Analog Alan Etkili Transitörler 188 8 ALAN ETK İL İ TRANS İSTÖRLER (JFET) Konular: 8.1 Alan Etkili Jonksiyon Transistör (JFET) 8.2 JFET Karakteristikleri ve Parametreleri 8.3 JFET’in Polarmalandırılması 8.4 MOSFET 8.5 MOSFET’in Karakteristikleri ve Parametreleri 8.6 MOSFET’in Polarmalandırılması B ÖLÜM 8 189 8.1 ALAN ETK İL İ TRANS İSTÖR (JFET) Alan Etkili Transistör (Field-Effect Transistor); Bipolar Jonksiyon transistörün tüm i şlevlerini yerine getirebilen fakat farklı yapı ve karakteristiklere sahip bir devre elemanıdır. Ço ğunlukla JFET veya FET olarak tanımlanır veya isimlendirilirler. JFET’ler gerilim kontrollü devre elemanlarıdır. Çe şitli alt gruplara da ayrılan alan etkili transistörler, kanal tiplerine göre n kanal ve p kanal olmak üzere iki tipte üretilirler. Bu Bölümde; JFET’in temel yapısını, sembolünü, özelliklerini ve temel çalı şma prensiplerini inceleyece ğiz. Alan Etkili Transistör (JFET), 3 uçlu bir grup yarıiletken devre elemanının genel adıdır. Bu gruptaki transistörler kendi aralarında bir takım kategorilere ayrılır ve isimlendirilirler. Alan etkili transistörlerin üretim tipleri ve çe şitleri şekil-8.1'de tablo halinde verilmi ştir. İlerleyen bölümlerde her bir tip ayrıntıları olarak incelenecektir. ALAN ETK İL İ TRANS İSTÖRLER (JFET’S) MOSFET ÇO ĞALTAN T İP (DEMOSFET) AZALTAN T İP (E-MOSFET) N KANAL P KANAL N KANAL P KANAL CMOS JFET P KANAL N KANAL Şekil-8.1 Alan ekili tansistörlerin (JFET) Tipleri Alan etkili transistör; Jonksiyon FET (JFET) veya metal oksitli yarı iletken JFET (MOSFET) olarak yapılır ve isimlendirilir. Her iki tip transistörün de n kanallı ve p kanallı olmak üzere iki tipte üretimi yapılır. N kanallı JFET'lerde iletim elektronlarla, P kanallı JFET’lerde ise oyuklarla sa ğlanır. FET'lerin yapımları basit ve ekonomik olduklarından dolayı oldukça çok kullanım alanı bulmu şlardır. JFET’lerin bipolar transistörlere göre önemli farklılıkları vardır. JFET ile BJT’lerin Kar şıla ştırılmaları • JFET'in giri ş ve çıkı ş empedansı çok yüksektir. Bu empedansın de ğeri birkaç mega ohm'dan yüzlerce mega ohma’a kadar çıkabilir. Fakat çalı şma frekansları yükseldikçe empedansları azalır. MOSFET'in giri ş empedansı JFET'e nazaran daha büyüktür. BJT’nin giri ş ve çıkı ş empedansı JFET'ten küçüktür. Bu farklılık BJT yerine JFET'in; JFET yerine de BJT'nin kullanılamayaca ğını gösterir. • JFET'in çalı şması sadece ço ğunluk akım ta şıyıcılarının akı şına ba ğlıdır. Tek tip ta şıyıcılı bu elemana unipolar transistör adı da verilir. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 190 • JFET'in gürültü seviyesi bipolar transistörlere nazaran azdır. Bu nedenle FET, alçak ve yüksek frekanslarda kullanılabilir. JFET, iyi bir sinyal kırpıcı olarak çalı şır. • JFET'in sıcaklık kararlılı ğı daha iyidir. Sıcaklık de ği şimlerinden pek etkilenmez. JFET'in radyasyon etkisi yoktur ve radyasyondan az etkilenir. • JFET'in BJT’ye göre sakıncası; kazanç-bant geni şli ği çarpımının (geçi ş frekansı-kazancın bire dü ştü ğü frekans) bipolar transistörle elde edilebilene kıyasla küçük olmasıdır. JFET'in Yapısı ve Sembolü JFET'ler; N kanallı ve P kanallı olmak üzere iki tipte üretilirler. JFET'in fiziksel yapısı ve elektriksel sembolü şekil-8.2’de gösterilmi ştir. JFET üç uca sahiptir. Uçlarına i şlevlerinden ötürü; Geyt (Gate), Sörs (Source), Dreyn (Drain) isimleri verilmi ştir. JFET'in fiziksel yapısına bakıldı ğında sörs ve dreyn uçlarının aynı olabilece ği ve hatta uçlarının de ği ştirilerek sörs yerine dreyn'in, dreyn yerine sörs'ün kullanılabilece ği dü şünülebilir. Ancak JFET'in yapısı, sörs ve dreyn bölgeleri için bu e şitli ği sa ğlamaz. JFET sembolünde, geyt ucunda bulunan okun yönü kanal tipini ifade eder. Ok yönü içeri do ğru ise N kanal JFET, ok yönü dı şarıya do ğru ise P kanal JFET oldu ğu anla şılır. Bu durum şekil-8.2.a ve b’de gösterilmi ştir. n kanal p p Geyt Dreyn Sörs p kanal p p Geyt Dreyn Sörs Geyt (Gate) Sörs (Source) Dreyn (Drain) Geyt (Gate) Sörs (Source) Dreyn (Drain) Şekil-8.2.a ve b N Kanallı ve P Kanallı JFET'in Yapısı ve Sembolü JFET'in Çalı şması JFET'in elektriksel karakteristiklerini anlayabilmek için elemanın çalı şmasını incelememiz gerekmektedir. JFET'e polarma gerilimleri uygulandı ğında meydana gelen akım ve gerilimler şekil-8.3 üzerinde gösterilmi ştir. Dreyn-sörs arasına uygulanan besleme gerilimi, dreyn ucu ile şase arasına ba ğlanır. Bu gerilim, dreyn devresindeki besleme gerilimi olarak tanımlanır ve VDD ile sembolize edilir. VDD gerilimi, n kanal içerisindeki elektronların hareket etmesini sa ğlar. Bu elektronlar, sörs'den dreyn'e oradan da VDD kayna ğının pozitif kutbuna giderler. VDD kayna ğının içinden sörse geri dönerler. Sörs ve dreyn üzerinden geçen bu akıma “dreyn akımı” denir ve “ID” ile sembolize edilir. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 191 n p p D n S G R D V DD V GG V GS V DS I D I D I D I D I D Şekil-8.3 JFET'in Çalı şması JFET’in geyt terminali kontrol ucudur. JFET’in iletkenli ğini kontrol eder. Önce geyt terminali kullanmadan JFET’in çalı şmasını analiz edelim. Bu amaçla şekil-8.4’den yararlanaca ğız. Şekil-8.4’de verilen devrede, VGG gerilimi 0V ( şase) yapılırsa ve VDD besleme kayna ğı da 0V’dan ba şlayarak yükseltilirse kanal içerisinden geçen akım miktarı da artar. Ancak n tipi kanalın jonksiyon direnci maksimum akım de ğerini sınırlar. VDD daha fazla artırıldı ğında JFET’de bir ters polarma bölgesi olu şur. Bu polarma bölgesine, azalma bölgesi (deplation) denir. Azalma bölgesi, kanal akımının n maddesinin dar bir kesidi içinden geçmesini gerektirir. Bu durum kanal direncinin artmasına sebep olur. Dolayısı ile ID akımında artık bir azalma söz konusudur. n p p D n S G R D V DD V GS =0V I D I D I D I D n p D n S G R D V DD V GS =0V I D I D I D I D p Şekil-8.4.a ve b JFET'in Çalı şması ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 192 VDD kayna ğının daha fazla artırılması sonucu kanalın tamamen daraldı ğı (kanal direncinin maksimuma yükseldi ği) bir duruma eri şilir. Bu de ğerden sonra daha fazla akım akı şı meydana gelmez. Kısaca kanal akımında artı ş artık mümkün olmaz. Çünkü kanal kapanma moduna girmi ş ve dreyn akımı doyuma ula şmı ştır. Bu durum şekil-8.4.b’de resimlenmi ştir. Sonuçta, kanal direncinden dolayı dreyn-sörs arasında bir gerilim dü şümü meydana gelir. Bu gerilim, VDS gerilimi olarak adlandırılır. Görüldü ğü gibi, VDD artarken dreyn ve sörs uçlarında VDS gerilim dü şümü meydana gelir. Bu gerilim dü şümüne ise ID akımı sebep olur. Şekil-8.5'de görüldü ğü gibi VP noktasında, VDS artarken ID sabit bir de ğerde kalır. ID maksimum de ğerine ula şmı ştır. IDmax de ğerine ise IDSS denir. IDSS kanalın doyum akımıdır. Bu anda yani IDSS akımı, VP de ğerine ula ştı ğında geyt-sörs arası gerilim de sıfırdır (VGS=0V). IDSS de ğeri, elemanın yapısına göre belli bir de ğerde bulunur. Bu de ğer imalatçılar tarafından verilir veya ölçülebilir. I D I DSS V GS =0V V DS 0 N kanaldan ge çen sabit I D akımı N kanalın direnc inden dolay ı olu şan e ğim N kanaldaki daralma noktası V P Şekil-10.5 Kanal Akımının Neden Oldu ğu Daralmanın Grafi ği 8.2 JFET KARAKTER İST İKLER İ Bu bölümde; JFET’in iletim ve kesim bölgelerinde nasıl çalı ştı ğını ö ğreneceksiniz. JFET’in; iletim, kesim veya aktif bölgelerde çalı ştırılması için gerekli parametreleri ve karakteristikleri tanıyacaksınız. Bölüm sonunda JFET’in önemli iki parametresini tanıyacaksınız. Bu parametreler; transfer karakteristi ği ve daralma gerilimi (pinch-off voltage) olarak adlandırılmaktadır. JFET'lerde; geyt ucu, kanal bölgesini (azalma bölgesi) kontrol etmek için kullanılır. Örne ğin; n kanallı bir JFET'te, geyt ile sörs arasına uygulanan negatif polariteli bir gerilim, gerilim azalma bölgesini büyültür. Bu durum, kanal akımının daha dü şük de ğerlerinde kanalın kapanmasına sebep olur. E ğer; VGS gerilimi arttırılırsa (n kanal için daha negatif yapılırsa) kanalın azalma bölgesi daha da büyür. Neticede dreyn akımı şekil-8.6.a ve b'de gösterildi ği gibi daha dü şük akım seviyelerinde doyuma ula şır. Şekil-8.6.a ve b'de p ve n kanal JFET'ler için VDS-ID grafi ği çizilmi ştir. Karakteristikte sabit VGS geriliminin çe şitli de ğerlerinde ID ve VDS de ğerleri gösterilmi ştir. Örnek e ğriler; VGS=0v, -1v ve -2v için çizilmi ştir. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 193 I D I DSS V GS =0V V DS 0 V GS =-1V V GS =-2V I D I DSS V GS =0V V DS 0 V GS =+1V V GS =+2V D S GG D S V P V P Şekil-8.6.a.b N ve P Kanallı JFET'in Dreyn Karakteristikleri Sonuç olarak, n kanal bir JFET’de geyt-sörs arasına uygulanan ters polarma büyürken, kanal akımı azalır. Geyt-sörs arasına uygulanan ters polarma gerilimi yeterli büyüklü ğe ula şırsa kanal tamamen kapanabilir ve ID akımı sıfıra dü şebilir. Kanalın tamamen kapanıp akım geçirmemesine neden olan ters gerilim de ğerine “geyt-sörs daralma gerilimi (pinch-off)” adı verilir: Bu de ğer “VP” ile ifade edilir. Yukarıdaki şekiller ve grafik iyi incelendi ğinde VDS'nin küçük de ğeri için, ID akımının lineer olarak arttı ğı görülür ( şekil-8.6). VDS gerilimi artarken, kanalın daraldı ğı görülür. FET'in bir di ğer önemli karakteristi ği ise, “Transfer Karakteristi ği” olarak adlandırılır. Transfer karakteristi ği e ğrisi; sabit bir dreyn-sörs (VDS) geriliminde, geyt-sörs (VGS) geriliminin fonksiyonu olarak elde edilen dreyn akımının (ID) e ğrisini gösterir. Transfer karakteristi ği şekil-8.7.a ve b'de gösterildi ği gibi elemanın iki önemli parametresi olan VP ve IDSS de ğerlerini verir. Transfer karakteristi ği e ğrisi matematiksel olarak; 2 1 ? ? ? ? ? ? P GS DSS D V V - I = I e şitli ği ile ifade edilir. Bu e şitlik veya bu e şitlikten çizilen transfer karakteristi ği VP ve IDSS de ğerlerine ba ğlıdır ve JFET'in çalı şmasını oldukça iyi tanımlar. VP de ğeri, n kanallı fetler için negatif, p kanallı fetler için pozitif bir de ğerdir. Transfer karakteristi ği e şitli ği ile, şekil-8.7'deki transfer karakteristi ği kar şıla ştırılırsa; VGS=0 oldu ğunda, e şitli ğin ID=IDSS durumunu sa ğladı ğı ve e ğrinin dikey eksen ID'yi, IDSS de ğerinde kesti ği görülür. Di ğer taraftan ID=0 için, e şitlik VGS=VP durumunu sa ğlar. IDSS ve VP de ğerleri imalatçı kataloglarında verilir. Bu de ğerlerden yararlanılarak transfer karakteristi ği çizilebilir. Transfer karakteristi ği e ğrisinden ve de ğerlerden faydalanarak ID de ğerleri de hesaplanabilir. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 194 -V GS 0 -4V I D (mA) I DSS 0 D S G G D S +V GS I DSS I D (mA) -2V 2V 4V 55 10 10 2 1 ? ? ? ? ? ? P GS DSS D V V - I = I Şekil-8.7 N ve P Kanallı JFET'in Transfer Karakteristikleri JFET'in çalı şması grafiksel olarak şekil-8.8’deki dreyn çıkı ş karakteristi ği yardımı ile görülebilir. IDSS de ğeri, VGS=0 durumunda elde edilen akım seviyelerinin meydana getirdi ği e ğriden okunur. VP de ğeri ise açık bir şekilde görülmez. Ancak VP de ğeri en alttaki VGS e ğrisinin de ğerinden biraz daha büyüktür. Karakteristikteki kesik çizgi, doyum akımının aktı ğı noktalardan geçmektedir. Buna göre, kesik çizgi VDS=VP-VGS durumunu göstermektedir. Bu çizgi genellikle dreyn karakteristi ğinin bir parçası de ğildir, ama e ğrinin yatay eksene (VDS) de ğdi ği noktanın de ğerini verir. R D V GG V GS V DS + - V GD V DD I D I D (mA) I DSS V GS =0V V DS 0 V GS =-1V V GS =-2V V P BV GDS Aktif Bölge Bozulma Bölge si Doyum B ölgesi Şekil-8.8 JFET'in Dreyn Karakteristikleri Karakteristikten görüldü ğü gibi aktif bölgede ID akımı sabittir. Ancak belli bir VDS de ğerinden sonra JFET bozulur, dreyn akımının artı şı JFET tarafından artık sınırlanamaz. Ancak JFET devresine bir harici eleman ba ğlanarak, JFET korunur. JFET'in bozulma gerilimi de ğeri BVGDS olarak i şaretlenmi ştir. BVGDS de ğeri, küçük geyt-sörs polarma gerilimleri için daha büyüktür. Üretici firmalar tek bir VGS de ğeri için genellikle 0V, BVGDS de ğerini kataloglarında belirtirler. JFET’in dreyn karakteristi ğinde kesik çizgi ile belirtilen bölge ile, bozulma e ğrileri arasında kalan bölge JFET için aktif çalı şma bölgesidir. JFET'ler sinyal yükseltmek amacı ile kullanıldıklarında aktif bölgede çalı ştırılırlar. Aktif bölgede çalı şma ise büyük ölçüde dc polarma gerilimleri ile sa ğlanır. JFET'ler sayısal devrelerde ve anahtarlama devrelerinde de çok sık kullanılırlar. Bu tip çalı şmada JFET’lerin Kesim veya doyum bölgelerinde çalı şmalarından faydalanılır ve bu bölgelerde çalı ştırılırlar. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 195 8.3 JFET’ İN POLARMALANDIRILMASI Önceki bölümlerden JFET’in çalı şma şartlarını ve genel V-I karakteristiklerini inceledik. JFET’in özelliklerini ve karakteristiklerini kullanarak devre tasarımı yapabilmemiz için gerekli dc polarma şartlarını sağlamamız gerekmektedir. Bu bölümde, JFET için gerekli dc polarma şarlarını analizini yapıp dc polarma yöntemlerini görece ğiz. JFET’ler için uygulanan polarma yöntemlerini sıra ile; sabit polarma, self polarma ve gerilim bölücülü polarma olarak sıralayabiliriz. Bu bölümü bitirdi ğinizde JFET için gerekli dc polarma yöntemlerini ö ğrenip, JFET’i kullanarak devre ve cihaz tasarlamaya hazır hale geleceksiniz. Belli bir dreyn akımı ve dreyn-sörs gerilimi etrafında JFET'in çalı şabilmesi için ço ğunlukla polarmalandırılması gerekir. Eleman bir yükselteç olarak çalı ştırılacaksa aktif bölgede çalı şacak şekilde polarma gerilim ve akımları seçilir. JFET polarmalarında bir çok polarma tipi kullanılabilir. Biz bu bölümde çok kullanılan bir kaç polarma tipini inceleyece ğiz. Sabit Polarma Devresi Sabit polarmalı bir JFET yükselteç devresi şekil-8.9’da verilmi ştir. Devreyi inceledi ğimizde polarmanın iki adet dc besleme kayna ğından sa ğlandı ğı görülmektedir. Gerçekte uygulamalarda tek bir dc besleme kayna ğı kullanılır. Fakat konunun daha iyi anla şılabilmesi için bu devrede çift besleme kayna ğı kullanılmı ştır. Şimdi şekildeki sabit polarmalı yükselteç devresini inceleyelim. R D C 2 R G V DD 12V 1K ? 470K ? C 1 V GG =1.5V V S V 0 I DDS =10mA V P =-4V VER İLER V DS I D I D R D - + + - Şekil-8.9 Sabit polarmalı JFET'li yükselteç devresi Yükseltilecek i şaret, geyt-sörs arasına VS giri ş i şareti olarak uygulanır. Uygulanan bu i şaret yükseltilmi ş olarak Dreyn-sörs arasından alınır (V0). RG direnci AC i şaret için bir yol görevi görür. Fakat ters olarak polarmalandırılan geyt-sörs bölgesinden dc akım geçmez. Dolayısıyla RG üzerinde dc gerilim dü şümü olmaz. Bu nedenle geyt-sörs arasındaki gerilim besleme gerilimine e şittir. Yani VGG=VGS=-1.5 V'dur. Buradan dreyn akımını bulabiliriz. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 196 3.9mA = 4 - 1.5v - - 1 10mA = V V - 1 I = I p GS DSS D ? ? ? ? ? ? · ? ? ? ? ? ? ? ? · 2 Yukarıdaki e şitlikten görüldü ğü gibi, geyt-sörs gerilimi (VGS), dreyn akımı I D'nin de ğerini ayarlar. Bu akım 12V'luk besleme kayna ğından, RD direncinden dreyn-sörs kanalından şaseye do ğru geçer. JFET aktif bölgede çalı ştı ğı sürece; ID akımı VGS gerilimine ba ğlıdır. Fakat RD direyn direnci de ğerine ba ğlı de ğildir. şekil-8.9 da görüldü ğü gibi, dreyn akımından dolayı RD uçlarında bir gerilim dü şümü meydana gelir. Buna göre JFET'in çalı şma bölgesi yada VDS gerilimi bulunabilir. Devreden; DS D D DD V R I V + · = oldu ğu görülür. Buradan; D D DD DS R I V V · - = V K mA V DS 98 . 4 ) ? 8 . 1 9 . 3 ( 12 = · - = bulunur. Bulunan bu de ğer yardımı ile JFET’in çalı şma noktası belirlenmi ştir. JFET'li sabit polarma devresinde kar şıla şılan pratik bazı sınırlamalar vardır. Bu sınırlamalar, şekil-8.10’da JFET’in V-I karakteristikleri üzerinde ayrıntılı olarak gösterilmi ştir. Örne ğin yüksek kazanç elde edebilmek için VGS'nin sıfır volta polarmalandırılması, giri ş geriliminin de ği şim miktarını s ınırlar. Söz konusu polarma ile büyük genlikli giri ş sinyali kullanılırsa VGS'nin pozitif alternansında geyt pozitife kayar ve kanal akımı kontrol edilemez. Bu nedenle çok küçük giri ş sinyalleri için sıfır volta yakın polarma kullanmak mümkün olur. Büyük giri ş sinyaliyle çalı şırken çalı şma geriliminin iyi seçilmesi gerekir. Karakteristikte görüldü ğü gibi sıfır voltta farklı V GS de ğerleri daha küçük gm de ğerleri verirler. Yine çok büyük RD de ğerleri de elemanı doyuma götürebilecek gerilim de ğerlerini verece ğinden aktif bölgenin dı şında bir çalı şma noktası meydana getirirler. Sonuç olarak; istenilen miktardaki herhangi bir kazanç sadece büyük RD de ğerleri seçilerek gerçekle şemez. I D (mA) V DD R D V GS =0V V DS 0 V GS =-1.5V V GS =-3V V GS =-2V V GS =-1V V DD 2 4 6 8 10 12 Küçük de ğerli R D I DQ I DSS Q Çalı şma Noktası DC YÜK DO ĞRUSU R D =1K Büyük de ğerli R D V DSQ Şekil-8.10 JFET'in Çalı şması ve Polarmalandırılması ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 197 Self Polarma Devresi Pratik uygulamada JFET'li yükselteçler genellikle tek bir dc besleme kayna ğı ile polarmalandırılır. Böyle bir polarma devresi şekil-8.11' de gösterilmi ştir. Bu devrede geyt- sörs polarma gerilimi elde etmek için bir self polarma direnci RS kullanılmı ştır. RS direnci uçlarında IDxRS gerilim dü şümü nedeniyle pozitif bir VS gerilimi meydana gelir. Geyt veya RG geyt direncinden dc akımı hiç geçmedi ğinden geyt gerilimi sıfır volttur. Geyt gerilimi sıfır volt oldu ğundan, geyt (0V) ile sörs (+VS) arasında ölçülen net gerilim negatif gerilimdir. (Bu gerilim, referans noktası sörs alındı ğında negatif de ğerde ölçülür.) Ölçülen bu negatif gerilim geyt-sörs arası polarma gerilimi VGS’dir. Geyt-sörs arası polarma ba ğlantısı; S D S D GS R I R I V · = · - = 0 oldu ğu devreden görülmektedir. Bu ba ğıntı transfer karakteristi ği üzerinde gösterilir. Bunun için iki ID de ğeri seçilir. JFET kesimde iken, 0 = D I olur. JFET iletimde iken ID; S D DD D R R V I + = R D C 2 R G 6.2K ? 1M ? C 1 V DD =+24V V S V 0 V DS I D I D R D - + + - R S 1.5K ? C 2 I D V D V S V G =0V V DS V GS (V) 0 -2 -4 2 4 6 8 10 I D (mA) I DSS I DQ Q Self polarma e ğrisi R S =1.5K V GS =-I D(1.5K) I D (mA) V GS (V) 00 3- 4 . 5 Şekil-8..12.a ve b Self polarmalı JFET devresi ve transfer karakteristi ği Bulunan bu de ğerler ile transfer karakteristi ği üzerinde yük çizgisi çizilir. Bu de ğerlere kar şılık gelen VGS de ğerleri bulunur. Bu de ğerler şekil-8.12.b’deki tabloda verilmi ştir. Tablodaki ID ve VGS de ğerleri ilgili eksenlerde i şaretlenir. İşaretlenen bu noktalardan bir düz çizgi çizilir. Bu düz çizgiye “self polarma çizgisi” denir. Düz çizginin transfer karakteristi ği e ğrisini kesti ği nokta, devrenin çalı şma noktasıdır (Q). Polarma noktasından eksenlere dikler inerek bu noktanın çalı şma şartları; V V ve mA I GSQ DQ 4 . 2 6 . 1 - = = olarak bulunur. RS de ğeri artırılırsa, RS yük do ğrusu yatay eksene do ğru yakla şır. Çalı şma bölgesi kayar ID de ğeri küçülür. VGS de ğeri büyür. RS de ğeri azaltılırsa bu kez çalı şma noktasında ID büyür, VGS küçülür. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 198 Örnek: 8.1 Çözüm Şekil-8.12.a’da verilen self polarmalı yükselteç devresinde çalı şma noktasını RS=1K ? kabul ederek bulunuz? Şekil-8.12.b'deki karakteristik e ğri üzerine sıfırdan yani VGS=0, ID=0 noktasından ba şlayan ve seçilen ID de ğeri örne ğin 4 mA ile buna kar şılık bulunan VGS gerilimi; V K mA R I V S D GS 4 ) ? 1 ( ) 4 ( - = · - = · - = olarak bulunur. Bu de ğerlerin belirledikleri kesi şme noktasından geçen self-polarma çizgisi çizilir. Bu çizgi ile elemanın transfer karakteristi ğinin kesi şti ği nokta çalı şma noktası olarak bulunur. Çalı şma noktası sükunet anında (giri şte AC i şaret yokken), dreyn akımı IDQ ve geyt-sörs gerilimi VGSQ de ğerini verir. Çalı şma noktası için çizim yapılarak ; V V ve mA I GSQ DQ 2 . 2 2 . 2 - = = de ğerleri tespit edilir. Tespit edilen bu de ğerlerden yararlanarak aynı noktadaki dreyn-sörs gerilimi; V V V K mA V R I V V S DQ DD DSQ 2 . 8 8 . 15 24 ) ? 2 . 6 2 . 2 ( 24 = - = · - = · - = olarak hesaplanır. Örnek: 8.2 Çözüm R D C 2 R G 4.1K ? 1.8M ? C 1 V DD =+16V V S V 0 V DS I D - + R S 2.2K ? C 2 I D V D V S V G =0V V DS JFET V P =-6V I DSS =5mA Şekil-8.13 n kanallı JFET’li self polarmalı yükselteç devresi Belirlenmesi istenen polarma noktasını bulmak için gerekli transfer karakteristi ği çizilmemi ş ancak VP ve IDSS de ğerleri verilmi ştir. Karakteristik e ğrinin çizimi de istenmi ştir. O zaman transfer e ğrisi formülü ; 2 ? ? ? ? ? ? ? ? · V V - 1 I = I p GS DSS D Şekil-8.13’de verilen self polarmalı yükselteç devresinin çalı şma noktasını bulunuz ve transfer karakteristi ğini çiziniz? VP=-6V, IDSS=5mA ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 199 ile verilen VP ve IDSS de ğerlerini kullanarak transfer karakteristi ği e ğrisini çizmek oldukça kolay olur. Seçilen birkaç VGS noktası ve bunlara kar şılık hesaplanan ID de ğerlerine göre grafik ka ğıdına taslak e ğri çizilebilir. Örne ğin; şekil-8.13'deki JFET x ekseninde VP=-6 volttan ba şlayıp; mA mA V - 1 mA V V - 1 I = I I için V V P GS DSS D D GS 55 . 0 6 4 5 ; 4 2 2 = ? ? ? ? ? ? - · = ? ? ? ? ? ? · ? - = mA mA V - 1 mA V V - 1 I = I I için V V P GS DSS D D GS 2 . 2 6 2 5 ; 2 2 2 = ? ? ? ? ? ? - · = ? ? ? ? ? ? · ? - = noktaların içine alan y ekseninde ID=IDSS=5mA noktasına kadar uzanan taslak transfer e ğrisi olu şturulur. Bu transfer e ğrisi üzerine ( şekil-8.14), RS=2.2 ? için self polarma çizgisi çizilir. V GS (V) 0 -2 -4 2 4 6 I D (mA) I DSS I DQ Q Self polarma e ğrisi R S =1.5K V GS =-I D(2.2K) I D (mA) V GS (V) 00 2- 4 . 4 -6 Şekil-8.14 Transfer e ğrisi Gerilim Bölücülü Polarma JFET için kullanılan di ğer bir dc polarma devresi ve transfer karakteristi ği şekil-8.15’de verilmi ştir. Bu polarma şekli, gerilim bölücülü geyt polarma olarak bilinir. Bu polarma tipinde, polarma gerilimi ve akımının belirlenmesi di ğer polarma devrelerindeki gibidir. Sadece geyt geriliminin 0 volttan farklı bir de ğerde tutulmasında durum de ği şir. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan Örne ğin; ID=2mA’lik bir dreyn akımı seçilerek geyt-sörs gerilimi; VGS=-ID.RS=-(2mA)(2.2K ?)= - 4.4V volt bulunur. Self polarma çizgisi transfer e ğrisini yakla şık; VGSQ=-2.95V IDQ=1.35mA noktalarını birle şti ği yerde keser. Sükunet anındaki bu de ğerlerden yine aynı andaki dreyn- sörs gerilimi; VGSQ=VDD-IDQ (RS+RD) VGSQ=16V-1.35mA(2.2K ?+4.1K ?) VGSQ=7.5 volt. olarak bulunur. 200 R D C 2 R 2 2.5K ? 280K ? C 1 V DD =+16V V S V 0 V DS I D - + R S 1.5K ? C 2 I D V GS (V) 0 -2 -4 2 4 6 I D (mA) I DSS I DQ Q R S =1.5K V GS =2-I D(2.2K) I D (mA) V GS (V) 0+ 2 1.33 0 JFET V P =-5V I DSS =8mA +2 R 1 2M ? 8 2- 1 Şekil-8.15 Gerilim bölücülü geyt polarması ve transfer karakteristi ği Gerilim bölücülü polarma devresinde, di ğer polarma tiplerine nazaran daha iyi bir kararlılık söz konusudur. Gerilim bölücü devreden elde edilen VG geriliminin de ğeri; DD GG G V R R R V = V · + = 2 1 2 olarak bulunur. Bu durumda sükunetteki geyt-sörs polarma gerilimi; ) ( D D GG GSQ R I V = V · - olur. Örnek: 8.3 Çözüm Şekil-8.15'de görülen gerilim bölücülü polarma devresinde JFET'in DC polarma gerilimlerini bulunuz ? JFET’in geyt gerilimi; V V K M K V R R R V = V DD GG G 2 16 ? 280 ? 2 ? 280 2 1 2 = · ? ? ? ? ? ? + = · ? ? ? ? ? ? + = olur. ID.RS gerilim dü şümünün sonucunda geyt-sörs gerilimi ; VGS=VG-VS VGS=2-(ID.RS) olur. Burada belli bir RS de ğeri için, ID'ye bir kaç de ği şik de ğer verilerek bunun kar şılı ğı olan VGS de ğerleri bulunur. Transfer karakteristi ği e ğrisi önceden oldu ğu gibi; 2 ? ? ? ? ? ? · P GS DSS D V V - 1 I = I formülünden belirlenir. O zaman VP=-4volt ve IDS=8mA de ğerlerine sahip olur. JFET için transfer karakteristi ği yukarıdaki gibi çizilir. Self polarma çizgisi ile transfer karakteristi ğinin kesi şti ği nokta, dc polarma (çalı şma) noktasını verir. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 201 Bu noktadan çalı şma şartları da; IDQ=2.5mA, VGSQ=-1.75 Volt olarak saptanır. Buradan; VDQ=VDD-IDQ.RD=16V-2.5mA(2.5K ?)=9.75 volt VSQ=IDQ.RD =2.5mA (1.5K ?)= 3.75 volt Dreyn-sörs gerilimi ise; VDSQ=VDQ-VSQ = 9.75 - 3.75 = 6 volt Olarak hesaplanır. Hesaplanan de ğerlerden yararlanarak polarma noktasındaki geyt-sörs gerilimi kontrol edilirse, sonuç; VGSQ=VGQ-VSQ VGSQ=2V - 3.75V VGSQ=-1.75 volt bulunur. Sonucun grafiksel metot kullanılarak elde edilen de ğerle aynı oldu ğu görülür. 8.4 MOSFET’LER İN TANITIMI VE KARAKTER İST İKLER İ MOSFET (MetalOksit Semiconductor FET), Alan etkili transistörlerden geli ştirilmi ş bir grup transistörün genel adıdır. MOSFET’lerde geyt terminali, kanaldan izole edilmi ştir. Bu tür alan etkili transistörlere, Metal oksitli yarıiletken FET veya kısaca MOSFET denilmektedir. Ayrıca kimi kaynaklarda İzole edilmi ş geytli FET veya IGFET adı da verilmektedir. Mosfet’ler, Azaltan tip (Depletion) ve Ço ğaltan tip (Enhancement) olmak üzere iki tip de üretilirler. Bu tür mosfet’ler; kısaca D-MOSFET ve E-MOSFET olarak adlandırılır. Bu bölümde mosfet tiplerini, temel yaplarını, şematik sembollerini ve temel çalı şma prensiplerini göreceksiniz. MOSFET'in Temel Yapısı Alan etkili transistörlerin bazı tiplerinde geyt terminali kanaldan izole edilmi ş (yalıtılmı ş) biçimde yapılır. Bu tür alan etkili transistörlere, metal oksitli yarı iletken FET (Metal-Oxide Semiconductor FET) veya kısaca “MOSFET” denir. Mosfet’ler, izole edilmi ş geytli FET veya kısaca IGFET olarak da adlandırılmaktadırlar. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 202 MOSFET'ler; ya azaltan tip MOSFET (Deplation-MOSFET) yada çoğaltan tip MOSFET (Enhancment MOSFET) olarak imal edilirler. Azaltan tip Mosfet’lere kısaca D-MOSFET, Ço ğaltan tip Mosfet’lere ise E-MOSFET denilmektedir. Her iki tip MOSFET’inde; P kanal ve N kanal olmak iki tipi vardır. N kanallı D ve E-MOSFET'in temel yapıları şekil-8.16'da verilmi ştir. MOSFET’lerde tıpkı JFET’ler gibi 3 uçlu aktif devre elamanları grubundandır. Uçlarına i şlevlerinden ötürü; Geyt (Gate), Dreyn (Drain) ve Sörs (Source) isimleri verilmektedir. Şekil-8.16’da verilen temel yapıda Sabstreyt (Subsrate) terminali, dördüncü uç gibi görünse de genellikle sörse ba ğlanır veya şase potansiyelinde tutulur. D-MOSFET'in yapısında kanal fiziksel olarak yapılmı ş haldedir. D-MOSFET’in, dreyn-sörs uçlarına bir dc gerilim kayna ğı ba ğlandı ğında dreyn ile sörs arasında bir akım meydana gelir. E-MOSFET' in yapısında ise, imalat sırasında şekillendirilmi ş veya olu şturulmu ş bir kanal yoktur. E-MOSFET'in; dreyn-sörs uçlarına gerilim uygulandı ğında akım meydana gelebilmesi için, şarj ta şıyıcılarının kanalı olu şturması gerekir. Bunun içinde geyt ucuna gerilim uygulanması gereklidir. n Geyt Dreyn (Drain) Sörs (Source) n n Substrate SiO 2 (Gate) (Sabreyt) Kanal n Geyt Dreyn (Drain) Sörs (Source) n n Substrate SiO 2 (Gate) (Sabreyt) Kanal Yok Şekil-8.16 Azaltan ve Ço ğaltan Tip N Kanal MOSFET'lerin Yapıları Azaltan Tip MOSFET (D-MOSFET) D-MOSFET’lerin, n-kanal ve p-kanal olmak üzere ba şlıca iki tipde üretimi yapılır. Şekil- 8.17.a'da n-kanal D-MOSFET'in yapısı ve şematik sembolü görülmektedir. Şekil-8.17.b’de ise p-kanal D-MOSFET’in yapısı ve şematik sembolü görülmektedir. N kanallı D-MOSFET, p tipi gövde (substrate-sabstreyt) üzerine yerle ştirilmi ştir. N tipi yarı iletken maddeden yapılan sörs ve dreyn bölgelerine, sörs ve dreyn terminalleri bir metalle (alimünyum) ba ğlanmı şlardır. Ayrıca sörs ve dreyn bölgeleri içten N tipi kanal bölgesiyle birbirine ba ğlanırlar. N kanalın üstünde bulunan ve kanal ile geyt arasındaki izolasyonu sa ğlayan ince silikon dioksit (SiO2) tabakasının üzerine ince bir metal tabaka konur. Bu bile şimi D- MOSFET'i olu şturur. Şematik sembol’de elemanın geyt, sörs ve dreyn uçları gösterilir. Sabsreyt ucu ise ço ğunlukla sörs’e ba ğlı olarak gösterilir. Şematik gösterimde elemanın kanal tipi sabstreyt ucundaki okun yönü ile belirtilir. Şekil-8.17’de görüldü ğü gibi ok yönü elemanın içine do ğru ise n-kanal D-MOSFET, ok yönü dı şarı do ğru ise p-kanal D-MOSFET tanımlanır. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 203 n G D S n p Sabsreyt SiO 2 Kanal D S G p G D S p n Sabsreyt SiO 2 Kanal D S G Şekil-8.17.a ve b N Kanal ve P Kanal DE-MOSFET'in Yapısı ve Sembolü N-kanallı D-MOSFET'in geyt-sörs arasına negatif bir gerilim (VGG) uygulanırsa elektronlar kanal bölgesinin ortasına do ğru itilirler ve kanalda daralma olur. Yeterli büyüklükte geyt- sörs gerilimi kanalı tamamen daraltarak kapatır. Di ğer taraftan; pozitif geyt-sörs geriliminin uygulanması halinde, p tipi ta şıyıcılar itildiklerinden kanal büyüklü ğünde bir artı ş olur. Bu durum daha çok şarj ta şıyıcısının olu şumuna izin verdi ğinden daha büyük bir kanal akımı meydana gelir. N kanallı D-MOSFET'in transfer ve dreyn karakteristikleri ise şekil-8.18'de görülmektedir. Karakteristik e ğriler; elemanın gerek pozitif, gerekse negatif geyt-sörs geriliminde çalı şma- sını göstermektedir. Negatif VGS de ğerleri, daraltma gerilimine (pinch-off) kadar dreyn akımını azaltırlar. Bu gerilimden sonra dreyn akımı hiç akmaz. N kanallı D-NOSFET'in transfer karakteristi ği, negatif geyt-sörs gerilimleri için JFET karakteristi ği ile aynıdır ve pozitif VGS de ğerleri için de bu özellik korunur. Negatif ve pozitif her iki VGS de ğerinde de geyt kanaldan izole edildi ğinden MOSFET, VGS'nin her iki polarite durumunda çalı ştırılabilir. Söz konusu iki polarite durumun da da geyt akımı meydana gelmektedir. I D (mA) V GS =0V V DS 0 V GS =-1V V GS =-2V V GS =+1V -V GS 0 V P I DSS I D (mA) 2 1 ? ? ? ? ? ? P GS DSS D V V - I = I D S G I DSS Şekil-8.18.a ve b N Kanal DE-MOSFET'in Transfer ve V-I karakteristikleri P kanallı D-MOSFET'in yapısı ve şematik sembolü şekil-8.18.b'de verilmi ştir. Bu tip MOSFET'in kanalı P tipi, sabsreyti ise N tipi yarıiletkenden yapılır. P ve N kanallı D- MOSFET'ler çalı şma esası bakımından birbirinin benzeridir. Ancak P kanallı D-MOSFET’te polarma kaynaklarının yönü terstir. Akım ta şıyıcıları oyuklardır. Geyt-sörs gerilimi negatif oldu ğunda dreyn akımı artarken, pozitif oldu ğunda azalır. Bu nedenle daralma gerilimi VP pozitif de ğerlidir. Şekil-8.19’da P kanal D-MOSFET'in transfer ve dreyn V-I (Akım-Gerilim) karakteristikleri görülmektedir. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 204 I D (mA) V GS =0V V DS 0 V GS =+1V V GS =+2V V GS =-1V +V GS 0 V P I DSS I D (mA) 2 1 ? ? ? ? ? ? P GS DSS D V V - I = I D S G I DSS Şekil-8.19 P Kanallı DE-MOSFET'in Transfer ve V-I Karakteristikleri Ço ğaltan Tip MOSFET (E-MOSFET) Ço ğaltan tip MOSFET’in (E-MOSFET) temel yapısı ve şematik sembolü şekil-8.20'de verilmi ştir. E-MOSFET’ler, n-kanallı ve p-kanallı olmak üzere iki tip de üretilirler. Şekildeki yapıdan da görüldü ğü gibi E-MOSFET’in temel yapısında fiziksel olarak olu şturulmu ş bir kanal yoktur. Kısaca E-MOSFET, dreyn ile sörs arasında fiziksel bir kanala sahip de ğildir. E-MOSFET'in şematik sembolünde dreyn ile sörs arası kesik çizgilerle gösterilir. Bu durum ba şlangıçta E-MOSFET’de kanal olmadı ğını belirtmek içindir. Şematik sembolde sabsreyt ucundaki ok’un yönü E-MOSFET’in kanal tipini belirtir. Ok yönü içeri do ğru ise, N tipi kanalı gösterir. Ok yönü dı şarı do ğru ise P tipi kanalı gösterir. E-MOSFET’lerde kanal tipi ile sabsreyt’te kullanılan yarıiletken malzemelerin tipleri terstir. n G D S n p Sabsreyt SiO 2 D S G p G D S p n Sabsreyt SiO 2 D S G Şekil-8.20.a ve b N Kanallı ve P kanallı E-MOSFET'in Yapısı ve Sembolü E-MOSFET’lerde kanal, geyt terminaline uygulanan harici bir besleme ile olu şturulur. Geyt-sörs uçları arasına pozitif bir geriliminin uygulanması, geyt altında sabstreyt bölgesinde bulunan oyukları (bo şlukları) iter ve orada bir azalma (deplasyon) bölgesi yaratır. Geyt gerilimi yeterince pozitif de ğere çıkarıldı ğında; elektronlar, pozitif gerilim tarafından bu azalma bölgesine çekilirler. Böylece, dreyn ile sörs arasındaki bu bölge N kanalı gibi hareket eder. Pozitif geyt gerilimiyle olu şturulan ve şekillendirilen N kanallı E-MOSFET'in transfer ve V- I Karakteristi ği şekil-8.21'de gösterilmi ştir. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 205 I D (mA) V GS =5V V DS 0 V GS =4V V GS =3V V GS =6V V GS 0V T I D (mA) [] 2 T GS D V - V K = I · D S G Şekil-8.21 N Kanallı E-MOSFET'in V-I Karakteristikleri Elemanın transfer karakteristi ğinden de görüldü ğü gibi, geyt-sörs gerilimi e şik (threshold- ba şlangıç) de ğeri VT'yi a şıncaya kadar dreyn akım hiç akmaz. Bu e şik gerilimi de ğerinin üzerindeki pozitif gerilimlerde, artan de ğerli bir dreyn akımı meydana gelir. Bu akımın Transfer karakteristi ği de, 2 ) ( T GS D V V K I - · = E şitli ği yardımıyla tanımlanabilir. E şitlik yukarıdaki formülde yalnız VGS>VT şartı için geçerlidir. E şitlikte K sabitesi tipik olarak 0.3 mA/V 2 de ğerinde olup elemanın yapısına ba ğlı olan bir özelliktir. VGS=0 volt durumunda dreyn akımı akmadı ğı için E- MOSFET'lerde IDS de ğerinden söz edilebilir. E-MOSFET'lerin çalı şma sahası; D-MOSFET'lerden daha sınırlı olmasına ra ğmen, E-MOSFET’ler, büyük-ölçekli entegre devreler için çok kullanı şlıdır. Çünkü E-MOSFET’ler basit yapılı ve küçük boyutlu elemanlardır. E-MOSFET'in şematik sembolünde dreyn ile sörs arası kesik çizgilerle gösterilir. Bu çoğaltan tip elemanda ba şlangıçta kanalın olmayı şını belirtmek içindir. Bundan ba şka sabstreyt ucundaki ok P tipi sabstreyti ve N kanalı gösterir. P kanallı E-MOSFET'ler şekil-8.20.b'de gösterilen yapıda imal edilir. Şematik sembolü ise aynı şekilde gösterilmi ştir. E-MOSFET’in sabstreyti, N tipi yarı iletkenden yapılır. P-kanallı E-MOSFET'in çalı şma prensibi N kanallı gibidir. Ancak, P kanallı da polarma kaynaklarının yönü terstir. Akım ta şıyıcıları oyuklardır. Negatif de ğerli e şik gerilimi a şılıncaya kadar dreyn akımı yoktur. Daha büyük de ğerli negatif geyt gerilimlerinde artan bir dreyn akımı vardır. P Kanallı E-MOSFET (Enhancment-MOSFET)'in transfer ve V-I Karakteristi ği şekil-8.22'de gösterilmi ştir. Karakteristikleri inceleyerek bu elemanın çalı şması kolayca irdelenebilir. Karakteristikte görüldü ğü gibi P kanallı E-MOSFET’de polarma akım ve gerilimlerinin yönü N kanal E-MOSFET'e göre terstir. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 206 I D (mA) V GS =-5V V DS 0 V GS =-4V V GS =-3V V GS =-6V V GS 0 -V T I D (mA) D S G Şekil-8.22. a ve b P Kanallı E-MOSFET'in Transfer ve V-I Karakteristikleri 8.5 MOSFET’LER İN POLARMALANDIRILMASI Bu bölümde MOSFET’lerin nasıl polarmalandırılaca ğını göreceksiniz. Özellikle MOSFET’lerle gerçekle ştirilen yükselteç devrelerinde dc polarmanın önemi büyüktür. Bu bölümde; sırası ile D-MOSFET ve E-MOSFET için polarma yöntemlerini ve dc analizlerini göreceksiniz. D-MOSFET'in Polarmalandırılması Tipik bir n-kanallı D-MOSFET’li yükselteç devresi şekil-8.23.a’da ve D-MOSFET’in transfer karakteristi ği ise şekil-8.23.b’de verilmi ştir. Bu yükselteç devresi, çok büyük de ğerli geyt direnci RG hariç, JFET'li yükselteçle benzerdir. Bu devrede geyt-sörs gerilimi pozitife gidebildi ğinden, elamanı küçük negatif geyt-sörs geriliminde polarmalandırmak mümkündür. R D C 2 R G 1.5K ? 10M ? C 1 V S V 0 I DDS =12mA V P =-4V VER İLER V DS R S C S 150 ? V DD =+20V 47nF 47nF 47 µF -V GS 0 V P =-4V I DSS I D (mA) 2 1 ? ? ? ? ? ? P GS DSS D V V - I = I 12mA I DQ R S 150 ? 6.7mA V GSQ =-1V Q Şekil-8.23.a ve b N-kanallı D-MOSFET’li yükselteç ve transfer karakteristi ği ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 207 Devrenin DC polarma de ğerleri a şa ğıda gösterilen i şlemler takip edilerek bulunur. JFET’de oldu ğu gibi, D-MOSFET'inde transfer karakteristi ği; transfer karakteristi ği e şitli ği yardımıyla bulunur ve self polarma yük çizgisi şekil-8.23.b’de verilen transfer karakteristi ği üzerine çizilir. mA = V V mA = V V I I P GS DSS D 75 . 6 4 1 1 12 1 2 2 ? ? ? ? ? ? - - - · ? ? ? ? ? ? - · = V = mA = R I = V S D GS 1 ) ? 150 ( 75 . 6 ) ( 0 - · · - IDSS=12 mA ve VP=4 volta göre çizilen transfer karakteristi ği ile RS=150 ohm için çizilen self- polarma yük çizgisinin kesi şti ği yer sükunetteki polarma noktasını verir. Şekil-8.23.b’de çizim yapılarak polarma noktasının şartları; mA I ve V = V DQ GSQ 75 . 6 1 = - olarak belirlenir. Bu durumda dreyn gerilimi, V = K mA V = R I V = V D DQ DD DQ 88 . 9 ) ? 5 . 1 75 . 6 ( 20 ) ( · - · - ve dreyn-sörs gerilimi ise; V = V = V V = V SQ DQ DSQ 88 . 8 1 88 . 9 - - olarak bulunur. E-MOSFET'in Polarmalandırılması E-MOSFET'in dc polarmalandırılması için çok kullanılan bir devre düzeni şekil-8.24'de görülmektedir. Devrede dreyn-sörs gerilimi (VDD), geyt-sörs polarma gerilimi olarak kullanılmı ştır. Bu i şlem, dreyn-sörs arasına RG=10M ?’luk bir direnç ba ğlamak suretiyle gerçekle ştirilmi ştir. Geyt akımı olmadı ğından RG direnci uçlarında bir gerilim dü şümü olmaz. Dolayısıyla dreyn gerilimi aynen geytte görülür. Dolayısıyla VDS=VGS olur. Di ğer bir deyimle dreyn-sörs arasındaki VDS gerilimi, geyt-sörs arasındaki VGS gerilimine e şittir. Belli bir RD de ğeri için uygun polarma noktası elemanın transfer karakteristi ği kullanılarak bulunabilir. Şekil-8.24.b'de RD=2K ? ve VDD=20V de ğerleri için polarma noktasının, elamanın transfer karakteristi ğinden faydalanılarak nasıl bulundu ğu görülmektedir. Elemanın transfer karakteristi ği, 2 ) ( T GS D V V K = I - · e şitli ği kullanılarak grafik ka ğıdına çizilebilir. Örnek olarak verilen n-kanallı E-MOSFET'in eleman yapısına ba ğlı sabitesi K=0.3mA/V 2 ve e şik gerilimi VT=3 V oldu ğuna göre transfer karakteristi ği e şitli ği, ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 208 R D C 2 2K ? 10M ? C 1 V S V 0 V T =3V VER İLER 150 ? V DD =+20V 47nF 47nF V GS =V DS 0 V T =3V I D (mA) mA K V R V D DD 10 2 20 = = I DQ R D =2 K ? 6.2 V DSQ =V DSQ =7.6V Q R G V DD =20V DC yük Çizgisi 10 2 ) 3 ( 3 . 0 - V = I GS D · Şekil-8.24.a ve b N Kanal E-MOSFET Polarma devresi ve Transfer Karakteristi ği 2 ) ( T GS D V V K = I - · 2 ) 3 ( 3 . 0 - · GS D V = I şeklinde yazılabilir. Bu e şitlikte VGS'ye birkaç de ğer (3V ve daha büyük) verilerek bunlara kar şılık olan ID de ğerleri hesaplanır. Elde edilen sonuçlardan yararlanarak transfer karakteristi ği e ğrisi çizilir. Aynı grafik üzerine devrenin DC yük çizgisi de çizilebilir. DC yük çizgisi e şitli ği, D D DD DS GS R I V V = V · - = olur. Verilen örnekte RD=2K ? ve VDD=20 Volt'dur. Bu taktirde DC yük çizgisi e şitli ği, ) ? 2 ( ) ( 20 K I V R I V V = V D D D DD DS GS · - = · - = olur. Bu çizginin VDS=VGS=0V ve ID=0 mA şartları için sırasıyla dikey ve yatay eksendeki iki noktası belirlenir. Dikey ve yatay eksende belirlenen iki nokta bir do ğru vasıtasıyla birle ştirildi ğinde RD=2K ? için DC yük çizgisi çizilmi ş olur. Yük çizgisiyle elemanın transfer karakteristi ği e ğrisinin kesi şti ği yer çalı şma noktasını gösterir. Şekil-8.24.b'de görülen çalı şma noktasının şartları çizim yardımıyla, V GQ=VDSQ=7.6 V IDQ=6.2 mA olarak bulunur. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan