Elektrik akımını tek yönde geçiren yarı iletken bir malzemedir. Diyotların anod ve katod olmak üzerek iki ucu vardır. Bunlardan biri negatif diğeri ise pozitif kutuptur. Yani bacaklar arasında farklılıklar vardır. Bu yüzden kullanılan devrede yönünün doğru belirlenip devreye uygun bağlanması önemlidir.
Diyotların Kullanım Amaçları
- Dalgaların doğrultulması işleminde
- Filtreleme işlemlerinde
- Gerilim ikileyici işlemlerinde
- Kırpma işlemlerinde
- Limitleyicilerde
- Koruma devrelerinde
Diyot Çeşitleri
Diyotların kullanıldıkları devrenin özelliklerine göre davranış göstermesi beklenir. Bu nedenle diyotlar yapım tekniğine, yapısındaki malzeme türüne, kullanım alanlarına uygun olarak çeşitli olarak üretilmektedir.
1. Diyotlar yapım tekniğine bağlı olarak
Nokta temaslı diyotlar
Yarı iletken diyotları, ilk olarak nokta temaslı kristal diyot halinde kullanıma girmiştir. Zamanla bunların yerini yüzey birleşmeli diyotlar almıştır. Nokta temaslı diyotlar bugün bazı özel alanlarda kullanıldığından özel amaçlı diyotlardır
Nokta temaslı silikon diyotlar en çok mikro dalga karıştırıcısında, televizyon, video dedeksiyonunda,
Nokta temaslı germanyum diyotlar radyofrekans ölçü aletlerinde (voltmetre,dalgametre, rediktör vs…) kullanılır.
Yüzey birleşmeli diyotlar
Diğer adıyla jonksiyon diyot, P ve N tipi kristallerin, özel yöntemler ile, ard arda birleştirilmesi yoluyla elde edilir. Birleşme yüzeyine jonksiyon da denir. Jonksiyon diyot deyimi buradan gelmektedir. Jonksiyon kalınlığı 0.01 mm ‘dir.
2. Diyotlar yapımında kullanılan malzemeye göre
Germanyum tipi diyotlar
Anahtarlama ve dedektör olarak kullanılırlar.İletime geçme gerilimleri 0,2-0,3 V arasıdır. Germanyum diyotlar öngerilimlerinin küçük olmaları nedeniyle (0.2-0.3V) özellikle alçak güçlü yüksek frekans devrelerinde kırpıcı olarak kullanılmaktadırlar.
Silisyum tipi diyotlar
doğrulma devrelerinde ( AC’yi DC’ye çevirmek için ) kullanılır.İletime geçme gerilimleri 0,6-0,7 V arasıdır.
Germanyum diyotların sızıntı akımı çok daha büyüktür. Bu nedenle günümüzde silisyum diyotlar özellikle tercih edilir.
3. Diyotlar kullanım alanlarına göre
Diyotlar germanyum ve silisyumdan imal edilir. Kullanım alanına göre ise aşağıdaki gibi sınıflara ayrılır:
- Kristal diyot ( Nokta Temaslı diyot )
- Zener diyot,
- Tünel diyot,
- Işık Yayan Diyot ( LED , SMD LED , RGB LED , Power LED , Lazer diyot , 7 Segment LED Display )
- Ayarlanabilir Kapasiteli diyot (Varaktör diyot – Varikap diyot)
- Foto diyot, ( Germanyum foto diyot , Simetrik foto diyot , Schockley (4D) foto diyot )
- Mikrodalga diyotlar
- Ani toparlanmalı (Step-Recovery) diyotlar
- Gunn diyot,
- İmpatt (Avalanş) diyot,
- Schottky (Baritt) diyot,
- Büyük Güçlü diyotlar
- PIN diyotlar
gibi çok çeşitli şekilde isimlendirilirler.
Diyot’un V-I karakteristiği
Diyot uçlarına uygulanan gerilimle, diyot üzerinden geçen akım arasındaki ilişkiyi gösterir. Diyot; doğru ve ters polarma altında farklı davranışlar sergiler. Genel kullanım amaçlı silisyum diyodun doğru ve ters polarmalar altındaki V-I karakteristiği şekilde verilmiştir. Şekil üzerinde diyodun V-I karakteristiğini çıkarmak için gerekli devre bağlantıları görülmektedir.
Diyot, doğru polarmada iletimdedir. Ancak iletime başlama noktası VD olarak
işaretlenmiştir. Bu değerden sonra diyot üzerinden akan ileri yön IF akımı artarken, diyot üzerine düşen gerilim yaklaşık olarak sabit kalmaktadır. Bu gerilim diyot öngerilimi olarak adlandırılır. Diyot öngerilimi silisyum bir diyot’da yaklaşık olarak 0.7V civarındadır.
Ters polarma altında ise; diyot üzerinden geçen akım miktarı çok küçüktür. Bu akıma “sızıntı akımı” denir. Sızıntı akımı, silisyum bir diyot’da birkaç nA seviyesinde, germanyum bir diyot’da ise birkaç μA seviyesindedir. Ters polarma altında diyot, belirli bir gerilim değerinden sonra iletime geçer. Üzerinden akan akım miktarı yükselir. Ters polarma altında diyot’u kırılıp iletime geçmesine neden olan bu gerilime “kırılma gerilimi” denir. Bu durum şekil üzerinde gösterilmiştir.
NOT: Ters polarize edilen diyotlara uygulanan gerilim artarsa, diyot delinebilir(bozulabilir). Bunun nedenini şöyle açıklayabiliriz; diyota uygulanan gerilimin büyümesiyle serbest elektronlara verilen enerji artmakta ve bu elektronların çarpma etkisiyle de pek çok elektron valans bandından iletkenlik bandına geçmektedir. Bu yolla da diyottan gecen akım sürekli artmaktadır.
EK BİLGİ: İdeal diyot doğru polarmada hemen geçirirken, ters polarmada akımı geçirmez, yani diyot bir anlamda anahtarlama yapar. Anca pratikte olay böyle değildir. Diyota doğru polarmayla gerilim verilmesiyle akımın geçmesi arasında belli bir zaman farkı vardır.
ÖÖNEMLİ BİLGİ: Diyotlarla ilgili hesap yapılırken, bu elemanların belli bir gerilimden sonra iletime geçme durumu göz önüne alınarak diyot, içinde ters bağlı bir DC üretici varmış gibi düşünülür.
Doğrultmaç Diyotların Korunma Yöntemleri
Doğrultmaç diyotları aşırı akım ve gerilimden koruyacak önlemler alarak ömürlerini uzatabiliriz.
Kondansatör ile diyotu gerilime karşı korumuş oluruz. Kondansatör ve direnci beraber kullanırsak diyotu hem akıma hem de gerilime karşı korumuş oluruz. Varistör yardımıyla da diyotu ani gerilim değişimlerinden koruruz.
Diyot iki nedenle bozulur;
1) Doğru yönde katalog değerinin üzerinde akım geçirilirse,
2) Ters yönde yine katalog değerinin üzerinde gerilim uygulanırsa.
Her iki halde de diyottan geçen aşırı akım diyodun bozulmasına neden olacaktır.
Üzerinden aşırı akım geçen bir diyotta üç durum gözlenebilir:
- Aşırı akım çok fazla değilse ve kısa dönem akmışsa, hem P, hem de N bölgesindeki kristal atomları arasındaki kovalan bağlar kopmakta ve elektronlar serbest hale geçmektedir. Bu durumda diyot bir iletken haline dönüşmekte ve omaj ölçümü yapıldığında her iki yönde de kısa devre göstermektedir.
- Aşırı akım çok büyük olursa diyot aynen bir sigorta teli gibi eriyip yanar ve omaj kontrolü yapıldığında her iki yönde de açık devre gösterir. Diğer bir deyimle, sonsuz gösterir.
- Yanan bir diyottaki renk değişimi dışarıdan bakıldığında da belli olu
Diyot Katalog Kavramları
Is ( Sızıntı Akımı )
Diyot ters polarize edilirse yani anotuna(-) katotuna(+) gerilim uygulanırsa yalıtkan olur ve üzerinden akım geçişine izin vermez.ancak azınlık akım taşıyıcıları nedeniyle değeri çok küçük (µA kadar) ve ihmal edilebilir bir ters yön akımı akar.Bu akıma sızıntı akımı denir.
Ters polarmada diyotlara uygulanan gerilim yükseltilirse eleman delinebilir (bozulur).
Örnek olarak 1N4001 diyodun ters yönde uygulanan gerilime dayanabileceği üst değer 50V’ tur yani bu diyot 50 volttan fazla ters gerilimde delinerek özelliğini kaybeder.
Diyotlar ters polarıldığında sızıntı akımının miktarı sıcaklığa, uygulanan gerilime, yarı iletkenin cinsine göre değişir.
Örnek olarak germanyum dedektör diyodundan
5 volt altında, 25ºC sıcaklıkta 0,8 mA, 60ºC’de 5 mA, 100º C’de 50 mA sızıntı akımı geçtiği görülür.
PIV Voltajı
İmal edilen her diyotun yapısına bağlı olarak uygulanabilecek maksimum ters polarma gerilimi, çalışma sıcaklık bandı imal edilence hazırlanan kataloglarda belirtilmiştir. Bu değerler kesinlikle aşılmamalıdır.
Bu açıklamalardan sonra diyotun tanımını daha açık olarak şu şekilde yapabiliriz: Diyot doğru polarma edildiğinde üzerinden akım geçişine izin veren ters polarma edildiğinde üzerinden akım geçişine izin vermeyen elektronik devre elemanı olarak tanımlayabiliriz.
Diyotun ters polarma geriliminin artırılmasıyla bir değerden sonra iletime geçtiği noktaya diyotun ters yön devrilme noktası adı verilir. Bazı diyotlar (Zener diyot, foto diyot, varikap diyot ) ters yön devrilme noktasında çalıştırılır.
Sıcaklık Etkisi
Üretici firmalar diyodun karakteristik değerlerini genellikle 25 C oda sıcaklığı için verirler. Diyot’un çalışma ortamı ısısı, oda sıcaklığından farklı değerlerde ise diyot öngeriliminde ve sızıntı akımında bir miktar değişime neden olur.
• Diyot öngerilimi VF; her 10C’lik ısı artışında yaklaşık 2.3mV civarında azalır.
• Diyot sızıntı akımı I0; her 100C’lik ısı artışında yaklaşık iki kat olur.
Diyot’un ısı değişimine karşı gösterdiği duyarlılık oldukça önemlidir. Örneğin bu
duyarlılıktan yararlanılarak pek çok endüstriyel ısı ölçümünde ve kontrolünde sensör olarak diyot kullanılır.
Germanyum güç diyodunun maksimum çalışma sıcaklığı 90ºC olup silisyum diyotların ise maksimum dayanma sıcaklığı 175ºC civarındadır. Silisyum güç diyotları yüksek sıcaklıklara dayanabildiği için üzerinden yüksek akım geçirilebilir. Diyotların gövde sıcaklığının yükselmesine elemanın içinde doğan ısı sebep olur.
Diyotta meydana gelen ısı, akımla doğru orantılı olarak artar. Diyotlar alüminyum plaka, vantilatör (fan) vb. ile soğutulursa yüksek sıcaklıklarda dayanma gücü artar. Bu nedenle güç diyotları soğutucu plaka üzerine monte edilir. Diyotlarda iki şeye dikkat edilmelidir. Aksi takdirde diyot bozulur (Kısa devre olur.)
- Ters dayanma geriliminin üzerine çıkılmamalıdır.
- Maksimum taşıma akımından daha fazla akım çekilmemelidir.
Doğrultucu diyotların yüksek akımlı olanlarına güç diyotları denir. Güç diyotlarının çoğu daha yüksek akım ve sıcaklık değerlerinden dolayı silisyumdan yapılmaktadır. Diyotların akım kapasitesi diyotları paralel bağlayarak ters tepe dayanma gerilimleri ise diyotları seri bağlayarak artırabilir.
Diyot Direnci
Diyot’un elektriksel olarak direnci; diyot uçlarındaki gerilimle diyot üzerinden geçen akımın oranına göre tayin edilir. Diyot direnci, karakteristiğinde görüldüğü gibi doğrusal değildir. Doğru polarma altında ve iletim halindeyken, direnci minimum 10Ω civarındadır. Ters polarma altında ve kesimdeyken ise 10MΩ-100MΩ arasındadır.
Maksimum Ön Akım
Doğrultmaç ve sinyal diyotları, silisyum ve germanyum gibi yarı iletkenler ile yapılır. Bir P tipi ve N tipi yarı iletken birleştirilerek diyot imalatı yapılır. “D” harfi ile gösterilir. Germanyum diyotlar anahtarlama, sinyal ve dedektör yapımı olarak kullanılır. İletime geçme gerilimleri 0,2-0,3 Volt arasındadır. Silisyum diyotlar ise doğrultma devrelerinde (AC’ yi DC’ ye çevirmek için) kullanılır. İletime geçme gerilimleri 0,6-0,7 V arasındadır. Diyoda ters polarizasyonda zamanla artan bir gerilim verilirse belli bir zaman sonra diyot yanar, delinir veya kısa devre olur. Bu durumda diyottan çok büyük akım geçmeye başlar.
Ters Tepe Voltajı
Diyotların çoğu ters polarmanın aşırı artırılması halinde bozulacağından bu noktada (dayanma gerilimine yakın) çalıştırılmaz. 50 volta kadar olan ters gerilimlere dayanan 1N4001 diyot, en çok 40 voltluk devrede kullanılır. 50 voltun üzerindeki bir gerilim altında çalışan devre de ise diyot firmaları tarafından üretilen 1N4002 diyot veya başka bir model diyot seçilir. Diyot fiyatları da modeline ve firmasına göre farklılık gösterir.
Güç Harcaması
Yüksek güçlü DC elde etmek amacı için kullanılan bu tip diyotlar soğutucu ile beraber kullanılmalıdır. Uygulamada 400 ampere kadar akım taşıyan ve 4000 volta kadar çalışma gerilimi olan diyotlar vardır. Yüksek güçlü diyotlar akü şarj cihazları, elektroliz sistemleri, kaynak makineleri vs. yerlerde kullanılır.
Frekans
Germanyum tipi sinyal diyotları lojik (sayısal) devre elemanı veya radyo frekans (RF) devrelerinde sinyal ayırıcı olarak kullanılır. Başka bir ifade ile sinyal diyotları, yüksek frekanslarda çalışmaya duyarlı olmalarından dolayı düşük gerilim ve akımlarda da çalışabilirler.
