6. bölüm - ekblc.files.wordpress.com · jfet’in çalışması bir vanaya benzetilebilir. source...
Post on 12-May-2018
232 Views
Preview:
TRANSCRIPT
6. Bölüm:
Alan Etkili Transistörler
1
Doç. Dr. Ersan KABALCI
FETler (Alan etkili transistörler) BJTlere çok benzer yapıdadır.
Benzerlikleri:
• Yükselteçler
• Anahtarlama devreleri
• Empedans uygunlaştırma devreleri
Farkları:
• FETler gerilim kontrollü, BJTler ise akım kontrollü kaynaklardır.
• FETler daha yüksek giriş empedansına sahiptir, BJTler ise daha
yüksek kazanç değerlerine.
• FETler sıcaklık değişimlerinden daha az etkilenirler ve bu nedenle
entegre devrelerde daha kolay kullanılırlar.
• FETler genellikle BJTlerden daha kararlıdırlar.
• FET’in en büyük avantajı yüksek giriş empedansıdır.
FET
2
•JFET–– Junction Field-Effect Transistor
•MOSFET –– Metal-Oxide Field-Effect Transistor
D-MOSFET –– Depletion MOSFET
E-MOSFET –– Enhancement MOSFET
FET Türleri
3
JFET Yapısı
İki tip JFET vardır
•n-kanal
•p-kanal
N-kanal daha yaygın kullanılır.
Üç bağlantı ucu vardır.
•Drain (D) ve source (S) uçları n-kanalına
•Gate (G) ise p-tipi maddeye bağlanır.
4
JFET’in Çalışma Yapısı
JFET’in çalışması bir vanaya benzetilebilir.
Source (Kaynak) , drain-source
geriliminde negatif kutuptaki
elektronların toplamını ifade eder.
Drain (Akaç) uygulanan gerilimin
pozitif tarafında elektron eksikliğini ya
da oyukları ifade eder.
Su akıntısının Kontrol kısmı ise n-
kanalının genişliğini ve dolayısıyla
kaynaktan akaça yük akışını kontrol
eden gate (kapı) gerilimidir.
5
JFET Çalışma Karakteristiği
Bir JFETin 3 temel çalışma karakteristiği vardır:
• VGS = 0, pozitif artan VDS
• VGS < 0, pozitif VDS
• Gerilim kontrollü direnç
6
JFET Çalışma karakteristikleri
VGS = 0, pozitif artan VDS
• N-kanaldaki elektronlar ile p-
kapısındaki oyuklar karşılaşırken p-
kapısı ve n-kanalı arasındaki geçiş
bölgesi artar.
• Geçiş bölgesinin artması n-kanalın
boyutunu azaltır ve n-kanal direncini
yükseltir.
• N-kanal direncinin artmasına rağmen,
VDS gerilimi yükseleceği için source-
drain arasındaki akım (ID) artar.
VGS = 0 and VDS sıfırdan pozitif bir değere yükselirken 3 durum gerçekleşir:
7
VGS = 0 iken VDS daha yüksek bir
pozitif değere getirilirse, geçiş bölgesi
(boşaltılmış bölge) n-kanalı tıkayacak
kadar genişler.
Bu durum, n-kanal akımının (ID) 0A’e
düşeceğini gösterir ancak VDS arttıkça
ID de artacaktır.
JFET Çalışma karakteristikleri
VGS = 0, VDS pozitif artan VDS : Bükülme (Pinch Off)
8
JFET Çalışma karakteristikleri
VGS = 0, VDS pozitif artan VDS : Bükülme (Pinch Off)
9
Bükülme noktasında:
• VGS arttırılsa da ID akımında
herhangi bir artışın elde
edilemeyeceği bir noktaya ulaşılır.
Bükülme noktasındaki VGS
gerilimi Vp olarak tanımlanır.
• ID doyum ya da maksimum
değerdedir ve bu durumda akım
IDSS olarak adlandırılır.
• Kanalın direnç değeri
maksimumdur.
JFET Çalışma karakteristikleri
VGS = 0, VDS pozitif artan VDS : Doyum
10
JFET Çalışma karakteristikleri
VGS < 0, pozitif VDS
VGS negatif değer aldıkça geçiş bölgesi
artar.
11
VGS negatif değer aldıkça :
• JFET daha düşük bir
gerilimde (Vp) bükülme
noktasına ulaşır.
• VDS artsa da ID azalır
(ID < IDSS)
• Sonuç olarak ID 0A’e ulaşır.
Bu noktada VGS, Vp ya da
VGS(off) olarak adlandırılır.
JFET Çalışma karakteristikleri
VGS < 0, pozitif VDS : ID < IDSS
Bunun yanı sıra yüksek VDS geriliminde JFET kırılma durumuna gelecektir.
Eğer VDS > VDSmax olursa ID kontrolsüz bir şekilde artar.
12
2
P
GS
od
V
V1
rr
Bükülme noktasının solunda
kalan bölge ohmik bölge
olarak tanımlanır.
JFET, VGS gerilimi drain-
source direncini (rd) kontrol
ettiğinden dolayı değişken
direnç olarak kullanılabilir.
VGS negatif değere düştükçe
(rd) direnci artar.
JFET Çalışma karakteristikleri
Gerilim Kontrollü Direnç
13
p-Kanal JFET
Polariteleri ve akım yönlerinin
ters olmasının dışında p-kanal
JFETler n-kanal JFET gibi
çalışır.
14
p-Kanal JFET Karakteristiği
Bunun yanı sıra yüksek VDS geriliminde JFET kırılma durumuna gelecektir. Eğer
VDS > VDSmax olursa ID kontrolsüz bir şekilde artar.
VGS pozitif olarak arttığında
• Geçiş bölgesi artar
• ID azalır (ID < IDSS)
• sonuçta ID = 0A olur.
15
JFET Sembolü
16
2
V
V1DSSD
P
GSII
JFETlerin girişten-çıkışa transfer karakteristiği BJTler kadar kolay
anlaşılır değildir.
BJTler, IB (giriş) ve IC (çıkış) arasındaki ilişkiyi gösterir.
Bir JFETte ise VGS (giriş) ve ID (çıkış) arasındaki ilişki daha karmaşıktır:
JFET Transfer Karakteristiği
17
JFET Transfer Eğrisi
Aşağıdaki şekilde sabit bir VGS değerine göre ID akımı görülmektedir.
18
Bir JFET’in kataloğundaki IDSS ve Vp (VGS(off)) değerlerine göre transfer
eğrisinin çizilmesi aşağıdaki 3 adımda gerçekleştirilir.
VGS = 0V ise ID = IDSS
2
P
GSDSSD
V
V1II
1. Adım
VGS = 0V Vp değerine 2
P
GSDSSD
V
V1II
3. Adım
JFET Transfer Eğrisinin Çizilmesi
19
VGS = Vp (VGS(off)) ise ID = 0A
2
P
GSDSSD
V
V1II
2. Adım
JFET Katalog Sayfaları
Maximum Ratings
Elektriksel Karakteristikleri
20
JFET Katalog Sayfaları
Maximum Ratings
21
JFET Kılıf Tipleri ve Uçları
22
MOSFETler
İki tip MOSFET vardır:
• Kanal Ayarlamalı (Depletion) Tip
• Kanal Oluşturmalı (Enhancement) Tip
MOSFETler JFETlere benzer karakteristik özellikler göstermekle birlikte
JFETlerden daha kullanışlı olmalarını sağlayan özellikleri vardır.
23
MOSFETler
Metal oksit alan etkili transistörler (MOSFET), FET elemanlaının 2.
kategorisidir. Temel farkı, pn jonksiyonunun bulunmaması ve p ve n
maddelerinin birbirinden yalıtılmış olmasıdır. MOSFET’ler statik elektriğe
karşı duyarlıdırlar ve hassas bir şekilde kullanılması gerekir.
24
Kanal Ayarlamalı (Depletion) Tip MOSFET Yapısı
Drain (D) ve source (S) n-katkılı
kanala bağlanır. Bu n-katkılı
kanallar, bir n-kanal ile birbirine
bağlıdır. Bu n-kanalı ise ince bir
yalıtkan SiO2 kanalıyla gate (G)
ucuna bağlanır.
n-katkılı maddeler ise p-katkılı alt
katmanın üstüne yerleştirilir. Bu alt
katmanın ise substrate (SS) yani alt
tabaka bağlantısı yapılır.
25
Kanal Ayarlamalı Tip MOSFETin Temel Çalışma
Prensibi
Kanal Ayarlamalı bir MOSFET iki modda çalıştırılabilir:
• Kanal ayarlama
• Kanal oluşturma
26
Kanal Ayarlamalı MOSFETin Depletion Modu
• VGS = 0V iken ID = IDSS
• VGS < 0V iken ID < IDSS
• Transfer eğrisi çizmek için kullanılan
formül aynıdır:
Depletion Mod
Karakteristik özelliği JFETe
çok benzerdir.
2
P
GSDSSD
V
V1II
27
Kanal Ayarlamalı MOSFETin Enhancement Modu
• VGS > 0V
• ID IDSS’den daha yüksektir
• Transfer eğrisi çizmek
için kullanılan formül
aynıdır:
2
P
GSDSSD
V
V1II
Enhancement Mod
!!! VGS nin pozitif olduğuna dikkat ediniz.
28
p-Kanal Kanal Ayarlamalı MOSFET
29
Elektriksel Karakteristikler
Katalog Sayfaları
30
Maximum Ratings
Katalog Sayfaları
31
Kanal Oluşturmalı (Enhancement) Tip MOSFET
Yapısı
• Drain (D) ve source (S) n-katkılı
kanala bağlanır. Bu n-katkılı
kanallar, bir n-kanal ile birbirine
bağlıdır.
• Gate (G) ucu ince bir yalıtkan SiO2
kanalıyla p-katkılı alt katmana
bağlanır.
• Drain source arasında kanal yoktur.
• n-katkılı madde ise p-katkılı alt
katmanın üstüne yerleştirilir. Bu alt
katmanın ise substrate (SS) yani alt
tabaka bağlantısı yapılır.
32
Kanal Oluşturmalı (Enhancement) Tip MOSFETin
Temel Çalışma Prensibi
• VGS daima pozitiftir.
• VGS arttıkça ID de artar
• VGS sabit tutulur ve VDS
arttırılırsa, ID (IDSS)
değerinde doyuma
gider ve VDSsat doyum
seviyesine ulaşır.
Kanal oluşturmalı MOSFET sadece enhancement modunda çalışır.
33
Kanal Oluşturmalı (Enhancement) Tip MOSFET Transfer
Eğrisi
Belirli bir VGS değerinde
ID’yi belirlemek için :
Burada:
VT = MOSFETin
iletime geçtiği gerilim
ya da eşik gerilimi
k = katalogda belirtilen
sabit değer
2TGSD )VV(kI
k değeri aynı zamanda belirli bir noktadaki
değerler kullanılarak da hesaplanabilir:
2TGS(ON)
D(ON)
)V(V
Ik
VDSsat ise aşağıdaki gibi hesaplanır:
TGSDsat VVV
34
p-Kanal Enhancement Tip MOSFETler
P-kanal kanal oluşturmalı tip (enhancement) MOSFETler gerilim
polariteleri ve akım yönlerindeki terslikler dışında n-kanal Mosfetler
ile aynıdır.
35
MOSFET Sembolleri
36
Maksimum Değerler
Katalog Sayfaları
37
Elektriksel Karakteristikler
Katalog Sayfaları
38
MOSFETlerin Kullanımı
MOSFETler statik elektriğe karşı çok hassastırlar. Harici uçlar ile
katmanlar arasındaki ince SiO2 katmandan dolayı statik elektrik
deşarjlarından ani olarak etkilenirler.
Koruma
• Daima statik korumalı poşetlerde taşınmalı
• MOSFETlere müdahale edilirken statik koruyucu bileklik
kullanılmalı
• Ani geçiş gerilimlerini önlemek için gate ve source uçları
arasında zener gibi gerilim sınırlayıcı elemanlar kullanılmalı.
39
VMOS
VMOS (vertical MOSFET)
devre elemanının yüzey
alanının genişletir.
Avantajları
• VMOS’lar yüzey alanını
genişleterek ısı
dağılımını
kolaylaştırdığından daha
yüksek akımlarda çalışır.
• VMOS’ların anahtarlama
frekansları daha
yüksektir.
40
Avantajları
• Mantık devrelerinde kullanılır
• Yüksek giriş empedansı vardır
• Yüksek anahtarlama frekansı
• Daha düşük çalışma seviyeleri
CMOS
CMOS (complementary
MOSFET), aynı katmanda
hem p-kanal hem de n-kanal
MOSFET kullanılarak
oluşturulur.
41
Özet Tablosu
42
top related