Fet Transistörler
22 Subat 2013 22:06 7692 kez okundu 0 kez indirildi

FET Transistörler

Bu konumuzda FET transistörlerinin yapıları, çeşitleri, çalışma prensipleri ve kullanım özelliklerinin incelenerek öğrenilmesi.

FET(Field Effect Transistor- Alan Etkili Transistör) yapısı itibarı ile oldukça basittir ve N veya P tipi bir gövde üzerine, farklı yapıdaki P veya N tipi bir yarıiletken maddenin Şekil-1 de görüldüğü gibi birleştirilmesi ile meydana getirilir. Eğer gövde N tipi yarıiletkenden oluşmuşsa bu tip FET?e N kanal FET, P tipi yarıiletkenden oluşmuş isede buna P kanal FET denilir.

Kanalın iki ucu metal kontaklarla dış dünyaya bir iletken vasıtası ile bağlanır ve bu uçlara Drain(kanal) ve Source(kaynak) isimleri verilir. Bu uçlar sırası ile kısaca D ve S harfleri ile sembolize edilirler. Kanalın her iki kenarı boyunca yerleştirilmiş olan ve kanal ile farklı tipteki yarıiletkenden oluşan bölgeler içeriden bir iletken ile birbirlerine bağlanırlar ve birisinden bir metal kontak vasıtasıile uç çıkarılır. Bu uca Gate(kapı-geçit) ismi verilir ve kısaca G harfi ile gösterilir. Sonuçta FET transistor de source, drain ve gate ismi verilen üç uç bulunur.
fet transistör
Şimdi N kanal FET?in çalışmasını açıklayalım. N kanal FET?te bulunan Drain ucuna voltaj kaynağının pozitif(+) ucu, source ucuna da negatif(-) ucu bağlanır. Diğer taraftan kanaldan geçen akımı kontrol etmek için Gate ucuna kontrol sinyali olarak kullanacağımız gerilimin negatif(-) ucu bağlanır. Gate ucuna verilecek sinyal 0 ila negatif bir değerde olmalıdır. Eğer bu uca pozitif bir gerilim uygulanırsa, FET kontrolişlemini yapamaz. Bu yüzden öncelikle Şekil-2 de görülen ve Gate ucuna şase(sıfır volt) ucunun bağlı olduğu durumu inceleyelim.
N kanal FET
Şekilden görüldüğü gibi, bu durumda source ucuna bağlı gerilim kaynağının negatif ucundan çıkan negatif yüklü elektronlar, N tipi kanalda bulunan çoğunluk akım taşıyıcısı durumundaki elektronlar vasıtası ile Drain?de bulunan kaynağın pozitif ucuna doğru hızla hareket ederler ve bu elektron hareketinin tersi yönünde yani Drain?den Source?e doğru büyük bir ID akımı akmaya başlar.

Eğer şekilde görülen VDD kaynağının gerilimi yavaş yavaş arttırılmaya başlanırsa, Gate ucu ile Drain ucu arasında ters bir polarma oluşmaya başlar. Bunun nedeni Gate ucunun Drain ucuna göre çok daha fazla negatif olmaya başlamasıdır. Bu nedenle Drain?de bulunan pozitiflik, kanalın bu ucuna yakın bölgelerinde bulunan ve negatif yüklü durumda bulunan elektronları kendine doğru çekerek bu bölgede elektron azaltması oluşturur, yani bir azalma bölgesi oluşmaya başlar. Bu bölge Şekil 3 te görülmektedir.


N kanal FET
Azalma bölgesinde elektron olmadığı için bu bölgeden bir elektron akışı dolayısı ilede bir akım akışı olmaz. Eğer VDD gerilimini yeterincefazla arttırırsak, azalma bölgesi büyüyerek akım geçişinin olduğu kanalı iyce küçültürr. Kanalın daralmasının anlamı direncinin artması demektir.

Dolayısı ile akım, gerilimin dirence bölümü olduğundan, biz VDD gerilimini ne kadar arttırırsak arttıralım akımartık daha fazla artmaz(fiziki olarak doyuma ulaşmıştır, yani artık daralmış kanal geçirebileceği en büyük akımı geçirmektedir). İşte bu akıma yani FET?in geçirebileceği en büyük akım değerine IDSS akımı veya kısaca doyum akımı denir. Bu akımın değeri kanalın boyu veeninin yanı sıra, kullanılan yarıiletken madde ve katkılandırılma oranlarına göre FET ten FET?e farklılıklar gösterir.

Dolayısı ile herhangi bir FET transistörün geçirebileceği maksimum akım olan IDSS değerini ya üretici firmanın sağlamış olduğu kataloglardan bakarak veya Şekil-3?te görülen devre gibi bir deney düzeneği kurarak, VDD gerilimini arttırıp, akımın en yüksek değere ulaşıp, daha sonrada sabit kaldığı değeri ölçerek bulabiliriz.

Diğer taraftan eğer gate ucuna Şekil-4 te görüldüğü gibi negatif bir gerilim verilirse, Şekil-3 ?te görülen azalma bölgesi büyür ve ID akımının daha küçük değerlerinde kanalın kapanmasını sağlar.
N kanal FET
Bu anlatılanları grafik olarak gösterirsek, Şekil-5 e bakmamız gerekir. Şekilde görüldüğü gibi eğer VGS = 0 Voltta sabit ise ve Drain-source arası uygulanan gerilim arttırılırsa Kanal akımı(ID), IDSS akımında sabitlenir, diğer taraftan örneğin VGS=-1 Voltta sabit tutulur ve VDS gerilimi(bu durumda VDD gerilim kaynağı) arttırılırsa bu kez kanal akımı IDSS akımından daha küçük bir değerde sabitlenir. Bu işlem farklı VGS değerleri için tekrarlandığında sonuç olarak VGS ?nin bir değerinde kanalın tamamen kapandığını ve üzerinden hiçbir VDS gerilimi için akım geçirmediğini görürüz. İşte bu durumdaki VGS gerilimine gate-source daraltma(pinch-off) voltajı denir ve kısaca VP ile sembolize edilir. VP gerilimi ve IDSS akımı FET ?in iki önemli parametresidir ve bu parametreler FET üretici firmaları tarafından kullanıcılara sunulur.
N kanal FET
Şekil-5 te verilen örnekte VGS = - 3 V değerinde kanal tamamen kapanıp hiçbir VDS geriliminde akım akıtmadığı için , bu değere VPgerilimi denir. Şimdi bu grafikteki değerlere sahip bir FET transistörün animasyonunu inceleyelim. Bunun için aşağıdaki animasyonda bulunan VGS kutucuğuna tamsayı olarak sırası ile -1, -2, -3 ve -4 V değerlerini giriniz ve her bir değerde kanalın daralması ve dolayısı ile akımın azalmasını gözlemleyiniz. VP = -3 V değerinde ve daha sonra kanalın kapandığını ve herhangi bir akımın geçmediğini gözlemleyiniz.


Diğer taraftan N kanal FET transistörün transfer karakteristiği Şekil-6 ?de görülmektedir. Şekilden görüldüğü gibi negatif VGS gerilimi VP değerinden sıfıra doğru yaklaştıkça ID akımı artmakta ve sonuçta maksimum değeri olan IDSS değerine VGS = 0 V değerinde erişmektedir. Şekilde görülen grafiği veren matematiksel ifade;

N kanal FET
olarak bulunabilir. Bu ifadede üretici tarafından verilen IDSS ve VP değerleri yerine yazılıp farklı VGS değerleri için FET akımı hesaplanabilir.
N kanal FET
JFET Polarması
JFET transistörlerin polarma devreleri BJT ?lerde olduğu gibi çok çeşitlidir. Burada sadece basit bir polarma devresinin analizi yapılacak ve diğer polarma devreleine girilmeyecektir.
Sabit Polarma Devresi

Bu polarma devresinde Gate gerilimi yüksek değerli bir RG direnci üzerinden gate ucuna uygulanır. Polarma devresi Şekil-7?da görülmektedir.
N kanal FET
Sabit Polarma Devresi
Bu polarma devresinde Gate-source uçları arasında görülen direnç değeri çok yüksek (idealde sonsuz, pratikte Mega Ohmlar seviyesinde) olduğundan RG direnci üzerinden bir akım akmaz, yani IG akımı sıfırdır. Dolayısı ile RGdirenci uçları arasındada bir gerilim düşümü olmaz(IxR gereğince). Böyle olunca devrenin girişine Kirchoff?un gerilim yasası uygulanırsa, negatif VGS gerilim kaynağının tamamının gate-source uçları arasında düştüğü görülebilir. Diğer taraftan ID akımının,
N kanal FET
olduğu bilindiğine göre, VGS değeri yerine konularak ID akım değeri hesaplanabilir. Devrenin çıkışına uygulanan Kirchoff?un gerilim yasası ise,
N kanal FET
sonucunu verir. Buradan FET?in Drain-source arası gerili değeri çekilirse,
N kanal FET
değeri bulunabilir.
FET- BJT Karşılaştırması
Klasik tip BJT transistörler, NPN ve PNP tipi olmaküzere iki tipte üretilirler ve giriş empedansları oldukça düşüktür, dolayısı ile bağlandıkları devreden çok fazla akım çekerler. BJT ler akım kontrollü elemanlardır, yani çıkışlarındaki akımın kontrolü girişlerindeki akım ile sağlanır, örneğin kolektör akımının büyüklüğünübeyz akımı belirler. Diğer taraftan FET ?ler ise yüksek giriş empedansına sahiptirler ve gerilim kontrollü elemanlardır. Yani çıkış akımı olan Drain akımının (ID) değeri, giriş gerilimi olan VGS değerine bağlıdır, dolayısı ile FET ?ler gerilim kontrollü devre elemanlarıdır. Bu temel farklılıklarından yola çıkarak FET ? BJT karşılaştırmasını yaparak, FET ?lerin üstünlükleri sıralanırsa;

  • FET lerin giriş empedansları BJT ?lere göre daha yüksektir. (BJT ?lerde K Ohm?lar seviyesinde iken, FET lerde M Ohm lar seviyesindedir).
  • Anahtar olarak kullanıldığında, kırılma gerilimi yoktur.
  • Radyasyon (yayılım) etkisi yoktur.
  • BJT lere nazaran daha az gürültülüdür.
  • Sıcaklık değişimlerden BJT?lere nazaran daha az etkilenirler.
  • Fiziksel boyutları BJT lere göre daha küçüktür. Bunedenle entegre devrelerde daha fazla kullanılırlar.
  • Yüksek giriş empedansı ve alçak elektrodlar arası kapasitans özelliği ile yüksek frekans devrelerinde rahatlıkla kullanılırlar

.
BJT lere göre sakıncaları ise band genişliklerinindar olması, çabuk hasar görebilmeleri ve hızlarının düşük olmasıdır.

KONU MESAJLARI

Bu Konu Başlığına Henüz Yorum Yazılmamıştır

GÖRÜŞ BİLDİRİN

Konu Başlığına Mesaj Yazmak İçin
Üye Olunuz Yada Giriş Yapınız