Elektronik 1 Hafta 3 Diyodun Çalışması ve Diyot devreleri

 Diyodun Çalışması ve Diyot  Devreleri

Diyotun İletim ve Kesim Şartları

Diyotlar, elektronik devrelerde sıkça kullanılan iki terminalli yarı iletken cihazlardır. Akımı tek yönde geçirerek devrelerde önemli bir rol oynarlar. Diyotun iletkenlik durumu, uygulanan gerilimin polaritesine göre değişir. İşte diyotun ileri ve ters yöndeki çalışma şartları:

İleri Yön İletim (İletim Durumu)

• P-N Kavşağı Gerilimi: Diyoda anot (+) ucundan katot (-) ucuna doğru bir gerilim uygulandığında, p-n kavşağı üzerindeki potansiyel bariyer azalır.
• Elektron ve Delik Hareketi: Uygun büyüklükte bir gerilim uygulandığında, p bölgesindeki delikler n bölgesine, n bölgesindeki elektronlar ise p bölgesine doğru hareket eder. Bu hareket, bir elektrik akımının oluşmasına neden olur.
• İleri Yön Gerilimi (Vf): Silisyum diyotlar için bu değer yaklaşık 0.7V, germanyum diyotlar için ise yaklaşık 0.3V'tur. Bu gerilim değerinin altında diyot iletmez, üzerinde ise iletime başlar.
• Düşük Direnç: İleri yönde diyotun direnci oldukça düşüktür, bu nedenle akım kolaylıkla geçebilir.

Ters Yön Kesim (Kesim Durumu)

• P-N Kavşağı Gerilimi: Diyoda katot (-) ucundan anot (+) ucuna doğru bir gerilim uygulandığında, p-n kavşağı üzerindeki potansiyel bariyer artar.
• Elektron ve Delik Hareketi: Bu durumda elektronlar ve delikler birbirinden uzaklaşır, bu nedenle akım geçmez.
• Yüksek Direnç: Ters yönde diyotun direnci çok yüksektir, neredeyse sonsuz olduğu kabul edilebilir.
• Sızıntı Akımı: Çok küçük bir miktarda sızıntı akımı oluşabilir, ancak bu genellikle ihmal edilebilir.
• Kırılma Gerilimi: Uyguladığımız gerilim belli bir değeri aşarsa (kırılma gerilimi), diyot bozulur ve üzerinden büyük bir akım geçmeye başlar. Bu duruma dikkat edilmelidir.

Grafiksel Gösterim:

Yukarıdaki grafikte diyotun ileri ve ters yöndeki karakteristik eğrisi görülmektedir. İleri yönde, belirli bir gerilimden sonra akım hızla artar. Ters yönde ise çok küçük bir sızıntı akımı dışında akım geçmez, ancak belirli bir gerilimde kırılma meydana gelir.

• İleri Yön: Düşük gerilimde iletmeye başlar, düşük dirençlidir, akım kolayca geçer.
• Ters Yön: Yüksek dirençlidir, neredeyse hiç akım geçmez, yüksek gerilimde kırılır.

Diyotun Çalışma Şartları Tablosu:

Durum	P-N Kavşağı Gerilimi	Elektron ve Delik Hareketi	Direnç	Akım
İleri Yön	Azalır	Birbirlerine yaklaşır	Düşük	Yüksek
Ters Yön	Artar	Birbirlerinden uzaklaşır	Yüksek	Çok düşük (sızıntı)

Diyotlar, bu özellikleri sayesinde doğrultucu, klema, gerilim regülatörü gibi birçok devrede kullanılırlar.

Çoğunluk ve Azınlık Taşıyıcıları Kısaca

Yarı iletken malzemeler içinde elektrik akımını sağlayan temel parçacıklara taşıyıcı denir. Bu taşıyıcılar, elektronlar veya elektron eksiklikleri (oyuklar) şeklinde olabilir. Yarı iletkenlerin türüne göre bu taşıyıcıların sayısı ve türü farklılık gösterir. İşte çoğunluk ve azınlık taşıyıcıları hakkında kısa bir özet:

Çoğunluk Taşıyıcıları

• N-tipi yarı iletkenlerde: Çoğunlukta serbest elektronlar bulunur. Bu elektronlar, elektrik akımını sağlayan ana taşıyıcılardır.
• P-tipi yarı iletkenlerde: Çoğunlukta elektron eksiklikleri yani oyuklar bulunur. Bu oyuklar, pozitif yüklü gibi davranır ve elektrik akımını sağlarlar.

Azınlık Taşıyıcıları

• N-tipi yarı iletkenlerde: Azınlıkta oyuklar bulunur. Yani, elektronlara göre sayıları çok daha azdır.
• P-tipi yarı iletkenlerde: Azınlıkta elektronlar bulunur. Yani, oyuklara göre sayıları çok daha azdır.

Özetle:

• Çoğunluk taşıyıcıları: Bir yarı iletkende en fazla bulunan ve elektrik akımını sağlayan ana taşıyıcılardır.
• Azınlık taşıyıcıları: Bir yarı iletkende az sayıda bulunan ve elektrik akımına katkısı genellikle ihmal edilebilecek kadar küçük olan taşıyıcılardır.

Neden Önemlidirler? Çoğunluk ve azınlık taşıyıcıları, diyotlar, transistörler gibi elektronik bileşenlerin çalışma prensibini anlamak için çok önemlidir. Örneğin, bir p-n kavşağı (diyotun temel yapı taşı) içinde, ileri yönde bir gerilim uygulandığında çoğunluk taşıyıcıları birbirlerine doğru hareket eder ve böylece akım geçer.

Basit bir benzetme: Düşünün ki bir odada çoğunlukla erkekler, azınlıkta ise kadınlar var. Erkekler odada daha aktif hareket edip iş yapıyorsa, onlar çoğunluk taşıyıcılara, kadınlar ise azınlık taşıyıcılara benzetilebilir.

Zener Bölgesi ve Çığ Kırılması

Zener Bölgesi

• Tanım: Bir diyoda ters yönde (katot (+) anot (-)) bir gerilim uygulandığında, bu gerilim belli bir değeri aşarsa diyotun normal çalışması bozulur ve çok büyük bir akım geçmeye başlar. İşte bu durumun gerçekleştiği bölgeye "Zener bölgesi" denir.
• Çığ Kırılması: Zener bölgesine girdiğimizde diyotun içindeki elektrik alan çok güçlü hale gelir ve elektronlar hızla ivmelenerek çarpışmalara neden olur. Bu çarpışmalar sonucu yeni elektronlar oluşur ve bir çığ etkisi başlar. Bu olaya "çığ kırılması" denir.

• Çığ Kırılma Gerilimi (Vz): Zener bölgesinin başladığı noktadaki gerilim değeridir. Bu değer, diyotun yapısına ve kullanılan malzemeye göre değişir.
• Çığ Akımı: Çığ kırılması sonucu diyot üzerinden geçen çok büyük akımdır. Bu akım, diyotu zarar görebileceği için genellikle sınırlandırılmalıdır.

Zener Bölgesinin Oluşumu ve Sonuçları

1. Ters Yön Gerilim Uygulaması: Diyoda katot (+) anot (-) şeklinde bir gerilim uygulanır.
2. P-N Kavşağı Genişlemesi: Uygulanan gerilim arttıkça, p-n kavşağı genişler ve elektrik alan şiddeti artar.
3. Çığ Kırılması Eşiği: Belirli bir gerilim değerinde (Vz) elektrik alan o kadar güçlü hale gelir ki, elektronlar çarpışarak yeni elektronlar oluşturur ve çığ etkisi başlar.
4. Yüksek Akım: Çığ etkisi sonucu diyot üzerinden çok büyük bir akım geçmeye başlar.
5. Diyotun Bozulması: Bu yüksek akım, diyotu ısıtır ve zarar verebilir.

Zener Diyotları

• Zener diyotları, çığ kırılması özelliğinden yararlanılarak üretilmiş özel diyotlardır.
• Belirli bir gerilimde çığ kırılması yapacak şekilde tasarlanırlar.
• Gerilim regülatörü, referans gerilim kaynağı gibi birçok uygulamada kullanılırlar.

Zener bölgesi, bir diyotun ters yönde çalıştırıldığında aşırı gerilim uygulandığında ortaya çıkan ve diyotun bozulmasına neden olan bir durumdur. Çığ kırılması olarak da adlandırılan bu olay, diyotun içindeki elektrik alanın çok güçlü hale gelmesi ve elektronların çarpışarak yeni elektronlar oluşturmasıyla gerçekleşir. Zener diyotları ise bu özelliği kontrollü bir şekilde kullanarak elektronik devrelerde çeşitli amaçlar için kullanılır.

Diyot Kenetleyici Devreleri

Diyot kenetleyici devreleri, bir giriş sinyalinin belirli bir seviyenin üzerindeki veya altındaki kısımlarını keserek çıkış sinyali elde eden devrelerdir. Bu devrelerde diyotlar, belirli bir gerilim seviyesinden sonra iletime başlayarak sinyali istenilen şekilde şekillendirir.

Diyot Kenetleyici Devre Çeşitleri ve Çalışma Prensipleri

1. Seri Kenetleme:

• Pozitif Yarı Dalga Kenetleme: Diyot, yük direnciyle seri bağlanır. Giriş sinyali pozitif olduğunda diyot iletecek, negatif olduğunda ise kesilecektir. Böylece negatif yarı dalga kesilir.

  Yeni pencerede açılırwww.sarthaks.com

  positive halfwave clipping circuit

• Negatif Yarı Dalga Kenetleme: Diyotun yönü tersine çevrilerek negatif yarı dalga kesilir.

  
  

  negative halfwave clipping circuit

2. Paralel Kenetleme:

• Pozitif Tepe Değeri Kenetleme: Diyot, yük direncine paralel bağlanır. Giriş sinyali belirli bir seviyeyi aştığında diyot iletecek ve gerilimi bu seviyede sabit tutacaktır.

  

  
  
  

  Pozitif Tepe Kenetleyici Devresi 

• Negatif Tepe Değeri Kenetleme: Diyotun yönü tersine çevrilerek negatif tepe değeri kenetlenir.

  

  
  
  

  Negatif Kenetleyici Devresi 

3. Çift Yönlü Kenetleme:

• İki diyot kullanılarak hem pozitif hem de negatif yönde kenetleme yapılabilir.
  Yeni pencerede açılırwww.youtube.com

  double sided clipping circuit

Diyot Kenetleyici Devrelerin Uygulamaları

• Sinyal Şekillendirme: Sinyalin istenilen bir şekle getirilmesi
• Koruma Devreleri: Aşırı gerilimlere karşı koruma
• Sınırlayıcı Devreler: Gerilim veya akımın belirli bir değerin üzerinde artmasını engelleme

Önemli Notlar

• Diyotun İdeal Olmaması: Gerçek diyotlarda küçük bir ileri yöndeki gerilim düşümü olduğu için kenetleme seviyesi tam olarak hesaplanan değerde olmayabilir.
• Zener Diyotları: Daha hassas kenetleme seviyeleri için Zener diyotları kullanılabilir.
• Op-Amp ile Kenetleme: Daha karmaşık kenetleme devreleri için operasyonel amplifikatörler kullanılabilir.

Diyot Kenetleyici Devre Tasarımı

Diyot kenetleyici devre tasarımı yaparken dikkat edilmesi gereken noktalar:

• Kenetleme Seviyesi: İstenilen kenetleme seviyesine göre diyot seçimi ve direnç değerleri belirlenir.
• Yük Direnci: Yük direnci, çıkış sinyalinin amplitüdünü etkiler.
• Diyotun Hızlılığı: Yüksek frekanslı sinyallerde hızlı diyotlar kullanılmalıdır.

Özetle, diyot kenetleyici devreleri, giriş sinyalinin şeklini değiştirmek için kullanılan basit ve etkili devrelerdir. Farklı uygulamalar için farklı kenetleme devreleri tasarlanabilir.