Diyotun çalışma prensibi, yapısı ve özellikleri
İcat edildiği günden bu yana elektronik devrelerin temel elemanlarından biri olan diyotun ne olduğunu tam olarak anlayabilmemiz için çalışma prensibini detaylı olarak bilmeliyiz. Bir diyot, tüm yarı iletken bileşenlerin en basiti olabilir, ancak elektrik akımının akışının kontrolü dahil olmak üzere birçok kritik işlevi yerine getirir.
Öncelikle diyotun tanımı ile başlayalım.
İçindekiler
Diyot nedir?
Diyot elektrik akımını sadece tek yönde ileten yarı iletken bir devre elemanıdır. Elektrik akımını yalnızca bir yönde iletir ve akımı ters yönden kısıtlar. Basit yapılı iki pinli yarı iletken cihazdan ibaret olmasına rağmen modern elektronik sistemler için hayati önem taşır.
1919’da William Henry Eccles, diyot terimini Yunanca “geçiş” anlamına gelen dia ve “yol” anlamına gelen ode köklerinden türetmiştir.
Diyot, elektriksel devrelerde bir yönde çok düşük direnç göstererek akım geçişine müsaade ederken, diğer yönde ise yüksek direnç gösterir ve akımın akmasına izin vermez.
Diyotun p kutbuna anot, n kutbuna ise katot denir. Diyot sadece anoduna pozitif bir gerilim uygulanması durumunda akım geçişine izin verir.
Eski diyotlar bir cam vakum tüpünün içine yerleştirilmiş metal bir silindirin ortasından geçen kırmızı-sıcak iletkenlerden oluşsa da, modern diyotlar yarı iletken yapılıdır. Uygulama alanları arasında anahtarlar, sinyal modülatörleri, sinyal karıştırıcılar, doğrultucular, sinyal sınırlayıcılar, voltaj düzenleyiciler, osilatörler ve sinyal dönüştürücüleri bulunur.
Diyot nasıl çalışır?
Diyot, p tipi ve n tipi iki yarı iletken malzeme birleştirilerek elde edilir. Bu iki eleman birleştirildiğinde arada bir “tükenme bölgesi” oluşur. Bu bölge bir izolatör görevi görür ve akım geçişine izin vermez. Pozitif taraftan negatif tarafa pozitif bir gerilim uygulandığında bu bölge ortadan kalkar ve akım pozitiften negatif tarafa akar.
Diğer yönde gerilim uygulandığında ise bu bölge genişler ve akıma karşı direncini artırıp akım geçişini engeller.
Görüldüğü gibi diyotun çalışma prensibi oldukça basittir. Diyotlar hakkında şunları mutlaka göz önünde bulundurun:
Diyotların çoğu silikon, germanyum veya selenyum gibi yarı iletken malzemelerden yapılır.
Gerilimin mutlaka doğru yönde uygulanması gereklidir. Diyot pozitiften negatife doğru akım iletir. Diyotun ileri yönde akım geçirmesi için Vf “eşik gerilimi”ne ulaşması gereklidir. Bu sınır silikon cihazlar için yaklaşık 0,6 V, germanyum cihazlar için 0,3 V ve selenyum cihazlar için 1 V’dur. Eşik gerilimi sıcaklığa göre de değişim gösterir. Sıcaklık artıkça eşik gerilim azalır. (Örnek: Germenyum 25 derecede 0,2 V, 60 derecede 0,1 V eşik gerilimine sahiptir)
Diyotların sınırları vardır. Ters yönde uygulanan kapasitesinin üzerindeki akımları sınırlayamazlar ve bir süre sonra bozulup akımı iletirler. Vbr denen bu kırılma bölgesi eşiği aşıldıktan sonra diyot artık delinmiş olur.
Diyotlar tam anlamıyla mükemmel devre elemanları değildir. Ters yönde bir gerilim uygulanırsa çok ufak da olsa “sızıntı akımı” denen akımları diğer tarafa geçirebilirler.
DC kaynağının yanlış bağlanması veya kutuplarının ters çevrilmesi gibi ters bağlantı sorunları olması durumunda koruma için bazı devrelerde engelleme diyotu kullanılır. Yanlış yönde bir akım akışı diğer devre bileşenlerine zarar verebilir.
Garip ama gerçek: Diyot sembolünün oku elektron akış yönünün tersini gösterir.
Diyot karakteristiği
Diyot nerelerde kullanılır?
Diyotlar hem yüksek akımlarda, hem de düşük akımlarda kullanılabildiğinden çok çeşitli uygulama alanlarına sahiptir. Diyotlar son derece kullanışlı bileşenlerdir ve modern teknolojide yaygın olarak kullanılmaktadır.
Diyotun kullanım alanları maddeler halinde şunlardır:
- Elektrik alanda doğrultucu (redresör), detektör, limitör ve anahtar olarak.
- Güç kaynaklarında AC akımları DC’ye dönüştürmek amacıyla.
- Radyo frekans devrelerinde sinyal ayırıcı olarak.
- Lojik (sayısal) devre elemanı olarak.
- Voltaj regülatörlerinde.
- Ters polarite koruması yapmak üzere elektrik ve elektronik cihazlarda.
- Seri bağlı güneş panellerinde bypass amaçlı.
- Endüktif devrelerde gerilim sıçramalarına karşı koruma yapmak amaçlı.
Diyot neden arızalanır?
Üzerinden aşırı akım geçmesi, ortam sıcaklığının aşırı yükselmesi, lehimlemenin ve işçiliğin hatalı olması, uygulanan gerilimin aşırı artması, mekanik zorlamalar ve diyotun kalitesiz / yanlış üretilmiş olması gibi nedenler ile diyotlar arızalanabilir.
Diyot nasıl ölçülür?
Diyotun sağlamlık kontrolü şöyle yapılır:
Diyotun sağlamlığını dijital multimetre ile kontrol edebiliriz. Multimetrenin ölçüm hanesini Ohm moduna getirelim. Multimetrenin kırmızı ucunu diyotun katotuna, siyah ucu da anotuna dokunduralım. (Çoğu diyotta anot siyah, katot gümüş renklidir) Ekranda 0.5-0.8 aralığında bir değer görüyorsanız bir problem yoktur. Multimetre problarının yerini değiştirip bu kez tam ters uçlara dokunduralım. Şimdi de ölçü aletinde OL hatası almalısınız çünkü bu durumda diyot iletmemelidir. Eğer bir değer okursanız diyot delinmiş demektir.
Diyotların tarihi
Diyotların geliştirilmesi uzun bir süreç almıştır. Eski tarihlerde birkaç mucit diyotun icadına çok yaklaşmış; ancak yarı iletken malzemelerin tam olarak nasıl çalıştığını anlayamadıklarından diyodun bir devre elemanı olarak kullanılması uzun zaman almıştır. İşte diyorun tarihçesinden ilginç başlıklar:
Ferdinan Braun adlı bir Alman bilim insanı 1874’te kurşun sülfür ve metal telle deney yaparken akımın yalnızca bir yönde aktığını fark etmiştir.
Thomas Edison’un ekibi 1883’te ampulü icat ederken tesadüfen akımın tek yönlü aktığını fark etmişlerdir. Olaya Edison etkisi adı verilmiştir.
1886’da CE Fitts adlı bir mucit selenium kullanarak akımın yalnızda bir yönde akmasına izin veren bir doğrultucu yapmıştır.
John Ambrose Fleming (Marconi Company’nin bilimsel danışmanı ve eski Edison çalışanı), Edison etkisinin hassas bir radyo dedektörü olarak kullanılabileceğini fark etmiştir. Fleming, 16 Kasım 1904’te İngiltere’deki ilk gerçek termiyonik diyotun patentini almıştır. (Bunu Kasım 1905’te ABD Patenti 803.684 takip etmiştir)
1938’de Walter Schottky, Shottky diyotu için bir konsept geliştirmiştir.
1940 yılında Bell Labaratuarında çalışan Russel Ohl, diyotların ışığa maruz kaldığında elektrik üretebildiğini keşfetmiştir.
LED’leri için ilk patent, 1961’de Texas Instrument çalışanları James Biard ve Gary Pittman’a verilmiştir.
