DENEY NO: 7

DENEY NO: 7
MOSFET ÖLÇÜMÜ ve UYGULAMALARI
DENEYĐN AMACI:
Bu deneyin amacı MOS elemanların temel özelliklerini, n ve p kanallı
elemanların temel uygulamalarını öğretmektir.
DENEY MALZEMELERĐ
Bu deneyde 4007 MOS paketi kullanılacaktır. Entegrenin yapısı Şekil 5.1’ de
verilmiştir,diğer elemanlar 1 adet 100kΩ ayarlı direnç, 2 adet 10kΩ direnç, 1
adet 1kΩ direnç, 1 adet 0.1µF kontansatör,1 adet 1kΩ ayarlı direnç,1 adet
100Ω direnç.
Şekil 5.1. 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.
OKUMA
Deneyde incelenecek konular Micro Electronic Circuits kitabında 5.1, 5.2, 5.3,
5.4, 5.5 ve 5.6 bölümlerinde işlenmektedir. Kullanacağımız MOS paketinin
ayrıntılı bilgileri örütbağ (internet) üzerinden araştırılabilir.
ÖN HAZIRLIK
•
Eleman-Bütünlük kontrolü
1.1 Eleman eşiklerinin hesaplanması
Şekil 5.2’ de görünen devrede kaynak voltajı 10 volt’a ayarlıdır. Voltmetreden
okunan değer 8.82 volt ise eşik geriliminin değerini bulunuz.
1.2 Eleman iletkenlik parametresinin hesaplanması
Şekil 5.2’ deki devrede, 1.1’deki durum için voltmetreye 100ohm’luk bir
direncin paralel bağlanması, voltmetredeki değeri 1.55 volt’a düşürür. Bu
durumda oluşan “ k n = µ n C ox (W / L) n ” değerini hesaplayınız.
• Yükselteç Fonksiyonu
Vt = 0.90 volt , “ k n = µ n C ox (W / L) n = 0.6mA / V 2 ” için Şekil 5.4’ deki devrede
ID=0.1mA ve VDS=5 volt olması için gerekli V1 ve V2 gerilimlerini hesaplayınız.
2.1 Eleman transconductance (gm) parametresinin hesaplanması
Yukarıdaki durum için olmasını beklediğiniz gm değerini hesaplayınız. 10 kΩ’luk
akaç(drain) direnci için elde edeceğiniz gerilim kazancı ne olurdu? I
düğümüne Vpp=1volt ve f=1kHz olan bir sinüs işareti uyguladığınızda C
düğümünde hangi işaretin olmasını beklersiniz?
DENEYLER:
• Eleman Bütünlük Kontrolü
Bu kısımdaki deneylerin amacı MOS paketindeki elemanların hızlı bir şekilde
incelenebilmesi için kullanılan tekniklerin öğretilmesidir. Bu uygulamalar
sayesinde ileriki kısımlarda incelenecek devrelerin çalışması ile ilgili bir problem
olduğunda hatanın nereden kaynaklandığının kolayca bulunması
amaçlanmaktadır.
3.1 Eleman eşik gerilimlerinin ölçülmesi
Amaç: Basit bir deneyle elde edilebilecek bilgilerin gösterilmesi.
Kurulum: Şekil 5.2’ deki devreyi MOS paketini kullanarak kurun. Taban
(substrate) bağlantılarının(14 ve 7 numaralı bacaklar) yapıldığından emin
olun. Diğer bacaklar boşta kalabilir. Kaynak gerilimini 10 volta ayarlayın.
Şekil 5.2. p-MOS’ un incelenmesi
Ölçüm:
a) A düğümü ile toprak arasındaki gerilimi voltmetre ile ölçün. Vtp gerilimini
not edin.
b) Aynı işlemi akaç(drain) ve kaynağı(source) yer değiştirerek tekrarlayın.
Vtp gerilimini not edin.
c) Aynı şekilde diğer p-kanal MOS’ların eşik gerilimini de Voltmetre ile
ölçün.
!!!Bu değerler ışığında elemanların eşik gerilimlerini yazın.
Tablo 1.1
Kaynak(source) bacak
no
VA
Vt
!!!Elemanların birbirleri ile olan uyumlarını irdeleyin.
3.2 Eleman iletkenlik parametresinin ölçümü
Amaç: k’ yı hızlı bir şekilde bulmak.
Kurulum: Şekil 5.2’ deki devreyi kurun.
Ölçüm:
a) 1 ve 2 numaralı bacakları kısa devre yapın ve kaynak gerilimini 10 volta
ayarlayın.
b) Kısa devreyi kaldırın ve A düğümündeki gerilimi ölçün.
c) Voltmetreye 100kΩ’luk ayarlı direnci paralel bağlayın. Bağlamadan
önce değerini en yüksek seviyeye getirin.Voltmetredeki değer
ölçtüğünüz değerin 1volt altına inene dek direncin değerini düşürün. Bu
şekilde bulduğunuz değerleri Tablo 1.2’ ye yazın
1
i D = k p (vGS − Vtp ) 2 ilişkisini kullanarak k parametresinin değerini bulun.
2
Tablo1.2
VAO
R
VAR
kp
IDP
!!!Çok basit bir deney düzeneği ile Vt ve k’nin kolayca bulunuşunu irdeleyin.
Burada güvenilir bir sonuç bulunması için biraz daha karışık bir yapı
kullanılmıştır. Uygun bir akım akmasını sağlayan ve değeri bilinen bir direnç bu
iş için yeterlidir.
3.3 n-kanallı elemanların parametreleri
Amaç: n-kanallı elemanların özelliklerini belirlemek.
Şekil 5.3. n-MOS’ un incelenmesi
Kurulum: Şekil 5.3’ deki devreyi kurun. Taban bağlantılarını kontrol edin.
Ölçüm:
a) Vtn voltajını ölçün bu değer kaynak voltajı ile voltmetredeki değer
arasındaki farka eşittir.
b) Daha sonra 100kΩ’luk ayarlı direnci voltmetreye paralel bağlayarak
değişik direnç değerlerinde akan ID akımını ve hesapladığınız kn
değerini not edin.
Tablo1.3
Vtn
•
R
kn
IDN
VAR
Yükselteç Fonksiyonu
Şekil 5.4. n-MOS’ lu yükselteç
Bu aşamada Şekil 5.4’ deki devrenin temel yükselteç fonksiyonları, özellikleri ve
parametreleri öğrenilecektir. Bu devre yapısı genel uygulamalar için pek
uygun olmasa da basitliği ve kolay değiştirilebilmesi açısından avantajlıdır. V1,
VGS bileşeni ve buna bağlı olarak IDN akımını ayarlayan gerilim kaynağıdır. V2,
IDN değeri ayarlandıktan sonra VDS sabit kalmasını sağlayan gerilim kaynağıdır.
C kondansatörü B düğümündeki DA değeri izole etmek için kullanılmaktadır.
Bu kondansatörün sığası çalışılacak frekans aralığında kısa devre olacak
kadar büyük olmalıdır.
4.1 Eleman (transconductance) parametresi
Amaç: Eleman (transconductance) parametresinin hesaplanması.
Kurulum: Şekil 5.4’ deki devreyi kurun (3, 4, 5 n-MOS). Taban bağlantılarını
yapın(14 V2’ ye 7 Gnd’ ye).
Ölçüm:
a) Sinyal kaynağı kapalı iken V2=6volt yapın ve Vc=5volt olana kadar V1
gerilimini ayarlayın. V1 voltajını ölçün.(Neden VB değil de V1 voltajını
ölçtük)
b) I düğümüne Vpp=1volt f=1kHz olan sinüs uygulayın ve A ve C
düğümlerini osiloskopta AC konumda gözleyin. C düğümünü DC
konumda gözlersek hangi işareti görürüz ? A ve C düğümlerindeki
işaretleri milimetrik kağıda çizin.
Av =
vc
va
oranını bulun ve bu değeri kullanarak gm değerini
hesaplayın.
Av = gm.R D
Tablo 2.1.1
VI
IC
vb
vc
vc/vb
gm
c) Sinyal kaynağı kapalı iken V2=15 volt yapın ve Vc=5 volt olana kadar
V1 gerilimini ayarlayın. V1 voltajını ölçün(Neden VB değil de V1 voltajını
ölçtük).
d) I düğümüne Vpp=1volt f=1kHz olan sinüs uygulayın ve A ve C
düğümlerini osiloskopta AC konumda gözleyin. C düğümünü DC
konumda gözlersek hangi işareti görürüz. A ve C düğümlerindeki
işaretleri milimetrik kağıda çizin.
Tablo 2.1.2
VI
IC
vb
vc
vc/vb
gm
!!!Bu deneyde elde ettiğiniz gm ve ön gerilim verilerinin transistorün k ve Vt
parametrelerinin hesaplanmasında nasıl kullanılabileceğini irdeleyin.
NOT: Rapor deneylerin yapılış sırasına göre yazılacaktır.