Alan Etkili Transistör (FET)
FET transistörlerin kullanılması için ilk öneriler 1955 li
yıllara dayanmaktadır. Fakat o zaman ki üretim teknolojileri
bilim adamlarının kafalarında oluşanları üretime yansıtacak
kadar
yeterli değildi. Bu nedenle FET transistörlerin
yapımları ve
kullanımları daha sonralara kaldı.
FET transistörler iki farklı
ana grupta üretilmektedir.
Bunlardan birincisi JFET (Junction
Field Effect Transistör)
yada kısaca bilinene adı ile FET,
ikincisi ise MOSFET (
Metal Oxcide Silicon Field Effect Transistör)
yada daha
az bilinen adı ile IGFET (Isolated Gate Field Effect
Transistör).
Transistör yada BJT Transistör iki taşıyıcı grubu ile
çalışmakta idi. Örneğin NPN bir transitörün emitöründen
giren elektronlar emitör içinde çoğunluk taşıcısı olmaktadır.
Sonra P tipi beyz içinden geçerken azınlık taşıyıcısı olmakta,
en
son N tipi kollektörden geçerken tekrar çoğunluk
taşıyıcısı
olmaktadır.
FET içinde ise elektronlar sadece N tipi yada P tipi madde
içinden geçmektedir. Sadece çoğunluk taşıyıcıları ile
çalışmaktadır. Bu nedenle yapısal farklılığı vardır.
Ayrıca en
önemli kullanım özelliklerinden biride giriş
dirençleri çok
yüksektir. Bu nedenle bağlandıkları devreleri
yüklemezler.
Az gürültü ürettikleri için giriş devreleri için tercih
edilirler.
İki tip FET i ayrı ayrı inceleyelim.
JFET:
Anlatımlarımda sadece N kanal JFET i kullanacağım.
P kanal
JFET, N kanal JFET in çalışması ile aynı olup
beslemelerin
polariteleri ile N ve P maddelerin yerleri
değişmektedir.
Ortadaki N maddesinin bir ucu D (drain – akaç) diğer ucu
ise
S (source – kaynak) olarak adlandırılır. Ortadaki bu
parça aynı
zamanda kanal – channel olarak adlandırılır.
Kanalın alt üst
kısımlarındaki P tipi parçalar birleştirilmiş
olup G (gate –
kapı) olarak adlandırılır.
Yukarıdaki şekle bakarsanız. VDD kaynağının negatif
ucu
source ucuna, pozitif ucu drain ucuna bağlanmıştır. Bu
nedenle akacak olan ID akımı drain den source ye doğrudur.
VGG kaynağının eksi ucu P maddesinden yapılmış olan
gate ye, artı ucu ise source ye bağlanmıştır. Yani gate ve
kanal ters polarmalanmıştır. Bu sebepten gate akımı
IG =0 olacaktır.
Şimdi VGG voltajının 0V olduğunu düşünelim. O zaman
VDD voltajının oluşturduğu akım ID, drainden
source ye
doğru ve maksimum olarak akacaktır. ID
akımını sınırlayan
sadece kanalın kesitidir. Bu kesit yada hacim de
kadar
büyük olursa ID akımı da o kadar büyük olarak
akacaktır.
Şimdi VGG voltajını biraz pozitif olarak arttıralım. O
zaman
P maddesinden yapılmış gate ile N maddesinden
yapılmış
olan kanal ters polarmalanacaktır. P maddesindeki
boşluklar
VGG kaynağından gelen elektronlarla doldurularak
gate
etrafında (p maddesi etrafında) bir yayılma alanı
yaratacaktır.
Gate ile source arasında sadece VGG voltaj kaynağı olduğu
için gate – source arasında sadece VGG nin yaratığı ters
polarizasyon, gate ile drain arasında VGG + VDD
kaynağı
olduğu için source - drain arasındaki ters
polarizayson
VGG + VDD kadar olacaktır. Bu
sebepten yayılmanın
profili source trafında daha az, drain
tarafında daha fazla
olacaktır. Bu yayılma kanalı daralttığı
için ID akımı
azalacaktır. VGG voltajını
daha da arttırırsak alan iyice
yayılarak bütün kanalı kapatır ve
ID akımı sıfır olur. ID
akımını sıfır yapan
VGG voltajına Pinchoff voltajı Vp denir.
Yukarıdaki şekilde VGS voltajını Vp voltajının biraz
altında
sabit tutalım. VDS voltajını sıfırdan
itibaren yavaşça arttıralım.
Bu durumda kanal bir miktar açık olduğu
için ID akımı
sıfırdan itibaren biraz yükselecektir.
VDS voltajını
arttırdığımızda ID akımı da
doğrusal olarak artacaktır. Bu
durum yani ID akımının
doğrusal olarak artması VDS
voltajının, VGS ile
Vp nin farkına eşit olduğu
(VDS = VGS –
Vp) değere kadar devam eder. VD voltajı
daha da
arttırılırsa (VDS >= VGS – Vp) kanal
genişliği
VDS voltajına bağlı olarak ve aynı oranda
daralır. Yada bu
kritik değerden sonra kanal direnci
VDS voltajı ile aynı
oranda artar. Sonuçta
VDS voltajı bu kritik değerden sonra
ne kadar arttırılırsa
arttırılsın ID akımı sabit kalır ve ID akımı
VGS voltajı ile kontrol edilir.
Eğer VGS voltajını sıfır yaparsak, VDS voltajı Vp
değerine
kadar yükseltilirse kanal genişliği minimum değerine
ulaşır.
Bu durumdaki ID akımına doyum akımı yada
IDSS akımı
denir. IDSS ile ID
akımı arasındaki bağıntı:
ID= IDSS (1 – (VGS / Vp)2 )
Bu durum biraz karıştı. Basit bir özet yapalım.
Buradaki birinci bölge SABİT DİRENÇ bölgesi olarak
tanımlanır. Bu bölgede VDS değeri küçüktür. Bu
çalışma
durumunda KANAL DİRENCİ gate ye uygulanan TERS
BAYAS voltajı ile kontrol edilir. Bu uygulamalarda JFET
Voltaj Kontrollü Direnç olarak çalışır.
İkinci bölge SABİT AKIM bölgesi olarak tanımlanır. Bu
bölgede
VDS değeri büyüktür. ID akımı gate voltajına bağlı
olarak değişir, VDS değerinden bağımsızdır.
Sabit akım
bölgesi BJT transistörün CE bağlantısına benzer.
Aralarında tek fark
vardır. BJT Transistörde IC akımı IB
AKIMININ
fonksiyonudur. JFET Transistörde ID akımı gate
ye uygulanan
VOLTAJIN fonsiyonudur.
JFET in ID akımını veren formül;
ID= IDSS (1 – (VGS / Vp)2 )
Olarak vermiştim. Bu formülün sabit akım bölgesi için
çizimine JFET TRANSFER KARAKTERİSTİĞİ denir.
Aşağıdaki şekil
buna bir örnektir.
Bu örnekte IDSS akımı 5mA, Vp voltajı –4V olarak
çizilmiştir.
Şekildeki transfer eğrisi görüldüğü gibi doğrusal
DEĞİLDİR.
Bu nedenle, örneğin VGS giriş voltajı –3V dan –2V
a
getirildiğinde ID akımı yaklaşı 1mA değişir.
Fakat
VGS giriş voltajı –2V dan –1v a getirildiğine
ID akımındaki
değişiklik 2mA olacaktır.
Önümüzdeki ay JFET için bayaslama örnekleri üzerinde
duracağız.
Görüşmek üzere..