Temel elektronik serisi yazılarımızda bu sefer diyotu öğreneceğiz.

Diyot Nedir? Ne İşe Yarar?

Diyot, elektrik akımının yalnızca bir yönde geçişine izin veren, yarı iletken maddelerden yapılmış iki uçlu bir devre elemanıdır. Devrelerde aşağıdaki diyot sembolü ile gösterilir:

diyot sembol
Diyotun devre sembolü

Diyotun anot ve katot olmak üzere iki bacağı bulunur. Diyotlar, akımı üzerlerinden yalnızca anottan katoda doğru iletirler. Su ile benzerliğinden örnek vermek gerekirse diyotlar, bir boru üzerindeki çef valf gibi davranırlar.

çek valf ve diyot analoji
Diyotları elektrik akımı için çek valfler olarak düşünebiliriz.

Diyotun Tarihçesi (*)

Termiyonik diyotlar (vakum tüpleri ya da lambalar olarak da bilinirler) ile katı hal (yarı-iletken diyotlar) diyotlar, ayrı olarak 1900’lü yılların başında geliştirilmeye başlanmıştır. Bu devre elemanları, ilk etapta radyo dedektörleri olarak kullanılmaktaydı. Bu radyolar ise bugün bildiğimiz anlamdaki radyolardan farklı olarak ses iletimi yerine, modüle edilmiş bir dalgadan Mors kodu gibi palslerin algılanması için kullanılmaktaydı. Bu palslerin varlığı ve yokluğu ile aralarındaki uzunluk sayesinde bir operatör, Mors kodu ile oluşturulmuş bir mesajı metne dökebiliyordu. Bu palslerin algılanmasında ise, doğrusal olmayan gerilim-akım karakteristikleri sebebiyle diyotlar kullanılmaktaydı.

radyo dedektörü
Radyo dedektörü.

1873 yılında Frederick Guthrie, termiyonik diyotun temel prensibini pozitif yüklü bir elektroskobun yakınına topraklanmış bir sıcak metalin yaklaştırıldığında, pozitif yükün dokunmadan deşarj olabilmesini gözlemlemesi sayesinde keşfetmiştir. Aynı işlem elektroskop negatif yüklendiğinde gerçekleşmemiştir, bu da akımın yalnızca tek bir yönde aktığını gösterir. 1880 yılında Thomas Edison aynı prensibi bağımsız olarak ampulleri ile ilgili yapmış olduğu deneyler esnasında tekrardan keşfetmiştir. Yaklaşık 20 yıl kadar sonra ise John Ambrose Fleming, Edison’un keşfetmiş olduğu ve Edison Etkisi veya termiyonik emisyon adı verilen fenomenin hassas bir radyo dedektörü olarak kullanabileceğini keşfetmiş ve Fleming Tüpü adı verilen ilk termiyonik diyodu Britanya’da 16 Kasım 1904 tarihinde patentlemiştir.

Fleming tüpü
1904 Ekim’de üretilen ilk Fleming Tüpü prototipleri (kaynak: https://en.wikipedia.org/wiki/Fleming_valve#/media/File:Fleming_valves.jpg)

1874 yılında Alman bilimadamı Karl Ferdinand Braun, kristallerin tek yönlü iletimini keşfetmiş ve 1899 yılında patentlemiştir. Bakır oksit ve selenyum doğrultucular ise güç uygulamaları için 1930’lu yıllarda geliştirilmiştir.

Diyot ismi, Yunanca iki anlamına gelen “di” sözcüğü ve yol anlamına gelen “ode” kelimelerinin birleşmesinden gelmektedir.

Diyotun Yapısı, Özellikleri ve Karakteristiği

Diyotlar p-tipi ve n-tipi olmak üzere iki farklı yarı-iletken malzemenin birleştirilmesi ile elde edilir. Transistör yazımızda da bahsetmiş olduğumuz üzere yarı-iletken maddeler normal durumda elektrik akımını iletmezler. P-tipi ve n-tipi yarı-iletken malzeme elde edilmesi için silisyum veya germanyum gibi yarı-iletken malzemeler, doping ismi verilen bir işlemden geçirilir. Böylece p-tipi maddelerde pozitif yüklü “delik”ler, n-tipi maddelerde ise negatif yüklü elektronlar daha fazla sayıda bulunmuş olur. Bu iki maddeyi bir araya getirdiğimizde aşağıdaki gibi bir yapı ortaya çıkar:

diyot-yariiletken
Diyot, P ve N tipi yarı-iletkenlerin birleşimiyle oluşur.

Görselde de görebileceğimiz üzere anot ucuna pozitif gerilim uygulanıp katot ucuna negatif gerilim uygulandığında (bu duruma ileri kutuplama denmektedir), p-tipi yarı-iletken malzemede bulunan pozitif yükler n-tipi yarı-iletkenin negatif yüklerine doğru hareket edebilecek, bu sayede diyot üzerinden elektrik akımının geçişi mümkün olacaktır. Gerilimleri tam tersi duruma çevirmemiz durumunda ise (ters kutuplama) herhangi bir yük hareketi olmayacağından diyot üzerinden elektrik akımı geçmeyecektir.

Diyot Karakteristiği:

Bir elektronik devre elemanının davranışını, yani karakteristiğini akım-gerilim grafiğine bakarak anlamamız mümkündür.

diyot karakteristik grafiği
Diyotun karakteristiğini gösteren akım-gerilim grafiği

Bu grafiği okuduğumuzda bize şu temel bilgileri veriyor:

  • Diyotun ileri kutuplama bölgesinde çalışırken akım geçirmesi için Vf ile belirtilen eşik gerilimine ulaşması gereklidir. Genellikle bu değer silikon diyotlarda 0.7V, germanyum diyotlarda ise 0.3V civarındadır.
  • Diyot ters kutuplama bölgesinde Vbr ile belirtilen maksimum ters gerilimine kadar akım geçirmez. Bu değer aşıldığında ise diyot artık kırılma bölgesindedir, yani diyot üzerinden ters yönde de akım geçişi olur. Örnek verecek olursak, 1N4001 diyot için bu değer 50V’tur.

Farklı karakteristik özellikleri sayesinde elektrik ve elektronik devrelerde farklı amaçlarda kullanılan diyotlar mevcuttur. Örneğin zener diyotlar kırılma bölgesinde çalışması düşünülerek tasarlanmış diyotlardır.

Diyotun Kullanım Alanları:

  • Doğrultucular

Diyotların kullanımına örnek olarak verebileceğimiz ilk devre tipi doğrultuculardır. Doğrultucu (İng. rectifier), AC gerilimi DC gerilime dönüştürmede kullanılan devrenin ismidir.

Yarım Dalga Doğrultucu:

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:

yarım dalga doğrultucu
Tek diyottan oluşan yarım-dalga doğrultucu devresi.

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:

yarım dalga doğrultucu çıkış
Yarım-dalga doğrultucu çıkışı.

Köprü Diyot (Tam Dalga Doğrultucu, Full-Bridge Rectifier) Nedir?

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
Dört adet diyottan oluşan köprü doğrultucu devresi.

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.

köprü doğrultucu çıkış
Köprü doğrultucu çıkışı.

Diyotlar yalnızca güç devrelerinde AC’den DC’ye çevrimde kullanılmazlar. Farklı amaçlar için üretilmiş farklı tipte diyotlar mevcuttur. Bunlardan bazıları LED, zener diyot ve schottky (şotki) diyottur.

Işık Saçan Diyot (LED) Nedir?

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. Devre sembolleri aşağıdaki gibidir:

LED devre sembolü

 

Zener Diyot Nedir?

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. Devre sembolleri aşağıdaki gibidir:

Zener diyot devre sembolü
Schottky Diyot Nedir?

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.

Schottky diyot devre sembolü
Lazer Diyot Nedir?

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 Nedir?

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.

fotodiyot
Farklı boy ve çeşitlerde fotodiyotlar.

Diğer Diyot Çeşitleri:

  • LED Diyot
  • Zener Diyot
  • Schottky (Şotki) Diyot
  • Lazer Diyot
  • Kristal Diyot
  • Tünel Diyot
  • Foto Diyot
  • Varaktör Diyot
  • Mikrodalga Diyot
  • Gunn Diyot
  • IMPATT Diyot
  • Pin Diyot
  • Köprü Diyot
  • Silikon Diyot (örn. 1N4001 ve 1N4007)
  • Germanyum Diyot
  • Vidalı Diyot
  • Tekli Diyot
  • Boncuk Diyot
  • Dual Diyot

Diyotlar, doğrultucu haricinde gerilim regülatörü, ters polarite koruması, lojik devre kapıları olarak, seri bağlı güneş panellerinde baypas amaçlı ve indüktif devrelerde gerilim sıçramalarına karşı koruma amaçlı olarak kullanılırlar.

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here