Temel Elektronik Temel Elektronik - Diyot Çeşitleri 71 TEMEL ELEKTRON K Kaya D YOT ÇE TLER 1) KR STAL D YOT 2) ZENER D YOT 3) TÜNEL D YOT 4) I IK YAYAN D YOT (LED) 5) FOTO D YOT 6) AYARLANAB L R KAPAS TEL D YOT (VARAKTÖR - VAR KAP) D ER D YOTLAR 1) M KRODALGA D YOTLARI 2) GUNN D YOTLARI 3) IMPATT (AVALAN ) D YOT 4) BARITT (SCHOTTKY) D YOT 5) AN TOPARLANMALI D YOT 6) P N D YOT 7) BÜYÜK GÜÇLÜ D YOTLAR BÖLÜM 5 72 TEMEL ELEKTRON K Kaya D YOTUN TEMEL YAPISI D YOT NED R? Diyotlar, yaln ?zca bir yönde ak ?m geçiren devre eleman ?d ?r. Di er bir deyimle, bir yöndeki dirençleri ihmal edilebilecek kadar küçük, öbür yöndeki dirençleri ise çok büyük olan elemanlard ?r. Direncin küçük oldu u yöne "do ru yön" ,büyük oldu u yöne "ters yön" denir. Diyot sembolü, a a ?da görüldü ü gibi, ak ?m geçi yönünü gösteren bir ok eklindedir. Diyot Sembolü: Ayr ?ca, diyodun uçlar ? pozitif (+) ve negatif (-) i aretleri ile de belirlenir. "+" ucu anot, "-" uca katot denir. Diyodun anaduna, gerilim kayna ?n ?n pozitif (+) kutbu, katoduna kayna ?n negatif (-) kutbu gelecek ekilde gerilim uyguland ? ?nda diyot iletime geçer. Diyodun kullan ?m alanlar ?: Diyotlardan, elektrik alan ?nda redresör (do rultucu), elektronikte ise; do rultucu,detektör, modülatör, limitör, anahtar olarak çe itli amaçlar için yararlan ?lmaktad ?r. Diyotlar ?n Grupland ?r ?lmas ?: Diyotlar ba l ?ca üç ana gruba ayr ?l ?r: 1) Lamba diyotlar 2) Metal diyotlar 3) Yar ? iletken diyotlar 73 TEMEL ELEKTRON K Kaya 1. LAMBA D YOTLAR Lamba diyotlar en yayg ?n biçimde redresör ve detektör olarak kullan ?lm ? t ?r. S ?cak katotlu lamba, civa buharl ? ve tungar lambalar bu gruptand ?r. ekil 3.1 'de s ?cak katotlu lamba diyodun iç görünü ü ve çal ? ma ekli verilmi tir. ekilde görüldü ü gibi ?s ?nan katotdan f ?rlayan elektronlar atom taraf ?ndan çekilmekte ve devreden tek yönlü bir ak ?m ak ? ? sa lanmaktad ?r. Eskiden kalanlar ?n d ? ?nda bu tür diyotlar art ?k kullan ?lmamaktad ?r. 2.METAL D YOTLAR Bak ?r oksit (CuO) ve selenyumlu diyotlar bu gruba girmektedirler. Bak ?r oksitli diyotlar ölçü aletleri ve telekominikasyon devreleri gibi küçük gerilim ve küçük güçle çal ? an devrelerde, selenyum diyotlar ise birkaç kilowatt 'a kadar ç ?kan güçlü devrelerde kullan ?l ?r. ekil 3.2 'de metal diyotlar ?n kesiti gösterilmi tir. 74 TEMEL ELEKTRON K Kaya 3. YARI LETKEN D YOTLAR Yar ? iletken diyotlar ?, P ve N tipi germanyum veya Silikon yar ? iletken kristallerinin baz ? i lemler uygulanarak bir araya getirilmesiyle elde edilen diyotlard ?r. Hem elektrikte hemde elektronikte kullan ?lmaktad ?r. ekil 3.3 'te tipik bir örnek olarak kuvvetli ak ?mda kullan ?lan bir silikon diyot verilmi tir. 75 TEMEL ELEKTRON K Kaya Tablo 3.1 'de metal ve yar ? iletken diyotlar ?na ait baz ? de erler verilmektedir. D YOT C NS D YOT KARAKTER ST KLER Birimi Selenyum Germanyum Silikon Ters yöndeki dayanma gerilimi V 40 - 60 500 - 800 1500 - 4000 Aktif yüzeydeki ak ?m yo unlu u A / cm 2 0.89 - 0.9 100 - 300 100 - 300 Maksimum do ru yön ak ?m ? A 400 200 1000 Gerilim dü ümü V 0.6 - 1 0.6 1.2 Maksimum dayanma s ?cakl ? ? °C 80°C 65°C 140°C Ters yön ak ?m ?n ?n do ru yön ak ?m ?na oran ? IR / ID 0.1 - 0.03 0.0002 0.00001 Diyotlar aras ?nda bir k ?yaslama yapabilmek için ekil 3.4 'te baz ?lar ?n ?n karakteristik e rileri verilmi tir 3. YARI LETKEN D YOTLARIN TEMEL YAPISI Yar ? iletken diyotlar ?, PN yüzey birle meli (jonksiyon) diyotlar ve nokta temasl ? diyotlar olmak üzere iki ana grupta toplan ?r. Yar ? iletken diyotlar ?, ilk olarak nokta temasl ? kristal diyot halinde kullan ?ma girmi tir. Zamanla bunlar ?n yerini yüzey birle meli diyotlar alm ? t ?r. Nokta temasl ? diyotlar bugün baz ? özel alanlarda kullan ?ld ? ?ndan özel amaçl ? diyotlar bölümünde incelenmi tir. PN yüzey birle meli diyot di er ad ?yla jonksiyon diyot, P ve N tipi kristallerin, özel yöntemler ile, ekil 3.5 'te görüldü ü gibi, ard arda birle tirilmesi yoluyla elde edilir. Birle me yüzeyine jonksiyon da denir. Jonksiyon diyot deyimi buradan gelmektedir. Jonksiyon kal ?nl ? ? 0.01 mm 'dir. Diyodun anot ve katot uçlar ?: Diyodun P bölgesinden ç ?kar ?lan ba lant ? ucuna (elektroduna) ANOT ucu, N bölgesinden ç ?kar ?lan ba lant ? ucuna da KATOT ucu denir. Anot "+" katot "-" ile gösterilir. 76 TEMEL ELEKTRON K Kaya POLARMASIZ PN B LE M Gerilim uygulanmam ? olan, diyoda POLARMASIZ diyot denir. Polarmas ?z diyotta u yap ?sal de i iklikler olmaktad ?r: ekil 3.6 'dan takip edilirse, N tipi kristalin birle me yüzeyine yak ?n k ?sm ?ndaki serbest elektronlar, P tipi kristaldeki pozitif (+) elektrik yüklerinin, yani pozitif elektrik yüklü atomlar ?n, çekme kuvveti etkisiyle birle me yüzeyini geçerek, bu yüzeye yak ?n atomlardaki elektron bo luklar ?n ? doldururlar. Ve kovalan ba kurarak P kristali içerisinde nötr (etkimesiz) bir bölge olu tururlar. N tipi kristalin belirli bir bölümündeki elektronlar ?n tamam ? P tipi kristale geçti inden, N taraf ?nda da nötr bir bölge olu ur. P kristali nötr bölgesinin gerisinde kalan pozitif elektrik yüklü atomlar ?n çekme kuvveti, N tipi kristalin nötr bölgesinin öbür taraf ?nda kalm ? olan elektronlar ? çekmeye yetmeyece inden belirli bir geçi ten sonra elektron ak ? ? duracakt ?r. Sonuçta, birle me yüzeyinin (jonksiyonun) iki taraf ?nda hareketli elektriksel yükü bulunmayan bir bo luk bölgesi olu ur. 77 TEMEL ELEKTRON K Kaya Bo luk bölgesinin pil ile tan ?mlanmas ?: Bo luk bölgesinin özelli ini daha iyi tan ?mlaya bilmek için, ekil 3.6 'da görüldü ü gibi, pozitif kutbu N tipi kristale ba l ?, yakla ?k 1/2V 'luk bir pil ba l ?ym ? gibi dü ünülür. Pilin "+" kutbu, serbest elektronlar ? çeker ve "-" kutbu da, "+" atomlara elektron vererek onlar ? nötr hale getirir. Böylece bo luk bölgesi olu ur. ekil 3.6 - Yüzey birle meli diyotta bo luk bölgesinin pil ile gösterili i. POLARMALI PN B LE MES Gerilim uygulanm ? olan diyoda, POLARMALI diyot denir. Yap ?lan i leme de, diyodun POLARILMASI denir. "Polarma" n ?n Türkçe kar ?l ? ? "kutupland ?rma" d ?r. Yani, gerilim kayna ?n ?n "+" ve "-" kutuplar ?n ?n ba lanmas ?d ?r. Gerilim kayna ?n ?n ba lan ? ekline göre, polarma u iki ekilde olur: a) Do ru polarma b) Ters polarma 78 TEMEL ELEKTRON K Kaya A. DO RU POLARMA Gerilim kayna ?n ?n, ak ?m ak ?tacak yönde ba lanmas ?na, DO RU POLARMA denir. Do ru polarma ba lant ?s ?: Do ru polarmada, ekil 3.7 'de görüldü ü gibi; gerilim kayna ?n ?n pozitif (+) kutbu, diyodun anoduna (P bölgesi), negatif (-) kutbu, diyodun katoduna (N bölgesi) ba lan ?r. Diyodun uçlar ? aras ?ndaki gerilim için de "polarma" veya "polarizasyon" gerilimi deyimleri kullan ?l ?r. ekil-3.7 leri yönde polarma ba lant ?s ?. R, ak ?m ? s ?n ?rlamak ve diyot?u korumak için kullan ?lm ? t ?r DO RU POLARMADA D YOT ÇER S NDEK GEL MELER ekil 3.7 'den de anla ?laca ? gibi, do ru yönde polar ?lm ? diyotta, N bölgesindeki serbest elektronlar, gerilim kayna ?n ?n negatif kutbu taraf ?ndan itilir, pozitif kutbu taraf ?ndan çekilir. Benzer ekilde, P bölgesi pozitif elektrik yükleri de kayna ?n pozitif kutbu taraf ?ndan itilir, negatif kutbu taraf ?ndan çekilir. Bu s ?rada, pozitif elektrik yüklerinin tersi yönde hareket eden elektronlar da, P bölgesinden ç ?karak kayna ?n pozitif (+) kutbuna do ru akar. P bölgesinden kayna a giden her elektrona kar ?l ?k, kaya ?n negatif kutbundan ç ?kan bir elektron da N bölgesine gelir. Böylece devrede bir ak ?m do ar. 79 TEMEL ELEKTRON K Kaya D ? devredeki ak ?m yönü: Herkes taraf ?ndan kabul edilen, elektron ak ? ?n ?n tersi yönde, yani kayna ?n pozitif kutbundan diyoda do ru ve oradan da kayna ?n negatif kutbuna do rudur. K ?sacas ?; ak ?m "+" dan, "-" ye do ru akar. Diyottan geçirilebilecek ak ?m ?n büyüklü ü: Bir diyottan geçirilebilecek olan ak ?m ?n büyüklü ü diyot türüne ve yap ?s ?na göre de i ir. Geçirilebilecek maksimum ak ?m de eri diyot kataloglar ?nda verilmi tir. E er ak ?m ?n büyük de erlere ula mas ?na izin verilirse, meydana gelen s ?cakl ?k diyodun yap ?s ?n ? etkiler ve diyot bozulur. Böyle bir durumu önlemek için, ekil 3.7 'de görüldü ü gibi, diyoda seri bir R direncinin ba lanmas ?nda yarar vard ?r. R direncinin seçimi diyodun ak ?m kapasitesine ve gerilim kayna ?n ?n büyüklü üne göre yap ?l ?r. Diyodun Anot ve Katodu: Do ru polarmal ? ba lant ?da, gerilim kayna ?n ?n pozitif kutbu, di er ad ?yla ANODU diyodun P bölgesine ba land ? ?ndan, diyodun bu ucuna da ANOT ucu denmi tir. Benzer ekilde di er uca da KATOT denmi tir. Diyodun d ? görüntüsünde ANOT - KATOT ayr ?m ?n ? sa layabilmek için, genellikle katot taraf ?na a a ?da gösterildi i gibi bir çizgi konulur.Baz ? diyotlarda bu durum ok i areti konularak belirtilir. 80 TEMEL ELEKTRON K Kaya B. TERS POLARMA ekil 3.8 'de görüldü ü gibi, gerilim kayna ?n ?n negatif (-) ucu, diyodun anoduna (P taraf ?na), gerilim kayna ?n ?n pozitif (+) ucu ise, diyodun katot (N) ucuna gelecek ekilde ba lant ? yap ?l ?rsa, diyot çok büyük bir direnç gösterecek ve ak ?m ak ? ?na engel olacakt ?r. Ancak çok küçük bir kaçak ak ?m akar. Bu halde diyot ters polarmal ?d ?r veya ters ba lant ?l ?d ?r denir. Büyük direnç yönüne de diyodun ters yönü ad ? verilmektedir. TERS POLARMA HAL NDE D YOT ÇER S NDEK GEL MELER P bölgesindeki pozitif elektrik yükleri (oyuklar) kayna ?n negatif kutbu taraf ?ndan, N bölgesindeki serbest elektronlar ise pozitif kutbu taraf ?ndan çekilecek ve jonksiyondan herhangi bir ak ?m geçmeyecektir. Bu durumda, ortadaki bo luk bölgesi de büyümektedir. ( ekil 3.8) ekil-3.8 Ters Polarma ba lant ?s ?. 81 TEMEL ELEKTRON K Kaya Kaçak ak ?m (leakage current): P ve N tipi yar ? iletken kristalinin incelenmesi s ?ras ?nda, P tipi kristalde, az ?nl ?k ta ?y ?c ?s ? olarak bir miktar serbest elektronun bulundu u, keza N tipi kristalde de bir miktar, aktif halde pozitif elektrik yükü (oyuk) bulundu unu belirtmi tik. te ters polarma s ?ras ?nda, bu az ?nl ?k ta ?y ?c ?lar ? etkinlik göstererek, diyot içerisinden ve dolay ?s ?yla da devreden ters yönde çok küçük bir ak ?m geçmesine neden olur. Bu ak ?ma "KAÇAK AKIM" denir. Kaçak ak ?m ekil 3.9 'da görüldü ü gibi, mikro amper mertebesinde (µA) ihmal edilebilecek kadar küçük olup normal çal ? ma artlar ?nda diyodun çal ? mas ?n ? etkilememektedir. Ancak ?s ?nmayla artma gösterir. D YOT KARAKTER ST ekil 3.9 'da Ge ve Si diyotlara ait gerilim ak ?m ba ?nt ?s ? gösterilmi tir. Buradaki gibi, bir eleman veya devrenin çe itli de erleri aras ?ndaki ba ?nt ?y ? yans ?tan e rilere karakteristik e risi, bazen de k ?saca karakteristi i denmektedir. DO RU POLARMA DURUMUNDA Do ru polarmada, ekil 3.9 'da görüldü ü gibi germanyum diyodun karakteristik e risi 0,2V civar ?nda, silikon diyodun karakteristik e risi ise 0,6V civar ?nda yukar ?ya do ru k ?vr ?lmaktad ?r. Yani, ancak bu gerilim de erlerinden sonra diyot iletime geçmektedir. letime geçi gerilimine ba lang ?ç veya e ik gerilimi denir. Diyodun hemen iletime geçmemesinin nedeni birle me yüzeyinin iki yan ?ndaki bo (nötr) bölgesidir. Elektronlar, ancak yukar ?da belirtilen gerilimlerden sonra bu bölgeyi geçebilmektedir. ekilde görüldü ü gibi, küçük de erli gerilim art ? ?nda, do ru yön ak ?m ? h ?zla büyümektedir. Bu ak ?m fabrikas ?nda verilen ak ?m limitini a arsa diyot yanar. 82 TEMEL ELEKTRON K Kaya TERS POLARMA DURUMUNDA Ters polarmada, daha öncede belirtildi i gibi, belirli bir gerilime kadar ancak mikro amper mertebesinde ve önemsenmeyecek kadar küçük bir kaçak ak ?m ? akmakta, bu gerilimi a ?nca ise ters ak ?m birden büyümektedir. D YODUN DEL NMES Ters ak ?m ?n birden büyümesi halinde, diyodun delinmesi, bu andaki gerilime de delinme gerilimi denir. Delinme olay ?nda, ters ak ?m ?n birden büyümesinin nedenleri: 1) ekil 3.8 'de görüldü ü gibi, uygulanan büyük de erli ters gerilimin pozitif kutbu, N bölgesindeki serbest elektronlar ? kuvvetle çekmekte, negatif kutbu da P bölgesindeki az ?nl ?k ta ?y ?c ? durumundaki elektronlar ? kuvvetle itmektedir. 2) Büyük bir hareketlilik kazanan elektronlar, atomlara h ?zla çarparak, valans elektronlar ?nda serbest hale geçmesine neden olur. 3) Bu ekilde hem P, hem de N bölgesinde h ?zla ço alan elektronlar kayna ?n pozitif kutbunun çekme kuvvetine kap ?larak, büyük oranda kayna a do ru akar. 4) Bu arada P - N bölgeleri aras ?ndaki bo luk bölgesi kalkm ? ve P bölgesinde de çok say ?da elektron olu mu bulundu undan P - N ayr ?m ? kalmaz. Diyot iletken bir madde haline dönü ür. 5) A ?r ? elektron hareketinden dolay ? diyot ?s ?narak yanar. 6) Ayr ?ca d ? ortam ?n s ?cak olmas ? da olay ? h ?zland ?rmaktad ?r. Bu nedenle, diyotlar çok s ?cak ortamlarda kullan ?lmamal ? veya so utucu ile kullan ?lmal ?d ?r. Germayum diyodun maksimum çal ? ma s ?cakl ? ? 90°C, Silikon diyodu ise175°C dir. Ayr ?ca ters polarma halinde, uygulanan gerilimin büyük de erlerinde diyodun yüzeyi boyunca bir miktar da yüzeysel kaçak ak ?m ? akar. Diyot yüzeyinin kirlenmesi ve rutubetlenmesi durumunda yüzeysel kaçak ak ?m ? büyür. Her iki polarma halinde de vard ?r. Fakat ters polarma halinde, istenmeyen ak ?m olarak, etkisini daha da çok göstermektedir. ekil 3.9 'da görüldü ü gibi, siliko diyodun delinme gerilimi, germanyum diyoda göre daha büyüktür. Diyer taraftan kaçak ak ?m ise daha küçüktür. 83 TEMEL ELEKTRON K Kaya Sonuç olarak: Diyot, do ru polarmada küçük dirençli bir devre eleman ?, ters polarmada ise büyük dirençli bir devre eleman ? niteli i gösterir ve ak ?m ?n tek yönde akmas ?n ? sa lamaktad ?r. Fabrikas ?nca verilen, do ru yön ak ?m ? ve ters yön gerilimi geçilirse diyot yanar. D YODUN KONTROLÜ Bir diyot u iki amaçla kontrol edilir: 1) Anot ve Katodun belirlenmesi 2) Sa laml ?k kontrolü Diyot kontrolü, pratik olarak ölçü aleti (avometre) ile yap ?l ?r. breli (analog) ölçü aleti kullan ?lmas ?, h ?zl ? ölçüm ve takip kolayl ? ? bak ?m ?ndan daha uygundur. Amaç hassas bir ölçüm olmay ?p, büyük veya küçük direnç eklinde bir ölçüm yapmak suretiyle diyodun durumunu saptamakt ?r. Ayr ?ca, bir hususa dikkat etmek gerekir: Diyot direncinin kontrolüyle, normal bir direncin kontrolü aras ?nda önemli farklar vard ?r. Direnç ölçümünde, gerilim kayna ? olarak ölçü aleti içerisindeki pilden yararlan ?lmaktad ?r. Ölçü aleti içerisindeki pil genelde 1.5V 'luk tur. Baz ? ölçü aletlerinde 9V 'luk pil bulunur. 1.5V 'luk ohm ile yap ?lan en küçük normal bir direncin bile, k ?sa zamanl ? ölçümü için tehlikeli de ildir. Ancak diyot için tehlikeli olabilir. Her diyodun, do ru yönde geçirebilece i ak ?m s ?n ?rl ?d ?r. Bu nedenle, küçük ak ?ml ? diyotlar ?n ve özelliklede yüksek frekans (YF) diyotlar ?n ?n ölçümü s ?ras ?nda dikkatli olmak gerekir. Bu gibi hallerde diyotlarda 100-500 Ohm aras ?nda seri bir direnç ba lamak gerekir. Ayr ?ca; Galvano teknikte ve DC motorlar için kullan ?lan büyük güçlü do rultucu diyotlar ?na benzer diyotlar ? iletime geçirmek için büyük gerilim gerekti inden 1.5V 'luk Ohm metre böyle diyotlar ? ölçmez. ki yönde de büyük direnç gösterir. Böyle diyotlar için 9V 'luk pili bulunan avometreler kullan ?l ?r ve R*100, R*1000 kademelerinde ölçüm yap ?l ?r. 84 TEMEL ELEKTRON K Kaya unuda bilmek gerekir: Ölçü kademesi büyüdükçe, ölçü aletinin iç direnci küçülür ve d ? devreye uygulad ? ? gerilim ve verdi i ak ?m büyür. D YODUN, ANOT VE KATODUNUN BEL RLENMES Diyotlar devreye mutlak surette do ru ekilde ba lanmal ?d ?r. Bunun içinde anot ve katodun bilinmesi gerekir. Diyot anot ve katodunun hangisi oldu undan üphe ediliyorsa, kontrol ekil 3.10 'da görüldü ü gibi iki yönlü yap ?l ?r. Normal bir diyot, bir yönde küçük direnç, öbür yönde çok büyük direnç gösterecektir. Do ru yön direnci diyottan diyoda birkaç 10 ohm 'dan birkaç 100 ohm 'a kadar, de i ti i gibi, ayn ? diyodun direnci uygulanan gerilime göre de de i ir. Uygulana gerilim büyüdükçe diyodun direnci küçülür. Ters yön direnci, bütün diyotlarda Mega ohm 'a yak ?n veya üzerindedir. Diyot direncinin küçük ç ?kt ? ? yönde, ölçü aletinin pozitif (+) probunun ba l ? oldu u uç ANOT di er uç KATOT 'dur. Bu noktada di er bir hususa daha dikkat edilmesi gerekir: Baz ? ölçü aletlerinde pilin negatif ucu, aletin "+" yaz ?l ? ç ?k ? ?na ba lanmaktad ?r. Bu nedenle, kullan ?lan ölçü aletinde pilin ç ?k ? a nas ?l ba land ? ?n ?n bilinmesi gerekir. Prensip olarak, ölçü aletinin "+" ç ?k ? ?ndaki kablonun rengi KIRMIZI "-" ç ?k ? ?ndaki kablonun rengi S YAH 't ?r. D YODUN SA LAMLIK KONTROLÜ Bir diyot u iki nedenle bozulur: 1) Do ru yönde katalog de erinin üzerinde ak ?m geçirilirse, 2) Ters yönde yine katalog de erinin üzerinde gerilim uygulan ?rsa. Her iki halde de diyottan geçen a ?r ? ak ?m diyodun bozulmas ?na neden olacakt ?r. 85 TEMEL ELEKTRON K Kaya Üzerinden a ?r ? ak ?m geçen bir diyotta üç durum gözlenebilir: A ?r ? ak ?m çok fazla de ilse ve k ?sa dönem akm ? sa, hem P, hem de N bölgesindeki kristal atomlar ? aras ?ndaki kovalan ba lar kopmakta ve elektronlar serbest hale geçmektedir. Bu durumda diyot bir iletken haline dönü mekte ve omaj ölçümü yap ?ld ? ?nda her iki yönde de k ?sa devre göstermektedir. A ?r ? ak ?m çok büyük olursa diyot aynen bir sigorta teli gibi eriyip yanar ve omaj kontrolü yap ?ld ? ?nda her iki yönde de aç ?k devre gösterir. Di er bir deyimle, sonsuz ( ) gösterir. Yanan bir diyottaki renk de i imi d ? ar ?dan bak ?ld ? ?nda da belli olur.