DENEY RAPORU Deney Adı BJT VE MOSFET İN DC ÖZELLİKLERİNİN ÇIKARTILMASI Deneyi Yaptıran Ar. Gör. Raporu Hazırlayan (İsim / Numara / Bölüm) Grup Numarası ve Deney Tarihi Alican Uysal İlay Köksal 150130051 Bilgisayar Mühendisliği B37 22.10.2013 Rapor Notu Teslim Edildiği Tarih Teslim Alındığı Tarih 1.11.2013
BJT Elemanının Davranışının İncelenmesi İleri Yönde Davranış Deneyin 1. Kısmında npn tipi tranzistörün ileri yönde çalışmasını inceledik. Bunun için deney föyünde bulunan devreyi gerçekledik. VC gerilimini 5 volta ayarlandı ve R3 direnci kısa devre yapıldı. VBE > 0 ve VBC < 0 koşullarını sağlayarak tranzistörün ileri yönde çalışması sağlanmış oldu. İleride yönde çalışan tranzistör için kullanılacak olan bağıntılar aşağıda verilmiştir. I C I I C = S e F V BE V T I B Daha sonra ise R1 direncinin değerlerini değiştirerek voltmetre yardımıyla VBE ve VR2 değerlerini okuduk. Ampermetre yardımıyla ise Ic değerini gözlemledik. Gözlemlediğimiz değerleri aşağıda bulunan tabloya kaydettik. Bulduğumuz değerler yardımı ile IB ve β değerlerini hesaplayıp aşağıdaki tabloyu oluşturduk. R1 VBE IC VR2 IB β 1 M Ω 0,63 V 0,99 ma 40,9 mv 4,09 µa 242 680 k Ω 0,64 V 1,40 ma 57 mv 5,7 µa 245 470 k Ω 0,66 V 2,27 ma 91,9 mv 9,19 µa 247 330 k Ω 0,66 V 2,66 ma 107,5 mv 10,75 µa 247 220 k Ω 0,68 V 4,63 ma 185,26 mv 18,526 µa 248 150 k Ω 0,70 V 7,10 ma 0,28 V 28 µa 253 100 k Ω 0,71 V 9,20 ma 0,36 V 36 µa 255 68 k Ω 0,73 V 14,1 ma 0,55 V 55 µa 256 47 k Ω 0,75 V 18,8 ma 0,72 V 32 µa 261 33 k Ω 0,78 V 25,3 ma 0,93 V 93 µa 272 22 k Ω 0,82 V 34,8 ma 1,27 V 127 µa 274 40,000 3 30,000 2 IC [ma] 20,000 1 10,000 0,000 0,600 0,650 0,700 0,750 0,800 0,850 VBE [V]
Elde ettiğimiz veriler ile oluşturduğumuz grafik incelendiğinde kolektör akımının VBE akımından daha hızlı arttığını gözlemlemiş olduk. Bu da ileri tönde çalışan tranzistörler için yukarıda yazmış olduğumuz denklemde IC ve VBE arasındaki üstel ilişkiyi doğrulayan bir grafik olmuştur. 40,000 3 34,800 30,000 2 25,300 IC[mA] 20,000 1 14,100 10,000 9,200 7,100 4,630 0,990 1,400 2,270 2,660 0,000 0,0000 20,0000 40,0000 60,0000 80,0000 100,0000 120,0000 140,0000 IB [µa] IC değerinin IB değerine oranının bize karakteriktik olan β değerini verdiğini yukarıdaki denklemde belirtmiştik. Grafiğimizde IC ve IB değerlerinin bir doğru oluşturması β değerlerini hesaplayabilmemizi sağlamıştır. Ters Yönde ve Doymada Davranış Ters yönde çalışmayı gözlemlemek amacıyla emetör ve kolektör ayaklarının yerlerini değiştirdik. R1 direncini devreden kaldırıp R3 = 1k Ω direncini devreye soktuk ve VCB < 0 koşulunu sağladık. VBE VCE IB IC β İleri Yön 0,82 V 5 V 127 µa 34,8 ma 274 Ters Yön 0,63 V 5 V 132 µa 0,955 ma 7,23 Doyma 0,67 V 47 mv 433 µa 5 ma 11,54 Tablodan görüldüğü üzere iki tablodaki beta değerlerinin farklı olduğunu görüyoruz. Bu durum emetör ucunun katkılama yoğunluğunun kolektör ucununkinden fazla olmasından kaynaklıdır. Bu sebeple iki bacağın yerini değiştirmek β değerinin azalmasına yol açar. Mosfet Elemanının Davranışının İncelenmesi NMOS transistörünün çalışmasını incelemek için şekildeki devreyi gerçekledik. VG gerilimini 10V a, VD gerilimini 5V a sabitledik. Değişken direncini de 100 kω dan başlayarak azalttık. Tabloyu okuduğumuz değerlere göre doldurduk.
R2 VGS ID 100 k Ω 9,3 V 19,5 ma 68 k Ω 8,85 V 18,17 ma 47 k Ω 8,44 V 16,88 ma 33 k Ω 7,93 V 15,2 ma 22 k Ω 7,1 V 12,46 ma 15 k Ω 6,25 V 9,7 ma 10 k Ω 5,2 V 6,58 ma 6,8 k Ω 4,36 V 4,37 ma 4,7 k Ω 3,36 V 2,14 ma 3,3 k Ω 2,6 V 0,95 ma 2,2 k Ω 1,99 V 0,25 ma 1,5 k Ω 1,39 V 7,88 ma 1 k Ω 0,907 V 0,001 ma 2 20,000 ID [ma] 1 10,000 0,000 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 VGS [V] NMOS un doymalı bölgede çalışması için VGS Vtn < VDS koşulu, doymasız bölgede çalışması için de VGS Vtn > VDS koşulu sağlanmalıdır. ID = kn[ (VGS Vtn)VDS 1/2VDS2](1+λnVDS) - Doymasız ID = kn[ (VGS Vtn)2(1+λnVDS)/2 - Doymalı Doymalı bölgedeki denklemleri incelediğimizde ID nin VGS nin karesiyle orantılı olduğunu görürüz. Yani, doymalı bölgede, ID -VGS grafiği parabolik şekilde olmalıdır. (VGS < 6V) ID ile VGS arasında doğrusal bir ilişki olduğunu Doymasız bölge denkleminde görebiliriz. Bu sebeple doğrusal bir denklem bekleyebiliriz. (VGS > 6V) Bir sonraki deneyimizde ise değişken direnci 100k Ω da, V GS yi 4,6 Volt da sabit tuttuk. V DS yi 0 Volttan 10 Volta kadar 1 volt arttırarak I D yi gözlemledik ve tabloya ekledik.
VDS ID 0 V -3,9 µa 1 V 3,3 ma 2 V 4,7 ma 3 V 5 ma 4 V 5,1 ma 5 V 5,11 ma 6 V 5,12 ma 7 V 5,14 ma 8 V 5,15 ma 9 V 5,16 ma 10 V 5,163 ma 5,500 4,500 ID [ma] 4,000 3,500 3,000 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 VDS [V] Görüldüğü üzere VGS VTN < VDS koşulu VDS >= 3.6V sağlanıyor. (VTN =1V). VDS 3,6 dan büyük olduğunda doymada, küçük olduğunda ise doymasız çalışır. Grafik incelendiğinde doymada doğrusal, doymasızda ise parabolük yapı görülebilir. Deneyin son kısmında ise deney föyünde bulunan devre R1 in farklı değerleri için gerçeklendi. R1 i 0, 1 ve 2,2 kω ve ID akım değerini 1mA da tutarakv SB ve V GS değerleri ölçüldü. R1 VSB VGS 0 0,14 mv 2,77 V 1 kω 0,96 V 3,67 V 2,2 kω 2,53 V 4,7 V Oluşturulan devrede VG = VD dir. Kısa devre olduğundan VGS = VDS dir. Bu sebeple VGS VTN < VDS her zaman sağlanır. Bu da transistörün her zaman doyma bölgesinde çalıştığını gösterir. VTN = VTN0 +γn [ (2 φp + VSB) - (2 φp )] ID = kn[ (VGS VTN)2(1+λnVDS)/2
VSB değeri arttığında yukarıda bulunan gerilim bağıntısına göre VTN değeri de artar. Doymalı bölgede çalışan transistor için yukarıdaki akım denklemi geçerli olduğundan ID sabit ise VGS VTN farkı da sabit kalmalıdır. Farkın sabit kalabilmesi için VTN değeri ile beraber VGS de artmalıdır. Tablomuzda bulunan sonuçlarda VSB değeri artarken VGS değerinin de arttığı gözlemlenmiştir.