DENEY NO :5

DENEY NO: 9
8
MOSFET’ Lİ KUVVETLENDİRİCİLER
DENEYİN AMACI:
Bu deneyde MOS kuvvetlendiricilerden ortak kaynaklı ve ortak akaçlı devreler
incelenecektir.
DENEY MALZEMELERİ
MOSFET: 1x4007
Kondansatör: 3x1 µF, 2x10 µF
Direnç: 3x470KΩ, 1x150 KΩ, 1x1 KΩ, 2x10 KΩ, 1x820 Ω, 2x100 Ω, 500KΩ’ luk pot,
1KΩ’ luk pot.
4007 MOS entegresinin yapısı Şekil 9.1’ de verilmiştir.
Şekil 9.1. Entegrenin düğüm adları ve içindeki devre yapısı
Bu deneyde dikkat edilmesi gereken noktalardan biri 14 ve 7 numaralı
bacakların bağlantılarıdır. Bu bacaklar tüm p ve n kanallı elemanların taban
(substrate) bağlantılarıdır. 14 numaralı bacak en pozitif kaynağa, 7 numaralı
bacak ise en negatif kaynağa bağlanmalıdır. Bu iki düğüm arasındaki
potansiyel fark 16 voltu geçmemelidir. Aksi halde kanalın kırılması olayı
(punch-through) meydana gelir.
DİKKAT: MOSFET’ ler statik elektrikten olumsuz etkilendiklerinden bacaklarına
dokunmayınız!
1
ÖN BİLGİ
Alan etkili tranzistörler (Field - effect transistor, FET) genel olarak metal oksit
yarıiletken alan etkili tranzistörler (MOSFET) ve jonksiyonlu FET olmak üzere iki
ana gruba ayrılırlar. Jonksiyonlu FET’ler de pn jonksiyonlu FET (JFET) ve metal
yarıiletken alan etkili tranzistör (MESFET) olmak üzere iki gruba ayrılırlar.
MOSFET’lerde NMOS ve PMOS’lar beraber kullanılarak (CMOS) çok küçük
alanlara daha fazla tranzistör sığdırıldığından özellikle sayısal devrelerde
MOSFET’ler kullanılır.
Şekil 9.2’de N kanallı MOSFET’in yapısı gösterilmiştir. MOSFET’e herhangi bir
gerilim uygulanmadığında kaynak ve akaç terminalleri arasında p tipi bölge
vardır. Bu durumda teorikte akım sıfırdır. Eğer kapıya yeterince gerilim
uygulanırsa (VGS >VTN) (taban ve kaynak toprağa bağlı) oluşan alan ile p tipi
bölgedeki elektronlar kaynak ile akaç arasındaki kanalda birikirler. Burada
gerilimi MOSFET’in eşik gerilimidir (iletime geçmesi için kapı ucuna
uygulanması gereken minimum gerilim). Böylece kaynak ve akaç bölgeleri n
tipi kanal ile birbirlerine bağlanırlar ve kaynak ile akaç arasına bir gerilim
uygulandığında kaynaktan, akaca doğru bir akım akar. Burada akım
taşıyıcılar elektronlar olduğundan bu tip MOSFET n kanallı MOSFET veya kısaca
NMOS olarak adlandırılır. NMOS’da akaç - kaynak geriliminin uygulanması ile
elektronlar kaynaktan akaca doğru akarlar. Akan akımın değeri, kanaldaki
taşıyıcı yoğunluğuna dolayısıyla da kapı gerilimine bağlıdır. Kapı bölgesi
kaynak ve akaç arasındaki kanaldan oksit tabakası ile ayrıldığından teorik
olarak kapıdan akım akmaz. Benzer şekilde kanal ile taban da birbirinden
fakirleşmiş bölge ile ayrıldığından tabana doğru da bir akım akmaz.
Eğer VGS değeri NMOS’ un eşik geriliminden küçük ise NMOS tıkamadadır ve
akaçtan kaynağa bir akım akmaz (ID=0).
Eğer VGS gerilimi artırılır ve eşik gerilimini geçerse (VGS >VTN) MOSFET iletime
geçer ve akaçtan bir akım akar. VGS geriliminin eşik gerilimine yakın
değerlerinde, kanalda toplanan elektron sayısı çok fazla olmadığından,
kanalın direnci hala yüksek olduğundan akaç akımı çok yüksek değildir ve
VDS > VGS - VTN olduğundan MOSFET doyumdadır.
2
Bu durumda akaç akımı,
olur. kN n kanallı MOSFET’in iletkenlik parametresi olup değer,
şeklindedir.
Burada µn ; elektronların hareket yeteneği, Cox ; kapı bölgesindeki dielektriğin
birim alanındaki kapasite ( F⁄m2 ), W; kanalın genişliği (m) ve L; kanalın
boyudur (m). İletkenlik parametresinin birimi A⁄V2 ’dir. λ ise kanal boyu
modülasyon parametresi olup değeri oldukça küçüktür ve genellikle sıfır alınır.
Bu durumda doyum bölgesinde akaç akımı sadece VGS değerine bağlı olur.
Eğer VGS gerilimi daha arttırılırsa VDS < VGS - VTN olur ve MOSFET lineer bölgeye
geçer. Bu durumda akaç akımı,
olur.
Şekil 9.2’de n kanallı MOSFET’in akım gerilim karakteristiği gösterilmiştir.
3
ÖN HAZIRLIK
1. Şekil 9.4’ de verilen devrede VG, VD, VS, ID değerlerini teorik olarak
hesaplayıp, sonuçlarını deneyin yapılışı kısmındaki tabloya kaydediniz.
2. Şekil 9.5’ de verilen devrede VG, VD, VS, ID değerlerini teorik olarak
hesaplayıp, sonuçlarını deneyin yapılışı kısmındaki tabloya kaydediniz.
DENEYİN YAPILIŞI
I. ORTAK KAYNAKLI KUVVETLENDİRİCİ
1. Şekil 9.4’ de gösterilen n kanallı MOSFET’ li ortak kaynaklı kuvvetlendirici
devresini kurunuz. Devrenin girişine tepe değeri 50mV, frekansı 1KHz
olan sinüzoidal işareti uygulayınız. VDD=10V . R1= R2= 470KΩ, RD=1 KΩ,
RS =100 Ω, RY =10 KΩ, C1=C2=C3=1 µF
2. VG, VD, VS, ID değerlerini ölçünüz. Aşağıdaki tabloda ölçülen değer
kısmına yazıp, hesapladığınız sonuçlarla karşılaştırınız.
Ön Hazırlıkta Hesaplanan Değer
VD
VG
VS
ID
4
Deneyde Ölçülen Değer
3. RY yük direnci devrede yok iken; devrenin giriş ve çıkış işaretlerini ölçekli
olarak aşağıya çiziniz. Devrenin gerilim kazancını hesaplayınız ve
aşağıya yazınız.
Giriş işaretiyle çıkış işareti arasında oluşan faz farkının sebebini açıklayınız.
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
4. RY yük direnci devrede iken; devrenin gerilim kazancını hesaplayınız.
Çıkış gerilimi Vo’ ı kaydediniz.
Çıkıştaki gerilim değerinin azalmasının sebebini açıklayınız.
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
5. Giriş direncinin bulunması:
Şekil 9.4. deki devrede A noktası ile C1 kondansatörü arasındaki bağlantıyı
açınız. Buraya 500KΩ’ luk potansiyometreyi seri olarak bağlayınız.(Pot. un
değeri yaklaşık orta değerlerde olsun.) Çıkış gerilimini 4. Adımdaki değerin
yarısı olacak şekilde pot. u ayarlayınız. (Çıkış işareti simetrik ve kırpılmasız
olmalıdır.)Bu değer yükseltecin giriş direncidir. Bu değeri aşağıdaki tabloya
kaydediniz.
5
6. Çıkış direncinin bulunması:
RY yük direncini ve girişe bağladığınız potansiyometreyi devreden çıkarıp C1
kondansatörünü A noktasına tekrar bağlayınız. Çıkışa 1KΩ’ luk pot. ve 100Ω’
luk direnci seri olarak bağlayınız. (100Ω’ luk direncin seri olarak bağlanmasının
nedeni, 1KΩ’ luk pot.un yanlışlıkla 0Ω yapılması durumunda pot.u korumak
içindir.)
3. Adımdaki çıkış gerilimini yarıya düşürene kadar 1KΩ’ luk pot.u ayarlayınız. Bu
durumda çıkış direnci; Rçıkış= Rpot + 100Ω’ dur.
Rgiriş
Rçıkış
II. ORTAK AKAÇLI KUVVETLENDİRİCİ
1. Şekil 9.5’de gösterilen ortak kaynaklı devreyi kurunuz. Devrenin girişine
tepe değeri 50mV, frekansı 1KHz olan sinüzoidal işareti uygulayınız.
Devrenin Giriş ve çıkış işaretlerini ölçekli olarak aşağıya çiziniz. Devrenin
gerilim kazancını hesaplayınız ve aşağıya yazınız.
6