Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı - SABİS
advertisement
T.C. SAKARYA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı -IGrup No:__ __ Adı : Soyadı : Öğrenci No : Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 2 İçindekiler Laboratuar Tüzüğü ......................................................... 3 Elektronik Devre Elemanları .......................................... 5 Deney No: 1 ..................................................................... 9 LABORATUAR GEREÇLERİNİN TEMEL ELEMANLAR ÜZERİNDEKİ UYGULAMALARLA TANITILMASI .......... 9 ÖNBİLGİ ............................................................................................................................ 9 1.- Doğru Gerilim Kaynakları .......................................................................................................9 2.- Voltmetre ve Ampermetreler ...................................................................................................9 3.- İşaret Üreteçleri (Osilatörler) .................................................................................................10 4.- Osiloskoplar ........................................................................................................................... 10 TEORİK............................................................................................................................ 11 PRATİK ............................................................................................................................ 17 Deney No: 2 ................................................................... 19 YARI İLETKEN DİYODUN İNCELENMESİ ................... 19 ÖN BİLGİ ......................................................................................................................... 19 TEORİK............................................................................................................................ 21 PRATİK ............................................................................................................................ 26 PRATİK ............................................................................................................................ 27 Deney No: 3 ................................................................... 29 BJT ELEMAN DAVRANIŞININ İNCELENMESİ ............ 29 ÖNBİLGİ .......................................................................................................................... 29 TEORİK: .......................................................................................................................... 31 PRATİK ............................................................................................................................ 43 Deney No: 4 ................................................................... 47 MOSFET ELEMAN DAVRANIŞININ İNCELENMESİ .... 47 ÖNBİLGİ .......................................................................................................................... 47 TEORİK: .......................................................................................................................... 49 PRATİK:........................................................................................................................... 61 Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 3 Laboratuar Tüzüğü 1) Daha önceki senelerde laboratuar dersini almış ve devam etmiş olanlar yıliçi çalışmalara katılmayacak, bunun yerine farklı yıliçi çalışma yaparak buna göre not alacaklardır. Vize ve final sınavlarıtüm öğrenciler için ortaktır.daha önce dersi aldığı ve devam ettiği halde, tekrar devam etmek isteyen öğrenci varsa, dönem başında bildirmelidir. 2) Deneye ait teorik çözümler deney sonrasında toplanır. Geç getirilen teorik çözümler KESİNLİKLE kabul edilmez. Deney sırasında Teorik çözümle uğraşan öğrenci hem deneyden hem teorik çözümdem “0” alır. 3) Telafi deneyi yapılmayacaktır. 2 yoklamaya girmeyen devamsızlıktan kalır. Yoklamalar 4 deneye ait birer laboratuar olmak üzere 4 tanedir. 4) Deney esnasında ciddiyet ve dikkat şarttır. Deneylerde şebeke gerilimi ile çalışma yapıldığı için yapılan hatalarda hasar oluşabilir. Gözetmenden izin almadan yapılan çalışmalarda veya deney konusu dışında yapılacak denemelerden doğacak hasarlarda sorumluluk öğrenciye aittir. 5) Laboratuarda yüksek sesle konuşulmaz. 6) Öğrenciler deneye 5 dakika erken geleceklerdir. Geç gelenler deneye alınmayacaktır. Deneyi tam zamanında bitirmeyenler # (-) puan# alacaktır. 7) Deney başında her öğrencinin davranış notu 100 dür. süresince öğrenci yaptığı hatalar ve eksiklikleri sebebiyle alacağı #(-) puan#larla deney notunu düşürür. 8) Deneylere her öğrencinin bir kurşun kalem, silgi, cetvel ve hesap makinesi getirmesi zorunludur. 9) Deneylerdeki devreler önceden hazırlanıp laboratuara getirilemez. 10) Deneyin başında 10 dakikalık bir test yapılır. Bu testler yıl içi notunda etkili olacaktır. Testten sonra deneye başlamadan önce ilk 10 dakika içerisinde deney elemanları ve multimetre test edilir (edile biliniyorsa). # test hatalı ise (-) #. 11) Deney board üzerine kurulur ve doğruluğu kontrol edildikten sonra gözetmen çağrılır, gözetmen multimetreyi ve deney devresini board üzerinde kontrol eder. # eksiklik varsa (-) #. 12) Gözetmen nezaretinde enerji verilir. # deney çalışmıyorsa (-) #. 13) Gözetmen board üzerinde hata bulursa, öğrenci 10 dk. süreyle gözetmeni tekrar çağıramaz. 14) Gerekli ölçümler yapıldıktan sonra gözetmen çağırılarak grup yoklama ve puanlama kağıdını imzalatırlar ve diğer deneye geçmeye hak kazanırlar. Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 4 15) Yapılamayan deneyler için #(–)# puan alınır. 16) Deney bitimine 10 dk kala multimetre, deney seti, eleman testleri yapılarak deneyden izin alınarak çıkılmalıdır. 17) Föydeki teorik çözümleri hazırlamayan veya %50’den az hazırlayan öğrenci deneye alınmayacaktır (üç tane soru varsa en az iki tanesi cevaplanmalıdır). 18) Deneye öncesi testte %40 başarı gösteremeyen öğrenci teorik hesaplamalardan “0” alır. 19) Deney föyündeki deneylere ait teorik çözümler öğrenci numarasının son iki hanesine göre düzenlenir. 20) Teorik çözümler sadece belirlenmiş alan içine yapılır. Alan dışına, başka bir kağıda veya kağıt arkasına çözüm yapılamaz. 21) Teorik çözüler okunabilir bir yazı ile yazılmalıdır. Karalama şeklindeki çözümler değerlendirmeye alınmaz. 22) Çözümler sadece el yazısı ve kurşun kalem kullanılarak yapılacaktır. Ancak grafiklerde renkli kalemler kullanılabilir 23) Grafikler ve şekiller çizilirken mutlaka cetvel kullanılmalıdır (Grafiklerdeki iki nokta arası birleştirilmesini sadece ve sadece cetvel yardımıyla yapılmalıdır). 24) Teorik çözümler yapılırken ilk önce sayısal değer içermeyen ifade yazıldıktan sonra sayısal değerler yerine yazılarak çözüm yapılır. Örnek: V=IR V=110-3100102 25) Teorik hesaplamalarda virgülden sonra 3 haneye kadar değer alınır. Üçüncü haneden sonrası yuvarlanır. Hesaplamalarda bu hassasiyet gösterilmediği takdirde teorik çözümler değerlendirilmez. Örnek: 9,3524789=9,352 9,3525789=9,353 26) Virgülden önce sıfırdan farklı herhangi bir sayı olmalı ve 10-x çarpanındaki x sayısı 3 veya 3’ün katı olmalıdır. Hesaplamalarda bu hassasiyet gösterilmediği takdirde teorik çözümler değerlendirilmez. Örnek: 0,0096=9,610-3 0,0001354457=135,445710-6=135,44610-6 NOT: Laboratuar kurallarına uymayanlar deneyden uzaklaştırılır. Teorik çözümlere ait şart ve koşullara uymayan teorik çözüler değerlendirmeye alınmayacaktır. (-) Olumsuz deney hata puanı. Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 5 Elektronik Devre Elemanları 1) Direnç Renk Tablosu: Tablo I.1 Direnç renk tablosu. Şekil I.1. Direnç şekli. Örnek: Kahverengi Yeşil Kahverengi Altın 1 5 x10 %5 =150 Ohm, %5 Örnek: Kahverengi Yeşil Kahverengi Kırmızı Altın 1 5 1 x100 %5 =15100 Ohm, %5 Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 6 1 3 2 Şekil I.2 Ayarlı direnç (potansiyometre) şekli. 2) Tranzistor: a b Şekil I.3 Tranzistor şekilleri. 3 -C- 2 -C- NPN 2 -B- NPN 1 -B- 1 -E- 3 -E- BC238, BC547, BC548 BD135 Şekil I.4 Tranzistor bağlantı şekilleri. NMOS 1 -G- 3 -DB PMOS D G 2 -SK583, 2SK583 Şekil I.5 MOSFET bağlantı şekilleri. B S Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 3) 7 Kondansatör: 2 + a 1 b Şekil I.5 Elektrolyt Kondansatör şekilleri. 1' a b Şekil I.6 Polyester Kondansatör şekilleri. 4) Diyot: 1 2 1 2 1 2 Şekil I.7 Diyot şekli. 1 1 2 Şekil I.8 Zener Diyot şekli. Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 8 5) Bread Board: Kısa Devre Eleman Yerleştirme aralığı Güç Yolları Eleman Yolları Board üzerinde iki çeşit yol vardır. Bunlardan birincisi Güç Yollarıdır. Bu yollardaki birleşim noktaları yatay yönde birbiri ile Kısa Devre, düşey yönde ise açıkdevredirler. Genel olarak devrelerin besleme gerilimi ve toprak hatları için kullanılırlar. İkinci çeşit yol ise Eleman Yollarıdır. Bu yollar birbiri ile düşey yönde Kısa Devre, yatay yönde ise açıkdevredirler. Genelde bir sırada 5 adet birleşim noktası bulunur. Bu beş nokta birbiri ile Kısa Devredir. Diğer eleman yolları ile aralarında bir boşluk vardır (Eleman Yerleştirme aralığı). Bu boşluk entegre devrelerin bacak aralığına uygun şekilde dizayn edilmiştir. Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 9 Deney No: 1 LABORATUAR GEREÇLERİNİN TEMEL ELEMANLAR ÜZERİNDEKİ UYGULAMALARLA TANITILMASI ÖNBİLGİ TEMEL LABORATUAR GEREÇLERİ: 1.- Doğru Gerilim Kaynakları Laboratuar deneylerinde devrelerin beslenmesi için kullanılan doğru gerilim kaynakları genellikle gerilimi belirli aralıklarda ayarlanabilen türden kaynaklardır. Bunun yanında elektronik devrelerde en çok kullanılan gerilimler olan 5V , 12V ve 15 V besleme gerilimleri için sabit değerli, yani sadece bu değerleri veren gerilim kaynakları da mevcuttur. İdealde gerek sabit değerli olanların ve gerekse ayarlanabilen değerlikli olanların gerilim değerlerini şebeke gerilimi değişimi vb gibi etkilerden bağımsız olarak değiştirmeden devreye verebilmeleri yani kararlı olmaları gereklidir. Ayrıca gerilim verdikleri devreye bağlı olarak farklı yükleme etkilerine (yani çekilebilecek farklı akımlara) karşı da idealde duyarsız olmaları beklenir. Ancak gerçekte bütün DC kaynakların akıtabilecekleri akımda bir üst sınırları vardır. Bu değerden daha büyük akım çekilmeye çalışıldığında ise koruma devreleri yardımıyla devreden çok büyük akımların akması dolayısıyla kaynağın veya devrenin zarar görmesi engellenir. 2.- Voltmetre ve Ampermetreler Gerilim ve akım ölçmek için kullanılırlar. İdeal bir voltmetrenin iç direnci sonsuzdur, yani üzerinden akım akmaz. İdeal bir ampermetrenin ise iç direnci sıfırdır, yani üzerinde gerilim düşümü olmaz. Voltmetre devre üzerinde aralarındaki gerilim farkı ölçülmek istenen iki nokta arasına paralel bağlanır. Ampermetre ise akım ölçülmek istenen hatta içinden akım geçecek şekilde, yani seri bağlanmalıdır. Ampermetreler ve voltmetreler kademeli cihazlardır. Akımın ve gerilimin farklı değerleri ancak farklı kademelerde ölçülebilir. Bu nedenle ölçüm yaparken uygun kademenin seçilmesine ve polariteye uygun olarak bağlantı yapılmasına dikkat edilmelidir. Ölçülen işaret alternatif bir işaret olduğunda efektif değer ölçümü devreye girer. Efektif değer ölçen aletlerin bazıları RMS değerini hesaplayarak, bazıları ise tepe değerini 2 ile bölerek ölçüm yaparlar. İdeal sinüs işaretlerde iki yöntem arasında bir fark yoktur. Fakat eğer sinüs işaret bir DC bileşen üzerine bindirildiyse 2 ile bölme yöntemi hatalı sonuç verecektir. Bunun gibi kare dalga veya üçgen dalgaların 10 Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I ölçümünde de hatalı sonuç verir. Zira kare dalganın efektif değeri tepe değerine eşittir ve üçgen dalganın efektif değeri genliğinin 1/3 katıdır. Ölçü aletleri ile ölçüm yaparken bu hususlara dikkat edilmesi gerekir. 3.- İşaret Üreteçleri (Osilatörler) Değişken işaretler osilatör kullanılarak elde edilir. En çok kullanılan periyodik işaretler sinüs kare ve üçgen dalgalardır. İşaretin şekli, genliği ve frekansı osilatör üzerinden ayarlanabildiği gibi bazılarında DC seviye ayarı da bulunmaktadır. 4.- Osiloskoplar Osiloskop ekranı bir analitik düzleme benzetilebilir. İki eksen vardır. Yatay eksen zaman ekseni ve dikey eksen gerilim ekseni olarak adlandırılır. Bu eksenler çeşitli değerlerde ölçeklemdirilmiş olduklarından oldukça geniş aralıklardaki işaretlerin incelenmesine imkan tanırlar. Örneğin yatay ekseni, yani zaman ekseni 0.2s den 0.5s ye kadar değiştirilebilen bir osiloskop frekansı 2Hz ile 5MHz arasında olan işaretleri inceleyebilir. Aynı şey dikey eksen için de söz konusudur. Ayrıca gerilim ekseninin AC ve DC konumları sayesinde bu bileşenlerin birlikte ve ayrı ayrı incelenmesine imkan tanınmış olur. Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I Adı, Soyadı: No: 11 İmza: Grubu: TEORİK 1.- Şekil 1.1 deki devre için Ohm kanununu sınayınız. Dirençler üzerindeki gerilimleri ve üzerlerinden akan akımları bulunuz. Kirchhoff gerilimler yasasını yazınız ve devre için doğrulayınız. Kirchhoff akımlar yasasını yazınız ve A düğümü için uygulayınız. Referans aldığınız akım yönlerini gösteriniz. V gerilim kaynağının değeri, XY numaranızın son iki rakamı olmak üzere, 1X.Y Volt olacaktır. (örnek olarak numarasının son iki rakamı 24 olan kişi için gerilim kaynağının değeri 12.4 Volt olacaktır). Şekil 1.1 Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 12 Öğrenci No: V I Kirchhoff Gerilimler Yasası: Kirchhoff Akımlar Yasası: R1 R2 R3 Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 13 2.- Şekil 1.1 deki devre için ana koldaki akımı ve 330 luk direnç üzerindeki gerilimi ölçmek istiyoruz. Ölçü aletlerini de bağlayarak devreyi tekrar çiziniz. 3.- Şekil 1.2 deki devrede alternatif kaynak genliği 1X.Y Volt ve frekansı 50 Hz olan bir sinüs işaret vermektedir.(XY numaranızın son iki rakamı; VAC=1X.Y Sint)Buna göre; A düğümü için gerilimin zamana bağlı ifadesini çıkarınız. B düğümü için gerilimin zamana bağlı ifadesini çıkarınız. Giriş Gerilimi (V1), A noktasının gerilimi (VA) ve B noktasının gerilimi (VB) için dalga şekillerini ilgili eksene farklı renklerde çiziniz. (Düşey eksen için ölçeklendirmeyi siz yapınız) Şekil 1.2 14 VA(t)=....................................... VB(t)=....................................... Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 15 Bulunan bu VA(t) ve VB(t) ifadelerine göre dalga formları şu şekildedir: V1 VA VB t=0.002 t=0.004 t=0.006 t=0.006 t=0.008 t=0.010 t=0.012 t=0.014 t=0.016 t=0.018 t=0.020 V1= V1= V1= V1= V1= V1= V1= V1= V1= V1= V1= VA= VA= VA= VA= VA= VA= VA= VA= VA= VA= VA= VB= VB= VB= VB= VB= VB= VB= VB= VB= VB= VB= t(sn) 0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0.016 0.018 0.020 16 Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 17 PRATİK 1.- Laboratuar sırasında size verilecek üç direnç ile Şekil 1.1 deki devreyi kurunuz. Devre üzerinde dirençlere ait akımları ve gerilimleri ölçerek aşağıdaki tabloyu doldurunuz. Şekil 1.1 KAYNAK: .......V V I R1=......... R2=......... R3=......... Tablo 1.1 2.- Ölçü aletlerinden okuduğunuz değerlerin Ohm kanunu ve Kirchhoff yasalarını doğrulayıp doğrulamadığını kontrol ediniz. Doğrulamıyorsa sebepleri üzerine tartışınız. 3.- Şekil 1.2 deki devreyi kurunuz. A noktası ve B noktası için dalga şekillerini osiloskop ile inceleyiniz. Şekil 1.2 4.- Ölçü aleti ile A ve B noktalarındaki gerilim değerlerini AC kademesinde ve DC kademesinde ölçünüz. VA AC DC Tablo 1.2 VB Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I V1 VA VB 18 t(sn) 0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0.016 0.018 0.020 Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 19 Deney No: 2 YARI İLETKEN DİYODUN İNCELENMESİ ÖN BİLGİ Şekil 2.1 de p ve n tipi yarıiletken malzemelerin yanyana getirilmesiyle oluşmuş diyot elemanı ve diyodun şematik gösterimi verilmiştir. p + n V - Anot Katot I Şekil 2.1 Bir ideal diyot şekil 2.2 deki karakteristiğe sahiptir. Yani anot-katot gerilimi pozitif iken kısa devre (akım akıtır), negatif iken açık devre (akım akmaz) özelliği gösterir. Bu karakteristik bir çok uygulama için yeteri kadar yakın olsa da hiçbir gerçek diyot bu karakteristiğe tam olarak sahip değildir. 1 I V Şekil 2.2 Şekil 2.3 te ideal diyot için, silisyum diyot için ve germanyum diyot için iletim ve kesim durumları ile bu durumlardaki yaklaşık eşdeğer devreleri verilmiştir. 20 Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I Şekil 2.3 Şekil 2.4 Şekil 2.4 te ise gerçek bir diyodun karakteristik eğrisi görülmektedir. Ayrıca diyodun akım bağıntısı: I D I 0 (eVD / VT 1) Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I Adı, Soyadı: No: 21 İmza: Grubu: TEORİK 1.a.- Şekil 2.5 teki devre için Ohm kanunu Kirchhoff yasaları ve yaklaşık diyot (si) eşdeğerini kullanarak gerekli hesaplamaları yapınız ve tablo 2.1 i doldurunuz. (XY öğrenci numaranızın son iki hanesidir. Örnek olarak numarasının son iki rakamı 28 olan kişi için V=(4+2,8)=6.8V olacaktır.) Şekil 2.5 R2 (k) 100 80 60 40 20 10 5 1 ID (Birimi ile yazınız) Tablo 2.1 Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 22 1.b.- Şekil 2.5 teki devre için diyodun akım bağıntısını kullanarak gerekli hesaplamaları yapınız ve tablo 2.2 yi doldurunuz. (XY öğrenci numaranızın son iki hanesidir. Örnek olarak numarasının son iki rakamı 28 olan kişi için V=(4+2,8)=6.8V olacaktır.) I0=1.10-14 A ve VT=25.9 mV alınacaktır. R2 (k) 100 80 60 40 20 10 5 1 VD (V) Tablo 2.2 ID (Birimi ile yazınız) Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 23 2.- Şekil 2.6 daki devre için; ana koldan akan akımı (I), D1 diyodu üzerinden akan akımı (I1), D2 ve D3 diyotları üzerinden akan akımı (I2) A noktasının gerilimini (VA) Diyodun akım bağıntısını ve çevre akımları yöntemini kullanarak bulunuz. Devredeki direnç X.Y k dur.(XY öğrenci numaranızın son iki hanesi) I0=1.10-14 A ve VT=25.9 mV alınacaktır. Şekil 2.6 I1=............. I2=............. I=............. VA=............. (Boş bırakılan alan çözüm için yetmezse sayfanın arkasını kullanınız) Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 24 3.- Şekil 2.7 deki devre için B noktasının geriliminin zamana bağlı ifadesini çıkarınız. Bulduğunuz bu ifadeye göre eksen takımına dalga şekillerini farklı renklerle çiziniz. (osilatörden çıkan işaret genliği 1X.Y Volt (XY numaranızın son iki hanesi) ve frekansı 50 Hz olan sinüs dalgasıdır. Şekil 2.7 t=0.002 t=0.004 t=0.006 t=0.006 t=0.008 t=0.010 t=0.012 t=0.014 t=0.016 t=0.018 t=0.020 VA= VA= VA= VA= VA= VA= VA= VA= VA= VA= VA= VB= VB= VB= VB= VB= VB= VB= VB= VB= VB= VB= VA VB Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 25 t(sn) 0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0.016 0.018 0.020 26 Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 27 PRATİK 1.- Besleme gerilimini 5V alarak Şekil 2.5 teki devreyi kurunuz. R2 direncini tablo 2.3 teki değerlere ayarlayarak diyot üzerinden akan akımı ve diyot üzerindeki gerilimi ölçerek tabloya kaydediniz. Ayrıca R1 direncinin devreye ne amaçla konulduğunu tartışınız. Şekil 2.5 R2 (k) 100 80 60 40 20 10 5 1 0.5 ID (Birimi ile yazınız) VD (V) Tablo 2.3 2.- Şekil 2.6 daki devreyi kurunuz. Direncin değerini 4k7 alınız. Bu durumda diyotların akım ve gerilimlerini ölçüp tabloya kaydediniz. Şekil 2.6 V D1 D2 D3 Tablo 2.4 I Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 28 3.- Şekil 2.7 deki devreyi kurunuz. Osilatörden bir sinüs dalga verip A ve B noktalarındaki dalga şekillerini osiloskop ile ölçünüz. Dalga şekillerini ölçekli olarak çiziniz. VA VB Şekil 2.7 f=........... t(sn) Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 29 Deney No: 3 BJT ELEMAN DAVRANIŞININ İNCELENMESİ ÖNBİLGİ Bir npn bipolar tranzistörün, baz-emetör ve baz-kollektör gerilimleri değerlendirildiğinde, sahip olabileceği 4 farklı çalışma rejiminin şekil 3.1'de gösterildiği gibi olduğunu biliyoruz. Ayrıca baz-emetör jonksiyonu yaklaşık 0.7V ve baz-kollektör jonksiyonu yaklaşık 0.5V olduğunda iletimdeki bir diyot gibi davranacağını biliyoruz. VBC Ters Yönde Çalışma Doyma VBE İleri Yönde Çalışma Kesim C VBC N B + + P N VBE - E Şekil 3.1 Aslında bir akını kontrol elemanı olan BJT, kuvvetlendirici olarak kullanıldığı uygulamalarda ileri yönde (aktif) çalışma bölgesinde kalacak şekilde kutuplanır. Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 30 Şekil 3.1'den anlaşılacağı üzere bu bölgede VBE>0 ve VBC<0 olmalı, yani baz-emetör jonksiyonu geçirme, baz-kolektör jonksiyonu tıkama yönünde kutuplanmalıdır. Bir anahtar eleman olarak kullanıldığı uygulamalarda (dijital) ise çalışma bölgeleri doyma (anahtar kapalı) ve kesimdir (anahtar açık). Şekil 3.1 üzerinde bu durumlara ilişkin baz-emetör ve baz-kolektör gerilimlerini irdeleyiniz. Önce tranzistörün ileri yönde çalışmasını inceleyelim. VBE>0 ve VBC<0 olduğu bu durum için kollektör akımının VBE VT IC I S e IC F I B (3.1) (3.2) şeklinde ifade edildiği biliniyor. Tranzistörün ileri yönde çalışmasına ilişkin bu iki temel karakteristiği elde edebilmek için şekil 3.2'deki, elektronik devrelerde en çok uygulaması olan, ortak emetörlü devre kullanılabilinir. I1 V1 R2 VC R1 V2 VB Şekil 3.2 VC Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I Adı, Soyadı: 31 İmza: No: Grubu: TEORİK: 1) Şekil 3.3’deki devreyi ileri yönde çalıştırmak için ayarlanabilir R1 direnci için verilen değerleri kullanarak VBE, IB, IC ve F değerlerini bulunuz. Bulduğunuz bu değerleri Şekil 3.4 ve Şekil 3.5’e işleyiniz (Eksen takımının tüm değerlerini yazmaya unutmayınız). Elde ettiğiniz sonuçları yorumlayınız. XY öğrenci numaranızın son iki hanesi olmak üzere: IS=XY·10-16A, F=1XY (ilk değer olarak seçiniz), VB=5V, VC=5V ve R2=10kΩ olarak alınız. I1 V1 R2 VC R1 V2 VB VC Şekil 3.3 R1=0Ω için VB=..........................+.............. VBE=........................... IB=........................... IC=.......................... F=............................ 32 Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I R1=10Ω için VB=..........................+.............. VBE=........................... IB=........................... IC=.......................... F=............................ R1=20Ω için VB=..........................+.............. VBE=........................... IB=........................... IC=.......................... F=............................ Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 33 R1=30Ω için VB=..........................+.............. VBE=........................... IB=........................... IC=.......................... F=............................ R1=40Ω için VB=..........................+.............. VBE=........................... IB=........................... IC=.......................... F=............................ 34 Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I R1=50Ω için VB=..........................+.............. VBE=........................... IB=........................... IC=.......................... F=............................ R1=100Ω için VB=..........................+.............. VBE=........................... IB=........................... IC=.......................... F=............................ Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 35 R1=500Ω için VB=..........................+.............. VBE=........................... IB=........................... IC=.......................... F=............................ R1=1kΩ için VB=..........................+.............. VBE=........................... IB=........................... IC=.......................... F=............................ 36 Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I R1=5kΩ için VB=..........................+.............. VBE=........................... IB=........................... IC=.......................... F=............................ R1=10kΩ için VB=..........................+.............. VBE=........................... IB=........................... IC=.......................... F=............................ Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 37 R1=50kΩ için VB=..........................+.............. VBE=........................... IB=........................... IC=.......................... F=............................ R1=100kΩ için VB=..........................+.............. VBE=........................... IB=........................... IC=.......................... F=............................ 38 Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I R1=500kΩ için VB=..........................+.............. VBE=........................... IB=........................... IC=.......................... F=............................ R1=750kΩ için VB=..........................+.............. VBE=........................... IB=........................... IC=.......................... F=............................ Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 39 R1=1MΩ için VB=..........................+.............. IC Şekil 3.4 IB VBE=........................... IB=........................... IC=.......................... F=............................ Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I IC Şekil 3.5 VBE 40 Yorum: Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 41 2) Şekil 3.6’daki devreyi doyma bölgesinde çalıştırmak için VB ve VC değerlerini belirleyiniz. Belirlediğiniz VB ve VC değerlerine göre VBE, VCE, IB, IC ve IE değerlerini bulunuz. Elde ettiğiniz sonuçları yorumlayınız. XY öğrenci numaranızın son iki hanesi olmak üzere: IS=XY·10-16A, F=1XY (ilk değer olarak seçiniz), R1=XY0kΩ, R2=10kΩ ve R3=XY0Ω olarak alınız. I1 R3 V1 R2 VC R1 VB V2 VC Şekil 3.6 Doyma bölgesi için VB=....................ve VC=.................... VBE=..................., VCE=..................., IB=..................., IC=..................., IE=................... Yorum: Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 42 3) Şekil 3.7’deki devreyi kesim bölgesinde çalıştırmak için VB ve VC değerlerini belirleyiniz. Belirlediğiniz VB ve VC değerlerine göre VBE, VCE, IB, IC ve IE değerlerini bulunuz. XY öğrenci numaranızın son iki hanesi olmak üzere: IS=XY·10-16A, F=1XY (ilk değer olarak seçiniz), R1=XY0kΩ, R2=10kΩ ve R3=XY0Ω olarak alınız. I1 R3 V1 R2 VC R1 VB V2 VC Şekil 3.6 Kesim bölgesi için VB=....................ve VC=.................... VBE=..................., VCE=..................., IB=..................., IC=..................., IE=................... Yorum: Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 43 PRATİK 1) Şekil 3.7’deki devreyi ileri yönde çalıştırmak üzere ayarlanabilir R1 direncini değiştirerek, önce IC-VBE değişimini sonra da IC-IB karakteristiğini elde etmeye yeter sayıda ölçüm yapınız. Sonuçları Tablo 3.1’e, R2 direnci üzerinden akan akımı (IB) hesaplayarak işleyiniz ve Şekil 3.8 ve Şekil 3.9’daki eksen takımları üzerine bulduğunuz bu değerleri işaretleyiniz. Elde ettiğiniz bu sonuçları teorik sonuçlarla karşılaştırınız ve yorumlayınız. VB=5V, VC=5V, R1=100kΩ ve R2=10kΩ olarak alınız. I1 V1 R2 VC R1 V2 VB VC Şekil 3.7 VCE= VBE VCE= VR2 IC Tablo 3.1 IC IB Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I IC Şekil 3.9 IB IC Şekil 3.8 VBE 44 Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 45 Yorum: 2) Şekil 3.10’daki devreyi doyma bölgesinde çalıştırmak için R1 ve R3 değerlerini ve VB ve VC’nin yönlerini (şekildeki kaynaklara + ve – işaretleri koyunuz) belirleyiniz. Belirlediğiniz R1 ve R3 değerlerine göre VBE, VCE, IB ve IC değerlerini bulunuz. Elde ettiğiniz sonuçları teorik sonuçlarla karşılaştırınız ve yorumlayınız. VB=5V ve VC=5V, R1=R3=100kΩ ve R2=10kΩ olarak alınız. I1 V1 R3 R2 VC R1 V2 VB VC Şekil 3.10 R1 Doyma Yorum: R3 VBE VCE IB IC Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 46 3) Şekil 3.11’deki devreyi kesim bölgesinde çalıştırmak için R1 ve R3 değerlerini ve VB ve VC’nin yönlerini (şekildeki kaynaklara + ve – işaretleri koyunuz) belirleyiniz. Belirlediğiniz R1 ve R3 değerlerine göre VBE, VCE, IB ve IC değerlerini bulunuz. Elde ettiğiniz sonuçları teorik sonuçlarla karşılaştırınız ve yorumlayınız. VB=5V ve VC=5V, R1=R3=100kΩ ve R2=10kΩ olarak alınız. I1 V1 R3 R2 VC R1 V2 VB VC Şekil 3.11 R1 Kesim Yorum: R3 VBE VCE IB IC Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 47 Deney No: 4 MOSFET ELEMAN DAVRANIŞININ İNCELENMESİ ÖNBİLGİ Bir MOSFET’in savak akımının, eşik gerilimi (VT), geçit-savak gerilimi (VGS) ve savak-kaynak gerilimine (VDS) bağlı olarak üç farklı bölgede incelendiğini biliyoruz. Bir NMOS için bu rejimler ve bu rejimler ilişkin savak akımları, 1) VGS-VT<0 için kesim ID=0 2) VGS-VT≥VDS için doymasız 1 2 I D VGS VT VDS VDS 2 3) VGS-VT<VDS için doymalı ID VGS VT 2 2 olarak belirlidir. Şekil 4.1’de bir NMOS tranzistörün yapısı görülmektedir. G S D 0 n+ y n+ D x G B p B S Şekil 4.1 48 Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I Adı, Soyadı: 49 İmza: No: Grubu: TEORİK: 1) Şekil 4.2’deki ayarlanabilir R2 direnci için verilen değerleri kullanarak VGS ve ID değerlerini bulunuz. Bulduğunuz bu değerleri Şekil 4.3’e işleyiniz (Eksen takımının tüm değerlerini yazmaya unutmayınız). Elde ettiğiniz sonuçları yorumlayınız. XY öğrenci numaranızın son iki hanesi olmak üzere: =XY·10-10A/V2, VD=5V, VG=10V, VT=2V ve R1=X.YkΩ olarak alınız. I1 R1 VD VG R2 V1 Şekil 4.2 R2=0Ω için ID=............................. VGS=........................................ ID=........................................ R2=10Ω için ID=............................. VGS=........................................ ID=........................................ 50 Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I R2=20Ω için ID=............................. VGS=........................................ ID=........................................ R2=30Ω için ID=............................. VGS=........................................ ID=........................................ R2=40Ω için ID=............................. VGS=........................................ ID=........................................ Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 51 R2=50Ω için ID=............................. VGS=........................................ ID=........................................ R2=100Ω için ID=............................. VGS=........................................ ID=........................................ R2=200Ω için ID=............................. VGS=........................................ ID=........................................ 52 Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I R2=300Ω için ID=............................. VGS=........................................ ID=........................................ R2=400Ω için ID=............................. VGS=........................................ ID=........................................ R2=500Ω için ID=............................. VGS=........................................ ID=........................................ Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 53 R2=1kΩ için ID=............................. VGS=........................................ ID=........................................ R2=5kΩ için ID=............................. VGS=........................................ ID=........................................ R2=10kΩ için ID=............................. VGS=........................................ ID=........................................ 54 Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I R2=50kΩ için ID=............................. VGS=........................................ ID=........................................ R2=100kΩ için ID=............................. VGS=........................................ ID=........................................ R2=500kΩ için ID=............................. VGS=........................................ ID=........................................ Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I ID Şekil 4.3 VGS 55 Yorum: Yorum (PMOS ile karşılaştırınız): Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 56 2) Şekil 4.4’deki VD gerilim kaynağı için verilen değerleri kullanarak ID değerini bulunuz. Bulduğunuz bu değerleri Şekil 4.5’e işleyiniz (Eksen takımının tüm değerlerini yazmaya unutmayınız). Elde ettiğiniz sonuçları yorumlayınız. XY öğrenci numaranızın son iki hanesi olmak üzere: =XY·10-10A/V2, VG=5V, R2=10kΩ, VT=2V ve R1=X.YkΩ olarak alınız. I1 R1 VD VG R2 V1 Şekil 4.4 VD=0V için ID=............................. ID=........................................ VD=1V için ID=............................. ID=........................................ Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 57 VD=2V için ID=............................. ID=........................................ VD=3V için ID=............................. ID=........................................ VD=4V için ID=............................. ID=........................................ 58 Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I VD=5V için ID=............................. ID=........................................ VD=6V için ID=............................. ID=........................................ VD=7V için ID=............................. ID=........................................ Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 59 VD=8V için ID=............................. ID=........................................ VD=9V için ID=............................. ID=........................................ VD=10V için ID=............................. ID=........................................ Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I ID Şekil 4.5 VDS 60 Yorum: Yorum (PMOS ile karşılaştırınız): Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 61 PRATİK: 1) Şekil 4.6’daki düzeneği kurarak VDS’nin belirli bir değeri için, ayarlı R2 direnci yardımıyla VGS’yi 0V’dan başlamak üzere arttırarak, ID-VGS karakteristiğini belirleyecek yeterli sayıda noktada ölçüm yaparak ölçtüğünüz değerleri Tablo 4.1’e ve Şekil4.7’deki eksen takımına işleyiniz. Elde ettiğiniz bu sonuçları teorik sonuçlarla karşılaştırınız ve yorumlayınız. VD=5V, VG=10V, R2=100kΩ ve R1=10kΩ olarak alınız. I1 R1 VD VG R2 V1 Şekil 4.6 VDS= R2 VGS Tablo 4.1 ID Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I ID Şekil 4.7 VGS 62 Yorum: Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I 63 2) Şekil 4.8’deki düzeneği kurarak VGS’nin belirli bir değeri için, VD gerilim kaynağını 0V’dan başlamak üzere arttırarak, ID-VDS karakteristiğini belirleyecek yeterli sayıda noktada ölçüm yaparak ölçtüğünüz değerleri Tablo 4.2’ye ve Şekil4.9’daki eksen takımına işleyiniz. Elde ettiğiniz bu sonuçları teorik sonuçlarla karşılaştırınız ve yorumlayınız. VG=5V, R1=10kΩ ve R2=100kΩ olarak alınız. I1 R1 VD VG R2 V1 Şekil 4.8 VGS= VDS ID Tablo 4.2 Elektronik Devre Tasarım Laboratuarı I ID Şekil 4.9 VDS 64 Yorum:
