load line - Ersel Tarhan

BLM 224 ELEKTRONİK DEVRELER
Hafta 2
Prof. Dr. Mehmet Akbaba
Karabük Üniversitesi
Bilgisayar Mühendisliği Bölümü
3/1/2015
Prof. M. Akbaba Electronics Notes on Diods
1
P-N BİRLEŞİM DİYOTU
Günümüzde çoğu diyot silikon birleşimli (jonksiyonlu)
diyotlardır. Bir birleşim boşaltılmış bölge olarakta
adlandırılan p ve n bölgeleri arasında oluşturulur.
Bir p–n birleşimli diyot yarı iletken kristalden yapılır.
Katkılama işlemi bir tarafta negatif yük taşıyıcıları
(elektronlar) içeren ve n-tipi yariletken olarak adlandırılan
bir bölge, diğer tarafta pozitif yük taşıyıcıları (boşluklar)
içeren ve p-tipi yarıiletken olarak adlandırılan bölgeler
oluşturulmak üzere yapılır.
n-tipi ve p-tipi malzeme bir araya getirildiğinde, yük
taşıyıcılarının mevcut olmadığı üçüncü bir alanı
oluşturacak şekilde; n tarafından p tarafına anlık bir
elektron akışı meydana gelir.
3/1/2015
Prof. M. Akbaba Electronics Notes on Diods
2
❑ Bu bölge yük taşıyıcılarının (elektronlar ve boşluklar)
yokluğundan ötürü boşaltılmış bölge olarak adlandırılır.
Diyot uçları bu bölgelerin her birisine birleştirilir.
❑p-n jonksiyonu olarak adlandırılan bu iki bölge
arasındaki sınır, diyot davranışının meydana geldiği
yerdir.
❑ Kristal, elektronların n-tipi (katot) taraftan p-tipi (anot)
tarafa doğru akmasına müsade eder. Ancak diğer yönde
akışı engeller.
3/1/2015
Prof. M. Akbaba Electronics Notes on Diods
3
Prof. Dr. Mehmet Akbaba
4
Prof. Dr. Mehmet Akbaba
5
Şekil 1: P-N birleşim diyodu temel yapısı
P ve N tipi malzemeler bir araya getirilip Yukarıda görüldüğü
gibi uçlarına + uç N tipi malzemeye ve - uç P tipi malzeme
bağlanırsa boşluklar sağa doğru (- uca doğru) hareket eder
elektronlarda sağa doğru (+ uca doğru) hareket eder ve
Birleşim arayüzünün iki tarafında aksi yük bölgeleri oluşur
Ve bu bölgeye boşaltılmış bölge (deletion region) denir. Bu
bölge yeteri kadar genişleyince elektron-oyuk alışverişi ve
dolayısıyle akım akışı durur.
3/1/2015
Prof. M. Akbaba Electronics Notes on
Diods
6
• p-tipi malzeme n-tipi malzemeye birleştirildiğinde,
bir birleşim(jonksiyon) oluşur.
– p’deki boşuklar n bölgesine doğru difüzyona uğrarlar.
– n’deki elektronlar p bölgesine doğru difüzyona
uprarlar.
– Bu difüzyon işlemleri ile yeniden birleşme meydana
gelir.
– Bir kısım boşluklar p bölgesinde yok olur.
– Bir kısım elektronlar n bölgesinde yok olur.
– Her iki taraftaki yükler elektrik alanı potansiyeli= Vo’a
sebep olur.
– Böylece sınır yüklerinden oluşan boşaltılmış bölge
oluşturulur.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
7
Ters polarma altında PN Birleşimi
Şekil 2: Boşaltılmış
bölge oluşumu
• Ters yönde polarma uygulandığında
– Boşaltılmış bölge kapasitansı yeni polarma gerilimine Vr
şarj olurken geçici rejim oluşur.
– Boşaltılmış bölge genişler.
– Difüzyon akımı azalır.
– Sürüklenme akımı sabit kalır.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
8
– Bariyer gerilimi artar.
– Sürekli duruma ulaşılır.
– Geçici rejimden sonra: sürekli hal ters akımı= IS-ID
(ID çok küçük) ve ters akım ~ IS ~10-15 A
Ters polarma altında diyottaki akım ihmal edilir
düzeydedir.
Boşaltılmış bölge depo edilen yük
A: kesit alanı
qj: depolanmış yük
qj = qN = qNDxnA
Wdep= boşaltılmış bölge genişliği
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
9
Ters polarma durumunda diyot üzerindeki voltaj
düşümü
V=Vo+VR
(Boşaltılmış bölge üzerindeki toplam voltaj Vo + VR )
Bu yüzden ters polarma durumunda boşaltılmış bölge
genişliği:
W dep = x n + x p =
3/1/2015
2ε s (V o +V R ) ⎛ 1
1 ⎞
+
⎜
⎟
q
⎝NA ND ⎠
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
10
Boşaltılmış bölge kapasitansı
Cj =
dq j
dV R
(VR =V Q )
εs A
Cj =
=
W dep
C jo
3/1/2015
(Q polarma noktası, VR ters
plarma gerilimi)
C jo
VR
1+
Vo
2ε s q ⎛ N A N D ⎞ ⎛ 1 ⎞
=
⎜
⎟⎜ ⎟
2 ⎝ N A + N D ⎠ ⎝V o ⎠
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
11
Cj =
C jo
⎛ VR ⎞
⎜1 +
⎟
⎝ Vo ⎠
m
m ‘grading’ katsayısı ve p bölgesinden n
bölgesine konsantrasyonun nasıl değiştiğine
bağlıdır; 1/3 <m <1/2.
Aniden oluşan bir birleşim için, m=0.5
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
12
İleri polarmalanmış birleşim için taşıyıcı dağılımı
Şekil 3
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
13
İleri polarmalanmış PN birleşimi
Diyot denklemi
I D = I S (e
V /( nV T )
− 1)
⎛
Dp
Dn
2
I S = Aqn i ⎜
+
⎜L N
⎝ p D Ln N A
⎞
⎟⎟
⎠
burada;
Dp: Boşlukların difüzyon sabiti (diffusibility)
Dn: Elektronların difüzyon sabiti(diffusibility)
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
14
DİYOTUN KUTUPLANDIRILMASI
Diyotların kutuplandırılması diyodun uçlarına (terminallerine)
dişarıdan bir gerilim kaynağı (batarya) bağlanarak yapılır.
Uygulanan gerilmin polaritesine göre diyot ya ters yönde
yada ileri yönde kutuplanır.
Şekil x ters yönde kutplanma görülmektedir. Bu durumda
gerilim kaynağının - terminali p-tipi malzemeye, + terminali de
n-tipi malzemeye gelecek şekilde bağlanır . Ters yönlü bir
kutuplama durumunda Şekil x de görüldüğü gibi, diyot p-n
jonksiyon yapısındaki azaltılmış bölge genişler ve yapıda
ters yönlü küçük bir sızıntı akımı dışında akım akmaz. Ters
yönlü kutuplamada kutuplama gerilimi, diyodun ters yöndeki
kırılım geriliminden (breakdown voltage) daha az olmalıdır.
Aksi halde diyot delinir, her iki yönde akım akıtır ve diyot
olarak görev yapamaz.
3/1/2015
Prof. M. Akbaba Electronics Notes on Diods
15
Cj =
C jo
⎛ VR ⎞
⎜1 +
⎟
⎝ Vo ⎠
m
m ‘grading’ katsayısı ve p bölgesinden n
bölgesine konsantrasyonun nasıl değiştiğine
bağlıdır; 1/3 <m <1/2.
Aniden oluşan bir birleşim için, m=0.5
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
16
İleri yönde kutuplanmış PN birleşimi
Diyot denklemi
I D = I S (e
V /( nV T )
− 1)
⎛
Dp
Dn
2
I S = Aqn i ⎜
+
⎜L N
⎝ p D Ln N A
⎞
⎟⎟
⎠
burada;
Dp: Boşlukların difüzyon sabiti (diffusibility)
Dn: Elektronların difüzyon sabiti(diffusibility)
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
17
Şekil 4 : Diyodun ters yönde kutuplandırılması
Her diyodun belirli bir ters yönde kırılma gerilimi
vardır ve bu gerilim üretici firma tarafından belirlenir.
3/1/2015
Prof. M. Akbaba Electronics Notes on
Diods
18
İleri yönde kutuplama:
İleri yönde kutuplamanın bağlantı şekli Şekil xx te
gösterilmiştir. Bu bağlantı için gerilim kaynağının +
terminali p-tipi malzemeye, – terminali de n-tipi
malzemeye gelecek şekilde bağlanır . (Aradaki R
direnci akım sınırlayıcı olarak kullanılmıştır)
İleri yön kutuplama Şekil 5 ten de görüldüğü gibi, p-n
jonksiyonundaki azaltılmış bölgenin daralmasına yol
açar. Bu durumda potansiyel bariyeri pratik olarak yok
olur ve akım akmaya başlar.
Bir diyotun iletime geçebilmesi için uygulanan harici
ileri yönde kutuplama geriliminin bariyer gerilimini
aşması gerekmektedir. Silisyum diyotta iletim yaklaşık
0.7 V’ ta, germanyum diyotta ise 0.3 V’ ta ve GAS
diyotta da 1.2 V ta gerçekleşmektedir.
3/1/2015
Prof. M. Akbaba Electronics Notes on
Diods
19
Şekil 5 : Diyodun ileri yönde kutuplandırılması
3/1/2015
Prof. M. Akbaba Electronics Notes on
Diods
20
Ters ve ileri yönde Diyot karekteristiği
3/1/2015
Prof. M. Akbaba Electronics Notes on
Diods
21
Şekil 6
Şekil 6
3/1/2015
Prof. M. Akbaba Electronics Notes on
Diods
22
Çeşitli diyot devre simgeleri aşağıda gösterilmiştir:
Anode
(Anot )
(+)
Anode
(Anot )
(+)
Cahode
(Katot )
(-)
Cahode
(Katot )
(-)
Normal diyot
Anode
(Anot )
(+)
Cahode
(Katot )
(-)
Anode
(Anot )
(+)
Cahode
(Katot )
(-)
Zener diyot
Normal diyot
3/1/2015
Prof. M. Akbaba Electronics Notes on
Diods
23
Çeşitli diyot görünümleri
3/1/2015
Prof. M. Akbaba Electronics Notes on
Diods
24
Şekil 7: Diyot karakteristiğinin ölçümü
IF
Doğru
Polarma
+
-
VR
+
-
V
VBR (Bozulma gerilimi)
VF
VB (Eşik gerilimi)
A
Ters
Polarma
IR
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
25
Şekil 8.a: Sıcaklık etkisi
Sıcaklığın diyot karakteristiği üzerindeki etkisi
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
26
Şekil 8.b: Sıcaklık etkisi
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
27
Şekil 9: Silikon yarı iletken diyot karakteristikleri
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
28
❑ Elektriksel potansiyel, boşluklar için n-bölgesine
difüze olabilmek ve elektronlar için p-bölgesine difüze
olabilmek için aşılması gereken bir bariyer gibi
davranır.
❑ Açık devre: Dış akım yok
Birleşim gerilimi, Vo
Denge ve eşitlik prensibinden aşağıdaki denklem:
V o =V T
⎛ N AN D ⎞
n⎜
⎟
2
⎝ ni
⎠
Si için, Vo tipil olarak 0.6V - 0.8V aralığındadır.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
29
ND: Donör (verici) atomların konsantrasyonu
NA: Akseptör(alıcı) atomların konsantrasyonu
ni : yapı içi taşıyıcı konsantrasyonu
A: birleşimin kesit alanı
VT : Termal gerilim (V)
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
30
kT
V T = Thermal voltage =
q
burada:
k : Boltzmann sabiti=8.62×10-5 ev/K
q: Elektron yükü =1.6x10-19 C
Silikon için 300 K’de VT=0.026 V ve ni =1.5x1010 /cm3
ni : yapı içi taşıyıcı konsantrasyonu
Boşaltılmış bölgedeki yük eşitliği aşağıdaki
denklemi verir.
q xp ANA = q xn AND
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
31
burada:
A : birleşimin kesit alanı
xp : p-tarafındaki boşaltılmış bölgenin genişliği
xn : n-tarafındaki boşaltılmış bölgenin genişliği
ND: donör atom konsantrasyonu (per cm3)
NA: akseptör atom konsantrasyonu(per cm3)
Yukarıdaki denklemden, aşağıdaki denklemi
elde ederiz.
xp
ND
=
xn NA
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
32
Boşaltılmış bölgenin genişliği:
W dep
2ε s
= xp +xn =
q
⎡ 1
1 ⎤
+
⎢
⎥V o
⎣N A N D ⎦
burada:
εs: silikonun geçirgenliği= 11.7 εo =1.04x10-8 F/m
Örnek
T = 300 K’de ND=1015/cm3 ve NA=1018/cm3 değerlerine
sahip silikon diyotun boşaltılmış bölgenin üzerindeki
bariyer gerilimini ve genişliğini bulunuz.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
33
Çözüm
Aşağıdaki denklemi kullanarak
⎛ N DN A ⎞
V o =V T ln ⎜
⎟
2
⎝ nı ⎠
300 K’de, ni=1.5 1010 /cm3 , (VT=0.026 V )
kT 8.62*10−5 (electron *V ) *300
VT =
=
= 0.02586 V ≅ 0.026 V
q
1 electron
⎛ 10151018 ⎞
⎛ 1013 ⎞
V o = 0.026 ln ⎜ 2 20 ⎟ = 0.026 ln ⎜
⎟ = 0.026x 29.12
⎝ 1.5 .10 ⎠
⎝ 2.25 ⎠
V o = 0.7571 V
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
34
2ε sV o
q
W dep = x n + x p =
⎛ 1
1 ⎞
+
⎜
⎟
⎝NA ND ⎠
−8
−6
2*1.04*10 *0.026*10 ⎛ 1
1 ⎞
W dep =
⎜ 18 + 15 ⎟
−19
1.6*10
10 ⎠
⎝ 10
= 0.0000018 cm = 0.018 µ m (micron )
Bu örnekten göreceğimiz üzere boşaltılmış bölgenin
genişliği çok dar.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
35
Diyot Çeşitleri ve Simgeleri
Yarıiletken bir diyot için devre diyagramında kullanılan
sembol diyotun tipini belirler. Farklılıklar az olmasına
rağmen bazı tip diyotlar için çeşitli semboller mevcuttur.
Anode
(Anot )
(+)
3/1/2015
Cahode
(Katot )
(-)
Diyot
Light Emitting Diode
(LED)
Işık yayan diyot
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
36
Tunnel Diyotlar
Bu diyotlar ‘quantum tunnel’ den dolayı sinyallerin
yükseltilmesine ve çok basit iki durumlu devrelere
müsade eden, negatif direnç gösteren bir çalışma
bölgesine sahiptir.
Yüksek taşıyıcı konsantrasyonu sebebiyle, tunnel diyotlar
çok hızlı olup, düşük (mK) sıcaklıklarda, yüksek manyetik
alanlarda ve yüksek radyasyonlu çevrelerde
kullanılabilirler.
Bu özellikleri sebebiyle çoğunlukla uzay araçlarında
kullanılır.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
37
Varikap veya Varaktor Diyotlar
Bunlar voltaj-kontrollü kapasitörlerdir. Bu elemanlar
PLL (phase-locked loop) devreleri, FLL (frequencylocked loop) devreleri ve televizyon alıcılarında hızlı
kilitleme yapmak için kullanılan akort devreleri için
önemlidir.
Bu devre elemanları voltaj kontrollü osilatör için
referans frekansı sağlayan ayarlanabilir osilatörleri
mümkün kılmıştır.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
38
Zener diyot
Anode
(Anot )
(+)
Cahode
(Katot )
(-)
Anode
(Anot )
(+)
Cahode
(Katot )
(-)
Zener diyot ideal diyot gibi ileri yönde akıma müsade
eden ancak bunun yanı sıra üzerindeki gerilim ‘dayanma
gerilimi’ veya zener gerilimi olarakta bilinen belirli bir
gerilimin üzerinde olduğunda ters yönde akıma da
müsade eden bir diyottur.
Zener diyotlar voltaj regülatörleri için referans gerilim
sağlamak üzere veya diğer yarıiletkenleri anlık voltaj
darbelerine karşı korumak için kullanılırlar.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
39
Zener diyot, ters polarmada zener geriliminde
çalıştırılır (VZ).
Genel zener gerilimleri 1.8 V ile 200 V
arasındadır.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
40
Fotodiyotlar
Bütün yarı iletkenler optik (ışık) kaynaklı) yük taşıyıcı
üretimine maruz kalırlar. Bu tipik olarak istenmeyen bir
etki olup, çoğu yarı iletkenler ışığı engelleyici malzemeler
içine paketlenirler. Fotodiyotlar ise ışığı algılamak üzerine
tasarlanırlar. Böylece ışığın geçmesine müsade eden
malzemeler içine paketlenirler. Genellikle PIN (ışığa en
duyarlı olan diyot) tipinde üretilir. Bir fotodiyot solar
hücrelerde, fotometri de veya optik haberleşme de
kullanılabilir. Bir çok fotodiyot bir kılıf içine lineer veya iki
boyutlu dizin oluşturacak şekilde tek bir cihaz olarak
paketlenebilir.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
41
DIYOT I-V KARAKTERİSTİKLERİ
Harici bir gerilim diyot içindeki bariyer alanının polaritesi
ile aynı yönde diyota uygulanırsa, boşaltılmış (GEÇİŞ
BÖLGESİ, DEPLETİON LAYER) bölge anlamlı derecede
bir elektrik akışını (elektron/boşluk çifti ışık enerjisi gibi
bir sebeple-fotodiyot- pn birleşiminde aktif olarak
üretilmediği sürece) engelleyerek yalıtkan gibi
davranmaya devam eder. Bu ters polarma (ters
kutuplama) kavramıdır.
Ancak bir şekilde harici gerilim kaynağı birleşim
potansiyelinin tersi yöndeki bir polarite ile uygulanırsa,
p-n birleşimi üzerinden azımsanmayacak miktarda
elektrik akımı akmaya başlar.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
42
Silikon diyotlar için, bariyer potansiyeli yaklaşık 0.7 V
(Germanyum için 0.3 V ve Schottky için 0.2 V).
Böylece, diyottan harici bir akım geçirilirse, p-katkılı
bölge n-katkılı bölgeye göre pozitif olacak şekilde diyot
üzerinde yaklaşık 0.7 V oluşacaktır. Bu durumda diyot
için ‘açık’ ve ileri yönde polarma landırılmış
(kutuplandırlmış) denilir.
Bir diyotun I–V karakteristiği üç çalışma
bölgesi ile açıklanabilir:
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
43
Şekil 12: Vbr=Delinme veya bel verme gerilimi
(Delinme)
3/1/2015
(Ters)
(Doğru)
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
44
Shockley diyot denklemi
Shockley ideal diyot denklemi veya diyot yasası
(transistorün müşterek mucidi William Bradford Shockley
den sonra bu şekilde isimlendirildi) hem ileri hemde ters
polarma (veya polarmasız) durumları için I-V karakteristiğini
verir. Denklem:
I = I s (e
(VD (nVT )
− 1)
burada
I diyot akımı,
IS ters yöndeki doyum akımı (veya ölçek akımı),
VD diyot üzerindeki gerilim,
VT termal gerilim (kT/q), ve
n ideallik faktörü, kalite faktörü veya bazen
emisyon katsayısı olarakta bilinir.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
45
Değerler aşağıda verilmiştir:
n: Idealite faktörü (1 Ge için, 2 Si için)
VT=kT/q : Termal veya Isıl gerilim ve 25 OC de
Yaklaşık olarak 26 mV alınır.
k: Boltzman sabiti (1.38x10-23 J/K)
T: Kelvin cinsinden sıcaklık (OC+273)
q: Elektron yükü (1.6x10-19 C)
İdealite faktörü n, fabrikasyon prosesine ve yarı
iletken malzemeye bağlı olarak 1-2 arasında değişir.
(bazı durumlarda daha büyük değerler alabilir),
çoğu durumda ise yaklaşık olarak 1’e eşit olarak
alınır. (böylece n notasyonu ihmal edilir).
Prof. Dr. Mehmet Akbaba
46
Diyodun tıkama yönündeki doyma
akımı IS nin gösterilimi
Akım, I(mikroA)
DİYOT I-V KAREKTERİSTİĞİ
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
-0.5
Is Tıkama yönündeki
-1
-1.5
doyma akımı
-2
-2.5
-3
-0.4-0.35-0.3-0.25-0.2-0.15-0.1-0.05 0 0.05
VD(Volt)
Prof. Dr. Mehmet Akbaba
47
ÖRNEK1: Bir silisyum diyodun ters yöndeki doyma akımı 5 µA ve 100 Ω
luk bir direnç ile seri bağlanarak aşağıdaki devre oluşturulmuştur. Verilen
çalışma şartlarında diyodun uçlarındaki gerilim 0.6 V dur. Devrede dolaşan
I akımının ve uygulanan V geriliminin değerlerini bulunuz.
R
V
I D = I S (e
I
V D /(ηVT )
D VD = 0.6 V
− 1)
I D = 0.000005( e 0.6 /( 2*0.026 ) − 1) = 0.5129 A
I=ID
V=RI+VD=100*0.5129+0.6=5.89 V
Prof. Dr. Mehmet Akbaba
48
ÖRNEK 2: Silisyum bir diyodun ters yöndeki doyma
akımı Is 7 pA dir ve bu değer her 10 oC de iki katına
çıkmaktadır. Diyodun uçlarına 0.6 V bir gerilim
uygulanmıştır.
a) Diyot akımının 20 oC deki değerini bulunuz.
b) Diyot akımının at 110 oC deki değerini bulunuz.
c) Diyodun 20 oC deki ve 110 oC deki
karekteristiklerini hesaplayıp çiziniz.
ÇÖZÜM:
Prof. Dr. Mehmet Akbaba
49
Is her 10 derecede bir 2 katına çıktığına göre bu akımın
yeni değeri:
(110-20)/10=9 ve
Prof. Dr. Mehmet Akbaba
50
DİRENÇ TANIMLARI
• Bir diyotun çalışma bölgesi bir bölgeden diğerine
doğru hareket ederken, diyotun direnci de
karakteristik eğrisinin doğrusal olmayan şeklinden
dolayı değişecektir.
• Uygulanan voltajın veya sinyalin tipine bağlı
olarak üç çeşit direnç tanımlanır.
– DC veya statik direnç
– AC veya dinamik direnç
– Ortalama AC direnç
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
51
DC veya statik direnç
• Yarı iletken bir diyot içeren
bir devreye DC voltajın
uygulanması karakteristik
eğrisi üzerinde zamanla
değişmeyen bir çalışma
noktası ile sonuçlanır.
• Çalışma noktasındaki diyot
direnci basitçe ilgili VD ve ID
değerleri ile bulunabilir.
• Bir diyottan geçen daha
düşük akım daha yüksek dc
direnç seviyesi anlamına
gelir.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
52
Aşağıdaki devreyi göz önüne alalım:
VS = RI D + VD
VS
VD
ID =
−
R
R
(3)
(4)
Ve buda yük doğrusunun ( load line) denklemini verir.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
53
Yük doğrusunun olşturulması
(Load line)
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
54
VD=0
için (4) denkleminden
V
I D = = I S = Kıısadevre kmı
R
ID=0 için
(4) denkleminden
VD=VS = Açık devre geilimi. Bölece yük
eğrisi üzerinde iki nokta belirlenmiş ve
yük eğrisi çizilir. Yük eğrisi ile diyot
karekteristiğinin kesiştiği nokta (şekilden
görüldügü gini çalişma noktası olan Q
noktasını verir ve oradan stastik veya dc
direnci hesaplanır.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
55
Yukarıdaki şekilden Q çaışma noktasında:
ID=160 mA ve VD=0.84 V.
Bu değerler kullanılırsa çalışma noktasındaki
dc veya statik direnç:
VQ
0.84
Rdc =
=
= 5.25 Ω
I Q 0.160
Olarak elde edilir.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
56
Örnek 1
• Şekil Ö1.’deki diyot için aşağıdaki noktalar için DC
direnç değerlerini
• (a) ID = 2 mA
• (b) ID = 20 mA
• (c) VD = -10 V
Şekil Ö1.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
57
Çözüm:
(a) ID = 2 mA eğriden VD =0.5 V
(b)
ID = 20 mA eğriden VD =0.8 V
(c)
VD =-10 V’da ID = - IS = -1 uA
Sonuçlar bir diyotun dc direnç seviyeleri için daha önce
söylenenleri destekliyor.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
58
AC veya Dinamik Rezistans
• Değişen giriş işareti
anlık çalışma noktasını
karakteristik eğri
üzerinde bir bölgede
yukarı ve aşağı hareket
ettirecektir. Böylece
yandaki şekilde
gözüktüğü gibi akım ve
gerilimde belirli bir
değişim
tanımlayacaktır.
Q point: Çalışma noktası
anlamında kullanılmaktadır
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
59
• Şekil 1.33’de gösterildiği gibi Qnoktası boyunca eğrinin tanjantı
olarak çizilen düz bir çizgi diyot
karakteristiğinin bu bölgesi için ac
veya dinamik direnci belirlemek için
kullanılabilecek voltaj ve akımdaki
değişikliği tanımlayacaktır.
• Denklem,
ΔVd
rd =
ΔI d
• Daha düşük Q-noktası (daha az veya Q-noktasındaki ac
gerilim) daha yüksek ac dirence
direncin belirlenmesi.
işaret eder.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
60
Figure 21
=20 mA
=4 mA
V
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
61
r = ΔV / Δ I
Yukarıdaki şekilden V = 0.65 V and I = 30 mA, we find
Ve ikinci noktada (Şekil üzerinde) V=0.58 V and I= 2.2 mA,
Görüldğü gibi ac direnci iki nokta arasında bire on ranından daha
fazla değişmektedir.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
62
Örnek 2
Şekil Ö2’deki karakteristik için:
(a) ID = 2 mA noktası için ac direnci bulunuz.
(b) ID = 25 mA noktası için ac direnci
bulunuz.
(c) (a) ve (b) şıklarındaki sonuçları bu
noktalardaki dc dirençleri ile kıyaslayınız.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
63
Şekil Ö2
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
64
Çözüm:
(a) ID = 2 mA için bu noktadaki tanjant çizgisi şekilde
gösterildiği gibi çizildi ve belirlenen diyot akımın üzerinde
ve altında 2 mA’lik salınım yapacak şekilde seçildi. (ID = 4
mA ve VD = 0.76 V noktasında, ve ID = 0 mA ve VD = 0.65 V
noktasında). Böylece akım ve gerilmde oluşan
değişiklikler;
ve ac direnç;
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
65
(b) ID = 25 mA için bu noktadaki tanjant çizgisi şekilde
gösterildiği gibi çizildi ve belirlenen diyot akımın üzerinde
ve altında 5 mA’lik salınım yapacak şekilde seçildi. (ID = 30
mA ve VD = 0.8 V noktasında, ve ID = 20 mA ve VD = 0.78 V
noktasında). Böylece akım ve gerilmde oluşan
değişiklikler;
ve ac direnç;
(c) ID = 2 mA ve VD = 0.7 V için;
ID = 25 mA ve VD = 0.79 V için
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
66
Eğer diyodun karekteristiği yoksa veya ac direncini
sağlıklı bir şekilde belirleme imkanı yoksa o zaman
ac direnci aşağıdaki formülden hesaplanır:
rd=VT/ IDC =0.026/ I DC
Burada VT termal (ısıl) gerilimi (VT=kT/q daha
önce tanımlanmıştı) IDC diyottan geçen doğru
akım bileşenidir.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
67
Ortalama AC Direnç
• Giriş sinyali şekil A1’deki gibi geniş bir salınım
üretmek üzere yeterli büyüklüğe sahip ise bu
bölge için cihaza ilişkin direnç ortalama direnç
olarak adlandırılır.
• Ortalama ac direnç, tanımından anlaşılacağı
üzere, giriş sinyalinin maksimum ve
minimumlarının karakteristik eğri ile kesişim
noktaları arasında çizilen düz çizgi tarafından
belirlenen dirençtir.
ΔVD
rav =
( Noktadan − Noktaya )
ΔI D
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
68
Şekil A1: Belirtilen limit
arasında ortalama ac
direncin bulunması
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
69
Şekil A1’de belirtilen durum için;
ac direnç (rd) ID= 2 mA noktasında belirlenseydi,
değeri 5Ω’dan daha fazla olacaktı ve eğer 17 mA
noktasında belirlenseydi bundan daha az
olacaktı. Bu aralıkta ac direnç 2mA’deki büyük
değerden 17 mA’deki küçük değere geçiş yapar.
3/1/2015
Prof. M.Akbaba Electronics Notes-Diods
70
KAYNAKLAR
1. Robert Boylestad and Louis Nashelski,
Elektronik Cihazlar ve Devre Teorisi, Palme
Yayıncılık
2. Mehmet Akbaba, Elektronik Devreler Ders
Notları
3. Thomas L. Floyd, Electronic Devices, Merill
Publishin Company
3/1/2015
Prof. M. Akbaba Electronics Notes on Diods
71
Teşekkür Ederim
Sağlıklı ve mutlu bir hafta
geçirmeniz temennisiyle, iyi
çalışmalar dilerim…
3/1/2015
Prof. M. Akbaba Electronics Notes on
Diods
72