Diyot, yalnızca bir yönde akım geçiren devre elemanıdır. Bir yöndeki dirençleri ihmal edilebilecek kadar küçük, öbür yöndeki dirençleri ise çok büyük olan elemanlardır.
Direncin küçük olduğu yöne "doğru yön" veya "iletim yönü", büyük olduğuyöne "ters yön" veya "tıkama yönü" denir. Diyot sembolü, aşağıdagörüldüğü gibi, akım geçiş yönünü gösteren bir ok şeklindedir.
Ayrıca, diyodun uçları pozitif (+) ve negatif (-) işaretleri ile debelirlenir. "+" uca anot, "-" uca katot denir. Diyodun anoduna, gerilimkaynağının pozitif (+) kutbu, katoduna kaynağın negatif (-) kutbugelecek şekilde gerilim uygulandığında diyot iletime geçer.
Kullanım alanları
Diyotlardan, elektrik alanında redresör (doğrultucu), elektronikte isedoğrultucu, detektör, modülatör, limitör, anahtar olarak çeşitliamaçlar için yararlanılmaktadır.
Çeşitleri
Kristal diyot
Zener diyot
Tünel diyot
Işık Yayan Diyot (LED)
Foto diyot
Ayarlanabilir Kapasiteli Diyot (Varaktör - Varikap)
Mikrodalga diyot
Gunn diyot
Impatt (Avalanş) Diyot
Baritt (Schottky) Diyot
Ani Toparlanmalı Diyot
Pin Diyot
Gruplandırma
Diyotlar başlıca üç ana gruba ayrılır:
Lamba diyotlar
Metal diyotlar
Yarı iletken diyotlar
Lamba Diyotlar
Lamba diyotlar en yaygın biçimde redresör ve detektör olarakkullanılmıştır. Sıcak katotlu lamba, civa buharlı ve tungar lambalar bugruptandır. Sıcak katotlu lamba diyodun iç görünüşü ve çalışma şekliverilmiştir. Şekilde görüldüğü gibi ısınan katotdan fırlayanelektronlar atom tarafından çekilmekte ve devreden tek yönlü bir akımakışı sağlanmaktadır. Eskiden kalanların dışında bu tür diyotlar artıkkullanılmamaktadır
Metal Diyotlar
Bakır oksit (CuO) ve selenyumlu diyotlar bu gruba girmektedirler.
Bakır oksitli diyotlar ölçü aletleri ve telekominikasyon devreleri gibiküçük gerilim ve küçük güçle çalışan devrelerde, selenyum diyotlar isebirkaç kilowatt 'a kadar çıkan güçlü devrelerde kullanılır
Yarı İletken Diyotlar
Yarı iletken diyotları, P ve N tipi germanyum veya Silikon yarı iletkenkristallerinin bazı işlemler uygulanarak bir araya getirilmesiyle eldeedilen diyotlardır. Hem elektrikte hemde elektronikte kullanılmaktadır.tipik bir örnek olarak kuvvetli akımda kullanılan bir silikon diyotverilmiştir.
Kristal Diyot
Nokta temaslı diyot elektronik alanında ilk kullanılan diyottur.1900-1940 tarihleri arasında özellikle radyo alanında kullanılangalenli ve pritli detektörler kristal diyotların ilk örnekleridir.galenveya prit kristali üzerinde gezdirilen ince fosfor-bronz tel iledeğişik istasyonlar bulunabiliyordu. Günlük hayatta bunlara, kristaldetektör veya diğer adıyla kristal diyot denmiştir.nokta temaslıgermanyum veya silikon diyotlar geliştirilmiştir.
Germanyum veya silikon nokta temaslı diyodun esası; 0.5 mm çapında ve0.2 mm kalınlığındaki N tipi kristal parçacığı ile "fosfor-bronz" veya"berilyum bakır" bir telin temasını sağlamaktan ibarettir.
Bu tür diyotta, N tipi kristale noktasal olarak büyük bir pozitifgerilim uygulanır. Pozitif gerilim temas noktasındaki bir kısım kovalanbağı kırarak elektronları alır. Böylece, çok küçük çapta bir P tipikristal ve dolayısıyla da PN diyot oluşur. Bu oluşum şekil 3.12 (b) 'degösterilmiştir.
Bugün nokta temaslı diyotların yerini her ne kadar jonksiyon diyotlaralmış ise de, yinede elektrotları arasındaki kapasitenin çok küçükolması nedeniyle yüksek frekanslı devrelerde kullanılma alanlarıbulunmaktadır. Ters yön dayanma gerilimleri düşük olup dikkatlikullanılması gerekir.
Böyle bir diyodun elektrotlar arası kapasitesi 1 pF 'ın altına kadardüşmektedir. Dolayısıyla yüksek frekanslar için diğer diyotlara göredaha uygun olmaktadır.
Nokta temaslı diyotların kullanım alanları
Nokta temaslı silikon diyotlar en çok mikro dalga karıştırıcısında,televizyon, video dedeksiyonunda, germanyum diyotlar ise radyofrekansölçü aletlerinde (voltmetre, dalgametre, rediktör vs...) kullanılır.
Zener diyot
Ana madde: Zener diyot
Tünel Diyot
Tünel diyotlar, özellikle mikro dalga alanında yükselteç ve osilatörolarak yararlanılmak üzere üretilmektedir. Tünel diyoda, esaslarını1958 'de ilk ortaya koyan Japon Dr. Lee Esaki 'nin adından esinlenerek"Esaki Diyodu" dan denmektedir.
P-N birleşme yüzeyi çok ince olup, küçük gerilim uygulamalarında bileçok hızlı ve yoğun bir elektron geçişi sağlanmaktadır. Bu nedenledir kiTünel Diyot, 10.000 MHz 'e kadar ki çok yüksek frekans devrelerinde ençok yükselteç ve osilatör elemanı olarak kullanılır.
Tünel diyoda uygulanan gerilim Vt1 değerine gelinceye kadar gerilimbüyüdükçe akım da artıyor. Gerilim büyümeye devam edince, akım Anoktasındaki It değerinden düşmeye başlıyor. Gerilim büyümeye devamettikçe, akım B noktasında bir müddet IV değerinde sabit kalıp sonra Cnoktasına doğru artıyor. C noktası gerilimi Vt2, akımı yine It 'dir. Buakıma "Tepe değeri akımı" denilmektedir.
Gerilimi, Vt2 değerinden daha fazla arttırmamak gerekir. Aksi haldegeçen akım, It tepe değeri akımını aşacağından diyot bozulacaktır.
I = f(V) eğrisinin A-B noktaları arasındaki eğimi negatif olup, -1/Rile ifade edilmekte ve diyodun bu bölgedeki direnci de negatif dirençolmaktadır. Tünel diyot A-B bölgesinde çalıştırılarak negatif dirençözelliğinden yararlanılır.
Tünel Diyodun üstünlükleri:
Çok yüksek frekansta çalışabilir.
Güç sarfiyatı çok düşüktür. 1mW 'ı geçmemektedir.
Tünel Diyodun dezavantajları:
Stabil değildir. Negatif dirençli olması nedeniyle kontrolü zordur.
Arzu edilmeyen işaretlere de kaynaklık yapmaktadır.
Tünel Diyodun kullanım alanları
Yükselteç Olarak: Tünel diyot, negatif direnci nedeniyle, uygun birbağlantı devresinde kaynaktan çekilen akımı arttırmakta, dolayısıyla buakımın harcandığı devredeki gücün yükselmesini sağlamaktadır.
Osilatör Olarak: Tünel diyotlardan MHz mertebesinde osilatör olarakyararlanılabilmektedir. Bir tünel diyot ile osilasyon sağlayabilmekiçin negatif direncinin diğer rezonans elemanlarının pozitifdirencinden daha büyük olması gerekir. Tünel diyoda Şekil 3.20 'degörüldüğü gibi seri bir rezonans devresi bağlanabilecektir. Tüneldiyodun negatif direnci - R=80 Ohm olsun. Rezonans devresinin direnci80 Ohm 'dan küçük ise tünel diyot bu devrenin dengesini bozacağındanosilasyon doğacaktır.
Anahtar Olarak: Tünel diyodun önemli fonksiyonlarından biri deelektronik beyinlerde multivibratörlerde, gecikmeli osilatörlerde,flip-flop devrelerinde ve benzeri elektronik sistemlerde anahtar görevigörmesidir.
Işık Yayan Diyot (Led)
Işık yayan diyotlar, doğru yönde gerilim uygulandığı zaman ışıyan,diğer bir deyimle elektriksel enerjiyi ışık enerjisi haline dönüştürenözel katkı maddeli PN diyotlardır.
Bu diyotlara, aşağıda yazılmış olduğu gibi, İngilizce adındakikelimelerin ilk harfleri bir araya getirilerek LED (Light EmittingDiode; Işık yayan diyot) veya SSL (Sloid State Lamps; Katkı hallambası) denir.
Özellikleri
Çalışma gerilimi 1.5-2.5V arasındadır. (Kataloğunda belirtilmiştir.)
Çalışma akımı 10-50mA arasındadır. (Kataloğunda belirtilmiştir.)
Uzun ömürlüdür. (ortalama 105 saat)
Darbeye ve titreşime karşı dayanıklıdır.
Kullanılacağı yere göre çubuk şeklinde veya dairesel yapılabilir.
Çalışma zamanı çok kısadır. (nanosaniye)
Diğer diyotlara göre doğru yöndeki direnci çok daha küçüktür.
Işık yayan diyotların gövdeleri tamamen plastikten yapıldığı gibi, ışıkçıkan kısmı optik mercek, diğer kısımları metal olarak ta yapılır.
Bir LED 'in üretimi sırasında kullanılan değişik katkı maddesine göre verdiği ışığın rengi değişmektedir.
Katkı maddesinin cinsine göre şu ışıklar oluşur:
GaAs (Galliyum Arsenid): Kırmızı ötesi (görülmeyen ışık)
GaAsP (Galliyum Arsenid Fosfat): Kırmızıdan - yeşile kadar (görülür)
GaP (Galliyum Fosfat): Kırmızı (görülür)
GaP (Nitrojenli): Yeşil ve sarı (görülür)
Diyot kristali, iki parçalı yapıldığında uygulanacak geriliminbüyüklüğüne göre kırmızı, yeşil veya sarı renklerden birini vermektedir.
Işık yayan diyot ısındıkça, ışık yayma özelliği azalmaktadır. Bu haletkinlik eğrisi olarak gösterilmiştir. Bazı hallerde fazla ısınmayıönlemek için bir soğutucu üzerine monte edilir.
Ayrıca LED 'in aşırı ısınmasına yol açmamak için kataloğunda belirtilenakımı aşmamak gerekir. Bunun için gösterilmiş olduğu gibi devresineseri olarak bir R direnci konur. Bu direncin büyüklüğü LED 'in dayanmagerilimi ile besleme kaynağı gerilimine göre hesaplanır.
Kirşof 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 olmadığından en yakın standart üst direnci olan 150 Ohm 'luk direnç kullanılır.
Foto Diyot
Foto diyot ışık enerjisiyle iletime geçen diyottur. Foto diyotlarapolarma geriliminin uygulanışı normal diyotlara göre ters yöndedir.Yani anoduna negatif (-), katoduna pozitif (+) gerilim uygulanır.
Başlıca foto diyotlar şöyle sıralanır:
Germanyum foto diyot
Simetrik foto diyot
Schockley (4D) foto diyodu
Germanyum FotoDiyot
Aslı alaşım yoluyla yapılan bir NP jonksiyon diyotudur. Cam veya metalbir koruyucu içerisine konularak iki ucu dışarıya çıkartılır. (Şekil3.26).
Koruyucunun bir tarafı, ışığın jonksiyon üzerinde toplanmasını sağlayacak şekilde bir mercek ile kapatılmıştır.
Diyodun devreye bağlanması sırasında firmasınca uçlarına konulanişarete dikkat etmek gerekir. Hassas yüzeyi çok küçük olduğundan,1.-3mA 'den daha fazla ters akıma dayanamaz.
Aşırı yüklemeyi önlemek için, bir direnç ile koruyucu önlem alınır.Işık şiddeti arttırıldıkça ters yön akımı da artar Foto diyot terspolarmalı bağlandığından üzerine ışık gelmediği müddetçe çalışmaz.Bilindiği gibi ters polarma nedeniyle P-N birleşme yüzeyinin ikitarafında "+" ve "-" yükü bulunmayan bir nötr
birleşme yüzeyine ışık gelince, bu ışığın verdiği enerji ile kovalanbağlarını kıran P bölgesi elektronları, gerilim kaynağının pozitifkutbunun çekme etkisi nedeniyle N bölgesine ve oradan da N bölgesiserbest elektronları ile birlikte kaynağa doğru akmaya başlar.
Diğer taraftan, kaynağın negatif kutbundan kopan elektronlar, diyodun P bölgesine doğru akar.
Simetrik FotoDiyotlar
Alternatif akım devrelerinde kullanılmak üzere NPN veya PNP yapılı simetrik fotodiyotlar da üretilmektedir.
Işığa Duyarlı Diyotların Kullanım Alanları: Uzaktan kumanda, alarmsistemi, sayma devreleri, yangın ihbar sistemleri, elektronik hesapmakineleri, gibi çeşitli konuları kapsamaktadır.
Ayarlanabilir Kapasiteli Diyot (Varaktör - Varikap)
Bir P-N jonksiyon diyoda ters yönde gerilim uygulandığında, temasyüzeyinin iki tarafında bir boşluk (nötr bölge) oluştuğu ve aynen birkondansatör gibi etki gösterdiği, kondansatörler bölümünde deaçıklanmıştı.
Varaktör diyotta da P ve N bölgeleri kondansatörün plakası görevi yapmaktadır.
C = A/d = *Plaka Yüzeyi / Plakalar Arası Açıklık kuralına göre:
Küçük ters gerilimlerde "d" boşluk bölgesi dar olduğundan varaktörkapasitesi ("C") büyük olur. Gerilim arttırıldıkça d boşluk bölgesigenişleyeceğinden, "C" de küçülmektedir.
Varaktör değişken kondansatör yerine kullanılabilmekte ve onlara görehem ucuz olmakta, hem de çok daha az yer kaplamaktadır. Kaçak akımınınçok küçük olması nedeniyle varaktör olarak kullanılmaya en uygundiyotlar silikon diyotlardır.
Varaktörün Tipik Özellikleri:
Koaksiyel cam koruyuculu, mikrojonksiyon varaktör 200GHz 'e kadar görev
yapabilmektedir.
Kapasitesi 3-100pF arasında değiştirilebilmektedir.
0-100V gerilim altında çalışabilmektedir.
Varaktöre uygulana gerilim 0 ile 100V arasında büyütüldüğünde, kapasitesi 10 misli küçülmektedir.
Yüksek frekanslarda L selfi birkaç nanohenri (nH), Rs birkaç Ohm olmaktadır.
Varaktörün başlıca kullanım alanları: Ayarlı devrelerin uzaktankontrolü, TV ve FM alıcı lokal osilatörlerinde otomatik frekanskontrolü ve benzeri devrelerde kullanılır.
Telekominikasyonda basit frekans modülatörleri, arama ayar devreleri,frekans çoğaltıcılarda, frekansın 2-3 kat büyütülmesi gibi kullanımalanları vardır.
Diğer Diyotlar
Mikrodalga Diyotları
Mikrodalga frekansları; uzay haberleşmesi, kıtalar arası televizyonyayını, radar, tıp, endüstri gibi çok geniş kullanım alanları vardır.Giga Hertz (GHz) mertebesindeki frekanslardır.
Mikro dalga diyotlarının ortak özelliği, çok yüksek frekanslarda dahi,yani devre akımının çok hızlı yön değiştirmesi durumunda da bir yöndeküçük direnç gösterecek hıza sahip olmasıdır.
Mikrodalga bölgelerinde kullanılabilen başlıca diyotlar şunlardır: Gunn(Gan) diyotları Impatt (Avalanş) diyotları Baritt (Schottky)(Şotki)diyotları Ani toparlanmalı diyotlar P-I-N diyotları
Gunn Diyotları
İlk defa 1963 'te J.B. Gunn tarafından yapıldığı için bu adverilmiştir. Gunn diyodu bir osilatör elemanı olarak kullanılmaktadır.
Yapısı, N tipi Galliyum arsenid (GaAs) veya İndiyum fosfat (InP) 'denyapılacak ince çubukların kısa kısa kesilmesiyle elde edilir.
Gunn diyoda gerilim uygulandığında, gerilimin belirli bir değerindensonra diyot belirli bir zaman için akım geçirip belirli bir zamandakesimde kalmaktadır. Böylece bir osilasyon oluşmaktadır.
Örnek: 10µm boyundaki bir gunn diyodunun osilasyon periyodu yaklaşık 0,1 nanosaniye tutar. Yani osilasyon frekansı 10GHz 'dir.
Impatt (Avalans) Diyot
Impatt veya avalanş (çığ) diyotlar Gunn diyotlara göre daha güçlüdürlerve çalışma gerilimi daha büyüktür. Mikrodalga sistemlerinin osilatör vegüç katlarında yararlanılır.
1958 'de Read (Rid) tarafından geliştirilmiştir.Bu nedenle Read diyoduda denir. P+ - N - I - N+ veya N+ - P - I - P+ yapıya sahiptir. Terspolarmalı olarak çalışır.
Yapımında ana elemanlar olarak Slikon ve Galliyum arsenid (GaAs)kullanılır. Diyot içerisindeki P+ ve N+ tipi kristaller, içerisindekikatkı maddeleri normal haldekinden çok daha fazla olan P,Nkristalleridir.
"I" tabakası ise iyonlaşmanın olmadığı bir bölgedir. Taşıyıcılar buradan sürüklenerek geçer ve etrafına enerji
Baritt (Schottky) Diyot
Baritt Diyotlar 'da nokta temaslı diyotlar gibi metal ve yarı iletkenkristalinin birleştirilmesi ile elde edilmektedir. Ancak bunlarjonksiyon diyot tipindedir. Değme düzeyi (jonksiyon) direnci çok küçükolduğundan doğru yön beslemesinde 0.25V 'ta dahi kolaylıkla ve hızlailetim sağlamaktadır.Ters yöne doğru akan azınlık taşıyıcıları çok azolduğundan ters yön akımı küçüktür. Bu nedenle de gürültü seviyeleridüşük ve verimleri yüksektir.
Farklı iki ayrı gruptaki elemandan oluşması nedeniyle baritt diyotların dirençleri (lineer) değildir.
Dirençlerin düzgün olmaması nedeniyle daha çok mikrodalga alıcılarındakarıştırıcı olarak kullanılır. Ayrıca, modülatör, demodülatör, detektörolarak ta yararlanılır.
Ani Toplamalı Diyot
Ani toparlanmalı (Step-Recovery) diyotlar varaktör diyotların daha dageliştirilmişlerdir. Varaktör diyotlar ile frekansların iki ve üç katbüyütülmeleri mümkün olabildiği halde, ani toparlanmalı diyotlar ile 4ve daha fazla katları elde edilebilmektedir.
Pin Diyot
P-I-N diyotları P+-I-N+ yapıya sahip diyotlardır. P+ ve N+ bölgelerininkatkı maddesi oranları yüksek ve I bölgesi büyük dirençlidir.
Alçak frekanslarda diyot bir P-N doğrultucu gibi çalışır. Frekansyükseldikçe I bölgesi de etkinliğini gösterir. Yüksek frekanslarda Ibölgesinin doğru yöndeki direnci küçük ters yöndeki direnci isebüyüktür.
Diyodun direnci uygulama yerine göre iki limit arasında sürekli olarak veya kademeli olarak değiştirilebilmektedir.
P-I-N diyotlar değişken dirençli eleman olarak, mikrodalgadevrelerinde, zayıflatıcı, faz kaydırıcı, modülatör, anahtar, limitörgibi çeşitli amaçlar için kullanılmaktadır.
Büyük Güçlü Diyotlar
2W 'ın üzerindeki diyotlar Büyük Güçlü Diyotlar olarak tanımlanır. Butür diyotlar, büyük değerli DC akıma ihtiyaç duyulan galvano-plasti,ark kaynakları gibi devrelere ait doğrultucularda kullanılmaktadır.
KiCad ile hazırlanan şema ve baskı devre dosyalarını indirmek için tıklayınız.
