View
4
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
KARABÜK ÜNİVERSİTESİ
BİYOMEDİKAL MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
ELEKTRONİK 1 DERSİ LABORATUVAR FÖYÜ
ŞUBAT 2020
1
Malzeme Listesi
1-) 1N4148 diyot x 2 adet2-) 3.9V Zener Diyot 1N4651 veya 1N47303-) Kırmızı LED x 2 adet4-) Yeşil LED x 2 adet5-) 2.2 KΩ6-) 470 Ω7-) 10 KΩ ayarlı direnç8-) Si Diyot 1N4148 x 3 adet9-) 3.9V Zener Diyot 1N4651 = 1N4730 x 1 adet10-) 10kΩ x 1 adet11-) 1MΩ x 1 adet12-) 10nF x1 adet13-) 1uF x 1adet14-) 100uF x 1adet15-) BC 237 x 1 adet16-) 1N4001 ya da 1N4148 x 1 adet17-) 1KΩ x 1 adet18-) 33KΩ x 1 adet19-) BC-238C (=BC237=BC239) npn transistör x 1 adet20-) 8.2kΩ x 1 adet21-) 1.2kΩ x 1 adet22-) 33kΩ x 1 adet23-) 220kΩ x 1 adet24-) 10kΩ x 1 adet25-) 12kΩ x 1 adet26-) 5uF (16V) x 2 adet27-) 1uF x 1 adet28-) 220uF x 1 adet29-) BS108 N-Kanal (Kanal Oluşturmalı) ya da muadili x 1 adet30-) 1N4001 x 1 adet31-) 1kΩ x 1 adet32-) BF245 (n kanallı JFET Transistör) x 1adet33-) 680 Ω x 1 adet34-) 1M Ω x 1 adet35-) 1k5 Ω x 1 adet36-) 220uF (16V) x 1 adet 37-) 100nF x 1 adet 38-) 3k3Ω x 1adet39-) Breadboard 40-) Pens 41-) Keski 42-) Montaj Kablosu 43-) Krokodil 44-) Dijital Multimetre Not: Satın alacağınız devre elemanlarının zarar görebilme ihtimallerini de göz önünde bulundurarak belirtilen sayılardan daha fazla almanız tavsiye edilir.
2
DENEY 1: DİYOT KARAKTERİSTİKLERİ
Diyot, yalnızca bir yönde akım geçiren devre elemanıdır. Bir yöndeki direnci ihmal
edilebilecek kadar küçük, öbür yöndeki dirençleri ise çok büyük olan elemanlardır.
Direncin küçük olduğu yöne "doğru yön" veya "iletim yönü", büyük olduğu yöne "ters yön"
veya "tıkama yönü" denir. Diyot sembolü akım geçiş yönünü gösteren bir ok şeklindedir.
Ayrıca, diyotun uçları pozitif (+) ve negatif (-) işaretleri ile de belirlenir. "+" uca anot, uca
katot denir. Diyotun anoduna, gerilim kaynağının pozitif (+) kutbu, katoduna kaynağın
negatif (-) kutbu gelecek şekilde gerilim uygulandığında diyot iletime geçer. Şekil 1’de diyot
çeşitlerinden bazıları gösterilmiştir.
Diyotun içyapısına değinmemiz gerekirse;
• Yarıiletkenlerin yapımında kullanılan en çok kullanılan maddeler silikon ve
germanyumdur. Bu maddeler saflaştırılıp etken maddeler eklendikten sonra P tipi ve N tipi
olarak iki farklı yarı iletken madde elde edilir.
• Temel anlamda diyot bir N ve bir P tipi yarı iletkenin aralarında bir bariyer olacak
şekilde yan yana getirilmelerinden oluşur. Aşağıdaki şekillerde bir diyot ve bu diyotun ileri
ve geri yöndeki kutuplanması anlatılmaya çalışılmıştır.
Diyotun İleri Yönde Kutuplanması:
• Şekil 2 c’de görüldüğü gibi bataryanın “+” ucu P yarı iletkeni içindeki boşlukları
(hole), “-“ ucu ise N yarı iletkeni içindeki elektronları bariyer bölgesine itmeye çalışacaktır.
Bataryanın geriliminin iyi olması durumunda bu bariyer aşılmış olacak ve akım geçişi
sağlanacaktır. Bu değer Ge diyotlar için 0,3V ve Silisyum diyotlar için ise 0,6-0,7V
değerinde ve sabittir.
Diyotun Geri Yönde Kutuplanması:
• Şekil 2 d’de görüldüğü gibi bataryanın “+” ucu N yarı iletkenindeki elektronları
kendine çekecek, “-“ ucu ise P yarı iletkenindeki boşlukları kendine çekecektir. Bu durum
3
bariyer bölgesini genişleteceğinden akım geçişi sağlanmayacaktır. Eğer ters kutuplama
gerilimi çok yüksek olursa diyotun jonksiyon bölgesi bozulur.
Diyot doğru kutuplandığında ve bariyer bölgesini yenecek gerilim değeri verildiğinde veya
aşıldığında diyot üzerinden akan akıma iletim akımı Id denir.
Normalde ters kutuplama halinde diyotun akım iletmemesi gerekmektedir. Çünkü uygulanan
ters kutuplamayla bariyer bölgesi daha da büyüyecektir. Ancak pratikte ters kutuplama
4
esnasında da çok küçük de diyot üzerinden ters yönde bir sızıntı akımı akmaktadır. Bu sızıntı
akımına Is, ters saturasyon akımı denir.
Saturasyon akımı ve iletim akımı arasında aşağıdaki gibi bir bağıntı vardır.
Id: Diyot üzerinden geçen akım Vd: Diyota uygulanan gerilim
n: İdealden uzaklaşma faktörü Is : Saturasyon akımı
Vt: Termal Gerilim =
Diyotun Karakteristik Eğrisi:
Diyotun üzerine uygulanan gerilime göre diyot üzerinden geçen akım grafiği Şekil 3’de
verilmiştir.
Şekil 3’de de görüleceği gibi diyot üzerine uygulanacak ters kutuplamada diyot üzerinden
geçen akım değerinin sürekli 0 kaldığı yönünde bir yorum yapılabilir, ancak uygulamada
durum biraz daha farklıdır. Ters gerilimlemede öyle bir değer için diyot ters yönde de akım
akıtmaya başlar. Bu değer diyotun bozulma değeridir, Zener bölgesi diye de isimlendirilir.
Aşağıdaki şekilde grafiğin 3.bölgesi bunu anlatmaktadır. A noktasının değeri ise diyot cinsine
göre 0,3V ve 0,6-0,7V’dur. Piyasada Ge diyot bulmak oldukça zordur, bu yüzden Si diyotlar
tercih edilmektedir. Bu yüzden A noktasının değerini genellikle 0,7V olarak kabul edebiliriz.
Aşağıdaki şekil ideal diyot için besleme ve Vd-Id ilişkisini göstermektedir.
5
İdeal durum için diyot karakteristik eğrisi aşağıdaki gibi olur.
Diyotların Kullanım Alanları: Diyotlardan, elektrik alanında redresör (doğrultucu), elektronikte ise doğrultucu, detektör,
modülatör, limitör, anahtar olarak çeşitli amaçlar için yararlanılmaktadır.
Diyotun Sağlamlık Testinin Yapılması:
Yukarıda da anlatıldığı gibi diyot doğru yönde kutuplandığında direnci çok küçük (neredeyse
kısa devre) bir devre elemanı gibi davranmakta ve durumda anodundan katoduna doğru akım
akıtmaktaydı. Bu hususları göz önüne alarak sağlamlık testleri hakkında bilgi verelim.
6
a- Ohmmetre İle Sağlamlık Testi
Ohmmetre katranı x1k veya x10k kademesine alınır.
Diyot bir yönde küçük direnç (300Ω-3000Ω)
Diğer yönde büyük direnç gösteriyorsa (50kΩ-200kΩ) sağlamdır.
b- Kutuplama Gerilimine Bakarak Sağlamlık Testi
Dijital multimetrelerde katran diyot ölçme sekmesine getirilir.
Diyotun anot ve katoduna proplar bağlanır.
Yapılan ölçümde diyot üzerine düşen gerilim 200-950mV (0,2-0,9V) olarak okunuyor ve
Diğer yönde hiçbir değer okunmuyor ve multimetrenin özelliğine göre alarm ötüyorsa diyot
sağlam demektir.
Yapılan iki yönlü ölçümün birinde bu değerler okunamazsa diyot bozulmuş demektir.
Diyot ölçüm seçeneği olan multimetrelerle diyot sağlamlık testi, diyot devre üzerinden
sökülmeden de yapılabilir.
Diyotların bozulmasının nedenleri
Aşırı akım geçmesi
Uygulanan gerilimin aşırı artması
Ortam sıcaklığının yükselmesi
Mekanik (fiziksel) zorlamalar
Lehimleme işleminin hatalı yapılması
Diyotun kalitesiz olması
Deneyin Amacı: Diyotun temel karakteristiklerinin kavranması ve bazı uygulama
devreleriyle kullanım alanları hakkında bilgi edinilmesi
Kullanılacak Materyaller:
1N4148 diyot x 2
adet
3.9V Zener Diyot1N4651 veya 1N4730
Kırmızı LED x 2
adet
Yeşil LED x 2 adet
2.2 KΩ 470 Ω 10 KΩ ayarlı direnç
NOT: Devre elemanlarınızın yanma ihtimallerine karşı yedeklerini de temin ediniz.
7
Ön Hazırlık Çalışması:
1- Yukarıda anlatılanlar eşiğinde “zener diyot” için çalışma prensibi, karakteristik eğrilerini,
kullanım alanlarını araştırınız ve kısaca not ediniz. Normal diyotlarla arasındaki farkları
belirtiniz.
2- Foto diyot, LED, tünel diyot, varikap diyotların devre sembollerini bulunuz. Çalışmaları
hakkında bilgiler veriniz.
3- Aşağıdaki devreyi bir simülasyon programında kurarak simülasyonlarını yapınız.
a- Çıkış noktalarındaki gerilim değişimlerini scopla inceleyip ölçekli olarak çiziniz.
b- Bu gözlemi yaparken ayarlı direncin değerinin değişiminin etkilerini de kaydedin.
c- Vy ile Hx arasında faz farkı var mıdır? Yorumlayınız.
4 - Aşağıdaki devreyi bir simülasyon programı yardımıyla kurunuz. Zener diyotun değişken
gerilime olan etkisini osiloskop yardımıyla tespit edin.
8
Not: Yukarıdaki devre şemasında Zener diyotun gerilim değeri 3.6 V değil 3.9 V’tur.
Deney Adımları:
1- Aşağıdaki devreyi bread-board üzerine kurunuz. Çıkışları ölçekli olarak çiziniz.
9
10
Vy ve Hx arasında faz farkı var mıdır? Yorumlayınız.
2- Aşağıdaki devreyi bir bread-board üzerine kurunuz. Zener diyotun değişken gerilime olan
11
(Not: Yukarıdaki devre şemasında Zener diyodun gerilim değeri 3.6 V değil 3.9 V’tur.)
etkisini osiloskop yardımıyla tespit edin. Kaynak geriliminin farklı değerleri için Zener
diyotun üzerine düşen gerilim ve akım değerlerini ölçünüz. Ölçtüğünüz değerler yardımıyla
Şekil 1.4’te bulunan grafiği doldurunuz.
ÖNEMLİ NOT: Çizilen grafiklerde eksenlerin ait olduğu değişkenlerin birimleri mutlaka
yazılmalıdır. Birimsiz grafikler değerlendirmeye alınmayacaktır.
3- Aşağıdaki devreyi bread board üzerine kurunuz. LED’in parlaklığının gerilimle ve akımla
olan değişimlerini uygun aletlerle inceleyiniz. Sonra bu LED’e paralel olarak farklı renkte bir
LED daha bağlayarak hangisinin değişen gerilime göre daha verimli olduğunu tartışınız.
12
DENEY 2: DİYOTLU KIRPICI, KENETLEME VE DOĞRULTMA DEVRELERİ
1- Kırpıcı Devreler: Girişine uygulanan sinyalin bir bölümünü kırpan devrelere denir. En
basit kırpıcı devre, şekil 1 'de görüldüğü gibi yarım dalga doğrultmaç şeklidir.
Diyotun yönüne bağlı olarak giriş sinyalinin pozitif veya negatif alternansı kırpılır.
Seri ve paralel kırpıcı olmak üzere 2 tiptedir. Seri kırpıcılara diyot yüke seri,
diğerinde ise paraleldir.
a- Seri Kırpıcı Devreler: Bazı elektronik devrelerin girişlerine sadece pozitif ya da
negatif sinyallerin verilmesi gerekebilir. Bazı devrelerin girişlerine ise sabit genlikte
sinyaller verilmesi gerekebilir. O zaman giriş sinyali devreye verilmeden önce uygun
kırpıcıdan geçirmek gereklidir. Sadece pozitif ya da negatif sinyalleri geçiren
kırpıcılar çıkışında kondansatörü olmayan bir yarım dalga doğrultucudan ibarettir.
Bunlara ilişkin örnek aşağıda verilmiştir.
b- DC Gerilim Seviyeli Seri Kırpıcı Devreler: Şekil 3’deki devre ise, giriş işaretinin
pozitif seviyesini VA gerilimine bağlı olarak sınırlamaktadır. Giriş işareti, diyotun
anoduna bağlanan VA değerine ulaşana kadar diyot iletimdedir. Bu durumda çıkışta
VA kaynağı görülür. Girişten uygulanan işaret VA değerinden büyük olduğunda ise
diyot ters polarma olarak yalıtıma gidecektir. Diyot yalıtım-da olduğunda devre
çıkışında giriş işareti aynen görülecektir. Dolayısıyla giriş işaretinin tüm negatif
alternansı boyunca diyot iletimde olduğu için çıkışta VA kaynağı görülecektir.
13
Giriş işaretinin negatif seviyesini istenilen bir değerde sınırlayan devre şeması şekil
4’de verilmiştir. Giriş işaretinin tüm pozitif alternansı boyunca diyot doğru kutuplanır
ve iletimdedir. Çıkışta VA kaynağı olduğu gibi görülür. Giriş işaretinin negatif
alternansı, diyotun katoduna uygulanan VA geriliminden daha negatif olduğunda ise
diyot yalıtıma gidecektir. Diyot yalıtıma gittiğinde giriş işareti aynen çıkışta
görülecektir.
Şekil-4 Kutuplamalı Negatif Sınırlayıcılı Devre
c- Paralel Kırpıcı Devreler:
Şekil-5 Paralel Kırpıcı Devre
14
Şekil-3 Kutuplamalı Pozitif Sınırlayıcı Devre
2- Kenetleme Devreleri: Kenetleyici bir AC sinyali farklı bir DC seviyesine çıkarıp
kenetleyen yani hep orada kalmasını sağlayan devredir. Aşağıda örnekleri
gösterilmektedir.
Şekil-6 Negatif Gerilim Kenetleyici Devre
Yukarıdaki devrenin girişine bir sinyal uygulayalım. t1 zamanında C kondansatörü
boş olduğu için kısa devre gibi davranacak, bundan dolayı diyotun anodu pozitif,
katodu ise negatif olacaktır. Yani t1-t2 zamanları arasında diyot iletime geçip kısa
devre olacak, çıkış voltajı da 0V olacaktır. Bu arada C kondansatörü sanki girişe
uygulanan sinyale paralel bağlanacağı için giriş sinyalinin tepe değerine kadar
dolacaktır. t2-t3 zamanları arasında devre girişinin a ucu negatif, b ucu pozitif
olacaktır. Bu durumda diyot açık devre olacaktır. Şimdi buraya dikkat edelim.
Devrenin çıkışa bağlı b ucu pozitif, a ucu negatif, C kondansatörünün a ucuna bağlı
yeri bir önceki şarjdan dolayı pozitif, çıkışa bağlı ucu negatif olacak. Yani giriş
sinyali ile C kondansatörü üzerindeki şarj seri bağlı bataryalar olarak davranacaktır.
Giriş sinyali ile kondansatör üzerindeki voltajlar toplanacak t2-t3 zamanları arasında
çıkış voltajı,
olacaktır. C üzerindeki şarj giriş voltajına eşit olacağı için çıkış voltajı da t2-t3
zamanları arasında
olacaktır.
15
t3-t4 zamanları arasında a ucu tekrar pozitif, b ucu da negatif olacaktır. C
kondansatörü üzerindeki gerilim boşalmayacağı (aslında çok azda olsa boşalır, fakat
bu çok önemli değildir) için kondansatör ile giriş geriliminin toplamı çıkışta, çıkış
voltajı olarak görülecektir. Bu değer,
Vi=VC
olacağı için çıkış voltajı da 0 volt olacaktır. Görüldüğü gibi, giriş voltajının seviyesini
negatif olarak kaydırdık.
Yukarıdaki devredeki diyotun yönünü ters çevirerek çıkış gerilimini pozitif yöne
kaydıra biliriz. Böyle bir devrenin şekli aşağıda görülmektedir.
Şekil-7 Pozitif Gerilim Kenetleyici Devre
3- Tam Dalga Doğrultma:
• Doğrultucu bir ya da daha fazla yarı iletken elemandan (örneğin diyot) oluşan
alternatif akımı doğru akıma çevirmek için kullanılan elektriksel bir devredir.
AC' yi doğrultmak için tek bir diyot kullanıldığı zaman (dalga formunun
negatif ya da pozitif tarafını bloklayarak) doğrultucu AC' yi DC' ye çeviren
bir diyod olarak tanımlanır.
• Doğrultma alternatif akım (AC)' ın doğru akıma (DC) döndürülmesi
işlemidir. Bütün doğrultucular, tek bir diyot ile mümkün olan AC yi DC ye
dönüştürme işlemini daha verimli yapabilmek için birden fazla diyotun belirli
bir şekilde birbirine bağlanmasıyla yapılır. Doğrultma işlemi ÖZEL olarak
yarı iletken diyot’ lar üzerinden gerçekleştirilir. Yarı iletken elemanlardan
16
oluşan doğrultucular geliştirilmeden önce vakum tüpleri kullanılırdı.
Şimdi tam dalga doğrultma işlemini adım adım inceleyelim.
Şekil-9 Bir Tam Dalga Doğrultucu
Şekil dikkatli incelenirse iki adet yarım dalga doğrultucudan oluştuğu rahatlıkla
görülmektedir. Yarım dalga doğrultucudan hatırlayacağınız gibi diyotlar girişteki sinyalin her
pozitif bölümünde iletime geçmektedir. Yani t1 ve t2 zamanları arasında D1 diyotu t2 ve t3
zamanları arasında D2 diyotu iletime geçmektedir. Yük direnci üzerindeki dalga şekli
aşağıdaki gibi olur.
Şekil-10 Yukarıdaki Tam Dalga Doğrultucu Devresindeki Yük Üzerine Düşen Gerilim
17
Yukarıdaki tam dalga doğrultucunun çıkış dalga şekli ile yarım dalga doğrultucunun çıkış
dalga şekilleri arasındaki fark, yarım dalga doğrultucuda olan boşlukları tam dalga
doğrultucuda olmayışıdır. Şimdi doğrulucunun çıkış uçları arasına bir kondansatör koyalım.
Şekil-11 Kondansatör Bağlanmış Doğrultucu Devre
İki diyotlu tam dalga doğrultucunun önemli bir dezavantajı vardır; Her alternansta
transformatör sekonderinin bir yarısından yararlanılmaktadır. Bu durum da transformatörün
boyutları büyüdüğünden maliyeti artmakta, çok yer kaplamakta ve çok ısınmaktadır.
Köprü doğrultucular ise aslında tam dalga doğrultucu özelliğinde olup sadece giriş gerilim
kaynağı tam dalga doğrultucu gibi ortası sıfırlı olmayıp, tek bir AC kaynak ile
beslenmektedir. Aşağıdaki şekilde köprü doğrultucu görülmektedir.
Köprü tipi doğrultucuların avantajları:
1. İki diyotlu tam dalga doğrultuculara göre daha küçük transformatör kullanılabileceğinden,
maliyet, yer, ısınma bakımından avantaj sağlanır.
2. Dört diyot bir gövde üzerinde hazırlandığından montaj kolaylığı olmalıdır.
Şekil-12 Köprü Tipi Doğrultmaç
18
Yukarıdaki devrenin girişine (e-f uçları arasına) bir alternatif gerilim uygulayalım. t1
zamandan itibaren pozitif yönde yükselmeye başlayan giriş gerilimi, a ucunu pozitif b ucunu
da negatif yapacaktır. Bu anda a ucuna bağlı diyotlardan D1 diyotunun anodu, D3 diyotunun
da katodu pozitif olacaktır. Aynı şekilde b ucuna bağlı diyotlardan D2 diyotunun katodu
negatif, D4 diyotunun da anodu negatif olacaktır. Dikkat edilirse D1-D4 diyotlarının
katotlarının birleştiği c noktası ile D3-D2 diyotlarının anotlarının birleştiği d noktaları arasına
bir yük direnci bağlanmıştır. (Yük direnci bizim kullandığımız elektronik bir devre
olabileceği gibi şekildeki hali ile bir direnç de olabilir.) Anodu pozitif olan D1 diyotu ile
katodu negatif olan D2 diyotu üzerinden bir akım akmaya başlar. Akan akım yük direncinin
üst ucundan girip ait ucunda çıktığı için yük direncinin üst ucunu pozitif, alt ucunu da negatif
yapacaktır. D1 ve D2 diyotları üzerinden akan akım t1-t2 zamanı boyunca yani a noktasının
pozitif, b noktasının negatif olduğu sürece devam edecektir. Bu durum aşağıdaki şekilde
görülmektedir.
Şekil-13 Pozitif Alternans Sırasında İletimde Olan Diyotlar
t2 zamanda sıfır volt değerine düşen giriş gerilimi hemen negatif yönde yükselmeye
başlayacaktır. t2 zamandan itibaren negatif yönde yükselmeye başlayan giriş gerilimi, a
ucunu negatif b ucunu da pozitif yapacaktır. Bu anda a ucuna bağlı diyotlardan D1 diyotunun
anodu, D3 diyotunun da katodu negatif olacaktır. Aynı şekilde b ucuna bağlı diyotlardan D2
diyotunun katodu pozitif. D4 diyotunun da anodu pozitif olacaktır. Anodu pozitif olan D4
diyotu ile katodu negatif olan D3 diyotu üzerinden bir akım akmaya başlar. Akan akım yük
direncinin üst ucundan girip ait ucunda çıktığı için yük direncinin üst ucunu pozitif, alt ucunu
da negatif yapacaktır. D4 ve D3 diyotları üzerinden akan akım t2-t3 zamanı boyunca yani a
noktasının negatif, b noktasının pozitif olduğu sürece devam edecektir. Bu durum aşağıdaki
şekilde görülmektedir.
19
Şekil-14 Negatif Alternans Sırasında İletimde Olan Diyotlar
Çıkış gerilimin doğru akım (DC) şeklinde olabilmesi için yük direncine paralel bir
kondansatör koyarsak çıkış dalga şekli ve devre aşağıdaki gibi olur.
(a) (b)
Şekil-15 (a) Kondansatör Bağlanmış Köprülü Doğrultma Devresi ve (b) Yaklaşık Çıkış
Gerilimi Eğrisi
Deneyin Amacı: Diyotlarla yapılan bazı uygulamalardan kenetleyici, kırpıcı ve doğrultucu
devrelerin anlaşılması, gerçeklenmesi ve kullanım yerlerinin kavranması
Kullanılacak Materyaller:
3 x Si Diyot 1N4148 1x 3.9V Zener Diyot 1N4651 = 1N4730
1x 10kΩ 1 x 1MΩ
1 x 100nF
Ön Hazırlık Çalışmaları:
1- Aşağıdaki devreyi bir simülasyon programında kurup girişine tepeden tepeye 10V
genlikli, frekansı 1kHz olan sinüs işareti uygulayın.
20
2- Aşağıdaki devreyi bir simülasyon programında kurup tepeden tepeye 10V genlikli,
frekansı 1kHz olan sinüs işareti uygulayın.
3- Aşağıdaki devreyi bir simülasyon programında kurup tepeden tepeye 10 V genlikli,
frekansı 1 kHz olan sinüs işareti uygulayın.
Not: Yukarıdaki devrede Zener diyodun gerilim değeri 5.9 V değil 3.9 V’tur.
4- Aşağıdaki devreleri bir simülasyon programında kurup tepeden tepeye 10 V genlikli,
frekansı 1 kHz olan sinüs işareti uygulayın.
21
5- Aşağıdaki devreleri bir simülasyon programında kurup tepeden tepeye 10V genlikli, frekansı 1kHz olan sinüs işareti uygulayın.
6- Aşağıdaki devreleri bir simülasyon programında kurup tepeden tepeye 10 V genlikli,
frekansı 1 kHz olan sinüs işareti uygulayın.
7- Aşağıdaki devreleri bir simülasyon programında kurup tepeden tepeye 10 V genlikli,
frekansı 1 kHz olan sinüs işareti uygulayın.
22
Deney Adımları: Ön hazırlık sırasında simülasyon programında kurduğunuz devreleri bread
board üzerine kurunuz. Devrelerin girişlerine sinyal jeneratörüyle tepeden tepeye 10 V
genlikli sinüzoidal dalga ayarlayıp veriniz ve çıkışları osiloskop yardımıyla gözlemleyiniz.
Aşağıdaki osiloskop görüntülerini çizmeniz için ayrılmış alana ölçekli çiziniz ve değerleri not
alınız.
Not: Deney esnasında sıkıntı yaşamamanız için bu sayfadan birkaç kopyayı yanınızda getirin.
23
24
25
DENEY 3 : BJT KARAKTERİSTİKLERİ
Günümüzde akım kontrol elemanı olarak en çok kullanılan yarıiletken düzenler bipolar
transistörlerdir. Bipolar transistörlerin alan etkili transistörlere göre en önemli üstünlükleri
akım kontrol yeteneklerinin (geçiş iletkenliklerinin) daha yüksek olmasıdır.
Bir npn tipi transistörü göz önüne alarak akım kontrol mekanizmasını inceleyelim.
Transistörün emetör baz jonksiyonu geçirme yönünde, kollektör baz jonksiyonu da tıkama
yönünde kutuplanmış olsun (Şekil 3.1).
Bu durumda:
1- Geçirme yönünde kutuplanmış olan E-B jonksiyonunda emetör bölgesindeki çoğunluk
taşıyıcısı olan elektronlar difuzyonla baz bölgesine, benzer şekilde baz bölgesindeki çoğunluk
taşıyıcıları da emetör bölgesine geçerler. Bu iki taşıyıcı akışının sebep olduğu elektrik akımı
aynı yönde ve emetörden dışarıya doğrudur. Emetör bölgesinin katkı yoğunluğu baz
bölgesininkine göre çok yüksek yapılırsa toplam akım üzerinde bazdan
emetöre geçen deliklerin payı ihmal edilebilir. Akacak olan akım geçirme yönünde bir pn
jonksiyonunun akımıdır ve değeri bağıntısı ile belirlidir.
Buradaki IEBS katsayısı kollektör jonksiyonundan da akım akması (kollektörün baza kısa
devre edilmesi) haline karşı düşen emetör-baz jonksiyonu doyma akımıdır.
26
2- Tıkama yönünde kutuplanmış olan B-C jonksiyonunda p bölgesindeki azınlık taşıyıcıları
olan elektronlar kollektör bölgesine, kollektör bölgesindeki azınlık taşıyıcıları da baz
bölgesine doğru, jonksiyondaki VCB nin de desteklediği alanın etkisi ile akarlar. Bunların
toplamı kollektör ucundan içeriye doğru bir elektrik akımı demektir. Akıma katkıda bulunan
taşıyıcıların yoğunluğu her iki bölgede de çok az olduğundan akım değeri küçüktür ve
taşıyıcı yoğunlukları ile sınırlıdır.
Şimdi tekrar başa, emetör bölgesinden baz bölgesine difuzyonla geçen elektronlara dönelim.
Bu elektronların baz bölgesi içinde ilerledikçe burada çoğunlukta bulunan deliklerle
birleşeceklerini ve yoğunluklarının uzaklıkla üstel olarak azalacağını, elektronların difuzyon
uzaklığı denilen uzaklıkta yoğunluk artımının, başlangıçtaki değerinin 1/e sine düşeceğini
biliyoruz. P tipi baz bölgesinin genişliği elektronların Ln difuzyon uzaklığına göre küçük
olacak şekilde çok dar yapılırsa emetörden baz bölgesine geçen elektronların henüz pek azı
deliklerle birleşmişken, büyük çoğunluğu kollektör jonksiyonuna ulaşır. Bu jonksiyondaki
kutuplama gerilimi elektronları kollektör bölgesine doğru akıtacak yönde olduğundan
kollektör jonksiyonuna ulaşmış olan elektronlar kollektör bölgesine geçerek kollektörden
dışarıya doğru bir elektron akımı (kollektörden içeriye doğru bir elektrik akımı) oluştururlar.
Bu akım emetörden baza geçen elektronların akıttığı akımdan biraz küçüktür. Aradaki fark
baz bölgesinden geçerken deliklerle birleşen az sayıda elektrona karşı düşen akıma eşittir.
Baz
bölgesi yeteri kadar dar ise baz içinde meydana gelen birleşmeler az olacağından baz akımı
çok küçük ve emetör akımı yaklaşık olarak kollektör akımına eşit olur.
Burada elektron akımı yolu emetörden – baz üzerinden – kollektöre doğru, yani elektrik
akımının yolu kollektörden – baz üzerinden – emetöre doğrudur ve bu akımı sağlayan toplam
kaynak VCE gerilimidir. Akımı kontrol eden büyüklük ise, baza geçen elektronların sayısını
belirleyen VEB gerilimidir. O halde transistörü Şekil 3.2 deki gibi de kutuplayabiliriz. Böylece
kontrol edilen akımın, kontrolü sağlayan kaynak üzerinden akması önlenmiş olur. Ortak bazlı
devre denilen Şekil 3.1 deki devrede kontrol kaynağından akan akım yaklaşık olarak kontrol
edilen akıma eşit olduğu halde Şekil 3.2 deki ortak emetörlü devre’de kontrol kaynağından
akan akım (baz akımı) kontrol edilen akıma göre çok küçüktür.
27
npn tipi transistör için bu anlatılanlar pnp tipi bir transistör için de geçerlidir. Tek fark akım
ve gerilimlerin yönlerini yukarıdakinin tersi olmasıdır. Pratikte her iki transistör tipi için de
geçerli olmak üzere akım referans yönlerinin transistöre doğru alınması kabul edilmiştir.
Şekil 3.2’deki gibi kutuplanmış bir transistör için çeşitli akım – gerilim ilişkilerini gösteren
eğri veya eğri ailelerine transistörün özeğrileri denir. Özeğriler arasında en önemli olanları
giriş özeğrisi (IB=f(VBE)), geçiş özeğrisi (IC = f (IB) ) ve çıkış özeğrileri (IC = f (VCE) , IB
parametre) dir.
Giriş Özeğrisi
Ortak emetörlü bir devrede transistörün emetöründen bazına geçen elektronların miktarını
(dolayısıyla IE akımını) belirleyen etken VBE gerilimidir. IE nin VBE ye bağımlılığı pn
jonksiyonunun akım gerilim bağıntısı ile belirlidir.
28
O halde transistörün giriş özeğrisini belirleyen bağıntı:
Çıkış Özeğrileri
Bir transistörde kollektör akımını emetörden baza difuzyonla geçen taşıyıcılardan,
birleşmeyle baz içinde yok olmadan kollektör jonksiyonuna ulaşabilenler oluşturur. O halde
bu akım emetör akımına ve transistörün hFE sine, dolayısıyla baz akımına bağlıdır, fakat
kollektör emetör geriliminden bağımsızdır. Yani ideal olarak sabit bir IB değeri için çizilecek
IC = f (VCE) eğrisinin yatay bir doğru olması gerekir. Ancak VCE nin IC üzerinde bazı etkileri
vardır:
1. Kollektör baz jonksiyonu VCE > VBE kaldıkça tıkama yönünde kutuplanmış bir
jonksiyondur. Bu jonksiyondaki geçiş bölgelerinin genişliği, tıkama gerilimi yükseldikçe
artar. O halde baz bölgesinin etkin genişliği VCE (dolayısıyla VCB) arttıkça azalır. Baz
genişliğinin azalması ise hFE nin, dolayısıyla belli bir IB değeri için akacak kollektör
akımının artması sonucunu verir. Bu etkiye Early Olayı denir.
29
2. VCE nin değeri azalma yönünde değiştirilirse VCE = VBE değerinde çıkış jonksiyonunu
tıkama yönünde kutuplayan VCB gerilimi sıfıra düşer. VCE < VBE için ise kollektör baz
jonksiyonu tıkama yönünde değil artık iletim yönünde kutuplanmıştır. Bu durumda akacak
olan baz – kollektör akımını meydana getiren, kollektör ve baz bölgelerindeki çoğunluk
taşıyıcılarıdır ve akımın yönü normal çalışma durumundaki akım yönünün tersidir. Baz
akımına bu olaydan dolayı eklenen bileşenin yönü ise normal baz akımınınkinin aynıdır. O
halde VCE < VBE bölgesinde, belirli bir baz akımı için akacak olan kollektör akımı VCE >
VBE bölgesindekine göre çok küçüktür ve VCE küçüldükçe hızla azalır. Bu bölgeye
transistörün doyma (satürasyon) bölgesi denir. Doyma bölgesinin sınırını belirleyen VCE =
VBE noktalarının IB küçüldükçe sola doğru kayacağı kolayca görülebilir.
Geçiş Özeğrisi:
Çıkış özeğrisinden, VCE nin belirli bir değeri için IC =f (IB) akım geçiş özeğrisini veren
noktalar elde edilebilir. Bu özeğri (çıkış özeğrilerinin tam yatay olmaması sebebiyle) değişik
VCE=sabit değerleri için başka başkadır. Ancak bunlar birbirlerine çok yakın olacağından
pratikte ortalama bir VCE değeri için tek bir özeğri vermekle yetinilir. Geçiş özeğrisi
başlangıçtan geçen hemen hemen lineer bir eğridir. Bu, hFE nin akımdan bağımsız
sayılabileceğini ifade eder. Aslında çok küçük veya çok büyük IC değerlerinde bazı ikincil
olaylar sebebi ile hFE nin değeri düşer, dolayısı ile geçiş özeğrisinin lineerliği bozulur.
30
Deneyin Amacı: Bipolar Transistörlerin karakteristik yapısını teorik ve pratik olarak
öğrenmek.
Kullanılacak Materyal:
1x BC 237 1x 1N4001 ya da
1N4148
1x 1KΩ 1x 33KΩ
Ön Hazırlık Çalışmaları:
1- Transistör nedir? NPN ve PNP tipi transistörler devrede nasıl gösterilirler? Eşdeğer
devre modelleri nasıldır? Açıklayınız.
2- Transistörlerin öz eğrilerinden çıkış ve geçiş öz eğrilerini açıklayınız. VBE, VCE, ICE,
IBE arasındaki ilişkileri eğriler üzerinde gösterip örneklerle açıklayınız.
3- Transistörlerin aktif bölgesi, kesim bölgesi ve doyum bölgesi kavramları ne ifade
etmektedir? Açıklayınız.
4- Transistorün doğru akım davranışını ve değişken işaret modelini çıkarınız. Gerekli
eşitlikleri araştırarak not ediniz.
5- Köprüleme ve kompanzasyon kondansatörleri devrelerde ne amaçlarla kullanılırlar
açıklayınız.
Uyarı: Bu deneyde toprak problemi sebebiyle hatalı ölçümler yapmamak için osiloskobun
toprak yalıtımını yapınız.
31
Deney Adımları:
a. Deney devrelerinde kullanılacak baz direnci 33kΩ, kollektör direnci 1kΩ’dur.
b. Deneyde şekil 3.3’teki devre ile transistörün çıkış ve geçiş karakteristiği multimetre
yardımıyla gerekli akım ve gerilimler ölçülerek elde edilecektir. Daha sonra şekil 3.4 ve
3.5’teki devreler ile osiloskobun X-Y modu kullanılarak aynı karakteristikler osiloskopta
elde edilecektir. Son olarak elde edilen sonuçlar karşılaştırılacaktır.
1- Şekil 3.3’teki devreyi kurup tablo 3.1’de verilen VB=0.5-1-1.5-2V için VC
gerilimlerini sırasıyla uygulayıp istenen akım ve gerilimleri ölçerek tabloya
kaydediniz. Tablo 3.1’deki verileri kullanarak şekil 3.7 ve 3.8’e çıkış ve geçiş
karakteristiklerini çiziniz.
2- Şekil 3.4’teki devreyi kurup osiloskop ekranında transistörün çıkış karakteristiğini
elde
ediniz. VB gerilimini yani transistörün baz akımını değiştirerek çıkış
karakteristiğindeki değişimi gözleyiniz. Tablo 3.1’de uyguladığınız VB gerilimlerini
sırasıyla uygulayarak elde ettiğiniz grafikleri şekil 3.9’a çiziniz ve daha önce
çizdiğiniz şekil 3.7’deki grafikle karşılaştırınız.
3- Şekil 3.5’teki devreyi kurup osiloskop ekranında transistörün geçiş karakteristiğini
elde
ediniz. Elde ettiğiniz karakteristiğin doğruluğundan emin olduktan sonra şekil 3.10’a
çiziniz ve daha önce çizdiğiniz şekil 3.8 ile karşılaştırınız.
Deney Soruları:
1- Tablo 1 verilerine göre BJT transistorun hangi çalışma bölgeleri hangi VB
değerlerinde görülmektedir?
2- BJT kontrollü kaynak olarak değerlendirilecek olursa ne tip bir kaynak olabilir?
Neden?
3- Bir BJT transistörün kollektör ve emitör bağlantıları yer değiştirirse kazancı nasıl
değişir?
4- Bir BJT transistörün çalışma bölgelerini tanımlayınız. Neye göre çalışma bölgeleri
belirlenir, açıklayınız.
5- Aktif bölgede çalışan bir pnp transistöre ilişkin IE , IC , IB , VCB ve VEB
büyüklüklerinin işaretleri nedir (pozitif veya negatif)?
32
6- Bir npn-BJT anahtar olarak kullanılmaktadır, BJT nin doyuma gitmesi ve kesime
gitmesi için gerekli şartları yazınız.
7- Osiloskopta gözlediğiniz eğri ile daha önceki eğriler aynı şekle mi sahip, aynı veya
farklı olması durumunda nedenlerini yazınız.
33
34
35
36
37
DENEY 4 : BJT UYGULAMALARI
Deneyin Amacı: BJT’li kuvvetlendiricilerin çalışma mantıklarının kavranması
Kullanılacak Materyaller:
BC-238C (=BC237=BC239) npn transistör x 1
adet
1.2kΩ x 1 adet 8.2kΩ x 1 adet 33kΩ x 1 adet
220kΩ x 1 adet 10kΩ x 1 adet 12kΩ x 1 adet 5uF (16V) x 2 adet
1uF x 1 adet 220uF x 1 adet
NOT: Devre elemanlarınızın yanma ihtimallerine karşın yedeklerini de temin ediniz.
Ön Hazırlık Çalışmaları:
1- Aşağıdaki devreyi bir simülasyon programında kurunuz ve Transistör baz, emitör ve
kolektör uçlarının referansa göre doğru gerilimlerini ölçünüz.
38
2- Aşağıdaki devreyi bir simülasyon programında kurunuz.
a- Ry = 12kΩ, giriş işaret kaynağı Vg’nin frekansı 1 kHz için kurdunuz devredeki
Vg’nin genliğini yavaşça değiştirerek çıkışta düzgün sinüs biçimli bir dalga elde
ettikten sonra Vg, V1 ve Vçıkış (Ry üzerindeki gerilim) değerlerini dalga şekilleriyle
birlikte ölçekli olarak kaydediniz.
b- Vg’nin genliğini çıkışta her iki tepede de kırpılma olana dek yavaşça arttırarak çıkışta
oluşacak bozulmayı (distorsiyon) gözleyin, kırpılmalı durumda çıkış işaretini ve Vg
değerini ölçekli olarak kaydedin.
c- Emitöre bağlı C2 kondansatörünü açık devre ederek (a) ve (b) şıklarındaki adımları
tekrarlayınız.
d- Yük direnci Ry = 4k7 ohm için (a), (b) ve (c) şıklarındaki adımları tekrarlayınız.
39
3- Aşağıdaki devreyi bir simülasyon programında kurunuz.
a- Ry = 12kΩ, giriş işaret kaynağı Vg’nin frekansı 1 kHz için kurdunuz devredeki Vg’nin
genliğini yavaşça değiştirerek çıkışta düzgün sinüs biçimli bir dalga elde ettikten sonra Vg,
V1 ve Vçıkış (Ry üzerindeki gerilim) değerlerini dalga şekilleriyle birlikte ölçekli olarak
kaydediniz.
b- Kazancı ve Ri direncini (Giriş direnci) bulunuz.
Deney Adımları:
1- Aşağıdaki devreyi bir bread-board üzerinde kurunuz ve Transistör baz, emitör ve
kolektör uçlarının referansa göre doğru gerilimlerini ölçünüz.
40
2- Aşağıdaki devreyi bread-board üzerinde kurunuz.
a- Ry = 12kΩ, giriş işaret kaynağı Vg’nin frekansı 1 kHz için kurdunuz devredeki
Vg’nin genliğini yavaşça değiştirerek çıkışta düzgün sinüs biçimli bir dalga elde
ettikten sonra Vg, V1 ve Vçıkış (Ry üzerindeki gerilim) değerlerini dalga şekilleriyle
birlikte ölçekli olarak kaydediniz.
b- Vg’nin genliğini çıkışta her iki tepede de kırpılma olana dek yavaşça arttırarak çıkışta
oluşacak bozulmayı (distorsiyon) gözleyin, kırpılmalı durumda çıkış işaretini ve Vg
değerini ölçekli olarak kaydedin.
c- Emitöre bağlı C2 kondansatörünü açık devre ederek (a) ve (b) şıklarındaki adımları
tekrarlayınız.
41
d- Yük direnci Ry = 4k7 ohm için (a), (b) ve (c) şıklarındaki adımları tekrarlayınız.
3- Aşağıdaki devreyi bir bread-board üzerinde kurunuz.
a- Ry = 12kΩ, giriş işaret kaynağı Vg’nin frekansı 1 kHz için kurdunuz devredeki Vg’nin
genliğini yavaşça değiştirerek çıkışta düzgün sinüs biçimli bir dalga elde ettikten sonra Vg,
V1 ve Vçıkış (Ry üzerindeki gerilim) değerlerini dalga şekilleriyle birlikte ölçekli olarak
kaydediniz.
b- Kazancı ve Ri direncini (Giriş direnci) bulunuz.
Volt/div
Osliloskop Görüntüsü Osliloskop Görüntüsü Time/divdeğerleri
42
43
44
DENEY 5: MOSFET KARAKTERİSTİKLERİ
Alan etkili transistörler (field-effect transistor, FET) bir yarıiletkenin içinden akan akımın bir
elektriksel alan yardımı ile kontrol edilmesi prensibine dayanırlar. FETler yapı bakımından
iki sınıfa ayrılırlar: jonksiyonlu alan etkili transistörler (JFET) ve yalıtılmış geçitli alan etkili
transistörler (metal-oksit-yarıiletken transistörler, MOSFET). Bunların ortak önemli
özellikleri çok büyük (teorik olarak sonsuz) giriş direncine sahip yarıiletken aktif devre
elemanları olmalarıdır. MOSFET lerin gitgide daha geniş ölçüde kullanıldıkları bir alan da
dijital tümdevrelerdir. Bunun nedeni MOSFET lerin boyutlarının daha küçük olması
(dolayısıyla birim kırmık alanı (pul) içine daha çok transistör sığdırma olanağı sağlaması) ve
üretim süreçlerinin transistörlere oranla daha kolay olmasıdır.
Bir MOS transistörün kesiti Şekil 4.1 de verilmiştir. p-tipi bir yarıiletken taban yüzeyinde iki
bölge difüzyonla katkılanarak n-tipine dönüştürülmüştür. Biri source diğeri drain olarak
adlandırılan bu uçlar arasında kalan p-tipi yarıiletken tabakanın üzeri çok ince bir yalıtkan
(yarıiletkenin silisyum olması durumunda silisyum dioksit) tabaka ile kaplanmıştır. Yüzeyin
geri kalan kısmı, daha kalın bir yalıtkan tabaka ile kaplanmıştır. İnce oksit tabakanın üst
yüzeyi üzerine bir iletken (genellikle polisilisyum veya alüminyum) film oluşturulmuştur. Bu
yapıda ince oksit tabakasının yüzeyindeki iletkene geçit elektrodu denir.
Bu elemanın source ucu ile drain ucu arasına bir gerilim uygulandığında source–taban veya
drain–taban jonksiyonları tıkama yönünde kutuplanmış olacağından devreden pratik olarak
akım akmaz.
45
Şimdi p-tipi tabanla geçit elektrodu arasına geçidi tabana göre pozitif yapacak yönde bir
doğru gerilim uygulandığını düşünelim. Meydana gelen alan etkisi ile, yarıiletken tabanın
oksit tabakasına yakın yerlerde pozitif taşıyıcılar (delikler) itilerek bu bölgeden
uzaklaştırılırken, elektronlar oksit-yarıiletken geçiş yüzeyine doğru çekilirler. Uygulanan
gerilimin bir değeri için bu bölgedeki elektron yoğunluğu delik yoğunluğunu aşar; yani geçit
elektrodu altında kalan bölgede ince bir yarıiletken tabakası, p-tipinden n-tipine dönüşmüş
olur. Böylece, zaten n-tipi olan source ve drain bölgeleri arasında bir iletim yolu (kanal)
oluşmuş olur. Kanal n-tipi olduğundan böyle bir MOS a n-kanallı MOS veya kısaca nMOS
denir. Kanal bölgesinin uygulanan gerilimle tip değiştirmesi olayına evirtim, kanal bölgesine
de evirtim tabakası denir. Evirtimin meydana gelmesi için gereken minimum geçit gerilimine
de eşik gerilimi denir ve genellikle VT ile gösterilir. Geçide uygulanan pozitif gerilim
arttırılırsa n-tipine dönüşen tabakanın kalınlığı artar, yani kanal direnci küçülür.
Yeteri kadar büyük bir gerilim uygulanarak kanalı oluşturulmuş bir MOS transistörde source
(S) ucu ile drain (D) ucu arasına bir gerilim uygulanırsa kanal boyunca bir akım akar. Akımın
değeri VDS gerilimi ile orantılı olarak artar. S ucu tabana bağlanmış bir n kanallı MOS da D
ucu S ye göre pozitif olacak şekilde bir gerilim uygulanırsa çok küçük VDS değerleri için
akım–gerilim bağıntısı yine lineerdir. VDS gerilimi arttırılırsa, kanalın S ucuna yakın
noktalarda geçit–taban gerilimi, uygulanmış olan VGS gerilimine eşit olduğu halde, kanal
içinde D ye doğru gidildikçe – akmakta olan akımın kanal direncinde meydana getirdiği
gerilim düşümü sebebi ile – geçitle taban arasındaki gerilim azalır ve bir noktadan sonra VT
eşik geriliminin altına düşer. Böylece kanal kısılır. Bundan sonra VDS gerilimi arttırılsa da
akım daha artamaz.
Şimdi tüm bu anlatılanlar ışığında MOSFET in çalışma bölgelerini inceleyelim:
Kesim bölgesi:
VDS = 0 iken, ancak VGS > VT durumunda MOSFET iletime geçer, VGS < VT için Drain
ucunda hiçbir hareketli yük bulunmayacağından ID = 0 dır. VGS < VT ve ID = 0 koşullarında
transistör kesimdedir (cut-off) ve açık bir anahtar davranışı gösterir.
4.2.2 Direnç bölgesi (doymasız bölge):
VGS>VT olduğunda kanal iletkenliği VDS tarafından kontrol edilmektedir. Direnç bölgesi
VGS–VT>VDS eşitsizliği ile tanımlanır. VDS nin bu küçük değerleri için MOSFET direnç
özelliği göstermektedir yani ID akımı VDS ile doğrusal olarak değişmektedir (Lineer Bölge).
46
4.2.3 Doyma Bölgesi
Doyma bölgesi şartı VGS –VT < VDS (sıfırdan büyük) dir. İdealde, doyma bölgesinde ID akımı
VDS den bağımsızdır ve sabittir. ID akımının değeri sadece efektif kontrol gerilimi VGS –VT
nin bir fonksiyonudur. Dolayısıyla
dir.
Şekil 4.2
Şekil 4.2 de gösterilen akım gerilim karakteristiği ideal bir MOSFET içindir. Gerçekte ise
doyma bölgesinde ID akımı, VDS ile az da olsa artar. Bu etkinin sebebi kanal boyu
modülasyonu dur. Kanal boyu modülasyonu etkisi de dikkate alınarak:
yazılabilir.
Kanal boyu modülasyonu dijital devreler için genellikle ihmal edilir ancak analog devreler
için önemli olabilir.
Buraya kadar anlatılmış olan MOS larda geçite bir gerilim uygulanmadığı sürece bir iletim
kanalı yoktur. Kanalı, geçide uygulanan gerilim oluşturur. Bu yüzden, bu tip bir MOS’a kanal
oluşturmalı MOS (enhancement MOS, normally-off MOS) denir. Lojik devrelerde kullanılan
MOS lar bu tiptendir. Bazı uygulamalarda geçide gerilim uygulanmamışken MOS un belirli
bir ölçüde iletken olması, VGS gerilimini bir yönde değişimi ile akımın artması, diğer yönde
47
değişimi ile akımın azalması istenir. N-kanallı MOS transistörlerde bu durum tabanın katkı
yoğunluğuna bağlı olarak, genellikle kolayca sağlanır, p-kanallı yapılarda kanal bölgesinin
katkılanması gerekir. Bu tipten bir MOSa da kanal ayarlamalı MOS (depletion MOS,
normally-on MOS) denir.
Deneyin Amacı: Bir MOSFET Transistörün karakteristik yapısını teorik ve pratik olarak
öğrenmek.
Kullanılacak Materyal:
1xBS108 N-Kanal (Kanal Oluşturmalı)
ya da muadili. ( Transistörlerin
yanmaolasılığına karşı
yedek transistör
getiriniz.)
1x1N4001 1x1kΩ
Ön Hazırlık Çalışmaları:
1- FET, JFET nedir? n tipi transistörler devrede nasıl gösterilirler? Küçük işaret ve doğru
akım eşdeğer devre modelleri nasıldır? Çizip açıklayınız. Gerekli eşitlikleri araştırarak
not ediniz.
2- BS108 (veya temin edebildiğiniz eşdeğer bir JFET) için katalog bilgilerini araştırınız.
Her grup için en az bir adet katalog çıktısını deney esnasında yanınızda bulundurunuz.
Bu katalog üzerinde önemli parametreleri bulup deneye gelmeden ön hazırlık
çalışmalarınızda belirtiniz.
3- Deney sonundaki sorulara hazırlanınız.
Deney Adımları:
1) Şekil 4.3’deki devreyi kurup VDS kaynağını 2V’a ayarlayınız. Daha sonra VGS’yi 0V’dan
itibaren arttırarak mosfetin iletime geçtiği VGS eşik gerilimini tespit ediniz.
2) VGS ve VDS gerilimlerini 0V’a ayarlayınız. Daha sonra VGS’yi 0V’dan itibaren 0.5V
adımlarla 2V’a kadar arttırırken her adım için; VDS’nin 0V, 0.1V, 0.2V, 0.3V, 0.4V, 0.5V,
1V, 2V, 4V, 6V, 8V ve 10V değerlerinde devreden geçen ID akımını ölçünüz. ID akımını
değerlendirirken 1K’lık direnç üzerindeki gerilimi göz önüne alınız. Bulduğunuz değerler
ile Tablo 4.1’i doldurunuz. Bu tablodan yararlanarak ID-VDS karakteristiğini Şekil 4.4’deki
48
koordinat eksenine çiziniz.
3-) Mosfetin ID – VDS eğrisini osiloskop ekranında gözlemlemek üzere uygun devreyi
kurunuz. Gözlemlediğiniz eğriyi Şekil 4.5’deki koordinat eksenine çiziniz.
Deney Soruları:
1. İdeal bir gerilim kontrollü akım kaynağının 3 önemli özelliğini belirtiniz.
2. NMOS kanal oluşturmalı bir MOSFET in temel yapısını çiziniz.
3. NMOS kanal ayarlamalı bir MOSFET in temel yapısını çiziniz.
4. NMOS kanal oluşturmalı bir transistörün çıkış ve geçiş karakteristiklerini çiziniz.
5. NMOS transistörlerin PMOS transistörlere göre daha çok kullanılmasının nedeni nedir?
6. Eşik gerilimi VT nin
a. kanal oluşturmalı
b. kanal ayarlamalı MOSFET ler için anlamını açıklayınız.
7. Bir MOSFET e ilişkin W/L oranının ID akımına etkisi nedir?
8. Bir MOSFET direnç olarak kullanılabilir mi? Nasıl?
9. Bir MOSFET anahtar elemanı olarak kullanılabilir mi? Nasıl?
10. Bir MOSFET kuvvetlendirici olarak kullanılabilir mi? Nasıl?
11. CMOS ne demektir?
49
Mosfetin İletime Geçtiği VGS Eşik Gerilimi : VT =
50
Tablo 4.1 Akım değerleri
ÖNEMLİ NOT: Çizilen grafiklerde eksenlerin ait olduğu değişkenlerin birimleri mutlaka
yazılmalıdır. Birimsiz grafikler değerlendirmeye alınmayacaktır.
DENEY 6: MOSFET UYGULAMALARI
51
Deneyin Amacı: FET’li kuvvetlendiricilerin çalışma mantıklarının kavranması
Kullanılacak Materyaller:
BF245 (n kanallı JFET Transistör) x
1adet
3k3Ω x 1adet 680 Ω x 1 adet 1M Ω x 1 adet
1k5 Ω x 1 adet 220uF (16V) x 1 adet
100nF x 1 adet
NOT: Devre elemanlarınızın yanma ihtimallerine karşın yedeklerini de temin ediniz.
Ön Hazırlık Çalışmaları:
1- Aşağıdaki devreyi bir simülasyon programında kurunuz.
a- Besleme gerilimi 15V, Vg 0V iken transistörün gate, drain ve source uçlarındaki
doğru gerilimleri ölçünüz.
2- Yukarıdaki devreye bir Cs=220uF kondansatörü eklenerek düzenlenmiş devreyi
simülasyon programında kurunuz.
52
a- Vg’nin frekansını 1kHz yapın ve genliğini ayarlayarak VR3’ün düzgün bir sinüzoidal
olmasını sağlayın. Bu durumda Vg ile VR3’ü ölçerek dalga şekillerini kaydedin.
b- Vg gerilimini arttırarak VR3 çıkışında bozulma ve kırpılma oluşturup bu durum için de
Vg ve VR3 gerilimlerinin dalga şekillerini kaydediniz.
c- Cs kondansatörünü açık devre yapıp transistörün gate, drain ve source uçlarındaki
doğru gerilimleri ölçünüz ve (a) ve (b) şıklarını tekrarlayınız.
d- Cs kondansatörünün devredeki görevini ve etkisini açıklayınız.
Deney Adımları:
1- Aşağıdaki devreyi bir bread-board üzerinde kurunuz ve besleme gerilimi 15V, Vg 0V
iken transistörün gate, drain ve source uçlarındaki doğru gerilimleri ölçünüz.
53
2- Aşağıdaki devreyi bir bread-board üzerinde kurunuz ve
a- Vg’nin frekansını 1kHz yapın ve genliğini ayarlayarak VR3’ün düzgün bir sinüzoidal
olmasını sağlayın. Bu durumda Vg ile VR3’ü ölçerek dalga şekillerini ölçekli olarak
çiziniz..
b- Vg gerilimini arttırarak VR3 çıkışında bozulma ve kırpılma oluşturup bu durum için de
Vg ve VR3 gerilimlerinin dalga şekillerini ölçekli olarak çiziniz.
c- Cs kondansatörünü açık devre yapıp transistörün gate, drain ve source uçlarındaki
doğru gerilimleri ölçünüz ve (a) ve (b) şıklarını tekrarlayınız.
d- Cs kondansatörünün devredeki görevini ve etkisini açıklayınız.
54
Recommended