FET Yükselteçlerde Frekans Arttıkça Kazanç Neden Değişir?
Frekans yükselince aynı devre neden başka biri oluyor?
FET yükselteçlerde frekans etkisi, devrenin kağıt üstündeki sade halinin pratikte niçin değiştiğini anlatır. 500 Hz’te gayet keyifli görünen bir kazanç, 100 kHz ve sonrasında yavaş yavaş zayıflayabilir. Bunun sebebi devrenin aniden kötüleşmesi değil; elemanların frekansla birlikte farklı roller üstlenmeye başlamasıdır.
Düşük frekans bölgesinde giriş ve çıkış bağlama kondansatörleri ile source by-pass kondansatörü sahnededir. Yüksek frekans bölgesinde ise gate-source ve gate-drain kapasiteleri devrenin üzerine görünmez bir sis bırakır. O sisin içinde kenarlar yumuşar, kazanç azalır, faz kayması artar.
Yani frekans değişimi, FET katına sadece yeni bir sayı getirmez. Devrenin iç dengesini de yeniden kurar.
Düşük frekansta kazanç neden zayıflar?
Bağlama kondansatörleri yeterince büyük değilse düşük frekanslarda reaktansları artar ve sinyal geçişi zorlaşır. Kaynak ve yükle birlikte oluşan zaman sabitleri, alt kesim frekansını belirler. Source by-pass kondansatörü de yeterli değilse source direnci AC açısından tam köprülenmez; bu da kazancı aşağı çeker.
Bu yüzden FET katında düşük frekansta görülen kazanç kaybı çoğu zaman transistörün kendisinden değil, etrafındaki kondansatör mimarisinden gelir. Devre sana 'Ben burada nefes alıyorum ama biraz dar bir odadayım' der.
Özellikle ölçüm yaparken, giriş genliği sabit olsa bile çıkış genliğinin alt frekanslarda sönük görünmesi bu sebeple oldukça normaldir.
Yüksek frekansta hangi kapasiteler oyunu bozar?
Gate-source ve gate-drain kapasiteleri ilk bakışta küçük görünür. Ama frekans yükseldikçe küçük kapasiteler bile ciddi etki yapar. Özellikle gate-drain kapasitansı, Miller benzeri etkiyle girişte daha büyük hissedilebilir ve devrenin üst frekans cevabını aşağı çeker.
Bir de buna breadboard düzeni, kablo uzunluğu ve prob kapasitesi eklenirse tablo daha da netleşir: yüksek frekans, kusurları affetmeyen öğretmendir. Düşük frekansta sessiz duran parasitikler, yüksek frekansta yüksek sesle konuşur.
Sonuçta kazanç düşer, faz gecikmesi artar ve devre başlangıçtaki çevikliğini kaybeder. Bu durum özellikle hızlı sinyal uygulamalarında önemli hale gelir.
Drain direnci neden hâlâ önemli?
Drain direnci RD, gerilim kazancının önemli oyuncularından biridir. RD arttıkça kazanç yükselmeye meyilli olur; fakat aynı anda çıkış salınımı ve çalışma noktası da etkilenir. Çok büyük RD, teoride güzel görünse bile pratikte lineer bölgeyi daraltabilir.
Bu yüzden frekans cevabı incelerken yalnızca kondansatörlere değil, RD seçimine de bakmak gerekir. Çünkü elemanlar devrede tek başına çalışmaz; biri değişince ötekinin tavrı da değişir.
FET yükselteçlerde frekans etkisi tam olarak bu yüzden öğreticidir. Devrenin rakamlardan ibaret olmadığını, her elemanın frekansa göre tavır değiştirdiğini gösterir.
Frekans taramasında neyi kaçırmamalı?
FET katının frekans cevabını incelerken alt ve üst uçları ayrı ayrı düşünmek çok faydalıdır. Alt tarafta kondansatörler, üst tarafta parazitikler çalışır. İkisini tek bir 'kazanç düştü' cümlesine sıkıştırmak, devrenin hangi nedenle zorlandığını gizler.
Özellikle RD değiştirildiğinde sadece orta frekans kazancı değil, bazı durumlarda üst frekans davranışı da dolaylı biçimde etkilenebilir. Çünkü çalışma noktası, çıkış salınımı ve düğüm empedansları birlikte değişir. Frekans cevabı gerçekten okumak isteyen biri, tek parametre yerine bütün sahneyi izler.
Mini SSS
Soru: FET katında üst frekansı en çok ne sınırlar? Cevap: Çoğu zaman gate-source ve gate-drain kapasiteleri ile yerleşimden gelen parazitik etkiler belirleyici olur.
Soru: RD büyürse kazanç hep artar mı? Cevap: Bir noktaya kadar artma eğilimi vardır ama çalışma noktası ve çıkış salınım alanı daralırsa pratik fayda azalabilir.
Son not
Son not: Frekans arttıkça devrenin aynı kaldığını sanmak, elektroniğin en klasik yanılgılarından biridir. FET katı bu yanılgıyı en hızlı bozan örneklerden biridir.