Diyotlar Bilgi Bankası
Diyotların iki ucu arasında farklılık vardır. Bu bakımdan elektronik karta yerleştrilirken doğru yönde takılmalıdır. Çünkü elektrik akımı diyotlar içinden akarken sadece bir yönde akacaktır. (aynı lastik içindeki havanın sibop içinden sadece bir yönde akması gibi)
Diyotlar iki bağlantı ucuna sahiptirler, biri anod diğeride katoddur.
Kart genellikle katodun bittiği noktaya (+) işareti ile işaretlenir. Diyotlar bütün şekillere ve ebatlara girebilirler. Onlar genellikle bir tip numara ile işaretlenir. Diyot karakteristiklerinin ayrıntıları tip numaralarına göre kataloglardan bulunarak öğrenilebilir.
Eğer ohm metre ile direnç ölçmeyi biliyorsanız o zaman diyodun sağlamlık tesitini yapabilirsiniz. Bir yönde düşük direnç gösterirken diğer yönde çok yüksek direnç gösterecektir.
Diyotların uygulamada kullanılan zener diyot ve LED diyot gibi değişik çeşitleri vardır.
Yarıiletkenlerin yapımında kullanılan en çok kullanılan maddeler silikon ve germanyumdur. Plajdaki kum bir silikon maddedir ve germanyum ise baca kurumundan temin edilebilir. Bu yüzden bu ham maddeler her yerde görünebilir. Bununla birlikte bu maddeler olağanüstü derecelere kadar saflaştırılmalıdır. Bu maddeler saflaştırıldığı zaman tuz ve şeker gibi kristal bir yapıya sahip olurlar. Bu maddeleri yapan atomlar birbirlerine pencere şeklinde birleşir atomlar içindeki elektronların hareket etmesi önlenir. Bunun anlamı şudur ki saf silicon ve germanyum iyi yalıtkandır.
Saflaştırmadan sonra katkı maddesi eklenir. Bu katkılar kafes içerisine uygundur. Fakat boş olan elektronlarla ilişkiye girerek elektronların hareket etmesini sağlayarak bir elektron akımı meydana gelir. Burada fazla miktarda negatif yüklü elektron bulunduğundan dolayı bu maddelere N tipi yarı iletken adı verilir.
Katkı maddelerinin diğer tipleride silikon ve germanyumu saflaştırmak için eklenebilir. Bu kafes içerisinde elektron eksikliğine yol açar. Bu durumda kafes içerisinde boşluklar meydana gelecektir. Elektronlar bu boşlukların içine atlayabilir ve böylece bir boşluk akışı meydana gelir. Bu durum doktorların bekleme odasındaki sırada oturan hastalara benzetilebilir. Birisi doktorun yanına girdiği zaman sırada bir boşluk doğacaktır. İnsanlar (elektronlar) doktor odasına doğru ilerlerken o boşlukta tam aksi yönde ilerleyecektir.
Yarıiletkenlerin direnci iletkenler ile yalıtkanların arasında bir yerdedir. Bundan dolayı bunlara yarıiletkenler denilmiştir. Yarı iletkenler, diyot , transistör ve entegre gibi yarıiletken devre elemanları içerisinde kullanılır.
P-N JONKSİYONU P-N jonksiyonu içerisine katkı maddesi eklenmiş tek bir kristalden oluşmaktadır. N kısmında negatif elektronlar fazlayken P kısmında boşluklar fazladır. BARİER
Jonksiyonda, elektronlar bütün boşlukları, hiçbir serbest boşluk ve elektron kalmayacak şekilde doldururlar. Aslında jonksiyon yalıtılmış bir tabakadır. Akımın P-N jonksiyonu içerisinden akabilmesi için önce bu bariyerin aşılması gerekir.
Aynı yükler birbirini iterler farklı yükler birbirini çekerler bu temel kuralı unutmamak gerekir. Bir batarya şekildeki gibi bağlanırsa negatif uç negatif yüklü elektronları jonksiyon bölgesine doğru itekleyecektir. Bu sırada pozitif uçda boşlukları jonksiyona doğru itmektedir. Eğer bataryanın voltajı yeterli olursa barier aşılmış olacaktır ve jonksiyon içerisinden akım geçecektir. Silisyum diyot için diyot üzerindeki gerilim 0.6V , germanyum diyot için diyot üzerindeki gerilim 0.3V tur Silisyum diyot için diyot üzerindeki gerilim 0.6V , germanyum diyot için diyot üzerindeki gerilim 0.3V tur. Bu durumda jonksiyona doğru polarmalı denir. Şekilde görüldüğü gibi diyodun anod tarafı P tipi maddedir, katodu ise N tipi maddedir. Şekildeki direnç ise devreden geçen akımı güvenli bir seviyeye sınırlar.
Batarya şekildeki gibi bağlanırsa pozitif uç, negatif yüklü elektronları bariyer den kendisine çekecektir. Negatif uç da bariyerdeki boşlukları kendisine çekecektir. Sonuçta yalıtkan bariyer genişleyecektir ve akım akmayacaktır. Bu durumda jonksiyon ters polarlanmıştır. Eğer ters polarma gerilimi aşırı yüksek olursa o zaman jonksiyon bozulacaktır ve anod dan katoda doğru bir elektron akımı meydana gelecektir. (Normal koşullarda doğru polarmada elektron katoddan anoda doğru akar)
DOĞRU VE TERS POLARMA
Sol tarafdaki şekilde ters polarmalı diyot görülmektedir. Burada katoda pozitif gerilim ve anoda negatif gerilim uygulanmaktadır. (Lamba yoluyla). Bu durumda hiçbir akım akmayacaktır.
Sağ tarafdaki şekilde ise doğru polarmalı bir diyot görülmektedir. Bu durumda diyodun anoduna pozitif gerilim, katoduna negatif gerilim gelmektedir. Bunun sonucunda ise katoddan anoda doğru akımk akacaktır.
BİR DİYOT SORUSU
Yukarıdaki devrelerde hangi lambalar ışık vermektedir. (Bazı lambalar tam ışık vermeyebilir)
Bir diyodu doğru yönde polarlamak için Anot gerilimi katod geriliminden daha pozitif olmak zorundadır.
· Bir diyodu ters polarlamak için Anod gerilimi katod geriliminden daha az pozitif olmalıdır.
· İletimdeki bir diyot eğer silikon diyot ise üzerine 0.6V, eğer germanyum diyot ise 0.3V gerilim düşecektir.
Diyotlarda genellikle katod ucu yukarıda olduğu gibi bazı işaretlerle işaretlenir.
YARIM DALGA DOĞRULTUCU
Yukarıdaki şekilde A noktasındaki voltaj B noktasındaki voltajın tersidir. A noktasındaki gerilim pozitif yönde artarken B noktasındaki gerilim ise negatif yönde artacaktır. Sol tarafta gösterilen ilk yarım saykıl bayunca A noktası pozitif, B noktası ise negatifdir. Doğru polarma alan diyot iletime geçer ve diyot üzerinden ve yük üzerinden bir akım akmaya başlar böylece transformatör üzerindeki gerilim yük üzerine transfer edilmiş olur. Çünkü yük içinden geçen akım ve üzerindeki gerilim transformatör üzerindeki gerilimle aynı orandadır. Bu durumda yük üzerindeki gerilim sağ tarafda gösterilen şekil gibi olacaktır.
İkinci yarım saykıl boyunca A ve Anod negatifdir, B ve Katod pozitifdir. Yani diyot ters polarma altındadır ve diyot içinden hiçbir akım akmamaktadır. Bu durum sağ tarafdaki şekil yatay bir çizgi ile ifade edilmiştir.
Diyot sadece tek saykılda iletime geçmektedir. Her saykılın yüzde 50’sinde bir çıkış sinyali vardır. Diyot sadece tek saykılda iletime geçtiği için bu devreye yarım dalga doğrultucu adını veriyoruz. Doğrultulmuş gerilim DC dir. (her zaman pozitihf değerdedir.) Bununla birlikte bu gerilim düz bir DC gerilim değilşdir. Fakat nabazanlı DC gerilimdir. Bu nabazanlı gerilimin kullanılmadan önce düzgünleştirilmesi gerekir. Eğer diyot ters çevrilirse bu durumda çıkış voltajı negatif olur.
Yarım dalga doğrultucudan elde edilen nabazanlı doğru akımın kullanılması için düzgünleştirilmesi gerekmektedir. Bu düzgünleştirme işlemi bir filtre kondansatörü kullanmak suretiyle sağlanır. Filtre kondansatörü sinyallerle şarj olur. Kondansatör gerilim darbelerini depo eder ve yük, depo edilmiş bu sinyalleri sanki bir düzgün batarya alıyormuş gibi kullanır.
Yukarıdaki ilk dalga şekline baktığımızda, kırmızı çizgiyle çizilen kısım kondansatör üzerindeki gerilimi göstermektedir. İlk sinyal kondansatör üzerine uygulandığında kondansatör bu sinyalin tepe değerine şarj olur. Sinyal tepe değerinden aşağı doğru düşmeye başladığından itibaren kondansatör deşarj olmaya başlar. Bu durumda yük kondansatörden enerji alır. Bununla birlikte bir sonraki sinyal, kondansatörün deşarj seviyesine gelmeden kondansatör düzgün bir şekilde düşer. Bir sonraki sinyal aynı seviye ye geldiğinde kondansatör tekrar bu sinyalin tepe değerine yeniden şarj olmaya başlar. İkinci dalga şeklinde bir DC sinyali 50Hz’lik frekansa sahip ripıl sinyaliyle birlikte görebiliriz.
Alçak frekanslarda kondansatörler genellikle elktrolitik tipdedir. Fakat yüksek frekanslarda daha düşük değerlikli kondansatörler gereklidir.
A noktasındaki potansiyel ile B noktasındaki potansiyel birbirinin zıttıdır. A noktasındaki sinyal pozitif yönde artarken B noktasındaki sinyal negatif yönde artmaktadır. Bu durum sürekli bu şekilde devam eder.
A noktasındaki gerilim pozitif olduğunda, D1 diyodu doğru polarma alır ve C1 kondansatörü şekil-2 de görüldüğü gibi A noktasındaki sinyalin tepe değerine şarj olur. Bu sırada D2 diyodu ters polarma aldığı için yalıtımdadır.
A noktasındaki gerilim negatife gittiğinde D1 diyodu ters polarma alır ve iletime geçmez. Bu durumda D2 diyodu doğru polarma alır ve şekil-3 de gösterildiği gibi C2 kondansatörünü B noktasındaki sinyalin tepe değerine şarj eder.
Şimdi bu durumda tepe değerlerine şarj olmuş her iki kondansatör birbirine seri bağlanmış konumdadır. Bunun sonucunda yük üzerindeki gerilim 2xVmax değerine eşit olacaktır. Yani giriş sinyali ikiye katlanmıştır.
KIRPICILAR VE LİMİTLEYİCİLER
Kırpıcı bir sinyalin pozitif veya negatif tepelerini kırpar. Silisyum diyot anoduna, katoduna göre yaklaşık 0.6V’luk bir gerilim uygulanmadığı sürece iletime geçmez. Bu devre, 0.6V değerleri için diyot yüksek direnç göstermesi, 0.6V’dan yüksek durumlarda düşük direnç değeri göstermesi açısından.bir gerilim bölücü devreye benzer .
Şekil-1’de kırpıcı içindeki dalga şeklini göstermektedir. Şekil-2’de pozitif kırpıcının çıkış dalga şekli görünmektedir. Şekil-3’de ise negatif kırpıcının çıkışının dalga şekli gösterilmektedir. Şekil-4’de de her iki tepe sinyali kırpılır. Bu devre çıkış sinyal değeri 1.2V değerini aşamayan bir limitleyici .olarak bilinir.
Eğer AC güç kaynağının değeri düşerse veya bozulursa bu durumda cihaz otomatikmen yedek batarya tarafından beslenir. AC kaynak mevcutken D1 diyodunun anoduna 15V gelir ve diyod doğru yönde polarmalandırılır. Diyod üzerine 0.6V düşeceği için diyodun katodunda 14.4V vardır. Bu gerilim cihazı besler. Bu sırada D2 diyodunun anoduna, katoduna göre daha az bir gerilim geldiği için ters polarmalandırılmıştır ve yalıtımdadır. Dolayısıyla batarya yalıtılmıştır.
Eğer güç kaynağı kesilirse 15V’luk gerilim kaybolur ve D2 diyodu doğru yönde polarmalandırılır ve cihazı beslemek üzere iletime geçer.
Diyotlar gerilimleri yönlendirir.
Elektronik bir kapı bir sinyalin bir kısmına açıktır diğer kalan kısmına kapalıdır. Bu koyuınların, gerçek bir kapı kullanarak keçilerin arasından ayrılmasına benzer. Devrede diyotların katodları anoduna göre daha pozitif olduğu için diyotlar ters polarma altındadır ve yalıtımdadırlar. Bu durumda devrenin çıkışı, girişinden yalıtılmış durumdadır.
Negatif kapı sinyali geldiği zaman katodlar anodlaraa göre daha negatif olacaktır ve diyotlar doğru yönde polarma alacaktır ve iletime geçecektir. Çıkış direk olarak girişe bağlı olduğu için kapı sinyali boyunca giriş sinyali çıkışda görülecektir. Şekilde giriş sinyalinin en küçük dalga şekli çıkışda görülmektedir.
LED (Light emitting diode) gösterge olarak yaygınca kullanılır. Led üzerinde bir güç varsa ışık vermek suretiyle bunu dışarıya yansıtır. LED’ler şekilde görüldüğü gibi anoduna pozitif katoduna negatif gelecek şekilde bir DC kaynaktan beslenmesi gerekmektedir.
Devredeki seri direncin değerini hesaplayabilmek için Led’in doğru polarma altında üzerine düşen gerilim değerini ve içinden geçen akım değerini bilmemiz gerekmektedir. Bu gerekli bilgiyi bulmak için katalog ve data booklara bakmak gerekmektedir. Bizim örneğimizde bu değerler 2Volt ve 20mA dir.
LED üzerine 2 volt gerilim düştüğü için ve batarya gerilimide 12V olduğu için direnç üzerine düşecek gerilim değeri 12-2=10V’dur. Diyot dirençle birlikte seri bağlandığı için her ikisinin üzerinden de 20mA akım geçer. Şimdi direnç üzerindeki gerilimi ve içinden geçen akım değerini biliyoruz. Ohm kanunundan direnç değerini hesaplayabiliriz.
Direnç = Gerilimin akıma bölünmesi = 10/0.02 =500 W
500W değeri standart değer olmadığı için 470W’luk veya 560W’luk direnç değerlerinden birini kullanabiliriz.
7 SEGMENTLİ DISPLAY
7 segmentli display çoğu ölçüm cihazlarında sayısay gösterge olarak kullanılır. Bu display, ayrı ayrı beslenebilen led diyodların bir araya toplanmasından oluşur. Bunlar çoğunlukla kırmızı ışık yayarlar. Ve şekilde görüldüğü gibi numaralandırılır.
8 rakamaını yazmak için bütün ledlerin beslenmesi gerekir. 3 rakamını yazmak için a,b,c,d, g ledlerinin beslenmesi gerekmektedir. 0 ile 9 arasındaki bütün numaralar gösterilebilir. Sağ tarafda bulunan d.p (decimal point) ondalık noktayı göstermektedir.www.diyot.net
Şekilde gösterilen display ortak anodludur. Çünkü bütün anodlar birlikte beslemenin pozitif ucuna bağlıdır. Bu durumda katodlar ayrı ayrı şase potansiyeline bağlanır. Her bir led diyoda, akım sınırlaması yapması için seri direnç bağlanması gerekmektedir. Önceleri kol saatlerinde bu tip displayler kullanılmakta idi. Ancak displayler o kadar fazla akım çekiyordu ki bunun için displayler normalde kapalı idi ve zamanı öğrenmek için butona basmak zorunda kalıyordunuz.
Bütün katodların ortak bağlandığı ortak katodlu displaylerde ayrıca kullanılmaktadır. Likid kristal displaylerde aynı işlevi yerine getirir. Ancak bunlar displaylere göre daha az güç harcarlar. Ayrıca harfleri gösteren alfanümerik displaylerde kullanılmaktadır.
Zener diyotlar ters polarma altında çalışırlar (diyodun katoduna pozitif gerilim uygulanır). Ters polarma gerilimi, diyodun katalog değerleri arasında bulunan ters bozulma gerilimidir.
İki temel uygulaması vardır.
1. Üzerindeki gerilim, başka bir gerilim ile kıyaslanacak ise referans kaynağı olarak kullanılır.
2. Güç kaynaklarında voltaj regülatörü olarak kullanılır. Burada yük üzerine düşen değişken gerilim sabitleştirilir.
Voltaj regülatörü olarak kullanıldığı zaman eğer yük üzerindeki gerilim artmaya başlarsa zener diyot üzerinden büyük bir akım geçmeye başlayacaktır. Zener diyota seri bağlı direnç içinden geçen akım artacağından üzerine düşen gerilimde artar. Dolayısıyla yük üzerine düşmesi gereken voltaj düşer. Geri kalan kısım zener diyota seri direnç üzerinde düşecektir. Aynı şekilde yük üzerindeki voltaj düşmeye başladı andan itibaren zener üzerinden akan akım ve seri direnç üzerindeki gerilimde düşüşe geçecektir. Sonuçta yük üzerinde yine sabit bir gerilim düşümü yine sağlanacaktır.
Jonksiyon diyot ters yönde polarmaladırıldığı zaman, yalıtılmış barier daha da genişleyecektir. Daha yüksek ters polarma gerilimi barier bölgesinin daha fazla genişlemesine yol açacaktır. Barier dielektrik bir bölge oluşturur. Katod ve anod kondansatörün her iki plakası gibi düşünülebilir. Burasını bir kondansatör gibi düşünürsek üzerine uygulanan gerilim ile kondansatörün kapasitesi sürekli değişmektedir.
Şekilde ki devrede diyot ile bobin bir rezonans devresi kurmuştur. Diyodun kapasite değeri yani rezonans frekansı, varikap üzerine düşen gerilimi kontrol eden potansiyometre ile değiştirilir. Devredeki C kondansatörü potansiyometre üzerindeki voltajın bobin üzerinden kısa devre olmasını önleyecektir.
DİYOTLU KORUMA DEVRELERİ
Bu devre bir transistör tarafından anahtarlanan bir role bobininden oluşmaktadır. Role anahtarı açıldığında role bobini üzerinde büyük bir ters EMK meydana gelir. Bu zıt EMK transistöre zarar verecek kadar birkaç bin voltluk değerlere ulaşabilir. Devredeki diyot normalde ters polarma altındadır. Zıt EMK ile birlikte doğru polarmaya geçecektir ve iletime geçecektir. İletime geçen diyot direnci düşeceğinden dolayı zıt EMK kısa devre olacaktır ve transistör korunmuş olacaktır.
Bu devre karşısında iki adet germanyum diyodun bağlandığı bir hareketli ölçü aletinden meydana gelmiştir. Göstergenin tam skala sapması yapması için sadece 100mV yeterlidir. Eğer bu gerilim 0.3V değerine ulaşırsa diyotlardan biri iletime geçecektir. Böylelikle ölçü alte korunmuş olacaktır.