DİYOT ÇEŞİTLERİ VE ÖZELLİKLERİ

DİYOT NEDİR?

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. Yandaki sekilde Nötr bölgeyi görebilirsiniz. Bu nötr bölge, kalan diğer elektron ve oyukların birleşmesine engel olur. Uygulamada kullanılan diyotlar temel olarak doğrultmaç (redresör, restefier) diyotları ve sinyal diyotları olmak üzere iki gruba ayrılır. Doğrultmaç diyotları; yüksek akımları taşıyabilen ve yüksek ters tepe gerilimlerine dayanabilen diyotlardır. Bu diyotlar güç kaynakların AC 'yi DC 'ye dönüştürmek için kullanılır. Sinyal diyotları; yüksek frekanslarda çalışmaya duyarlı, düşük akımlarda ve gerilimlerde çalışabilen diyotlardır. Bu diyotlar sayısal (lojik) devre elemanı ya sa radyo frekans (RF) devrelerinde sinyal ayırıcı (demodülatör) olarak kullanılır.  Doğrultmaç ve sinyal diyotları silisyum ve germanyum gibi yarı iletken malzemeler ile yapılır. Germanyumdan üretilen diyotların üzerlerinden akım geçirildiğinde 0,2 voltluk, silisyumdan üretilen diyotların üzerlerinden akım geçirildiğinde ise 0,6-0,7 voltluk bir gerilim düşümü olur. Bu nedenle sinyal diyotlarının yapımında germanyum maddesi daha çok kullanılır.

Diyotların Polarlaması ve Diyotların Çalışması

Doğru polarlama: 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 (-) kutbunda pozitif (+) kutbuna doğru bir elektron akışı başlar. Yani diyot iletime geçmiştir. Ters polarlama: 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 uydulandığında diyot yalıtımda iken çok küçük derecede bir akım geçer. Buna sızıntı akımı adı verilir. Bu istenmeyen bir durumdur. Sızıntı akımının miktarı diyotun yapımında kullanılan yarı iletken malzemeye bağlıdır. Yandaki grafikte doğrultmaç diyotlarının doğru ve ters polarlama durumundaki karakteristik eğrisi gösterilmektedir. Bu grafikte iletim bölgesi diyotun doğru polarlama durumunda olduğu bölgedir. Grafikte görüldüğü gibi doğru polarlama durumunda diyota uygulanan voltaj belli bir değeri aştıktan sonra diyot iletime geçmektedir. Bunun nedeni diyotun yapımında kullanılan maddelerin bileşim yüzeyinde oluşan gerilim settidir. Bu voltaj değerine eşik gerilimi denir. Eşik gerilimi germanyumdan yapılan diyotlar için yaklaşık 0,2-0,3 V, silisyumdan yapılan diyotlar için ise yaklaşık 0,6-0,7 V değerindedir. Eşik gerilimi diyotun çalıştırıldığı sıcaklığa göre de bir miktar değişebilir. Örneğin; germanyum diyot 25 °C 'de çalıştırıldığında 0,2 V,  60°C 'de çalıştırıldığında 0,1 V eşik gerilimine sahiptir. Diyotların sıcaklığı arttıkça karakteristik özellikleri değiştiğinden germanyum diyotların sıcaklığı 90 °C 'yi, silisyum diyotların sıcaklığı ise 175 °C 'yi geçmemelidir. Diyotların sıcaklığı üzerlerinden geçen akımla doğru orantılı olarak artar. Her diyot kendisi için belirtilen akım değerinde güvenli olarak çalışır. Diyotun ters polarlama durumunda diyota uygulana gerilim belli bir seviyeye gelinceye kadar diyot yalıtımdadır. Diyot yalıtımda iken üzerinden sadece çok düşük miktardaki sızıntı akımı geçmektedir. Diyota uygulanan gerilim değeri belli seviyenin üzerine çıktığında ise diyot bozulur ve yalıtkan özelliğini yitirir. Bunun nedeni uygulanan gerilimin arttırılmasıyla serbest elektronlara verilen enerjinin artması ve böylece pek çok elektronun valans bandından iletkenlik bandına atlayarak diyot üzerinden geçen akımın yükselmesidir. İdeal diyot doğru polarlama durumunda direkt iletime geçen eşik gerilimi bulunmayan diyottur. Gerçekte böyle bir diyot mümkün değildir. İdeal diyot bir devredeki bir anahtar gibi düşünülebilir; bu durumda doğru polarlamadayken kapalı anahtar, ters polarlamadayken açık anahtar görevi görür. Devrelerde kullanılan diyotlar; aşırı akım geçmesi, ortam sıcaklığının yükselmesi, lehimlemenin hatalı olması, uygulanan gerilimin aşırı artması, mekanik zorlamalar veya diyotun kalitesi olması gibi nedenler ile arızalanabilir. Diyot Gövdeleri Diyotlardaki kılıf maddesi cam, plastik ya da metal olabilir. Diyotun gövdesindeki gri çizgi şeklinde bant, nokta şeklindeki çıkıntı ve metal gövdeli diyotlarda metal kılıfın bağlı olduğu kısım diyotun katot kısmını belirtir. Diyotlar kullanılacakları devrede üzerlerinden geçecek akım ve voltaj değerlerine göre seçilir. Örneğin sıklıkla kullanılan 1N400X serisi diyotların akımı 1 A 'dir. Bu seri sonundaki X ifadesi diyotun maksimum çalışma voltajına göre değişir. (1N4001 50 V, 1N4002 100 V gibi). 1 A değerinden yüksek akımlar için akım değeri daha yüksek olan uygun diyotlar kataloglardan seçilip kullanılır. Diyotların Bağlantı Türleri Seri Bağlama: Seri bağlama ters dayanma gerilimi daha yüksek diyot elde etmek için yapılır. Bu şekilde çok sayıda diyodun seri bağlanması elde edilen elemanlara yüksek gerilim diyodu adı verilir. Örneğin;100 V uygulanacak bir devrede iki adet 1N4001 (her biri 50 V) seri bağlanabilir. Paralel Bağlama: Parelel bağlama yüksek akımlı diyot elde etmek için kullanılır. Ancak üretim kusurlarından dolayı her diyot tamamıyla aynı özellikte üretilemediğinden paralel bağlama durumunda herhangi bir diyot diğerlerinden daha çabuk bozulabilir. Bu durumda diğer diyotlar üzerinden geçen akım artacağından onların da yanmasına sebep olur. Bu nedenle parelel bağlama yöntemi önerilmez, bunun yerine kataloglardan uygulamadaki akıma uygun diyotun seçilerek kullanılması daha doğrudur. Diyot Çeşitleri Köprü Diyotlar İki veya dört diyotlu köprü diyotlar bulunmaktadır. İki diyotlu köprü diyotlar orta uçlu trafolu tam dalga doğrultmaç devrelerinin yapımında kullanılır. Üç bacaklı olan bu diyotların kenardaki bacaklarına AC uygulanıp, ortadaki bacaktan DC çıkış alınır. Bu tip diyotlar günümüzde çok az kullanılmakradır. Dört diyotlu köprü diyotlar dört adet doğrultmaç diyodu içeren dört bacaklı diyotlardır. Bu tip diyotların gövdelerinin üzerinde ~ işareti bulunan bacaklar AC giriş uçları, + ve - işaretlerinin bulunduğu bacaklar ise DC çıkış uçlarıdır. Zener Diyot Zener diyotlar uçlarına uygulanan gerilimi sabit tutmaya yarayan diyotlardır. Yan tarafta zener diyotun simgesi ve ters polarmaya karşı tepkisi görülmektedir. Bu tip diyotlarda P ve N tipi yarı iletkenlerin katkı maddeleri doğrultmaç diyotlarına göre biraz daha fazladır. Zener diyotlar normal diyotların delinme gerilimi noktansından faydalanılarak yapılmıştır. Zener diyot dogru 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 degişken olabilir. Zenerden arta kalan gerilim ise zenere seri bağlı olan direncin üzerine düşer. Üretici firmalar 2 volttan 200 volt değerine kadar zener diyot üretirler. Bu voltaj değeri üretim aşamasında katkı maddesi miktarı ayarlanarak belirlenir. Yukarıdaki resimde zener diyotun doğru ve ters polarlamalı olarak bağlandığı devreler gösterilmektedir. Zener diyot ilk devredeki gibi doğru polarlamalı bağlanıp gerilim yavaş yavaş arttırıldığında elemanın üzerinden geçen akım da artar. Zener diyot ikinci devredeki gibi ters polarlamalı bağlanıp gerilim yavaş yavaş arttırıldığında ise elemandan geçen akımın belli bir gerilim değerine kadar çok az olup, gerilim zener voltajını aştığında ise geçen akımın aniden çok yüksek bir değere çıktığı görülür. Zener diyotlar bu özelliklerinden dolayı voltajı belli bir değerde sabit tutma, sinyal kırpma ve eleman koruma gibi amaçlar için kullanılırlar. Zener diyotların sağlamlığı ohmmetre ile kontrol edilebilir. Eğer zener diyotun iki ucu arasında bir yönde küçük 300 R - 3000 R, diğer yönde ise büyük 50 K - 200 K değerleri okunuyorsa zener diyot sağlamdır. Diyot Çeşitleri Varikap Diyot Varikap diyotlar uçlarına uygulanan ters polariteli gerilime bağlı olarak kapasite değeri değişen diyotlardır. Diyotlar da kondansatör gibi iki yarı iletken maddenin arasında nötr bölge yani yalıtkandan olusur. Yan 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. Kondansatördeki iletkenlerin arasındaki uzaklık arttırılarak ve azaltılarak kapasitesi değiştirilen variable kondasatörler mevcuttur. Fakat bunların çok maliyetli olması, çok yer kaplaması ve elle kumanda edilmek zorunda olması gibi dezavantajları vardır. Bu nedenle varikap diyotlar tercih edilir. Varikap diyotlar TV ve radyoların yayın (frekans) seçici (tuner) devrelerinde kullanılır. Tunel Diyot Tunel diyotlar doğru polarlama altında çalışan ve gerilime göre dirençleri değişen diyotlardır. Tunel diyotların üretiminde fazla katkılı germanyum ya da galyum arsenik kullanılır. Katkı maddesi olarak galyum arsenik, berilyum, altın vb. maddeler kullanılabilir. Yandaki grafikte tunel diyotun elektriksel karakteristiği verilmiştir. Tunel diyotlar negatif direnç bölgesinde kullanılırlar. Tunel diyotlar çok düşük güçlüdürler. Bu tip diyotlar çalışma frekansı 10000 MHz 'e kadar olan osilatörlerde, hızlı anahtarlama devrelerinde ve yükselteçlerde kullanılırlar. Led Diyot Led ışık yayan bir diyot türüdür. Lede dogru 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 katılmıstır. Ledlerin, yeşil, kırmızı, sarı ve mavi olmak üzere 4 çeşit renk seçeneği vardır. IR Led İnfraruj led, normal ledin birleşim yüzeyine galyum arsenid maddesi katılmamış halidir. Yani görünmez (mor ötesi) ışıktır. İnfraruj ledler televizyon veya müzik setlerinin kumandalarında, kumandanın gönderdiği frekansı televizyon veya müzik setine iletmek için kullanılır. Televizyon veya müzik setinde ise bu frekansı alan devre elemanına " Foto Diyot " denir. Infraruj led ile normal ledin sembolleri aynıdır. Gunn Diyot Daha çok osilatör devrelerinde kullanılan Gunn diyotlar polarlama gerilimi uygulandığında belli voltaj değerinden sonra sürekli olarak kesme ve iletime geçerek kare dalga benzeri bir sinyal oluşmasını sağlarlar. Shottky 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 sotki diyotlar imal edilmiştir. Sotki 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 aşmasi kolaylaştırılmıştır. Lazer Diyot Yarı iletken lazer diyotlar fiber optik kablolar ile bilgi iletimi, barkod okuyucu, mesafe ölçme, tıbbi cihazlar ve gece görme aygıtları gibi yerlerde kullanılan diyotlardır. Yandaki şekilde lazer diyodun yapısı gösterilmektedir. Lazer diyota gerilim uygulandığında yalıtkan yüzey ışın yayar. Diyot Çeşitleri Schokley (Şokley) Diyot Şokley diyotlar dört adet yarı iletken maddenin birleşiminden oluşur. Şokley diyotlar doğru polarlamada belli bir gerilim seviyesine kadar ters polarlanmış normal bir diyot gibi çalışır. Uygulanan gerilim arttırılıp iletim seviyesine ulaşıldığında şokley diyot iletime geçer ve eleman üzerine düşen gerilim belli bir değere kadar azalmaya başlar. Gerilimin bir miktar  azaldıktan sonra tekrar yükselmeye başladığı değere tutma gerilimi denir. Tutma geriliminden sonra şokley diyot doğru polarlamalı normal diyot gibi çalışır. Bu özelliğinden dolayı şokley diyotlar  darbe jeneratörleri ve bellek devrelerinde kullanılırlar. Sabit Akımlı Diyotlar Sabit akımlı diyotların akım değerleri gerilimdeki değişmelere rağmen sabit kalır ve bu özelliklerinden dolayı akım regülasyonlarında kullanılırlar. Fotodiyot Foto diyotlar ters polarlama altında kullanılırlar. Doğru polarlamada normal diyotlar gibi iletken, ters polarlamada 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. Optokuplör Optokuplörler içinde bir adet foto diyot ve bir adet de infaruj led barındıran bir elektronik devre elemanıdır. İnfaruj led ve foto diyotlar optokuplörün içerisine birbirini görecek şekilde yerleştirilmişlerdir. Infraruj ledin uçlarına verilen sinyal aynen foto diyotun uçlarından alınır. Fakat foto diyotun uçlarındaki sinyal çok çok düşük olduğu için bir yükselteçle yükseltilmesi gerekir. Bu devre elemanının kullanım amacı ise bir devreden diğer bir devreye, elektriksel bir bağlantı olmaksizin bilgi iletmektir. Aradaki bağlantı ışıksal bir baglantıdır.