Diyot Nedir?
Bu yazımızda diyot nedir, nasıl çalışır, nerelerde kullanılır gibi sorulara cevap arayarak diyot kavramını açıklayacağız. Diyot genel ifadesi ile akımı tek yönde geçiren devre elemanıdır. Daha detaylı açacak olursak, diyot ve diğer yarı iletken devre elemanlarında bazı maddeler sıkça kullanılır ve sizlerde sıkça duyacaksınız. En çok kullanılan maddeler ise Silisyum (Si) ve Germanyum (Ge)’dur. Silisyum ve Germanyumun elektriksel özellikleri, katkı işlemiyle eklenen maddeler sayesinde arttırılır.
Element atomları son yörüngelerinde 1 elektron bulundururlarsa en iyi iletkenlik (conductor) durumunu gösterirler. Çünkü amaç serbest elektron oluşturarak atoma artı (+) değerlik kazandırmaktır (Bakır Cu+, Gümüş Ag+, Altın Au+).
Silisyum (Si) ve Germanyum (Ger) da ise son yörüngelerinde 4 elektron bulundurarak yarı iletkenlik (semi-conductor) gösterirler. Silisyumun kullanımı son zamanlarda oldukça yaygınlaşmıştır. Diyotlar da yarı iletken madde ve yarı iletken olarak da silisyum kullanılmaktadır. Eger silisyum Arsenik (As) ile elektron alış-verişi yaparsa, silisyum 1 elektron alarak indirgenir ve negatif davranır( Si-5). Bu duruma N tipi (Negative) yarı iletkenlik denir. Elektron alış-verişini Bor(B) ile yaparsa 1 elektron vererek yükseltgenerek pozitif davranır (Si+3). Bu duruma da P tipi (Positive) yarı iletkenlik denir. Sonuçta N de fazladan elektron, P de boş orbital oluşur. P kutbu anot, N kutbu katot olur ve fazla elektronlar boş orbitallere dolarak anottan katoda hareket eder (P-N Junction). Böylelikle diyotun kullanımı ile akım anottan katoda doğru ilerlemiş olur.
Element atomlarının son yörüngelerindeki orbitallerin hepsi dolu olup yani 8 elektronu bulunduruyorsa bu kez de en iyi yalıtkan (insulator) maddeyi oluştururlar. Bu maddelerde iletkenlik yoktur ya da yok denilecek kadar azdır (Neon, Argon, Radon ve diger inert gazlar).
Bu malzemelerden P ve N tipi malzemeler bir kristal yapı içinde bir araya getirildiğinde iki bölge arasında bir P-N jonksiyonu oluşturur. Bu eleman yarı iletken diyot olarak bilinir ve tek yönde akım geçirir. P-N jonksiyonu diyot, transistör ve diğer yarı iletken elemanların temelidir. Bir diyot, anot ve katot şeklinde iki ucu olan bir devre elemanıdır. Jonksiyon oluşmadan önce oda sıcaklığında, N bölgesinde çok sayıda serbest elektron ve P bölgesinde çok sayıda delik mevcuttur. Elektronlar ve delikler bütün yönlere serbestçe hareket eder. Jonksiyon oluşması anında elektronlardan bir kısmı P bölgesine doğru hareket eder. Bu hareketin sebebi difüzyon akımıdır.
Difüzyon akımı ne diye düşünürseniz; bu akım, elektron yoğunluğunun çok olduğu yerden az olduğu yere doğru oluşan yayılmadır. P bölgesine geçen elektronlar deliklerle birleşir. N bölgesinde elektronlarını kaybeden atomlar (+) ve P bölgesinde elektron alarak deliklerini kaybeden atomlar (-) olur. Bunun sonucunda P-N jonksiyonu yakınında çok sayıda pozitif ve negatif iyon olur. N bölgesindeki elektronların hepsi P bölgesine geçemez. N bölgesindeki elektronlar pozitif iyonlar tarafından çekilir. Bu elektronların P bölgesine geçebilmeleri için negatif iyonların itme kuvvetini yenmeleri gerekir.
Diyotun uçları pozitif (+) ve negatif (-) işaretleri ile de belirlenir. “+” uca anot, “-” uca katot denir. Diyotun anoduna, gerilim kaynağının pozitif (+) kutbu, katoduna kaynağın negatif (-) kutbu gelecek şekilde gerilim uygulandığında diyot iletime geçer. Diğer bir deyişle, bir yöndeki dirençleri ihmal edilebilecek kadar küçük, öbür yöndeki dirençleri ise çok büyük olan elemanlardır. Direncin küçük olduğu yöne “doğru yön”, büyük olduğu yöne “ters yön” denir.
Diyotlardan, elektrik ve elektronik alanda doğrultucu, detektör, modülatör, limitör, anahtar olarak kullanılmaktadır. Doğrultmaç diyotları güç kaynaklarında AC akımları DC’ye dönüştürmekte kullanılırlar. Bunlar, yüksek akımları taşıyabilirler ve yüksek ters tepe gerilimlerine dayanabilirler. Ancak, genelde 50-60 Hz gibi düşük frekanslı devrelerde kullanılırlar. Sinyal diyotları ise lojik (sayısal) devre elemanı ya da radyo frekans (RF) devrelerinde demodülatör (sinyal ayırıcı) olarak kullanılırlar.
Başka bir deyişle sinyal diyotları, yüksek frekanslarda çalışmaya duyarlı olmalarının yanı sıra, düşük gerilim ve akımlarda da çalışabilmektedirler. Doğrultmaç ve sinyal diyotları silisyum ve germanyumdan yapılabilmektedir. Germanyumdan yapılan diyotlardan akım geçirildiğinde üzerlerinde yaklaşık 0,2 Volt’luk bir gerilim düşümü olurken, silisyumdan yapılmış diyotlarda bu değer 0,6 ila 0,7 Volt dolayındadır. İşte bu fark nedeniyle germanyum maddesi daha çok sinyal diyotu yapımında kullanılmaktadır. Diyotun çeşitlerini ise bir diğer yazımızda hazırlayıp yayınlayacağız.
Bir elektronik devre eleanının davranışını, yani karakteristiğini akım-gerilim grafiğine bakarak anlamamız mümkündür.
Bu grafiği okuduğumuzda bize şu temel bilgileri veriyor:
Diyotların kullanımına örnek olarak verebileceğimiz ilk devre tipi doğrultuculardır. Doğrultucu (İng. rectifier), AC gerilimi DC gerilime dönüştürmede kullanılan devrenin ismidir.
Bildiğimiz üzere AC gerilim, belirli periyotlar ile negatif ve pozitif arasında değişim gösterir. DC gerilim ise yalnızca pozitif veya negatif tarafta yer alır. Diyotun akımı tek yönde iletme özelliğinden faydalanarak bu şekilde bir devre kurabilmemiz mümkündür:
Bu şekilde kurulmuş devreye yarım-dalga doğrultucu (half-wave rectifier) ismi verilir. AC gerilimin yalnızca pozitif kısmı diyot üzerinden geçeceği için yük üzerindeki gerilim aşağıdaki gibi olacaktır:
Devrenin isminden ve dalga formundan da fark edeceğiniz gibi bir tam çevrimin yalnızca yarısından faydalanabilmekteyiz. Dalganın tamamından faydalanabilmek için köprü doğrultucu (full-bridge rectifier) devresi kurmamız gerekli.
Köprü doğrultucu devresinde 4 adet diyot bulunur. Dalganın pozitif kısmında iki adet diyot iletimdeyken negatif kısmında diğer iki diyot iletimdedir. Böylece AC gerilimin hem pozitif hem negatif kısmından faydalanmış oluruz.
Light Emitting Diode (ışık saçan diyot) kelimelerinin baş harflerinden oluşan bir kısaltma olan LED, günlük hayatımızda en çok kullandığımız diyot tiplerinden birisidir. Elektronik cihazlarımızın güç ve durum göstergelerinde kullanıldığı gibi, verimli olmalarından dolayı günümüzde aydınlatma amaçlı olarak da sıkça kullanılırlar.
Zener diyotu, normal şekilde bağlandığında standar bir diyot gibi çalışır. Devreye ters bağlanması durumunda ise, Zener Gerilimi adı verilen seviyeye kadar akım geçirmezler, bu gerilim aşıldığında ise iletime geçerler. Zener diyotu, bu özelliği sayesinde güç kaynağı regülatör devrelerinde kullanılırlar.
Diyotların akımı sadece tek yönde ileten elemanlar olduklarını öğrenmiştik. Akım, diyodun üzerinden anottan katoda doğru akarken, diyodun yapısı gereği, gerilimde belirli bir miktar düşüş olur. Bu düşüş miktarı standar silikon diyotlarda genellikle 0.7V kadardır. Schottky diyotlarda ise, bu değer çok daha düşüktür. Ayrıca bazı standart silikon diyotlar (örn. 1N4007), yüksek frekanslarda yeterince hızlı çalışamazlar. Bu durumun önüne geçmek için schottky diyot kullanılabilir. Tüm bu avantajlarına karşın schottky diyotların bir dezavantajı mevcuttur: Diyotlar her ne kadar akımı sadece anottan katoda doğru iletse de, belirli bir miktar kaçak akım ters yönde iletilir. Schottky diyotların kaçak akım değerleri silikon diyotlara göre çok daha yüksektir.
Diyotların yarı-iletken maddelerden yapıldıklarını berlitmiştik. İki çeşit yarı-iletken madde bulunur: elektron barındıran n-tipi ve pozitif yüklü “delikler” barındıran p-tipi yarı-iletken maddeler. Bu iki yarı-iletken bir araya getirilerek diyot elde edilir.
Diyot, normal ileri şekilde kutuplandığında (anota pozitif, katoda negatif gerilim uygulanması durumu), güç kaynağının negatif terminalinden hareket eden elektronlar, pozitif gerilime gitmek isteyeceklerdir. Bu durumda N tipi malzemeden p tip malzemeye geçiş olacaktır. Bu esnada ortaya çıkan enerji, foton olarak açığa çıkar. P ve N tipi malzemelerin buluştukları noktada yansıtıcı bir kaplama kullanıldığından bu foton ışık olarak ortaya çıkar. Ortaya çıkan ışığın bir lens ile bir araya toplanması ile lazer ışık elde edilir.
Fotodiyot, ışığı elektrik akımına dönüştüren bir yarı-iletken devre elemanıdır. Fotonlar, fotodiyot tarafından emilerek elektrik akımına dönüşür. Kullanmış olduğumuz güneş panelleri, çok geniş yüzeye sahip fotodiyotlardır.
Bu diyotlar kapasite değerlerini değiştirebilen diyotlardır ve ters bağlanırlar. İki yarı iletken maddenin arasına yalıtkan bir maddenin konulması ile kondansatörlere benzerler. İletkenler arasında ki uzaklığa göre kapasite değeri ayarlanır. Varikap diyotun uçlarına uygulanan ters gerilim değeri arttıkça kapasite değeri düşer. Bu diyotlar TV ve radyo frekans devrelerinde kullanılır.
