Upload
coskunturhan
View
230
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
Alan Etkili Transistörler Alan Etkili Transistörler ((Field-Effect TransistorsField-Effect Transistors) (FET)) (FET)
11
Alan Etkili Transistörler (FET) (Field-Effect Transistors), BJT’ler ile birçok noktada benzerlikler gösterirken, bazı noktalarda ise farklılıklar sergilemektedir.
BenzerlikleriBenzerlikleri: : • Kuvvetlendirme• Anahtarlama• Empedans uygunlaştırma
FarklılıklarıFarklılıkları::• FET’ler voltaj kontrollü iken BJT’ler ise akım kontrollüdür.• FET’ler daha yüksek bir giriş direncine sahip iken BJT’ler ise daha
yüksek kazançlara sahiptir.• FET’ler IC olarak daha kolay üretilebilirler ve sıcaklık değişimlerine daha
az duyarlıdırlar.
FETFET
22
•JFETJFET–– Junction Field-Effect Transistor
•MOSFETMOSFET –– Metal-Oxide Field-Effect Transistor
D-MOSFETD-MOSFET –– Depletion MOSFET (Azaltıcı Tip)E-MOSFETE-MOSFET –– Enhancement MOSFET (Çoğaltıcı Tip)
FET TFET Tipleriipleri
33
JFETJFET’in’in YapısıYapısı
JFET’ler kendi içerisinde ikiye ayrılırlar.
•nn--kanalkanal•pp--kanalkanal
n-kanal en çok tercih edilen JFET tipidir.
JFET’lerin 3 adet terminalleri mevcuttur.
•Akıtıcı - Akıtıcı - Drain Drain (D) ve Kaynak - SKaynak - Sourceource (S) n-kanalına bağlanırken,•Kapı - Kapı - GateGate (G) ise p-tipi malzemeye bağlanır.
44
Bir Bir JFETJFET’in Temel Çalışma Prensibi’in Temel Çalışma Prensibi
JFET’in çalışma prensibi bir musluğa benzetilebilir.
Kaynak – Source: Kaynak – Source: Basınçlı su, akıtıcı-kaynak voltajının negatif kutbundaki elektron birikmesini temsil etmektedir.
Akıtıcı – DrainAkıtıcı – Drain:: Uygulanan voltajın pozitif kutbundaki elektron (yada delik) azlığını temsil eder.
Kapı – Gate:Kapı – Gate: Suyun akışını kontrol eden bir vana gibi kapı terminali n-kanalının genişliğini kontrol eder. Böylece akıtıcıya geçecek olan yük kontrolü yapılmış olur.
55
JFETJFET’in Çalışma Karakteristikleri’in Çalışma Karakteristikleri
Bir JFET’in çalışma şartlarının belirlenmesinde üç temel durum söz konusudur.
• VGS = 0, VDS 0’dan pozitif değerlere doğru yükseltilirken• VGS < 0, VDS pozitif değerde• Voltaj kontrollü direnç.
66
JFETJFET’in Çalışma Karakteristikleri’in Çalışma KarakteristikleriVVGSGS = 0, V = 0, VDSDS 0’dan 0’dan pozitif değerlere doğru yükseltilirkenpozitif değerlere doğru yükseltilirken
• p-tipi kapı ile n-tipi kanal arasındaki fakirleşmiş bölge (depletion region), n-kanalın içerisindeki elektronlar ile p-tipi kapı içerisindeki deliklerin birleşmesi sonucu bir artış göstermeye başlar.
• Fakirleşmiş bölgenin büyümesi, n-tipi kanalın direncinin artmasına yani daralmasına neden olur.
• n-tipi kanalın direncinin artması, kaynak-akıtıcı arasındaki (ID) akımda da bir artışa neden olur. Çünkü VDS artmaktadır.
VGS = 0 ve VDS 0’dan pozitif değerlere doğru yükseltilirken üç durum söz konusudur.
77
Eğer VGS = 0 iken VDS hala daha pozitif bir değere artırılmaya devam ederse, fakirleşmiş bölge n-tipi kanalı kapatacak kadar genişler.
Bunun sonucunda n-tipi kanaldaki ID akışı kesilir.
JFETJFET’in Çalışma Karakteristikleri’in Çalışma KarakteristikleriVVGSGS = 0, V = 0, VDSDS 0’dan 0’dan pozitif değerlere doğru yükseltilirkenpozitif değerlere doğru yükseltilirken
Kısılma - Kısılma - Pinch OffPinch Off
88
Kısılma – pinch-off noktasında:
• VGS deki herhangi bir artış ID‘nin değerinde bir değişikliğe neden olmaz. Kısılma noktasındaki VGS V Vpp olarak adlandırılır.
• ID doyumda yada maksimum değerindedir ve IIDSSDSS olarak isimlendirilir.
• Kanalın omik direnci maksimum düzeydedir.
JFETJFET’in Çalışma Karakteristikleri ’in Çalışma Karakteristikleri VVGSGS = 0, V = 0, VDSDS 0’dan 0’dan pozitif değerlere doğru yükseltilirkenpozitif değerlere doğru yükseltilirken
(Doyum-S(Doyum-Saturaturasyon)asyon)
99
Boylestad and NashelskyElectronic Devices and Circuit Theory
Copyright ©2006 by Pearson Education, Inc.Upper Saddle River, New Jersey 07458
All rights reserved.
JFETJFET’in Çalışma Karakteristikleri ’in Çalışma Karakteristikleri VVGSGS < 0, V < 0, VDSDS pozitif bir değerdepozitif bir değerde
VGS ‘in daha negatif bir değere inmesi fakirleşmiş bölgede bir artışa neden olacaktır.
1010
VGS negatif oldukça:
• JFET daha düşük bir değerde kısılmaya (Vp).
• VDS arttıkça ID azalacaktır.
• ID 0A olduğundaki VGS değeri Vp yada VGS(off) olur.
JFETJFET’in Çalışma Karakteristikleri ’in Çalışma Karakteristikleri VVGSGS < 0, V < 0, VDSDS pozitif bir değerdepozitif bir değerde: I: IDD < I < IDSSDSS
1111
2
P
GS
od
VV
1
rr
Kısılma noktasının solunda kalan bölge omiomikk bölge –triyod bölge –triyod bölge bölge olarak adlandırılır.
Bu bölümde JFET değişken bir direnç gibi kullanılabilir. Burada VGS akıtıcı-kaynak direnci (rd)’yi kontrol eder. VGS daha negatif oldukça (rd)’nin değeri artar.
JFETJFET’in Çalışma Karakteristikleri ’in Çalışma Karakteristikleri Voltaj-Kontrollü DirençVoltaj-Kontrollü Direnç
1212
p-p-kanalkanal JFET JFET
p-kanal JFET de aynen n-kanal JFET gibi davranır sadece kutuplama ve akım yönleri terstir.
1313
p-p-kanalkanal JFET JFET KarakteristikleriKarakteristikleri
VDS daha yüksek değerlere ulaştığında VDS > VDSmax değerine ulaştığında JFET kırıma uğrar ve ID kontrolsüz olarak artışına devam eder.
VGS pozitif olarak arttıkça;
• Fakirleşmiş bölge büyür,• ID azalır (ID < IDSS)• Kısılma anında ID = 0A
1414
JFETJFET’in Elektriksel Sembolü’in Elektriksel Sembolü
1515
2
V
V1DSSD
P
GSII
JFET’in giriş-çıkış ilişkisini veren transfer karakteristikleri BJT’de olduğu gibi düzgün değildir.
Bir BJT’de, IB (input) ile IC (output) arasındaki ilişkiyi tanımlar.
JFET’te ise, giriş VGS (input) ile çıkış ID (output) arasındaki ilişki biraz daha komplekstir:
JFETJFET TransfTransfer Karakteristiklerier Karakteristikleri
1616
JFET TransfJFET Transfer Eğrisier Eğrisi
JFET’lerde transfer eğrisi ID – VGS göre belirlenir.
1717
FET’li Kuvvetlendiricilerin KutuplanmasıBir FET’li kuvvetlendiricinin kutuplanması için temel olarak üç yol vardır:
•Gerilim bölücü,
•Kaynak kutuplama
•Kendiliğinden kutuplama (self bias)
R1
R2
RL
RS CS
C1
C2
VDD
Vin
Vo
Gerilim bölücülü kutuplama:•Girişte kapıdaki kutuplama miktarı gerilim bölücü dirençler R1 ve R2 ile belirlenmektedir.•Kapı kutuplaması, kapı ve kaynak gerilimleri arasındaki farktır (Vgs).•Bu gerilim doğrudan kapı ve kaynak arasından ölçülebildiği gibi her bir voltajın tek tek ölçülmesi ve birbirinden çıkarılması yoluyla da belirlenebilir.
Kaynak kutuplamalı FET’li kuvvetlendirici:
RL
RG RS
C2VDD
VSSVin
Vo
CS
C1
•Bu kutuplama da ikinci bir güç kaynağına ihtiyaç duyulmaktadır. •Bu yüzden bu kutuplama pek fazla kullanılmamaktadır. • İkinci bir güç kaynağının FET’in kaynak ucuna bağlanmasından dolayı bu isimle anılmaktadır.
Kendiliğinden kutuplamalı FET’li kuvvetlendirici:
12V
RD 3.3K
Vin
Vo
RG 1MRS
1K
F
25 F
1
C1
C2
•Burada kutuplama, Rs direnci üzerindeki gerilim düşümüyle sağlanmaktadır. •Rs üzerindeki gerilim düşümü kaynak-kapı jonksiyonunu ters yönde kutuplamaktadır. •Akıtıcı (drain) akımı akmazsa kutuplama sağlanamayacak, akım akışı artarsa kutuplama da sağlanmış olacaktır.•Bu etki aynı zamanda kazancın düşmesine de yol açmaktadır.
Örnek: Şekildeki JFET devresi için Q çalışma noktasını ve buradaki IDQ , VGSQ ve VDSQ değerlerini bulunuz.
FET’lerin Çalışma noktalarının bulunması
JFET JFET Veri SayfalarıVeri Sayfaları
Elektriksel KarakteristiklerElektriksel Karakteristikler
2828
JFET JFET Kılıf GösterimiKılıf Gösterimi veve Terminal TanımlamalarıTerminal Tanımlamaları
2929
MOSFETMOSFET
İki tip MOSFETmevcuttur:
• Azaltıcı-Tip (Kanal ayarlamalı)(Azaltıcı-Tip (Kanal ayarlamalı)(Depletion-TypeDepletion-Type))• Çoğaltıcı-Tip (Kanal oluşturmalı)(Çoğaltıcı-Tip (Kanal oluşturmalı)(Enhancement-TypeEnhancement-Type))
MOSFET’ler, JFET’lere benzer özellikler içerirler. Ayrıca başka faydalı özellikleri de mevcuttur.
3030
Azaltıcı (Azaltıcı (DepletionDepletion) ) -Type MOSFET -Type MOSFET YapısıYapısı
Akıtıcı draindrain (D) ve kaynak sourcesource (S) n-tipi katkılandırılmış malzemeye bağlanmıştır. Bu n-tipi bölgeler birbirleriyle bir n-tipi kanal vasıtasıyla ilişkilendirilmiştir. Bu n-tipi kanal ince bir izolatör katman olan SiO2 vasıtasıyla kapı gate gate (G) ucuna bağlanmıştır.
n-tipi katkılandırılmış malzeme p-tipi katkılandırılmış malzemenin üzerine yerleştirilir. Bu p-tipi katkılandırılmış malzemenin de bir alt tabaka terminal bağlantısı substratesubstrate (SS) mevcuttur.
3131
TemelTemel MOSFET MOSFET Çalışma BölgeleriÇalışma Bölgeleri
Bir azaltıcı-tip MOSFET iki modda işlem yapar:
• AzaltıcıAzaltıcı mod mod• ÇoğaltıcıÇoğaltıcı mod mod
3232
AzaltıcıAzaltıcı-T-Tipip MOSFET MOSFET AzaltıcıAzaltıcı Mod Mod Çalışması Çalışması
• VGS = 0V olduğunda ID = IDSS
• VGS < 0V olduğunda ID < IDSS
AzaltıcıAzaltıcı Mod Mod
Karakteristikleri JFET ile benzerlikler gösterir.
2
P
GSDSSD V
V1II
3333
AzaltıcıAzaltıcı-T-Tipip MOSFET MOSFET ÇoğaltıcıÇoğaltıcı Mod Mod Çalışması Çalışması
• VGS > 0V• ID , IDSS ‘nin üstü
değerlere ulaşır. • Transfer eğrisi:
2
P
GSDSSD V
V1II
ÇoğaltıcıÇoğaltıcı Mod Mod
VGS bu çalışma modunda pozitif değere sahiptir.
3434
p-p-KanalKanal AzaltıcıAzaltıcı-T-Tipip MOSFET MOSFET
3535
Maximum RatingsMaximum Ratings
EleElektriksel Karakteristikleriktriksel Karakteristikleri
Veri SayfasıVeri Sayfası
3636
ÇoğaltıcıÇoğaltıcı-T-Tipip MOSFET MOSFET YapısıYapısı
• Akıtıcı draindrain (D) ve kaynak sourcesource (S) n-tipi katkılandırılmış bölgeler ile bağlantılıdır. Bu n-tipi katkılandırılmış bölgeler birbirleriyle bir n-tipi kanal ile bağlantılı değildir.
• Kapı Kapı gategate (G) p-tipi bir yüzey ile SiO2
’ten oluşan bir izolasyon katı vasıtasıyla bağlantılıdır.
• n-tipi katkılandırılmış yüzey p-tipi katkılandırılmış alt tabaka ile bağlantılıdır. p-tipi katkılandırılmış alt tabaka da substratesubstrate (SS) terminali ile bağlantılıdır.
3737
ÇoğaltıcıÇoğaltıcı-T-Tipip MOSFET MOSFET’in Temel İşlem Modu’in Temel İşlem Modu
• VGS her zaman pozitiftir.
• VGS arttıkça, ID artacaktır.
• VDS artarken VGS sabit tutulursa, ID doyuma gider (IDSS) , VDSsat noktasına doyuma ulaşır.
Çoğaltıcı-tip MOSFET sadece çoğaltıcı modda işlem yapar.
3838
ÇoğaltıcıÇoğaltıcı-T-Tipip MOSFET Transfer MOSFET Transfer EğrisiEğrisi
Verilen bir VGS için ID :
Burada: VT = MOSFET’in eşik voltajı
2' )( TGSnD VVkI
2TGS(ON)
D(ON)'
)V(VI
k
n VDSsat aşağıdaki gibi bulunabilir:
TGSDsat VVV
3939
k’n=
ox
ox
ox
n
c
t
lwcoxn
ox
oxox tc
elektron hareketliliğioksit kalınlığıoksit geçirgenliğioksit kapasitansı
p-Kanal Çoğaltıcı-Tip MOSFET
p-kanal çoğaltıcı-tip MOSFET, n-kanala benzerlikler gösterir. Akım yönleri ve kutuplamalar ters yöndedir.
4040
MOSFET SMOSFET Sembolleriembolleri
4141
EleElektriksel Karakteristiklerktriksel Karakteristikler
Veri SayfasıVeri Sayfası
4242
VMOS DevVMOS Devreleri (Güç MOSFET’leri)releri (Güç MOSFET’leri)
VMOS (dikey-vertical MOSFET) eleman yüzeyinin daha çok kullanılabildiği bir yapıyı sunmaktadır.
AAvantajlarıvantajları
• VMOS ısı yalıtımı için daha fazla bir yüzeyin kullanımı sayesinde daha yüksek bir akım akışı sağlar.
• VMOS ayrıca daha hızlı anahtarlama özelliklerine sahiptir.
4343
AAvantajlarıvantajları
• Daha yüksek giriş empedansı• Daha hızlı anahtarlama• Düşük güç tüketimi
CMOS DevCMOS Devrelerireleri
CMOS (tümleşik-complementary MOSFET) hem p-kanal hem de n-kanal MOSFET’leri aynı alt tabaka üstünde bir arada kullanmaktadır.
4444
ÖzetÖzet Tabl Tablosuosu
4545