BÖLÜM 1: JFET ve MOSFET'ler (Alan Etkili transistorler)

BÖLÜM 1: JFET ve MOSFET’ler (Alan Etkili transistorler)1- Transistör (BJT, Bipolar Junction Transistor) hakkında temel bilgiTransistor B (beyz) ucuna uygulanan akıma göre C (kolektör)-E (emiter) uçlan arasından geçenakımı kontrol eder. Başka bir deyişle transistor çalışabilmek için belli bir I B akımına gerek duyar. İşte bunedenle transistörlere akım kontrollü aktif devre elemanı denir.Sekil l 'de NPN ve PNP tip: transistor sembolleri verilmiştir.Sekii 1: NPN ve PNP transistor sembolleri2.JFET (FET) lerG (gale, geyt, kapı) ucuna uygulanan ters polariteli gerilimin değerine göre D (drain, dreyn,oluk)~S (source, sars, kaynak) uçları arasından geçen akımı kontrol edebilen elemanlara ise JFET(Jımction Field Effect Transistor, birleşim yüzeyli alan etkili transistor) denir.3- JFET’lerin özellikleriTV, video, kamera, bilgisayar, kesintisiz güç kaynağı, anten yükselteci, verici, alıcı vb. gibi hassasyapılı elektronik devrelerde yaygın olarak kullanılan JFET'lerin bazı özellikleri şunlardır:Giriş empedansları 100 MH dolayında olup çok yüksektir. Transistorun (BJT) giriş empedansı iseçok düşük olup 2 Ώ dolayındadır.Radyasyon (ışınım) etkisi yoktur.Anahtar olarak kullanıldıklarında kontrol edilmeleri kolaydır. Yani D-S uçlan arasından geçenakım gücük bîr V GG polarma (Ön gerilimleme) voltajıyla denetlenebilir.Transistorlardan daha az gürültülü (parazitsîz) çalışırlar.Sıcaklık değişmelerinden daha az etkilenirler.Gövde boyutları transistorlardan daha küçüktür.Giriş empedanslarının yüksek, elektrotla arası kapasitenin (sığanın) düşük olması nedeniyle yüksekfrekanslı elektronik devrelerde yaygın olarak kullanılırlar.Bant genişlikleri (çalışabildikleri frekans aralığı) dardır.4- Alan etkili transistor çeşitleriAlan etkili transistorlar iki gruba ayrılır:a. JFET (Junction Field Effect Transistor birleşim yüzeyli alan etkili transistor),b. MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, metal oksit yarı iletkenalan etkili transistor)5- JFET’lerin yapısıP ve N tipi iki yan iletkenin birleşmesinden oluşan JFET'lerin. D, S, G adlı üç ayağı vardır.Şekil 2'de N ve P kanallı JFET sembolleri verilmiştir. Şekil 3'te ise N kanallı JFET 'in yarı iletkeniç yapısı verilmiştir.

Şekil 3: JFET'lerin yarı iletken iç yapısıJFET'lerde D-S arasındaki kanal maddesi büyük, kapı (G) maddesi ise küçüktür.N kanallı JFET ile P kanallı JFET arasında bir fark yoktur. Sadece I P akımının yönüterstir. Bu bölümde, anlaşılması daha kolay olduğu için N kanallı JFETlerin çalışmasıaçıklanacaktır.Şekil 4: N kanal JFET’in polarılması6- JFET’lerin çalışma ilkesiŞekil 4’te görüldüğü gibi N kanallı JFET’in G ucu ters, D-S uçları ise doğrupolarılmıştır.JFET'in D ucuna bağlanmış olan R D , yük direnci olarak görev yapmaktadır.G-S uçları arasına bağlanmış olan V GG kaynağı JFET'in G-S uçları arasındaki yarıiletkenleri ters polarır. Bilindiği gibi P-N ekleminden oluşan yarı iletken ters polarıldığındabirleşim (junction, jonksiyon) bölgesinde, elektron ve oyuk bakımından fakirleşmiş bir bölge(alan) oluşur. Fakirleşmiş alanın genişliği şekil 5'te görüldüğü gibi G ucuna uygulanan terspolarma geriliminin değeri büyüdükçe artar.

Şekil 5: JFET'in G-S uçları arasına ters olarak bağlanan V GG kaynağının gerilim değeri arttıkça fakirleşmiş bölge genişler.(JFET’in akım geçiren kanal daralır.)JFET'in G-S uçları ters polarıldığı için G ucundan hiç akını geçişi olmaz. İşte bunedenle JFET'ler gerilim kontrollü eleman olarak tanımlanırlar. Transistörlerin B ucu akımçektiği için bu elemanlar akım kontrollüdür.Şekil 4'te verilen devrede ilk anda V GG geriliminin O (sıfır) volt olduğunu varsayalım:Bu durumda V DD kaynağı R D direnci ve D-S uçlan arasından belli bir akım geçirir.V GG kaynağının gerilimi O (sıfır) voltken geçen akım JFET'in D-S uçlarının ve R D 'nindirenç değeri tarafından sınırlanır.Şekil 6: JFET'in G ucuna uygulanan gerilim O V'ken I Pakımının ve V PS geriliminin değişiminin incelenebilmesiiçin kurulan deney bağlantı şemasıŞekil 6'da verilen deney bağlantı şemasında G ucu şaseye bağlıyken (V GG = OV) V DDkaynağının gerilimi 0 (sıfır) volttan itibaren artırılacak olursa I D akımı da şekil 7'degörüldüğü gibi artmaya başlar. Akımın doğrusal (lineer) olarak artış gösterdiği A-B noktalanarasındaki bu kısma "omik bölge" denir.Şekil 7: JFETin G-S uçlan arasına uygulanan gerilim O V'kenD-S uçları arasına bağlanan V DD kaynağının gerilim değeri O'danitibaren artın idamda I D akiminin karakteristik eğrisi

JFET'e uygulanan V DD gerilimi doğrusal bir şekilde artırılmaya devam edilirse I D akımının şekil7'de görüldüğü gibi doğrusal olarak artmadığı görülür.Şekil 6'da V DD gerilimi O V’tan 4 V'a doğru artırıldığında I akımın şekil 7'de görüldüğü gibidoğrusala yakın düzgünlükte arttığı görülür. V DD gerilimi 4 volttan itibaren artırılsa bile I D akımındaki artışdurur. I D akımının artışının durduğu noktaya saturasyon (doyum, pinch-off} noktası denir. Doyum (pinchoff)noktası kritik gerilim değeri olarak da adlandırılır ve V p ile gösterilir.FET'in G ucuna uygulanan ters polarma gerilimi V GG =0 voltken D-S uçları arasından geçen I Dalarmı, V DD gerilimi artırılsa bile belli değerde sabitlesin Akımın sabit olduğu bu değere I DSS (D-S uçlarıarasından geçen doyum akımı) denir.FET'in D-S uçları arasından geçen akım, V DS uçlan arasındaki gerilim artırılmaya devametmesine karşın pek fazla artmaz. Şekil 7'de verilen karakteristik eğride doyum (pinch-off) bölgesiolarak adlandırılan bölgede JFET'ten geçen I DSS akımı hemen hemen aynı değerde kalır.Sekil 6'da verilen deney bağlantı şemasında V DD kaynağının gerilim değeri artırılarak D-S uçlarıarasındaki V DS gerilimi yükseltilecek olursa I D akımı yüksek bir değere çıkar. I D akımının aşırı artmasıise JFET'in bozulmasına yol açar. Şekil 7'deki karakteristik eğrisinde bozulma (breakdown, kırılma)noktası (C) olarak gösterilen bu değeri JFET'e uygulamamak gerekir.7. JFET’lerin elektriksel karakteristikleria. JFET’in çıkış (V DS - I D ) KarakteristiğiFET'in G ucu şekil 6'da görüldüğü gibi şaseye bağlıyken V DS kaynağının gerilim değeri belli birnoktaya ulaştığında D-S uçları arasından belli büyüklükte bir akım geçer. Buna I DSS akımı denir.G ucuna uygulanan V GS ters polarma gerilimi şekil 8'de görüldüğü gibi artırıldığında (örneğin-1 voltyapıldığında) I D akımı şekil 9'da görüldüğü gibi azalır.Şekil 8: JFET'in G ucuna uygulanan gerilim O volttan yüksekken I D akımının ve V DS geriliminin değişimininincelenebilmesi için kurulan deney bağlantı şemasıŞekil 9: JFET'in G- S uçlan arasına uygulanan gerilim 1 voltken D-S uçlar; arasına bağlanan V DD kaynağınıngerilim değeri 0 V’tan itibaren artırıldığında I D akımının değeri I DSS değerinin altına iner.V GG kaynağıyla G ucuna uygulanan ters polarma gerilimi biraz daha artırıldığında (örneğin-1,5 V yapıldığında) I D akımı şekil 9'da görüldüğü gibi daha da azalır. V GS = -2 V yapıldığında ise I Dakımı 0 A değerine iner.Sonuç olarak V GG kaynağıyla G ucun; uygulanan ters gerilim -0,5, -l, -1,5, ..., -2 V şeklindeartırılmaya devam edilirse I D akımı 0 düzeyine doğru iner. I D akımının azalmasının nedeni kanalbölgesinin elektron ve oyuk yönünden fakirleşmiş bir hâle gelmesindendir. Kanal bölgesininfakirleşmiş hâle gelmesini sağlayan etken ise bilindiği gibi G-S uçlar arasının ters polarılmışolmasıdır.

- JFET’in transfer (V GS - I D ) KarakteristiğiJFET'in transfer karakteristiği, sabit bir V DS gerilimi altında V GS geriliminin değişimine göre I Dakımının değişimini gösterir.Başka bir deyişle V DS gerilimi sabitken G ucuna uygulanan ters polarma (V GG ) gerilimiartırıldıkça I D akımı şekil l0'da görüldüğü gibi I DSS değerinden 0 mA değerine doğru iner.Şekil l0’da verilen transfer karakteristiği eğrisinde herhangi bir -V GS gerilimi değerinde I D akımınındeğeri,VGS 2I D I DSS (1 ) ve I D= K.(V GS -V T ) 2 şeklindedir.VPdenklemiyle bulunur.Şekil 10'da verilen karakteristik eğrisinden şu yargılara varmak mümkündür:I. V GS gerilimi 0 V'ken JFET'ten maksimum düzeyde bir akım geçişi olmaktadır. Bu akım I DSS(saturasyon, doyum) akımı olarak nitelenir.II. JFET'in G ucuna uygulanan ters polariteli V GS gerilimi V GG kaynağıyla 0 V'tan itibaren artırıldığındaD-S uçları arasından geçen I D akımı I DSS değerinden daha küçük bir değere inmektedir,III. JFET'in G-S uçları arasına uygulanan ters polarma gerilimi belli bir düzeye (-V P değerine) ulaştığındaD-S uçları arasından geçen I D akımı 0 (sıfır) seviyesine inmektedir.Transfer Karakteristiğiyle ilgili örnekler:Örnek: Bir JFET'in V P gerilimi -3 V , I DSS akımı 10 mA'dir, Buna göre,a. V GS gerilimi 0 voltken I D akımını,b. V GS gerilimi -l voltken I D akımını,c. V GS gerilimi -3 voltken I D akımını bulunuz.Çözüm:Va.GS 2 0I D I DSS (1 ) =10 2(1) 10mAV 3PVb.GS 2 -1I D I DSS (1 ) =10 2(1) 4,43.mAV 3PVc.GS 2 -3I D I DSS (1 ) =10 2(1) 0.mAV 3PÖrnek: Bir JFET'in V p gerilimi -4 V, I DSS akımı 20 mA'dir, Buna göre,a. V GS gerilimi 0 voltken I D akımını,b. V GS gerilimi -2 voltken I D akımını,c. V GS gerilimi -4 voltken I D akımını bulunuz,

ÇözümVa.GS 20I D I DSS (1 ) = 20 2(1) 20mAV 4PVb.GS 2-2I D I DSS (1 ) = 20 2(1) 15.mAV 4PVc.GS 2-4I D I DSS (1 ) = 20 2(1) 0.mAV 4P8.JFET’lerin elektriksel parametreleriFET'e uygulanan gerilimlerin değiştirilmesiyle bu elemanın gösterdiği davranışaparametre (büyüklük) denir. Elektronik devre eleman üreten firmalar kataloglarda her JFETiçin parametre değerlerini bildirirler. Örnek olarak BF245 adlı JFET'in bazı özellikleriaşağıda verilmiştir.V DSmaks = ± 30 VV GSmaks = -30 Vg m = 5.5.10-3(mho)I DSS =10 mAJFET'lerin özellikleri açıklanırken kullanılan bazı teknik parametrelerin (terimlerin)anlamları şöyledir:a. D-S doyma akımı (I DSS )G-S eklemi kısa devre edildiğinde (yani C ucuna O volt uygulandığında) D-S uçlarıarasından geçen maksimum akımdır.b. G-S kapama gerilimi (kritik gerilim , V.)D-S kanalının tamamen kapandığı (hiç akın geçirmediği) gerilim değeridir. Bu değerV GS-off (V GS-kesim ) ile de gösterilir.c.G-S kırılma gerilimi (V GSmaks )Bu parametre belirli bir akımda D-S kısa devreyken ölçülür. Uygulamada bu değerinüzerine çıkılması hâlinde JFET bozulur.ç. D-S kırılma gerimi (V DSmaks )JFET'in D-S uçları arasına uygulanabilecek maksimum gerilim değerini bildirir. Bu değerinüzerinde bir gerilim JFET'i bozar.d. Geçiş iletkenliği (g m )JFETler sabit akım elemanı olduğundan D ucundaki gerilimin değişimi I D akımında pek birdeğişikliğe yol açmaz. I D akımı genellikle G ucuna uygulanan gerilimle kontrol edilir. Bu nedenleJFET'lerin en önemli parametrelerinden biri I D akımındaki değişime göre G voltajının değişimidir. Buparametre geçirgenlik transkondüktans, transconductance) olarak tanımlanır.Aşağıda BF245 adlı JFET'in geçiş iletkenliği eğrisi verilmiştir.

Geçirgenlik, V DS gerilimi sabitken I D akım değişiminin G-S arası gerilim değişimine oranıdır.gmID (V DS =Sabit)VGSGeçirgenlik, direncin tersi olduğu için birimi (mho, mo) yada Siemens (S) ile ifade edilir.gm2. I VDSSP V1 VGSPve.gm2. IVrDSSIIDDSSdenklemleri kullanılarak JFET'in geçirgenlik değeri hesaplanır.Örnek: Bir JFETin V GS gerilimi O V'tan-0,6 V'2 kadar değiştiğinde I D akımı l mA'den 0,2 mA'e doğru birazalma (değişim) göstermektedir, JFET'in geçirgenliğini (transkondüktansını) bulunuz.gmÇözümIVGS 1,33 m(mi limo)p333( 31.10 0,2.10(0,6 0)) 0,8.100,6 0,33.10Örnek: Bir JFET'in I DSS akımı 10 mA, V P gerilimi -6 V, V GS gerilimi - 1 V olduğuna göreJFET'in iletkenliğini (transkondüktansını) bulunuz.Çözüm:gm2. I VP2.10.10 6 2,78.10DSS33 V1 VGSP 11 3,33.10 6 2,78m3.0,834e. D-S iletim direnci (r ds )Bu büyüklük, belirli bir G-S gerilimi ve I P akımında ölçülen gerilim D-S iletim direnci.JFET'in anahtar olarak kullanılmasında önen taşır. Bu değer on ile bir kaç yüz arasında değişir.B.MOSFET’lerin yapısı ve karakteristiği1.GirişJFET'lere göre daha üstün özelliklere sahip olan MOSFET (Metal OxideSemiconductor FieldEffect Transistor, metal oksit tabakalı alan etkili transistör)'İerde G ucugövdeden tamamen yalıtılmıştır. O nedenle MOSFET'lerin giriş empedansı (Z grş ) çok yüksekolup l0 14 Ώ dolayındadır.Bant genişliği ve çalışma frekansı JFET'lere oranla daha yüksek olan MOSFET'lerentegre yapımında ve hassas elektronik devrelerin üretiminde yaygın olarakkullanılmaktadır.

Hassas yapılı olan MOSFET'lerin G ucundaki ince silisyum (silikon) oksit tabakasıinsan bedenindeki statik elektrik yüküyle bile delinebilir. Ü nedenle bu elemanlara el iledokunmadan bedendeki durgun (statik) elektrik yükünün boşaltılması gerekir. AyrıcaMOSFET'lerin lehimlenmesinde düşük güçlü (fazla ısınmayan) ve topraklı havyalarkullanılmalıdır. Şekil 11 'de azaltan kanallı, şekil 12'de ise çoğaltan kanallı MOSFET sembolleriverilmiştir.Şekil 12; Çoğaltan kanallı MOSFET sembolleri2. MOSFET ÇEŞİTLERİUygulamada kullanılan MOSFET çeşitleri şunlardır:a. Azaltan kanallı (depletion tipi, D-MOSFET) MOSFET,b.Çoğaltan kanallı (enhancement tipi,endüksiyon tipi, E-MOSFET) MOSFET3. MOSFET’lerin yapısıa. Azaltan kanallı ? MOSFET'lerŞekil 13'te yapısı verilen azaltan kanallı MOSFET'te G ucu N tipi kanalmaddesinden silisyum oksit ve silisyum nitrat tabakalarıyla ayrılmıştır.substrate (SS, bulk, alt katman)Şekil 13: Azaltan kanallı MOSFET'in yapısıAzaltan kanallı MOSFET'in G ucuna uygulanan gerilim 0 voltken, D-S uçlarına birgerilim uygulandığında N tipi kanaldan belli değerde bir akım (I DSS ) geçişi olur.G ucuna uygulanan ters polarma geriliminin değeri artırıldıkça D-S kanalından geçenakım (Ip) azalır.

.Çoğaltan kanallı MOSFET'lerŞekil 14'te yapısı verilen çoğaltan kanallı MOSFET'te D-S uçları arasında kanalmaddesi yoktur. G ucuna herhangi bir gerilim uygulanmadığında D-S uçları arasından biralam geçişi olmaz. G ucunun bağlı olduğu metal parça ile P tipi gövde (substrate) birkondansatör özelliği gösterir. Bilindiği gibi iki iletken ve bir yalıtkan "kondansatörü" oluşturur.substrate (SS, bulk, ait katman)Şekil 14: Çoğaltan kanallı: MOSFET'in yapısıÇoğaltan kanallı MOSFETin G ucuna (+) polariteli gerilim uygulandığında kapasiteÖzelliğinden dolayı P tipi gövdeye bağlı iki N maddesinin arasında şekil 15'te görüldüğü gibi(-) yükler toplanır. D-S uçları arasındaki bölgede toplanan (-) yükler P tipi maddenin içinde azsayıda bulunan azınlık taşıyıcılardır.substrate (SS, bulk, alt katman)Şekil 15: Çoğaltan kanallı MOSFET'te D-S uçları arasında (-} yüklerin toplanışıD-S uçları arasında biriken (-) yükler doğal (tabî) bir kanal oluşumunu sağlar. Bu sayedeD-S uçlan arasından akım geçişi başlar.G ucuna uygulanan (+) polariteli gerilimin değeri artırıldıkça D-S uçlan arasındabiriken (-) yükler çoğalır ve geçen akım da artar.Çoğaltan kanallı MOSFET'in G ucuna gerilim uygulanmadığı zaman. D-Sarasından alanı geçişi olmaz4.MOSFET karakteristikleria.N tipi, azaltan kanallı MOSFET’lerin karakteristikleriŞekil 16'da N tipi, azaltan kanallı MOSFET'in deney bağlantı şeması verilmiştir.Bu devre kullanılarak şekil 17'de verilen I D -V DS statik karakteristik eğrisi ve şekil 18'deverilen transfer karakteristik eğrisi elde edilebilir.

Şekil 16: N tipi, azaltan kanallı MOSFETin devre bağlantı şemasıŞekil 17: N tipi, azaltan kanallı MOSFET'in ! D -V DS karakteristik eğrisiŞekil 18: N tipi, azaltan kanallı MOSFET'in transfer karakteristiği eğrisiŞekil 17'dc verilen I D -V DS statik karakteristik eğrisi incelenecek olursa MOSFET in Gucunun polarma gerilimi negatif (-) ve pozitif (+) polariteli olarak uygulanmıştır. V GSgerilimi negatif polariteli olarak artırıldıkça D-S uçlan arasından geçen I D akımı azalmaktadır.Negatif polariteli V GS gerilimi belli bir V p değerine ulaştığında D-S uçlan arasından geçen I Dakımı O (sıfır) değerine iner. I D akımının O değerine inmesini sağlayan V GS gerilimine kıstırma(pinch-off) gerilimi (V p ) denir.Şekil 17'de kesik çizgiyle gösterilen "k" eğrisine kadar her bir eğri V p (pinch-off)gerilimine ulaşıncaya kadar I D akımı da artar. Bu değerden sonra gerilim artsa bile I akımı sabitkalır.Azaltan kanallı MOSFET'lerin D-S uçları arasından geçen akımın herhangi bir V GSdeğerindeki miktarını bulmak için kullanılan denklem JFET'lerde olduğu gibi,2 VGSI D I DSS1 şeklindedir. Buna göre azaltan kanallı MOSFET'ler JFET'lerle VPaynı biçimde çalışırlar.

Şekil 19: N tipi, çoğaltan kanallı MOSFET'in deney bağlantı şemasıŞekil 20: N tipi, çoğaltan kanallı MOSFET'in I D -V DS karakteristik eğrisiŞekil 21: N tipi, çoğaltan kanallı MOSFET'in transfer karakteristiği eğrisib. N tipi çoğaltan kanallı MOSFET’lerin karakteristikleriŞekil 19’da N tipi, çoğaltan kanallı MOSFET'in deney bağlantı şeması verilmiştir.Bu bağlantı şeması kullanılarak şekil 20'de verilen I D -V DS statik karakteristik eğrisi ve şekil 21 'deverilen transfer karakteristiği eğrisi elde edilebilir.Sekil 20'de verilen I D -V DS statik karakteristik eğrisi incelenecek olursa MOSFET'in G ucunauygulanan V GS polarma gerilimi artırıldıkça D-S uçlan arasından geçen I D akımı artmaktadır.Çoğaltan kanallı MOSFET'lerde V GS gerilimi şekil 21'de görüldüğü gibi V T eşik gerilimdeğerini aşıncaya kadar I D alamı akmaz. Eşik geriliminden büyük (pozitif polariteli) V GSgerilimlerinde D-S uçları arasından geçen I P akımı artar.

Çoğaltan kanallı MOSFET'lerîn transfer karakteristiğinin denklemi, I D = k.(V GS -V T ) 2şeklindedir.Bu denklemde "k" değeri MOSFET'in yapısı yla ilgili bir değer olup tipik olarak 0,3 mA/Vdeğerindedir.V GS = O V durumunda hiç I D akımı geçmeyeceğinden I DSS değeri de olmayacaktır.Çoğaltan kanallı MOSFET'ler küçük boyutu olduklarından daha çok entegre (tümleşik devreyonga, çip, chip) yapımında kullanılırlar.5. MOSFET parametreleriJFET parametrelerinde açıklanan D-S doyma akımı (I DSS ), G-S kıstırma (pinch-off)gerilimi (V p ), geçiş iletkenliği (g m ),D-S iletim direnci (r ds ) MOSFET'ler için de geçerlidir.MOSFET'lerin I D akımını bulmada kullanılan denklemler:VGS 2I D I DSS (1 ) ve I D= K.(V GS -V T ) 2 şeklindedir.VPMOSFET'lerin geçiş iletkenliğini (g m ) bulmada kullanılan denklem, g m =2.k.(V GS -V T )şeklindedir.MOSFET’lerle ilgili problemlerÖrnek: Azaltan kanallı MOSFETte I DSS akımı 12 mA, V p gerilimi -3 V'tur.I D akımını,a. V GS = 0 Vb. V GS = -2 V için hesaplayınız.ÇözümVa.GS 2I D I DSS (1 ) =12.10 -3 0 2(1 ) =12.10 -3 AV3PVb.GS 2I D I DSS (1 ) =12.10 -3 22(1 )V3P=12.10 -3 0,111= 1,33. 10 -3 A = 1,33 mAÖrnek: Azaltan kanallı MOSFETin I D SS akımı 12 mA, V p gerilimi 6 V'tur. I D akmını,a. V GS = 3 Vb. V GS = 6 V değeri için hesaplayınız.ÇözümVa.GS 2I D I DSS (1 ) =12.10 -3 32(1 )V6P=3.10- 3 A =3 mAVb.GS 2I D I DSS (1 ) =12.10 -3 6 2( 1 ) =0 AV6P

Örnek: N tipi, çoğaltan kanallı MOSFET'in eşik gerilimi V T = 3 V'tur.a.V GS = 3V,b. V GS = 5 V değerlerinde I D akımını bulunuz.Not: k-0,3 mA/V 2 - 0,3.10- 3 A/V 2 olarak kabul edilecektirÇözüm:a) I D =k.. (V GS -V T ) 2 = 0,3.10 -3 .(3-3) 2 = 0 Aa) I D = k.. (V GS -V T ) 2 = 0,3.10 -3 .(5-3) 2=1,2.10- - 3 A=1,2 mAÖrnek: Eşik gerilimi V T = 5 V olan N tipi, çoğaltan kanallı MOSFET'in geçiş iletkenliğini,a..V GS = 6V,b. V GS = 8 V değerlerine göre hesaplayınız.Not: k=0,3 mA/V 2 - 0,3.10 -3 A/V 2 olarak kabul edilecektir.Çözüma. g m = 2.k.(V GS -V T )=2.0,3.10 -3 .(6-5)=0,6.10- 3 Ώ = 0,6mΏb.g m = 2.k.(V GS -V T )=2.0,3. 10- 3 .(8-5)=l,8.10- 3 Ώ =l,8m ΏÖrnek: Azaltan kanallı MOSFET'in I DSS akımı 12 mA, V p gerilimi -4 V, V GS gerilimi 0 volttur.Buna göre MOSFET'in geçiş iletkenliği (g m ) değerini bulunuz.ÇözümJFET’lerdeki g m =2. IVDSSPV1 VGSPdenklemi azaltan kanallı MOSFET’ler için de geçerlidir.2. IVDSSPV1 VGSP2.12.10 43 0 1 4 = 6.10 -3 Ώ =6m ΏC.JFET VE MOSFET’lerin polarılması (ön gerilimlenmesi)1. JFET’lerin polarılması (ön gerilimlenmesi)Şekil 22 N kanallı JFET’in sabit polarması

Şekil 23 P kanallı JFET’in sabit polarmasıa.Sabit (DC üreteçli, fixed)polarmaŞekili 22'de N kanallı, şekil 23'te ise P kanallı JFET'in sabit polarma yöntemiyle polarılmasına(ön gerilimlenmesine) ilişkin devre şemaları verilmiştir.Yukarıda verilen iki devre şeması yükselteç (amlifikatör) olarak kullanılabilir.Yükseltilecek sinyal C, kuplaj (bağlaşım) kondansatörü aracılığıyla JFET'in G ucunauygulanır. Yükseltilmiş sinyal ise JFET'in D ucuna bağlı C 2 kuplaj (bağlaşım) kondansatörüüzerinden alınır.İki devrede de S ucu ortak (şase) olarak kullanıldığı için bunlara S (source) ucu şase(ortak) yükselteç adı verilir.JFET'li, S ucu şase yükselteçler yapı olarak transistorlu emiteri şase yükselteçlerebenzerler.S (source) ucu şase yükselteçlerde G-S uçları V GG kaynağıyla ters polarılır. V GGkaynağı JFET'e polarma gerilimi sağlayarak D ucundaki V D geriliminin V DD geriliminin yarısıkadar olmasını sağlar. Bilindiği gibi bir yükselteç devresinin düzgün (distorsiyonsuz,kırpılmamış) çıkış veren bir devre olarak çalışabilmesi için D ucundaki gerilimin V DD gerilimininyarısı kadar olması gerekir.S ucu şase yükselteç devresinde G ucu akım: çekmediği için R G direnci üzerindegerilim düşümü oluşmaz. Buna göre V GG geriliminin tümü G-S uçlan arasında görülür. Yani,V GG =V GS ‘dir.I D akımının bulunmasında kullanılan denklem ise,VGS 2I D I DSS (1 ) şeklindedirVPŞekil 22 ve 23 'te verilen yükselteç devrelerinde I D akımının R D direnci üzerindeoluşturduğu gerilim.V RD = I D .R D denklemiyle hesaplanır.Yükseltecin çıkış bölümünün denklemleri.V DD =V RD +V DSV DD =I D .R D +V DSV DD =V DD .I D. R DIVVDD DSD şeklinde yazılabilir.RD

Örnek: Aşağıda verilen S ucu şase (ortak) "N kanal JFET'li, sabit polarmalı yükselteçdevresinde,a. I D akımınıb. V DS gerilimini bulunuzNot: Devrede I DSS = 10 mA ((0,01 A) , Vp = -5 volttur.Çözüm: JFET'in G ucu hiç akını çekmediğinden V kaynağının geriliminin tümü G-Suçlan arasında düşer. R G direnci üzerinde hiç gerilim düşümü olmaz.V GS = V GG = -2 VVa)GS 2 2 I D I DSS (1 ) = 0,01 .( 1 5 VP= 0,0036 A = 3,6 mAb) V DS = V DD I D . R D = 10-(0,0036.1800)= 10-6,48 = 3,52 V2Örnek: Aşağıda verilen S ucu şase (ortak) P kanal JFET'li, sabit polarmalı yükselteçdevresinde,a. I D akımını bulunuz.b. V DS gerilimini bulunuz,Not: Devrede I DSS = 10 mA (0,01 A), V P = 6 volttur.

Çözüm: JFET'in G ucu hiç akım çekmediğinden V GG kaynağının geriliminin tümü G-S uçları arasında düşer. R G direnci üzerinde hiç gerilim düşümü olmazV GS = V GG = 3 VVa)GS 2 3 I D I DSS (1 ) = 0,01 .( 1 6 VP= 0,0025 A = 2,5 mAb) V DS = V DD I D . R D = 12-(0,0025.2000)= 7 V2b. Kendinden (sıfır, self, Rs dirençli ) polarmaBu yöntemde V GG kaynağı kullanmaya gerek yoktur. G-S uçlarını ters polarmaişlemini R S direnci üzerinde oluşan gerilim gerçekleştirir.Şekil 24; Kendinden (sıfır) polarma JFET devresiŞekil 24'teki devrede, V G =0 V, V RS = I D R S , olduğundan,V GS - V G -V S = 0-I D .R SV GS = -I D .R S olur.Örneğin, I D = 2 mA, R S = kΏ iseV GS = -I D .R S = -2.10 -3 . 1.110 -3 = -2 V olur.Görüldüğü gibi JFET'in S ucuna bağlanan R S direnci sayesinde G-S uçlarına gelengerilimin polaritesinin ters olması sağlanmaktadır.Şekil 24'teki devrede, çıkış bölümünün denklemi ise şöyle yazılabilir:V DD = I D R D + V DS + I D . R SV DD = I D (R D + R S ) + V DSGerilim bölücü dirençlerle yapılan polarma devresinde, şekil 25'te görüldüğü gibi birtek üreteç (V DD ) vardır

Şekil 25: Gerilim bölücü dirençli polarmaG ucuna gelen polarma gerilimi R GI ve R G2 . gerilim bölücü dirençleri tarafındanbelirlenir. Devrede G noktasındaki gerilim şu şekilde bulunur:Polarma dirençlerinin toplam değeriR T = R GI + R G2Polarma dirençlerinden geçen akım,L T = V DD /R TG noktasındaki gerilim,V G = I T .R G2JFET'in G-S uçları arasındaki gerilim,V GS = V G – V S = V G – I D . R SGerilim bölücü dirençli polarma devresinde çıkış kısmının denklemi Kirşof un gerilimkanununa göre,V DD = I D -R D + V D , + I D .R S yadaV DD = I D .(R D +R S ) + V DS şeklinde yazılabilir.I D akımını bulmak için,V DD = I D -(R D +Rs) + V DS denkleminden I D değeri çekilecek olursa, eşitliği bulunur.Devrenin çıkışından alman gerilim ise, V DS = V DD - I D .R D denklemiyle hesaplanırÖrnek: Yukarıda verilen şekilde V p = - 4 V, I DSS - 8 mA (0,008 A), V RS = 3 V olduğunagöre, I D ve V DS değerlerini bulunuz.Çözüm: V RS değeri 3 V olduğuna göre I D akımını,I D = V RS /R s denklemiyle bulabiliriz.I D - V RS /R D = 3 / 1000 = 0,003 A = 3 mAI D akımı bulunduktan sonra V RD gerilimi de bulunabilir.V RD = I D. .R D = 0,003.2200 = 6,6 V

V DD geriliminin denklemi,V DD = V RD + V DS + V RS Şeklinde yazılabilir.Bu denklemeden V DS çekilerek,V DS = V DD - (V RD +V RS ) eşitliği yazılabilir.V DS =V DD - (V RD + V RS )V DS = 10 - (6,6 +3) - 10 - 9,6 = 0,4 V bulunur.Örnek: Aşağıda verilen şekilde V p = -3,5 V, I DSS = 10 mA (0,01 A), V DS = 9,11 Volduğuna göre, a.I D b. V GS c. V D değerlerini bulunuz.Çözüm:a. Devrede V DS gerilimi belli olduğuna göre dirençler üzerinde düşen toplamgerilimi bulabiliriz. R D ve R S dirençleri üzerinde düşen gerilim,V RD +V RS = V DD - V DS =20-9,11 = 10,89 V'tur.Buna göre devrenin çıkış kısmından geçen I D akımının değeri,b)VDDVDSIDR D RSID IDSSV1VGSP20 9,11 10,89 0,00332200 11003300 V0,0033 0,01. GS 13,5220,0033 . V 1GS 0,33 . V 1GS 0,013,53,52A=3,3 mA olarak bulunur.2 V 1GS V 1GS 3,5 3,52 0,57 . V 1GS V GS10,573,5 3,5V GS 0,43 3,5V GS =-3,5.0,43=-1,505Vc. V D =V DD .-I D .R D =20-(0,0033.2200)=20-7,26=12,74 V

2. MOSFET'lerin polarmasıa. Sabit polarmaMOSFET'lerin sabit polarması JFET'lerin sabit polarmasında açıklandığı gibidir. Şekil22 ve şekil 23'e bakınız.b. Sıfır polarmaŞekil 26'da verilen sıfır polarma devresinde tek kaynaklı besleme yöntemikullanılmaktadır. MOSFET'in G ucunun polarma gerilimi R G ve R S dirençleri ileoluşturulmaktadır. Şöyleki: MOSFET'in G ucu akım çekmediğinden R G direnci üzerinde birgerilim düşümü oluşmaz.Şekil 26: Sıfır polarmah azaltan kanallı MOSFET'li yükselteç devresiYani, V RG = 0 volttur,V RG = 0 V olduğu için MOSFET'in G ucunda da 0 V görülür.R S direnci üzerinde düşen V RS geriliminin değeri,V RS = I D .R S denklemîyle bulunur.V GS geriliminin denklemi,V GS = V G - V RS olduğuna göre,V GS = 0 - V RSV GS = -V RS = I D .R S şeklinde yazılabilir.Örnek:Yanda verilen sıfır polarmalı, Sucu şase,azaltan kanalı MOSFET'li yü k s e lt e çdevresinde I DSS = 9 mA (0,009 A), V D = - 4 volttur. Devrenin I D akımını ve V D gerilimini bulunuz,ÇözümV GS = V G .-V S = 0- 0 = 0 VVGS 2I D I DSS (1 ) denkleminde V GS = O V olduğu için I D = I DSS = 0,009 A = 9 mA çıkar.VPV D = V D - I D .R D = 15 - (0,009.1200) = 4,2 V

c. Gerilim bölücü dirençli (ideal) polarmaMOSFET'lerin gerilim bölücü dirençli polarması şekil 27'de görüldüğü gibi JFET' dekilerle aynıdır.Örnek: Yanda verilen azaltan kanallı MOSFET'li, gerilim bölücüdirençli, S ucu şase yükselteç devresinde V RS gerilimi 3,9 volttur.Buna göre V GS , I D ve V DS değerlerini bulunuz.ÇözümPolarma dirençlerinin toplam değeri,R GT = R G1 + R G2 = 47 000 000 + 10 000 000 = 57 000 000 Ώ = 57 000 kΏPolarma dirençleri üzerinden geçen toplam akım,VDDIGTRGT612 0,21.10 A57.000.000MOSFET'in G ucundaki polarma gerilimi, V G = I GT R G2 = 0,21.10 -6 10.10 +6 =2,1 VMOSFET'in G ucundaki gerilim aşağıdaki denklemle de bulunabilir:VDD12VG RG2.10.000.000 2, 1VRG1 RG247.000.000 1.000.000V GS = V G -V RS = 2,1 - 3,9 = -1,8 VV RS = I D .R S olduğuna göre, buradan I D 'yi çekersek,DVRSRSI yazılabilir.I D = 3,9/1300 = 0,003 A = 3 mA bulunur.I D akımı bulunduğuna göre V RD gerilimini bulabilirizV RD =I D .R D = 0,003.1300 = 3,9VV DD , V RD , V RS değerleri belli olduğuna göre,V DD = V RD + V DS + V RS eşitliği kullanılarak V DS değeri bulunabilir.V DS =V DD -(V RD +V RS ) = 12 - (3,9+3,9) = 4,2 VÇ. JFET deneyleriDeney 1: JFET’in özelliklerinin incelenmesiBu deneyde gerilim kumandalı aktif devre elemanı olan JFET'in elektriksel özellikleriincelenecektir.JFET'in G ucuna uygulanan V GS geriliminin değeri O voltken D-S uçları arasından şekil27'deki karakteristik eğride görüldüğü gibi maksimum değerde I D akımı akar.

Şekil 28: V GS =0 V'ken JFET'in V DS –I D karakteristik eğrisiV GS =0 voltken JFET'in D-S uçlan arasından geçen akıma I DSS akımı denir.V DS gerilimi O'dan itibaren artırılırken I D akımı da artar. V DS gerilimi belli bir değereulaştığında I D akımının artışı durur. I D akımının durduğu noktadaki V DS gerilimi değerine V p(pinch-off gerilimi) denir.JFET'e uygulanan gerilim bu elemanın dayanabileceği V DSmaks değerinin üzerineçıkarılacak olursa JFET bozulur. BF245 tipi JFET için V DSmaks değeri ± 30 V'tur.JFET'in G-S uçları arasına uygulanan ters polarma gerilimi artırıldıkça D-S uçları arasındangeçen akım şekil 29'da verilen karakterstik eğrideki gibi azalır.Şekil 29: V GS gerilimi artırıldıkça JFET'ten geçen I D akımının azalışına ilişkin karakteristik eğrisiDeneyde kullanılan BF245 tipi JFET'ir elektriksel özellikleriyle ilgili karakteristik eğrilerişekil 30'da verildiği gibidir.

Şekil 30: BF245 tipi JFET'in elektriksel karakteristik eğrileriŞekil 30'da verilen karakteristik eğrilerden yararlanılarak JFET'in çeşitli akım, gerilimdeğerleri bulunabilir. Örneğin şekil 31'de verilen devrelerde I D akımını şekil 30-b'ye bakarakbelirleyebiliriz.Şekil 31: V GG =-1 V ve V GG =0 voltken I D akımının karakterisitik eğriye bakarak belirlenmesiŞekil 31 de V GG kaynağı -l volt olan devrede V GS =-1 V ve V DS =10 V'tur. Bu durumdaşekil 30-b'deki grafikten I D =4,3 mA bulunur,Şekil 31'de V GG kaynağı 0 volt olan devrede V GS -0 V ve V DS =10 V'tur, Bu durumda şekil 30-b'deki grafikten I D =9,7 mA bulunur.Görüldüğü üzere V GG kaynağının değeri 0 voltken I D akımı 9,7 mA, V GG kaynağınındeğeri -l V olduğunda ise I D akımı 4,3 mA olmaktadır. Yani G ucuna uygulanan ters polariteligerilim artırıldıkça D-S uçlan arasından geçen I D akımı azalmaktadır.Şekil 32: JFET'in çıkış karakteristiğini çıkarmak için kullanılan deney bağlantı semasıJFET'in çıkış karakteristiğini (V DS -I D ) çıkarmak için şekil 32'de verilen devre kurulduktansonra çizelge I'de verilen değerlere göre I D akımı ölçülmelidir.I akımları ölçüldükten sonra V GS 'nin O, -0,5, -l, -2 V değerleri için şekil 33'te verilen çıkışkarakteristiği çizilebilir.

Çıkış karakteristiğinde görülen eğrilere göre BF245 tipi JFET'in,V p gerilimi yaklaşık 2 volttur.V GS = 0 voltken D-S arasından geçen I DSS akımı yaklaşık 6,8 mA'dir.V GS gerilimi -2 V olduğunda I D akımı 0 A olmaktadır.V DS (V) V DS (V) V DS (V) V DS (V) V DS (V) V DS (V)0 0 0 0 -1 00,5 0 1,8 0,5 -1 0,91 0 4,4 1 -1 1,22 0 6 2 -1 1,43 0 6,4 3 -1 1,54 0 6,5 4 -1 1,65 0 6,6 5 -1 1,77 0 6,7 7 -1 1,710 0 6,8 10 -1 1,712 0 6,8 12 -1 1,715 0 6,8 15 -1 1,70 -0,5 0 0 -2 00,5 -0,5 1,4 0,5 -2 01 -0,5 2,4 1 -2 02 -0,5 3,4 2 -2 03 -0,5 3,9 3 -2 04 -0,5 4,6 4 -2 05 -0,5 4,9 5 -2 07 -0,5 5,1 7 -2 010 -0,5 5,2 10 -2 012 -0,5 5,3 12 -2 015 -0,5 5,3 15 -2 0Çizelge1: JFET’in çıkış karakteristiğini çizebilmek için faklı V DS ve V GS değerlerinegöre bulunan I D akımları.Şekil 33'e bakarak BF245 tipi JFET'in hangi aralıklarda "gerilim kontrollü direnç" ve"gerilim kontrollü akım kaynağı" olarak çalıştığıda belirlenebilmektedir.Çizelge 1' deki değerlere bakarak herhangi bir V DS değerine göre JFET'in transfer karakteristiğinide çizebiliriz.Burada örnek olarak V DS değerini 10 V kabul edip transfer karakteristiğini çizelim,V DS = 10 V olduğunda,V GS = 0 V için I D = 6,8 mA,V GS = -0,5 V için I D = 5,2 mA,V GS = -1 V için I D = l,7mA,V GS = -2 V için I D = 0Şekil 34: N kanal JFET'in transfer karakteristiği

Deney 2: JFET’in DC açıdan incelenmesiTransistörlerde olduğu gibi, bir JFET'e giriş sinyali uygulamadan önce onu DC ileuygun biçimde polarmak (ön gerilimlemek) gerekir.JFET'lerin G-S uçları arasının mutlaka ters polarılması gerekir. Yani N kanal JFET'inG ucuna (-), P kanal JFET'in D ucuna ise (+) gerilim uygulanmalıdır.Şekil 35-a'da tek dirençli sıfır polarma, şekil 35-b'de ise gerilim bölücü dirençli (ideal)polarma devresi verilmiştir.Şekil 35: a. Sıfır polarmali, b. Gerilim bölücü dirençli polarmalı JFET devresiŞekil 35-a'daki devrede, V G =0 V, V RS =I D R S olduğundanV GS = V G –V S = 0-I D .R SV GS = I D .R S olur.Eğer I D = 2 mA, R S = l kΏ ise V GS = -I D .R S = -2.10 -3 .1.10 3 = -2 V olur.Görüldüğü gibi JFET'in S ucuna bağlanan R s direnci sayesinde G ucuna gelengerilimin polaritesinin ters olması sağlanmaktadır.Şekil 35-a'daki devrede, çıkış bölümünün denklemi ise şöyle yazılabilir:V DD =I D .R D + V DS +I D .R SV DD =I D .(R D + R S ) + V DSŞekil 35-b'deki devrede JFET'in G noktasına gelen polarma geriliminin değeri,VGVDD. RG2RG1 RG2 denklemi kullanılarak hesaplanabilir.Not: S ucu şase (ortak) bağlı olan JFET'in G ucu ters polarıldığından, giriş empedansıçok yüksektir. Bu nedenle V G geriliminin denklemi yazılırken çok küçük olan I G akımı ihmaledilir.R direnci üzerinde düşen gerilimin denklemi,=V RS .= I D .R s 'dir.JFET iki adet gerilim bölücü direnç ile DC gerilimle polarıldığında düzgün çalışmanıngerçekleşebilmesi için,V GS = V G -V RS ≤ 0 koşulunun gerçekleşmesi gerekir. Bu koşulu sağlamak için V RS ≥V G olacak biçimde direnç seçilmelidir.

Şekil 35-a'da verilen sabit polarmalı, S ucu ortak JFET'li devrenin I D -V GS transferkarakteristiği şekil 36'da verildiği gibidir. JFET'in V GS gerilimi R S direnci değiştirilerekayarlanmaktadır.Şekil 36: Sabit polarmalı N kanal JFET'in transfer karakteristiğiŞekil 35-a'da verilen deney devresinde V DD =20 V olarak uygulandıktan sonra yapılanölçümde I D =1,2 mA, V DS =16,2 V olarak belirlenmiştir.AVOmetre volt kademesine alınarak yapılan ölçümlerde V G = O V, V RS = 1,2 Volarak saptanmıştır. Buna göre V GS 'nin -1,2 V olduğu anlaşılır.Deney devresindeki R D direncinin değeri l kΏ yapıldığında, I D =l,2mA,V GS = -l,2V,V DS = 17,6V olarak ölçülmüştür.R D 'nin azalması I D alarmını değiştirmemiştir. Çünkü R D 'nin V GS üzerinde etkisiyoktur. R D 'nin azalması sadece V DS 'nin artmasına yol açmıştır.Çünkü,V DD =I D .R D + V DS +I D .R S eşitliğinde herşey aynıyken R D 'nin küçülmesi V DS 'ninbüyümesine neden olur.Deney devresindeki R D direncinin değeri l k, R S = 2,2 k yapıldığında,I D = 0,63 mA, V GS = -1,38 V, V DS = 18 V olarak ölçülmüştür.R S 'nin büyütülmesi V GS 'nin artmasına, I D 'nin ise azalmasına yol açmıştır.Sonuç olarak şekil 35-a'da verilen sıfır polarmalı, 20 V beslemeli devrede R D ve R Sdirençlerinin değeri değiştirilerek JFET'in çalışma noktasını kontrol altında tutmakmümkündür. R D 'nin değişmesi I D 'yi etkilememekle birlikte V DS gerilimini değiştirmektedir.R S 'nin değişmesi ise hem I D 'yi, hem de V DS 'yi etkilemektedir.Deney devresindeki R D direncinin değeri 2,2 k, R S = l k, V DD = 10 V yapıldığında, I D= 1,1 mA,V GS = -1,2 V, V DS = 6,4 V olarak ölçülmüştür.V GS 'de ve I D 'de önemli bir değişim olmamıştır.V DD 'nin değişmesi, devrenin çalışma noktasının değişmesine neden olmuştur. Budeğişim V DS 'nin değişmesinden kaynaklanmıştır.Deney 3: JFET’in AC açıdan incelenmesiTransistörde olduğu gibi JFET'e de üç biçimde giriş sinyali uygulanabilir. Bunlar, Sucu (kaynağı) ortak bağlama, D ucu (oluğu) ortak bağlama, G ucu (kapısı) ortak bağlamaşeklindedir.

a. S ucu ortak b. D ucu ortak c. G ucu ortakŞekii 37: JFET'in yükselteç olarak kullanılması durumunda yapılan bağlantı 'şekilleriYaygın olarak kullanılan devre S ucu ortak bağlantı olduğundan diğer bağlantılarınüzerinde ayrıntılı olarak durulmayacaktır.Şekil 37-a ve b'de verilen şemalarda R S direncine paralel olarak C S adlı dekuplajkondansatörü bağlanırsa AC özellikli sinyaller R S üzerinden değil C S üzerinden geçer. Busayede AC sinyallerin R S üzerinde gerilim düşümü oluşturarak yükseltecin kazancınındüşmesi önlenirŞekil 38: JFET'li, S ucu ortak yükselteç devresiŞekil 38'de verilen S ucu ortak yükselteç devresinin girişine genlik değeri tepedentepeye 0,5 V, frekansı 5 kHz olan, sinüsoidal biçimli bir sinyal uygulandığından çıkıştan girişegöre 180° faz farklı, genlik bakımından daha büyük V çıkış (t-t) =0,8 V) bir sinyal alınır.Bu değerlere göre yükselteç devresinin gerilim kazancı,VÇIKIŞIKt) 0,8A V 1,6olarak bulunur.V 0,5GRŞRŞ.t) Devredeki R D direnci 5,6 k yapıldığında yükseltecin çıkış gerilimi V çkş(t-t) = 2 Volmuştur. Bu değere göre devrenin gerilim kazancı.AVVVÇIKIŞIKt)GRŞRŞ.t) 2 4olur.0,5Devredeki R D direnci 2,2 k yapıldığında ve R s direncine paralel olarak 10 μF'lıkkondansatör bağlandığında yükseltecin çıkış gerilimi V çkş(t-t) = 3 V olmuştur. Bu değere göredevrenin gerilim kazancı,AVVVÇIKIŞIKt)GRŞRŞ.t) 3 6.olur0,5R S direncine paralel olarak 10 μF''lık kondansatör bağlandığında yükseltecin gerilimkazancı 1,6'dan 6'ya yükselmiştir.

D. MOSFET DeneyleriDeney 1: MOSFET’in DC açıdan çalışmasının incelenmesiG ucu kanal maddesinden yalıtılmış olan MOSFET'lerin çalışma ilkesi JFET'lere çokbenzer.Azaltan (depletion) kanallı MOSFET'lerde G ucuna uygulanan polarmanın değeri O voltkenD-S arasından belli değerde bir akım geçişi olur.Çoğaltan (enhancement) kanallı MOSFET'lerde G ucuna uygulanan polarmanındeğeri O voltken D-S arasından akım geçişi olmaz.Uygulamada tek ve çift kapılı MOSFET'ler kullanılmaktadır. Şekil 39'da çift kapılı,MOSFET'lerin sembolü verilmiştir.a. çoğaltan tip b. azaltan tip c. ayakların dizilişi lŞekil 39: Çift kapıl:, N kanallı MOSFET sembolleri ve iki kapılı MOSFET'in ayaklarının dizilişiÇift kapılı MOSFET'ler konverter, kanştincı (mikser) ve AGC (Automatic Gain Control,OKK, Otomatik Kazanç Kontrol) devrelerinde kullanılır.MOSFET'leri statik elektrik yüklerinin zararlarından korumak için şu önlemleralınmalıdır:Özel ambalajında muhafaza edilmelidir.Bacakları, devre dışındayken birbiriyle irtibatlı hâlde olmalıdır.MOSFET'e dokunulmadan önce beden topraklanarak vücutta birikmiş statik elektrikyükleri boşaltılmalıdır.MOSFET'e dokundurulacak her el takımı topraklı olmalıdır.Çift kapılı MOSFET'lerde kullanılmayan kapı varsa bu mutlaka doğrudan ya da l k'lıkdirenç üzerinden toprağa veyahutta kaynağa irtibatlandırılmalıdır.Çift kapılı MOSFET'lerin polarılması şekil 40-a-b'de verilen bağlantı yöntemlerindenbirisi kullanılarak gerçekleştirilir.Şekil 40: Çift kapılı, N kanallı, azaltan tip MOSFETin polarılma yöntemleriŞekil 40-a'da verilen azaltan kanallı, S ucu ortak MOSFET'li devreye 12 voltluk beslemegerilimi uygulandığında V DS = 8,3 V ölçül müştür.Devrede R s üzerinde oluşan gerilim G ucunu ters polarmaktadır.

R D direnci l k yapıldığında,I D akımı 1,555 mA ölçülmüştür. Artış oldukça az (0,01 mA)'dır. (îdeal MOSFET'teherhangi bir artış olmaz. Çünkü R D 'nin V GS gerilimi üzerinde etkisi yoktur.)V DS = 10,08 V olur. R D 'nin küçülmesi sonucu I D 'de önemli değişiklik olmayınca V RDgerilimi R D 'nin küçüldüğü oranda küçülür ve dolayısıyla fark D-S arasında görülür.R D direnci l kΏ yapıldığında,I D akımı 1,555 mA ölçülmüştür. Artış oldukça az (0,01 mA)'dır. (îdeal MOSFET'teherhangi bir artış olmaz. Çünkü R D 'nin V GS gerilimi üzerinde etkisi yoktur.)V DS = 10,08 V olur. R D 'nin küçülmesi sonucu I D 'de önemli değişiklik olmayınca V RDgerilimi R D 'nin küçüldüğü oranda küçülür ve dolayısıyla fark D-S arasında görülür.R D = 2,2 kΏ, R s = 100Ώ yapıldığında, I D = 2,57 mA ölçülmüştür. Çünkü R Sküçülünce V GS 'nin negatifliği azalır ve I D artar.Şekil 40-b'de verilen çift kapılı, azaltan kanallı, iki kapısı ayrı ayrı polarılan, S ucuortak MOSFET'li devreye 12 voltluk besleme gerilimi uygulandığında,I D = 2,7 mA,V DS = 6,5V,V G2S =3,73V,V G1S =0,6 V ölçülmüştür.Bu sonuçlara göre G 2 -S arası düz. G 1 -S arası ters polarlanmıştır.R G2 direnci 100 k yapılarak G 2 -S arasındaki pozitif polarma azaltıldığında, I D = 2,78mA olarak ölçülmüştür.R G2 direnci 270 k, R S = 100 yapılarak I D akımı ölçüldüğünde 4,27 mA olarakölçülmüştür. Artışa G 1 -S arasındaki ters polarmanın azalması yol açmıştır.Deney 2: MOSFET'in AC açıdan çalışmasının incelenmesiÇift kapılı MOSFET'in kapılarından birine AC giriş sinyali uygulanır. Diğerine ise DCpolarma yapılır.Şekil 41'de verilen devrenin AC gerilim kazancı R D ile doğru, R S ile (C S yoksa) tersorantılıdır. Ayrıca g m (transkondüktans) değerinin de gerilim kazancı üzerinde etkisi vardır.Şekil 41: Çift kapılı, N kanallı, azaltan tip MOSFETli, S ucu ortak yükselteç devresiDevrenin elemanlarının değerlerine göre gerilim kazancı değerleri aşağıdaki çizelgedeverilmiştir.

R D (k) R S (k) C S (μF) Av2,2 1 47 171 1 47 7,52,2 0,5 47 242,2 0,5 - 3,62,2 1 - 1,8Çizelge : Çift kapılı, N kanallı, azaltan tipMOSFET’li S ucu ortak yükselteç devresiÇizelgede görüldüğü gibi R D 'nin artırılması gerilim kazancının artmasına nedenolmaktadır.C S kondansatörü kullanılmadığı zaman yükseltecin kazancı düşmektedir.Şekil 41'de verilen devrenin girişine uygulanan sinyalin frekansı l kHz ile 3000 kHzarasında değiştirilse bile çıkış geriliminin değeri pek değişme göstermez. İşte bu özelliksayesinde MOSFET'ler kararlı çalışma istenen RF (radyo frekans) yükselteç devrelerinde tercih, edilir.Değerlendirme Soruları:1- Transistor (BJT) nedir? Açıklayınız.2- "Akım kontrollü" ve "gerilim kontrollü" eleman kavramlarını açıklayınız.3- JFET nedir? Yazınız.4- JFET'in beş özelliğini yazınız.5- N kanal JFET'in çalışmasını şekil çizerek anlatınız.6- N kanal JFET'in G ucuna uygulanan negatif polarma geriliminin değeri 0 V'tan itibarenartırıldığında D-S arasından geçen akım neden azalır? Açıklayınız.7- JFET'in G ucuna O V uygulandığında D-S uçlan arasından niçin en yüksek değerde bir I DSS akımıakar? Açıklayınız.8- JFET'in G ucuna uygulanan ters polariteli V GS geriliminin değeri belli bir seviyeyeulaştığında I D akımı O A değerine inmektedir. Bunun nedenini açıklayınız.9. JFET'in D-S uçları arasına uygulanan gerilim elemanın katalog değerlerinin üzerinde birseviyeye çıkarılırsa ne olur? Açıklayınız.10. JFET'in V p gerilimi -2 V, I DSS akımı 5 mA'dir. a. V GS gerilimi O V'ken I D akımnı, b. V GS gerilimi-2 V'ken I Dakımım hesaplayınız.11. MOSFET nedir? Tanımlayınız.12. Azaltan kanallı MOSFET'in çalışmasını şekil çizerek açıklayınız.13. Çoğaltan kanallı MOSFET'in çalışmasını şekil çizerek açıklayınız.14. JFET ve MOSFET'lerde sabit polarma, sıfır polarma ve gerilim bölücü dirençli polarma nedir? Basitşekiller çizerek anlatınız.15. MOSFET'lerin kullanılmasında dikkat edilmesi gereken hususlardan üçünü yazınız.