çağlar gül

ÇAĞLAR GÜL
Giriş
1.Bölüm
2.Bölüm
3.Bölüm
4.Bölüm
5.Bölüm
: Yarıiletken Malzemeler ve Özellikler
: Diyotlar
: Diyot Uygulamaları
: Çift Jonksiyonlu Transistörler (BJT)
: BJT DC Öngerilimleme
: Alan Etkili Transistörler
Giriş
Yarıiletken Malzemeler ve
Özellikleri
Atom Yapısı
Maddenin en küçük parçası olan atom, merkezinde bir çekirdek ve etrafında
dönen elektronlardan oluşur. Çekirdeği oluşturan en ağır parçacıklar proton ve
nötronlardır.
Proton ve nötronların ağırlığı yaklaşık olarak birbirine eşittir. Protonun ağırlığı
elektronun ağırlığının 8000 katıdır. Elektron ve protonun elektrik yükleri
birbirine eşittir.
Protonlar pozitif yüklü olup, elektronlar negatif yüklüdür. Nötronlar yüksüz
parçacıklardır. Serbest halde atom nötr haldedir yani elektron sayısı proton
sayısına eşittir.
Atomlardaki elektron sayısı birden 105’e kadar değişmektedir. Elektron, nötron
ve proton sayısına göre farklı atomlar ve bu atomlardan özellikleri değişik olan
elementler oluşur. Bir atomun numarası elektron sayısına veya proton
sayısına eşittir.
Atom Yapısı
Bohr Atom Modeli
Bu modelde görüldüğü gibi,
elektronlar çekirdek etrafında
belirli bir yörüngede yer
almaktadırlar. Bir malzemenin
atomik yapısı, onun iletkenlik
ya da yalıtkanlık özelliğini
belirlemektedir.
Diyot, idealde bir yönde akım
geçiren devre elemanıdır.
Atom Yapısı
Elektronlar atomun çekirdeği etrafında yörüngelerde dönmektedir.
Yörüngeler kabuklarda toplanmıştır ve kabuklar arasında boşluklar
vardır.
Bir atomun belirli sayıda kabuğu vardır. Her bir kabukta
bulunabilecek maksimum elektron sayısı belirli ve sabittir.
Kabuklar çekirdekten itibaren K,L,M,N,O,P,Q olarak adlandırılır.
Kabuklarda bulunabilecek maksimum elektron sayısı sırasıyla 2, 8, 8,
32, 50, 72, 98 olarak bilinmektedir.
İletkenler, Yalıtkanlar, Yarıiletkenler
 Bir malzemenin
akım iletme
yeteneği,
malzemenin
atomik
yapısına bağlıdır.
 Çekirdeği
çevreleyen
elektronların yörünge konumları
“Kabuk
(Shell)”
olarak
adlandırılır.
 Her bir kabuk 2n2 formülü ile
belirlenen
sahiptir.
elektron
sayısına
 En dıştaki kabuk “valans kabuğu”
olarak adlandırılır.
İletkenler, Yalıtkanlar, Yarıiletkenler
Valans kabuğu, malzemenin iletkenlik özelliğini belirler.
Bakır atomu valans yörüngesinde
sadece 1 elektrona sahiptir. Bu
onu iyi bir iletken kılar ve bu
yörünge n=4 kabuk sayısına sahip
olduğu için, 2n2 formülüne göre 32
elektron
alma
kapasitesine
sahiptir.
Bir silisyum atomunun
son
yörüngesinde 4 elektron vardır. Bu
özelliği
onu
yarıiletken
bir
malzeme yapar. n=3 kabuk sayısına
sahip olduğu için, 2n2 formülüne
göre 18 elektron alma kapasitesine
sahiptir.
Enerji Bandı Diyagramları
Atom ve yarı iletken teorisinde kullanılan elektron volt (eV) birimi, bir elektronun
bir V’luk gerilim potansiyeline karşı hareket etmesi sonucu kazandığı enerjidir. Bir
katı maddenin valans bandındaki elektronlar iletim bandına geçirmek için ısı, ışık,
elektrik gibi enerjilerden biri uygulanabilir.
Maddeye gerilim uygulandığında oluşan serbest elektronlar elektrik akım üretir.
Akım taşıyan elektronlar serbest elektronlardır. Akım yük akışı olduğuna göre belirli
bir noktadan saniyede akan yük miktar olarak tanımlanabilir.
Yük birimi coulomb ve enerji birimi joule ile elektron enerjisi eV arasındaki ilişki
aşağıdaki gibi yazılabilir.
Enerji Bandı Diyagramları
Enerji Bandı Diyagramları
Elektronların enerjileri çekirdekten uzaklaştıkça artmaktadır.
Yarıçapı küçük olan elektronun enerjisi en küçüktür ve enerji yarıçap
ile artar.
 Kabuk içindeki elektronların enerjileri arasındaki fark küçüktür.
Kabuklar arasındaki enerji fark ise büyüktür.
Kabuklar arasındaki bölge, yasak bölge veya enerji boşluğu olarak
adlandırılır.
Elektronlar bu bölgede bulunmazlar. Bütün kabuklar arasında enerji
boşluğu mevcuttur. Atomun en dış kabuğundaki elektronlara valans
elektron adı verilir.
10
Kovalent Bağ
İki veya daha fazla atomun valans elektronlarının etkileşimi ile oluşan bağa,
“Kovalent bağ” adı verilir.
11
Yarı İletkenlerde Kristal Yapı
Silisyum ve germanyum atomlarının valans yörüngelerinde yer alan
elektronlar arasında kovalent bağ yapısı vardır. Saf halde bu bağ yapısı
bozulmaz ve bu yarıiletken malzemeler yalıtkan durumdadır.
12
N-tipi ve P-tipi Yarıiletkenler
N-tipi ve P-tipi malzemelerin oluşturulma işlemi katkılama olarak adlandırılır.
N-tipi yarıiletken oluşturmak için
Silisyum yapıya Antimuan gibi 5
valans
elektronlu
katkılama
atomları katılır.
P-tipi yarıiletken oluşturmak için
Silisyum yapıya Bor gibi 3 valans
elektronlu katkılama atomları katılır.
13
N-tipi yarıiletken yapıda, yapıya katılan
ve elektron vererek pozitif yüklenen
katkılama atomları “Donör İyonları”
olarak tanımlanır. Bu yapıda çoğunluk
akım taşıyıcıları elektronlar, azınlık
akım taşıyıcıları ise oyuklardır.
P-tipi yarıiletken yapıda, yapıya
katılan ve elektron alan katkılama
atomları “Akseptör İyonları” olarak
tanımlanır. Bu yapıda çoğunluk akım
taşıyıcıları oyuklar, azınlık akım
taşıyıcıları ise elektronlardır.
14
p-n Jonksiyonu
Jonksiyon bölgesinde elektron-oyuk birleşmesi meydana gelerek burada
iyonize atomlardan oluşan fakirleşmiş bölge (depletion region) ve
bariyer potansiyeli oluşur.
15
İleri Yön ve Ters Yön Kutuplama
İleri Yön Kutuplama
Ters Yön Kutuplama
 Gerilim kaynağının (kutuplama
bağlantıları) + terminali p-tipi
malzemeye, – terminali de n-tipi
malzemeye gelecek şekilde bağlanır.
 Gerilim kaynağının (kutuplama
bağlantıları) - terminali p-tipi malzemeye, +
terminali de n-tipi malzemeye gelecek
şekilde bağlanır.
 Kutuplama gerilimi Germanyum diyot
için 0.3 V’ dan, Silisyum diyot için de 0.7
V’ dan daha büyük olmalıdır.
 İleri yön kutuplama, p-n
jonksiyonundaki fakirleşmiş bölgenin
daralmasına yol açacaktır.
 Kutuplama gerilimi, kırılım geriliminden
(breakdown voltage) daha az olmalıdır.
16
 Ters yönlü bir kutuplama durumunda diyot
p-n jonksiyon yapısındaki fakirleşmiş bölge
genişler ve yapıda ters yönlü küçük bir sızıntı
akımı dışında akım akmaz.
1. Bölüm:
Bölüm:
Diyotlar
1
Yarı iletken Maddeler
Yarıiletken devre elemanlarında en çok kullanılan maddeler;
•
•
Silisyum
Silisyum (Si)
Germany
Germanyum (Ge
(Ge))’dur.
2
Katkı Oluşturma
Silisyum ve Germanyumun elektriksel özellikleri, katkı işlemiyle eklenen
maddeler sayesinde arttırılır.
İki tip katkılı yarıiletken vardır:
•
•
•
•
n-tipi
p-tipi
n-tipi maddeler silisyum (ya da germanyum) atomlarını negatif yapar.
p-tipi maddeler silisyum (ya da germanyum) atomlarını pozitif yapar.
3
p-n Jonksiyonu
Silisyum ya da germanyum kristalinin bir kısmı p-tipi madde ile diğer
kısmı ise n-tipi madde ile katkılandırılır.
Sonuçta elde edilen durum p-n jonksiyonudur.
onksiyonudur.
4
p-n Jonksiyonu
p-n jonksiyonunda, n-tipi katmanın
negatif yüklü atomları, p-tipi
katmanın pozitif yüklü atomları
tarafından hareketlendirilir.
n-tipi
maddedeki
elektronlar,
jonksiyon bölgesini geçerek p-tipi
maddeye doğru akarlar (elektron
akışı).
Sonuçta, jonksiyon bölgesinin
etrafında bir boşaltılmış bölge
oluşur.
5
Diyot
P ve N tipi malzemeler bir kristal yapı içinde bir araya getirildiğinde iki bölge
arasında bir P-N jonksiyonu oluşturur. Bu eleman yarı iletken diyot olarak bilinir
ve tek yönde akım geçirir.
P-N jonksiyonu diyot, transistör ve diğer yarı iletken elemanların temelidir. Bir
diyot, anot ve katot şeklinde iki ucu olan bir devre elemanıdır.
Diyot, idealde bir yönde akım
geçiren devre elemanıdır.
6
Diyot
İletim Bölgesi
•
•
•
•
Kesim Bölgesi
Diyot üzerindeki gerilim 0V’tur
Akım idealde sonsuzdur.
İleri yön direnci
RF = VF / IF ile tanımlanır.
Diyot iletimde kısa devre gibi davranır.
7
•
•
•
•
Uygulanan gerilim diyot
üzerindedir.
Akım 0A’dir.
Ters yön direnci; RR = VR / IR
Diyot açık devredir.
Diyotun Çalışma Şartları
Bir diyotun üç çalışma durumu vardır:
•
•
•
Öngerilimsiz
İleri Öngerilimli
Ters Öngerilimli
8
Diyotun Çalışma Şartları
Öngerilimsiz
•
•
•
Dışarıdan bir gerilim uygulanmaz:
VD = 0V
Herhangi bir akım oluşmaz: ID = 0A
Çok az miktarda boşluk bölgesi vardır.
9
Diyotun Çalışma Şartları
Ters Öngerilim
p-n jonksiyonuna ters yönde harici bir gerilim
uygulanır.
•
•
•
10
Ters polarma, boşluk bölgesinin
genişlemesine neden olur.
n-tipi maddedeki elektronlar pozitif
uca doğru hareketlenir.
p-tipi maddedeki oyuklar negatif uca
doğru hareketlenir.
Diyotun Çalışma Şartları
İleri Öngerilim
p-n jonksiyonuna, p ve n katmanları ile aynı yönde
harici bir gerilim uygulanır.
•
•
•
11
İleri polarma, boşluk bölgesinin
daralmasına neden olur.
Elektronlar ve oyuklar, p-n
jonksiyonuna doğru itilir.
Elektronlar ve oyuklar, p-n
jonksiyonunu geçecek kadar yeterli
enerjiye sahip olur.
Diyot Karakteristik Eğrisi
12
Çoğunluk ve Azınlık Taşıyıcıları
Bir diyottan iki çeşit akım geçer:
Çoğunluk Taşıyıcıları
•
•
n-tipi maddede çoğunluk taşıyıcıları elektronlardır.
p-tipi maddede çoğunluk taşıyıcıları oyuklardır.
Azınlık Taşıyıcıları
•
•
n-tipi maddede azınlık taşıyıcıları oyuklardır.
p-tipi maddede azınlık taşıyıcıları elektronlardır.
13
Zener Bölgesi
Zener Bölgesi, bir diyotun ters
polarma bölgesidir.
Zener bölgesinin sınırı aşıldığında,
diyot bozulur ve ters yön akım ani bir
şekilde artış gösterir.
•
•
Bu maksimum sınır gerilimi çığ kırılma
gerilimi
Akım ise çığ akımı olarak tanımlanır.
14
İleri Yön Gerilimi
Elektron ve oyuklar p-n jonksiyonunu geçecek kadar enerjilendiğinde,
diyot öngerilimsiz durumdan ileri öngerilimli duruma geçer. Burada
gerekli olan enerji, harici bir kaynaktan uygulanan gerilimdir.
Diyot tipine göre gerekli olan öngerilim değerleri şunlardır:
•
•
Silisyum diyot 0.7V
Germanyum dyot  0.3V
15
Sıcaklık Etkisi
•
Sıcaklık arttıkça diyottaki enerji artar.
•
İleri polarma durumu için gerekli olan ileri öngerilim değerini
düşürür.
•
Ters polarma durumunda ters yön akım değerini yükseltir.
•
Maksimum ters polarma çığ gerilimini arttırır.
•
Germanyum diyotlar, sıcaklık değişimlerine silisyum diyotlara
göre daha duyarlıdır.
16
Direnç Seviyeleri
Yarıiletkenler DA (DC) ve AA (AC) akımlarda farklı davranırlar.
Diyotlarda üç tip direnç vardır:
• DA, ya da statik direnç
• AA, ya da dinamik direnç
• Ortalama AA direnç
17
DA, ya da statik direnç
Uygulanan spesifik bir DA VD
geriliminin sonucunda, diyotta bir ID
akımı meydana gelir ve RD direncini
oluşturur.
RD 
VD
ID
18
AA, ya da dinamik direnç
İleri polarma (doğru polarma) bölgesinde;
rd 
26 mV
 rB
ID
•
Direnç, diyottaki akımın (ID) değerine bağlıdır.
•
Diyot gerilimi sabittir (26mV @25C).
•
rB yüksek güç elemanlarında 0.1’dan düşük güç elemanlarında
2’a kadar değer gösterir. Bazı durumlarda rB göz ardı edilir.
Ters polarma bölgesinde
rd  
Direnç sonsuzdur ve diyot açık devre gibi çalışır.
19
Ortalama AA direnç
rav 
Vd
I d
AA direnç karakteristik eğride
akım ve gerilim için ikişer nokta
seçilerek hesaplanır.
20
Diyot Katalogları
Diyot kataloglarında yer alan bilgiler ve açıklamaları şu şekildedir;
1. VF, belirli bir akım ve sıcaklıkta ileri yön gerilimi
2. IF, belirli bir sıcaklıkta maksimum ileri yön akımı
3. IR, belirli bir sıcaklıkta maksimum ters yön akımı
4. PIV ya da PRV ya da V(BR), belirli bir sıcaklıkta maksimum
ters yön gerilimi
5. Güç tüketimi, belirli bir sıcaklıkta tüketilen maksimum güç
değeri
6. C, ters polarmada kapasitans seviyesi
7. trr, ters toparlanma süresi
8. Sıcaklıklar, çalışma ve depolama sıcaklıkları
21
Diyot Kapasitansı
Ters polarmada, boşluk bölgesi çok geniştir. Diyotun pozitif ve negatif
polariteleri CT kapasitansını oluşturur. Kapasitansın değeri uygulanan ters
gerilime bağlıdır.
Doğru polarmada depolama kapasitansı CD uygulanan gerilim arttıkça artış
gösterir.
22
Ters Toparlanma Süresi (trr)
Ters toparlanma zamanı iletimdeki bir diyotun kesime geçirildiğinde, akım
geçişini durdurması için gerekli olan süreyi ifade eder.
23
Diyot
Diyot Sembolleri ve Paketleri
Anot A kısaltması ile, katot ise K kısaltmasıyla gösterilir.
24
Diyot Kontrolleri
•
•
Diyot kontrolcüsü
Ohmmetre
25
Diyot Kontrolcüsü
Bir çok dijital multimetrede diyot kontrol özelliği vardır.
Diyot devreden ayırılarak test edilmelidir. Normal bir diyot için
ölçülmesi gereken ileri öngerilim değerleri:
•
•
Silisyum diyot  0.7V
Germanyum diyot 0.3V
26
Ohmmetree
Ohmmetr
Ohmmetre düşük bir ohm kademesine alınır. Doğru polarmada
düşük direnç, ters polarmada yüksek direnç göstermelidir.
27
Diyot Türleri
•
•
•
Zener diyot
LED diyot
Diyot dizileri
28
Zener Diyot
Zener diyot, ters polarmada zener geriliminde
çalıştırılır (VZ).
Genel zener gerilimleri 1.8 V ile 200 V
arasındadır.
29
Işık yayan diyotlar (LED)
LED diyot, doğru polarma durumunda foton yayar. Bu fotonlar,
kızılötesi ya da görülebilir ışık spektrumunda olabilir. İleri yön
gerilimleri genellikle 2V ile 3V arasındadır.
30
Diyot Dizileri
Bir entegre devre
içerisinde birçok diyot
yerleştirilerek oluşturulur.
Common Anode
Ortak anot ya da ortak
katot tipleri vardır.
Common Cathode
31
2. Bölüm:
Diyot Uygulamaları
1
Yük Eğrisi
Yük eğrisi, herhangi bir devrede
diyot uygulanan bütün gerilimler
(VD) için muhtemel akım (ID)
durumlarını gösterir. E/R
maksimum ID akımını, E ise
maksimum VD gerilimini ifade
eder.
Yük eğrisi ile karakteristik eğrinin
kesiştiği Q-noktası, örnek devre
için en uygun ID veVD değerlerini
ifade eder.
2
Seri Diyot Devreleri
İleri Öngerilimleme
Sabitler
• Silisyum Diyot : VD = 0.7V
• Germanyum Diyot: VD = 0.3V
Analiz
• VD = 0.7V (ya da VD = E eğer E <0 .7V)
• VR = E – VD
• ID = IR = IT = VR / R
3
Seri Diyot Devreleri
Ters Öngerilimleme
Diyot idealde açık devre gibi çalışır.
Analiz
• VD = E
• VR = 0 V
• ID = 0 A
4
Paralel Devreler
VD  0.7 V
VD1  VD2  VO  0.7 V
VR  9.3 V
IR 
E  VD

10 V  .7 V
R
I D1  I D2 
 28 mA
0.33kΩ
28 mA
 14 mA
2
5
Yarım Dalga Doğrultucu
Diyot sadece doğru
polarma
durumunda
iletime geçer, bu
nedenle girişten
uygulanan AA
dalganın sadece
yarım periyodu
çıkışa aktarılır.
DA çıkış gerilimi 0,318Vm, Vm = AA tepe gerilim değeridir.
VDA ya da VAVG = Vp/
6
PIV (PRV)
Diyot bir alternansta doğru polarmalandırılırken, diğer alternansta ters
polarmalandırılır.
Ters kırılma gerilim değerinin, ters polarma durumundaki AA gerilimin tepe
değerini karşılayabilecek değerde olması gerekir.
PIV (ya da PRV) > Vm
•
•
•
PIV = Peak inverse voltage
PRV = Peak reverse voltage
Vm = Peak AC voltage
7
PIV (PRV)
Ters Tepe Gerilimi
(Peak inverse
voltage), ters yönlü
kutuplanmış diyotun
dayanabileceği en
büyük gerilim
değeridir.
8
Transformatör Bağlantılı Giriş
Transformatörler gerilim seviyelerinin değiştirilmesinde ve izolasyon
amaçlı olarak kullanılırlar.
Primerden sekondere dönüştürme oranı, girişe karşı çıkışı belirler.
Gerçekte Primer ve Sekonder sargıları arasında doğrudan bir
bağlantı yoktur, bu özellik ikincil devrede elektrik çarpılmalarını
önler.
9
Tam Dalga Doğrultucu
Tam dalga doğrultucuda doğrultma işlemi
birden fazla diyot kullanılarak yapılır.
Tam dalga doğrultucu daha yüksek DA çıkış
gerilimi üretir:
VDA veya VAVG = 2Vp/.
•
•
Yarım Dalga: Vdc = 0.318Vm
Tam Dalga: Vdc = 0.636Vm
10
Tam Dalga Doğrultucu
Orta Uçlu
Bu doğrultma tipinde iki adet diyot orta uçlu bir transformatöre
bağlanır.
Çıkış tepe gerilimi, transformatörün sekonder geriliminin tepe
değerinin yarısı kadardır.
11
Tam Dalga Doğrultucu
Orta Uçlu
Her iki alternans boyunca
akım akmaktadır. Çıkış
tepe değeri yaklaşık olarak,
sekonder sargılarının
toplam geriliminin yarısı
kadardır.
Her diyot, sekonder
sargılarındaki çıkış gerilimi
ve diyot gerilim düşümü
kadarlık bir PIV’ e maruz
kalır.
PIV=2Vp(out) +0.7V
12
Tam Dalga Doğrultucu
Orta uçlu transformatörle yapılan tam
dalga
•
•
İki diyot
Orta uçlu bir transformatör
gerekir.
VDC = 0.636(Vm)
13
Tam Dalga Doğrultucu
Köprü Tipi
Tam dalga köprü doğrultucu
sekonder sargılarının
çıkışından tam olarak
yararlanır.
Köprü doğrultucu 4 adet
diyotun özel bir şekilde
bağlanması ile elde edilir.
Periyotun her bir yarısında
yük üzerinden aynı yönde
akım akar.
14
Tam Dalga Doğrultucu
Köprü Tipi
Köprü Doğrultucu
•
•
Dört diyotlar oluşturulur.
VDC = 0.636 Vm
15
Tam Dalga Doğrultucu
Köprü Tipi
Köprü doğrultucu için PIV değeri, orta uçlu doğrultucunun yaklaşık
olarak yarısı kadardır.
PIV=Vp(out) +0.7V
16
Doğrultucu Devrelerin Özeti
Doğrultucu
İdeal VDC
Gerçek VDC
Yarım Dalga Doğrultucu
VDC = 0.318(Vm)
VDC = 0.318Vm – 0.7
Köprü Tipi Doğrultucu
VDC = 0.636(Vm)
VDC = 0.636(Vm) – 2(0.7)
Orta Uçlu Transformatörlü
VDC = 0.636(Vm)
VDC = 0.636(Vm) – 0.7
Vm = AA gerilim tepe değeri.
17
Güç Kaynağı Filtreleri ve Regülatörler
Şekil (a)’da görüldüğü gibi doğrultucu çıkışı bir darbeli DA şeklindedir.
Filtreleme ve regülasyon işlemleri ile bu darbeli gerilim Şekil (b)’deki
gibi daha düzgün bir şekle dönüştürülebilir.
18
Güç Kaynağı Filtreleri ve Regülatörler
Bir kondasatör filtresi şarj
ve deşarj olarak her tepe
arasındaki "boşlukları"
doldurur. Bu sayede gerilim
değişimleri azaltılır.
Geriye kalan gerilim
değişimleri ise “dalgalanma
gerilimi (ripple voltage)”
olarak adlandırılır.
19
Güç Kaynağı Filtreleri ve Regülatörler
Tam dalga doğrultmanın, yarım dalga doğrultmaya karşı avantajları
oldukça açıktır. Tepe değerleri arasındaki zaman azaldıkça,
kondansatörün dalgalanma gerilimini düzeltmesi daha etkili olmaktadır.
20
Güç Kaynağı Filtreleri ve Regülatörler
Kondansatör ilk şarj
sırasında kısa devre gibi
davranır ve diyotlar
üzerinden bir an için yüksek
bir akım akar.
Diyotların zarar görmemesi
için, bir akım sınırlayıcı
direnç (Rsurge) filtre ve yüke
seri olarak yerleştirilir.
21
Güç Kaynağı Filtreleri ve Regülatörler
Regülasyon işlemi, kalan dalgalanmaların giderildiği ve çıkış geriliminin
belirli bir değerde sabitlendiği son adımdır. Genellikle bu regülasyon
işlemi bir tümleşik devre regülatörü tarafından gerçekleştirilir. Akım ve
Gerilim gereksinimlerine göre birçok farklı tümleşik devre regülatör
mevcuttur.
22
Güç Kaynağı Filtreleri ve Regülatörler
Regülasyon işleminin ne kadar iyi yapılmış olduğu, regülasyon yüzdesi ile
ölçülür. İki çeşit regülasyon vardır: Hat regülasyonu ve Yük regülasyonu
Hat ve Yük regülasyonu, gerilim veya akımdaki değişimin basit bir yüzde
oranıdır.
Hat Regülasyonu = (Vçıkış/Vgiriş)%100
Yük Regülasyonu = ((Vyüksüz – Vtamyük)/Vtamyük)%100
23
Diyot Kırpıcılar
Seri bir kırpıcı devresinde diyot doğru
polarma sağlamayan gerilimi kırpar:
•
•
Ters öngerilim polaritesi
Silisyum diyot için 0,7V’tan daha
düşük bir doğru polarma öngerilimi
24
Öngerilimli Kırpıcılar
Kırpıcı diyota seri bir DA
kaynak eklendiğinde,
diyotun etkin ileri
öngerilim değeri değişir.
25
Paralel Kırpıcılar
Seri bir kırpıcı devresinde diyot
doğru polarma sağlayan gerilimi
kırpar:
Kırpma seviyesini değiştirmek
için diyota seri bir DA öngerilim
uygulanabilir.
26
Kırpıcı Devreler Özeti
27
Kenetleyici
Bir diyot ve kondansatör spesifik bir AA gerilimi istenen DA seviyeye
kenetlemek için birlikte kullanılır.
Bir diyot kenetleyicisi AA gerilime bir DA seviye ekler. Kondansatör
Vpeak-Vd gerilimine şarj olur. Kondansatör bir kez şarj olduktan sonra
giriş gerilimine seri bağlı bir üreteç gibi davranır. AA gerilim, DA gerilim
boyunca değişecektir. DA gerilimin pozitif ya da negatif olmasını diyotun
polaritesi belirler.
28
Öngerilimli Kenetleyici Devreler
Giriş sinyali sinüs, kare ya da üçgen
dalgaların herhangi birisi olabilir.
DA kaynak, kenetleme seviyesini
belirlemek için kullanılır.
29
Kenetleyici Devreler Özeti
30
Zener Diyot
Zener diyot, Zener geriliminde
(Vz) ters öngerilimle çalıştırılır.
•
Vi  Vz ise
– Zener iletimdedir
– Zener üzerindeki gerilim Vz
– Zener akımı: IZ = IR – IRL
– Zener Gücü: PZ = VZIZ
•
Vi < Vz ise
– Zener kesimdedir
– Açık devre durumundadır.
31
Zener Direnç Değerleri
Eğer R çok büyükse, Zener diyotun minimum akım değerinden (IZK) daha düşük
bir Iz akımı ulaşacağından zener iletime geçemez.
Minimum akım değeri:
I Lmin  I R - I ZM
Direncin maksimum değeri:
VZ
R Lmax 
I Lmin
Eğer R çok küçük değerde olursa, Zener akımı maksimum akım
IZM sınırını geçer. Devrenin maksimum akımı :
VL
VZ

RL
R Lmin
Direncin maksimum değeri:
RVZ
R Lmin 
Vi  VZ
I Lmax 
32
Gerilim Katlayıcı Devreler
Gerilim Katlayıcı devreler, doğrultucu devrenin çıkış gerilimini
yükseltmek için diyot ve kondansatörleri kullanır.
•
•
•
Gerilim İkileyici
Gerilim Üçleyici
Gerilim Dörtleyici
33
Gerilim İkileyici
Vout = VC2 = 2Vm
34
Gerilim İkileyici
•
Pozitif Yarım Periyot
o D1 iletimde
o D2 kesimde
o C1 , Vm değerine şarj olur.
•
Negatif Yarım Periyot
o D1 kesimde
o D2 iletimde
o C2 , Vm değerine şarj olur.
Vout = VC2 = 2Vm
35
Gerilim Üçleyici ve Dörtleyici
36
Pratik Uygulamalar
•
Doğrultucu Devreler
– DA ile çalışan devreler için AA-DA dönüştürme
–
Batarya şarj devreleri
•
Temel Diyot Devreleri
–
Aşırı akım koruma devresi
– Polarite değiştirme devreleri
–
Röleli devrelerde akım söndürücü
•
Zener Devreler
–
Aşırı akım koruması
– Referans gerilim ayarlaması
37
3. Bölüm:
Çift Jonksiyonlu Transistörler
(BJT)
1
Transistör Yapısı
İki tip transistör vardır:
• pnp
• npn
pnp
Transistörün uçları:
• E - Emiter
• B - Beyz
• C - Kollektör
npn
2
Transistör Yapısı
Bir transistör, yükselteç ya da anahtar olarak kullanılan
devre elemanıdır. İlk önce bu devre elemanının akım kontrollü
çalışma özelliklerini ele alalım.
3
Transistörün Çalıştırılması
VEE ve VCC harici kaynakları aşağıdaki gibi bağlandığında:
• Emiter beyz jonksiyonu ileri yönde
• Beyz-kollektör jonksiyonu ters yönde polarmalandırılır.
4
Transistörün Çalıştırılması
Şekildeki devre, beyz-emiter devresi (sol taraf) ve
kollektör-emiter devresi (sağ taraf) olmak üzere iki ayrı
devre olarak analiz edilir. Emiter bacağı, her iki devre için
de iletim hattını oluşturur.
5
Transistörün Çalıştırılması
Beyz-emiter devresinde iletilen akımın miktarı, kollektör
devresinden geçecek akımın miktarını kontrol eder. Beyzemiter akımındaki küçük bir değişim kollektör akımında
büyük bir değişime neden olur.
6
Transistör Karakteristik ve Parametreleri
Daha önce değinildiği gibi, beyz-emiter akımındaki değişim
kollektör-emiter akımını kontrol eder. Bu değişim faktörü
beta() olarak tanımlanmaktadır.
 = IC/IB
7
Transistör Karakteristik ve Parametreleri
Bir transistörde arıza analizi için üç önemli akım ve üç
önemli gerilim değeri vardır. Bunlar;
IB: dc beyz akımı
IE: dc emiter akımı
IC: dc kollektör akımı
VBE: beyz-emitter jonksiyonu dc
gerilimi
VCB: kollektör-beyz jonksiyonu
dc gerilimi
VCE: kollektör-emiter
jonksiyonu dc gerilimi
8
Transistör Karakteristik ve Parametreleri
Uygun bir çalıştırma işlemi için, beyz-emiter jonksiyonu VBB
tarafından ileri yönde öngerilimlenir ve bir diyot gibi iletim
gerçekleşir.
Kollektör-beyz jonksiyonu ise VCC tarafından ters öngerilimlenir ve
diyot gibi akım geçişini engeller.
Beyz-emiter jonksiyonundan
geçen akım kollektör ile emiter
arasında akım geçiş yolunu
meydana getirmektedir.
9
Transistör Karakteristik ve Parametreleri
Transistör devresinin analizi, Ohm kanunu, Kirchoff’un
gerilimler kanunu ve transistörün betası kullanılarak
hesaplanan dc gerilim ve akımla gerçekleştirilir.
Bu kanunların
kullanılmasında ilk adım
beyz akımını belirlemek
için analiz edilen beyz
devresidir. Kirchoff’un
gerilimler kanunu kullanı
VBE gerilim düşümü
dikkate alınır.
10
Transistör Karakteristik ve Parametreleri
Beyz akımının bulunması için Ohm kanunu kullanılır;
VRB/RB = IB
Kollektör akımı ise beyz
akımının
beta
ile
çarpılması sonucunda elde
edilir.
Ic = IB
11
Transistör ve Akım
IE  IC  IB
IC  ICmajority  ICOminority
12
Ortak Beyz Yapısı
13
Ortak-Beyz Yükselteç
Giriş Karakteristikleri
Bu
eğri,
farklı
çıkış
gerilimleri (VCB) için giriş
akımı (IE) ve giriş gerilimi
(VBE)
arasındaki
ilişkiyi
açıklar.
14
Ortak-Beyz Yükselteç
Giriş Karakteristikleri
Bu eğri, farklı giriş
akımları (IE) için
çıkış akımı (IC) ve
çıkış gerilimi (VCB)
arasındaki
ilişkiyi
açıklar.
15
Çalışma Bölgeleri
• Aktif Bölge
• Kesim Bölgesi
• Doyum Bölgesi
16
Kabuller
Emiter ve Kollektör akımları
IC  I E
Beyz-emiter gerilimi
VBE  0.7
17
Alfa (a)
DA modda, Alfa() IC ve IE akımı ile açıklanır:
α dc 
IC
IE
İdealde : α= 1
Gerçekte : α; 0.9 ile 0.998 arasındadır.
AA modda Alfa()
α ac 
ΔI C
ΔI E
18
Transistör Uygulamaları
Akım ve Gerilimler:
IE  Ii 
Gerilim Kazancı:
Vi
200mV

 10mA
Ri
20Ω
IC  IE
I L  I i  10 mA
VL  I L R  (10 ma )( 5 kΩ )  50 V
19
VL
50V
Av 

 250
Vi
200mV
Ortak Emiter Yapısı
Emiter, giriş (BE) ve çıkışın
(CE) her ikisine bağlanır.
Giriş beyz ucunda, çıkış ise
kollektör ucundadır.
20
Ortak Emiter Karakteristikleri
Kollektör Karakteristiği
Beyz Karakteristiği
21
Ortak Emiter Yükselteç Akımı
İdeal Akımlar
IE = IC + IB
Gerçek Akımlar
IC =  IE + ICBO
IC =  IE
ICBO = Azınlık kollektör akımı çok
küçük bir değer olduğu için
genellikle göz ardı edilir.
IB = 0 A iken transistör kesimdedir fakat ICEO olarak
tanımlanan azınlık akımları vardır.
I CBO
I CEO 
I B  0 μA
1 
22
Beta ()
 Bir transistörün yükseltme faktörünü ifade eder. ( bazı
durumlarda hfe olarak geçer)
DA çalışma modunda:
IC
β dc 
IB
AA çalışma modunda:
IC

IB
ac
23
VCE  sabit
Beta ()
’nın grafikle bulunması
β AC 

(3.2 mA  2.2 mA)
(30 μA  20 μA)
1 mA
V  7.5
10 μA CE
 100
2.7 mA
VCE  7.5
25 A
 108
β DC 
Not: AC = DC
24
Beta ()
 ve  arasındaki ilişki
β
α
β1
α
β
1 α
Akımlar arasındaki ilişki;
I C  βI B
I E  (β  1)I B
25
Ortak Kollektör Yapısı
Giriş beyz ucundan,
çıkış ise emiterden
alınır.
26
Ortak Kollektör Yapısı
Karakteristik eğrisi dikey eksenin IE olmaması dışında ortak-emiter
ile aynıdır.
27
Ortak Bağlantılar için Çalışma Sınırları
Kesim bölgesinde, VCE maksimum ve IC minimumdur (ICmax= ICEO).
Doyum bölgesinde, IC maksimum ve VCE minimumdur (VCE max = VCEsat =
VCEO).
Transistör, doyum ve kesim arasında aktif bölgede çalışır.
28
Güç Tüketimi
Ortak-Beyz:
PCmax  VCB I C
Ortak-Emiter:
PCmax  VCE I C
Ortak Kollektör:
PCmax  VCE I E
29
Transistör Katalogları
30
Transistör Katalogları
31
Transistor Kontrolü
•
Dijital Multimetre (DMM)
Bazı DMM’ler βDC veya hfe ölçer.
•
Ohmmetre
32
Transistor Uçlarının Belirlenmesi
33
4. Bölüm:
BJT DC Öngerilimleme
Öngerilimleme
Transistörün
düzgün
bir
şekilde
çalışması
için
öngerilimlenmesi gerekir. DA çalışma noktasını oluşturmak
için birçok yöntem vardır.
Öngerilimleme kavramı, transistörün AA giriş sinyallerini
yükseltebilmesi için iletime geçirmek üzere DA gerilim
uygulanmasını ifade eder.
Çalışma Noktası
DC giriş gerilimi çalışma ya da sükunet noktası olarak
tanımlanan bir Q-noktası oluşturur.
Öngerilimleme ve Üç Çalışma Durumu
• Aktif ya da Doğrusal Çalışma Bölgesi
Beyz–Emiter jonksiyonu ileri öngerilimli
Beyz–Kollektör jonksiyonu ters öngerilimli
• Kesim Bölgesi
Beyz–Emiter jonksiyonu tersöngerilimli
• Doyum Bölgesi
Beyz–Emiter jonksiyonu ileri öngerilimli
Beyz–Kollektör jonksiyonu ileri öngerilimli
DC Öngerilim Devreleri
• Sabit öngerilim devresi
• Emiter dirençli öngerilim devresi
• Kollektör-Emiter çevresi
• Betadan Bağımsız öngerilim devresi (Gerilim Bölücü
devre)
• Gerilim geri beslemeli DC öngerilim devresi
Sabit Öngerilim Devresi
Beyz-Emiter Çevresi
Kirchhoff’un gerilim kanununa göre:
+VCC – IBRB – VBE = 0
Beyz akımının hesabı:
VCC  VBE
IB 
RB
Kollektör-Emiter Çevresi
Kollektör akımı:
I C  I B
Kirchhoff’un gerilim kanununa
göre:
VCE  VCC  I C R C
Transistor Doyum Seviyesi
Transistör doyum bölgesinde çalıştırıldığında, transistörden
geçen akım maksimum akım olarak ifade edilir.
VCC
I Csat 
RC
VCE  0 V
Yük Çizgisinin Analizi
Yük çizgisinin sınır değerleri:
• ICsat
o IC = VCC / RC
o VCE = 0 V
• VCEcutoff
o VCE = VCC
o IC = 0 mA
Q-noktası belirgin çalışma noktasıdır. Bu noktada:
• RB değeri IB akım değerini belirler
• IB ve yük çizgisi kesişir
• Buna bağlı olarak VCE ve IC değeri belirlenir.
Q-Noktasının Etkileyen Devre Değerleri
Emiter Dirençli Öngerilim Devresi
Emiter devresine bir direnç eklenmesi (RE) öngerilim akımını
kararlı hale getirir.
Beyz-Emiter Çevresi
Kirchhoff’un gerilim
kanunundan:
 VCC - I E R E - VBE - I E R E  0
IE = (β + 1)IB olduğuna göre:
VCC - I B R B - (  1)I B R E  0
IB hesaplanırsa:
IB 
VCC - VBE
R B  (  1)R E
Kollektör-Emiter Çevresi
Kirchhoff’un gerilim
kanunundan :
 I E R E  VCE  I C R C  VCC  0
IE  IC olduğuna göre :
VCE  VCC – I C (R C  R E )
Aynı zamanda:
VE  I E R E
VC  VCE  VE  VCC - I C R C
VB  VCC – I R R B  VBE  VE
Arttırılmış Öngerilim Kararlılığı
Emiter devresine bir direnç eklenmesi (RE) öngerilim akımını
sabit hale getirir.
Kararlılık, transistörün Beta () değerinin ve çalışma
sıcaklığının geniş bir aralığında ön gerilim devresinde akım
ve gerilimin sabit kalmasını ifade eder.
Doyum Seviyesi
Eğrideki uç noktalar yük çizgisinden belirlenebilir.
VCEcutof
VCE  VCC
f:
I C  0 mA
ICsat:
VCE  0 V
IC 
VCC
RC  RE
Betadan Bağımsız Öngerilim Devresi
Bu devrede öngerilim
akımı çok kararlı
durumdadır.
Akım ve gerilimler
neredeyse 
değişimlerinden
bağımsızdır.
Yaklaşık Analiz
IB << I1 ve I2 ve I1  I2 :olduğu
kabul edilirse:
VB 
R 2 VCC
R1  R 2
RE > 10R2 iken:
IE 
VE
RE
VE  VB  VBE
Kirchhoff’un gerilim
kanunundan :
VCE  VCC - I C R C - I E R E
IE  IC
VCE  V CC -I C (R C  R E )
Gerilim Bölücü Öngerilim Analizi
Transistor Doyum Seviyesi
V CC
I Csat  I Cmax 
RC  RE
Yük Çizgisi Analizi
Kesim:
VCE  VCC
I C  0mA
Doyum:
IC 
VCC
RC  RE
VCE  0V
Gerilim Geri Beslemeli DC Öngerilim Devresi
Öngerilim devresinde kararlılığı arttırmanın bir diğer yöntemi
ise, kollektör-beyz arasına bir geri besleme yolu eklemektir.
Bu öngerilim devresinde Q-noktası transistörün betasına çok
düşük derecede bağımlıdır.
Beyz-Emiter Çevresi
Kirchhoff’un gerilim kanunundan :
VCC – IC R C – I B R B – VBE – I E R E  0
IB << IC olduğuna göre:
I C  I C  I B  I C
IC = IB ve IE  IC, olduğu bilindiğine göre çevre
denklemi yeniden düzenlenirse:
VCC –  I B RC  I B R B  VBE  I B R E  0
Buradan IB:
IB 
VCC  VBE
R B  (R C  R E )
Kollektör-Emiter Çevresi
Kirchhoff’un gerilim kanunu
uygulanırsa :
IE + VCE + ICRC – VCC = 0
IC  IC ve IC = IB olduğuna göre:
IC(RC + RE) + VCE – VCC =0
VCE hesaplanırsa:
VCE = VCC – IC(RC + RE)
Beyz-Emiter Öngerilim Analizi
Transistor Doyum Seviyesi
V CC
I Csat  I Cmax 
RC  RE
Yük Çizgisi Analizi
Kesim:
VCE  VCC
I C  0mA
Doyum:
VCC
IC 
RC  RE
VCE  0V
Transistör Anahtarlama Devreleri
Sadece DC kaynak uygulanan transistörler elektronik anahtar
olarak kullanılabilir.
Anahtarlama Devresi Hesapları
Doyum Akımı:
VCC
I Csat 
RC
Doyum sağlamak için:
I
I B  Csat
 dc
Doyum ve kesimde
emiter-kollektör direnci:
R sat 
VCEsat
I Csat
R cutoff 
VCC
I CEO
Anahtarlama Süresi
Transistörün anahtarlama
süreleri:
t on  t r  t d
t off  t s  t f
Arıza Arama Yöntemleri
• Yaklaşık gerilim değerleri
– Silisyum transistör için VBE  0.7 V
– VCE  VCC’nin %25 ile %75’i arasında olmalıdır.
• Açık ve kısa devre noktalarının ohmmetre ile ölçümü.
• Lehim noktalarının kontrolü.
• Transistörün beta ve diğer değerlerinin test edilmesi.
• Yük ya da takip eden bağlantıların transistör parametlerini
değiştireceğinin göz önünde bulundurulması.
PNP Transistörler
PNP transistörlerin öngerilim analizleri de aynı npn tipi
transistörlerdeki gibidir. Aralarındaki tek fark akım yönlerinin
ters olmasıdır.
5. Bölüm:
Alan Etkili Transistörler
1
FET
FETler (Alan etkili transistörler) BJTlere çok benzer yapıdadır.
Benzerlikleri:
• Yükselteçler
• Anahtarlama devreleri
• Empedans uygunlaştırma devreleri
Farkları:
• FETler gerilim kontrollü, BJTler ise akım kontrollü kaynaklardır.
• FETler daha yüksek giriş empedansına sahiptir, BJTler ise daha
yüksek kazanç değerlerine.
• FETler sıcaklık değişimlerinden daha az etkilenirler ve bu nedenle
entegre devrelerde daha kolay kullanılırlar.
• FETler genellikle BJTlerden daha kararlıdırlar.
• FET’in en büyük avantajı yüksek giriş empedansıdır.
2
FET Türleri
•JFET–– Junction Field-Effect Transistor
•MOSFET –– Metal-Oxide Field-Effect Transistor
D-MOSFET –– Depletion MOSFET
E-MOSFET –– Enhancement MOSFET
3
JFET Yapısı
İki tip JFET vardır
•n-kanal
•p-kanal
N-kanal daha yaygın kullanılır.
Üç bağlantı ucu vardır.
•Drain (D) ve source (S) uçları n-kanalına
•Gate (G) ise p-tipi maddeye bağlanır.
4
JFET’in Çalışma Yapısı
JFET’in çalışması bir vanaya benzetilebilir.
Source (Kaynak) , drain-source
geriliminde
negatif
kutuptaki
elektronların toplamını ifade eder.
Drain (Akaç) uygulanan gerilimin
pozitif tarafında elektron eksikliğini ya
da oyukları ifade eder.
Su akıntısının Kontrol kısmı ise nkanalının genişliğini ve dolayısıyla
kaynaktan akaça yük akışını kontrol
eden gate (kapı) gerilimidir.
5
JFET Çalışma Karakteristiği
Bir JFETin 3 temel çalışma karakteristiği vardır:
• VGS = 0, pozitif artan VDS
• VGS < 0, pozitif VDS
• Gerilim kontrollü direnç
6
JFET Çalışma karakteristikleri
VGS = 0, pozitif artan VDS
VGS = 0 and VDS sıfırdan pozitif bir değere yükselirken 3 durum gerçekleşir:
• N-kanaldaki
elektronlar
ile
pkapısındaki oyuklar karşılaşırken pkapısı ve n-kanalı arasındaki geçiş
bölgesi artar.
• Geçiş bölgesinin artması n-kanalın
boyutunu azaltır ve n-kanal direncini
yükseltir.
• N-kanal direncinin artmasına rağmen,
VDS gerilimi yükseleceği için sourcedrain arasındaki akım (ID) artar.
7
JFET Çalışma karakteristikleri
VGS = 0, VDS pozitif artan VDS : Bükülme (Pinch Off)
VGS = 0 iken VDS daha yüksek bir
pozitif değere getirilirse, geçiş bölgesi
(boşaltılmış bölge) n-kanalı tıkayacak
kadar genişler.
Bu durum, n-kanal akımının (ID) 0A’e
düşeceğini gösterir ancak VDS arttıkça
ID de artacaktır.
8
JFET Çalışma karakteristikleri
VGS = 0, VDS pozitif artan VDS : Bükülme (Pinch Off)
9
JFET Çalışma karakteristikleri
VGS = 0, VDS pozitif artan VDS : Doyum
Bükülme noktasında:
• VGS arttırılsa da ID akımında
herhangi
bir
artışın
elde
edilemeyeceği bir noktaya ulaşılır.
Bükülme
noktasındaki
VGS
gerilimi Vp olarak tanımlanır.
• ID doyum ya da maksimum
değerdedir ve bu durumda akım
IDSS olarak adlandırılır.
• Kanalın
direnç
maksimumdur.
değeri
10
JFET Çalışma karakteristikleri
VGS < 0, pozitif VDS
VGS negatif değer aldıkça geçiş bölgesi
artar.
11
JFET Çalışma karakteristikleri
VGS < 0, pozitif VDS : ID < IDSS
VGS negatif değer aldıkça :
• JFET daha düşük bir
gerilimde (Vp) bükülme
noktasına ulaşır.
• VDS artsa da ID azalır
(ID < IDSS)
• Sonuç olarak ID 0A’e ulaşır.
Bu noktada VGS, Vp ya da
VGS(off) olarak adlandırılır.
Bunun yanı sıra yüksek VDS geriliminde JFET kırılma durumuna gelecektir.
Eğer VDS > VDSmax olursa ID kontrolsüz bir şekilde artar.
12
JFET Çalışma karakteristikleri
Gerilim Kontrollü Direnç
Bükülme noktasının solunda
kalan bölge ohmik bölge
olarak tanımlanır.
JFET, VGS gerilimi drainsource direncini (rd) kontrol
ettiğinden dolayı değişken
direnç olarak kullanılabilir.
VGS negatif değere düştükçe
(rd) direnci artar.
rd 
ro

V 
 1  GS 
VP 

2
13
p-Kanal JFET
Polariteleri ve akım yönlerinin
ters olmasının dışında p-kanal
JFETler n-kanal JFET gibi
çalışır.
14
p-Kanal JFET Karakteristiği
VGS pozitif olarak arttığında
• Geçiş bölgesi artar
• ID azalır (ID < IDSS)
• sonuçta ID = 0A olur.
Bunun yanı sıra yüksek VDS geriliminde JFET kırılma durumuna gelecektir. Eğer
VDS > VDSmax olursa ID kontrolsüz bir şekilde artar.
15
JFET Sembolü
16
JFET Transfer Karakteristiği
JFETlerin girişten-çıkışa transfer
anlaşılır değildir.
karakteristiği BJTler kadar kolay
BJTler,  IB (giriş) ve IC (çıkış) arasındaki ilişkiyi gösterir.
Bir JFETte ise VGS (giriş) ve ID (çıkış) arasındaki ilişki daha karmaşıktır:
ID 
 V 
I DSS  1  GS 

V P 

17
2
JFET Transfer Eğrisi
Aşağıdaki şekilde sabit bir VGS değerine göre ID akımı görülmektedir.
18
JFET Transfer Eğrisinin Çizilmesi
Bir JFET’in kataloğundaki IDSS ve Vp (VGS(off)) değerlerine göre transfer
eğrisinin çizilmesi aşağıdaki 3 adımda gerçekleştirilir.
1. Adım

V 
I D  I DSS  1  GS 
VP 

VGS = 0V ise
2
ID = IDSS
2. Adım
VGS = Vp (VGS(off)) ise

V 
I D  I DSS  1  GS 
VP 

2
ID = 0A
3. Adım
VGS = 0V Vp değerine
19

V 
I D  I DSS  1  GS 
VP 

2
JFET Katalog Sayfaları
Elektriksel Karakteristikleri
Maximum Ratings
20
JFET Katalog Sayfaları
Maximum Ratings
21
JFET Kılıf Tipleri ve Uçları
22
MOSFETler
MOSFETler JFETlere benzer karakteristik özellikler göstermekle birlikte
JFETlerden daha kullanışlı olmalarını sağlayan özellikleri vardır.
İki tip MOSFET vardır:
• Kanal Ayarlamalı (Depletion) Tip
• Kanal Oluşturmalı (Enhancement) Tip
23
MOSFETler
Metal oksit alan etkili transistörler (MOSFET), FET elemanlaının 2.
kategorisidir. Temel farkı, pn jonksiyonunun bulunmaması ve p ve n
maddelerinin birbirinden yalıtılmış olmasıdır. MOSFET’ler statik elektriğe
karşı duyarlıdırlar ve hassas bir şekilde kullanılması gerekir.
24
Kanal Ayarlamalı (Depletion) Tip MOSFET Yapısı
Drain (D) ve source (S) n-katkılı
kanala bağlanır. Bu n-katkılı
kanallar, bir n-kanal ile birbirine
bağlıdır. Bu n-kanalı ise ince bir
yalıtkan SiO2 kanalıyla gate (G)
ucuna bağlanır.
n-katkılı maddeler ise p-katkılı alt
katmanın üstüne yerleştirilir. Bu alt
katmanın ise substrate (SS) yani alt
tabaka bağlantısı yapılır.
25
Kanal Ayarlamalı Tip MOSFETin Temel Çalışma
Prensibi
Kanal Ayarlamalı bir MOSFET iki modda çalıştırılabilir:
• Kanal ayarlama
• Kanal oluşturma
26
Kanal Ayarlamalı MOSFETin Depletion Modu
Depletion Mod
Karakteristik özelliği JFETe
çok benzerdir.
• VGS = 0V iken ID = IDSS
• VGS < 0V iken ID < IDSS
• Transfer eğrisi çizmek için kullanılan
formül aynıdır:

VGS 

I D  I DSS  1 
VP 

2
27
Kanal Ayarlamalı MOSFETin Enhancement Modu
Enhancement Mod
• VGS > 0V
• ID IDSS’den daha yüksektir
• Transfer eğrisi çizmek
için kullanılan formül
aynıdır:

V 
I D  I DSS  1  GS 
VP 

2
!!! VGS nin pozitif olduğuna dikkat ediniz.
28
p-Kanal Kanal Ayarlamalı MOSFET
29
Katalog Sayfaları
Elektriksel Karakteristikler
30
Katalog Sayfaları
Maximum Ratings
31
Kanal Oluşturmalı (Enhancement) Tip MOSFET
Yapısı
• Drain (D) ve source (S) n-katkılı
kanala bağlanır. Bu n-katkılı
kanallar, bir n-kanal ile birbirine
bağlıdır.
• Gate (G) ucu ince bir yalıtkan SiO2
kanalıyla p-katkılı alt katmana
bağlanır.
• Drain source arasında kanal yoktur.
• n-katkılı madde ise p-katkılı alt
katmanın üstüne yerleştirilir. Bu alt
katmanın ise substrate (SS) yani alt
tabaka bağlantısı yapılır.
32
Kanal Oluşturmalı (Enhancement) Tip MOSFETin
Temel Çalışma Prensibi
Kanal oluşturmalı MOSFET sadece enhancement modunda çalışır.
• VGS daima pozitiftir.
• VGS arttıkça ID de artar
• VGS sabit tutulur ve VDS
arttırılırsa, ID (IDSS)
değerinde doyuma
gider ve VDSsat doyum
seviyesine ulaşır.
33
Kanal Oluşturmalı (Enhancement) Tip MOSFET Transfer
Eğrisi
Belirli bir VGS değerinde
ID’yi belirlemek için :
I D  k ( VGS  VT ) 2
Burada:
VT = MOSFETin
iletime geçtiği gerilim
ya da eşik gerilimi
k = katalogda belirtilen
sabit değer
k değeri aynı zamanda belirli bir noktadaki
değerler kullanılarak da hesaplanabilir:
k
I D(ON)
(VGS(ON)  VT) 2
34
VDSsat ise aşağıdaki gibi hesaplanır:
VDsat  VGS  VT
p-Kanal Enhancement Tip MOSFETler
P-kanal kanal oluşturmalı tip (enhancement) MOSFETler gerilim
polariteleri ve akım yönlerindeki terslikler dışında n-kanal Mosfetler
ile aynıdır.
35
MOSFET Sembolleri
36
Katalog Sayfaları
Maksimum Değerler
37
Katalog Sayfaları
Elektriksel Karakteristikler
38
MOSFETlerin Kullanımı
MOSFETler statik elektriğe karşı çok hassastırlar. Harici uçlar ile
katmanlar arasındaki ince SiO2 katmandan dolayı statik elektrik
deşarjlarından ani olarak etkilenirler.
Koruma
• Daima statik korumalı poşetlerde taşınmalı
• MOSFETlere müdahale edilirken statik koruyucu bileklik
kullanılmalı
• Ani geçiş gerilimlerini önlemek için gate ve source uçları
arasında zener gibi gerilim sınırlayıcı elemanlar kullanılmalı.
39
VMOS
VMOS (vertical MOSFET)
devre elemanının yüzey
alanının genişletir.
Avantajları
• VMOS’lar yüzey alanını
genişleterek ısı
dağılımını
kolaylaştırdığından daha
yüksek akımlarda çalışır.
• VMOS’ların anahtarlama
frekansları daha
yüksektir.
40
CMOS
CMOS (complementary
MOSFET), aynı katmanda
hem p-kanal hem de n-kanal
MOSFET kullanılarak
oluşturulur.
Avantajları
•
•
•
•
Mantık devrelerinde kullanılır
Yüksek giriş empedansı vardır
Yüksek anahtarlama frekansı
Daha düşük çalışma seviyeleri
41
Özet Tablosu
42