Diyotlar

Diyot
Giriş
 Diyot, transistör, tümleşik (entegre) devreler ve isimlerini
sığdıramadığımız
daha
birçok
elektronik
elemanlar,
yarı
malzemelerden yapılmışlardır.
buraya
iletken
 Bu kısımdaki en önemli konulardan biri, iki farklı yarı iletken
malzemelerden meydana gelen PN yapısıdır. Bu yapı yukarıda saydığımız
veya sayamadığımız birçok elektronik elemanların temel taşıdır.
 PN yapı dışarıdan uygulanacak güç kaynağının bağlantısına göre elektrik
akımını bir yönde iletirken, iletken; diğer yönde elektrik akımı iletmezken,
yalıtkan olmaktadır.
Diyot
Diyot, tanım olarak elektrik akımını bir yönde geçiren, diğer yönde ise geçirmeyen bir
elektronik yarı iletken devre elemanıdır. Diyot, PN birleşmesinden meydana gelir.
Anot
(A)
Katot
(K)
A
K
(b) Fiziki yapı
(a) Sembol
Şekil 1.21 Diyot
ID
Doğru Polarma Bölgesi
VBR
VD
0.7 V (Si)
0.3 V (Ge)
Ters Polarma Bölgesi
Şekil 1.22 Bir diyodun (I –V)
karakteristiği
VD
DC V
ID
DC A
Şekil 1.23 de kullanılan R direnci akım
sınırlama direnci olarak görev yapmaktadır.
Devrede kullanılan diyot doğru polarma
altında çalıştığı zaman, diyot içerisinden akan
akımın ifadesi aşağıdaki bağıntıdan bulunur.
R
+
ID 
E
Şekil 1.23 Doğru polarlanmış bir diyot
VD = E
ID = 0
DC V
E = VD + (ID xR)
E  VD
R
…………………..(1.1)
Germanyum diyotlar için yaklaşık VD=0,3V, Silisyum diyotlar için yaklaşık VD=0,7V
kadardır.
DC A
Ters polarlanmış bir diyot devresinde:
ID = 0 A (Diyot içerisinden akım akmaz)
R
+
E
Şekil 1.24 Ters polarlanmış bir diyot
VD = E (Diyot üzerindeki gerilim, kaynak
gerilimine eşit olur.)
Bir diyot nasıl zarar görür?
•Bir diyodun doğru polarma altında içerisinden akabilecek en
büyük akımına, maksimum ileri yön akımı denir. Devreden
akan akım, bu akım değerinden büyük olursa, diyodumuz zarar
görecektir.
•Ters polarma koşulu altında diyodun dayanabileceği
gerilime, VBR , kırılma gerilimi denir. Ters polarma
koşulunda VAK > VBR ise diyod zarar görür.
Özet:
Bir diyot doğru olarak polarlandığı zaman,
içerisinden geçen akım artar veya azalırsa üzerine
düşen gerilim, başka bir deyişle her zaman için VAK
= VA – VK = 0.7 V değerinde sabit kalır.
Örnek 1.1
Şekil 1.25 de verilen devrede kullanılan diyodun, maksimum ileri yön
akımı 1A ve VBR = 50 V dur. Devre akımının, maksimum ileri yön akımının
yarısı kadar olabilmesi için gerekli olan akım sınırlama direncinin değerini
bulunuz?
D1
1N4001
+
20V
Şekil 1.25
Çözüm 1.1
R
Şekil 1.25 de verilen devrede
ileri yön akımı 0.5 A veya 500
mA olacaktır.
20V = (500 mA x R) + 0.7 V
ifadesinden, R değeri
R = 38.6  olarak bulunur.

Örnek 1.2
Şekil 1.26 da verilen devrede, devre akımı 1 mA
olabilmesi için V2 kaynağının gerilim değerini
bulunuz?
Çözüm 1.2
Şekil 1.26 da verilen devrede
diyotlar
seri
olarak
kullanılmışlardır.
Dolayısı ile,
V2 = (0.7 V + 0.7V) + (1 mA x
2 k ) + 10 V = 13.4 V olarak
bulunur.

D1
R
2k
+
D2
+ V1
10V
V2
Şekil
1.26
Örnek 1.3
Şekil 1.27 de verilen devrelerin herbirinde kullanılan diyodların, doğru yönde
p
o
l a
r
l a
n
a
b
i l m
e
s
V1
10V
i
i ç
i n
g
D
e
r
e
R
k
l i
o
l a
n
V2
g
e
r
i l i m
d
e
ğ
e
r
l e
r
i n
i
b
u
l u
V2
n
u
z
?
D
2k
2 mA
0.5 mA
(b)
(a)
Şekil 1.27
R
V1
1k
-2V
Çözüm 1.3
V1
10V
D
R
V2
D
V2
2k
2 mA
R
V1
1k
-2V
0.5 mA
10V – V2 = 0.7V + (2mA x 2k) V2 – (-2V) = 0.7V + (0.5mA x 1k)
10V – V2 = 4.7V
V2 + 2V = 1.2V
10V – 4.7V = V2
V2 = - 2V + 1.2 V
5.3 V = V2
V2 = - 0.8 V
1.6 Zener Diyot ve Karakteristiği
• Zener diyot doğru polarma
altında normal diyot gibi
davranır.
• Zener diyotlar, devrede
çalışırken doğru polarma
uygulanmaz, daima ters
polarizasyon altında çalışır.
• Yani anotlarına negatif
gerilim, katotlarına ise pozitif
gerilim uygulanır. Şekil 1.28
de zener diyot sembolü
görülmektedir.
Şekil 1.28 Zener diyot sembolü
• Zener diyodun uçlarına ters polarma uygulandığında, belli bir
gerilim değerine kadar diyot yalıtkan, bu gerilim değerini aştıktan
sonra ise diyot iletken olur.
• Bu gerilime zener gerilimi adı verilir. Bunu VZ ile ifade ederiz.
IZ
VZ
VZ
IZ min
0.7
IZ maks
Şekil 1.29 Zener Karakteristiği
Zener diyotlar, uçlarındaki gerilimi sabit tutma özelliklerinden
dolayı güç kaynaklarının regülatör devrelerinde, gerilim
sabitleyicisi olarak kullanılır.
R
+
V
R
ZENER
Doğru polarma altında
kullanılmış bir zener diyot.
+
V
ZENER
Ters polarma altında kullanılmış
bir zener diyot.
1.7 Tunel Diyot ve Karakteristiği
Diyodu oluşturan P ve N maddeleri elde edilirken, saf
germanyum veya silisyum maddesine enjekte edilen katkı
maddesinin miktarı fazla tutularak diyodun iletkenliği çok
arttırılabilir. Bu tip diyotlar tunel diyot olarak adlandırılırlar.
Ia
Ib
Va
(a) Tünel diyot sembolü
Vb
(b) Tünel diyot karakteristiği
Şekil 1.30 Tünel diyot ve karakteristiği
Tunel diyotlar, negatif
direnç özelliği gösterirler.
Tunel diyotlar, karakteristik
eğrilerinin bir bölümünde,
artan gerilimlere karşı,
dirençlerinin artırarak daha
az akım geçirirler.
Tunel diyotların çalıştırıldığı
bölge Va ve Vb arasında kalan
bölgedir. Bu bölgede, tunel
diyotlar negatif direnç özelliği
gösterirler.
Tunel diyotlar, osilatör
devrelerinde kullanılırlar.
Ia
Ib
Va
Vb
1.8 Varikap Diyot (VARAKTÖR)
Varikap diyot, değişken kondansatör görevi yapan PN
birleşmeli diyot olarak çalışır.
Varikap diyot uçlarına ters yönde gerilim uygulanır. Bu
ters yöndeki gerilim, aradaki nötr (yalıtkan) bölgenin
genişlemesine yol açar. Aradaki nötr (yalıtkan) bölgenin
genişlemesi, diyot kapasitesinin azalmasına yol açar.
Uygulanan ters gerilim azaltıldığında ise, aradaki nötr
bölge daralır ve diyodun kapasitesi artar.
VARAKTÖR
Şekil 1.31 Varaktör diyot
Varikap diyotlar, günümüzde, radyo
ve televizyonların kanal seçici
devrelerinde
yaygın
olarak
kullanılmaktadır.
2.2.2 Doğrultma Devreleri
Girişleri doğrudan transformatör çıkışlarına bağlanan ve çıkışları darbeli
(pulse) sinüzoidal gerilimlerden oluşan devrelere, doğrultma
(rectifiers) devreleri denir
Doğrultma
Devresi
16
17
2.2.2.1 Yarım Dalga Doğrultma
Devreleri
Yarım dalga doğrultma devreleri girişlerine uygulanan sinüzoidal
gerilimin yalnızca bir yarı periyodunda çalışan ve diğer yarı
periyodunda çıkış vermeyen devredir.Bir yarım dalga doğrultma
devresi tek bir diyot kullanılması ile gerçeklenen devredir. Şekil
2.9 da bir yarım dalga doğrultma devresi gösterilmektedir.
D
Vin
t1
t2
Vout
R
t3
t1
Şekil 2.9 Pozitif yarı
m
d
a
l
g
a
d
o
ğ
r
u
l
t
m
a
d
e
v
r
e
s
t2
t3
i
18
Vout( tepe) = Vin ( tepe ) - 0.7 V
10V
9.3V
0V
0V
-10V
19
Vout(tepe) = - Vin(tepe) + 0.7 V
10V
0V
0V
-9.3V
-10V
20
Burada açıklanması gere
f
a
r
e
y
k
n
a
i
n
d
s
e
ı
ğ
i
e
l
e
r
ı
ç
l
e
r
ı
k
d
e
ş
i
k
ş
a
a
l
r
m
e
t
a
Tin 
i
k
n
i
t
a
1
fin
k
e
n
n
f
ı
d
v
r
r
e
b
e
.
k
B
i
a
r
n
n
a
ş
o
s
ı
k
a
Tout 
k
v
t
a
e
b
,
y
i
r
y
a
a
g
d
i
e
y
r
i
i
1
i
fout
s
e
ı
r
,
ş
m
d
ş
i
l
ş
a
a
l
t
e
g
a
i
n
d
i
ğ
o
n
p
r
e
u
r
l
i
y
m
o
a
d
d
u
e
i
l
v
e
r
e
ç
l
ı
e
r
ı
k
ş
i
n
d
i
ş
e
a
g
r
e
i
t
i
r
n
ş
i
i
i
n
ş
p
a
r
e
e
r
i
t
y
i
o
n
i
d
e
Tin
=
Tout
v
e
y
a
fin
=
fout
o
l
u
r
.
Sonuç olarak yarım dalga doğrultma devreleri işaretlerin giriş ve çıkışlarında zaman
değerlerini değiştirmemektedir.
21
n
u
Yarım dalga doğrultma devreleri çıkışında oluşan işaretler ortalama
gerilim ve ortalama akım değerlerine sahiptirler.
Çıkış Gerliminin
Ortalama Değeri:
Vort 
Yük Direnci Ortalama
Akım Değeri:
Vout( tepe)

  3.14
Vort
Iort 
RL
Bu değerleri pratik olarak avometrenin DC kademesinde normal gerilim
ve akım ölçer gibi veya osiloskop kullanılarakl ölçülür.
22
Örnek 2.5
Şekil 2.14 deki devre için:
(
a
)
(
b
)
Herbir merenin gösterdiği değeri bulunuz.
Y
ü
k
ü
z
e
r
i
n
d
e
h
a
r
c
a
n
a
n
o
r
t
a
l
a
m
5:1
a
g
ü
c
ü
n
(
Port
)
d
e
D1
1N4001
ğ
e
r
i
n
i
b
u
l
u
n
u
z
DC V
DC A
Ryük
110Vrms
470 Ohm
Şekil 2.14
23
Çözüm 2.5
110V 5
=
VS
1
VS = 22 V rms olarak bulunur
VS(tepe) = VS rms x 2 = 22V x 1.41 = 31 V
Vout ( tepe) = 31 V – 0.7 V = 30.3 V
Vort =
Vtepe

=
30.3V
= 9.65 V

V
9.65V
I ort = ort =
= 20.5 mA
R L 470
24
Tam Dalga Doğrultma Devreleri
• Tam dalga doğrultma devreleri kendi
aralarında iki kısma ayrılmaktadır. Bunlar
sırası ile
• iki diyotlu tam dalga doğrultma
devreleri ve
• köprü tipi tam dalga doğrultma
devreleridir.
25
İki Diyotlu Tam Dalga Doğrultma
Devreleri
Bu devrelerde dikkat edilecek en önemli husus kullanılacak olan
transformatörün ortak sargılı olmasıdır.
Şekil 2.15
İki diyotlu pozitif tam
dalga doğrultma devresi
26
Önemli Hususlar:
Vout( tepe ) = VS1( tepe ) - 0.7 V = VS2 ( tepe ) - 0.7 V
T
Tout = in …
2
fout = 2x fin
Örneğin bir tam dalga doğrultma devresine giriş periyodu 20 msn olan bir
işaret uygularsak, çıkış işaretinin periyodu yine 10 msn olacaktır. Başka bir
deyişle bir tam dalga doğrultma devresine giriş frekansı 50 Hz olan bir
gerilim uygulanırsa, çıkış işaretinin
VPIV = 2 x Vout( tepe)
iki diyodlu tam dalga doğrultma devrelerinde diyotların düzgün olarak çalışabilmeleri için
VPIV < VBR olmalıdır.
27
Örnek 2.6
Şekil 2.19 da verilen devre için;
(a) Çıkış işaretinin dalga şeklinin osiloskop görüntüsünü çiziniz?
(b) Her bir diyodun ters tepe gerilimini bulunuz?
(c) Devrede kullanılan 1N4002 diyodlarının VBR = 100 V dur. Bu diyodların kullanımında
sizce bir sakınca varmıdır?
50 Hz
Şekil 2.19
28
Çözüm 2.6
(a)
240 V 10
=
1
VST
VS1 = VS2 =
VST =
240
= 24 V rms olarak bulunur.
10
VST
24V
=
= 12V rms
2
2
VS1(tepe) = VS2 (tepe) = 2 x VS1 (rms) = 2 x VS2 (rms) = 2 x 12 V = 17 V değerinde olur.
Vout ( tepe) = VS1 ( tepe) - 0.7 V = VS2 ( tepe ) - 0.7 V = 17V – 0.7 V = 16.3 V
29
(b)
(c)
VPIV = 2 x Vout( tepe) = 2 x 16.3 V = 32.6 V
Dikkat edilecek olunursa 32.6 V < VBR olmasından dolayı, 1N4002 diyodlarının
kullanılmasında hiçbir sakınca yoktur.
30
Köprü Tipi Doğrultma Devreleri
D4
D1
D3
D2
Ryük
31
Önemli Hususlar:
Vout( tepe) = VS ( tepe ) - 1.4 V
köprü tipi tam dalga doğrultma devrelerinde ters tepe gerilimi
VPIV = Vout( tepe)
T
Tout = in …
2
fout = 2x fin
32
Örnek 2.7
Şekil 2.28 de verilen devrenin primer gerilimini dikkate alarak, yük direnci üzerindeki
gerilimin Vout osiloskop görüntüsünü çiziniz?
33
Çözüm 2.7
310V
10
=
ifadesinden,
VS( tepe ) 1
VS( tepe ) =
310
= 31 V olarak bulunur
10
Vout( tepe ) = VS ( tepe ) - 1.4 V = 31 V – 1.4 V = 29.6 V
34
Şekil 2.30 Köprü tipi negatif tam dalga doğrultma devresi
D4
D1
D3
D2
Ryük
35
Yarım dalga doğrultma devresinde olduğu gibi tam dalga
doğrultma devrelerinde de işaretlerin rms değerlerinin yerine
bundan böyle ortalama değerlerinden bahsedeceğiz. Örneğin,
ortalama gerilim (Vort ), ortalama akım (Iort) gibi değerlerden söz
edilecektir. Bir tam dalga gerilim işaretinin ortalama gerilim değeri,
ve ortalama akım değeri aşağıdaki bağıntı ile bulunur.
Vort 
I ort
2xVo ( tepe)

Vort

RL
36
Örnek 2.8
Şekil 2.33 de verilen herbir dalga şeklinin ortalama gerilim değerlerini bulunuz?
Şekil 2.33
Çözüm 2.8
(a) Şekil 2.33 (a) daki işaretin tepe değeri 30 V değerindedir
Vort 
2xVo ( tepe)

2x30V

 19.1V
3.14
(b) Şekil 2.33 (b) deki işaretin tepe değeri - 20 V değerindedir.
Vort 
2xVo ( tepe)

2x (20V)

 12.7V
3.14
37