yarı iletken diyotlar - SABİS

TC
SAKARYA ÜNİVERSİTESİ
TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
ELM202
ELEKTRONİK-II DERSİ
LABORATUAR FÖYÜ
DENEYİ YAPTIRAN:
DENEYİN ADI:
DENEY NO:
DENEYİ YAPANIN
ADI ve SOYADI:
SINIFI:
OKUL NO:
DENEY GRUP NO:
DENEY TARİHİ
RAPOR TESLİM TARİHİ
KONTROL
DEĞERLENDİRME
Ön Çalışma
(%20)
Deney
Sonuçları
(%20)
Deney No:
17
Sözlü
(%20)
Deney
Performansı
(%20)
Deney
Raporu
(%20)
Program Çıktıları
1, 2, 3, 4, 5
TOPLAM
Elektronik Dersi Deney Föyleri
DENEY 17 :
Doc.Dr. Ali Fuat Boz
MOSFET TRANSİSTÖR POLARMASI
AMAÇ: MOSFET transistörlerin farklı polarma devreleri için statik çalışma noktasındaki(Q) akım ve gerilim
değerlerinin incelenmesi ve karşılaştırılması.
TEORİ: Bilindiği gibi MOSFET transistörler kendi içerisinde azaltan(depletion) ve çoğaltan(enhancement) tip
olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır. Bundan önceki deneyden hatırlanacağı üzere karakteristik özellikler
bakımından azaltan tip MOSFET transistörler JFET transistörlerle benzer özellikler gösteriyordu. Arasındaki en
önemli fark P veya N kanal olmasına bağlı olarak JFET transistörlerin Gate polarmasının sadece negatif veya
pozitif bir gerilim olmasına karşılık, azaltan tip bir MOSFET’in Gate polarmasının hem pozitif hemde negatif
bir gerilim olabilmesidir. Bundan dolayı azaltan tip bir MOSFET’in DC polarması yapılırken V GS gerilimi
pozitif veya negatif bir gerilim alınabilir. Daha önce JFET transistörlerin DC polarma devreleri incelendiğinden
ve bu devrelerin yukarıda değinilen fark dışında azaltan tip MOSFET’ler içinde geçerli olmasından dolayı,
burada sadece çoğaltan tip MOSFET transistörlerin DC polarma devreleri incelenecektir.
Bilindiği gibi çoğaltan tip MOSFET’lerde VGS < VT durumu için transistörde akım taşıyan kanal oluşmayacağı
için, ID akımının değeri 0 mA olacaktır. VGS > VT durumunda ise giriş gerilimi(V GS) ile çıkış akımı(ID)
arasındaki ilişki,
I D  k (VGS  VT ) 2
(1)
eşitliği ile belirlenir. Buradaki k katsayısının değeri,
k
I D ( on)
(VGS ( on)  VT ) 2
(2)
ile belirlenir. Bu iki temel eşitlik ve karakteristik bilgilerinden yararlanılarak, çoğaltan tip MOSFET transistörler
için gerekli olan DC polarma devreleri incelenebilir.
POLARMA DEVRELERİ
1- Geri Beslemeli Polarma Devresi:
Çoğaltan tip MOSFET’lerin DC olarak polarmalandırılmasında kullanılan en popüler devrelerden biride Şekil1’de görülen geri beslemeli polarma devresidir. Geri besleme amacı ile kullanılan R G direnci , transistörün
iletime geçebilmesi için gerekli olan Gate voltajını sağlar. Bilindiği gibi transistörün giriş empedansı çok yüksek
olduğundan, giriş akımı ID’nin değeri 0 mA değerindedir. Bundan dolayı geri besleme direnci uçlarında düşen
voltaj,
VRG=IDRG=0 Volt
(3)
olacaktır. Bundan dolayı,
VD=VG
(4)
ve
VDS=VGS
(5)
olacaktır. Çıkış katından,
VDS = VGS = VDD-IDRD
(6)
olacaktır. Çoğaltan tip MOSFET transistörün giriş karakteristik eğrisi üzerinde bir yük eğrisi çizebilmek için,
önce ID=0 mA kabul edilerek, (6) numaralı eşitlik yeniden yazılırsa,
VGS  VDD | I D 0 mA
değeri bulunur. Yine VGS=0 Volt alınırsa (6) numaralı eşitlikten
2
(7)
Elektronik Dersi Deney Föyleri
Doc.Dr. Ali Fuat Boz
ID 
V DD
RD
(8)
VGS  0V
değeri bulunur. Bu iki nokta karakteristik eğri üzerinde işaretlenip, doğrusal bir çizgi ile birleştirilirse, bu
polarma devresi için gerekli olan DC yük eğrisi çizilmiş olur. Bu yük eğrisi ile karakteristik eğrinin kesiştiği
noktadan yatay ve düşey eksenlere inildiğinde IDQ ve VGSQ değerleri bulunur.
+VDD
RD
RG
C0
VD
V0
D
Ci
Q1
G
Vi
VG
S
Şekil-1 Geri Beslemeli Polarma Devresi
ID
Yük Eğrisi
VDD
RD
IDQ
0
Q
VT
VGSQ
VDD
VGS
Şekil-2 Geri Beslemeli Polarma Devresinde Q Noktasının Belirlenmesii
2- Gerilim Bölücü Polarma Devresi:
JFET transistörlerde olduğu gibi MOSFET transistörlerde de gerilim bölücü polarma devresi
kullanılmaktadır(Şekil-3). Burada R1 ve R2 dirençleri Gate voltaj(VG) değerini belirlemek için kullanılmaktadır.
Yine RS direnci transistörün aktif bölgede çalışabilmesi için gerekli olan V GS polarma gerilimini sağlamak ve
kararlılığı arttırmak için kullanılmaktadır. Gerilim bölücü dirençler kullanılarak,
VG 
V DD
R2
R1  R2
(9)
olarak bulunabilir. Yine polarma devresinin giriş kısmında bir çevre denklemi oluşturulursa,
VG -VGS -VRS = 0
(10)
VGS = VG – IDRS
(11)
olarak bulunur. Buradan,
yazılabilir. Çıkış katından,
VRS + VDS + VRD = VDD
(12)
Eşitliği bulunur. Eşitlik yeniden düzenlenip VRS ve VRD voltaj değerleri yerine yazılırsa,
VDS = VDD – ID(RS + RD)
3
(13)
Elektronik Dersi Deney Föyleri
Doc.Dr. Ali Fuat Boz
eşitliği bulunur. Gerilim bölücülü polarma devresinin DC çalışma noktasının belirlenebilmesi için (11) nolu
eşitlikte ID = 0 mA yazılırsa,
VGS = VG
(14)
bulunur. Yine (11) nolu eşitlikte VGS = 0 Volt yazılırsa,
ID 
VG
RS
(15)
eşitliği bulunur. Bu iki nokta MOSFET’in giriş karakteri üzerinde işaretlenir ve düz bir çizgi ile birleştirilirse
yük eğrisi elde edilmiş olur. Yük eğrisi ile karakteristik eğrinin kesiştiği noktadan yatay ve düşey olarak
koordinat düzlemine inilirse bu polarma devresi için IDQ ve VGSQ değerleri bulunmuş olur.
+VDD
R1
RD
vo
Ci
CO
vG
vi
RS
R2
CS
Şekil-3 Gerilim Bölücülü Polarma Devresi
İŞLEM BASAMAKLARI
1- Şekil-1’de görülen polarma devresinde, aşağıdaki istenilen değerleri elde edebilmek için gerekli olan RG , RD
ve VGSQ değerlerini hesaplayınız. Not: Devrede kullanılacak olan MOSFET çoğaltan tip BUZ 72A olacaktır.
VDD=12 V,
IDQ=4 mA,
VT
RD =.............................................
ve k değerleri bir önceki deneyde bulduğunuz değerler alınacaktır.
RG =.............................................
VGSQ =.............................................
Bulduğunuz direnç değerlerine en yakın standart direnç değerlerini kullanarak devreyi deney seti üzerine
kurunuz. Kurduğunuz devre üzerinde dijital ölçü aleti kullanarak gerçek IDQ ve VGSQ değerlerini ölçerek aşağıya
kaydediniz. Not: Bu deney föyü sadece DC analizi içerdiğinden, bundan sonraki işlem basamaklarında C
kondansatörleri kullanılmayacaktır.
IDQ=.............................................
VGSQ=..........................................
2- Şimdi MOSFET transistörünüzü aynı tip bir başka transistörle değiştirerek yukarıda yaptığınız ölçümleri
tekrarlayınız, bu işlemi üç ayrı MOSFET transistör için tekrarlayarak sonuçları Tablo-1 e kaydediniz.
3- 1.basamakta, Şekil-1 için istenilen Q çalışma noktasını Şekil-3’de verilen devrede elde edebilmek için
gerekli olan R1 , R2 , RD ve RS dirençlerinin değerlerini hesaplayınız(Not: Hesaplamalarda yukarıda verilen
bilgiler kullanılacaktır). Bulduğunuz değerleri aşağıya kaydediniz.
R1 =................................
R2 =..................................... RD =................................
RS =.....................................
Yukarıda hesapladığınız dirençleri standarda en yakın değerde(yaklaşık olarak) kullanarak Şekil-2’deki devreyi
deney seti üzerine kurunuz. Bundan sonra 1. basamakta yapılan işlemleri Şekil-2’de verilen devre için
tekrarlayarak , sonuçları aşağıdaki boşluklara ve Tablo-2 ’deki uygun yerlere yazınız.
4
Elektronik Dersi Deney Föyleri
Doc.Dr. Ali Fuat Boz
IDQ=.............................................
Örnek MOSFET
VGSQ (V)
VGSQ=..........................................
1
2
3
IDQ (mA)
Tablo-1 Geri Beslemeli Polarma Sonuçları
Örnek MOSFET
VGSQ (V)
1
2
3
IDQ (mA)
Tablo-2 Gerilim Bölücülü Polarma Sonuçları
Sonuçların Analizi:
1- Şimdi Şekil-1’de verilen devre için giriş karakteristik eğrisini ve yük eğrisini çizerek, devrenin çalışma
noktasını ve değerlerini bulunuz. Bulduğunuz bu değerler ile ölçüm yolu ile elde ettiğiniz sonuçları
karşılaştırınız. Aralarında fark varmıdır? Varsa sebepleri tartışınız.
2- 1. basamağı Şekil-3’te verilen polarma devresi için tekrarlayınız
3- Yukarıda yaptığınız deneyde elde ettiğiniz sonuçlara dayanarak Şekil-1 ve Şekil-3’de verilen devrelerde,
aynı tipte farklı MOSFET’ler kullanılması durumunda çalışma noktası değişiyor mu? Değişiyorsa sebebini
açıklayınız. Deney yolu ile elde ettiğiniz bu sonuçlar, teoride gördüğünüz sonuçlarla uyuşuyor mu ?
Açıklayınız.
4- Yukarıda verilen polarma devrelerini kendi aralarında karşılaştırarak, avantaj ve dezavantajlarını belirtiniz.
5- JFET’ler için kullanılan polarma devreleri ile MOSFET’ler için kullanılan polarma devrelerini karşılaştırınız
ve polarma devresi dizaynında göz önüne alınan hususları belirtiniz.
6- Kısaca JFET’ler ile MOSFET transistörleri karşılaştırıp, avantaj ve dezavantajlarını belirtiniz.
SORULAR
1- Şekil-1 ’de verilen polarma devresinde kullanılan RG direncinin görevini açıklayınız.
2- Şekil-3’deki polarma devresinde kullanılan R1 , R2 ve RS dirençlerinin görevini açıklayınız.
3- Yukarıdaki polarma devrelerinde kullanılan RD direncinin görevini açıklayınız.
BUZ
72A
G
D
S
5