JFET Transistörler

Advertisement

  • Twitter
  • Facebook
  • Google+
  • Pinterest
  • Linkedin

Alan Etkili Transistör (Field Effect Ttransistor), 3 uçlu bir grup yarı iletken devre elemanının genel adıdır. Bu gruptaki transistörler kendi aralarında birtakım kategorilere ayrılır ve isimlendirilir. Şekil 2.1’de alan etkili transistör çeşitleri görülmektedir.

JFET21
Şekil 2.1: Alan ekili tansistörlerin (FET) çeşitleri

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 sağlanır. FET’lerin yapımı basit ve ekonomik olduğundan dolayı oldukça çok kullanım alanı bulmuştur. JFET’lerin bipolar transistörlere göre önemli farklılıkları vardır. Bu konu daha sonra ayrıntılı anlatılacaktır.

JFET Yapısı ve Çalışması

JFET’ler; N kanallı ve P kanallı olmak üzere iki tipte üretilir. JFET’in fiziksel yapısı ve elektriksel sembolü şekil 2.2’de gösterilmiştir. JFET üç uca sahiptir. Uçlarına işlevlerinden ötürü; Geyt (Gate), Sörs (Source), Dreyn (Drain) isimleri verilmiştir. JFET sembolünde, gate ucunda bulunan okun yönü kanal tipini ifade eder. Ok yönü içeri doğru ise N kanal JFET, ok yönü dışarıya doğru ise P kanal JFET olduğu anlaşılır. Bu durum şekil 2.2.a ve b’de gösterilmiştir.

 

JFET1
Şekil 2.2: N kanallı ve P kanallı JFET’in yapısı ve sembolü

N kanallı JFET ile P kanallı JFET’in çalışma prensibi aynıdır. Tek fark akım yönleri ile polarma gerilimlerinin ters olmasıdır. Bu yüzden biz burada sadece N kanallı FET’in çalışma prensibini inceleyeceğiz. JFET’e polarma gerilimleri uygulandığında meydana gelen akım ve gerilimler şekil 2.3 üzerinde gösterilmiştir. Drain-source arasına uygulanan besleme gerilimi, drain ucu ile şase arasına bağlanır. Bu gerilim, drain devresindeki besleme gerilimi olarak tanımlanır ve VDD ile sembolize edilir. VDD gerilimi, n kanal içerisindeki elektronların hareket etmesini sağlar. Bu elektronlar, source’den drain’e oradan da VDD kaynağının pozitif kutbuna gider. VDD kaynağının içinden source’e geri döner. Source ve drain üzerinden geçen bu akıma “drain akımı” denir ve “ID” ile sembolize edilir.

 

JFET12
Şekil 2.3: JFET’in çalışması

JFET’in gate terminali kontrol ucudur. JFET’in iletkenliğini kontrol eder. Önce gate terminali kullanmadan JFET’in çalışmasını analiz edelim. Bu amaçla şekil 2.4’ten yararlanacağız. Şekil 2.4’te verilen devrede, VGG gerilimi 0V (şase) yapılırsa ve VDD besleme kaynağı da 0V’dan başlayarak yükseltilirse kanal içerisinden geçen akım miktarı da artar. Ancak n tipi kanalın jonksiyon direnci maksimum akım değerini sınırlar. VDD daha fazla artırıldığında JFET’de bir ters polarma bölgesi oluşur. 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.

 

JFET2
Şekil 2.4: JFET’in çalışması

VDD kaynağının daha fazla artırılması sonucu kanalın tamamen daraldığı (kanal direncinin maksimuma yükseldiği) bir duruma erişilir. Bu değerden sonra daha fazla akım akışı meydana gelmez. Kısaca kanal akımında artış artık mümkün olmaz. Çünkü kanal kapanma moduna girmiş ve drain akımı doyuma ulaşmıştır. Bu durum şekil 2.4.b’de gösterilmiştir. Sonuçta, kanal direncinden dolayı drain-source arasında bir gerilim düşümü meydana gelir. Bu gerilim, VDS gerilimi olarak adlandırılır. Görüldüğü gibi, VDD artarken drain ve source uçlarında VDS gerilim düşümü meydana gelir. Bu gerilim düşümüne ise ID akımı sebep olur. Şekil 2.5’te görüldüğü gibi VP noktasında, VDS artarken ID sabit bir değerde kalır. ID maksimum değerine ulaşmıştır. IDmax değerine ise IDSS denir. IDSS kanalın doyum akımıdır. Bu anda yani IDSS akımı, VP değerine ulaştığında gate-source arası gerilim de sıfırdır (VGS=0V). IDSS değeri, elemanın yapısına göre belli bir değerde bulunur. Bu değer imalatçılar tarafından verilir veya ölçülebilir.

JFET211
Şekil 2.5: Kanal akımının neden olduğu daralmanın grafiği

JFET’in BJT’ye Göre Üstünlükleri Avantajları:

  •  JFET’in giriş empedansı çok yüksektir. (BJT’de 2 KΩ iken FET’lerde yaklaşık 100 M Ω)
  •  Anahtar olarak kullanıldığında, sapma gerilimi yoktur.
  •  JFET’in gürültü seviyesi bipolar transistörlere nazaran azdır. Bu nedenle FET, alçak ve yüksek frekanslarda kullanılabilir. JFET, iyi bir sinyal kırpıcı olarak çalışır.
  •  JFET’in sıcaklık kararlılığı daha iyidir. Sıcaklık değişimlerinden pek etkilenmez.
  •  JFET’in radyasyon etkisi yoktur ve radyasyondan az etkilenir.
  •  BJT’lere göre daha küçüktür. Bu nedenle entegrelerde daha fazla kullanılır.

Dezavantajı:

  •  JFET’in BJT’ye göre sakıncası; bant genişliklerinin dar olması ve çabuk hasar görebilmesidir.

JFET’in Karakteristikleri

JFET’lerde; gate ucu, kanal bölgesini (azalma bölgesi) kontrol etmek için kullanılır. Örneğin; n kanallı bir JFET’te, gate ile source arasına uygulanan negatif polariteli bir gerilim, gerilim azalma bölgesini büyültür. Bu durum, kanal akımının daha düşük değerlerinde kanalın kapanmasına sebep olur. Eğer; VGS gerilimi artırılırsa (n kanal için daha negatif yapılırsa) kanalın azalma bölgesi daha da büyür. Neticede drain akımı şekil 2.6.a ve b’de gösterildiği gibi daha düşük akım seviyelerinde doyuma ulaşır. Şekil 2.6. a ve b’de n ve p kanal JFET’ler için VDS-ID grafiği çizilmiştir. Karakteristikte sabit VGS geriliminin çeşitli değerlerinde ID ve VDS değerleri gösterilmiştir. Örnek eğriler; VGS=0V, -1V ve -2V için çizilmiştir.

JFET2112
Şekil 2.6: N ve P kanallı JFET’in drain karakteristikleri

Sonuç olarak, n kanal bir JFET’de gate-source arasına uygulanan ters polarma büyürken, kanal akımı azalır. Gate-source arasına uygulanan ters polarma gerilimi yeterli büyüklüğe ulaşırsa kanal tamamen kapanabilir ve ID akımı sıfıra düşebilir. Kanalın tamamen kapanıp akım geçirmemesine neden olan ters gerilim değerine “gate-source daralma gerilimi (pinch-off)” adı verilir: Bu değer “VP” ile ifade edilir. Yukarıdaki şekiller ve grafik iyi incelendiğinde VDS’nin küçük değeri için, ID akımının lineer olarak arttığı görülür (şekil 2.6). VDS gerilimi artarken, kanalın daraldığı görülür. FET’in bir diğer önemli karakteristiği ise, “Transfer Karakteristiği” olarak adlandırılır. Transfer karakteristiği eğrisi; sabit bir drain-source (VDS) geriliminde, gatesource (VGS) geriliminin fonksiyonu olarak elde edilen drain akımının (ID) eğrisini gösterir. Transfer karakteristiği şekil 2.7.a ve b’de gösterildiği gibi elemanın iki önemli parametresi olan VP ve IDSS değerlerini verir. Transfer karakteristiği eğrisi matematiksel olarak;

JFET2112f

eşitliği ile ifade edilir. Bu eşitlik veya bu eşitlikten çizilen transfer karakteristiği VP ve IDSS değerlerine bağlıdır ve JFET’in çalışmasını oldukça iyi tanımlar. VP değeri, n kanallı JFET’ler için negatif, p kanallı FET’ler için pozitif bir değerdir. Transfer karakteristiği eşitliği ile, şekil 2.7’deki transfer karakteristiği karşılaştırılırsa; VGS=0 olduğunda, eşitliğin ID=IDSS durumunu sağladığı ve eğrinin dikey eksen ID’yi, IDSS değerinde kestiği görülür.

 

Diğer taraftan ID=0 için, eşitlik VGS=VP durumunu sağlar. IDSS ve VP değerleri imalatçı kataloglarında verilir. Bu değerlerden yararlanılarak transfer karakteristiği çizilebilir. Transfer karakteristiği eğrisinden ve değerlerden faydalanarak ID değerleri de hesaplanabilir.

JFET21122
Şekil 2.7: N ve P kanallı JFET’in transfer karakteristikleri

 

JFET’in çalışması grafiksel olarak şekil 2.8’deki drain çıkış karakteristiği yardımı ile görülebilir. IDSS değeri, VGS=0 durumunda elde edilen akım seviyelerinin meydana getirdiği eğriden okunur. VP değeri ise açık bir şekilde görülmez. Ancak VP değeri en alttaki VGS eğrisinin değerinden biraz daha büyüktür. Karakteristikteki kesik çizgi, doyum akımının aktığı noktalardan geçmektedir. Buna göre, kesik çizgi VDS=VP-VGS durumunu göstermektedir. Bu çizgi genellikle drain karakteristiğinin bir parçası değildir, ama eğrinin yatay eksene (VDS) değdiği noktanın değerini verir.

JFET21122c
Şekil 2.8: JFET’in drain karakteristiği

Karakteristikten görüldüğü gibi aktif bölgede ID akımı sabittir. Ancak belli bir VDS değerinden sonra JFET bozulur, drain akımının artışı JFET tarafından artık sınırlanamaz. Ancak JFET devresine bir harici eleman bağlanarak JFET korunur. JFET’in bozulma gerilimi değeri BVGDS olarak işaretlenmiştir. BVGDS değeri, küçük gate-source polarma gerilimleri için daha büyüktür. Üretici firmalar tek bir VGS değeri için genellikle 0V, BVGDS değerini kataloglarında belirtir. JFET’in drain karakteristiğinde kesik çizgi ile belirtilen bölge ile, bozulma eğrileri arasında kalan bölge JFET için aktif çalışma bölgesidir. JFET’ler sinyal yükseltmek amacı ile kullanıldıklarında aktif bölgede çalıştırılır. Aktif bölgede çalışma ise büyük ölçüde dc polarma gerilimleri ile sağlanır. JFET’ler sayısal devrelerde ve anahtarlama devrelerinde de çok sık kullanılır. Bu tip çalışmada JFET’lerin Kesim veya doyum bölgelerinde çalışmalarından faydalanılır ve bu bölgelerde çalıştırılır.

Leave a Reply

Your email address will not be published.
Required fields are marked *