Diod

PN Bağlantısının elektronikteki uygulamaları ile
çok sık karşılaşmaktayız. Pek çok uygulamada PN bağlantısı DİYOT olarak
karşımıza çıkmaktadır. Diyotların pek çok türü olduğu için bunların hepsinin
fiziksel çalışma teorilerini anlatmak yerine önce elektriksel özelliklerini sonra
da uygulama şeklini sizin sabır sınırlarınız içinde kalmaya çalışarak
anlatacağım. Sırası gelmişken bir tavsiyem olacak. Arkadaşlar elektronikteki
gelişme çok büyük bir hızla olmaktadır. Bu nedenle her hangi bir malzemenin
iç çalışmasını detaylı olarak öğrenmek için zaman kaybetmeyin. Sadece size
fikir verecek kadar öğrenmeye çalışın. Elektronik malzemeyi sadece
bacakları olan bir kutu olarak kabul edin. Fakat fonksiyonlarını ve ne işe
yaradığını öğrenmek için KATALOG KULLANMAYI çok iyi öğrenin.
Kataloglarda yer alan sembol, terim ve grafiklerin ne anlama geldiğini
ve nasıl kullanılacağını öğrenin.
Diyot biraz önce de söylediğim gibi bir PN bağlantısından oluşur. P tipi yarı
iletkenin bulunduğu alana ANOD, N tipi yarı iletkeninin bulunduğu alana
KATOD denilir. Üzerinden geçen elektrik akımı anottan katoda doğrudur.

Düşük güçlü diyotlar cam, plastik gibi kılıflara sahip olup yüksek güçlü olanları

ısıya dayanıklılığı sağlamak için metal yada seramik kılıflar içindedir.
Diyotların fiziksel kılıfları silindirik, dikdörtgen yada şaseye vidalanır türde
olabilir. Bütün diyotlarda dış kılıfı üzerinde katot ucunu gösteren bir işaret
vardır. Küçük diyotlarda katot ucuna yakın bir bant bulunur. Yüksek güçlü
metal kılıflı diyotların metal kılıfları katot olup diğer ucu anod dur. Köprü
diyotların içinde dört adet diyot oldugu için üzerlerinde ya uçlarını da
gösterecek şekilde sembolleri yada bağlantı volajlarının polariteleri
gösteren +, – gibi semboller vardır.
Bir diyodun anodunu pozitif gerilime, katodunu negatif gerilime bağlarsak
üzerinden akım geçer (IF). Buna diyoddun düz biaslanması denir. Diyodun
adonuna negatif gerilim, katoduna pozitif gerilim verirsek üzerinden akım
akmaz (aslında ihmal edilebilir değerde çok az akım akar).
Şimdi diyot karakteristiğini inceleyelim.
Volt – Amper karakteristiği
Volt – Amper Karakteristiği aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Bu eğri diyot
düz biaslandığı zaman elde edilen eğridir.

Bu eğriyi elde etmek için gerekli devre şekli aşağıdadır.

Devreyi kurup gerilim kaynağını yavaş yavaş arttırdığımızda okuduğumuz
voltaj ve akım değerlerini bir grafik kağıdı üzerinde işaretleyelim. V gerilimi
0V olduğonda VF gerilimi ve IF akımı sıfır olacaktır. Gerilim kaynağını
yavaşça artırdığımızda diyot akımı IF çok az olarak artacaktır. VF gerilimi, PN
bağlantısının engel gerilimini aşacak büyüklükte olduğu zaman diyot
akımı IF ani olarak yükselmeye başlar. Diyot akımının ani olarak yükselmeye
başladığı voltaj değerine Cut In gerilimi, OFFSET Gerilimi, Threshold
Gerilimi gibi isimler verilir. Bu voltaj değeri örnek olarak germanyum diyotlar
için yaklaşık VD=0,2V silisyum diyotlar için yaklaşık VD=0,6V kadardır.
VF gerilimi VD geriliminin çok fazla üzerine çıkaracak olursak IF akımı çok
fazla artar ve diyot ısınıp bozulup. Bunu önlemek için diyoda akım sınırlayıcı
seri bir direnç konabilir yada başka bir anlatımla diyot üzerinden kaloğunda
tavsiye edilen değerden fazla akım geçirmemek gereklidir.
Diyot ters biaslandığı zaman VR pratikte akım geçirmez olarak kabul edilir.
Gerçekte ise diyodun içindeki kristal yapının sahip olduğu azınlık
taşıyıcılarından dolayı çok küçük bir akım IR geçer. IR akımı VR arttığı zaman
ve ısı arttığı zaman çok azda olsa yükselir. Bir diyodun ters biasdaki V-I
karakteristiği aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Şekilde de görüldüğü gibi VR voltajı fazlaca yükseltilip VBR voltajı aşıldığı
zaman IR akımı aniden ve çok fazla artar. Bu durumda normal bir diyotta VR
voltajı azaltılsa bile IR akımı azalmaz. Artık diyot bozulmuştur. Ters gerilimle
diyodu bozan bu gerilime VBR KIRILMA (Break Down) voltajı adı verilir. Bir
örnekle bunu açıklayalım. 1N4007 diyodunun kataloğuna baktığımız zaman
1000V ve 1Amp. değerlerini görürüz. Buradaki 1000V değeri
uygulanabilecek en çok ters gerilim değeridir. Bu, özellikle alternatif akım
uygulamalarında önem kazanır. Diyodun iki ucuna doğru bias olarak 1000V
verecek olursak geriye biraz kül ve duman kalır. 1 Amper ise diyot üzerinden
geçebilecek en çok akım değeridir.
Kırılma diyotlarda iki şekilde gerçekleşir. Bu, diyodun kullanım amacına
göre fabikada imalat sırasında yapımcıları tarafından dikkate alınır.
Birincisi, çığ (Avalanche) kırılması. Diyoda yüksek ters bias uygulandığında
diyot üzerinden geçen akım çığ gibi artarak diyodu bozar. Bir üst paragrafta
anlatığım olay gerçekleşir.
İkincisi, Zener kırılmasıdır. Zener kırılması özelliğine sahip diyotlarda yüksek
ters bias uygulandığında, diyot üzerinden geçen akım artsa bile diyot
üzerindeki voltaj sabit kalır. Bu özelliğe sahip diyotlara ZENER DİYOT
denilip voltaj düzenleyici (regülatör) olarak kullanılır.

DİYOT2
Köprü Doğrultucu aslında Tam
Dalga Doğrultucu özelliğinde olup sadece giriş gerilim
kaynağı Tam Dalga Doğrultucu gibi ortası sıfırlı olmayıp,
tek bir AC kaynak ile beslenmektedir. Aşağıdaki şekilde
Köprü Doğrultucu görülmektedir.

Köprü Diyotlar dört ayrı diyot ile yapılabileceği gibi dört diyot
birleştirilmiş şekli ile de piyasada satılmaktadır.
Yukarıdaki devrenin girişine (e-f uçları arasına) bir alternatif
gerilim uygulayalım. t1 zamandan itibaren pozitif yönde
yükselmeye başlayan giriş gerilimi, a ucunu pozitif b ucunu da
negatif yapacaktır. Bu anda a ucuna bağlı diyotladan D1
diyodunun anodu, D3 diyodunun da katodu pozitif olacaktır.
Aynı şekilde b ucuna bağlı diyotlardan D2 diyodunun katodu
negatif, D4 diyodunun da anodu negatif olacaktır. Dikkat
edilirse D1-D4 diyotlarının katotlarının birleştiği c noktası ile
D3-D2 diyotlarının anodlarının birleştiği d noktaları arasına
bir yük direnci bağlanmıştır. (Yük direnci bizim kullandığımız
elektronik bir devre olabileceği gibi şekildeki hali ile bir direnç
de olabilir.) Anodu pozitif olan D1 diyodu ile katodu negatif
olan D2 diyodu üzerinden bir akım akmaya başlar. Akan
akım yük direncinin üst ucundan girip ait ucunda çıktığı için
yük direncinin üst ucunu pozitif, alt ucunu da negatif
yapacaktır. D1 ve D2 diyotları üzerinden akan akım t1-t2
zamanı boyunca yani a noktasının pozitif, b noktasının
negatif olduğu sürece devam edecektir. Bu durum aşağıdaki
şekilde görülmektedir.

t2 zamanda sıfır volt değerine düşen giriş gerilimi hemen
negatif yönde yükselmeye başlayacaktır. t2 zamandan
itibaren negatif yönde yükselmeye başlayan giriş gerilimi, a
ucunu negatif b ucunu da pozitif yapacaktır. Bu anda a
ucuna bağlı diyotladan D1 diyodunun anodu, D3 diyodunun da
katodu negatif olacaktır. Aynı şekilde b ucuna bağlı
diyotlardan D2 diyodunun katodu pozitif. D4 diyodunun da
anodu pozitif olacaktır. Anodu pozitif olan D4 diyodu ile
katodu negatif olan D3 diyodu üzerinden bir akım akmaya
başlar. Akan akım yük direncinin üst ucundan girip ait ucunda
çıktığı için yük direncinin üst ucunu pozitif, alt ucunu da
negatif yapacaktır. D4 ve D3 diyotları üzerinden akan akım
t2-t3 zamanı boyunca yani a noktasının negatif, b noktasının
pozitif olduğu sürece devam edecektir. Bu durum aşağıdaki
şekilde görülmektedir.

Çıkış gerilimin doğru akım (DC) şeklinde olabilmesi için yük
direncine paralel bir kondansatör koyarsak çıkış dalga şekli
ve devre aşağıdaki gibi olur.

Geçen ay ki yazımdan hatırlayacağınız üzere Tam Dalga
doğrultucu çıkış dalga şekli ile bu şekil aynı. O zaman
aralarında ne fark var? Neden, hangisini tercih etmeliyiz?
Şimdi hem özet hem de farkları bir bakışta anlamak için bir
özet tablo yapalım.
Aşağıdaki tabloda giriş voltaj kaynağı olarak trafo olduğu
düşünülmüştür. Bu tabloda verdiğim basit formüller yardımı
ile kendinizde bu doğrultucular için hesaplar yapabilirsiniz.
Yarım Dalga
Tek sekonder sarımlı trafo
Tek diyot
Büyük dalgalanma voltajı
Trafo sekonderi üzerinden DC geçer. Bu iyi değildir.
Trafo gereksiz yere fazla ısınır.
Vo=Vi x 1.41 – (Idc / 2 x C x f)
C=Idc x 0,012 / Vrpp
Büyük Kondansatör
Tam Dalga
Çift sekonder sarımlı trafo
Tek sekonder sarımlı trafo
İki diyot
Küçük dalgalanma voltajı
Küçük Kondansatör
Trafo sekonderi üzerinden DC geçmez.
Vo=Vi x 1.41 – (Idc / 4 x C x f),
C=Idc x 0,006 / Vrpp
Köprü
Dört diyot
Küçük dalgalanma voltajı
Küçük kondansatör
Trafo sekonderi üzerinden DC geçmez
Vo=Vi x 1.41 – (Idc / 4 x C x f),
C=Idc x 0,006 / Vrpp
Doğrultucuların çıkışlarındaki dalgalanma değerini çok
azaltmak istersek yada başka bir değişle DC ye çok
yaklaştırmak istersek C değerini çok büyütmek gerekir.
Bunun sakıncaları vardır. Örneğin diyotları gerektiğinden çok
büyük seçmek gerekir. Bunun yerine dalgalanmayı kabul
edilebilir bir seviyede tutup doğrultucunun çıkışına bir
regülatör yapmak daha çok tercih edilen bir yoldur.
Sembol Açıklamaları
Vo=DC çıkış voltajı
Vi=AC giriş voltaji. (rms olarak yani normal AVO metrenizin
AC pozisyonunda okuduğu değer)
Idc=Doğrultucudan çekilecek akım. Yada yük üzerinden
geçecek akım.
C=Farad olarak kondansator değeri
F= Hz olarak frekans değeri.(Şehir şebekesi için 50Hz)
Vrpp=Çıkış voltajının tepeden tepeye dalgalanma değeri.
Bu değeri osiloskop ile görebiliriz. Yada bir yükseltecin
çıkışında hummmm sesi olarak duyabilirsiniz.
Yukarıdaki formül ile istediğimiz dalgalanma değeri için
kondansatör hesaplanabilir. Aynı formülü kullanarak hazır bir
devrenin çıkış voltajının dalgalanma değeri de bulunabilir.
Bazı elektronik devreler sadece tek voltaj kaynağı ile
beslenmezler. Bir kısmı hem pozitif hem de negatif voltaj
gerektirir. Aşağıdaki şekil böyle bir güç kaynağını
göstermektedir. Şekle bakıldığında bu güç kaynağının
aslında iki adet tam dalga doğrultucudan oluştuğu rahatlıkla
görülmektedir. Eğer elimizde bir adet ortası sıfırlı bir trafo
ve dört diyot varsa yada bir köprü diyot varsa bu devreyi
kolaylıkla yapabiliriz. Bu devre ile ilgili formüller aynen tam
dalgada kullanılan formüllerdir.

Diğer Diyot Uygulamaları.
Zener Diyot
Tek bir Zener diyotlu ile yapılan regülatörler fazla güç
istemeyen devrelerde rahatlıkla kullanılabilir. Eğer devremiz
fazla güç istiyorsa o zaman zener başına tek başına
kullanılmaz. Bir regülatör devresinin referansı olarak kullanılır.
Şimdi basit bir Zener regülatör devresini inceleyelim.

Vi kaynak gerilimi Vz zener geriliminden büyük olmalıdır. Vi
değeri yaklaşık olarak Vz değerinden 1,2 yada 1,4 katı
büyük olması yeterlidir. Zener üzerinden geçen Iz akım
küçük zenerler için 10-20mA civarındadır. Daha doğru bir
değer bulmak için mutlaka kataloga bakmak gereklidir.
Burada zener üzerindeki voltaj ya zener üzerinden doğrudan
okunur yada katalogdan bakılır. Örneğin BZX79C9V1 9,1V luk
zener diyot olup doğrudan diyot üzerinden okunabilir. 1N960
diyoduda 9,1 voltluk zener diyot olup, zener voltaj değeri
katalogtan bakılarak anlaşılır.
Yukarıdaki devremizde bilinmesi gereken nokta Rs direncinin
nasıl bulunduğudur. Rs=(Vz-Vi)/Iz formülü ile bulabiliriz. Iz
değeri küçük zener diyotlar da 10-20mA olarak alınabilir.
Yukarıdaki devre çıkışında sabit bir voltaj elde edilecektir.
Böyle bir devre bir regülatör devresi için referans voltajı
olarak kullanılabilir. Şimdi yukarıdaki devreyi doğrudan bir
elektronik devrenin regüle besleme kaynağı olarak kullanalım.
Yani devreden biraz akım çekelim. O zaman yukarıdaki
devremiz aşağıdaki şekle dönüşecektir.

Bu durumda zener üzerinden geçen akım sabit kalmakla
birlikte Rs direnci üzerinden birde yük akımı geçmektedir.
O zaman
IRS=Iz+IL, IRS=10 + 90, IRS=100mA olur.
Vz=9,1V yaklaşık 9V kabul edelim.
Rs=(Vi-Vz)/Iz+IL; Rs=(12-9)/10+90 Rs=30 ohm bulunur.
Rs direncinin gücüde bulunmalıdır.
PRs=IRS2 x RS
PRs=0,12 x 30
PRs=0,3W dan büyük olmalıdır.
Burada seçilecek direnç 27 yada 33 ohm, 0,5W dir.
Bu örnekte dikkat edilecek konu, yük direncinin devreye
sürekli olarak mutlaka bağlı kalması yada bir başka deyişle
yük akımının mutlaka çekiliyor olmasıdır. Eğer yük direnci
devreden çıkarılacak olursa, zener üzerinden geçen akım
Iz=(12-9)/30,
Iz=0,1A akım olur.
Eğer buradaki zener bu akıma dayanacak güçte değilse
bozulacaktır. Bu nedenle devredeki zener bütün akımda
üzerinden geçirebilecek güçte olmalıdır. Fakat bu bazen
mümkün olmayabilir. Yada yük sürekli olarak devreye bağlı
olarak kalmalıdır.
Kırpıcılar (Clipper)
Bazı elektronik devrelerin girişlerine sadece pozitif yada
negatif sinyallerin verilmesi gerekebilir. Bazı devrelerin
girişlerine ise sabit genlikte sinyaller verilmesi gerekebilir.
O zaman giriş sinyali devreye verilmeden önce uygun
kırpıcıdan geçirmek gereklidir. Sadece pozitif yada negatif
sinyalleri geçiren kırpıcılar çıkışında kondansatörü olmayan
bir yarım dalga doğrultucudan ibarettir. Bunlara ilişkin
örnekler aşağıda verilmiştir.

Devrenin girişine sabit genlikte bir sinyal uygulamak
gerekirse aşağıdaki örnek yapı kullanılır. Hatırlayacağınız
gibi aslında diyotların iletime geçebilmeleri için üzerlerindeki
voltajın belli bir değerin üzerine çıkması gerekmekteydi.
İletime geçen diyodun üzerindeki voltaj sabit kalmaktadır.
Bu özellik kullanılarak giriş sinyalleri diyotların açma voltajları
ile sınırlandırılır. Bu devrenin en büyük uygulaması FM
alıcılardaki kirpıcı (LIMITER) devresidir.
Limiter şekli

Kenetleme (Clamp) devreleri.
Kenetleyici bir AC sinyali farklı bir DC seviyesine çıkarıp
kenetleyen yani hep orada kalmasını sağlayan devredir.
Şimdi birkaç kenetleme devresi inceleyelim.
Örnek 1:

Yukarıdaki devrenin girişine bir sinyal uygulayalım. t1
zamanında C kondansatörü boş olduğu için kısa devre gibi
davranacak, bundan dolayı diyodun anodu pozitif, katodu ise
negatif olacaktır. Yani t1-t2 zamanları arasında diyot iletime
geçip kısa devre olacak, çıkış voltajı da 0V olacaktır. Bu
arada C kondansatörü sanki girişe uygulanan sinyale paralel
bağlanacağı için giriş sinyalinin tepe değerine kadar
dolacaktır. t2-t3 zamanları arasında devre girişinin a ucu
negatif, b ucu pozitif olacaktır. Bu durumda diyot açık devre
olacaktır. Şimdi buraya dikkat edelim. Devrenin çıkışa bağlı
b ucu pozitif, a ucu negatif, C kondansatörünün a ucuna
bağlı yeri bir önceki şarjdan dolayı pozitif, çıkışa bağlı ucu
negatif olacak. Yani giriş sinyali ile C kondansatörü
üzerindeki şarj seri bağlı bataryalar olarak davranacaktır.
Giriş sinyali ile kondansatör üzerindeki voltajlar toplanacak
t2-t3 zamanları arasında çıkış voltajı,
Vo=(-Vi) + (-VC) olacaktır. C üzerindeki şarj giriş voltajına
eşit olacağı için çıkış voltajı da t2-t3 zamanları arasında
Vo=2 x (-Vi) olacaktır.
t3-t4 zamanları arasında a ucu tekrar pozitif, b ucu da
negatif olacaktır. C kondansatörü üzerindeki gerilim
boşalmayacağı (aslında çok azda olsa boşalır, fakat
bu çok önemli değildir) için kondansatör ile giriş geriliminin
toplamı çıkışta, çıkış voltajı olarak görülecektir. Bu değer,
Vo=(Vi) + (-VC) , Vi=VC olacağı için çıkış voltajı da 0 volt
olacaktır. Görüldüğü gibi, giriş voltajının seviyesini negatif
olarak kaydırdık.
Yukarıdaki devredeki diyodun yönünü ters çevirerek çıkış
gerilimini pozitif yöne kaydıra biliriz. Böyle bir devrenin şekli
aşağıda görülmektedir.

Kenet 2
Kenetleme devreleri ilk bakışta pek bir işe yaramaz gibi
görülse de özellikle fazla güç istemeyen fakat yüksek gerilim
gerektiren yerlerde, yada trafo kullanmadan bir AC gerilimi
negatif yada pozitif olarak arttırılması istenilen yerlerde
öncelikli olarak kullanılır. Bir örnek verecek olursak, renkli
TV lerde ekran için 25KV gibi bir gerilime ihtiyaç vardır. Bu
gerilimi eski siyah beyaz TV lerde olduğu gibi direk trafo ile
elde etmek yolu yerine kenetleme devreleri art arda bağlanır,
en sonuna da bir yarım dalga doğrultucu bağlanarak istenilen
yüksek gerilim elde edilir. Kenetleme devreleri kullanılarak
yapılan bir gerilim çoğaltıcı şekli aşağıda verilmiştir.

Diod

WhatsApp chat