Temel Elektronik Temel Elektronik - Kristal Diyot ve Karakteristiği 86 TEMEL ELEKTRON K Kaya KR STAL D YOT VE KARAKTER ST Nokta temasl ? diyot elektronik alan ?nda ilk kullan ?lan diyottur. 1900-1940 tarihleri aras ?nda özellikle radyo alan ?nda kullan ?lan galenli ve prit 'li detektörler kristal diyotlar ?n ilk örnekleridir. ekil 3.12 (a) 'da görüldü ü gibi galen veya prit kristali üzerinde gezdirilen ince fosfor-bronz tel ile de i ik istasyonlar bulunabiliyordu. Günlük hayatta bunlara, kristal detektör veya di er ad ?yla kristal diyot denmi tir. 1940 'tan sonra, ekil 3.12 (b) 'ye benzeyen nokta temasl ? germanyum veya silikon diyotlar geli tirilmi tir. Germanyum veya silikon nokta temasl ? diyodun esas ?; 0.5 mm çap ?nda ve 0.2 mm kal ?nl ? ?ndaki N tipi kristal parçac ? ? ile "fosfor-bronz" veya "berilyum bak ?r" bir telin temas ?n ? sa lamaktan ibarettir. ekil 3.12 - Nokta temasl ? diyot a) Genel yap ?s ? b) P bölgesinin olu umu ekil 3.13 - Nokta temasl ? germanyum diyodun karakteristik e risi BÖLÜM 6 87 TEMEL ELEKTRON K Kaya Bu tür diyotta, N tipi kristale noktasal olarak büyük bir pozitif gerilim uygulan ?r. Pozitif gerilim temas noktas ?ndaki bir k ?s ?m kovalan ba ? k ?rarak elektronlar ? al ?r. Böylece, çok küçük çapta bir P tipi kristal ve dolay ?s ?yla da PN diyot olu ur. Bu olu um ekil 3.12 (b) 'de gösterilmi tir. Bugün nokta temasl ? diyotlar ?n yerini her ne kadar jonksiyon diyotlar alm ? ise de, yinede elektrotlar ? aras ?ndaki kapasitenin çok küçük olmas ? nedeniyle yüksek frekansl ? devrelerde kullan ?lma alanlar ? bulunmaktad ?r. Ters yön dayanma gerilimleri dü ük olup dikkatli kullan ?lmas ? gerekir. ekil 3.13 'teki karakteristik e risinde de görüldü ü gibi Böyle bir diyodun elektrotlar aras ? kapasitesi 1 pF ' ?n alt ?na kadar dü mektedir. Dolay ?s ?yla yüksek frekanslar için di er diyotlara göre daha uygun olmaktad ?r. Nokta temasl ? diyotlar ?n kullan ?m alanlar ?: Nokta temasl ? silikon diyotlar en çok mikro dalga kar ? t ?r ?c ?s ?nda, televizyon, video dedeksiyonunda, germanyum diyotlar ise radyofrekans ölçü aletlerinde (voltmetre, dalgametre, rediktör vs...) kullan ?l ?r. ZENER D YOT VE KARAKTER ST Zener diyot jonksiyon diyodun özel bir tipidir. Zener Diyodunun Özellikleri: Do ru polarmal ? halde normal bir diyot gibi çal ? ?r ( ekil 3.14). Ters polarmal ? halde, belirli bir gerilimden sonra iletime geçer. Bu gerilime zener dizi gerilimi, veya daha k ?sa olarak zener gerilimi denir ( ekil 3.14-VZ). Ters gerilim kalk ?nca, zener diyotta normal haline döner. Devrelerde, ters yönde çal ? acak ekilde kullan ?l ?r. Bir zener diyot zener gerilimi ile an ?l ?r. Örn: "30V 'luk zener" denildi inde, 30V 'luk ters gerilimde çal ? maya ba layan zener diyot demektir.( ekil 3.14). Silikon yap ?l ?d ?r. Zener diyot, ters yön çal ? mas ? s ?ras ?nda olu acak olan a ?r ? ak ?mdan dolay ? bozulabilir. Bu durumu önlemek için devresine daima seri bir koruyucu direnç ba lan ?r ( ekil 3.16-RS). 88 TEMEL ELEKTRON K Kaya Her zaman zener diyodun katalo unda u bilgiler bulunur: Gücü Ters yön gerilimi(VZ), Maksimum ters yön ak ?m ?(IZM), Ters yöndeki maksimum kaçak ak ?m ?, Maksimum direnci S ?cakl ?k sabiti. u limit de erlerde çal ? an zener diyotlar üretilmektedir: Maksimum zener ak ?m ? (IZM): 12A Zener gerilimi (VZ): 2 - 200V aras ? Maksimum gücü: 100Watt Maksimum ters yön kaçak ak ?m ?: 150µA (mikro amper) Maksimum çal ? ma s ?cakl ? ?: 175°C. Çal ? ma ortam ? s ?cakl ? ? artt ?kça zener gerilim küçülür. Zener geriliminin ayar ?: Zener gerilimin ayar ? birle me yüzeyinin iki taraf ?nda olu an bo luk bölgesinin (nötr bölge) geni li inin ayarlanmas ? yoluyla sa lanmaktad ?r. Bunun içinde çok saf silikon kristal kullan ?lmakta ve katk ? maddesi miktar ? de i tirilmektedir. Bo luk bölgesi darald ?kça zener diyot daha küçük ters gerilimde iletime geçmektedir. 89 TEMEL ELEKTRON K Kaya Zener gücünün ayar ?: Zener gücü, birle me yüzeyinin büyüklü üne ve diyodun üretiminde kullan ?lan silikonun safl ?k derecesiyle, katk ? maddesinin miktar ?na ba l ?d ?r. Ayr ?ca diyot ?s ?nd ?kça gücüde dü ece inden, so utulmas ?yla ilgili önlemlerin al ?nmas ? da gerekir. ZENER D YODUN KULLANIM ALANLARI 1 - K ?rpma Devresinde: ekil 3.15 'de görüldü ü gibi iki zener diyot ters ba land ? ?nda basit ve etkili bir k ?rpma devresi elde edilir. Örne in: Devre giri ine tepe de eri 10V olan bir AC gerilim uygulans ?n ve k ?rpma i lemi için, zener gerilimi 5V olan iki Z1, Z2 zener diyodu kullan ?ls ?n. ekil 3.15 - ki zener diyotlu tam dalga k ?rpma devresi AC gerilimin pozitif alternans ? ba lang ?c ?nda Z1 zeneri do ru polarmal ? ve iletimde, Z2 zeneri ise ters polarmal ? ve kesimde olacakt ?r. Giri gerilimi +5V 'a ula t ? ?nda Z2 'de iletime geçer ve dolay ?s ?yla da ç ?k ? uçlar ? aras ?nda +5V olu ur. Keza, R direnci üzerindeki gerilim dü ümü de 5V 'tur. AC gerilimin di er alternans ?nda da Z1 ters polarmal ? hale gelir ve bu defa da ç ?k ? ta tepesi k ?rp ?lm ? 5V 'luk negatif alternans olu ur. R direnci, devreden akacak ak ?m ?n Zener diyotlar ? bozmayacak bir de erde kalmas ?n ? sa layacak ve 5V 'luk gerilim dü ümü olu turacak ekilde seçilmi tir. 2 - Zener Diyodun Gerilim Regülatörü Olarak Kullan ?lmas ?: Zener diyottan, ço unlukla, DC devrelerdeki gerilim regülasyonu için yararlan ?lmaktad ?r. Buradaki regülasyondan amaç, gerilimin belirli bir de erde sabit tutulmas ?d ?r. 90 TEMEL ELEKTRON K Kaya Bunun için zener diyot, ekil 3.16 'da görüldü ü gibi, gerilimi sabit tutmak istenen devre veya yük direncine paralel ve ters polarmal ? olarak ba lan ?r. Diyot uçlar ?na gelen gerilim, zener de erine ula t ? ?nda diyot iletime geçer ve uçlar ? aras ?ndaki gerilim sabit kal ?r. Örnek: ekil 3.16 'da verilmi olan devrede RL yük direnci uçlar ? aras ?ndaki VL gerilimi 6.2V 'ta sabit tutulmak istensin. Bunu sa lamak için, ekilde görüldü ü gibi RL 'e paralel ba l ? zener diyodun ve seri ba l ? bir RS direncinin seçimi gerekir. Ayr ?ca, bir de C kondansatörünün paralel ba lanmas ?nda yarar vard ?r. Bu kondansatör, gerilim dalgalanmalar ?n ? ve ba ka devrelerden gelebilecek parazit gerilimlerini önleyici görev yapar. De eri, devre geriliminin büyüklü üne göre, hesaplan ?r. ekildeki bir devre için 30V - 1000µF 'l ?k bir kondansatör uygundur. Burada birinci derecede önemli olan, RS direnci ile zener diyodun seçimidir. ekil 3.16 - Zener diyodun gerilim regülatörü olarak kullan ?lmas ? Seri RS direncinin seçimi: Önce RS direncine karar vermek gerekir; Kaynak gerilimi: E=V=9V Yük direnci ve uçlar ? aras ?ndaki gerilim: RL=33 Ohm, VL=6.2V Bu durumda, zener diyot dikkate al ?nmadan, VL=6.2V 'u olu turabilmek için kaç ohm 'luk bir RS direncinin gerekti i hesaplanmal ?d ?r. E=IL*RS+VL ve IL=VL/RL 'dir. 91 TEMEL ELEKTRON K Kaya Birinci formüldeki IL yerine, ikinci formüldeki e itini yaz ?p, de erler yerine konulursa : 9=6,2/33*RS+6,2 olur. Buradan RS çözülürse: RS=(9-6,2)33/6,2 'den, RS=14.9 = 15 (ohm) olarak bulunur. RS=15 Ohm 'luk direnç ba land ? ?nda, "E" gerilimi 9V 'ta sabit kald ? ? sürece RL yük direnci uçlar ? aras ?nda sürekli olarak 6.2V olu acakt ?r. "E" geriliminin büyümesi halinde, A-B noktalar ? aras ?ndaki VA-B gerilimi de 6.2V 'u a aca ?ndan, 6.2V 'luk bir ZENER diyot kullan ?ld ? ?nda, RL uçlar ? aras ?ndaki gerilim sabit kalacakt ?r. Ancak, yaln ?zca gerilime göre karar vermek yeterli de ildir. Bu durumda nas ?l bir zener diyot kullan ?lmal ?d ?r? Zener diyodun seçimi: Zener gerilimi 6.2V olan bir zener diyot RL direncine paralel ba land ? ?nda VL=6.2V 'ta sabit kal ?r. Ancak, E giri geriliminin büyümesi s ?ras ?nda zener diyottan akacak olan ak ?m ?n, diyodun dayanabilece i "maksimum ters yön zener ak ?m ?ndan" (IZM) büyük olmas ? gerekir. Zener diyot buna göre seçilmelidir. 6.2V 'luk olup ta de i ik IZM ak ?ml ? olan zener diyotlar vard ?r. Örne in: A a ?daki tabloda, bir firma taraf ?ndan üretilen, 6.2V 'luk zenerlere ait IZM ak ?m ? ve güç de erleri verilmi tir. Zener Maksimum ak ?m ? (IZM) (mA) 33 60 146 1460 7300 Zener Gücü (W) 0.25 0.4 1 10 50 Bu zenerler den hangisinin seçilece ine karar vermeden önce yük direncinden geçecek ak ?m ? bilmek gerekir: ekil 3.16 'daki devrenin yük direncinden geçen ak ?m a a ?daki gibi olur. 92 TEMEL ELEKTRON K Kaya IL=VL/RL = 6.2/33 = 0.188A = 188mA E geriliminin büyümesi halinde olu acak devre ak ?m ?n ?n 188mA 'in üstündeki miktar ? zener diyottan akacakt ?r. Örne in:, E geriliminin ula t ? ? maksimum gerilim; E = 12.2V olsun. Zener diyottan geçecek olan ak ?m ?n de eri u olacakt ?r: Kirchoff kanununa göre: 12.2 = It*RS+6.2 (It devreden akan toplam ak ?md ?r.) RS = 15 yerine konarak It çözülürse; It = 1.22-6.2/15 = 6/15 'den It = 0,4A = 400mA olur. Bu 400mA 'den 188mA 'i RL yük direncinden geçece ine göre; Zener diyottan geçecek olan IZ ak ?m ?: IZ = 400-188 = 212mA 'dir. Bu de er, yukar ?daki tabloya göre: 10W 'l ?k zenerin maksimum ak ?m ? olan 1460mA 'den küçük, 1W 'l ?k zenerin maksimum ak ?m ? olan 146mA 'den büyüktür. Böyle bir durumda 10W 'l ?k zener kullan ?lacakt ?r. Asl ?nda, 212mA 'lik zener için 1460mA 'lik zener kullanmakta do ru de ildir. Daha uygun bir zener seçimi için ba ka üretici listelerine de bakmak gerekir. 3 - Ölçü Aletlerinin Korunmas ?nda Zener Diyot Döner çerçeveli ölçü aletlerinin korunmas ?nda, zener diyot ekil 3.17 'deki gibi paralel ba lan ?r. Bu halde zener gerilimi, voltmetre skalas ?n ?n son de erine e ittir. Ölçülen gerilim zener gerilimini a ?nca diyot ters yönde iletken hale geçerek ölçü aletinin zarar görmesini engeller. Ayar olana ? sa lamak için birde potansiyometre kullan ?labilir. 93 TEMEL ELEKTRON K Kaya ekil 3.17 - Döner çerçeveli ölçü aletinin zener diyot ile korunmas ? 4 - Rölenin Belirli Bir Gerilimde Çal ? t ?r ?lmas ?nda Zener Diyot ekil 3.18 'deki gibi zener diyot, röleye seri ve ters yönde ba lanm ? t ?r. Röle, ancak uygulanan gerilimin, Zener gerilimi ile röle üzerinde olu acak gerilim dü ümü toplam ?n ? a mas ?ndan sonra çal ? maktad ?r. ekil 3.18 - Ancak zener gerilimi üstünde çal ? abilen röle devresi TÜNEL D YOT VE KARAKTER ST Tünel diyotlar, özellikle mikro dalga alan ?nda yükselteç ve osilatör olarak yararlan ?lmak üzere üretilmektedir. Tünel diyoda, esaslar ?n ? 1958 'de ilk ortaya koyan Japon Dr. Lee Esaki 'nin ad ?ndan esinlenerek "Esaki Diyodu" dan denmektedir. Yap ?s ?: P-N birle me yüzeyi çok ince olup, küçük gerilim uygulamalar ?nda bile çok h ?zl ? ve yo un bir elektron geçi i sa lanmaktad ?r. Bu nedenledir ki Tünel Diyot, 10.000 MHz 'e kadar ki çok yüksek frekans devrelerinde en çok yükselteç ve osilatör eleman ? olarak kullan ?l ?r. 94 TEMEL ELEKTRON K Kaya ekil 3.19 - Tünel diyodun karakteristik e risi. Çal ? mas ?: ekil 3.19 'da da görüldü ü gibi, tünel diyoda uygulanan gerilim Vt1 de erine gelinceye kadar gerilim büyüdükçe ak ?m da art ?yor. Gerilim büyümeye devam edince, ak ?m A noktas ?ndaki It de erinden dü meye ba l ?yor. Gerilim büyümeye devam ettikçe, ak ?m B noktas ?nda bir müddet Iv de erinde sabit kal ?p sonra C noktas ?na do ru art ?yor. C noktas ? gerilimi Vt2, ak ?m ? yine It 'dir. Bu ak ?ma "Tepe de eri ak ?m ?" denilmektedir. Gerilimi, Vt2 de erinden daha fazla artt ?rmamak gerekir. Aksi halde geçen ak ?m, It tepe de eri ak ?m ?n ? a aca ?ndan diyot bozulacakt ?r. I=f(V) e risinin A-B noktalar ? aras ?ndaki e imi negatif olup, -1/R ile ifade edilmekte ve diyodun bu bölgedeki direnci de negatif direnç olmaktad ?r. Tünel diyot A-B bölgesinde çal ? t ?r ?larak negatif direnç özelli inden yararlan ?l ?r. Tünel Diyodun Üstünlükleri: 1) Çok yüksek frekansta çal ? abilir. 2) Güç sarfiyat ? çok dü üktür. 1mW ' ? geçmemektedir. 95 TEMEL ELEKTRON K Kaya Tünel Diyodun Dezavantajlar ?: 1) Stabil de ildir. Negatif dirençli olmas ? nedeniyle kontrolü zordur. 2) Arzu edilmeyen i aretlere de kaynakl ?k yapmaktad ?r. Tünel Diyodun Kullan ?m Alanlar ?: 1. Yükselteç Olarak Kullan ?lmas ?: Tünel diyot, negatif direnci nedeniyle, uygun bir ba lant ? devresinde kaynaktan çekilen ak ?m ? artt ?rmakta, dolay ?s ?yla bu ak ?m ?n harcand ? ? devredeki gücün yükselmesini sa lamaktad ?r. 2. Osilatör Olarak Kullan ?lmas ?: Tünel diyotlardan MHz mertebesinde osilatör olarak yararlan ?labilmektedir. Bir tünel diyot ile osilasyon sa layabilmek için negatif direncinin di er rezonans elemanlar ?n ?n pozitif direncinden daha büyük olmas ? gerekir. Tünel diyoda ekil 3.20 'de görüldü ü gibi seri bir rezonans devresi ba lanabilecektir. Tünel diyodun negatif direnci - R=80 Ohm olsun. Rezonans devresinin direnci 80 Ohm 'dan küçük ise tünel diyot bu devrenin dengesini bozaca ?ndan osilasyon do acakt ?r. 3. Tünel Diyodun Anahtar Olarak Kullan ?lmas ?: Tünel diyodun önemli fonksiyonlar ?ndan biri de elektronik beyinlerde multivibratörlerde, gecikmeli osilatörlerde, flip-flop devrelerinde ve benzeri elektronik sistemlerde anahtar görevi görmesidir. Ancak bu gibi yerlerdeki kullan ?lma durumlar ? daha de i ik özellik gösterdi inden ayr ? bir inceleme konusudur. ekil 3.20 - Tünel diyot osilatörü 96 TEMEL ELEKTRON K Kaya I IK YAYAN D YOT (LED) I ?k yayan diyotlar, do ru yönde gerilim uyguland ? ? zaman ? ?yan, di er bir deyimle elektriksel enerjiyi ? ?k enerjisi haline dönü türen özel katk ? maddeli PN diyotlard ?r. Bu diyotlara, a a ?da yaz ?lm ? oldu u gibi, ngilizce ad ?ndaki kelimelerin ilk harfleri bir araya getirilerek LED veya SSL denir. LED: Light Emitting Diode (I ?k yayan diyot) SSL: Sloid State Lamps (Katk ? hal lambas ?) Sembolü: I ?k yayan diyotlar u özelliklere sahiptir: Çal ? ma gerilimi 1.5-2.5V aras ?ndad ?r. (Katalo unda belirtilmi tir.) Çal ? ma ak ?m ? 10-50mA aras ?ndad ?r. (Katalo unda belirtilmi tir.) Uzun ömürlüdür. (ortalama 10 5 saat) Darbeye ve titre ime kar ? dayan ?kl ?d ?r. Kullan ?laca ? yere göre çubuk eklinde veya dairesel yap ?labilir. Çal ? ma zaman ? çok k ?sad ?r. (nanosaniye) Di er diyotlara göre do ru yöndeki direnci çok daha küçüktür. I ?k yayan diyotlar ?n gövdeleri tamamen plastikten yap ?ld ? ? gibi, ? ?k ç ?kan k ?sm ? optik mercek, di er k ?s ?mlar ? metal olarak ta yap ?l ?r. 1.I IK YAYMA OLAYI NASIL GERÇEKLE MEKTED R Bilindi i gibi, bir PN diyoda, do ru polarmal ? bir besleme kayna ? ba land ? ? zaman, N bölgesindeki, gerek serbest haldeki elektronlar, gerekse de kovalan ba lar ?n ? koparan elektronlar P bölgesine do ru ak ?n eder. Yine bilinmektedir ki, elektronlar ? atomdan ay ?rabilmek için, belirli bir enerji verilmesi gerekmektedir. Bu enerjinin miktar ? iletkenlerde daha az, yar ? iletkenlerde daha büyük olmaktad ?r. Ve bir elektron bir atomla birle irken de ald ? ? enerjiyi geri vermektedir. 97 TEMEL ELEKTRON K Kaya Bu enerji de maddenin yap ?s ?na göre ?s ? ve ? ?k enerjisi eklinde etrafa yay ?lmaktad ?r. Bir LED 'in üretimi s ?ras ?nda kullan ?lan de i ik katk ? maddesine göre verdi i ? ? ?n rengi de i mektedir. Katk ? maddesinin cinsine göre u ? ?klar olu ur: GaAs (Galliyum Arsenid): K ?rm ?z ? ötesi (görülmeyen ? ?k) GaAsP (Galliyum Arsenid Fosfat): K ?rm ?z ?dan - ye ile kadar (görülür) GaP (Galliyum Fosfat): K ?rm ?z ? (görülür) GaP (Nitrojenli): Ye il ve sar ? (görülür) ekil 3.21(a) ve (b)' de gerilim uygulanan bir LED devresi ve ? ?k yayan diyodun tabii büyüklükteki resmi verilmi tir. Diyot kristali, ekil 3.21(c) 'de görüldü ü gibi iki parçal ? yap ?ld ? ?nda uygulanacak gerilimin büyüklü üne göre k ?rm ?z ?, ye il veya sar ? renklerden birini vermektedir. I ?k yayan diyot ?s ?nd ?kça, ? ?k yayma özelli i azalmaktad ?r. Bu hal ekil 3.21(d) 'de etkinlik e risi olarak gösterilmi tir. Baz ? hallerde fazla ?s ?nmay ? önlemek için bir so utucu üzerine monte edilir. Ayr ?ca LED 'in a ?r ? ?s ?nmas ?na yol açmamak için katalo unda belirtilen ak ?m ? a mamak gerekir. Bunun için ekil 3.21(b) 'de gösterilmi oldu u gibi devresine seri olarak bir R direnci konur. Bu direncin büyüklü ü LED 'in dayanma gerilimi ile besleme kayna ? gerilimine göre hesaplan ?r. Örne in: ekil 3.21(b) 'deki devrede verilmi oldu u gibi, besleme kayna ? 9V 'luk bir pil ve LED 'de 2V ve 50mA 'lik olsun. R direnci: Kir of kanununa göre: 9=I*R+2 'dir. I=0.05A olup R=9-2/0.05 = 7/0.05 = 140 Ohm olarak bulunur. 140 Ohm 'luk standart direnç olmad ? ?ndan en yak ?n standart üst direnci olan 150 Ohm 'luk direnç kullan ?l ?r. 98 TEMEL ELEKTRON K Kaya 2. LED Ç NDEK ELEKTR K-OPTK BA LANTILAR Ak ?m-I ?k iddeti ba lant ?s ?: LED diyodunun ? ?k iddeti, içinden geçen ak ?m ile do ru orant ?l ? olarak artar.Ancak bu art ? ; ekil 3.22 'de görüldü ü gibi ak ?m ?n belirli bir de erine kadar do rusald ?r. Daha sonra bükülür. E er diyoda verilen ak ?m, e ik de eri ad ? verilen do rusall ? ?n bozuldu u noktay ? a arsa diyot a ?r ? ?s ?narak bozulur. Bu nedenle diyotlar kullan ?l ?rken, firmalar ?nca verilen karakteristik e rilerine uygun olarak çal ? t ?r ?lmal ?d ?r. 99 TEMEL ELEKTRON K Kaya ekil 3.22 - Led ? ?k iddetinin ak ?ma göre de i imi S ?cakl ?k- ? ?k iddeti ba ?nt ?s ?: Diyot ?s ?nd ?kça, ak ?m sabit kald ? ? halde, verdi i ? ?k iddeti ekil 3.21(d) 'de görüldü ü gibi küçülür. Bu dü me diyodun cinsine göre öyle de i ir. GaAs diyotta dü me: Her derece için %0,7 AaAsP diyotta dü me: Her derece için %0,8 GaP diyotta dü me: Her derece için %0,3 Normal çal ? ma artlar ?nda bu dü meler o kadar önemli de ildir. A ?r çal ? ma artlar ?nda ise so utucu kullan ?l ?r veya baz ? yan önlemler al ?n ?r. Güç-zaman ba ?nt ?s ?: I ?k yayan diyotlar ?n gücü zamanla orant ?l ? olarak dü er. Bu güç normal gücünün yar ?s ?na dü tü ünde diyot art ?k ömrünü tamamlam ? t ?r. Bir LED diyodun ortalama ömrü 10 5 saattir. ekil 3.23 'te, LED diyodun yay ?m gücünün, normal artlarda (IF=100mA, T ortam=25°C iken,) zamana göre de i im e risi verilmi tir. Bu tip de erlendirmede, gücün dü me miktar ? direk güç de eri olarak de il de, normal güce oran ? olarak al ?nmaktad ?r. 100 TEMEL ELEKTRON K Kaya ekil 3.23 - Led diyodun yay ?m gücünün zamana kar ? de i imi 3. I IK YAYAN D YODUN VER M I ?k yayan diyodun verimi; yay ?lan ? ?k enerjisinin, diyoda verilen elektrik enerjisine oran ?yla bulunur. Diyoda verilen elektrik enerjisinin hepsi ? ?k enerjisine dönü memektedir. Yani harekete geçirilen elektronlar ?n hepsi bir pozitif atom ile birle memekte, sa a sola çarparak enerjisini ?s ? enerjisi halinde kaybetmektedir. 4. I IK YAYAN D YOTLARIN KULLANIM ALANLARI I ?k yayan diyotlar ?n en yayg ?n kullan ?lma alan ?, dijital ölçü aletleri, dijital ekranl ? bilgisayarlar, hesap makinalar ? ve yaz ?c ? elektronik sistemlerdir. Bu kullanma eklinde, çoklu ? ?k yayan diyotlardan yararlan ?lmaktad ?r. Baz ? hallerde ? ?k yayan diyotlardan i aret lambas ? ve ? ?k kayna ? olarak da yararlan ?l ?r. Optoelektronik kuplör de bir LED uygulamas ?d ?r. 5. OPTOELEKTRON K KUPLÖR Optoelektronik kuplör veya daha k ?sa deyimle Opto Kuplör ya da Optik Kuplaj ekil 3.24 'te görüldü ü gibi bir ? ?k yayan diyot (LED) ile bir fotodiyot veya fototransistörden olu maktad ?r. Bunlar ayn ? gövdeye monte edilmi lerdir. Gövde plastik olup ? ?k iletimine uygundur. 101 TEMEL ELEKTRON K Kaya I ?k yayan diyot genellikle Ga As katk ? maddeli olup k ?z ?l ötesi ? ?k vermektedir. I ?k yayan diyodun uçlar ? aras ?na bir gerilim uyguland ? ?nda ç ?kan ? ?k ? ?nlar ? fotodiyot veya fototransistörü etkileyerek çal ? t ?rmaktad ?r. Böylece bir devreye uygulana bir gerilim ile 2. bir devreye kumanda edilmektedir. Aradaki ba lant ?, bir tak ?m tellere gerek kalmaks ?z ?n ? ?k yoluyla kurulmaktad ?r. Bu nedenle, optoelektronik kuplör ed ? verilmi tir. Optokuplör bir elektronik röledir. Optokuplörün mekanik röleye göre u üstünlükleri vard ?r: Mekanik parçalar ? yoktur. ki devre aras ?nda büyük izolasyon vard ?r. Çal ? ma h ?z ? çok büyüktür. Dezavantajlar ?: Gücü dü üktür. ekil 3.24 - Opto elektronik kuplör. Opto kuplör dere emas ? ekil 3.25 'te görüldü ü gibi çizilir. Burada LED 'in do ru polarmal ?, fotodiyodun ise ters polarmal ? oldu una dikkat edilmelidir. R1 ve R2 dirençleri koruyucu dirençlerdir. "K" anahtar ? kapat ?larak giri devresi çal ? t ?r ?ld ? ?nda, ç ?k ? devresi de enerjilenerek bir i lem yapar. Örne in, devreye bir motorun kontaktarü ba lan ?rsa motor çal ? ?r. 102 TEMEL ELEKTRON K Kaya ekil 3.25 - Opto kuplör ile bir kontaktörün çal ? t ?r ?lmas ?. FOTO D YOT Foto diyot ? ?k enerjisiyle iletime geçen diyottur. Foto diyotlara polarma geriliminin uygulan ? ? normal diyotlara göre ters yöndedir. Yani anoduna negatif (-), katoduna pozitif (+) gerilim uygulan ?r. Sembolü: Ba l ?ca foto diyotlar öyle s ?ralan ?r: Germanyum foto diyot Simetrik foto diyot Schockley (4D) foto diyodu 1. GERMANYUM FOTOD YOT Asl ? ala ?m yoluyla yap ?lan bir NP jonksiyon diyotudur. Cam veya metal bir koruyucu içerisine konularak iki ucu d ? ar ?ya ç ?kart ?l ?r. ( ekil 3.26). Koruyucunun bir taraf ?, ? ? ?n jonksiyon üzerinde toplanmas ?n ? sa layacak ekilde bir mercek ile kapat ?lm ? t ?r. 103 TEMEL ELEKTRON K Kaya Diyodun devreye ba lanmas ? s ?ras ?nda firmas ?nca uçlar ?na konulan i arete dikkat etmek gerekir. Hassas yüzeyi çok küçük oldu undan, 1.-3mA 'den daha fazla ters ak ?ma dayanamaz. A ?r ? yüklemeyi önlemek için, bir direnç ile koruyucu önlem al ?n ?r. I ?k iddeti artt ?r ?ld ?kça ters yön ak ?m ? da artar. ekil 3.26 - Germayum Foto diyot FOTOD YODUN ÇALI MA PRENS B : Foto diyot ters polarmal ? ba land ? ?ndan üzerine ? ?k gelmedi i müddetçe çal ? maz. Bilindi i gibi ters polarma nedeniyle P-N birle me yüzeyinin iki taraf ?nda "+" ve "-" yükü bulunmayan bir nötr bölge olu maktad ?r. ekil 3.27 'de görüldü ü gibi birle me yüzeyine ? ?k gelince, bu ? ? ?n verdi i enerji ile kovalan ba lar ?n ? k ?ran P bölgesi elektronlar ?, gerilim kayna ?n ?n pozitif kutbunun çekme etkisi nedeniyle N bölgesine ve oradan da N bölgesi serbest elektronlar ? ile birlikte kayna a do ru akmaya ba lar. Di er taraftan, kayna ?n negatif kutbundan kopan elektronlar, diyodun P bölgesine do ru akar.,, 104 TEMEL ELEKTRON K Kaya ekil 3.27 - Foto diyodun çal ? mas ? a) Yap ?sal gösterimi b) Sembolik gösterimi 2. S METR K FOTOD YOTLAR Alternatif ak ?m devrelerinde kullan ?lmak üzere, ekil 3.28 'de görüldü ü gibi NPN veya PNP yap ?l ? simetrik fotodiyotlar da üretilmektedir. ekil 3.28 - Simetrik foto diyot 105 TEMEL ELEKTRON K Kaya I ? a Duyarl ? Diyotlar ?n Kullan ?m Alanlar ?: Uzaktan kumanda, alarm sistemi, sayma devreleri, yang ?n ihbar sistemleri, elektronik hesap makineleri, gibi çe itli konular ? kapsamaktad ?r. ekil 3.29 'da ? ? a duyarl ? elemanlar ?n, foto elektrik ak ?m ?n ?n (Iph) ? ?k iddetine göre de i imleri verilmi tir. ekil 3.29 - Çe itli ? ? a hassas elemanlar ?n ak ?mlar ?n ?n ? ?k iddeti ile de i imleri AYARLANAB L R KAPAS TEL D YOT (VARAKTÖR-VAR KAP) Bir P-N jonksiyon diyoda ters yönde gerilim uyguland ? ?nda, temas yüzeyinin iki taraf ?nda bir bo luk (nötr bölge) olu tu u ve aynen bir kondansatör gibi etki gösterdi i, kondansatörler bölümünde de aç ?klanm ? t ?. Varaktör diyotta da P ve N bölgeleri ekil 3.30 'da görüldü ü gibi kondansatörün plakas ? görevi yapmaktad ?r. C = A/d = *Plaka Yüzeyi / Plakalar Aras ? Aç ?kl ?k kural ?na göre: Küçük ters gerilimlerde "d" bo luk bölgesi dar oldu undan varaktör kapasitesi ("C") büyük olur. Gerilim artt ?r ?ld ?kça d bo luk bölgesi geni leyece inden, "C" de küçülmektedir. 106 TEMEL ELEKTRON K Kaya ekil 3.30 - Ters polarmal ? ba lant ? Varaktör de i ken kondansatör yerine kullan ?labilmekte ve onlara göre hem ucuz olmakta, hem de çok daha az yer kaplamaktad ?r. Kaçak ak ?m ?n ?n çok küçük olmas ? nedeniyle varaktör olarak kullan ?lmaya en uygun diyotlar silikon diyotlard ?r. Varaktörün Tipik Özellikleri: Koaksiyel cam koruyuculu, mikrojonksiyon varaktör 200GHz 'e kadar görev yapabilmektedir. Kapasitesi 3-100pF aras ?nda de i tirilebilmektedir. 0-100V gerilim alt ?nda çal ? abilmektedir. Varaktöre uygulana gerilim 0 ile 100V aras ?nda büyütüldü ünde, kapasitesi 10 misli küçülmektedir. Varaktörün e de er devresi ekil 3.31 'de verilmi tir. Yüksek frekanslarda L selfi birkaç nanohenri (nH), Rs birkaç Ohm olmaktad ?r. ekil 3.31 - Bir varaktörün e de er devresi ekil 3.32 'de, VT ters yön gerilimine göre "C" kapasitesinin de i im e risi verilmi tir. 107 TEMEL ELEKTRON K Kaya ekil 3.32 - Varaktör kapasitesinin ters yön gerilimine göre de i imi. Varaktörün ba l ?ca kullan ?m alanlar ?: Ayarl ? devrelerin uzaktan kontrolü, TV ve FM al ?c ? lokal osilatörlerinde otomatik frekans kontrolü ve benzeri devrelerde kullan ?l ?r. Telekominikasyonda basit frekans modülatörleri, arama ayar devreleri, frekans ço alt ?c ?larda, frekans ?n 2-3 kat büyütülmesi gibi kullan ?m alanlar ? vard ?r. D ER D YOTLAR M KRODALGA D YOTLARI Mikrodalga frekanslar ?; uzay haberle mesi, k ?talar aras ? televizyon yay ?n ?, radar, t ?p, endüstri gibi çok geni kullan ?m alanlar ? vard ?r. Giga Hertz (GHz) mertebesindeki frekanslard ?r. Mikro dalga diyotlar ?n ?n ortak özelli i, çok yüksek frekanslarda dahi, yani devre ak ?m ?n ?n çok h ?zl ? yön de i tirmesi durumunda da bir yönde küçük direnç gösterecek h ?za sahip olmas ?d ?r. Mikrodalga bölgelerinde kullan ?labilen ba l ?ca diyotlar unlard ?r: Gunn (Gan) diyotlar ? Impatt (Avalan ) diyotlar ? Baritt (Schottky)( otki) diyotlar ? 108 TEMEL ELEKTRON K Kaya Ani toparlanmal ? diyotlar P-I-N diyotlar ? GUNN D YOTLARI lk defa 1963 'te J.B. Gunn taraf ?ndan yap ?ld ? ? için bu ad verilmi tir. Gunn diyodu bir osilatör eleman ? olarak kullan ?lmaktad ?r. Yap ?s ?, N tipi Galliyum arsenid (GaAs) veya ndiyum fosfat (InP) 'den yap ?lacak ince çubuklar ?n k ?sa k ?sa kesilmesiyle elde edilir. Gunn diyoda gerilim uyguland ? ?nda, gerilimin belirli bir de erinden sonra diyot belirli bir zaman için ak ?m geçirip belirli bir zamanda kesimde kalmaktad ?r. Böylece bir osilasyon olu maktad ?r. Örnek: 10µm boyundaki bir gunn diyodunun osilasyon periyodu yakla ?k 0,1 nanosaniye tutar. Yani osilasyon frekans ? 10GHz 'dir. IMPATT (AVALAN ) D YOT Impatt veya avalan (ç ? ) diyotlar Gunn diyotlara göre daha güçlüdürler ve çal ? ma gerilimi daha büyüktür. Mikrodalga sistemlerinin osilatör ve güç katlar ?nda yararlan ?l ?r. 1958 'de Read (Rid) taraf ?ndan geli tirilmi tir.Bu nedenle Read diyodu da denir. ekil 3.33 'te görüldü ü gibi P + - N - I - N + veya N + - P - I - P + yap ?ya sahiptir. Ters polarmal ? olarak çal ? ?r. Yap ?m ?nda ana elemanlar olarak Slikon ve Galliyum arsenid (GaAs) kullan ?l ?r. Diyot içerisindeki P + ve N + tipi kristaller, içerisindeki katk ? maddeleri normal haldekinden çok daha fazla olan P,N kristalleridir. "I" tabakas ? ise iyonla man ?n olmad ? ? bir bölgedir. Ta ?y ?c ?lar buradan sürüklenerek geçer ve etraf ?na enerji verirler. 109 TEMEL ELEKTRON K Kaya BARITT (SCHOTTKY) D YOT Baritt Diyotlar 'da nokta temasl ? diyotlar gibi metal ve yar ? iletken kristalinin birle tirilmesi ile elde edilmektedir. Ancak bunlar jonksiyon diyot tipindedir. De me düzeyi (jonksiyon) direnci çok küçük oldu undan do ru yön beslemesinde 0.25V 'ta dahi kolayl ?kla ve h ?zla iletim sa lamaktad ?r.Ters yöne do ru akan az ?nl ?k ta ?y ?c ?lar ? çok az oldu undan ters yön ak ?m ? küçüktür. Bu nedenle de gürültü seviyeleri dü ük ve verimleri yüksektir. Farkl ? iki ayr ? gruptaki elemandan olu mas ? nedeniyle baritt diyotlar ?n dirençleri (lineer) de ildir. Dirençlerin düzgün olmamas ? nedeniyle daha çok mikrodalga al ?c ?lar ?nda kar ? t ?r ?c ? olarak kullan ?l ?r. Ayr ?ca, modülatör, demodülatör, detektör olarak ta yararlan ?l ?r. AN TOPARLANMALI D YOT Ani toparlanmal ? (Step-Recovery) diyotlar varaktör diyotlar ?n daha da geli tirilmi lerdir. Varaktör diyotlar ile frekanslar ?n iki ve üç kat büyütülmeleri mümkün olabildi i halde, ani toparlanmal ? diyotlar ile 4 ve daha fazla katlar ? elde edilebilmektedir. P N D YOT P-I-N diyotlar ? P + -I-N + yap ?ya sahip diyotlard ?r. P + ve N + bölgelerinin katk ? maddesi oranlar ? yüksek ve I bölgesi büyük dirençlidir. ekil 3.34 'te P-I-N diyodunun yap ?s ? verilmi tir. Alçak frekanslarda diyot bir P-N do rultucu gibi çal ? ?r. Frekans yükseldikçe I bölgesi de etkinli ini gösterir. Yüksek frekanslarda I bölgesinin do ru yöndeki direnci küçük ters yöndeki direnci ise büyüktür. Diyodun direnci uygulama yerine göre iki limit aras ?nda sürekli olarak veya kademeli olarak de i tirilebilmektedir. P-I-N diyotlar de i ken dirençli eleman olarak, mikrodalga devrelerinde, zay ?flat ?c ?, faz kayd ?r ?c ?, modülatör, anahtar, limitör gibi çe itli amaçlar için kullan ?lmaktad ?r. 110 TEMEL ELEKTRON K Kaya ekil 3.34 - P- -N Diyot. BÜYÜK GÜÇLÜ D YOTLAR 2W ' ?n üzerindeki diyotlar Büyük Güçlü Diyotlar olarak tan ?mlan ?r. Bu tür diyotlar, büyük de erli DC ak ?ma ihtiyaç duyulan galvano-plasti, ark kaynaklar ? gibi devrelere ait do rultucularda kullan ?lmaktad ?r. Tablo 3.1 'de belirtilmi oldu u gibi 1500-4000V aras ? ters gerilime ve 1000A 'e kadar do ru ak ?m ?na dayanabilen S L KON D YOTLAR üretilebilmektedir. ekil 3.35 'te 200A 'lik bir silikon diyot örne i verilmi tir. Bu tür diyotlar a ?r ? ak ?m nedeniyle fazla ?s ?nd ? ?ndan ekilde görüldü ü gibi so utuculara monte edilirler.