deney raporu - aliosmanatik.com.tr

DENEY RAPORU
Deney Adı
BJT VE MOSFET’İN DC ÖZELLİKLERİNİN
ÇIKARTILMASI
Deneyi Yaptıran Ar. Gör.
Alican Uysal
Raporu Hazırlayan
(İsim / Numara / Bölüm)
İlay Köksal
150130051
Bilgisayar Mühendisliği
Grup Numarası ve
Deney Tarihi
Rapor Notu
B37 – 22.10.2013
Teslim Edildiği Tarih
1.11.2013
Teslim Alındığı Tarih
BJT Elemanının Davranışının İncelenmesi
İleri Yönde Davranış
Deneyin 1. Kısmında npn tipi tranzistörün ileri yönde çalışmasını inceledik. Bunun
için deney föyünde bulunan devreyi gerçekledik. VC gerilimini 5 volta ayarlandı ve R3 direnci
kısa devre yapıldı. VBE > 0 ve VBC < 0 koşullarını sağlayarak tranzistörün ileri yönde
çalışması sağlanmış oldu. İleride yönde çalışan tranzistör için kullanılacak olan bağıntılar
aşağıda verilmiştir.
IC  IS e
V
BE
VT
IC = F I B
Daha sonra ise R1 direncinin değerlerini değiştirerek voltmetre yardımıyla VBE ve VR2
değerlerini okuduk. Ampermetre yardımıyla ise Ic değerini gözlemledik. Gözlemlediğimiz
değerleri aşağıda bulunan tabloya kaydettik. Bulduğumuz değerler yardımı ile IB ve β
değerlerini hesaplayıp aşağıdaki tabloyu oluşturduk.
R1
1MΩ
680 k Ω
470 k Ω
330 k Ω
220 k Ω
150 k Ω
100 k Ω
68 k Ω
47 k Ω
33 k Ω
22 k Ω
VBE
0,63 V
0,64 V
0,66 V
0,66 V
0,68 V
0,70 V
0,71 V
0,73 V
0,75 V
0,78 V
0,82 V
IC
0,99 mA
1,40 mA
2,27 mA
2,66 mA
4,63 mA
7,10 mA
9,20 mA
14,1 mA
18,8 mA
25,3 mA
34,8 mA
VR2
40,9 mV
57 mV
91,9 mV
107,5 mV
185,26 mV
0,28 V
0,36 V
0,55 V
0,72 V
0,93 V
1,27 V
IB
4,09 µA
5,7 µA
9,19 µA
10,75 µA
18,526 µA
28 µA
36 µA
55 µA
32 µA
93 µA
127 µA
β
242
245
247
247
248
253
255
256
261
272
274
40,000
35,000
30,000
25,000
IC [mA] 20,000
15,000
10,000
5,000
0,000
0,600
0,650
0,700
0,750
VBE [V]
0,800
0,850
Elde ettiğimiz veriler ile oluşturduğumuz grafik incelendiğinde kolektör akımının VBE
akımından daha hızlı arttığını gözlemlemiş olduk. Bu da ileri tönde çalışan tranzistörler için
yukarıda yazmış olduğumuz denklemde IC ve VBE arasındaki üstel ilişkiyi doğrulayan bir
grafik olmuştur.
40,000
35,000
34,800
30,000
25,300
25,000
IC[mA] 20,000
15,000
10,000
5,000
0,000
0,0000
14,100
9,200
7,100
4,630
2,660
2,270
1,400
0,990
20,0000
40,0000
60,0000
80,0000
100,0000 120,0000 140,0000
IB [µA]
IC değerinin IB değerine oranının bize karakteriktik olan β değerini verdiğini
yukarıdaki denklemde belirtmiştik. Grafiğimizde IC ve IB değerlerinin bir doğru oluşturması β
değerlerini hesaplayabilmemizi sağlamıştır.
Ters Yönde ve Doymada Davranış
Ters yönde çalışmayı gözlemlemek amacıyla emetör ve kolektör ayaklarının yerlerini
değiştirdik. R1 direncini devreden kaldırıp R3 = 1k Ω direncini devreye soktuk ve VCB < 0
koşulunu sağladık.
İleri Yön
Ters Yön
Doyma
VBE
0,82 V
0,63 V
0,67 V
VCE
5V
5V
47 mV
IB
127 µA
132 µA
433 µA
IC
34,8 mA
0,955 mA
5 mA
β
274
7,23
11,54
Tablodan görüldüğü üzere iki tablodaki beta değerlerinin farklı olduğunu görüyoruz.
Bu durum emetör ucunun katkılama yoğunluğunun kolektör ucununkinden fazla olmasından
kaynaklıdır. Bu sebeple iki bacağın yerini değiştirmek β değerinin azalmasına yol açar.
Mosfet Elemanının Davranışının İncelenmesi
NMOS transistörünün çalışmasını incelemek için şekildeki devreyi gerçekledik. VG
gerilimini 10V’a, VD gerilimini 5V’a sabitledik. Değişken direncini de 100 kΩ’dan başlayarak
azalttık. Tabloyu okuduğumuz değerlere göre doldurduk.
R2
100 k Ω
68 k Ω
47 k Ω
33 k Ω
22 k Ω
15 k Ω
10 k Ω
6,8 k Ω
4,7 k Ω
3,3 k Ω
2,2 k Ω
1,5 k Ω
1kΩ
VGS
9,3 V
8,85 V
8,44 V
7,93 V
7,1 V
6,25 V
5,2 V
4,36 V
3,36 V
2,6 V
1,99 V
1,39 V
0,907 V
ID
19,5 mA
18,17 mA
16,88 mA
15,2 mA
12,46 mA
9,7 mA
6,58 mA
4,37 mA
2,14 mA
0,95 mA
0,25 mA
7,88 mA
0,001 mA
25,000
20,000
15,000
ID [mA]
10,000
5,000
0,000
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
VGS [V]
NMOS’un doymalı bölgede çalışması için VGS – Vtn < VDS koşulu, doymasız bölgede
çalışması için de VGS – Vtn > VDS koşulu sağlanmalıdır.
ID = kn[ (VGS – Vtn)VDS – 1/2VDS2](1+λnVDS) - Doymasız
ID = kn[ (VGS – Vtn)2(1+λnVDS)/2
- Doymalı
Doymalı bölgedeki denklemleri incelediğimizde ID nin VGS nin karesiyle orantılı
olduğunu görürüz. Yani, doymalı bölgede, ID -VGS grafiği parabolik şekilde olmalıdır.
(VGS < 6V)
ID ile VGS arasında doğrusal bir ilişki olduğunu Doymasız bölge denkleminde görebiliriz. Bu
sebeple doğrusal bir denklem bekleyebiliriz. (VGS > 6V)
Bir sonraki deneyimizde ise değişken direnci 100k Ω’da, VGS’yi 4,6 Volt’da sabit tuttuk.
VDS’yi 0 Volttan 10 Volta kadar 1 volt arttırarak ID’yi gözlemledik ve tabloya ekledik.
VDS
0V
1V
2V
3V
4V
5V
6V
7V
8V
9V
10 V
ID
-3,9 µA
3,3 mA
4,7 mA
5 mA
5,1 mA
5,11 mA
5,12 mA
5,14 mA
5,15 mA
5,16 mA
5,163 mA
5,500
5,000
4,500
ID [mA]
4,000
3,500
3,000
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
VDS [V]
Görüldüğü üzere VGS – VTN < VDS koşulu VDS >= 3.6V sağlanıyor. (VTN =1V). VDS
3,6’dan büyük olduğunda doymada, küçük olduğunda ise doymasız çalışır. Grafik
incelendiğinde doymada doğrusal, doymasızda ise parabolük yapı görülebilir.
Deneyin son kısmında ise deney föyünde bulunan devre R1’in farklı değerleri için
gerçeklendi. R1’i 0, 1 ve 2,2 kΩ ve ID akım değerini 1mA’da tutarakVSB ve VGS değerleri ölçüldü.
R1
0
1 kΩ
2,2 kΩ
VSB
0,14 mV
0,96 V
2,53 V
VGS
2,77 V
3,67 V
4,7 V
Oluşturulan devrede VG = VD’dir. Kısa devre olduğundan VGS = VDS dir. Bu sebeple
VGS – VTN < VDS her zaman sağlanır. Bu da transistörün her zaman doyma bölgesinde
çalıştığını gösterir.
VTN = VTN0 +γn [√(2|φp| + VSB) - √(2|φp|)]
ID = kn[ (VGS – VTN)2(1+λnVDS)/2
VSB değeri arttığında yukarıda bulunan gerilim bağıntısına göre VTN değeri de artar.
Doymalı bölgede çalışan transistor için yukarıdaki akım denklemi geçerli olduğundan ID sabit
ise VGS – VTN farkı da sabit kalmalıdır. Farkın sabit kalabilmesi için VTN değeri ile beraber
VGS de artmalıdır. Tablomuzda bulunan sonuçlarda VSB değeri artarken VGS değerinin de
arttığı gözlemlenmiştir.