Analog Özel Tip Diyotlar 3 ÖZEL T İP D İYOTLAR Konular: 3.1 Zener Diyot 3.2 Zener Diyot Uygulamaları 3.3 Varikap Diyot 3.4 Optik Diyotlar 3.5 Özel Amaçlı Diyotlar 3.6 Sistem Uygulamaları Amaçlar: Bu bölümü bitirdi ğinizde a şa ğıda belirtilen konular hakkında ayrıntılı bilgiye sahip olacaksınız. • Zener diyot’un yapısı, karakteristikleri ve i şlevleri • Zener diyotla gerçekle ştirilen gerilim regülasyonu ve kırpıcılar • Varikap diyot’un özellikleri, i şlevleri ve karakteristikleri • Foto-diyot’ların ve LED’lerin özellikleri, i şlevleri ve karakteristikleri • Regülatör diyotları, şotki diyotlar, pin diyot, tunel diyot v.b özel tip diyotların i şlevleri, özellikleri ve karakteristikleri B ÖLÜM 3 64 Elektronik endüstrisinin en basit ve temel devre elemanlarından olan diyotlar pek çok cihazın üretiminde sıklıkla kullanılmaktadır. Önceki bölümlerde silisyum ve germanyum do ğrultucu diyotların pek çok özelliklerini ö ğrendiniz. Çe şitli uygulama devrelerini gerçekle ştirdiniz. Endüstrinin artan gereksinimlerini kar şılamak amacı ile farklı tip ve modelde özel tip diyotların üretimide yapılmaktadır. Yukarıda bir kısmının görüntüleri verilen özel diyotları bu bölümde inceleyece ğiz. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 65 3.1 ZENER D İYOT Zener diyot; ters polarma altında kırılma bölgesinde çalı ştırılmak üzere tasarlanmı ş pn biti şimli bir devre elemanıdır. Referans gerilimi temin etmek ve gerilim regülasyonu sa ğlamak amacı ile kullanılır. Bu bölümü bitirdi ğinizde; a şa ğıda belirtilen konular hakkında ayrıntılı bilgilere sahip olacaksınız. • Zener diyot sembolü • Zener diyot’un çalı şma bölgeleri ve kırılma gerilimi • Zener karakteristiklerinin analizi • Zener veri sayfaları Zener diyot; pn biti şiminden olu şturulmu ş ve silisyumdan yapılmı ş yarı iletken devre elemanlarındandır. Zener diyot; ters polarma bölgesinde zener kırılma geriliminde çalı ştırılmak üzere tasarlanmı ştır. Do ğru polarma altında çalı şması do ğrultucu diyot’la benzerlik gösterir. Şekil-3.1’de zener diyot’un şematik sembolleri verilmi ştir. Anot AA K K Katod Şekil-3.1 Zener diyot sembolleri Zener diyot; do ğru polarma altında silisyum do ğrultmaç diyot’ların tüm özelliklerini gösterir. Do ğru polarma altında iletkendir. Üzerinde yakla şık 0.7V diyot öngerilimi olu şur. Ters polarma altında ise pn biti şimi sabit gerilim bölgesi meydana getirir. Bu gerilim de ğeri; “kırılma gerilimi” (Broke-down voltage) olarak adlandırılır. Bu gerilime bazı kaynaklarda “zener gerilimi” denilmektedir. Şekil-3.2’de silisyum do ğrultmaç diyodu ile zener diyot karakteristikleri birlikte verilmi şlerdir. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 66 ) A ( I R µ ) V ( V F ) V ( V R ) mA ( I F Ters Polarma Bölgesi Do ğru Polarma Bölgesi Kırılma V BR 0.7V a) Silisyum Do ğrultucu Diyot Karakteristi ği ) mA ( I Z ) V ( V F ) V ( V R ) mA ( I F Ters Polarma Bölgesi Do ğru Polarma Bölgesi Kırılma V Z 0.7V a) Zener Diyot Karakteristi ği Şekil-3.2 Silisyum do ğrultucu diyot ve zener diyot karakteristikleri Zener diyot ile silisyum diyot karakteristikleri arasında ters polarma bölgesinde önemli farklılıklar vardır. Silisyum diyot ters polarma dayanma gerilimi de ğerine kadar açık devre özelli ğini korur. Zener diyot ise bu bölgede zener kırılma gerilimi (Vz) de ğerinde iletime geçer. Zener üzerindeki gerilim dü şümü yakla şık olarak sabit kalır. Zener diyotlarda kırılma gerilimi, üretim a şamasında pn biti şiminin katkı maddesi oranları ayarlanarak belirlenmektedir. Günümüzde 1.8V ile 200V arasında farklı kırılma gerilimlerine sahip zener diyotlar üretilmektedir. Günümüz piyasasında kullanıcının ihtiyacına uygun olarak; 1/4W ile 50W anma güçleri arasında çalı şacak şekilde zener diyot üretimi yapılmaktadır. Zener diyotlarla ilgili bazı üretici firma verilerini, veri sayfaları bölümünde bulabilirsiniz. Ayrıntılı karakteristik ve veriler için üretici katalogları incelenmelidir. Şekil-3.4’de farklı güçlere dolayısıyla farklı kılıflara sahip zener diyot’lar görülmektedir. Şekil-3.4 Zener diyotlarda kılıf tipleri ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 67 Zener Kırılma Karakteristi ği Zener diyot, do ğru polarma bölgesinde normal silisyum diyot özelli ği gösterdi ği belirtilmi şti. Zener diyodun en önemli özelli ği ters polarma bölgesindeki davranı şıdır. Zener diyodun ters polarma altında çalı şması için gerekli devre ba ğlantısı ve akım-gerilim karakteristi ği şekil-3.5’de verilmi ştir. Ters polarma altında zener diyot üzerine uygulanan gerilim de ğeri; zener kırılma gerilimi de ğerini a ştı ğında zener diyot kırılarak iletime geçer. Ters polarma altında iletime geçen zener diyot, üzerinde sabit bir gerilim de ğeri olu şturur. Bu gerilime “zener gerilimi” (Vz) denir. Zener diyodun iletime geçebilmesi için zener üzerinden geçen akım; Izmin de ğerinden büyük, Izmax de ğerinden küçük olması gerekir. Ba şka bir ifadeyle zenere uygulanan ters polarma gerilimi, Zener kırılma gerilimi (Vz) de ğerinden büyük olmalıdır. ) mA ( I R ) V ( V R min I Z Test I Z max I Z ZT Z I @ V + - VDD R Vz Iz Şekil-3.5 Zener diyot’un ters polarma altında karakteristi ği Zener diyot üzerinden geçen akım miktarı; Izmax de ğerini geçti ğinde zener bozularak i şlevini yitirir. Karakteristikten de görüldü ğü gibi zener diyot üzerinden geçen Iz akımı; Izmin ve Izmax de ğerleri arasında tutulmalıdır. Zener diyot ters polarma altında iletimde kaldı ğı sürece üzerinde Vz olarak belirtilen bir gerilim olu şur. Bu gerilime “zener gerilimi”, bu i şleme ise “gerilim regülasyonu” denir. Zener diyot, karakteristikte gösterildi ği gibi üzerindeki gerilimi Vz de ğerinde sabit tutmaktadır. Bu özellik zener diyodu oldukça popüler kılar. Özellikle gerilim regülasyonu veya referans gerilimi elde etmede sıkça kullanılmasını sa ğlar. Zener E şde ğer Devreleri Zener diyodun ters polarma bölgesindeki davranı şını tanımlamak için şekil-3.3’de eşdeğer devresi verilmi ştir. İdeal bir zenerin e şdeğer devresi, nominal zener kırılma gerilimi de ğerine e şit gerilim kayna ğı (Vz) ile gösterilir. Gerçek (pratik) bir zenerin ters polarma bölgesinde e şdeğer devresi ise, küçük bir iç empedans (Zz) ve nominal zener kırılma gerilimini temsilen bir gerilim kayna ğından olu şur. Zener kırılma gerilimi; ideal de ğildir. Karakteristik e ğriden de görülece ği gibi bir ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 68 miktar de ği şim gösterir ( ?VZ). Bu durum şekil-3.3.c üzerinde gösterilmi ştir. Zener empedansı; de ği şen zener akımının ( ?VZ), de ği şen zener akımına ( ?IZ) oranıdır ve a şa ğıdaki şekilde belirlenir. Z Z Z I V Z ? ? = Üretici firmalar normal ko şullarda veri tablolarında test de ğerleri için zener akımını I ZT ve zener empedansını Z ZT verirler. Zenerle yapılan tasarımlarda bu de ğerler dikkate alınmalıdır. ) mA ( I R ) V ( V R min I Z max I Z Z V ? Vz + Zz + b) Pratik zener e şde ğeri Z V ? Z Z Z I V Z ? ? = 0 Vz + a) İdeal zener e şde ğeri c) zener karakteristi ği Şekil-3.3 Zener diyot e şde ğer devresi Isıl Kararlılık Tüm yarıiletken devre elemanları gibi, zener diyotlarda çalı şma ortamlarındaki ısıdan etkilenirler. Üretici firmalar zener diyot için gerekli karakteristikleri genellikle 25 0 C oda sıcaklı ğı için veririler. Isı artımında zener geriliminde olu şabilecek de ği şimler üretici kataloglarında belirtilir. Örne ğin çalı şma koşullarındaki her 1 0 C’lik ısı artı şı, zener geriliminde (Vz) yakla şık %0.05 oranında artı ş gösterir. Bu özellik uygulamalarda dikkate alınmalıdır. Yüksek güçlerde çalı ştırılan zener diyotlar üzerine so ğutucular monte edilmelidir. Güç Tüketimi ve Bozulma Faktörü Zener diyotlarla uygulama yapılırken maksimum güç de ğerlerine dikkat edilmelidir. Üretici firmalar DC gerilim altında her bir zener diyot için uyulması gereken güç değerlerini kataloglarında verirler. Örne ğin; 1N746 kodlu zener diyot için maksimum güç PD=500mW, 1N3305 kodlu zener diyot için maksimum güç PD=50W olarak verilmi ştir. Zener diyotların dc gerilim altında maksimum dayanma gücü; (max) Z Z D I V P · = formülü kullanılarak bulunur. Zenerlerde maksimum dayanma gücü genellikle 50 0 C için verilir. Çalı şma ko şullarındaki ısı de ği şimi, hesaplamalarda dikkate alınmalıdır. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 69 Zener Diyot veri sayfası Üretici firmaların binlerce tip farklı çalı şma karakteristiklerine sahip zener diyot ürettiklerini belirtmi ştik. Bu bölümde sizlere örnek olması amacı ile bazı zener diyotların üretici firma tarafından verilen karakteristiklerini sizlere sunaca ğız. Üretici firma karakteristikleri genelde ingilizce hazırlandıkları için orijinal metine sadık kalıp, gerekli açıklamaları notlar halinde sunaca ğız. Maxsimum Rating (maksimum kategoriler) Ratings (Kategoriler) Symbol (Sembol) Value (De ğer) Unit (Birim) DC power dissipation @ TA=50 0 C Derete above 50 0 C PD 1.0 6.67 Watt mW/C 0 Opereting and stor junction Temperature range TJ, Tstg -65 to +200 0 C Electrical Characteristics (T A =25 0 C unless otherwise noted) V F =1.2Vmax I F =200mA for all types Elektriksel karakteristikler (Aksi not olarak belirtilmedikçe T A =25 0 C’de) Tüm tipler için V F =1.2Vmax I F =200mA Maxsimum zener impedance Leakage Current JEDEC Type no Nominal Zener Voltage VZ@IZT Volts Test Current IZT mA ZZT@IZT Ohms ZZK@IZK Ohms IZK mA IR uA max VR Volts 1N4728 1N4729 1N4730 1N4731 1N4732 3.3 3.6 3.9 4.3 4.7 76 69 64 58 53 10 10 9.0 9.0 8.0 400 400 400 400 500 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 100 100 50 10 10 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1N4733 1N4734 1N4735 1N4736 1N4737 5.1 5.6 6.2 6.8 7.5 49 45 51 37 34 7.0 5.0 2.0 3.5 4.0 550 600 700 700 700 1.0 1.0 1.0 1.0 0.5 10 10 10 10 10 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 1N4758 1N4759 1N4760 56 62 68 4.5 4.0 3.7 110 125 150 2000 2000 2000 0.25 0.25 0.25 5.0 5.0 5.0 42.6 47.1 51.7 Tablo-3.1 Çe şitli tip zener diyotların bazı önemli karakteristikleri ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 70 3.2 ZENER D İYOT UYGULAMALARI Zener diyotlar genellikle dc güç kaynaklarında gerilim regülasyonunu sa ğlamak amacı ile kullanılırlar. Kar şıla ştırma yapmak için referans gerilimi temininde de zener diyotlar sıklıkla kullanılır. Regülasyon i şlemi bir büyüklü ğü, ba şka bir büyüklük kar şısında kararlı tutmaktır. Örne ğin gerilim regülasyonu terimi; gerilimi, akımdan veya yükten ba ğımsız hale getirip sabit bir de ğerde tutma anlamına gelmektedir. Bu bölümde; zener diyotla gerilim regülasyonunun nasıl gerçekle ştirildi ğini ö ğreneceksiniz. Ayrıca zenerle yapılan basit kırpıcı devreleri tanıyacaksınız. Zenerin Regülasyonda Kullanılması Zener diyotların en geni ş ve yaygın kullanım alanı gerilim regülasyonudur. Gerilim regülasyonu; gerilimi dı ş etkilerden ba ğımsız hale getirip sabit tutabilmektir. Kısaca gerilimi kararlı hale getirebilmektir. Gerilim kararlı k ılmanın en basit yöntemi şekil- 3.6’da gösterilmi ştir. Devre giri şine uygulanan regülesiz VG İRİŞ gerilimi, zener diyotla kararlı hale getirilmi ştir. Bu i şlem için zener diyot ve R direnciyle gerilim bölücü bir devre olu şturulmu ştur. Devre giri şine uygulanan VG İRİŞ gerilimi de ği şmektedir. Devrede kullanılan 12V’luk zener diyot, giri ş gerilimindeki tüm de ği şimleri algılamalı ve devrenin çıkı ş gerilimini VÇIKI Ş 12V’ta sabit tutmalıdır. Bu i şlem gerçekle ştirildi ğinde zener diyot, gerilim regülasyonu yapıyor diyebiliriz. + - V G İR İŞ R Vz I T Regülesiz DC kaynak R L I L I Z 12V V ÇIKI Ş Şekil-3.6 Zener diyotla gerçekle ştirilen gerilim regülasyonu Zener diyot bu i şlemi nasıl gerçekle ştirecektir. Zener’in istedi ği şartları yerine getirirsek gayet basit. Zener diyot gerilim regülasyonu yapmak için neler istiyordu. Kısaca tekrar hatırlayalım. 1- Zener diyot ters polarma altında çalı ştırılmalı 2- Zener’e uygulanan gerilim, zener kırılma geriliminden (VZ) büyük olmalı. (Vin>Vz) ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 71 3- Zener’den geçecek akım; Izmin değerinden büyük, Izmax değerinden küçük olmalı (IzminVIN >57.8V aralı ğında olmalıdır. De ği şken yük akımında regülasyon Bu bölümde de ği şken yük akımında zener diyodun nasıl regüle yaptı ğını göreceksiniz. Örnek bir regüle devresi şekil-3.9’da verilmi ştir. Devrede zener diyoda paralel de ği şken bir yük direnci (RL) ba ğlanmı ştır. Zener diyot regüle yaptı ğı sürece RL yükü üzerindeki gerilim dü şümü sabit kalmalıdır. Kısaca VOUT=12V olmalıdır. + - V IN R Vz I T I Z 12V V OUT R L I L Şekil-3.9 De ği şken yük akımında regülasyon Konuyu daha iyi irdeleyebilmek amacı ile çe şitli uygulama örnekleri verilerek matematiksel analizleri yapılmı ştır. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 74 Örnek: 3.2 Çözüm: Şekil-3.10’da verilen regüle devresinde zenerin regüle i şlevini yerine getirebilmesi için RL yük direncinin alabilece ği de ğerler aralı ğını hesaplayınız.? 470 ? + - V IN R Vz I T I Z 10V V OUT R L I L 24V 1W Şekil-3.10 De ği şken yük direncinde gerilim regülasyonu Devrede kullanılan zener diyodun karakteristikleri; VZ=10V, PD(max)=1W, IZmin=1mA olarak verilmi ştir. Bu veriler ı şı ğında gerekli analizleri yapalım. Devrede kullanılan zener diyodun dayanabilece ği maksimum akım de ğerini bulalım; mA V W V P I Z D Z 100 10 1 (max) (max) = = = Önce devrede yük direnci kullanılmadı ğında (RL= ?) zener regüle i şlemini yerine getirebilir mi? İnceleyelim. Bu durumda IL=0A olaca ğından, IT=IZ(max) olacaktır. Dolayısıyla; Z T IN V I R V + · = ? - = - = = 470 10 24 (max) R V V I I Z N I Z T mA I I Z T 7 . 29 (max) = = elde edilen bu sonuca göre devrede yük direnci yokken regüle i şlemi yerine getirilebiliyor. Devreden; ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 75 elde edilen bu sonuca göre devrede yük direnci yokken regüle i şlemi yerine getirilebiliyor. Devreden; (min) (max) L Z T I I I + = (max) (min) L Z T I I I + = olaca ğı açıktır. Buradan yük akımının alabilece ği maksimum de ğeri bulabiliriz. (min) (max) Z T L I I I - = mA mA I L 7 . 28 1 7 . 29 (max) = - = Devre çıkı şından alınabilecek maksimum yük akımını hesapladık. Bu veriyi kullanarak çıkı şa ba ğlanabilecek RL yük direncini hesaplayalım. ? = = = 348 7 . 28 10 (max) (min) mA V I V R L Z L Sonuç: Elde edilen bu veriler ı şı ğında devremizin regüle i şlemini yerine getirebilmesi için RL Yük direncinin alabilece ği de ğerler aralı ğı; 398?>RL> ? Zener’le bir gerilim regülatörü tasarlanırken dikkat edilmesi gereken faktörler vardır. Bunları giri ş gerilimindeki de ği şimler ve yük akımındaki de ği şimler olarak özetleyebiliriz. Son olarak komple bir regüle devresi tasarım örne ği vererek konuyu bitirelim. Örnek: 3.3 Şekil-3.11’da verilen regüle devresinde zenerin regüle i şlevini yerine getirebilmesi için gerekli R ön direncinin olması gereken de ğerini hesaplayınız?. + - V IN R Vz I T I Z 10V V OUT R L I L 20V 1W 1K ? Şekil-3.11 Zenerle gerilim regülasyonu ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 76 Çözüm: Devrede kullanılan zener diyodun karakteristikleri; VZ=10V, PD(max)=1W, IZmin=1mA olarak verilmi ştir. Devrede kullanılan zener diyodun dayanabilece ği maksimum akım değerini bulalım; Z D Z V P I (max) (max) = mA V W I Z 100 10 1 (max) = = Devrede kullanılan RL yük direnci 1K ? de ğerindedir. Dolayısıyla yük akımı sabittir. mA K R V V I L OUT Z L 10 1 10 = ? = = = R ön direncinden geçecek akım IT olarak belirtilmi ştir. IT akımının alabilece ği de ğerleri hesaplayalım. mA mA mA I I I L Z T 11 10 1 ( (min) (min) = + = · + = mA mA mA I I I L Z T 110 10 100 ( (max) (max) = + = · + = Devrede akım sınırlamak amacıyla kullanılan R ön direnci bu de ğerleri sa ğlamalıdır. Dolaysıyla R direncinin minimum ve maksimum olmak üzere iki sınır de ğeri olacaktır. Z T IN V I R V + · = (max) min ? = - = - = 90 110 10 20 (max) min mA I V V R T Z N I ? = - = - = 909 11 10 20 (min) max mA I V V R T Z N I Devrede kullanaca ğımız R ön direnci yukarıda belirtilen de ğerler aralı ğında olmalıdır. Sa ğlıklı çalı şma için limit de ğerler kullanmak önerilmez. Ortalama bir de ğer kullanalım. ? ? ? - ? = + = 470 2 909 90 2 min max R R R ? ? ? - ? = 470 2 909 90 R ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 77 Zener’le kırpıcı devreler Zener diyot’un sıklıkla kullanılan bir di ğer uygulama alanı ise kırpıcı devre tasarımıdır. Özellikle ac i şaretlerin kırpılması ve farklı dalga formlarına dönü ştürülmesi için zener diyotlar sıklıkla kullanılır . B u b ö l ü m d e a c i şaretlerin kırpılmasını ve dalga formlarının de ği ştirilmesini inceleyece ğiz. Şekil-3.12’de sinüsoydal bir i şaretin nasıl kırpıldı ğı gösterilmi ştir. Bu devrede; giri ş i şaretinin pozitif saykılında zener diyot kırılma gerilimi de ğerine kadar yalıtımdadır. Dolayısıyla giri ş i şareti, çıkı şta aynen görülür. Giri ş i şaretinin pozitif seviyesi, zener kırılma gerilimi de ğerini a ştı ğında zener diyot kırılarak çıkı ş gerilimini +5V de ğerinde sabit tutar. Giri ş i şaretinin negatif yarım saykılında ise zener iletkendir. Çıkı şta 0.7V zener ön gerilimi elde edilir. Dolayısıyla devre giri şine uygulanan 20Vt-t de ğerine sahip sinüsoydal i şaret, devre çıkı şından +5V’luk kare dalgaya dönü ştürülmü ş olarak alınır. R Vz 5V V OUT V IN 0 -10V +10V t + V IN V OUT t 5V -0.7V Şekil-3.12 Sinüsoydal bir i şaretin pozitif alternansının kırpılması Şekil-3.13de görülen devrede ise sinüsoydal giri ş i şaretinin negatif alternansı zener diyot tarafından –7V’ta kırpılmı ştır. Pozitif alternansta zener diyot iletimde oldu ğu için çıkı ş gerilimi +0.7V civarındadır. R Vz 7V V OUT V IN 0 -10V +10V t + V IN V OUT -7V +0.7V Şekil-3.13 Sinüsoydal bir i şaretin negatif alternansının kırpılması Şekil-3.14’de ise sinüsoydal bir i şaretin pozitif ve negatif alternanslarını k ırpan bir devre verilmi ştir. Giri ş i şaretinin pozitif alternansında; VZ2 zeneri iletimdedir. VZ1 ise pozitif alterrnansı kırılma gerilimi de ğerinde kırpar. Pozitif alternansta çıkı ş geriliminin tepe de ğeri VZ1+0.7V de ğerine e şitttir. Giri ş i şaretinin negatif alternansında; VZ1 zeneri iletimdedir. VZ2 ise negatif alterrnansı kırılma gerilimi de ğerinde kırpar. Negatif alternansta çıkı ş geriliminin tepe de ğeri – (VZ2+0.7V) de ğerine e şitttir. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 78 R Vz1 V OUT V IN 0 -10V +10V t + V IN V OUT t Vz2 Vz1 Vz2 Şekil-3.14 Sinüsoydal bir i şaretin negatif ve pozitif alternanslarının kırpılması 3.3 VAR İKAP D İYOT Varikap diyot, pn ekleminden üretilmi ş yarıiletken bir devre elemanıdır. Kimi kaynaklarda “varaktör (varactor) diyot” olarak adlandırılır. P-N biti şimi ters gerilim altında bir miktar kapasitif etki gösterir. Bu özellikten yararlanılarak varikap diyotlar üretilmi ştir. Varikap diyot, genellikle ileti şim sistemlerinde kanal seçici (tuning) devrelerin tasarımında kullanılır. Bu bölümü bitirdi ğinizde; a şa ğıda belirtilen konular hakkında ayrıntılı bilgilere sahip olacaksınız. • Varikap diyot’un temel yapısı ve sembolü • Varikap diyot’un çalı şma karakteristikleri • Varikap diyot’un veri sayfaları P-N biti şimi ters yönde polarmalandı ğında bir miktar kapasitif etki olu şturur. P-N biti şiminin bu özelli ğinden yararlanılarak varikap diyotlar geli ştirilmi ştir. Varikap diyodu; ters polarma altında kapasitansı deği şen diyot veya yarıiletken kondansatör olarak tanımlayabiliriz. Şekil-3.15’de varikap diyodun şematik sembolü ve e şdeğer devresi verilmi ştir. Rs Cv Şekil-3.15 Varikap diyodun şematik sembolü ve e şde ğer devresi Varikap diyodun kapasitif de ğerini, pn bile şiminin fakirle ştirilmi ş bölgesinde belirlenmektedir. Üretimde kullanılan katkı maddesi ve fiziksel boyut kapasitif de ğeri etkileyen di ğer faktörlerdir. Kapasitif etkinin nasıl olu ştu ğu şekil-3.16 yardımıyla görselle ştirilmi ştir. Varikap diyoda uygulanan ters polarma de ğerine ba ğlı olarak kapasitif etkinin de ği şti ğine dikkat ediniz. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 79 + - V DD n Fakirle ştirilmi ş Bölge p V DD Şekil-3.16 Varikap diyodun temel yapısı ve çalı şması Varikap diyodun kapasitesi uygulanan ters gerilimin de ğerine ba ğlı olarak bir kaç pF’dan yüzlerce pF’a kadar de ği ştirilebilir. Şekil-3.17’de tipik bir varikap diyodun karakteristi ği verilmi ştir. Karakteristik e ğriden görüldü ğü gibi varikap diyoda uygulanan ters polarite artı şı, diyodun kapasitif de ğerini azaltmaktadır. + - V DD R 0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 V R (v) C(pF) 20 40 60 Şekil-3.17 Varikap diyodun karakteristi ği Genel kullanım Alanları Varikap diyotlar; genellikle ileti şim sistemlerinin tasarımında kullanılır. Kullanım alanlarına örnek olarak; FM modülatörü, otomatik frekans kontrolü, filtreleme devrelerini verebiliriz. Şekil-3.18’de varikap diyot, paralel bir rezonans devresinde, rezonans frekansının ayarlanmasında kullanılmı ştır. Vi R D 1 D 2 +V L Şekil-3.18 Paralel rezonans devresinde varikap diyodun kullanılması ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 80 Devrede; 2 adet varikap diyot kullanılmı ştır. Varikap diyodlara uygulanan dc gerilim; varikap diyodların kapasitif de ğerlerini de ği ştirmektedir. Bu durum, paralel rezonans (tank devresi) devresinin rezonans frekansını belirler. Bu devrede rezonans frekansı (Q ? 10 için) Fr; LC F r ? = 2 1 Genel veriler Üretici firmalar kullanım amaçlarına ba ğlı olarak yüzlerce farklı tipte varikap diyot üretimi yaparak tüketime sunarlar. Üretilen her bir varikap diyodun karakteristiklerini üretici kataloglarından temin edilebilir. Bu bölümde; örnek olarak birkaç varikap diyodun genel karakteristikleri verilmi ştir. CD, Diyod Kapasitesi VR=0.5VDC, f=1.0MHz CD, Diyod Kapasitesi VR=28VDC, f=1.0MHz Ters Yön Gerilimi (VR) Ters Yön Akımı (IR) İleri Yön Akımı (IF) Seri Diyod Direnci rS Kodu Min Max Min Max Max Max Max Max BB131 8pF 17pF 0.7pF 1.05pF 30V 10nA 20mA 3 ?@200MH z BB135 17.5pF 21pF 1.7pF 2.1pF 30V 10nA 20mA 0.7 ?@470 MHz BB145 6.4pF 7.4pF 4V@2.7p F 4V@3.2p F 6V 10nA 20mA 0.6 ?@470 MHz BB152 1V@52p F 1V@62 pF 2.48pF 2.89pF 32V 200nA 20mA 1.2 ?@100 MHz BB190 1V@18p F 1V@20 pF 10V@6p F 10V@6p F 10V 3nA 0.4 ?@470 MHz BBY40 3V@26p F 3V@32 pF 25V@4.3 pF 25V@6p F 30V 10nA 20mA 0.7 ?@200 MHz Şekil-3.19 Bazı Varikap diyotların genel karakteristikleri ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 81 3.4 OPT İK D İYOTLAR Bu bölümde; optik özellik gösteren iki tür diyodu ayrıntılı olarak inceleyece ğiz. Bunlardan ilki ı şık yayan diyot’tur. Bu diyot, genellikle LED (Light Emitting Diode) olarak adlandırılır. Optik özellik gösteren bir di ğer diyot ise Foto-Diyot olarak adlandırılır. Foto-diyot, ters polarma altında çalı şacak şekilde tasarlanmı ştır. Ters polarma altında iletkenli ği ı şı ğa duyarlıdır. Her iki diyot türü, özellikle optik uygulamalarda sıklıkla kullanılırlar. Bu bölümde; • I şık yayan diyotların (LED) özellikleri ve karakteristikleri • Foto-Diyot özellikleri ve çalı şma karakteristikleri • Lazer Diyot Hakkında ayrıntılı bilgiler elde edeceksiniz. I şık Yayan Diyot (LED) I şık yayan diyot (LED), do ğru yönde polarmalandı ğında görülebilir ı şık yayan yarıiletken bir devre elemanıdır. P-N biti şiminden üretilmi ştir. Bilindi ği gibi germanyum veya silis-yumdan yapılan pn biti şimleri do ğru polarma altında üzerlerinden bir akım akmasına izin verir. Akım akı şı esnasında bir enerji açı ğa çıkar. Bu enerjinin bir miktarı ısı, küçük bir miktarı ise ı şık (foton) enerjisidir. Bu nedenle LED üretiminde silisyum veya germanyum elementleri kullanılmaz. LED üretimi için P ve N maddelerinin olu şturulma-sında genellikle Galyum arsenit fosfit (GaAsP) veya galyum fosfit (GaP) kullanılır. Bu tür maddeler do ğru polarma altında görülebilir ı şık elde etmek için yeterlidir. Şekil-3.19.a’da LED’in şematik sembolü, 3.19.b’de ise do ğru polarma altında pn biti şiminde ı şık enerjisinin olu şumu verilmi ştir. Katot Katot Anot Anot a) Led’in şematik gösterimi b) I şık enerjisinin olu şması I şık Enerjisi n tipi madde _ + n tipi madde Şekil-3.19.a ve b Led sembolleri ve ı şık enerjisinin olu şması ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 82 PN biti şiminde, biti şim bölgesinde elektron ve bo şluklar yeniden birle şir. Yeniden birle şme i şlemi esnasında enerjinin büyük bir kısmı ı şık enerjisine dönü şerek görülebilmesine neden olur. Bu durum şekil-3.19’b’de resmedilmi ştir. Yarıiletken malzemeye elektrik enerjisi uygulanarak ı şık enerjisi elde edilebilir. Bu i şlem “elektrolüminesans (elektro-parlaklık)” olarak adlandırılır. LED, do ğru polarma atında iletime geçer ve üzerinden akım akmasına izin verir. Do ğru polarma altında üzerinde maksimum 1.2V ile 3.2V arasında bir gerilim dü şümüne sebep olur. LED’lerin üzerlerinden akmalarına izin verilen akım miktarı 10-30mA civarındadır. Bu de ğer; kullanılan LED’in boyutuna ve rengine göre farklılık gösterebilir. Gerekli maksimum de ğerler üretici kataloglarından temin edilebilir. Şekil-3.20’de LED’in do ğru polarma altında çalı şması ve V-I karakteristi ği verilmi ştir. V DD + R - I F V F + - I F V RD + - I F I F (mA) V F (v ) 1. 5V 2. 0V I F (mA) I şık şiddeti a) LED’in Do ğru polarmalanması b) LED’in V-I Karakteristi ği c) LED akımına ba ğlı olarak ı şık şiddeti Şekil-3.20 Do ğru polarma altında LED’in çalı şması ve karakteristikleri LED’in yaydı ğı ı şık enerjisinin şiddeti ve rengi imalatta kullanılan katkı maddesine göre deği şmektedir. Üretiminde GaP kullanılan LED’ler, kırmızı yada sarı renkte görülebilir ı şık yayarlar. GaAsP kullanılan LED’ler ise sarı renkte görülebilir ı şık yayarlar. Üretiminde GaAs kullanılan LED’ler ise “kızıl ötesi (infrarad)” ı şık yayarlar. LED’lerin yaydı ğı ı şı ğın görünebilir veya görünemez olması, yayılan ı şı ğın dalga boyu tarafından belirlenir. 500nm-700nm arasında dalga boyuna sahip ı şımalar görülebilir. 800nm-1000nm arasında dalga boyuna sahip ı şımalar ise kızıl ötesi olarak adlandırılır ve görülemez. Şekil-3.21’de her rengin dalga boyu ve ı şık şiddeti grafiksel olarak verilmi ştir. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 83 500 540 580 620 660 700 740 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Y e ş il Sarı K ırmız ı 880 900 920 940 960 980 1000 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 ?, dalga boyu (nm) ? , dalga boyu (nm) Ni s p i ı şı k şiddeti Ni s p i ı şı k şiddeti a) Görülebilir ı şık (visible light) b) Görülemeyen ı şık (Nonvisible infrared) Şekil-3.21 Renklerin dalga boyuna göre ba ğıl şiddetinin grafi ği Pek çok üretici firma, kullanım alanı ve gereksinime ba ğlı olarak LED üretimi yapar. Günümüzde sarı, turuncu, ye şil ve kırmızı renklerde ı şık veren LED’ler üretilmektedir. Mavi ı şık yayan LED üretimi şimdilik pek ekonomik de ğildir. Yakın gelecekte bu tür LED’lerinde seri tüketime sunulacak şekilde geli ştirilebilece ğini söyleyebiliriz. Bir çok farklı kılıfa (yuvarlak, kare, diktörtgen v.b) ve boyuta sahip LED üretimi yapılmaktadır. Yaygın olarak kullanılan bazı LED tiplerinin görünümü şekil-3.22’de verilmi ştir. Şekil-3.22 LED’lerde kılıf tipleri ve görünümleri Sınır De ğerler Son yıllarda reklam sektöründeki geli şmeler, LED tüketimi ve kullanımını artırmı ştır. Enerji tüketimlerinin oldukça az olması yaygın kullanımda etkendir. LED kullanımında iki sınır de ğere özellikle dikkat edilmelidir. Bunlar ileri yönde maksimum geçirme akımı IFM, ve maksimum ters tepe gerilimi VRM dir. Bu de ğerlerin a şılması durumunda LED hasar görebilir. İmalatçılar örne ğin, 3mm’lik boyuta sahip kırmızı LED için IFM=50mA, di ğer renkler için ise IFM=30mA limit de ğerlerini vermi şlerdir. Pratik kullanımda her LED için 10-20mA ileri yön akım de ğeri yeterli olmaktadır. LED’lerin maksimum ters tepe gerilimi ço ğu kez birkaç volt civarındadır. LED’lerin çalı şma ömrü çok uzundur ve yakla şık olarak 10 5 saat civarındadır. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 84 Led Gösterge Led diyotlar günümüzde çe şitli kombinazasyonlar olu şturularak da kullanılmaktadır. Özellikle sayısal elektronik uygulamalarında rakam ve yazıların gösterimi bu tür devre elemanları ile yapılır. Yedi parçalı gösterge (seven-segment displey) olarak adlandırılan bu tür optik devre elemanları ortak anot veya ortak katot ba ğlantılı olarak üretilirler. Şekil-3.23’de Led göstergelerin temel yapısı ve birkaç tipik led göstergenin görünümleri verilmi ştir. A B C D E F G E D GND C dp G F GND A B E D GND C dp G F GND A B Led göstergenin olu şturulması Ortak katodlu gösterge Ortan anotlu gösterge Şekil-3.23 Led göstergenin temel yapısı ve tipik görüntüleri Foto-Diyot Foto-diyot (Photo-diode), ı şık enerjisine duyarlı aktif devre elemanlarındandır. Ters polarma altında çalı ştırılmak üzere PN biti şiminden üretilmi ştir. Şekil-3.24’de foto- diyot’un sembolü ve birkaç farklı tip foto-diyot’un görünümü verilmi ştir. Foto-diyot ı şık enerjisine duyarlı bir elemandır. Bu nedenle tüm foto-diyotlar ı şık enerjisini algılamaları için şeffaf bir pencereye sahiptir. Katod Anot Anot Katod ? Şekil-3.25 Foto-Diyot’un şematik gösterimleri ve görünümleri ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 85 Foto-diyot; do ğru polarma altında normal diyotlar gibi iletkendir. Ters polarma altında ise, üzerine uygulanan ı şık yo ğunlu ğuna ba ğlı olarak çok küçük bir akım akmasına izin verir. Dolayısıyla karanlık bir ortamda bulunan foto-diyot yalıtkandır. Bir foto-diyot’un ı şık enerjisine ba ğlı olarak nasıl çalı ştı ğı şekil-3.26’da gösterilmi ştir. Öncelikle foto-diyot ters polarma altında çalı ştırılmı ştır. Şekilde görüldü ğü gibi karanlık ortamda foto-diyot’un direnci maksimumdur ve üzerinden akım akmasına izin vermez. Foto-diyot üzerine bir ı şık kayna ğı uygulandı ğında ise µA’ler seviyesinde bir akım akmasına izin verir. ? I ? V R 0 A Ampermetre ? 0 A Ampermetre ? I şık Yok I şık Var V R V R Şekil-3.26 Foto-diyot’un çalı şması Bir foto-diyot’un karakteristi ği üzerine gelen ı şık gücüne ba ğlı olarak üretece ği foto-akım (I ?) miktarıdır. Karakteristikler genellikle watt ba şına akım miktarı olarak belirtilir. Şekil- 3.27’de bir foto-diyot için gerekli karakteristikler verilmi ştir. Karanlık, H Foto akımı, (I ? ) H=20mW/cm 2 0.5 1 2 5 10 1 2 5 10 20 50 100 02 04 06 08 0 100 V R , ters gerilim (V) I L , Foto akımı (µA) 0 Şekil-3.26 Foto-diyot için gerekli karakteristikler Lazer Diyot Lazer; İngilizce, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (uyarılmı ş ı şın ne şriyle ı şık kuvvetlendirilmesi) cümlesindeki kelimelerin ba ş harflerinin alınmasından türetilmi ş bir kelimedir. Normal ı şık, dalga boyları muhtelif, rengarenk, yani farklı faz ve frekansa sahip dalgalardan meydana gelir. Lazer ı şı ğı ise yüksek genlikli, aynı fazda, birbirine paralel, tek renkli (monochromatic), hemen hemen aynı frekanslı dalgalardan ibarettir. Optik frekans bölgesi yakla şık olarak ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 86 1x10 9 Hz ile 3x10 12 Hz arasında yer alır. Bu bölge, k ırmızı ötesi ı şınları, görülebilen ı şınları ve elektromanyetik spektrumun morötesi ı şınlarını kapsar. Lazer diyot çok yüksek frekanslarda çalı şır. Lazer ı şınımının üretimi için farklı yöntemler ve malzemeler kullanılmaktadır. Yarıiletken malzemelerden elde edilen kristallerden yapılan lazerlere, “lazer diyot” adı verilmektedir. Galyum arsenik kristali yarıiletken lazere örnektir. Lazer diyot; Yarı iletken diyot gibi p-n malzemenin birle şmesinden olu şturulmu ştur. Birle şim yüzeyinde pozitif gerilim p tarafına, negatif gerilim ise n tarafına verildi ği zaman elektronlar n malzemesinden p malzemesine geçerken enerjilerini kaybeder ve foton yayarlar. Bu fotonlar tekrar elektronlara çarparak bu elektronların daha çok foton üretmesine sebep olurlar. Neticede yeterli seviyeye ula şan foton ne şri, lazer ı şınını meydana getirir. Bu tür lazerler verimli ı şık kaynaklarıdır. Genellikle boyları bir milimetreden büyük de ğildir. Ancak çok verimli çalı şma için ortam sıcaklı ğı oda sıcaklı ğının çok altına dü şürülmelidir. Lazer diyot’un görünümü ve yapısı şekil-3.25’de verilmi ştir. P N Anot Katod + _ N tipi katman P tipi katman Pn biti şimi Metalle şme Metalle şme P Duvarı N Duvarı Şekil-3.25 Lazer diyot’un görünümü ve yapısı Lazer ı şınının özellikleri: • Lazer ı şınının en büyük özelli ği, da ğılmaması ve yön verilebilmesidir. Dalga boyunun küçük olması da ğılmayı da büyük ölçüde azaltır. Uyarılan atomlar her yön yerine, belli yönlerde hareket ederler. Bu durum lazer ı şının çok parlak olmasını sa ğlar. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 87 • Laser ı şını, dalga boyu tek oldu ğundan monokromatik özellik ta şır. Frekans da ğılım aralı ğı, frekansının bir milyonda biri civarındadır. Bu sebepten istenilen frekansta çok sayıda dalgalar lazer dalgası üzerine bindirilmek suretiyle haberle şmede iyi bir sinyal üreteci olarak kullanılır. • Lazer ı şını da ğılmaz oldu ğundan kısa darbeler halinde yayınlanabilmesi mümkündür. Kayıpsız yüksek enerji nakli yapılması bu özelli ği ile sa ğlanabilir. Yönlü bir hareket olmasından ise holografi ve ölçüm biliminde yararlanılır. • Lazer ı şını tek dalga boyuna sahip oldu ğu için lazer cinsine göre çe şitli renkte ı şınlar elde etmek mümkündür. Lazer çe şitleri: Günümüzde lazer ı şınımının üretimi için farklı yöntemler kullanılmaktadır. Bu nedenle lazerler; katı, gaz, kimyasal, sıvı ve yarıiletken lazer olmak üzere sınıflara ayrılırlar. İlk bulunan katı lazer türü, yakut lazeridir. Yakut, az miktarda krom ihtiva eden alüminyum oksit kristalidir. İlk yakut laser sadece bir darbe ile çalı ştırılırdı. İlk gaz lazer’in üretiminde helyum ve neon karı şımı şeklinde kullanılmı ştır. Helyum ve neon gazı ile çalı şan lazerde, gazlar yüksek voltaj altında iyonize hale gelir. Helyum atomları elektrik de şarjı esnasında elektronların çarpması ile ikazlanarak yüksek enerji seviyelerine çıkar. Bunlar, kazandıkları enerjilerini neon atomlarındaki e ş enerji seviyelerine aktarırlar. Bu enerji aktarma i şlemi fotonun yayılmasına sebep olur. Aynalar vasıtasıyla yeterli seviyeye ula ştıktan sonra lazer ı şını elde edilmi ş olur. Bu tür lazer ı şınının dalga boyu 1,15 mikrondur. Kimyasal lazerde ise meydana getirilen gazlar kimyasal reaksiyon yoluyla pompalanır. Kimyasal pompalama bir eksotermik kimya reaksiyonunda enerji açı ğa çıkmasıyla olur. Örne ğin; hidrojen ve flüor elementleri tersine çevrilmi ş bir toplumda hidrojen flüorur meydana getirmek üzere reaksiyona girdiklerinde lazer etkisi ortaya çıkar. En çok kullanılan sıvı lazer türü, organik bir çözücü içindeki organik boyanın seyreltik bir çözeltisidir. Birkaç lazer paralel olarak çalı ştırılabilir. Böylece saniyenin birkaç trilyonda biri devam eden lazer darbeleri elde edilebilir. Boya lazerlerinin en önemli özelli ği dalga boyunun geni ş bir alanda hassas bir şekilde ayarlanabilmesidir. Lazer ı şınının kullanıldı ğı yerler: Lazer, haberle şmede kullanılabilecek özelliklere sahiptir. Lazer ı şını da güne ş ı şını gibi atmosferden etkilenir. Bu sebeple atmosfer, radyo yayınlarında oldu ğu gibi lazer yayını için uygun bir ortam de ğildir. Bu bakımdan lazer ı şınları, içi ayna gibi olan lifler içinden gönderilirse, lifler ne kadar uzun, kıvrıntılı olursa olsun kayıp olmadan bir yerden di ğerine ula şır. Bu liflerden istifade edilerek milyonlarca de ği şik frekanstaki bilgi aynı anda ta şınabilmektedir. Bu maksatla foto diyot kullanılmakta ve elektrik enerjisi foto diyotta ı şık enerjisine çevrilmektedir. Karbondioksit lazerleri metal, cam, plastik kaynak ve kesme i şlerinde kullanılır. Lazer, uzayda mesafe ölçmede kullanılır. Peykler arasındaki mesafeyi 25cm hata ile ölçebilmektedir. Lazerle ilk mesafe ölçümü, 1962 senesinde, Ay’a yerle ştirilen argon-iyon lazeri ile yapılmı ştır. Lazer, in şaatlarda, boru ve tünel yapımında, yön ve do ğrultu tayininde ve tespitinde klasik teodolitlerden çok daha mükemmel ve kullanı şlıdır. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 88 Lazer; askeri alandaki mesafe bulma ve yer tanıma maksadıyla kullanıldı ğı bilinmektedir. Gece karanlı ğında gece görü ş dürbünleri ile operasyon yapılabilir. Çok ba şlıklı füzelerin hafızalarına yerle ştirilen hedef resmi, füze hedefe yakla şınca lazer ı şını ile tanınır. Holografi ve foto ğrafçılıkta çok mühim yeri vardır. Lazerle görüntü kaydetme süresi saniyenin 10 trilyonda biri zamanda mümkün olur. Holografi, lazer ı şınları ile üç boyutlu resim çekme ve görüntüleme tekni ğidir. Tıpta lazer “kansız ameliyat” maksatları ile kullanılır. Yırtılmı ş göz retinası, lazer ı şını ile acısız ve süratle dikilir. Vücudun çe şitli bölgelerindeki tümörler bıçakla açılmadan yerinde kesilerek tedavi edilebilir. Damardaki dokular, lazer ı şını ile kaynar ve kanama olmaz. Çürük di ş çukurları dolgu yapılmak üzere acısız delinebilir. Lazer teknolojisinde beklenen geli şmeler: Nükleer enerji alanında lazerin çe şitli geli şmelere yol açaca ğı umulmaktadır. En önemlisi ba şlatılması zor olan termonükleer-füzyon olayının (hidrojen bombası ve güne şte her an meydana gelen reaksiyon) lazer ile tetiklenmesidir. Böylece dünya enerji problemi ortadan kalkacaktır. Laser ı şınının darbe süresinin saniyenin trilyonda birine dü şürülmesi halinde kısa bir sürede üretilecek enerji bugün dünyada aynı müddette üretilmekte olan enerji toplamından fazla olacaktır. Lazer ı şını ile çalı şan silahların yapılması ile çok uzaklardan mühimmat, akaryakıt, karargah binaları imha edilebilecektir. Lazer özelli ği dolayısıyla bilgisayarın hafıza kapasitesini büyük ölçüde arttırabilir. 3.5 ÖZEL T İP D İYOTLAR Bu bölümde elektronik endüstrisinde azda olsa kullanılan bazı özel amaçlı diyot türleri tanıtılacak ve çalı şma karakteristikleri verilecektir. Bu tür diyotlara örnek olarak Şotki (Schoottky), Tunel diyot, Pin diyot’u sayabiliriz. Bu bölümde sırayla; • Şotki diyot’un yapısı, sembolü ve karakteristikleri • Pin diyot’un yapısı, sembolü ve karakteristikleri • Tunel diyot’un yapısı, sembolü ve karakteristikleri İncelenecektir. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 89 Şotki (Schottky) Diyot Şotki diyotlar çok yüksek frekanslarda kullanılmak üzere tasarlanmı ş özel bir diyot türüdür. Bu diyotlara sıcak ta şıyıcı (hot-carrier) diyotlarıda denilmektedir. Çok yüksek frekanslar altında yapılan çalı şmalarda normal diyotlar anahtarlama i şlevini yerine getirirken zorlanırlar. Örne ğin istenilen sürelerde durum de ği ştiremezler (iletim/kesim). Bu soruna çözüm bulmak amacı ile şotki diyotlar geli ştirilmi ştir. Şotki diyotlar çok yüksek anahtarlama hızlarına sahiptirler. Bu nedenle yüksek frekanslarda yapılan çalı şmalarda anahtarlama elemanı olarak şotki diyotlar tercih edilir. Kullanım alanlarına örnek olarak sayısal (digital) sistem tasarımlarını verebiliriz. Şotki diyotların yapısı normal diyotlarla benzerlik gösterir. Sadece P ve N maddesinin birle şim yüzeyi normal diyotlardan farklıdır. Anahtarlama hızını artırmak amacı ile şotki diyotların birle şim yüzeylerinde altun, gümü ş veya platin gibi metaller kullanılır. Şotki diyot’un sembolü ve yapısı şekil-3.26’da verilmi ştir. Katod Anot Anot Katod Katod Anot N Metal-Slikon biti şimi Şekil-3.26 Şotki Diyot’un sembolü ve yapısı Pin Diyot Pin diyotlarda P ve N eklemleri yo ğun bir şekilde katkılandırılmı ştır. Fakat bu iki malzeme katkısız bir silisyum malzeme ile ayrılmı ştır. Ğin diyot, Ters yönde polarmalan- dırıldı ğında sabit bir kondansatör gibi davranır. Do ğru yönde polarmalandı ğında ise deği şken bir direnç gibi çalı şır. Pin diyot bu özelliklerinden dolayı modülasyon elemanı olarak kullanılır. Hızlı deği şiminden dolayı kontrollü mikro dalga anahtarı gibi, ya da direnci akım kontrollü oldu ğundan zayıflatma uygulamalarında kullanılırlar. Pin diyodun yapısı ve e şdeğer devreleri şekil-3.27’de verilmi ştir. i Katod Anot N Özel Bölge P C R R F b) Ters polarma e ğde ğeri c) Do ğru polarma e şde ğeri a) Temel Yapısı ++ _ _ Şekil-3.27 Pin Diyot’un temel yapısı ve e şde ğer devreleri ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 90 Tunel Diyot Tunel Diyot (Tunnel diode), di ğer diyotlar gibi PN biti şiminden üretilmi ştir. Üretiminde germanyum veya galyum arsenit kullanılır. Do ğrultucu diyotlardan farklı olarak p ve n tipi eklemleri olu şturulurken daha yo ğun katkı maddesi kullanılır. Tunel diyot’un en belirgin özelli ği negatif direnç karakteristi ğidir. Bu özellik onu özellikle osilatör devrelerinin tasarımında popüler kılar. Tunel diyotların sık kullanıldı ğı bir di ğer uygulama alanı ise mikrodalga yükselteçleridir. Şekil-3.28’de tunel diyot’un şematik sembolü ve karakteristi ği verilmi ştir. Katod Anot Anot Katod Tunel Akımı Negatif Direnç Bölgesi I F V F A B C Şekil-3.27 Tunel Diyot’un şematik sembolü ve karakteristi ği Tunel diyot, do ğru polarma altında çok küçük gerilim de ğerlerinde dahi iletimdedir ve üzerinden bir akım akmasına izin verir. Bu durum karakteristikte A-B noktaları arasında görülmektedir. Tunel diyot üzerine uygulanan do ğru yöndeki polarma gerilimi, tunel diyot kırılma (barrier) gerilimi de ğerini a ştı ğında tunel diyot negatif direnç özelli ği gösterir. Bu noktada (B noktası) tunel diyot üzerinden geçen akım miktarı arttı ğı halde, üzerine dü şen gerilim azalır. Bu durum negatif direnç özelli ğidir. Tunel diyot’a has bir özelliktir. Karakteristikte B-C noktaları arasında gösterilmi ştir. Tunel diyot’un bu özelli ği onu kimi uygulamalarda popüler kılar. Örne ğin osilatör devrelerinde tetikleme elemanı olarak kullanılabilir. Tunel diyot’un bir osilatör devresin- de nasıl kullanıldı ğını küçük bir örnekle açıklayalım. Şekil--3.28’de paralel bir rezonans devresi verilmi ştir. Bu devre, S anahtarı kapatıldı ğında sönümlü bir osilasyon üretilir. C RL S V C RL S V Şekil-3.28 Sönümlü bir osilasyonun olu şumu Bu devreye bir tunel diyot ilavesiyle osilasyon sürekli hale gelir. Devrenin çalı şmasını kısaca açıklayalım. S anahtarı kapatıldı ğında tunel diyot tetiklenerek tank devresine enerji pompalar. Tank devresinde salınım olu şur ve tunel diyot kesime gider. Tank ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 91 devresinde olu şan salınımın genli ği belli bir de ğerin altına dü ştü ğünde tunel diyot tekrar tetiklenerek tank devresine enerji pompalar. Bu durum sürekli tekrarlanarak osilasyonun süreklili ği tunel diyot tarafından sa ğlanır. C RL S V R 1 Tank Devresi D 1 D 1 I F V F Şekil-3.29 Tunel diyot’la gerçekle ştirilen osilatör devresi 3.7 BÖLÜM ÖZET İ • Zener diyot, ters polarma altında ve kırılma geriliminde çalı ştırılmak üzere üretilmi ş özel tip bir diyot’dur. • Zener diyot, anot ve katod olarak adlandırılan iki adet terminale sahiptir. Gerilim regülatörü ve kırpıcı olarak kullanılır. • Zener diyotlarda kırılma gerilimi üretim a şamasında 1.2V ile 200V arasında farklı değerlerde ayarlanarak kullanıcının tüketimine sunulur. • Regüle i şlemi hat ve yük regülasyonu olmak üzere iki temelde yapılır. Zenerin temel i şlevi üzerine uygulanan ters gerilimi, kırılma gerilimi de ğerinde sabit tutmaktır. • Zener diyot, regüle i şlemini belirli ko şullar altında yerine getirir. Zener’e uygulanan ters gerilim de ğeri, zener kırılma geriliminden büyük olmalıdır. Zener akımı ise belirli limitler içerisinde tutulmalıdır. • Zener diyot, regüle i şlemini küçük güçler söz konusu oldu ğunda yerine getirebilir. Büyük güçlerde regüle i şlemi için ek devre elemanları kullanılmalıdır. • Zener diyot’un bir di ğer kullanım amacı ise referans gerilimi elde etmektir. Dolayısıyla zener, kimi zaman referans diyot olarak kullanılabilir. • Varikap diyot, ters polarma altında ayarlı bir kondansatör gibi davranır. Üzerine uygulanan ters gerilim de ğerine ba ğlı olarak kapasitesi de ği şir. • Varikap diyotlar genellikle ileti şim sistemlerinde; modülatör, otomatik frekans kontrolü ve filtreleme devrelerinde kullanılır. ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan 92 • Şotki (Schottky) diyotlar, çok yüksek frekanslarda anahtarlama elemanı olarak çalı ştırılmak üzere tasarlanmı şlardır. • Pin diyot, özellikle mikro dalga devrelerinde çalı ştırılmak üzere tasarlanmı ştır. Do ğru yönde sabit bir kondansatör etkisi, ters yönde ise ayarlı bir direnç gibi davranır. Mikro dalga ve sinyal zayıflatma devrelerinde sıklıkla kullanılır. • Do ğru polarma altında ı şık yayan diyod’lara LED adı verilmektedir. LED, ters polarma altında yalıtkandır. Üzerinden akım akmasına izin vermez. • Farklı yarıiletken materyaller kullanılarak sarı, turuncu, kırmızı ve ye şil renklerde ı şık görülebilir ı şık yayan LED üretimi yapılmaktadır. • Fasklı dalga boylarında gözle görülemeyen ı şık yayan LED üretimi de yapılmaktadır. Bu tür LED’lere infrared adı verilmektedir. • Foto-diyot, ters polarma bölgesinde üzerine uygulanan ı şık miktarına duyarlı bir diyot’dur. Üzerine uygulanan ı şık şiddetine ba ğlı olarak üzerinden küçük bir miktar akım akmasına izin verir. • Bazı özel tip diyotların şematik sembolleri şekil-3.30’da toplu olarak verilmi ştir. ? Do ğrultmaç Diyodu LED Şotki Diyot Tunel Diyot Foto Diyot Zener Diyot Şekil-3.30 Özel tip diyotların şematik sembolleri ANALOG ELEKTRON İK- I Kaplan