HAFTA 12 FETLER

 

FET (Field Effect Transistor) Hakkında Geniş Ders Notu

1. Giriş

FET (Field Effect Transistor), akım kontrolü kapı (gate) terminali ile gerçekleştirilen bir yarı iletken cihazdır. FET'ler genelde düşük güç tüketimi, yüksek giriş empedansı ve düşük gürültü avantajları nedeniyle yaygın olarak tercih edilir.

2. FET'in Temel Yapısı ve Çalışma Prensibi

• Yapı:

  • FET'ler genellikle üç terminalden oluşur:
    • Gate (G): Kontrol sinyalinin uygulandığı terminal.
    • Drain (D): Çıkış terminali.
    • Source (S): Akımın başladığı terminal.
  • Yarı iletken kanallar N-tipi veya P-tipi olabilir.

• Çalışma Prensibi:

FET, bir elektrik alan kullanarak akım taşıyan kanalın genişliğini değiştirir. Gate terminaline uygulanan gerilim, kanalın direncini kontrol eder ve bu da Drain-Source arasındaki akımı düzenler.

3. FET Çeşitleri

FET'ler, yapılarına ve çalışma prensiplerine göre iki ana gruba ayrılır:

a. Junction Field Effect Transistor (JFET)

• Yapısı:
  • Kanaldan akım geçişini kontrol etmek için bir PN bağlantı kullanılır.
  • N-kanal JFET: Kanal N-tipi yarı iletkenden oluşur.
  • P-kanal JFET: Kanal P-tipi yarı iletkenden oluşur.
• Çalışma Prensibi:
  • Gate terminaline uygulanan ters polaritedeki gerilim, kanalın genişliğini azaltarak akımı sınırlar.
• Özellikler:
  • Yüksek giriş empedansı.
  • Düşük güç tüketimi.

b. Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET)

• Yapısı:
  • Gate terminali yarı iletkene bir yalıtkan (genelde silikon dioksit) ile bağlanmıştır.
  • MOSFET'ler iki türdedir:
    • Enhancement Mode: Akım, yalnızca Gate gerilimi pozitif olduğunda akar.
    • Depletion Mode: Akım, Gate gerilimi sıfır olduğunda bile akar.
• Özellikler:
  • Yüksek hızlı anahtarlama kapasitesi.
  • Daha düşük iletim kayıpları.

4. FET’in Avantaj ve Dezavantajları

• Avantajları:
  • Yüksek giriş empedansı.
  • Düşük güç tüketimi.
  • Düşük gürültü seviyeleri.
  • Hızlı anahtarlama.
• Dezavantajları:
  • Kolay statik elektrik hasarı (özellikle MOSFET'ler).
  • JFET'lerde küçük giriş gerilim aralığı.

5. FET’in Kullanım Alanları

• Anahtarlama Devreleri:
  • Düşük ve yüksek güçlü anahtarlama devrelerinde kullanılır.
• Güç Elektroniği:
  • MOSFET'ler, invertörler ve dönüştürücülerde yaygın kullanılır.
• Analog Devreler:
  • Amplifikatörlerde düşük gürültü ve yüksek empedans gerektiren devrelerde tercih edilir.
• RF Devreleri:
  • JFET'ler, radyo frekansı uygulamalarında yüksek doğruluk sağlar.

6. MOSFET ve JFET Karşılaştırması

Özellik	JFET	MOSFET
Giriş Empedansı	Orta	Yüksek
Çalışma Güvenilirliği	Daha dayanıklı	Statik elektriğe hassas
Güç Tüketimi	Düşük	Düşük
Hız	Orta	Yüksek
Kullanım Alanı	Analog devreler	Güç ve dijital devreler

7. FET’lerin Karakteristik Eğrileri

• JFET Karakteristik Eğrileri:
  • Çıkış karakteristiği: Drain-Source akımı (Id), Drain-Source gerilimi (Vds) ile ilişkilidir.
  • Transfer karakteristiği: Id, Gate-Source gerilimi (Vgs) ile kontrol edilir.
• MOSFET Karakteristik Eğrileri:
  • Enhancement ve Depletion modları için farklılık gösterir.
  • Çıkış ve transfer karakteristikleri genelde güç uygulamalarına bağlıdır.

8. FET Modelleme ve Simülasyon

• Eşdeğer Devre:
  • FET’ler, devre simülasyonlarında giriş empedansı ve kapasitans gibi parametrelerle modellenir.
• SPICE Simülasyonu:
  • FET'lerin simülasyonu için SPICE modelleri kullanılır. MOSFET için “Level” parametreleri belirleyicidir.

9. Pratikte FET Seçimi

• Düşük Güç Uygulamaları: JFET'ler.
• Yüksek Güç ve Anahtarlama Uygulamaları: MOSFET'ler.
• Yüksek Frekans: Düşük geçiş kayıpları nedeniyle MOSFET'ler tercih edilir.

10. FET ile İlgili Örnek Uygulamalar

1. MOSFET Tabanlı Anahtar Devresi:
   • Bir LED'i kontrol etmek için MOSFET kullanımı.
2. JFET ile Voltaj Takipçi Devresi:
   • Yüksek giriş empedanslı bir sinyal kuvvetlendirici.

11. FET’in Geleceği

• Yarı iletken teknolojilerindeki gelişmeler, FET'lerin daha yüksek hız, daha düşük güç tüketimi ve küçük boyutlarda üretilmesini sağlamaktadır.
• GaN ve SiC MOSFET'ler: Yüksek verimlilik için yeni nesil malzemeler.