5.bölüm

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Tranzistör
2.4.4. Diyot Olarak Tranzistör
iki ekleme sahip olmasına
rağmen, diyot olarak kullanılabilir.
Tranzistörün iki kapısı kısa devre
edilerek
veya
tümdevre
(ICs)
üretimindeki tasarım sırasında dışarıya
sadece iki uç çıkartılarak diyot gibi
kullanılır.
 Tranzistör
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Tranzistör ve Darlington
2.4.5. Darlington Tipi Güç Tranzistörleri
tranzistörlerinde, baz ucundan yapılan
sürme işlemi sırasında, büyük kolektör
akımlarında büyük baz akımları gerektirir.
Örneğin 100A'lik kolektör akımına sahip bir güç
tranzistöründe 10A'lık bir baz akımı gerekir. Bu
amaçla, bir tranzistör, diğer bir tranzistörü iletime
sürecek şekilde bağlanıp ortak kolektör beslemesi
şeklinde akım kazancı arttırılarak darlington
bağlantı oluşturulur.
 Güç
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Tranzistör ve Darlington
Vdent.
R(doy)
Sürücü Tr
D
Rb2
(gerekli ise)
+
Rb1
Rb1
Anahtar T r
Rb2
VCC
D
AnahtarT r
Sürücü T r
R(doy)
DGeç.Dur
RY
(a)
Vdent.
RY
Rb2
Rb1
D
Anahtar T r
+
VCC
Sürücü T r
Vdent.
Re1
+
VCC
RY
(c)
Şekil 3.49 Tranzistörlerin darlington bağlama şekilleri
(b)
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Tranzistör ve Darlington
+12V
Sürülecek
Darlington
Tr1
40 mF
R4
R1
D1
R2
D2
Tr4
T r5
2,2mF
47
Tr2
R3 =100
R3
C3 0,1F
8
47
D
R5
11
14
4
5
10
CB
6
R10
R11
D3
L1
47
Tr3
16
7
10K
10
R6
15 CA
R4 =435mF
C1 =10F
9
1,5K
R9
8
0,1
C2
Şekil 3.50 Darlington bağlı tranzistör ve sürücü prensip devresi
R8
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Alan Etkili Tranzistörler
 2.5 ALAN

ETKİLİ TRANZİSTÖRLER
FET:Field Effect Transistor
uçlu bir eleman olup geniş bir uygulama alanı
vardır. MOSFET ve JFET olmak üzere iki özel
yapı şekli tranzistör tipi bulunmaktadır. FET'ler
tümdevre yongası üzerinde, normal iki kutuplu
tranzistörlerden daha az yer kaplarlar. Örneğin
100.000 MOSFET,
tek bir yonga üzerinde
 Üç
oluşturulabilir.
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Alan Etkili Tranzistörler
n+
p+
G
G
S
S
p tipi kanal
n tipi kanal
D
D
Tranzistör
tutucusu
(Sıkıştırma yayı)
n+
p+
(c)
(a)
D
D
IG
ID
IG
+
VDS
-
ID
+
VDS
-
G +
VGS
-
G +
VGS
-
IS
S
IS
S
(b)
(d)
Soğutucu
profil
Şekil 2.52.(a)n kanal JFET yapısı ve (b)sembolü, (c)p kanal JFET yapısı ve (d)sembolü
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Alan Etkili Tranzistörler
 Alan
etkili tranzistörler FET ve JFET
olarak iki guruptur.
ID
mA
O mik (veya
doyumsuz) bölge
Sabit akım
(veya doyma)
bölgesi
6
VGS=0,2V
5
0
-0,5
4
D
IG
VG G
G +
ID
+
VDS
-
VG S
- S
+
(a)
IS
VG G
+
Devrilme
bölgesi
3
-1,0
2
-1,5
-2,0
-2,5
1
-3,0
0
10
20
30
(b)
Şekil 2.53.(a)2N4869 n-kanal JFET devresi, (b)çıkış özeğrileri.
40
50
VDS V
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Tranzistör ve Mosfet
 2.5.2.
Alan
Güç MOSFET'leri (Power MOSFETs)
etkili tranzistörlerin, güç
devrelerinde kullanılan tipidir. Son
yıllarda gelişen teknoloji ile MOSFET
(Metal Oxide Semiconductor Field
Effect Transistor) ler 500V ve 30 A
sınırında çalışabilecek özelliklerde
üretilmektedirler.
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Tranzistör ve Mosfet
D
+
D
G
B
S
G
VDS
+
VGS S
D
G
B
D
G
S
Şekil 2.59 MOSFET sembolleri (arttırılmış ve eksiltilmiş tip)
S
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Tranzistör ve Mosfet
Güç
tranzistörlerinden
daha düşük güçte
kumanda sinyalleri ile
denetlenebilirler.
S
G
Yüksek
frekanslarda
kullanılabilirler. (özellikle
1-10GHz arasında)
(b) D
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Tranzistör ve Mosfet
D
D
S
G
Al
Metal
G
------
n
S
n
p
(b)
SiO 2
n
+
n
p
(a)
D
+
p
Si
(c)
Metal
G
+++++++
+++++++
n
Şekil 2.55.(a)Arttırılmış modda çalışan n-kanal MOS yapısı,
(b)n-kanal kesiti, (c)p-kanal kesiti.
S
p
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Tranzistör ve Mosfet
D
D
S
G
Al
Metal
G
------
n
S
n
p
(b)
SiO 2
n
+
n
p
(a)
D
+
p
Si
(c)
Metal
G
+++++++
+++++++
n
Şekil 2.55.(a)Arttırılmış modda çalışan n-kanal MOS yapısı,
(b)n-kanal kesiti, (c)p-kanal kesiti.
S
p
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Tranzistör ve Mosfet

Kapıdaki metal alan ile n veya p
yarıiletken
bölge arası,
dielektrik
(elektriksel yalıtkan) oksit tabakası ile
yalıtımlı bir paralel kondansatör özelliği
gösterir. Dolayısıyla bu tip FET'lerin
kapıları yalıtılmış olur ve bu FET'ler
IGFET (Insulated Gate FET) olarak da
tanımlanır.
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Tranzistör ve Mosfet
 2.5.3.VMOS
veya GüçFET'leri
taşıyıcılar, sorce'den drain'e
yatay olarak akarlar. Modern üretim
teknolojileri ile, MOS'larda yüksek giriş
empedansı ve yüksek anahtarlama hızları elde
edilmektedir. Böyle MOSFET'lere, yüksek
yayılımlı MOS veya VMOS (Vertical MOS)
denir. Üretim özelliklerinden dolayı, akım
dikey olarak, elektronların akış yönünün ters
yönünde akar.
 MOSFET'lerde
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Tranzistör ve Mosfet
+5V
R1 =270
+5V
IC1
4N35
Denetim
TTL gir.
R2
4.7k 4
3
5
8 Vcc
Reset
IC
555
Çık.
Dentl.
GND
C1
1
R3
7
220
+V
C4
R4
+
100
R6
6
2
D1
C3 +
1N914
D2
RY
4.7k
Tr1
C2
0.047F
2N3904
0.01F
C3 , C4 =10 F, 16 V
Şekil 2.63 Pratik MOSFET sürücü devresi
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Tranzistör ve Mosfet
 2.6
2.6. TEK EKLEMLİ TRANZİSTÖRLER
(UJT :Uni Junction Transistor)
 2.6.1.
 Üç
Standart UJT
uçlu bir eleman olan UJT, bir tranzistör
gibi davranır. Genel olarak, uygulamalarda bir
osilatör devresi olarak kullanılır. Bazen de
akım veya gerilim algılayıcısı görevi görür.
UJT'ler geniş oranda tristör tetikleme elemanı
olarak kullanılırlar.
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Tranzistör ve Mosfet
b2
b2
e
b2
b2
Rb2
Rb2
e
e
e
Rb1
Rb1
b1
b1
b1
b1
(c)
(b)
(a)
p n
(d)
S
R2
220
50K
+
E
10V -
vc
6,3V
R3
b2
e
b1
t
0
t
+
R1 vo
100
C
+vo
(e)
Şekil 2.64.(a)UJT sembolü, (b)diyot eşdeğeri, (c)anahtar eşdeğeri
(d)p-n eklem yapısı, (e)UJT'li bir uygulama (tetikleme) devresi.
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Tranzistör ve UJT
2.6.2.CUJT
(Complementary UJT)
çalışma gerilimi düşük, daha
kararlı bir UJT'dir. Standart UJT ile
aynı öz değerlere sahiptir. Aralarındaki
fark, standart UJT'ye göre uygulanan
gerilimin ters kutuplu olmasıdır.
Sürekli
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Tranzistör ve IGBT
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors)
MOSFET’lere benzer bir yarıiletken
yapısı
olan
yalıtımlı
kapılı
tranzistörlerdir. MOSFET’ten en önemli
farkı, drain ucunu p+ tabakası oluşturur.
IGBT’ler, iki kutuplu tranzistörlerden
farklı olarak denetim parametreleri;
giriş akımı yerine, giriş ve gate-source
gerilimleridir.
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Tranzistör ve IGBT
iD
VG S nin azalma
Yönü
iD
V Drain
VG S4
D
Kollektör
VG S3
Gate1
Gate
VG S2
G
G
C
Emmiter E
0
VG S1
VRM
VG S(th)
(b)
0
VDSS
vG S
Source S
(d)
(c)
vDS
(a)
C (2)
C (2)
D (1)
C
D (1)
S
n+
G
SiO2
n+
p
e3
e2
e1
G
n-
n+
p+
L (3)
L (3)
(e)
E
(f)
(g)
(h)
D
Şekil 2.57 IGBT için (a)akım-gerilim çıkış ve (b)aktarım özeğrisi, (c),(d), (e), (f) ve
(g) n kanal gösterim sembolleri, (h)yarı iletken yapısı
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Tranzistör ve IGBT
Drain
D
Drain
+
Re Ve1
D
Re
-
- Ve +
+
ID Rkanal
-
G
Source
(a)
G
Rk
S
Source
S
(b)
Şekil 2.58 IGBT için (a)normal çalışmada eşdeğer devre
(b)tam veya tristör eşdeğer devresi
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Tranzistör ve IGBT
 IGBT’lerin Tipik
bazı parametreleri;

VCES, Kollektör-Emiter Gerilimi (VGS = 0’da) :600 V

VGE, Kapı-Emiter Gerilimi
 IC,
: 20 V
Kollektör Akımı (sürekli ve TC =25 C de)
 ICM,
Kollektör Akımı (darbeli iletimde )

PT, Toplam Kayıp Güç (TC=25C de)

TJ, İşletme Sıcaklığı (Tdepo.)

TJ, Maksimum Eklem Sıcaklığı

TJC, Eklem-Gövde Isıl Direnci

VGE(th), Kapı Eşik Gerilimi
:6A
:25 A
:40W
:-65 ile 150C
:150C
:3,25 W/C
:2,5 ile 5V arası
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
IGBT
 td(on),
Gecikme Süresi
 tr, Yükselme
 td(o ff),
Süresi
Kesim Gecikme Süresi
:170 ns
:540 ns
:3,4 s
iletim kayıplarının MOSFET’lere
oranla daha düşük olmasından dolayı yüksek
gerilimli uygulamalarda, MOSFET’lerin yerine
tercih edilirler.
 IGBT’lerde
 Akımın
sıfır geçişinde anahtarlama veya rezonans
anahtarlama tekniklerinin kullanılmasıyla yüzlerce
KHz
anahtarlama
frekans
oranlarında
çalıştırılabilirler.
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
IGBT
! ... KARŞILAŞTIRMA
Tablo 2.5 IGBT, MOSFET ve iki kutuplu eklem tranzistörlerinin
karşılaştırılması (Dirençler 10A’lik akım değeri içindir)
Özdeğer
MOSFET IGBT Tranzistör
Akım [A]
20
20
20
Gerilim [V]
500
600
500*
RDS(on) [ ](TJ= 25 C)
0,2
0,24
0,18
RDS(on) [ ](TJ= 150 C)
0,6
0,23
0,24
Anahtarlama süresi [ns]
40
200
200
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
IGBT
MOSFET’lerden bir farkı da
ters
paralel
bağlı
bir
diyotlarının
olmayışıdır. Bu nedenle devre tasarımcıları,
motor denetiminde IGBT kullandıklarında
yükte oluşabilecek zıt emk’ların olumsuz
etkilerini önlemek için devreye ters paralel
bağlı bir diyot kullanırlar.
 IGBT’lerin
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
IGBT
Tıkaç indüktans
eşdeğeri (LS)
Değişken
DA +
Kayn.
-
Kapı
Sinyal
Üreteci
Yarıletken
kısadevre
el.
Vgg
Lk
+
VSG
+
IY
Değişken
yük
LY
ic
Aktif
Kapı
Sürücü
Devre
C
-
iG G
+
v CE
vGE
-
+
E
Şekil 2.60 İndüktif yüklü IGBT koruma devresi
Ölçme
Devresi
Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Bölüm Sonu
TESEKKÜRLER
N. ABUT