elektrik-elektronik mühendisliği

ELEKTRONİK LAB. I – DİYOTUN KARAKTERİSTİĞİ
ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ
ELEKTRONİK-I LABORATUVARI
DENEY 1: YARIİLETKEN DİYOT
Yrd.Doç.Dr. Engin Ufuk ERGÜL
Arş.Gör. Ayşe AYDIN YURDUSEV
Arş.Gör. Alişan AYVAZ
Arş.Gör. Birsen BOYLU AYVAZ
ÖĞRENCİ ADI SOYADI
:
NUMARA
:
Ön Çalışma
:
Deney Başarısı
:
Deney Raporu
:
TOPLAM
:
1
ELEKTRONİK LAB. I – DİYOTUN KARAKTERİSTİĞİ
i.
ÖN ÇALIŞMA (%30)
1. Diyotun nerelerde kullanıldığını araştırınız (Niçin elektronikte diyot kullanıyoruz?). Bu konuya
ilişkin üç örnek veriniz.
2. Yarıiletken nedir?
3. En yaygın bilinen 2 yarıiletken elementin adını yazınız.
4. Bunlarından birini seçerek, bu maddenin nasıl P ve N tipi yarıiletken olduğunu açıklayınız.
5. Aşağıdaki değerler için Silisyum bir diyotu 27℃ de ve Is=1,73 nA olarak ID değerlerini bulunuz:
( DENKLEM 1 VEYA DENKLEM 2’ Yİ KULLANABİLİRSİNİZ )
VD (v)
0,45
0,52
0,55
0,58
0,6
0,61
0,62
0,63
0,64
0,65
0,68
0,7
ID
6. Benzetim programında (Multisim) şekil 5’teki devreyi kurunuz ve (aşağıdaki) tablo 1’i
doldurunuz.
E (v)
0
0,5
0,75
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
5
VR (v)
VD (v)
ID (mA)
7. Tablo 1’e göre (aşağıdaki) şekil 6 daki eğriyi tamamlayınız.
ID
VD
2
10
15
ELEKTRONİK LAB. I – DİYOTUN KARAKTERİSTİĞİ
8. Benzetim programında (Multisim) şekil 5’teki devreyi kurunuz, güç kaynağının yönünü çeviriniz
ve (aşağıdaki) tablo 2’yi doldurunuz.
E (v)
0
1
2
3
4
5
10
15
VR (mv)
VD (v)
ID (µA)
9. Tablo 2’e göre (aşağıdaki) şekil 7 daki eğriyi tamamlayınız.
ID
VD
KURALLAR:
Cevapları olduğunca basit, anlaşılabilir tutunuz. Örneğin, iletken nedir sorusuna “iletken elektrik akımını geçiren
maddelerdir. Ör: Bakır, demir” cevabı yeterlidir. Cevapları tamamıyla kendi çalışmanız olarak yapınız grup çalışması
kabul edilmez. İki ya da daha fazla öğrencinin çalışması aynıysa kabul edilmez. Deneye gelmeden önce çalışma
yapılmış ve tamamlanmış olmalıdır, aksi halde deneye katılmanıza izin verilmez ve deney notu sıfır olarak verilir.
Cevapları çizgisiz bir A4 kâğıdına mavi/siyah tükenmez kalemle yapınız ve her sayfanın sol üst köşesine isim soy isim,
öğrenci numarası ve Elektronik 1 Deney 1 olarak açıklama yazınız.
3
ELEKTRONİK LAB. I – DİYOTUN KARAKTERİSTİĞİ
ii.
DENEY PUANLAMASI (%40)
Devre kurumu düzen
%10
Teknik bilgi
%10
Ölçüm Sonuçları
%15
Çalışmanı düzeni
%5
iii.
DENEY RAPORU (%30)
1. Deney tahtası üzerine kurduğunuz devre için aşağıdaki değerleri not ediniz.
E (v)
0
0,5
0,75
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
5
10
15
VR (v)
VD (v)
ID (mA)
2. yukarıdaki tabloya göre yandaki
grafiği çiziniz.
3. Deney sonuçlarına göre tablo 1
şekil 6’daki grafik ile deney sonrası
çizdiğiniz grafik arasında fark var
mıdır? Varsa nedenlerini tartışınız.
4. Deney tahtası üzerinde niçin terspolarma deneyi yapılmamıştır?
Açıklayınız?
I
V
4
ELEKTRONİK LAB. I – DİYOTUN KARAKTERİSTİĞİ
5
ELEKTRONİK LAB. I – DİYOTUN KARAKTERİSTİĞİ
DENEY 1: YARIİLETKEN DİYOT KARAKTERİSTİĞİ
I.
ÖNBİLGİ
Yarı İletken
Yarı iletken malzemeler, P (pozitif) veya N (negatif) tip yarıiletken olarak ikiye ayrılırlar. P tip yarıiletkende
pozitif yük mevcuttur. Malzeme içindeki elektronlar (negatif yüklü) ve delikler (pozitif yüklü)
eşleştiğinde boşlukta serbest olarak dolaşan delikler vardır çünkü delik sayısı elektrondan oldukça
fazladır, buna çoğunluk yük taşıyıcısı denir. Bu da malzemeye (+) yük katar. Tam tersi şekilde N tip
malzemede çoğunluk yük taşıyıcısı elektronlardır. Elektronlardaki negatif yük sebebiyle malzeme de ( –
) yükle yüklüdür. (Şekil 1)
Yarıiletken Diyot
P tip
N tip
 
 


Ş EKİL 1: P VE N TİP MATERYALLER .
Yarıiletken diyotların temeli P ve N tipi madde ve aralarındaki elektron akışı oluşturur. P tipi maddede
delikler, N tipi maddede elektronlar serbesttir. Bu iki malzeme arasında engel bulunmaktadır. Bu engeli
bir miktar azınlık yük taşıyıcısı (çoğunluk olmayan yükler: P maddede (-) ler, N maddede (+) lar) geçebilir.
 
     
 
(-) YÜKLER BİRBİRİNİ İTE R
(+) YÜKLER BİRBİRİNİ İTER
Pozitif ve negatif yükler birbirini çeker.
 

 

Bir miktar (-) yük P bölgesine ve bir miktar (+) yük N bölgesine geçer.
6
ELEKTRONİK LAB. I – DİYOTUN KARAKTERİSTİĞİ
P bölgesindeki (-) yükler N bölgesindeki elektronları, N maddesindeki bölgesindeki (+) yükler ise P
bölgesindeki delikleri iter. Böylece PN arasında bir potansiyel oluşmuş olur ve bu potansiyeli daha fazla
(+) veya (-) yük geçemez.
Bu potansiyele engelin yüksekliği denir, birimi Volt ’tur.
İleri Polarma (Düz Besleme)
Diyotun P ucuna bataryanın artı ucu bağlandığında bu bölgedeki delikler birleşim bölgesine doğru itilir.
Benzer şekilde diyotun N ucu eksi uca bağlı olduğundan, buradaki elektronlar da birleşim bölgesine itilir.
Böylece iki madde arasındaki potansiyel engel (engelin yüksekliği) azalır. Azalan potansiyel sebebiyle
çoğunluk yük taşıyıcıları artık karşı tarafa geçebilir. İletim sağlanır.
Geri Polarma (Ters Besleme)
Diyotun P ucuna bataryanın - ucuna ve N ucu artı beslemeye bağlı olduğundan bu yükler birbirini çeker.
Böylece yükler birleşim alanından uzaklaşır, engelin yüksekliği (aradaki potansiyel ) artar. Bu yüksek
potansiyelden sadece belli miktarda azınlık yük taşıyıcısı geçebilir. Bir süre sonra bu alandan geçebilen
azınlık yük taşıyıcısı sabitlenir, buna ters doyma akımı denir. Eğer aradaki potansiyel daha yükseltilirse
diyot içerindeki PN madde yapıları bozulur. Buna kırılma denir.
II.
GEREKLİ MALZEMELER
1. 1 adet 1N4001 Diyot
2. 1kΩ direnç
3. Ayarlı güç kaynağı (DC 0v-10v)
4. Ölçü Aleti (kendi multimetrenizi getiriniz. Bir gruba 3 ölçüm aleti gerekli)
III.
DENEYİN YAPILIŞI VE SONUÇLARI
Amaç: Diyodun çalışma prensibini ve karakteristik
yapısını incelemek.
Diyot: bir yönünde küçük direnç göstererek akım
geçişine izin veren, diğer yönde yüksek direnç
göstererek akım geçirmeyen (veya çok az akım geçiren)
devre elemanlarına diyot denir. Şekil 1 de diyotun
içyapısı,
devre
sembolü
ve
paketlenmesi
gösterilmektedir.
Diyodun devre eşdeğeri aşağıdaki gibidir. Silisyum
diyotlar için 0,7 v ve germanyum diyotlar için 0,3v eşik
gerilimi vardır.
Ş EKİL 2: YARIİLETKEN DİYOT
7
ELEKTRONİK LAB. I – DİYOTUN KARAKTERİSTİĞİ
Multimetre ile Diyodun Sağlamlık Kontrolü:
Diyodun sağlamlık kontrolü OHM kademesinde yapılır.
Çünkü diyot bir yönde direnç göstermeden akım
geçişine izin verirken, diğer yönde çok yüksek direnç
göstererek akım geçişine müsaade etmez. Bu
doğrultuda diyotun ohmmetrede bir yönde çok küçük
direnç (sıfıra olabildiğince yakın), diğer yönde çok yüksek
direnç (sonsuz olması istenir fakat genelde 4-5 MΩ
gösterebilir) göstermesi gereklidir.
Yarıiletken Diyodun Karakteristiği
Diyodun artı ucuna Anot, eksi ucuna Katot denir. Akım
geçişi ileri polarmada sağlanırken, ters polarmada
sağlanmaz.
Ş EKİL 3: DMM İLE DİYOTUN SAĞLAMLIK KONTROLÜ
ID (mA)
İleri polarma
bölgesi
Kırılma noktası
VD (v)
İletime geçme
gerilimi
Sızıntı akımı
Ters polarma
bölgesi
VD (v)
ID (µA)
Ş EKİL 4: D İYODUN AKIM - GERİLİM EĞRİSİ
Diyodun akım-gerilim karakteristiği aşağıdaki formülle matematiksel olarak gösterilir.
𝑞𝑉𝐷
𝐼𝐷 = 𝐼𝑜 (𝑒 𝑘𝑇𝑛 − 1)
ID=diyot akımı
Io=diyot ters yön doyma akımı 𝐼𝑜 =
𝑉𝑅
𝑅𝑒ş
denklem 1
⟹ 𝑅𝑒ş = 𝑅 ∥ 𝑅𝐷𝑀𝑀 (DMM: Dijital multimetre)
VD= diyot gerilimi
k=Boltzmann sabiti 1,3806.10-23 eV
q=elektron yükü 1,6.10-19 C
ƞ=yarı iletken katsayı (genelde Ge:1 ve Si:2 olarak kabul edilir)
T=sıcaklık (Kelvin cinsinden Tk=Tc+273°)
8
ELEKTRONİK LAB. I – DİYOTUN KARAKTERİSTİĞİ
Denklem 1’in VD türünden eşitliğini yazarsak:
𝑉𝐷 =
𝑘𝑇𝑛
𝐼
ln ( 𝐷
𝑞
𝐼𝑜
+ 1)
denklem 2 bulunur.
Diyodun DC karakteristiği
Yandaki şekilde gösterilen devreyi benzetim
programında gerçekleştiriniz. Gerilim kaynağı E’yi
tabloda gösterilen değerlere getiriniz ve tabloyu
doldurunuz. Tablodaki değerleri kullanarak akımgerilim eğrisini çiziniz.
Ş EKİL 5: D İYODUN DC KARAKTERİSTİĞİ
E (v)
0
0,5
0,75
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
5
10
15
VR (v)
VD (v)
ID (mA)
T ABLO 1: İLERİ POLARMA BENZETİM SONUÇLARI
𝐼𝐷 =
𝑉𝑅
𝑅
Formül
olduğunu gösteriniz.
ile
deneyde
bulduğunuz
ID
rakamları
kullanarak ID=VR/R olduğunu kanıtlayınız.
VD
Ş EKİL 6: DİYOT DÜZ POLARMA V-I EĞRİSİ
9
ELEKTRONİK LAB. I – DİYOTUN KARAKTERİSTİĞİ
Devrede güç kaynağının yönünü ters çeviriniz ve işlem başmaklarını tekrarlayınız (birimlere dikkat ediniz).
E (v)
0
1
2
3
4
5
10
15
VR (mv)
VD (v)
ID (µA)
T ABLO 2: TERS POLARMA BENZETİM SONUÇLARI
ID
VD
Ş EKİL 7:DİYOT TERS POLARMA V-I EĞRİSİ
İleri polarma devresini breadboard üzerine kurunuz. Gerilim kaynağını kademeli olarak aşağıdaki tabloya
göre artırınız ve tüm işlemleri benzetim programındaki gibi tekrarlayınız (tek bir multimetreyi sırasıyla
direnç gerilimini ve diyot gerilimini ve sonrasında devreden geçen akımı ölçmek için kullanabilirsiniz).
E (v)
0
0,5
0,75
1
1,5
2
2,5
10
3
3,5
4
5
10
15
ELEKTRONİK LAB. I – DİYOTUN KARAKTERİSTİĞİ
VR (v)
VD (v)
ID (mA)
T ABLO 3: U YGULAMA DENEY SONUÇLARI
I
V
Ş EKİL 8: DİYOT DÜZ POLARMA V-I EĞRİSİ-UYGULAMA
11