Kristal Diyot
Nokta temaslı diyot elektronik alanında ilk kullanılan diyottur.1900-1940 tarihleri arasında özellikle radyo alanında kullanılan galenli ve pritli detektörler kristal diyotların ilk örnekleridir. Galenveya prit kristali üzerinde gezdirilen ince fosfor-bronz tel ile değişik istasyonlar bulunabiliyordu. Günlük hayatta bunlara, kristal detektör veya diğer adıyla kristal diyot denmiştir.nokta temaslı germanyum veya silikon diyotlar geliştirilmiştir.
Germanyum veya silikon nokta temaslı diyodun esası; 0.5 mm çapında ve0.2 mm kalınlığındaki N tipi kristal parçacığı ile "fosfor-bronz" veya"berilyum bakır" bir telin temasını sağlamaktan ibarettir.
Bu tür diyotta, N tipi kristale noktasal olarak büyük bir pozitifgerilim uygulanır. Pozitif gerilim temas noktasındaki bir kısım kovalanbağı kırarak elektronları alır. Böylece, çok küçük çapta bir P tipikristal ve dolayısıyla da PN diyot oluşur. Bu oluşum aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Bugün nokta temaslı diyotların yerini her ne kadar jonksiyon diyotlaralmış ise de, yinede elektrotları arasındaki kapasitenin çok küçükolması nedeniyle yüksek frekanslı devrelerde kullanılma alanlarıbulunmaktadır. Ters yön dayanma gerilimleri düşük olup dikkatlikullanılması gerekir.
Böyle bir diyodun elektrotlar arası kapasitesi 1 pF 'ın altına kadardüşmektedir. Dolayısıyla yüksek frekanslar için diğer diyotlara göredaha uygun olmaktadır.
Nokta temaslı diyotların kullanım alanları
Nokta temaslı silikon diyotlar en çok mikro dalga karıştırıcısında,televizyon, video dedeksiyonunda, germanyum diyotlar ise radyofrekansölçü aletlerinde (voltmetre, dalgametre, rediktör vs...) kullanılır.
Zener diyot
Zener diyot jonksiyon diyodun özel bir tipidir.
Zener Diyodunun Özellikleri:
- Doğru polarmalı halde normal bir diyot gibi çalışır.
- Ters polarmalı halde, belirli bir gerilimden sonra iletime geçer.
- Bu gerilime zener dizi gerilimi, veya daha kısa olarak zener gerilimi denir.
- Ters gerilim kalkınca, zener diyotta normal haline döner.
- Devrelerde, ters yönde çalışacak şekilde kullanılır.
- Bir zener diyot zener gerilimi ile anılır.
- Örn: “30V ‘luk zener” denildiğinde, 30V ‘luk ters gerilimde çalışmaya başlayan zener diyot demektir.(Şekil 3.14).
- Silikon yapılıdır.
Zener diyot, ters yön çalışması sırasında oluşacak olan aşırı akımdan dolayı bozulabilir. Bu durumu önlemek için devresine daima seri bir koruyucu direnç bağlanır.
Tünel diyot
Tünel diyotlar, özellikle mikro dalga alanında yükselteç ve osilatör olarak yararlanılmak üzere üretilmektedir. Tünel diyoda, esaslarını 1958 ‘de ilk ortaya koyan Japon Dr. Lee Esaki ‘nin adından esinlenerek “Esaki Diyodu” dan denmektedir.
Yapısı:
P-N birleşme yüzeyi çok ince olup, küçük gerilim uygulamalarında bile çok hızlı ve yoğun bir elektron geçişi sağlanmaktadır. Bu nedenledir ki Tünel Diyot, 10.000 MHz ‘e kadar ki çok yüksek frekans devrelerinde en çok yükselteç ve osilatör elemanı olarak kullanılır.
Işık yayan diyot (LED)
Işık yayan diyotlar, doğru yönde gerilim uygulandığı zaman ışıyan, diğer bir deyimle elektriksel enerjiyi ışık enerjisi haline dönüştüren özel katkı maddeli PN diyotlardır.
Bu diyotlara, aşağıda yazılmış olduğu gibi, İngilizce adındaki kelimelerin ilk harfleri bir araya getirilerek LED (Light Emitting Diode; Işık yayan diyot) veya SSL (Solid State Lamps; Katı hal lambası) denir.
Özellikleri
- Çalışma gerilimi 1,5 - 2,5 V arasındadır. (Kataloğunda belirtilmiştir.)
- Çalışma akımı 10 - 20 mA arasındadır. (Kataloğunda belirtilmiştir.)
- Uzun ömürlüdür. (ortalama 100.000 - 200.000 saat)
- Darbeye ve titreşime karşı dayanıklıdır.
- Kullanılacağı yere göre çubuk şeklinde veya dairesel yapılabilir.
- Çalışma zamanı çok kısadır. (nanosaniye)
- Diğer diyotlara göre doğru yöndeki direnci çok daha küçüktür.
- Işık yayan diyotların gövdeleri tamamen plastikten yapıldığı gibi, ışık çıkan kısmı optik mercek, diğer kısımları metal olarak da yapılır.
Bir LED 'in üretimi sırasında kullanılan değişik katkı maddesine göre verdiği ışığın rengi değişmektedir.
Katkı maddesinin cinsine göre şu ışıklar oluşur:
- GaAs (Galliyum Arsenid): Kırmızı ötesi (görülmeyen ışık)
- GaAsP (Galliyum Arsenid Fosfat): Kırmızıdan - yeşile kadar (görülür)
- GaP (Galliyum Fosfat): Kırmızı (görülür)
- GaP (Nitrojenli): Yeşil ve sarı (görülür)
Diyot kristali, iki parçalı yapıldığında uygulanacak gerilimin büyüklüğüne göre kırmızı, yeşil veya sarı renklerden birini vermektedir.
Işık yayan diyot ısındıkça, ışık yayma özelliği azalmaktadır. Bu hal etkinlik eğrisi olarak gösterilmiştir. Bazı hallerde fazla ısınmayı önlemek için bir soğutucu üzerine monte edilir.
Ayrıca LED'in aşırı ısınmasına yol açmamak için kataloğunda belirtilen akımı aşmamak gerekir. Bunun için gösterilmiş olduğu gibi devresine seri olarak bir R direnci konur. Bu direncin büyüklüğü LED'in dayanma gerilimi ile besleme kaynağı gerilimine göre hesaplanır.
Kirchoff kanununa göre: 9=I*R+2 'dir. I=0,05 A olup
R=9-2/0,05 = 7/0,05 = 140 Ohm olarak bulunur.
140 Ohm'luk standart direnç olmadığından en yakın standart üst direnci olan 150 Ohm'luk direnç kullanılır.
Foto Diyot
Foto diyot ışık enerjisiyle iletime geçen diyottur. Foto diyotlara polarma geriliminin uygulanışı normal diyotlara göre ters yöndedir. Yani anoduna negatif (-), katoduna pozitif (+) gerilim uygulanır.
Başlıca foto diyotlar şöyle sıralanır:
- Germanyum foto diyot
- Simetrik foto diyot
- Schockley (4D) foto diyodu
Ayarlanabilir Kapasiteli Diyot (Varaktör – Varikap)
Bir P-N jonksiyon diyoda ters yönde gerilim uygulandığında, temas yüzeyinin iki tarafında bir boşluk (nötr bölge) oluştuğu ve aynen bir kondansatör gibi etki gösterdiği, kondansatörler bölümünde de açıklanmıştı.
Varaktör diyotta da P ve N bölgeleri aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi kondansatörün plakası görevi yapmaktadır.
C = εA/d = ε*Plaka Yüzeyi / Plakalar Arası Açıklık kuralına göre:
Küçük ters gerilimlerde “d” boşluk bölgesi dar olduğundan varaktör kapasitesi (“C”) büyük olur.
Gerilim arttırıldıkça d boşluk bölgesi genişleyeceğinden, “C” de küçülmektedir.
Varaktör değişken kondansatör yerine kullanılabilmekte ve onlara göre hem ucuz olmakta, hem de çok daha az yer kaplamaktadır.
Kaçak akımının çok küçük olması nedeniyle varaktör olarak kullanılmaya en uygun diyotlar silikon diyotlardır.
Mikrodalga Diyotları
Mikrodalga frekansları; uzay haberleşmesi, kıtalar arası televizyon yayını, radar, tıp, endüstri gibi çok geniş kullanım alanları vardır. Giga Hertz (GHz) mertebesindeki frekanslardır.
Mikro dalga diyotlarının ortak özelliği, çok yüksek frekanslarda dahi, yani devre akımının çok hızlı yön değiştirmesi durumunda da bir yönde küçük direnç gösterecek hıza sahip olmasıdır.
Mikrodalga bölgelerinde kullanılabilen başlıca diyotlar şunlardır:
– Gunn (Gan) diyotları
– Impatt (Avalanş) diyotları
– Baritt (Schottky)(Şotki) diyotları
– Ani toparlanmalı diyotlar
– P-I-N diyotları
Gunn Diyotları
İlk defa 1963 ‘te J.B. Gunn tarafından yapıldığı için bu ad verilmiştir. Gunn diyodu bir osilatör elemanı olarak kullanılmaktadır.
Yapısı, N tipi Galliyum arsenid (GaAs) veya İndiyum fosfat (InP) ‘den yapılacak ince çubukların kısa kısa kesilmesiyle elde edilir.
Gunn diyoda gerilim uygulandığında, gerilimin belirli bir değerinden sonra diyot belirli bir zaman için akım geçirip belirli bir zamanda kesimde kalmaktadır. Böylece bir osilasyon oluşmaktadır.
Örnek: 10µm boyundaki bir gunn diyodunun osilasyon periyodu yaklaşık 0,1 nanosaniye tutar. Yani osilasyon frekansı 10GHz ‘dir.
Impatt (Avalans) Diyot
Impatt veya avalanş (çığ) diyotlar Gunn diyotlara göre daha güçlüdürler ve çalışma gerilimi daha büyüktür. Mikrodalga sistemlerinin osilatör ve güç katlarında yararlanılır.
1958 ‘de Read (Rid) tarafından geliştirilmiştir.Bu nedenle Read diyodu da denir. Şekil 3.33 ‘te görüldüğü gibi P+ – N – I – N+ veya N+ – P – I – P+ yapıya sahiptir. Ters polarmalı olarak çalışır.
Yapımında ana elemanlar olarak Slikon ve Galliyum arsenid (GaAs) kullanılır. Diyot içerisindeki P+ ve N+ tipi kristaller, içerisindeki katkı maddeleri normal haldekinden çok daha fazla olan P,N kristalleridir.
“I” tabakası ise iyonlaşmanın olmadığı bir bölgedir. Taşıyıcılar buradan sürüklenerek geçer ve etrafına enerji verirler.
Baritt (Schottky) Diyot
Baritt Diyotlar ‘da nokta temaslı diyotlar gibi metal ve yarı iletken kristalinin birleştirilmesi ile elde edilmektedir. Ancak bunlar jonksiyon diyot tipindedir. Değme düzeyi (jonksiyon) direnci çok küçük olduğundan doğru yön beslemesinde 0.25V ‘ta dahi kolaylıkla ve hızla iletim sağlamaktadır.Ters yöne doğru akan azınlık taşıyıcıları çok az olduğundan ters yön akımı küçüktür. Bu nedenle de gürültü seviyeleri düşük ve verimleri yüksektir.
Farklı iki ayrı gruptaki elemandan oluşması nedeniyle baritt diyotların dirençleri (lineer) değildir. Dirençlerin düzgün olmaması nedeniyle daha çok mikrodalga alıcılarında karıştırıcı olarak kullanılır. Ayrıca, modülatör, demodülatör, detektör olarak ta yararlanılır.
Ani Toplamalı Diyot
Ani toparlanmalı (Step-Recovery) diyotlar varaktör diyotların daha da geliştirilmişlerdir. Varaktör diyotlar ile frekansların iki ve üç kat büyütülmeleri mümkün olabildiği halde, ani toparlanmalı diyotlar ile 4 ve daha fazla katları elde edilebilmektedir.
Pin Diyot
P-I-N diyotları P+-I-N+ yapıya sahip diyotlardır. P+ ve N+ bölgelerinin katkı maddesi oranları yüksek ve I bölgesi büyük dirençlidir.
Alçak frekanslarda diyot bir P-N doğrultucu gibi çalışır. Frekans yükseldikçe I bölgesi de etkinliğini gösterir. Yüksek frekanslarda I bölgesinin doğru yöndeki direnci küçük ters yöndeki direnci ise büyüktür.
Diyodun direnci uygulama yerine göre iki limit arasında sürekli olarak veya kademeli olarak değiştirilebilmektedir.
P-I-N diyotlar değişken dirençli eleman olarak, mikrodalga devrelerinde, zayıflatıcı, faz kaydırıcı, modülatör, anahtar, limitör gibi çeşitli amaçlar için kullanılmaktadır.
Büyük Güçlü Diyotlar
2W ‘ın üzerindeki diyotlar Büyük Güçlü Diyotlar olarak tanımlanır.
Bu tür diyotlar, büyük değerli DC akıma ihtiyaç duyulan galvano-plasti, ark kaynakları gibi devrelere ait doğrultucularda kullanılmaktadır.
