu değerleri belirledikleri kesişme oktasıda geçe self-olarma çizgisi çizilir. Bu çizgi ile elemaı trasfer karakteristiğii kesiştiği okta çalışma oktası olarak buluur. Çalışma oktası sükuet aıda (girişte AC işaret yokke), drey akımı Q ve geyt-sörs gerilimi Q değerii verir. Çalışma oktası içi çizim yaılarak ; Q =.ma ve Q =. değerleri tesit edilir. Tesit edile bu değerlerde yararlaarak ayı oktadaki drey-sörs gerilimi; = R = 4 (.ma 6.KΩ) = 4 15.8 = 8. olarak hesalaır. Q Q Örek: 8. JFET P =-6 =5mA C 1 R = R 4.1KΩ =+16 1.8MΩ R.KΩ C + - C Şekil-8.13 de verile self olarmalı yükselteç devresii çalışma oktasıı buluuz ve trasfer karakteristiğii çiziiz? P=-6, =5mA Çözüm Şekil-8.13 kaallı JFET li self olarmalı yükselteç devresi Belirlemesi istee olarma oktasıı bulmak içi gerekli trasfer karakteristiği çizilmemiş acak P ve değerleri verilmiştir. Karakteristik eğrii çizimi de istemiştir. O zama trasfer eğrisi formülü ; = 1-198
ANALO ELEKTRONİK- ile verile P ve değerlerii kullaarak trasfer karakteristiği eğrisii çizmek oldukça kolay olur. eçile birkaç oktası ve bulara karşılık hesalaa değerlerie göre grafik kağıdıa taslak eğri çizilebilir. Öreği; şekil-8.13'deki JFET x ekseide P=-6 voltta başlayı; 4 = 4 içi ; = 1 - = 5mA 1 - =. 55mA P 6mA = içi ; = 1 - = 5mA 1 - =. ma P 6mA oktaları içie ala y ekseide ==5mA oktasıa kadar uzaa taslak trasfer eğrisi oluşturulur. Bu trasfer eğrisi üzerie (şekil-8.14), R=.Ω içi self olarma çizgisi çizilir. =- (.K) (ma) () elf olarma eğrisi R =1.5K -6-4.4-4 Q - 6 4 (ma) Şekil-8.14 Trasfer eğrisi Q () Öreği; =ma lik bir drey akımı seçilerek geyt-sörs gerilimi; =-.R=-(mA)(.KΩ)= - 4.4 volt buluur. elf olarma çizgisi trasfer eğrisii yaklaşık; Q=-.95 Q=1.35mA oktalarıı birleştiği yerde keser. ükuet aıdaki bu değerlerde yie ayı adaki dreysörs gerilimi; Q=-Q (R+R) Q=16-1.35mA(.KΩ+4.1KΩ) Q=7.5 volt. olarak buluur. erilim Bölücülü Polarma JFET içi kullaıla diğer bir dc olarma devresi ve trasfer karakteristiği şekil-8.15 de verilmiştir. Bu olarma şekli, gerilim bölücülü geyt olarma olarak biliir. Bu olarma tiide, olarma gerilimi ve akımıı belirlemesi diğer olarma devrelerideki gibidir. adece geyt gerilimii voltta farklı bir değerde tutulmasıda durum değişir. 199
ANALO ELEKTRONİK- JFET P =-5 =8mA R 1 MΩ C 1 R.5KΩ =+16 C + - =- (.K) (ma) () + 1.33-1 R =1.5K (ma) 8 6 4 R 8KΩ R 1.5KΩ C Şekil-8.15 erilim bölücülü geyt olarması ve trasfer karakteristiği -4 Q - Q + () erilim bölücülü olarma devreside, diğer olarma tilerie azara daha iyi bir kararlılık söz kousudur. erilim bölücü devrede elde edile gerilimii değeri; = R = R + R olarak buluur. Bu durumda sükuetteki geyt-sörs olarma gerilimi; olur. Q = 1 ( R ) Örek: 8.3 Çözüm Şekil-8.15'de görüle gerilim bölücülü olarma devreside JFET'i C olarma gerilimlerii buluuz? JFET i geyt gerilimi; R 8KΩ = = = 16 = R1 R MΩ + 8KΩ + olur..r gerilim düşümüü soucuda geyt-sörs gerilimi ; =- =-(.R) olur. Burada belli bir R değeri içi, 'ye bir kaç değişik değer verilerek buu karşılığı ola değerleri buluur. Trasfer karakteristiği eğrisi öcede olduğu gibi; = 1 - formülüde belirleir. O zama P=-4volt ve =8mA değerlerie sahi olur. JFET içi trasfer karakteristiği yukarıdaki gibi çizilir. elf olarma çizgisi ile trasfer karakteristiğii kesiştiği okta, dc olarma (çalışma) oktasıı verir. P
ANALO ELEKTRONİK- Bu oktada çalışma şartları da; Q=.5mA, Q=-1.75 olt olarak sataır. Burada; Q=-Q.R=16-.5mA(.5KΩ)=9.75 volt Q=Q.R =.5mA (1.5KΩ)= 3.75 volt rey-sörs gerilimi ise; Q=Q-Q = 9.75-3.75 = 6 volt Olarak hesalaır. Hesalaa değerlerde yararlaarak olarma oktasıdaki geyt-sörs gerilimi kotrol edilirse, souç; Q=Q-Q Q= - 3.75 Q=-1.75 volt buluur. oucu grafiksel metot kullaılarak elde edile değerle ayı olduğu görülür. 8.4 MOFET LERİN TANTM E KARAKTERİTİKLERİ MOFET (MetalOksit emicoductor FET), Ala etkili trasistörlerde geliştirilmiş bir gru trasistörü geel adıdır. MOFET lerde geyt termiali, kaalda izole edilmiştir. Bu tür ala etkili trasistörlere, Metal oksitli yarıiletke FET veya kısaca MOFET deilmektedir. Ayrıca kimi kayaklarda İzole edilmiş geytli FET veya FET adı da verilmektedir. Mosfet ler, Azalta ti (eletio) ve Çoğalta ti (Ehacemet) olmak üzere iki ti de üretilirler. Bu tür mosfet ler; kısaca -MOFET ve E-MOFET olarak adladırılır. Bu bölümde mosfet tilerii, temel yalarıı, şematik sembollerii ve temel çalışma resilerii göreceksiiz. MOFET'i Temel Yaısı Ala etkili trasistörleri bazı tileride geyt termiali kaalda izole edilmiş (yalıtılmış) biçimde yaılır. Bu tür ala etkili trasistörlere, metal oksitli yarı iletke FET (Metal-Oxide emicoductor FET) veya kısaca MOFET deir. Mosfet ler, izole edilmiş geytli FET veya kısaca FET olarak da adladırılmaktadırlar. 1
ANALO ELEKTRONİK- MOFET'ler; ya azalta ti MOFET (elatio-mofet) yada çoğalta ti MOFET (Ehacmet MOFET) olarak imal edilirler. Azalta ti Mosfet lere kısaca -MOFET, Çoğalta ti Mosfet lere ise E-MOFET deilmektedir. Her iki ti MOFET ide; P kaal ve N kaal olmak iki tii vardır. N kaallı ve E-MOFET'i temel yaıları şekil-8.16'da verilmiştir. MOFET lerde tıkı JFET ler gibi 3 uçlu aktif devre elamaları grubudadır. Uçlarıa işlevleride ötürü; eyt (ate), rey (rai) ve örs (ource) isimleri verilmektedir. Şekil-8.16 da verile temel yaıda abstreyt (ubsrate) termiali, dördücü uç gibi görüse de geellikle sörse bağlaır veya şase otasiyelide tutulur. -MOFET'i yaısıda kaal fiziksel olarak yaılmış haldedir. -MOFET i, drey-sörs uçlarıa bir dc gerilim kayağı bağladığıda drey ile sörs arasıda bir akım meydaa gelir. E-MOFET' i yaısıda ise, imalat sırasıda şekilledirilmiş veya oluşturulmuş bir kaal yoktur. E-MOFET'i; drey-sörs uçlarıa gerilim uyguladığıda akım meydaa gelebilmesi içi, şarj taşıyıcılarıı kaalı oluşturması gerekir. Buu içide geyt ucua gerilim uygulaması gereklidir. rey (rai) rey (rai) io io eyt (ate) ubstrate (abreyt) eyt (ate) ubstrate (abreyt) Kaal Kaal Yok örs (ource) örs (ource) Şekil-8.16 Azalta ve Çoğalta Ti N Kaal MOFET'leri Yaıları Azalta Ti MOFET (-MOFET) -MOFET leri, -kaal ve -kaal olmak üzere başlıca iki tide üretimi yaılır. Şekil- 8.17.a'da -kaal -MOFET'i yaısı ve şematik sembolü görülmektedir. Şekil-8.17.b de ise -kaal -MOFET i yaısı ve şematik sembolü görülmektedir. N kaallı -MOFET, tii gövde (substrate-sabstreyt) üzerie yerleştirilmiştir. N tii yarı iletke maddede yaıla sörs ve drey bölgelerie, sörs ve drey termialleri bir metalle (alimüyum) bağlamışlardır. Ayrıca sörs ve drey bölgeleri içte N tii kaal bölgesiyle birbirie bağlaırlar. N kaalı üstüde bulua ve kaal ile geyt arasıdaki izolasyou sağlaya ice siliko dioksit (io) tabakasıı üzerie ice bir metal tabaka kour. Bu bileşimi - MOFET'i oluşturur. Şematik sembol de elemaı geyt, sörs ve drey uçları gösterilir. absreyt ucu ise çoğulukla sörs e bağlı olarak gösterilir. Şematik gösterimde elemaı kaal tii sabstreyt ucudaki oku yöü ile belirtilir. Şekil-8.17 de görüldüğü gibi ok yöü elemaı içie doğru ise -kaal -MOFET, ok yöü dışarı doğru ise -kaal -MOFET taımlaır.
ANALO ELEKTRONİK- io Kaal absreyt io Kaal absreyt Şekil-8.17.a ve b N Kaal ve P Kaal E-MOFET'i Yaısı ve embolü N-kaallı -MOFET'i geyt-sörs arasıa egatif bir gerilim () uygulaırsa elektrolar kaal bölgesii ortasıa doğru itilirler ve kaalda daralma olur. Yeterli büyüklükte geytsörs gerilimi kaalı tamame daraltarak kaatır. iğer tarafta; ozitif geyt-sörs gerilimii uygulaması halide, tii taşıyıcılar itildikleride kaal büyüklüğüde bir artış olur. Bu durum daha çok şarj taşıyıcısıı oluşumua izi verdiğide daha büyük bir kaal akımı meydaa gelir. N kaallı -MOFET'i trasfer ve drey karakteristikleri ise şekil-8.18'de görülmektedir. Karakteristik eğriler; elemaı gerek ozitif, gerekse egatif geyt-sörs gerilimide çalışmasıı göstermektedir. Negatif değerleri, daraltma gerilimie (ich-off) kadar drey akımıı azaltırlar. Bu gerilimde sora drey akımı hiç akmaz. N kaallı -NOFET'i trasfer karakteristiği, egatif geyt-sörs gerilimleri içi JFET karakteristiği ile ayıdır ve ozitif değerleri içi de bu özellik koruur. Negatif ve ozitif her iki değeride de geyt kaalda izole edildiğide MOFET, 'i her iki olarite durumuda çalıştırılabilir. öz kousu iki olarite durumu da da geyt akımı meydaa gelmektedir. (ma) (ma) = 1 - P =+1 = - P =-1 =- Şekil-8.18.a ve b N Kaal E-MOFET'i Trasfer ve - karakteristikleri P kaallı -MOFET'i yaısı ve şematik sembolü şekil-8.18.b'de verilmiştir. Bu ti MOFET'i kaalı P tii, sabsreyti ise N tii yarıiletkede yaılır. P ve N kaallı - MOFET'ler çalışma esası bakımıda birbirii bezeridir. Acak P kaallı -MOFET te olarma kayaklarıı yöü terstir. Akım taşıyıcıları oyuklardır. eyt-sörs gerilimi egatif olduğuda drey akımı artarke, ozitif olduğuda azalır. Bu edele daralma gerilimi P ozitif değerlidir. Şekil-8.19 da P kaal -MOFET'i trasfer ve drey - (Akım-erilim) karakteristikleri görülmektedir. 3
ANALO ELEKTRONİK- (ma) (ma) = 1 - P + P =-1 = =+1 =+ Şekil-8.19 P Kaallı E-MOFET'i Trasfer ve - Karakteristikleri Çoğalta Ti MOFET (E-MOFET) Çoğalta ti MOFET i (E-MOFET) temel yaısı ve şematik sembolü şekil-8.'de verilmiştir. E-MOFET ler, -kaallı ve -kaallı olmak üzere iki ti de üretilirler. Şekildeki yaıda da görüldüğü gibi E-MOFET i temel yaısıda fiziksel olarak oluşturulmuş bir kaal yoktur. Kısaca E-MOFET, drey ile sörs arasıda fiziksel bir kaala sahi değildir. E-MOFET'i şematik sembolüde drey ile sörs arası kesik çizgilerle gösterilir. Bu durum başlagıçta E-MOFET de kaal olmadığıı belirtmek içidir. Şematik sembolde sabsreyt ucudaki ok u yöü E-MOFET i kaal tiii belirtir. Ok yöü içeri doğru ise, N tii kaalı gösterir. Ok yöü dışarı doğru ise P tii kaalı gösterir. E-MOFET lerde kaal tii ile sabsreyt te kullaıla yarıiletke malzemeleri tileri terstir. io io absreyt absreyt Şekil-8..a ve b N Kaallı ve P kaallı E-MOFET'i Yaısı ve embolü E-MOFET lerde kaal, geyt termialie uygulaa harici bir besleme ile oluşturulur. eyt-sörs uçları arasıa ozitif bir gerilimii uygulaması, geyt altıda sabstreyt bölgeside bulua oyukları (boşlukları) iter ve orada bir azalma (delasyo) bölgesi yaratır. eyt gerilimi yeterice ozitif değere çıkarıldığıda; elektrolar, ozitif gerilim tarafıda bu azalma bölgesie çekilirler. Böylece, drey ile sörs arasıdaki bu bölge N kaalı gibi hareket eder. Pozitif geyt gerilimiyle oluşturula ve şekilledirile N kaallı E-MOFET'i trasfer ve - Karakteristiği şekil-8.1'de gösterilmiştir. 4
ANALO ELEKTRONİK- (ma) = K [ - ] T (ma) =6 =5 =4 =3 T Şekil-8.1 N Kaallı E-MOFET'i - Karakteristikleri Elemaı trasfer karakteristiğide de görüldüğü gibi, geyt-sörs gerilimi eşik (thresholdbaşlagıç) değeri T'yi aşıcaya kadar drey akım hiç akmaz. Bu eşik gerilimi değerii üzerideki ozitif gerilimlerde, arta değerli bir drey akımı meydaa gelir. Bu akımı Trasfer karakteristiği de, = K ( T Eşitliği yardımıyla taımlaabilir. Eşitlik yukarıdaki formülde yalız >T şartı içi geçerlidir. Eşitlikte K sabitesi tiik olarak.3 ma/ değeride olu elemaı yaısıa bağlı ola bir özelliktir. = volt durumuda drey akımı akmadığı içi E- MOFET'lerde değeride söz edilebilir. E-MOFET'leri çalışma sahası; -MOFET'lerde daha sıırlı olmasıa rağme, E-MOFET ler, büyük-ölçekli etegre devreler içi çok kullaışlıdır. Çükü E-MOFET ler basit yaılı ve küçük boyutlu elemalardır. E-MOFET'i şematik sembolüde drey ile sörs arası kesik çizgilerle gösterilir. Bu çoğalta ti elemada başlagıçta kaalı olmayışıı belirtmek içidir. Buda başka sabstreyt ucudaki ok P tii sabstreyti ve N kaalı gösterir. P kaallı E-MOFET'ler şekil-8..b'de gösterile yaıda imal edilir. Şematik sembolü ise ayı şekilde gösterilmiştir. E-MOFET i sabstreyti, N tii yarı iletkede yaılır. P-kaallı E-MOFET'i çalışma resibi N kaallı gibidir. Acak, P kaallı da olarma kayaklarıı yöü terstir. Akım taşıyıcıları oyuklardır. Negatif değerli eşik gerilimi aşılıcaya kadar drey akımı yoktur. aha büyük değerli egatif geyt gerilimleride arta bir drey akımı vardır. P Kaallı E-MOFET (Ehacmet-MOFET)'i trasfer ve - Karakteristiği şekil-8.'de gösterilmiştir. Karakteristikleri iceleyerek bu elemaı çalışması kolayca irdeleebilir. Karakteristikte görüldüğü gibi P kaallı E-MOFET de olarma akım ve gerilimlerii yöü N kaal E-MOFET'e göre terstir. ) 5
ANALO ELEKTRONİK- (ma) (ma) =-6 =-5 =-4 =-3 -T Şekil-8.. a ve b P Kaallı E-MOFET'i Trasfer ve - Karakteristikleri 8.5 MOFET LERİN POLARMALANRLMA Bu bölümde MOFET leri asıl olarmaladırılacağıı göreceksiiz. Özellikle MOFET lerle gerçekleştirile yükselteç devreleride dc olarmaı öemi büyüktür. Bu bölümde; sırası ile -MOFET ve E-MOFET içi olarma yötemlerii ve dc aalizlerii göreceksiiz. -MOFET'i Polarmaladırılması Tiik bir -kaallı -MOFET li yükselteç devresi şekil-8.3.a da ve -MOFET i trasfer karakteristiği ise şekil-8.3.b de verilmiştir. Bu yükselteç devresi, çok büyük değerli geyt direci R hariç, JFET'li yükselteçle bezerdir. Bu devrede geyt-sörs gerilimi ozitife gidebildiğide, elamaı küçük egatif geyt-sörs gerilimide olarmaladırmak mümküdür. ERİLER =1mA P =-4 C 1 =+ R 1.5KΩ C 47F = 1 - P (ma) 1mA 47F R 1MΩ R 15Ω C 47µF R 15Ω Q Q 6.7mA - P =-4 Q =-1 Şekil-8.3.a ve b N-kaallı -MOFET li yükselteç ve trasfer karakteristiği 6
ANALO ELEKTRONİK- evrei C olarma değerleri aşağıda gösterile işlemler taki edilerek buluur. JFET de olduğu gibi, -MOFET'ide trasfer karakteristiği; trasfer karakteristiği eşitliği yardımıyla buluur ve self olarma yük çizgisi şekil-8.3.b de verile trasfer karakteristiği üzerie çizilir. 1 = 1 = 1mA 1 = 6. 75mA P 4 = ( R ) = 6.75mA (15Ω) = 1 =1 ma ve P=4 volta göre çizile trasfer karakteristiği ile R=15 ohm içi çizile selfolarma yük çizgisii kesiştiği yer sükuetteki olarma oktasıı verir. Şekil-8.3.b de çizim yaılarak olarma oktasıı şartları; olarak belirleir. Bu durumda drey gerilimi, Q = 1 ve Q = 6. 75mA Q = ( Q R ) = (6.75mA 1.5KΩ) = 9. 88 ve drey-sörs gerilimi ise; Q =Q Q = 9.88 1= 8. 88 olarak buluur. E-MOFET'i Polarmaladırılması E-MOFET'i dc olarmaladırılması içi çok kullaıla bir devre düzei şekil-8.4'de görülmektedir. evrede drey-sörs gerilimi (), geyt-sörs olarma gerilimi olarak kullaılmıştır. Bu işlem, drey-sörs arasıa R=1MΩ luk bir direç bağlamak suretiyle gerçekleştirilmiştir. eyt akımı olmadığıda R direci uçlarıda bir gerilim düşümü olmaz. olayısıyla drey gerilimi aye geytte görülür. olayısıyla = olur. iğer bir deyimle drey-sörs arasıdaki gerilimi, geyt-sörs arasıdaki gerilimie eşittir. Belli bir R değeri içi uygu olarma oktası elemaı trasfer karakteristiği kullaılarak buluabilir. Şekil-8.4.b'de R=KΩ ve = değerleri içi olarma oktasıı, elamaı trasfer karakteristiğide faydalaılarak asıl buluduğu görülmektedir. Elemaı trasfer karakteristiği, = K ( T eşitliği kullaılarak grafik kağıdıa çizilebilir. Örek olarak verile -kaallı E-MOFET'i elema yaısıa bağlı sabitesi K=.3mA/ ve eşik gerilimi T=3 olduğua göre trasfer karakteristiği eşitliği, ) 7