Diyotlar

Haziran 9th, 2007 • fizik

Diyot tek yöne elektrik akımını ileten bir devre elemanıdır. Diyotun P kutbuna “Anot”, N kutbuna da “Katot” adı verilir. Genellikle AC akımı DC akıma dönüştürmek için Doğrultmaç devrelerinde kullanılır. Diyot N tipi madde ile P tipi maddenin birleşiminden oluşur. Bu maddeler ilk birleştirildiğinde P tipi maddedeki oyuklarla N tipi maddedeki elektronlar iki maddenin birleşim noktasında buluşarak birbirlerini nötrlerler ve burada “Nötr” bir bölge oluştururlar. Bu nötr bölge, kalan diğer elektron ve oyukların birleşmesine engel olur.

Düşük güçlü diyotlar cam,plastik gibi kılıflara sahip olup,yüksek güçlü diyotlar ısıya dayanıklılığı sağlamak için metal ya da seramik kılıflar içindedir.Diyotların fiziksel kılıfları silindirik,dikdörtgen ya da şaseye vidalanır türde olabilir.Büyük diyotlarda dış kılıf üzerinde katot ucunu gösteren bir işaret bulunur.Küçük diyotlarda katot ucuna yakın bir bant bulunur.Yüksek güçlü metal kılıflı diyotların ,metal kılıfları katot olup diğer ucu anodtur.Köprü diyotların içinde dört adet diyot olduğu için üzerlerinde ya uçlarını gösterecek şekilde sembolleri ya da bağlantı voltajlarının polaritelerini gösteren (+),(-) gibi semboller bulunur.
Diyodun ters ve doğru polarma olmak üzere iki çeşit çalışma bölgesi vardır.
• DOĞRU POLARMA
Anot ucuna güç kaynağının pozitif (+) kutbu ,katot ucunada güç kaynağının negatif (-) kutbu bağlandığında P tipi maddedeki oyuklar güç kaynağının pozitif (+) kutbu tarafından, N tipi maddedeki elektronlar da güç kaynağının negatif (-) kutbu tarafından itilirler. Bu sayede aradaki nötr bölge yıkılmış olur ve kaynağın negatif (-) kutbundan pozitif (+) kutbuna doğru bir elektron akışı başlar. Yani diyot iletime geçmiştir. Fakat diyotun nötr bölümü aşması için üzerinde 0.7 Voltluk bir gerilim düşümü meydana gelir. Bu gerilim düşümü Silisyumlu diyotlarda 0.7 Volt, Germanyum diyotlarda ise 0.3 Volttur. Bu gerilime diyotun “Eşik Gerilimi” adı verilir. Birde diyot üzerinde fazla akım geçirildiğinde diyot zarar görüp bozulabilir. Diyot üzerinden geçen akımın düşürülmesi için devreye birde seri direnç bağlanmıştır. İdeal diyotta bu gerilim düşümü ve sızıntı akımı yoktur.

• TERS POLARMA
Diyotun katot ucuna güç kaynağının pozitif (+) kutbu, anot ucuna da güç kaynağının negatif (-) kutbu bağlandığında ise N tipi maddedeki elektronlar güç kaynağının negatif (-) kutbu tarafından, P tipi maddedeki oyuklarda güç kaynağının pozitif (+) kutbu tarafında çekilirler. Bu durumda ortadaki nötr bölge genişler, yani diyot yalıtıma geçmiş olur. Fakat diyota ters gerilim uygulandığında diyot yalıtımda iken çok küçük derecede bir akım geçer. Bunada “Sızıntı Akımı” adı verilir. Bu istenmeyen bir durumdur.

DİYOT KARAKTERİSTİKLERİ (Volt – Amper Karakteristiği )
Volt – amper karakteristiği aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.Şekil ( a ) diyot doğru polarmada iken karakteristik eğrisini gösterirken, ( b ) şekli ise diyotun ters polarmadaki karakteristik eğrisini temsil eder.Bu iki karakteristik eğri tek bir düzlem üzerinde gösterildiğinde bir diyodun karakteristik eğrisi elde edilmiş olur

Şimdi de bu karakteristik eğrilerinin nasıl çıkarıldığını inceleyelim.

Devreyi kurup gerilim kaynağını yavaş yavaş arttırdığımızda okuduğumuz voltaj ve akım değerlerini bir grafik kağıdı üzerine işaretleyerek karaktersitik eğriyi çıkarabiliriz.V gerilimi sıfır volt olduğunda Vf gerilimi ve If akımıda sıfır olacaktır.Gerilim kaynağını yavaş yavaş arttırdığımızda diyot akımı If çok az olarak artacaktır.Vf gerilimi , PN bağlantısının engel gerilimini aşacak büyüklükte olduğunda diyot akımı If aniden artmaya başlayacaktır.Diyot akımının ani olarak yükselmeye başladığı bu değerine “Cut In Gerilimi”,”Offset Gerilimi”,”Thresthold Gerilimi” gibi isimler verilir.

Bu voltaj değeri yaklaşık olarak germanyum diyotlar için “0.3 v”, silisyum diyotlar içinse “0.7 v” tur.

Vf gerilimi,Vd gerilimini çok fazla üzerine çıkarsa diyot üzerinden aşarı If akımı akar,bu da diyotun ısınıp bozulmasına neden olur.Bunu önlemek için diyota seri akım sınırlayıcı bir direnç koyulabilir ya da diyot kataloğundan yararlanılarak üzerinden geçmesi gereken max akımı geçmemekte bozulmayı önlemek için yeterlidir.

Diyot ters polarma alacak şekilde devreye bağlandığında ise pratikte akım geçirmez şekilde kabul edilir.Gerçekte ise diyodun içindeki kristal yapının sahip olduğu azınlık taşıyıcılarından dolayı çok küçük bir ters akım geçer.Bu ters akım diyot üzerindeki ters gerilim gerilim çok fazla arttığı ve bunula orantılı olarakta çok fazla ısındığı zaman az da olsa yükselir.

Yukarıdaki şekildede görüldüğü gibi diyodu ters polarma yapan gerilim fazlaca arttırıldığında,Vbr voltajı aşıldığı zaman Ir akımı aşırı derecede artar.Bu durumda normal bir diyotta ters polerma voltajı azaltılsa bile Ir akımı azalmaz çünkü diyot artık bozulmuştur.Ters gerilimle diyodu bozan ve Vbr ile gösterilen bu gerilime diyodun “Kırılma Gerilimi” veye “Break Down”gerilimide denir.

Bir örnekle bunu açıklayacak olursak;1 N 4007 kataloğuna baktığımız zaman 1000 V ve 1 A değerlerini görürüz.Buradaki 1000 V’un anlamı uygulanabilecek en yüksek ters gerilim değeridir.Bu değer daha çok alternatif akım uygulamalarında değer kazanır.1 A ise diyot üzerinden akabilecek max akım değeridir.Ayrıca kırılma gerilimi diyotlarda iki şekilde gerçekleşir.Birincisi “Çığ Kırılması”,ikincisi ise “Zener Kırılması”dır.

Çığ Kırılması : Diyoda yüksek ters gerilim uygulandığında,diyot üzerinden geçen akım çığ gibi artarak diyodu bozar,buna çığ kırılması adı verilir.
Zener Kırılması : Bu özelliğe sahip diyotlarda yüksek ters gerilim uygulandığında,diyot üzerindeki akım artsa bile diyot üzerindeki gerilim sabit kalır.Bu özelliğe sahip diyotlara zener diyot denilip,regülatör devrelerinde kullanılırlar.

DİYOT MODELLERİ-EŞDEĞER DEVRELER :

Endüstride “diyot eşdeğer devresi” terimi yerine yaygın bir terim,”diyot modeli”dir.Model,tanımı itibariyle mevcut bir eleman ,nesne,sistem vs’nin temsili gösterimidir.Diyot modelini açıklamak için daha önce gördüğümüz diyot karakteristiklerinden faydalanılır.Şimdi bir diyodun eşdeğer modelini inceleyecek olursak ;

Yukarıdaki tabloyu inceleyecek olursak ;

Bir silisyum diyodu,yaklaşık olarak 0.7 V a varmadan iletime geçmediğinden,eşdeğer devrede bu değere karşı koyan bir Vt pil geriliminin görünmesi gerekir.Bu ise,eşdeğer devredeki ideal diyot ileri yönde öngerilimlenmeden önce,diyot üzerine düşen toplam ileri yön gerilimi Vd nin Vt den daha büyük olması gerektiğini gösterir.

Rort değeri ise genelde diyot bilgi sayfalarında verilen bilgilere göre hesaplanır.Birçok diyot uygulama devresinde Rort değeri devrenin diğer elemanlarına göre oldukça küçük bir direnç değerine sahip olduğundan genelde ihmal edilir.

Aslında çoğu uygulamalarda da diyotun iletime geçme değeri olan 0.7 V ta devre geriliminden çok küçük olduğundan ihmal edilebilir.Bu durumda birçok uygulamalarda kullanılan diyotların ideal diyot olduğu kabul edilir.

DİYOT ÇEŞİTLERİ :

• Zener Diyot :

Zener diyotlar normal diyotların delinme gerilimi noktansından faydalanılarak yapılmıştır. Zener diyot doğru polarmada normal diyot gibi çalışır. Ters polarmada ise zener diyota uygulanan gerilim “Zener Voltajı” ‘nın altında ise zener yalıtıma geçer. Fakat bu voltajın üzerine çıkıldığında zener diyotun üzerine düşen gerilim zener voltajında sabit kalır. Üzerinden geçen akım değişken olabilir. Zenerden arta kalan gerilim ise zenere seri bağlı olan direncin üzerine düşer. Üretici firmalar 2 volttan 200 volt değerine kadar zener diyot üretirler. Zener diyotlar voltajı belli bir değerde sabit tutmak için yani regüle devrelerinde kullanılır.

• Varikap Diyot :

Varikap diyotları tam olarak kavrayabilmemiz için ,kondansatörler hakkında da bilgi sahibi olmamız gerekir.Kondansatörün mantığı, iki iletken arasında bir yalıtkan olmasıdır. Ve bu kondansatördeki iletkenlerin arasındaki uzaklık artırılarak ve azaltılarak kapasitesi değiştirilen kondasatörler mevcuttur. Fakat bunların bir dezanatajı var ki bu da çok maliyetli olması, çok yer kaplaması ve elle kumanda edilmek zorunda olması. Bu kondansatör türüne “Variable Kondansatör” diyoruz.Varikap diyot, uclarına verilen gerilime oranla kapasite değiştiren bir ayarlı kondansatördür ve ters polarma altında çalışır. Boyut ve maliyet olarak variable kondansatörlerden çok çok kullanışlıdır.Alt tarafta görüldüğü gibi üzerine uygulanan ters polarma gerilimi arttığı taktirde aradaki nötr bölge genişler.Bu da iki yarı iletkenin aralarındaki mesafeyi arttırır. Böylece diyotun kapasitesi düşer. Gerilim azaltıldığında ise tam tersi olarak nötr bölge daralır ve kapasite artar. Bu eleman televizyon ve radyoların otomatik aramalarında kullanılır.

• Tunel Diyot :
Saf silisyum ve Germanyum maddelerine dafazla katkı maddesi katılarak Tunel diyotlar imal edilmektedir. Tunel diyotlar ters polarma altında çalışırlar. Üzerine uygulanan gerilim belli bir seviyeye ulaşana kadar akım seviyesi artarak ilerler. Gerilim belli bir seviyeye ulaştıktan sonrada üzerinden geçen akımda düşüş görülür. Tunel diyotlar bu düşüş gösterdiği bölge içinde kullanılırlar. Tunel diyotlar yüksek frekanslı devrelerde ve osilatörlerde kullanılır.
• Schottky Diyot :
Normal diyotlar çok yüksek frekanslarda üzerine uygulanan gerilimin yön değiştirmesine karşılık veremezler. Yani iletken durumdan yalıtkan duruma veya yalıtkan durumdan iletken duruma geçemezler. Bu hızlı değişimlere cevap verebilmesi için şotki diyotlar imal edilmiştir. Şotki diyotlar normal diyotun n ve p maddelerinin birleşim yüzeyinin platinle kaplanmasından meydana gelmiştir. Birleşim yüzeyi platinle kaplanarak ortadaki nötr bölge inceltilmiş ve akımın nötr bölgeyi aşması kolaylaştrılmıştır.
• Led Diyot :
Led ışık yayan bir diyot türüdür. Lede doğru polarma uygulandığında p maddesindeki oyuklarla n maddesindeki elektronlar birleşim yüzeyinde nötrleşirler. Bu birleşme anında ortaya çıkan enerji ışık enerjisidir. Bu ışığın gözle görülebilmesi için ise p ve n maddelerinin birleşim yüzeyine “Galyum Arsenid” maddesi katılmıştır. Ledlerin, yeşil, kırmızı, sarı ve mavi olmak üzere 4 çeşit renk seçeneği vardır.
• Infraruj Diyot :
İnfraruj led, normal ledin birleşim yüzeyine galyum arsenid maddesi katılmamış halidir. Yani görünmez (mor ötesi) ışıktır. infraruj ledler televizyon veya müzik setlerinin kumandalarında, kumandanın göndediği frekansı televizyon veya müzik setine iletmek için kullanılır. Televizyon veya müzik setinde ise bu frekansı alan devre elemanına “Foto Diyot” denir. İnfraruj led ile normal ledin sembolleri aynıdır.
• Foto Diyot :
Foto diyotlar ters polarma altında kullanılırlar. Doğru polarmada normal diyotlar gibi iletken, ters polarmada ise n ve p maddelerinin birleşim yüzeyine ışık düşene kadar yalıtkandır. Birleşim yüzeyine ışık düştüğünde ise birleşim yüzeyindeki elektron ve oyuklar açığa çıkar ve bu şekilde foto diyot üzerinden akım geçmeye başlar. Bu akımın boyutu yaklaşık 20 mikroamper civarındadır. Foto diyot televizyon veya müzik setlerinin kumanda alıcılarında kullanılır.

DİYOTLARIN OHMMETRE İLE TEST EDİLMESİ :
Eğer ohmmetrenin pozitif ( Kırmızı ) ucu anoda ve negatif ( Siyah ) ucu katoda bağlanırsa,diyot ölçü aletinin iç pilinin değerinden dolayı ( yaklaşık 1.5 V’luk ) doğru polarmalandırılır ve bununla doğru orantılı olarak ölçü aletinden düşük bir direnç değeri okunur. R X 1000 veya R X 10.000 kademesi bu ölçüm için uygun olacaktır.
Aynı şekilde anod ve katota ölçü aletinin ters uçları bağlanırsa bu seferde ölçü aletinin iç geriliminden dolayı diyot ters polarmalandırılmış olacaktır.Bu durumda skaladan okuyacağımız değer çok yüksek olacaktır.
Eğer diyot ters polarmadayken küçük bir direnç değeri okursak bu diyodun kısa devre olduğunu,doğru polarmadayken çok yüksek bir direnç değeri okursak bu da diyodun açık devre olduğunu gösterir.

KONUNUN ÖZETİ :
Giriş :
Diyot tek yöne elektrik akımını ileten bir devre elemanıdır. Diyotun P kutbuna “Anot”, N kutbuna da “Katot” adı verilir. Diyot N tipi madde ile P tipi maddenin birleşiminden oluşur. Bu maddeler ilk birleştirildiğinde P tipi maddedeki oyuklarla N tipi maddedeki elektronlar iki maddenin birleşim noktasında buluşarak birbirlerini nötrlerler ve burada “Nötr” bir bölge oluşturular. . Bu nötr bölge, kalan diğer elektron ve oyukların birleşmesine engel olur.
Doğru Ve Ters Polarma :
Diyodu anota (+),katota (-) gelecek şekilde güç kaynağına bağladığımızda.Anottaki oyuklar ve katotdaki elektronlar nötr bölgeye doğru itilirler,böylece bu nötr bölge yıkılıp,kaynağın (-) kutbundan (+) kutbuna doğru elektrik akımı akmaya başlar.Buna diyotun iletime geçmesi denir.Fakat aradaki bu nötr bölgenin yıkılması için gerekli olan gerilim değeri önemlidir.Bu değer silisyum diyolatlarda yaklaşık 0.7 v germanyum diyolarda ise 0.3 v arasındadır.
Diyodun anotuna (-) katotuna (+) gelecek şekilde diyodu güç kaynağına ters bağladığımızda,anottaki oyuklarla,katotdaki elektronlar kendi uçlarına doğur çekilirler,yani nötr bölgeden uzaklaşırlar ,bu durumda nötr bölge dahada genişler.Diyot yalıtıma geçmiş olur.Fakat nötr bölgeden çok küçük de olsa bir akım akabilir,buna ” sızıntı akımı” denir.
Diyot Karakteristikleri :
Diyotun karaktereristik eğrisini,birbirine seri bağlı ayarlı bir güç kaynağı,direnç ve diyot ile kabaca çıkartabiliriz.Devreyi kurup gerilim kaynağını yavaş yavaş arttırdığımızda okuduğumuz voltaj ve akım değerlerini bir grafik kağıdı üzerine işaretlediğimizde karakteristik eğriyi elde ederiz.
Karakteristik üzerinde önemli olan değerler;devre gerilimini yavaş yavaş arttırdığımızda diyot üzerinden geçen akımın aniden arttığı gerilim.Buna “cut In “gerilimi denir silisyum diyotlarda yaklaşık 0.7 v tur.Diyot ters polarmadaykende üzerindeki gerilim yavaş yavaş arttırıldığında normalde akım geçmemesi lazımken,üzerinden birdenbire çok yüksek akım geçmeye başlar.Bu durumda diyot bozulur.Buna “Kırılma Gerilimi”denir.
Diyot Eşdeğer Devreleri :
Diyotların idealde bir anahtar gibi düşünmek mümkünken,gerçekte çoğu devrede bu mümkün değildir oyüzden.Diyot kullanılan devrelerin hesaplarında,diyotları ; birbirine seri bağlı bir iç direnç,diyotu iletime geçirecek ve diyot üzerine düşecek olan 0.7 Vluk bir iç pil ile ideal bir diyot şeklinde düşünülür.Buna diyotun modellenmesi veya eşdeğer devresi adı verilir.Fakat devre direncinin ve gerilimini,diyot iç direnç ve gerilminden çok büyük olduğu durumlarda bu değerlerde gözardı edilebilir.
Diyot Çeşitleri :
• Zener Diyot : Doğru polarmada normal diyot gibi çalışır.Fakat kullanım yeri ters polarmadır.Ters polarmada uygulanan gerilim “Zener Voltajı”nın altındaysa zener yalıtımdadır,üstüne çıktığı anda iletime geçer ve üzerindeki gerilim değeride zener voltajı değerinde sabit kalır.
• Varikap Diyot : Varikap diyot, uclarına verilen gerilime oranla kapasite değiştiren bir ayarlı kondansatördür ve ters polarma altında çalışır.
• Tunel Diyot : Tunel diyotlar ters polarma altında çalışırlar. Üzerine uygulanan gerilim belli bir seviyeye ulaşana kadar akım seviyesi artarak ilerler. Gerilim belli bir seviyeye ulaştıktan sonrada üzerinden geçen akımda düşüş görülür. Tunel diyotlar bu düşüş gösterdiği bölge içinde kullanılırlar. Tunel diyotlar yüksek frekanslı devrelerde ve osilatörlerde kullanılır.
• Schottky Diyot : Normal diyotlar çok yüksek frekanslarda üzerine uygulanan geriliminin yön değiştirmesine karşılık veremezler. Yani iletken durumdan yalıtkan duruma veya yalıtkan durumdan iletken duruma geçemezler.Schottky diyotlar bunu önlemek için üretilmişlerdir.
• Led Diyot : Led ışık yayan bir diyot türüdür. Led e doğru polarma uygulandığında p maddesindeki oyuklarla n maddesindeki elektronlar birleşim yüzeyinde nötrleşirler. Bu birleşme anında ortaya çıkan enerji ışık enerjisidir.
• Infraruj Diyot : İnfraruj led, normal ledin birleşim yüzeyine galyum arsenid maddesi katılmamış halidir. Yani görünmez (mor ötesi) ışıktır.
• Foto Diyot : Foto diyotlar ters polarma altında kullanılırlar.Ters polarmada n ve p maddelerinin birleşim yüzeyine ışık düşene kadar yalıtkandır. Birleşim yüzeyine ışık düştüğünde ise birleşim yüzeyindeki elektron ve oyuklar açığa çıkar ve bu şekilde foto diyot üzerinden akım geçmeye başlar.

Diyotların Test Edilmesi :
Eğer ohmmetrenin pozitif ( Kırmızı ) ucu anoda ve negatif ( Siyah ) ucu katoda bağlanırsa,diyot doğru polarmalandırılır ve bununla doğru orantılı olarak ölçü aletinden düşük bir direnç değeri okunur. Aynı şekilde anod ve katota ölçü aletinin ters uçları bağlanırsa bu seferde ölçü aletinin iç geriliminden dolayı diyot ters polarmalandırılmış olacaktır.Bu durumda skaladan okuyacağımız değer çok yüksek olacaktır.Eğer diyot ters polarmadayken küçük bir direnç değeri okursak bu diyodun kısa devre olduğunu,doğru polarmadayken çok yüksek bir direnç değeri okursak bu da diyodun açık devre olduğunu gösterir.

DERS PLANI

Dersin Adı : ELEKTRONİK I

Ünitenin Adı: ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI

Konu : DİYOTLAR

Saat : 40+40 +40 dk (2 teorik + 1 uygulama ders saati )

Tarih :08.04.2002 , Pazartesi

Araç – Gereç : ELEKTRONİK I KİTABI ( HALİL PASTACI ) ,DERS NOTLARI

Hazırlık

Bir önceki dersten öğrencilere konuyu bir kez okuyup gelmeleri söylendiğinden,okuduklarından ne anladıkları ,diyotun onlara göre nasıl bir eleman olduğu ve elektronik devrelerdeki görevi konusunda kısa bir söyleşi.

Sunu
Diyotun ;

• Tanımı ve Sembolü
• Doğru ve ters polarması
• Karakteristikleri
• Eşdeğer devreleri
• Çeşitleri
• Sağlamlık testi

Başlıkları altında konunun öğrencilere anlatım,soru-cevap yöntemiyle kavratılması.

Uygulama

Laboratuarda diyotun sağlamlık testi ve karakteristik eğrisinin çıkartılması deneylerinin yapılması.

Değerlendirme
Diyot nedir?
Diyot çeşitleri nelerdir?
Doğru ve ters polarmanın farkları nelerdir?
Kırılma gerilimi nedir?
Eşik gerilimi nedir?
Diyotun sağlamlığı nasıl test edilir?
Ve sınıfta konuyla ilgili sorulan diğer soruların cevaplarının alınması.
Laboratuarda yapılan deneylerin normlara uygun şekilde gerçekleştirilmesi.

ORHAN ELLİSEKİZ

Trackback URI.