Transistör nedir?

Eklem Transistör yarı iletken malzemeden yapılmış elektronik devre elemanıdır. Her ne kadar diyodun yapısına benzesede çalışması ve fonksiyonları diyottan çok farklıdır.
Transistör iki eklemli üç bölgeli bir devre elemanı olup iki ana çeşittir.

 NPN
 PNP





Transistör aşağıda belirtildiği gibi değişik şekillerde tanımlanır:

1) Transistörün kolay anlaşılması bakımından tanımı; Transistörün bir sandöviçe benzetilmesidir, yarı iletken sandöviçi.
2) İkinci bir tanımıda şöyle yapılmaktadır; Transistör, iki elektrodu arasındaki direnci, üçüncü elektroda uygulanan gerilim ile değişen bir devre
elemanıdır.
3) Transistörün en çok kullanılan tanımı ise şöyledir; Transistör yan yana birleştirilmiş iki PN diyodundan oluşan bir devre elemanıdır. Birleşme sırasına göre NPN veya PNP tipi transistör oluşur.

Transistörün başlıca çeşitleri şunlardır:

 Yüzey birleşmeli (Jonksiyon) transistör
 Nokta temaslı transistör
 Unijonksiyon transistör
 Alan etkili transistör
 Foto transistör
 Tetrot (dört uçlu) transistör
 Koaksiyal transistör

Transistörün kullanım alanları:

Transistör yapısal bakımdan, yükselteç olarak çalışma özelliğine sahip bir devre elemanıdır. Elektroniğin her alanında kullanılmaktadır.








a) NPN ve PNP transistörlerin yapısal gösterilimi,
b) Transistör sembolleri




NPN VE PNP TİPİ TRANSİSTÖRLERİN YAPISI

Yukarıda belirtilen değişik işlevli bütün transistörlerin esası YÜZEY BİRLEŞMELİ
TRANSİSTÖR 'dür.

Bu nedenle, yüzey birleşmeli transistörlerin incelenmesi, transistörlerin yapısı, karakteristikleri ve çalışma prensipleri hakkındaki gerekli bilgileri verecektir.

Trasistörler, temel yapısı bakımından aşağıda gösterilmiş oduğu gibi; iki gruba ayrılır:





Yine her iki tip transistörün de N-P-N ve P-N-P bölgeleri şöyle adlandırılır:

1) EMETÖR; "E" ile gösterilir.2) BAZ; "B" ile gösterilir.
3) KOLLEKTÖR; "C" ile gösterilir.

Bölgeler şu özelliklere sahiptir:

Emetör bölgesi (Yayıcı): Akım taşıyıcıların harekete başladığı bölge.
Baz bölgesi (Taban): Transistörün çalışmasını etkileyen bölge.
Kollektör bölgesi (Toplayıcı): Akım taşıyıcıların toplandığı bölge.

Bu bölgelere irtibatlandırılan bağlantı iletkenleri de, elektrot, ayak veya bağlantı ucu
olarak tanımlanır.

Transistör yapısında baz kalınlığının önemi:

Akım taşıyıcılarının BAZ bölgesini kolayca geçebilmesi için, baz 'ın mümkün olduğunca ince yapılması gerekir.

NPN VE PNP TİPİ TRANSİSTÖRLERİN POLARILMASI VE ÇALIŞMASI

TRANSİSTÖRDE POLARLAMA NEDİR?


Transistörün asıl görevi, değişik frekanslardaki AC işaretleri yükseltmektir.

Transistörün bu görevi yerine getirebilmesi için, önce Emiter, Beyz ve Collectorün DC
gerilim ile beslenmesi gerekir. Uygulanan bu DC gerilime POLARMA GERİLİMİ denir.

Transistörün polarılması:

Transistörün çalışmasını sağlayacak şekilde, Emiter, Beyz ve Collectotünün belirli değerdeki ve işaretteki (±), DC gerilim ile beslenmesine transistörün polarılması
(kutuplandırılması) denir.



NPN TİPİ TRANSİSTÖRÜN POLARILMASI

NPN transistör şu iki diyodun yan yana gelmesi şeklinde düşünülür:

 "NP" Emiter - Beyz diyodu
 "PN" Beyz - Collector diyodu

Bir NPN transistörü çalıştırabilmek için, Şekil 4.2 'de görüldüğü gibi, uygulanan
polarma gerilimi iki şekilde tanımlanabilir:

1- Diyot bölümlerine göre tanımlama;

 Emiter - Beyz diyodu, doğru polarılır.
 Baz - Collector diyodu ise, ters polarılır.

2- Polarma geriliminin, Emiter, Beyz ve Collectorün kristal yapısına uygulandığına göre;

 Emiter ve Beyz 'e kristal yapısına uygun polarma gerilimi uygulanır.
 Collectore ise, kristal yapısının tersi polarma gerilimi uygulanır.

NPN tipi transistörde uygulanan polarma gerilim:

 Emiter N tipi kristaldir : Kristal yapıya uygun, negatif (-) gerilim.
 Beyz P tipi kristaldir : Kristal yapıya uygun, pozitif (+) gerilim.
 Collector N tipi kristaldir : Kristal yapıya ters, pozitif (+) gerilim.

NOT
1. Şekil 4.2 'de görüldüğü gibi, beyz 'in polarma gerilimi ile ilgili tipik bir durum var.
Beyz 'e VEB kaynağının pozitif kutbu, VCB kaynağının ise, negatif kutbu bağlanmıştır. Bu durumda beyz polarma gerilimi ne olacaktır?

Yukarıda belirtildği gibi, Emiter-Beyz diyodu iletimde, olduğu için, VEB kaynağının pozitif kutbu etken olacaktır. Yani Beyz 'in polarma gerilimi, pozitiftir. PNP transistör için de benzer şekilde düşünülür.

2. Transistörün gerek polarma konusu, gerekse de çalışma prensibi açıklanırken, anlatım kolaylığı bakımından iki DC besleme kaynağı kullanılmaktadır.

Uygulamada ise, tek besleme kaynağı kullanılmaktadır.

NPN TRANSİSTÖRÜN ÇALIŞMASI

Yukarıda tanımlanmış olduğu gibi polarma gerilimi uygulanmış olan bir NPN
transistörde aşağıdaki gelişmeler olur.




1. N BÖLGESİNDEKİ GELİŞMELER

Emiter ve collectorü oluşturan N bölgesindeki, çoğunluk taşıyıcılar, elektronlar
şu şekilde etkilenir;

 VCB besleme kaynağının pozitif kutbunun çekme kuvveti etkisinde kalan, gerek emiter, gerekse de collector bölgesi elektronları VCB kaynağına doğru akar. Bu akış IC collector akımını yaratır.
 Aynı anda VEB kaynağının negatif kutbundan ayrılan elektronlar da emitere geçer.Bu geçiş IE emiter akımını yaratır.
 P bölgesinden geçemekte olan elektronlardan bir miktarıda VEB besleme kaynağının pozitif kutbunun çekme kuvveti etkisiyle VEB 'ye doğru akar. Bu akış IB beyz akımını yaratır.
 Son olarkada VCB 'nin negatif kutbundaki elektronlar, VEB 'nin pozitif kutbuna geçiş yaparak akım yolunu tamamlar. Böylece devrede bir akım doğar.

2. P BÖLGESİNDEKİ GELİŞMELER

NPN transistörde beyz P tipi kristaldir.

P tipi kristaldeki "+" yükler (oyuklar) şu şekilde aktif rol oynamaktadır:

 P tipi kristaldeki katkı maddesi atomlarının dış yörüngesinde üç elektron var. Bir elektronu katkı maddesi atomlarına veren Ge ve Si atomları, pozitif elektrik yükü
(oyuk) haline gelir ve bunlar çoğunluktadır.
 Şekil 4.3 'te görüldüğü gibi VEB besleme kaynağının pozitif (+) kutbunun itme kuvveti etkisi ve negatif kutbunun da çekme kuvveti etkisiyle, beyzden emitere doğru bir pozitif elektrik yükü (oyuk) hareketi başlar. Diğer bir ifadeyle, emiterden beyz 'e doğru elektron hareketi başlar.
 Yine collectorde. Azınlık taşıyıcılar durumunda olan çok az sayıdaki "+" yükler
(oyuklar), VCB kaynağının pozitif kutbunun itme kuvveti ve negatif kutbunun çekme kuvveti etkisiyle beyz elektroduna doğru hareket eder. Böylece çok küçük bir,akım doğar. Bu akım, beyz collector diyodunun ters yön (kaçak) akımı olup ihmal edilebilecek kadar küçüktür.

ÖZETLE:


Yukarıda açıklanan hususların sonucu olarak, Şekil 4.4 'te özelliği olan elektrik yükleri
gösterilmek suretiyle özet bir görüntü verilmiştir.

1. Şekilde büyük ok ile gösterilmiş olduğu gibi, emiter ve collector bölgesindeki elektronların büyük bölümü collector elektroduna doğru ve küçük bir bölümü de yalnızca emiterden beyz elektroduna doğru akmaktadır. Elektron akışı dış devrede de devam eder. Bu akış IE, IB ve IC akımlarını yaratır.

IE=IB+IC 'dir.



Bu bağıntı her çeşit devre kuruluşunda ve her transistör için geçerlidir. Ancak IB akımı IC akımı yanında çok küçük kaldığından (IB=0.02 IC), pratik hesaplamalarda IB ihmal edilir.



IE = IC olarak alınır.

2. Katkı maddelerine ait, "+" ve "-" iyonların bir etkinliği olmadığından daire içerisine alınmıştır


3. Serbest elektronların çok hızlı hareket etmesi nedeniyle NPN transistördeki
akım iletimide hızlı olmaktadır. Bu nedenle NPN transistörler yüksek frekanslarda çalışmaya daha uygundur.

4. Ayrıca, Şekil 4.4 'te, bir NPN transistörün, ters yönde bağlı iki NP ve PN diyot şeklinde düşünülebileceği de gösterilmiştir. Böylece, ters bağlı iki diyot devresinden akımın nasıl aktığıda kendiliğinden açıklanmış olmaktadır.

Şekil 4.4 - NPN transistörde akım iletimini sağlayan elektronların akış yönleri ve transistörün ters bağlı iki diyot halindeki görüntüsü.




PNP TİPİ TRANSİSTÖRÜN POLARILMASI

PNP transistörün, NPN transistöre göre, yapımında olduğu gibi, polarma geriliminde
de terslik vardır. Şekil 4.5 'te bir PNP transistöre polarma geriliminin uygulanışı
gösterilmiştir.

Şekilden de anlaşıldığı gibi, PNP transistörde de, NPN 'de olduğu gibi polarma geriliminin yönleri iki şekilde tanımlanır:

1 - Diyot bölümlerine göre tanımlama

 Emiter - Beyz diyodu, doğru polarılır.
 Collector - Beyz diyodu, ters polarılır.

2 - Polarma geriliminin kristal yapıya uygunluğuna göre tanımlama:

 Emiter P tipi kristaldir: Kristal yapısına uygun, pozitif (+) gerilim uygulanır.
 Beyz N tipi kristaldir: Kristal yapısına uygun, negatif (-) gerilim uygulanır.
 Collector P tipi kristaldir: Kristal yapısına ters, negatif (-) gerilim uygulanır. Polarma durumuna göre devreden akan akımların yönü Daima IE=IB+IC 'dir.

PNP TRANSİSTÖRÜN ÇALIŞMASI

PNP transistörde, NPN transistördeki elektron yerine, pozitif elektrik yükleri
(oyuklar), ve pozitif elektrik yükleri yerine de elektronlar geçmektedir.

PNP transistördeki akım iletimi pozitif elektrik yükleri ile açıklanmaktadır.

PNP transistörün çalışması şu şekilde olmaktadır:

 VEB besleme kaynağının pozitif kutbunun itme, negatif kutbunun çekme kuvveti etkisiyle, emiterdeki pozitif elektrik yükleri (oyuklar) atomdan atoma yer değiştirerek bayze doğru akar.

 Bu hareketlenme sırasında pozitif elektrik yükleri (oyuklar) collectore bağlı VCB besleme kaynağının negatif kutbunun çekme kuvveti etkisi altında kalır. VCB gerilimi VEB 'ye göre daima daha büyük seçildiğinden; pozitif elektrik yüklerinin (oyukların) %98 - %99 gibi büyük bir bölümü collector elektroduna doğru, %1 - %2 gibi küçük bir bölümü de beyz elektroduna doğru akım iletimi sağlar.

Bu arada, bir miktar pozitif elektrik yükü de, beyzdeki serbest elektronlar ile birleşerek
nötr hale gelir.

 Aynı zamanda collector bölgesindeki azınlık taşıyıcılar durumunda bulunan az sayıdaki elektronlar da VCB 'nin etkisiyle beyz elektroduna doğru hareket eder. Bu hareket, ters yön (kaçak) akımını yaratır.

Dış devredeki gelişmeler:

Şekilde gösterildiği gibi, emiterden VEB besleme kaynağının "+" kutbuna ve oradan
da beyz'e ve VCB besleme kaynağının üzerinden collectore, elektron akışı başlar.

Kağıt üzerinde gösterilen akım yönü de, yine şekildeki gibi, besleme kaynağının "+"
kutbundan "-" kutbuna doğru olmaktadır.

ÖZETLE:


Bir PNP transistördeki akım iletimi, pozitif elektrik yükleri (oyuklar) ile
sağlanmaktadır.

AKIM VE GERİLİM YÖNLERİ

AKIM YÖNLERİ:


NPN Transistörde akım yönleri:


a) Emiterde; Transistörden dış devreye doğru, yani emiterdeki ok yönündedir.
b) Beyz ve Collectorde; Dış devreden transistöre doğrudur.

PNP Transistörde akım yönleri:


a) Emiterde; Dış devreden transistöre doğrudur, yani okun gösterdiği yöndedir.
b) Beyz ve Collectorde; Transistörden dış devreye doğrudur.

GERİLİM YÖNLERİ:


Burada gerilim yönünden amaç, polarma geriliminin "+" veya "-" oluşudur.

NPN Transistörde gerilim yönleri:


a) Emitere: Negatif (-) gerilim uygulanır.
b) Beyze: Pozitif (+) gerilim uygulanır.
c) Collectore: Pozitif (+) gerilim uygulanır.

PNP Transistörde gerilim yönleri:


a) Emitere: Pozitif (+) gerilim uygulanır.
b) Beyze: Negatif (-) gerilim uygulanır.
c) Collectore: Negatif (-) gerilim uygulanır.

NOT:


Uluslararası kabule göre, bir iletkendeki elektron akış yönü ile akım yönü birbirine
göre terstir.
Uluslararası elektroteknik kuruluşu (IEC) tarafından yapılan kabule göre; Elektrik ve Elektronik devrelerindeki AKIM YÖNÜ, besleme kaynağının pozitif kutbundan (+), Negatif kutbuna (-) doğru olan yöndür.
Diyot sembollerindeki ve transistörlerin emiterindeki akım yönünü gösteren oklar da
"+" dan "-" 'y doğrudur.
Elektron yönü sadece teorik açıklamalar sırasında gösterilmektedir.
Kirchoff kanununa göre , yapılan devre hesaplamalarında "+" ve "-" akım yönlerinin gösterilmesi gerekebilir.
Bura da, besleme kaynağının pozitif kutbundan negatif kutbuna doğru olan yön, "+"
akım yönü, bunun tersi olan yön ise "-" akım yönü olarak gösterilir.


TRANSİSTÖRLERİN MULTİMETRE İLE SAĞLAMLIK KONTROLÜ

Transistörlerin ayrıntılı kontrolü transistörmetrelerle yapılır. Transistörmetreler daha çok labaratuvarlarda kullanılır.

Bir transistörün en kolay kontrol şekli multimetre ile yapılır, Ancak, bu halde transistöre herhangi bir zarar verilmemesi için multimetrenin içinde bulunan pilin 1.5V
'dan büyük olmamasına veya devreden akacak akımın 1 mA 'den fazla olmamasına dikkat edilmelidir. Transistör devrede iken ölçüm yapılmaz.

PNP ve NPN tipi transistörlerin multimetre ile kontrolü sırasında uçların tutuluş şekilleri gösterilmiştir. Tablo 4.1 'de ise, yapılacak kontrolün esasları ve multimetrede aşağı yukarı okunması gereken değerler verilmiştir.

Tablo 4.1 'e uygun olarak yapılan kontrollerede, direncin büyük okunması gerekirken küçük okunuyorsa veya küçük olması gerekirken büyük değerlerle karşılaşıyorsanız transistör bozuk demektir.

Ölçmelerde, multimetrenin içerisindeki pil vasıtası ile büyük dirençlerin okunması sırasında ters polarma, küçük dirençlerin okunması sırasında doğru polarma uygulaması yapılmaktadır.

1.5V 'luk multimetre ile yapılan kontrol sırasında transistörden akacak akım kısa bir müddet için 1mA 'i geçmeyeceğinden, günlük hayata girmiş transistörlerde herhangi
bir bozukluğa yol açmayacaktır. Fakat, yayılım yoluyla yapılan alaşım transistörleri gibi hassas transistörlerin kontrolü sırasında, emniyet tedbiri olarak VCE collector geriliminin sıfırdan başlayarak gerekli gerilime kadar ayarlanması tavsiye edilmektedir. Bu bakımdan böyle transistörlerin transistörmetre ile kontrolü uygun olmaktadır veya 100-200 ohm 'luk seri direnç kullanılır.


TRANSİSTÖRLERDE YÜKSELTME İŞLEMİNİN GERÇEKLEŞTİRİLMESİ

Transistörler yapısı gereği, akım yükseltme özelliğine sahiptir. Uygun, bir devre dizaynıyla gerilim ve güç yükseltmesi de yapar.
Tabi bu işlemlerde de asıl olan akımdır. Bu nedenle, önce akımın nasıl yükseltildiğinin bilinmesi gerekir.....

Transistör yükseltme işlemi nasıl yapılmaktadır?

Örnek olarak şekil 4.9 'da görüldüğü gibi bir NPN tipi transistör alınmıştır. Transis törün çalışabilmesi için elektrotlarına, şu gerilimler uygulanıyor:

Emiter: (-)gerilim,
Beyz: (+)gerilim,
Collectore: (+)gerilim.





a) Jonksiyonel bağlantı devresi
b) Sembolik bağlantı devresi

Şekil 4.9 'da, emiter ucu giriş ve çıkış devrelerinde ortak olduğu için, bu yükselteç
"Emiteri ortak bağlantılı yükselteç" olarak taımlanır. En çok kullanılan yükselteç
şeklidir.

Transistörün bu şekilde çıkışında bir yük direnci bulunmadan çalıştırılmasına kısa devrede çalışma denmektedir.

YÜKSELTME İŞLEMİNİN SAĞLANMASI:

1) Transistör içerisinde emiterden beyz ve collectöre doğru bir elektron akışı
vardır..

2) Elektronların küçük bir kısmı da Vbe kaynağının oluşturduğu giriş devresi üzerinden, büyük bir kısmıda Vce kaynağının oluşturduğu çıkış devresi üzerinden devresini tamamlar...

3) Giriş ve çıkışta dolaşan elektronların miktarı, trans. büyüklüğüne bağlı olduğu gibi, Vbe ve Vce kaynak gerilimlerinin büyüklüğüede bağlıdır.

4) Emiterdeki elektronları harekete geçirmek için "Silisyum" transistörde en az
0.6V, "Germanyum" transistörde ise 0.2V olması gerekir.

5) Elektroları çekebilmesi için Vce gerilimi Vbe 'ye göre oldukça büyük seçilir.

6) Giriş devresinden dolaşan elektronlar "Ib" beyz akımını, çıkış devresinden dolaşan elektronlarda "Ic" collectör akımını oluşturur.

7) Buradaki Ib ve Ic akımları DC akımlardır... Eğer girişe AC gerilim uygulanırsa, ve Ic 'de AC olarak değişir.

8) Ib ve Ic akımları devrelerini tamamlarken emiter elektrodu üzerinde birleştiğinden Ie akımı, Ib ve Ic 'nin toplamı olur............Herzaman geçerli kural: IE=IB+IC

Sonuçta:


Ib akımı giriş akımı, Ic akımı da çıkış akımı olarak değerlendirilirse, Ib gibi küçük
değerli bir akımdan, Ic gibi büyük değerli bir akıma ulaşılmaktadır......... Bu olay "Transistörün akım yükselteci olarak çalıştığını göstermektedir."

Emiteri ortak bağlantıda akım kazancı formülü:

ß=IC/IB 'dir...Beta: (ß)

IB ve IC akımları değişse de, ß(Beta) akım kazancı sabit kalmaktadır.

Akım kazancı nasıl oluyorda sabit kalıyor?

Şekil 4.9 'a göre; VBE gerilimi büyütüldüğünde; iki aşamalı şu gelişmeler olmaktadır:

1) Emiter - Beyz diyodu daha büyük bir gerilim ile polarılmış olduğundan, daha çok elektron harekete geçer. Bu elektronların, Beyz girişi üzerinden devre tamamlayan miktarı da artacağından IB akımı büyür.
2) Diğer taraftan, büyük hareketlilik kazanan emiter elektronları, mevcut olan VCE çekme kuvveti etkisiyle beyz 'i daha çok sayıda geçerek collectore ulaşır. Böylece daha büyük IC akımı oluşur.

IB ve IC deki artış aynı oranda olmaktadır. Dolayısıyla da, ß=IC/IB değeri sabit kalmaktadır.

VBE küçültüldüğünde de IB ve IC aynı oranda küçüldüğünden, ß (Beta) yine sabit kalır.
Görüldüğü gibi, gerek IB, gerekse de IC akımının büyüyüp küçülmesinde yalnızca
VBE giriş gerilimi etkin olmaktadır...

VCE besleme kaynağının akım kazancına etkisi nedir?


VCE gerilimi büyütüldüğünde, devreden akan elektron miktarında, diğer bir deyimle
IC akımında, önemli bir artış olmamaktadır.

Nedeni; VCE gerilimi, esas olarak, VBE geriliminin emiterde hareketlendirdiği elektronları çekmektedir. Emiterde ne kadar çok elektron hareketlenmişse, VCE 'de o kadar çok elekrtron çekmektedir. Bunlara collectordeki belirli sayıdaki elektronlarda eklenmektedir. Ancak, collectorde daha az katkı maddesi kullanıldığından açığa çıkan elektron sayısı da daha azdır. Bunlarda IC akımını fazla etkileyememektedir.

VCE 'nin büyütülmesi, çekilen elektron sayısını çok az artırabilmektedir.
Ancak, VCE 'nin, transistör kataloğunda verilen değeri de geçmemesi gerekir.

VCE 'nin belirli bir değeri geçmesi halinde, ters polarmalı durumunda olan, Beyz- collector diyodu delineceğinden, transistör yanar.



TRANSİSTÖRÜN, IC, VCE VE RCE İLE İLGİLİ TANIMI:

Bu tanımlama, IC, VCE VE RCE arasındaki bağıntıyı açıklayan, diğer bir deyimle, transistörün yükseltici sırrını ortaya koyan bir tanımlamadır.

Transistör, iki elektrodu arasındaki direnci, üçüncü elektroduna uygulanan gerilim ile değiştirilebilen üç elektrotlu bir devre elemanıdır.

Şöyleki;

Ohm kanununa göre, çıkış devresinde şu bağıntı yazılabilecektir:

VCE=IC*RCE

VCE belirli bir değer de sabit tutulduğu halde, VBE ve dolayısıyla da IB değişince
IC 'de değiştiğinden, yukarıdaki bağıntıya göre, RCE direnci de değişir. Burada:
Transistörün iki elektrodu arasındaki direnç: RCE 'dir.

Üçüncü elektroda uygulanan gerilim ise: VBE 'dir.

Teorik hesaplamalarda: IC maksimum değerine ulaşınca, RCE=0 olduğu kabul edilir. RCE=0 olunca, VCE 'de "0" olur.

Benzer durum giriş direncinde de olmaktadır:

Diyot karakteristik eğrisinden de bilindiği gibi, VBE 'nin biraz büyütülmesi halinda IB
akımı çok çabuk büyümektedir.

Buradan şu sonuç çıkmaktadır:

VBE giriş gerilimi büyütülünce; RBE giriş direnci küçülür.

Özet olarak: Giriş gerilimi büyüdükçe, hem giriş direnci hem de çıkış direnci
küçülür.

AKIM KAZANCININ BULUNMASI

Akım kazancı, yükselteç olarak çalışmakta olan bir transistörün, çıkışındaki akımın girişindeki akıma oranıdır.



Şekil 4.10 'da görüldüğü gibi, yükselteçlerin üç bağlantı şekli vardır.

Bu bağlantı şekillerindeki akım kazançları şöyle ifade edilir:


1. Emiteri ortak bağlantı. Akım kazancı BETA, ß=IC/IB
2. Beyzi ortak bağlantı. Akım kazancı ALFA, =IC/IE
3. Collectorü ortak bağlantı. Akım kazancı GAMA, =IE/IB




AKIM KAZANÇLARININ DÖNÜŞTÜRÜLMESİ

Her üç bağlantı şeklinde de akımlar arasında şu bağlantı vardır: IE=IC+IB veya IC=IE-IB
Bu bağlantı ile yukarıdaki bağıntılardan yararlanılarak, , ß, birbirlerine dönüştürülür.

 'nın ß cinsinden yazılması:

1/ = IE/IC = IC+IB/IC = 1+IB/IC = 1+1/ß 'dan = ß/ß+1 olur...

 ß 'nın cinsinden yazılması:

Yukarıdaki " , ß" bağıntısından, ß = /1- olur...

 'nın cinsinden yazılması:

= IC/IE = IE-IB/IE = 1-IB/IE = 1-1 = -1/ 'dan = -1/ olur...

 'nın cinsinden yazılması:

Yukarıdaki " , " bağıntısından, = 1/1- olur...

 ß 'nın cinsinden yazılması:

ß = IC/IB = IE-IB/IB = IE/IB-1 = -1 'den ß = -1 olur...

 'nın ß cinsinden yazılması:

Yukarıdaki "ß, " bağıntısından = ß+1 olur...

Özet bir tablo yapılırsa dönüşümler şöyle sıralanır:

=ß/ß+1 = -1/ ß= /1- ß= -1 =1/1- =ß+1




TRANSİSTÖRÜN DÖRT BÖLGE KARAKTERİSTİĞİ

Dört bölge karakteristiklerinde, DC 'de ve yüksüz olarak çalıştırılan transistörün giriş
ve çıkış akımları ile gerilimleri arasındaki bağıntılara ait karakteristik eğrileri hep birlikte görüntülenir.

Dört bölge karakteristik eğrilerinden yararlanılarak şu statik karakteristik değerleri
hesaplanabilmektedir.

1) Giriş direnci
2) Çıkışdirenci
3) Akım kazancı
4) Giriş-çıkış gerilim (zıt reaksiyon) bağıntısı

Bunlar transistörün yapısıyla ilgili karakteristik değerlerdir.

Dört bölge karakteristiği, transistör çıkışında yük direnci yokken çıkarıldığından bunlara kısa devre karakteristikleri de denir.

Transistörün "Beyz" 'i , "Emiteri" ve "Collectoru" ortak bağlantılı haldeki kısa devre karakteristikleri ile, yükte çalışma sırasında konu edilen yük doğrusu ayrıca "Temel yükselteç devreleri" bölümünde daha detaylı anlatılmıştır.
Burada, ön bilgi olarak, emiteri ortak yükselteçe ait örnek verilecektir..


DÖRT BÖLGE KARAKTERİSTİK EĞRİSİNİN BÖLGELERİ:

emiteri ortak yükseltece ait dört bölge karakteristik eğrisi, şu bölgelerden oluşmaktadır.

1. BÖLGE KARAKTERİSTİK EĞRİSİ (VCE-IC):


VCE çıkış gerilimindeki değişime göre, IC çıkış akımındaki değişimi gösterir.
RC=VCE/IC bağıntısı ile ÇIKIŞ DİRENCİNİ belirler.

2. BÖLGE KARAKTERİSTİK EĞRİSİ (IB-IC):

IB giriş akımındaki değişime göre, IC çıkış akımındaki değişimi gösterir.
ß=IC/IB bağıntısı ile AKIM KAZANCINI belirler.

3. BÖLGE KARAKTERİSTİK EĞRİSİ (VBE-IB):

VBE giriş gerilimindeki değişime göre, IB giriş akımındaki değişimi gösterir.
Rg=VBE/IB bağıntısı ile GİRİŞ DİRENCİNİ belirler.


4. BÖLGE KARAKTERİSTİK EĞRİSİ (VBE-VCE):

"VBE - VCE" bağıntısı VBE giriş gerilimindeki değişime göre, VCE çıkış
gerilimindeki değişim miktarını gösterir. Bu değişim, gerilim transfer oranı olarak tanımlanır.

Aslında bu iki gerilimin biri biri üzerinde önemli bir etkisi bulunmamaktadır. Bu bilgiler daha çok teorik çalışmalar için gereklidir.


TRANSİSTÖRÜN ANAHTARLAMA ELEMANI OLARAK ÇALIŞTIRILMASI

Sayıcılar (counters), bilgisayarlar (computers), ateşleme devreleri (trigger circuit) gibi,
bir kısım devrenin çok hızlı çalışması (on) ve sukunete geçmesi (off) gerekebilir. Bu gibi hallerde çok hassas bir anahtarlama yapılması gerekir.
Bu devrelerde, transistörden anahtar olarak yararlanılmaktadır. Transistör ile nano saniye 'lik yani 10-9 saniyelik (sn) bir çalışma hızı sağlanmaktadır.

Transistörden, iki şekilde anahtar olarak yararlanılabilmektedir.

1) Normal çalışmada
2) Doyma halindeki çalışmada

Transistörün doyma halinde çalışması, kısa bir an için, taşıyabileceği maksimum akımda görev yapması demektir.

TRANSİSTÖRÜN NORMAL ÇALIŞMADA ANAHTAR GÖREVİ YAPMASI

bir NPN transistörün anahtar olarak çalışmasını gösteren iki devre verilmiştir.

Bu devreler, 6 Volt 'luk besleme kaynaklı ve emiteri ortak bağlantılı, lamba yakan bir transistörden oluşmaktadır.

IB akımının değişmesi yoluyla çalıştırılan bir devredir: R reostası ile IB akımının ayarı yapılmaktadır.
R direnci yeterince küçültülüp IB akımı yeterince büyültüldüğünde, IC akımı lambayı
yakacak seviyeye ulaşacaktır.

VBE gerilimini kontrol etmek suretiyle çalıştırılan bir devredir.

VBE gerilimi, S reostası üzerindeki gerilim düşümü ile sağlamaktadır.

"S" reostası, "0" 'dan yani en üst noktadan başlatılarak, yavaş yavaş büyütüldüğünde, beyz-emiter arasına uygulanan gerilimde büyür. Bu gerilim, örneğin, silikon transistörde 0.6V 'u geçince transistör iletime geçer ve lamba yanar. Bu çalışma şeklinde, transistör kesikli çalışan bir yükselteç olarak görev yapmıştır.

Transistörün gerçek anlamda anahtar olarak çalışması, doyma halindeki çalışmadır...

TRANSİSTÖRÜN YÜKSELTEÇ OLARAK ÇALIŞTIRILMASI
Yükselteç olarak çalıştırılan bir transistörden, şu üç işlemin
gerçekleştirilmesinde yararlanılır:


1) Akım kazancını sağlamak
2) Gerilim kazancını sağlamak
3) Güç kazancını sağlamak

Buradaki kazancın anlamı:

Transistör girişine verilen akım, gerilim veya gücün çıkıştan daha büyük değerlerde elde edilmesidir. Bunu sağlamak için de belirli devrelerin oluşturulması gerekir.

Kazancın sayısal değerinin bulunması da, çıkıştaki akım, gerilim ve güç değerlerinin, girişteki akım, gerilim ve güç değerlerine oranlanması suretiyle elde edilir.

Karakteristik eğrileri, transistörün üreticileri tarafından hazırlanan tanıtım kitaplarında
(katalog) verilir.

Transistör, hem DC hem de AC yükselteç olarak çalışabilir. Bu nedenle, transistörü gereği gibi inceleyebilmek için, ayrı ayrı DC ve AC 'deki çalışma hallerinin incelenmesi gerekir.

DC çalışmada girişteki ve çıkıştaki akım ve gerilim değerleri arasındaki bağıntılara

STATİK KARAKTERİSTİKLERİ,

AC çalışmadaki akım ve gerilim bağıntılarına da DİNAMİK KARAKTERİSTİKLERİ
denir.

Transistör yükselteç olarak şu üç bağıntı şeklinde çalıştırılabilmektedir.


1) Emiteri ortak bağlantılı yükselteç
2) Beyz 'i ortak bağlantılı yükselteç
3) Kollektörü ortak bağlantılı yükselteç

Ortak bağlantı deyimi, girişte ve çıkışta ortak olan uç (elektrot) anlamında kullanılmıştır.



TRANSİSTÖRÜN DC YÜKSELTEÇ OLARAK ÇALIŞMASI

Emiteri ortak bağlantılı bir DC yükselteç devresi verilmiştir. Bu yükselteç devresi ile transistörün statik karakteristikleri incelenmektedir.

Statik karakteristikleri incelerken yukarıda da belirtildiği gibi giriş ve çıkıştaki DC akım
ve gerilim değerlerinden yararlanılır.

Girişteki akım ve gerilimdeki değişmeler girişe seri bağlanan mikro ampermetre (µA)
ve paralel bağlanan küçük değerler ölçebilen voltmetre (mV) ve çıkıştaki değişmeler de, çıkışa bağlanan mili Ampermetre ve normal bir Voltmetre ile ölçülür.

Uygulanan bu tür ölçme yöntemi ile hesaplanan statik karakteristik değerlerine ve çizilen eğrilere KISA DEVRE KARAKTERİSTİKLERİ 'de denir.


Girişe ait:
Beyz akımı, IB
Beyz - Emiter arası gerilim, VBE

Çıkışa ait:
Kollektör akımı, IC
Kollektör - Emiter arası gerilim, VCE

Ölçülen bu değerler ile şu karakteristik değerler hesaplanmaktadır:

 Akım kazancı: Kİ ( β ) = IC/IB
 Giriş direnci: Rg = VBE/IB
 Çıkış direnci: RÇ = VCE/IC
 Eğim: S = ∆IC/∆VBE
 Transfer oranı: µ = VBE/VCE (%0,01-0,001) dir.


Buradan ilk üçlü, "Kİ, Rg ve RÇ" her transistör için, her devrede bilinmesi gereken
karakteristik değerlerdir. Son iki "S ve µ" değerleri ise transistör üzerinde daha derinlemesine çalışma yapılması gerektiğinde, ihtiyaç duyulan değerlerdir.

Yukarıdaki karakteristik değerler, Şekil 4.11 'de verilmiş olan dört bölge karakteristik eğrisinden yararlanılarak da hesaplanabilmektedir.

1) Bölge karakteristik eğrisi: (VCE,IC)
2) Bölge karakteristik eğrisi: (IB,IC)
3) Bölge karakteristik eğrisi: (VBE,IB)
4) Bölge karakteristik eğrisi: (VBE,VCE)

Bu karakteristik eğrilerinin değişik noktalarındaki, küçük değişim (∆ ) değerleri ile yapılacak olan hesaplamalar, Kİ, Rg ve RÇ değerleri, hakkında daha doğru bilgi verir.

Şöyle ki;


Kİ( β ) = ∆IC/∆IB bağıntısı, karakteristik eğrisi doğrusal olduğundan her noktada aynı
değeri verir.

Rg = ∆VBE/∆IB bağıntısı, eğrisel olan karakteristik eğrisinin farklı noktalarında farklı
değerler verir, en iyi noktayı seçmek gerekir.

Karakteristik eğrisinden de anlaşılmaktadır ki, IB beyz akımı büyüdükçe transistörün
Rg giriş direnci küçülmektedir.

RÇ = RCE = ∆VCE/∆IC bağıntısı da, IC büyüdükçe daha küçük RÇ verir.

Görülmektedir ki, DC yükselteç devresinde ölçülen değerler ile elde edilen sonuçlar, transistör hakkında önemli bilgi vermektedir.

TRANSİSTÖRÜN GERİLİM VE GÜÇ KAZANÇLARINI BULMAK İÇİN:


Giriş devresine paralel olarak bir RB direnci, çıkış devresine de yine paralel bir RL
yük direnci bağlanır. Bunların üzerinde oluşan gerilim düşümlerinin ve sarf olan güçlerin oranı gerilim ve güç kazancını verir.

Gerilim kazancı: KV = VRL/VRB

Güç kazancı: KP = PRL/PRB = IC.VRL/IB.VRB = β.KV

Görüldüğü gibi güç kazancı ile gerilim kazancının çarpımına eşit olmaktadır.

TRANSİSTÖRÜN AC YÜKSELTEÇ OLARAK ÇALIŞTIRILMASI

Transistör Şekil 4.13 'de görüldüğü gibi girişine, AC işaret gerilimi uygulandığında da
AC yükselteç olarak çalışır.

AC yükselteçler de iki ana gruba ayrılır:


1) Ses frekansı yükselteçleri
2) Yüksek frekans (Radyo frekansı) yükselteçleri

Yüksek frekans yükselteçleri özel yapılı yükselteçlerdir.

AC yükselteç olarak inceleme konusu, günlük hayatta daha çok karşılaşılan ses frekansı yükselteçleridir.

AC işaret gerilimi, genelde sinüzoidal olarak değişen bir gerilim olarak düşünülür. Bu gerilim, girişteki ve çıkıştaki DC polarma gerilimini büyültüp küçülterek sinüzoidal olarak değişmesini sağlar.

AC çalışmada, yalnızca AC değerler önemli olduğundan, giriş ve çıkışta ampermetre
ve voltmetre olarak AC ölçü aletleri kullanılır.

AC ölçü aletleri efektif değer ölçtüğünden, gerekli hesaplamalarda efektif değerler ile yapılır.

Örneğin:


Akım kazancı: KİAC(βAC) = ICef/IBef

Gerilim kazancı: KVAC = VCEef/VBEef = (ICef/IBef).(RL/RB) = βAC.RL/RB Güç kazancı: KPAC = βAC.VAC şeklinde ifade edilirler.
Alçak frekans (ses frekansı) yükselteçlerinde: βDC = βAC olarak alını.

Giriş ve çıkış dirençleri de DC ve AC 'de aynı özelliklere sahiptir.

NOT:



Şekil 4.12 ve Şekil 4.13 'te verilmiş olan devreler deney ve bilgi edinme devreleri
olduğu için, anlatım kolaylığı bakımından iki besleme kaynağı kullanılmıştır. Uygulamada ise tek besleme kaynağı kullanılır.


TRANSİSTÖRÜN ÇALIŞMA KARARLILIĞININ ETKİLEYEN FAKTÖRLER

Bir transistöre kararlı bir çalışma yaptırabilmek için, öncelikle karakteristik değerlerine uygun bir devre düzeni kurmak gerekir. Bunu içinde, daha önceden de belirtilmiş olduğu gibi, katalog değerlerine ve karakteristik eğrilerinde verilen bilgilere uyulmalıdır.

Transistörün kararlı çalışmasını etkileyen faktörler:


Sıcaklık

Aşırı ısınan transistörün çalışma dengesi bozulur, gücü düşer. Daha da çok ısınırsa yanar. Isınan transistörlerde elektron sayısı anormal artacaktır. Bu artış nedeniylede belirli giriş değerleri için alınması gereken çıkış değerleri
değişir.Buda kararlı çalışmayı önler.

Daha çok ısınma halinde ise kristal yapı bozulur. Bu durumda transistörün yanmasına neden olur. Isınma transistörün kendi çalışmasından kaynaklandığı gibi, sıcak bir ortamda bulunmasından dolayı da olabilir.

Frekans

Her transistör, her frekansta çalışmaz. Bu konuda ine katalog bilgilere bakmak gerekir.

Örneğin:
NPN transistörler, PNP transistörlere göre yüksek frekanslarda çalışmaya daha uygundur. Nedeni de NPN transistörlerde elektrik yükü taşıyıcıları ELEKTRONLAR dır.PNP transistörlerde ise taşıyıcılar pozitif elektrik yükleridir. Elektronlar, pozitif elektrik yüklerine göre çok daha hızlı ve serbest hareket edebildiklerinden, yüksek frekanslar için NPN transistörler daha uygundur.




Limitsel Karakteristik Değerleri


Her transistörün ayrı çalışma değerleri vardır. Bu çalışma değerlerinden
bazılarının kesinlikle aşılmaması gerekir. Bunara, "Limitsel Karakteristik" denir. Limitsel Karakteristik Değerleri Şöyle Sıralanır:
 Maksimum kollektör gerilimi
 Maksimum kollektör akımı
 Maksimum dayanma gücü
 Maksimum kollektör - beyz jonksiyon sıcaklığı
 Maksimum çalışma (kesim) frekansı.

Limitsel değerler gerek birbirlerine, gerekse de giriş değerlerine bağlıdır. Yukarıda
sıralanan maksimum değerlerin ne olmasının gerektiği transistör kataloglarından ve karakteristik eğrilerinden saptanır.

Polarma Yönü

Polarma gerilimini uygularken, ters polarma bağlantısı yapmamaya özellikle
dikkat edilmelidir. Böyle bir durumda, transistör çalışmayacağı gibi, normalden fazla uygulanacak olan ters polarma gerilimleri jonksiyon diyotlarının delinmesine, yani kristal yapının bozulmasına neden olacaktır.

Aşırı Toz ve Kirlenme

Transistörlerin toza karşı ve özelliklede metalik işlemlerin yapıldığı ortamlarda çok
iyi korunması gerekir.. Aşırı toz ve kirlenme elektrotlar arası yalıtkanlığı zayıflatacağından kaçak akımların artmasına neden olacaktır. Bu da transistörün kararlı çalışmasını engelleyecektir. Eğer metal ve karbon (kömür) tozlarıyla karışık bir tozlanma varsa, transistör elektrotlarının kısa devre olma ihtimalide mevcuttur.

Tozlu ortamda çalıştırılması zorunlu olan transistörlerin ve bütün elektronik devrelerin toza karşı iyi korunmaları ve zaman zaman devrenin enerjisi kesilmek suretiyle, yumuşak bir fırça ve aspiratör tozların temizlenmesi gerekir.

Tozların temizlenmesi sırasında, elektrik süpürgesiyle üfleyerek temizlik kesinlikle yapılmamalıdır. Zira bu durumda yapışkan tozlar daha da çok yapışıp kirliliği arttıracağı gibi, buradan kalkan tozlar diğer cihaz ve devrelere konacağından başka devrelerinde tozlanmasına neden olacaktır.

Nem

Transistörler ve bütün elektronik devreler, neme karşıda çok iyi korunmalıdır. Gerek su buharı, gerekse de bazı yağ ve boya buharları, doğrudan kendileri elektrotlar arasında kısa devre yapabileceği gibi, tozlarında yapışıp yoğunlaşmasına neden olacağından, cihazların kararlı çalışmasını engelleyecektir.

Sarsıntı

Sarsıntılı ortamda kullanılan cihazlarda, daima bağlantıların kopması ihtimali vardır. Aşırı sarsıntı iç gerilmeleri de arttıracağından kristal yapının bozulması da
mümkündür.

Sarsıntılı ortamlarda çalıştırılacak cihazlara üreticiler tarafından özel sarsıntı testi uygulanır. Bu gibi çalıştırmalarda, üreticisinden sarsıntı testleri hakkında bilgi almak gerekir.

Elektriksel ve Magnetik Alan Etkisi

Gerek elektriksel alan, gerekse de magnetik alan serbest elektronların artmasına
ve onların yönlerinin sapmasına neden olur. Bu da kararlı çalışmayı önler. Bu gibi ortamlarda kullanılacak cihazlar faraday kafesiyle ve anti magnetik koruyucularla korunmalıdır.


Işın Etkisi

Röntgen ışınları, Lazer ve benzeri çok yüksek frekanslı ışınlarda kararlı çalışmayı
etkiler. Bu gibi yerlerde kullanılacak cihazlarda özel koruma altına alınmalıdır.


Kötü Lehim (Soğuk Lehim)

Transistörün ve bütün elektronik devre elemanlarının çok ustaca lehimlenmesi
gerekir. Soğuk lehim olduğu taktirde, dışarıdan bakıldığında lehimliymiş gibi görünmesine rağmen, elektriksel iletimin iyi olmamasına neden olacağından bütün bir sistemin kararlı çalışmasını engelleyecektir.

Bu tür arızaların bulunması da çok zordur. Ayrıca aşırı ısıtılarak lehim yapılması
da devre elemanlarını bozar.

Belirli bir lehim pratiği olmayanların, transistör ve benzeri elektronik devre elemanlarının lehimini yapmaması gerekir.

ÇALIŞMA NOKTASININ STABİLİZE EDİLMESİ

Stabilize etmek ne demektir?

Stabilize 'nin tam Türkçe karşılığı "kararlı çalışma" dır.

Transistörün çalışma noktasının stabilize edilmesi:


Transistörün girişine ve çıkışına uygulanan polarma gerilimi ve akımının çalışma
süresince aynı kalması için gerekli önlemlerin alınmasıdır.
Daha kısa bir söylemle, "transistörün kararlı çalışmasının sağlanmasıdır." Her transistörün bir yük doğrusu ve Q çalışma noktası vardır.

Örneğin:
Emiteri ortak bir yükselteçte, giriş polarma gerilimi ve akımı, belirli bir VBE ve IB, çıkış
polarma gerilimi ve akımı, VCE ve IC olsun.

Bu değerler yük doğrusu üzerinde belirli bir Q noktasını gösterir. Bu nokta çalışma noktasıdır.
Çalışma sırasında Q noktasının değişmemesi yani stabil olması istenir.

Stabil çalışmayı zorlaştıran iki etken vardır:

1) Isınan transistörün IC kollektör akımının artması
2) Bir devredeki transistör yerine başka bir transistörün kullanılması halinde, akım kazancı farklı olursa devre aynı devre olduğu halde, çıkış akımı değişeceğinden stabilite bozulacaktır.

Isınınca, Ic akımının anormal artmasını önlemek için:




Örnek olarak;


Şekil 14 'te emiteri ortak bir yükselteç verilmiştir.
Ic akımı artınca, Rc direnci üzerindeki gerilim düşümü artacağından, B noktasındaki gerilim küçülecektir.
Dolayısıyla IB akımı küçülür.
Ic=βIB bağıntısından, Ic akımı küçülecek ve denge sağlanacaktır.

TRANSİSTÖRLERİN KATALOG BİLGİLERİ

Bir transistör hakkında bilgi edinmek gerektiğinde üzerindeki ve katalogdaki bilgilerden yararlanılır.

Daha geniş bilgi içinde, üretici firmadan yayınlanan tanıtım kitabına bakılır.

TRANSİSTÖR ÜZERİNDEKİ HARF VE RAKAMALARIN OKUNMASI

Transistör üzerinde genellikle şu bilgiler bulunur:

 Üretici firmanın adı ve sembolü,
 Kod numarası: (2N 2100 vb...). Transistör bu numara ile tanıtılır.
 Ayak bağlantıları (E,B,C) veya işareti.
 Küçük transistörlerin genellikle kollektör veya emiter tarafında bir nokta veya tırnak bulunur.

KATALOG KULLANIMI VE KARŞILIKLARIN BULUNMASI

Transistörü tanıtıcı bir yayında veya katalogda küçük değişikliklerle şu bilgiler
bulunur:


Kod no: AD 159, 2N 2100 gibi,
Tipi: NPN veya PNP Türü: Si veya Ge, Akım kazancı: β(hFE)
Maksimum kollektör akımı: (Icm) Maksimum dayanma gücü: (Pcm)
Maksimum Kollektör - Emiter gerilimi: VCEm veya VCm Maksimum Kollektör - Beyz gerilimi: VCBm veyaVCm Maksimum Emiter - Beyz gerilimi: VEBm
Maksimum çalışma (kesim) Frekansı: fm
Maksimum Jonksiyon sıcaklığı: Tjm

Yerine göre, bu bilgilere ek olarak şunlarda verilir.

Beyz açık iken Kollektör - Emiter arası kaçak akımı: ICE
Emiter açık iken Kollektör - Beyaz arası kaçak akımı: ICB - ICO Termistörün karşılıkları
Cinsi: Sesa, alaşım, yayılım transistörü gibi vs.

DİYOT NEDİR?

Diyotlar, yalnızca bir yönde akım geçiren devre elemanıdır.


Diğer bir deyimle, bir yöndeki dirençleri ihmal edilebilecek kadar küçük, öbür yöndeki
dirençleri ise çok büyük olan elemanlardır.

Direncin küçük olduğu yöne "doğru yön" ,büyük olduğu yöne "ters yön" denir.

Diyot sembolü, aşağıda görüldüğü gibi, akım geçiş yönünü gösteren bir ok şeklindedir.

Diyot Sembolü:




Ayrıca, diyodun uçları pozitif (+) ve negatif (-) işaretleri ile de belirlenir.

"+" ucu anot, "-" uca katot denir.

Diyodun anaduna, gerilim kaynağının pozitif (+) kutbu, katoduna kaynağın negatif (-) kutbu gelecek şekilde gerilim uygulandığında diyot iletime geçer.

Diyodun kullanım alanları:

Diyotlardan,
elektrik alanında redresör (doğrultucu),
elektronikte ise; doğrultucu,detektör, modülatör,limitör, anahtar olarak çeşitli amaçlar için yararlanılmaktadır.

Diyotların Gruplandırılması:

Diyotlar başlıca üç ana gruba ayrılır:

1) Lamba diyotlar
2) Metal diyotlar
3) Yarı iletken diyotlar

1. LAMBA DİYOTLAR

Lamba diyotlar en yaygın biçimde redresör ve detektör olarak kullanılmıştır. Sıcak katotlu lamba, civa buharlı ve tungar lambalar bu gruptandır. Şekil 3.1 'de sıcak katotlu lamba diyodun iç görünüşü ve çalışma şekli verilmiştir. Şekilde görüldüğü gibi ısınan katotdan fırlayan elektronlar atom tarafından çekilmekte ve devreden tek yönlü
bir akım akışı sağlanmaktadır. Eskiden kalanların dışında bu tür diyotlar artık kullanılmamaktadır.




2.METAL DİYOTLAR

Bakır oksit (CuO) ve selenyumlu diyotlar bu gruba girmektedirler.

Bakır oksitli diyotlar ölçü aletleri ve telekominikasyon devreleri gibi küçük gerilim ve küçük güçle çalışan devrelerde, selenyum diyotlar ise birkaç kilowatt 'a kadar çıkan güçlü devrelerde kullanılır. Şekil 3.2 'de metal diyotların kesiti gösterilmiştir.




3. YARI İLETKEN DİYOTLAR

Yarı iletken diyotları, P ve N tipi germanyum veya Silikon yarı iletken kristallerinin bazı işlemler uygulanarak bir araya getirilmesiyle elde edilen diyotlardır. Hem elektrikte hemde elektronikte kullanılmaktadır. Şekil 3.3 'te tipik bir örnek olarak kuvvetli akımda kullanılan bir silikon diyot verilmiştir.







3. YARI İLETKEN DİYOTLARIN TEMEL YAPISI

Yarı iletken diyotları, PN yüzey birleşmeli (jonksiyon) diyotlar ve nokta temaslı
diyotlar olmak üzere iki ana grupta toplanır.

Yarı iletken diyotları, ilk olarak nokta temaslı kristal diyot halinde kullanıma girmiştir. Zamanla bunların yerini yüzey birleşmeli diyotlar almıştır. Nokta temaslı diyotlar bugün bazı özel alanlarda kullanıldığından özel amaçlı diyotlar bölümünde incelenmiştir.

PN yüzey birleşmeli diyot diğer adıyla jonksiyon diyot, P ve N tipi kristallerin, özel yöntemler ile, Şekil 3.5 'te görüldüğü gibi, ard arda birleştirilmesi yoluyla elde edilir.

Birleşme yüzeyine jonksiyon da denir. Jonksiyon diyot deyimi buradan gelmektedir. Jonksiyon kalınlığı 0.01 mm 'dir.

Diyodun anot ve katot uçları:

Diyodun P bölgesinden çıkarılan bağlantı ucuna (elektroduna) ANOT ucu, N bölgesinden çıkarılan bağlantı ucuna da KATOT ucu denir. Anot "+" katot "-" ile gösterilir.




POLARMASIZ PN BİLEŞİMİ

Gerilim uygulanmamış olan, diyoda POLARMASIZ diyot denir.

Polarmasız diyotta şu yapısal değişiklikler olmaktadır:

Şekil 3.6 'dan takip edilirse, N tipi kristalin birleşme yüzeyine yakın kısmındaki serbest elektronlar, P tipi kristaldeki pozitif (+) elektrik yüklerinin, yani pozitif elektrik yüklü atomların, çekme kuvveti etkisiyle birleşme yüzeyini geçerek, bu yüzeye yakın atomlardaki elektron boşluklarını doldururlar. Ve kovalan bağ kurarak P kristali içerisinde nötr (etkimesiz) bir bölge oluştururlar.

N tipi kristalin belirli bir bölümündeki elektronların tamamı P tipi kristale geçtiğinden,
N tarafında da nötr bir bölge oluşur. P kristali nötr bölgesinin gerisinde kalan pozitif elektrik yüklü atomların çekme kuvveti, N tipi kristalin nötr bölgesinin öbür tarafında kalmış olan elektronları çekmeye yetmeyeceğinden belirli bir geçişten sonra elektron akışı duracaktır.

Sonuçta, birleşme yüzeyinin (jonksiyonun) iki tarafında hareketli elektriksel yükü bulunmayan bir boşluk bölgesi oluşur.

Boşluk bölgesinin pil ile tanımlanması:

Boşluk bölgesinin özelliğini daha iyi tanımlaya bilmek için, Şekil 3.6 'da görüldüğü gibi, pozitif kutbu N tipi kristale bağlı, yaklaşık 1/2V 'luk bir pil bağlıymış gibi düşünülür.

Pilin "+" kutbu, serbest elektronları çeker ve "-" kutbu da, "+" atomlara elektron vererek onları nötr hale getirir. Böylece boşluk bölgesi oluşur.





POLARMALI PN BİLEŞMESİ

Gerilim uygulanmış olan diyoda, POLARMALI diyot denir. Yapılan işleme de, diyodun POLARILMASI denir.
"Polarma" nın Türkçe karşılığı "kutuplandırma" dır. Yani, gerilim kaynağının "+" ve
"-" kutuplarının bağlanmasıdır.

Gerilim kaynağının bağlanış şekline göre, polarma şu iki şekilde olur:

a) Doğru polarma
b) Ters polarma

A. DOĞRU POLARMA

Gerilim kaynağının, akım akıtacak yönde bağlanmasına, DOĞRU POLARMA denir.

Doğru polarma bağlantısı:

Doğru polarmada, Şekil 3.7 'de görüldüğü gibi; gerilim kaynağının pozitif (+) kutbu, diyodun anoduna (P bölgesi), negatif (-) kutbu, diyodun katoduna (N bölgesi) bağlanır.

Diyodun uçları arasındaki gerilim için de "polarma" veya "polarizasyon" gerilimi deyimleri kullanılır.




DOĞRU POLARMADA DİYOT İÇERİSİNDEKİ GELİŞMELER

Şekil 3.7 'den de anlaşılacağı gibi, doğru yönde polarılmış diyotta, N bölgesindeki serbest elektronlar, gerilim kaynağının negatif kutbu tarafından itilir, pozitif kutbu tarafından çekilir.

Benzer şekilde, P bölgesi pozitif elektrik yükleri de kaynağın pozitif kutbu tarafından itilir, negatif kutbu tarafından çekilir.

Bu sırada, pozitif elektrik yüklerinin tersi yönde hareket eden elektronlar da, P bölgesinden çıkarak kaynağın pozitif (+) kutbuna doğru akar. P bölgesinden kaynağa giden her elektrona karşılık, kayağın negatif kutbundan çıkan bir elektron da N bölgesine gelir. Böylece devrede bir akım doğar.




Dış devredeki akım yönü:

Herkes tarafından kabul edilen, elektron akışının tersi yönde, yani kaynağın pozitif kutbundan diyoda doğru ve oradan da kaynağın negatif kutbuna doğrudur. Kısacası; akım "+" dan, "-" ye doğru akar.

Diyottan geçirilebilecek akımın büyüklüğü:

Bir diyottan geçirilebilecek olan akımın büyüklüğü diyot türüne ve yapısına göre değişir. Geçirilebilecek maksimum akım değeri diyot kataloglarında verilmiştir.

Eğer akımın büyük değerlere ulaşmasına izin verilirse, meydana gelen sıcaklık diyodun yapısını etkiler ve diyot bozulur. Böyle bir durumu önlemek için, şekil 3.7 'de görüldüğü gibi, diyoda seri bir R direncinin bağlanmasında yarar vardır. R direncinin seçimi diyodun akım kapasitesine ve gerilim kaynağının büyüklüğüne göre yapılır.

Diyodun Anot ve Katodu:

Doğru polarmalı bağlantıda, gerilim kaynağının pozitif kutbu, diğer adıyla ANODU diyodun P bölgesine bağlandığından, diyodun bu ucuna da ANOT ucu denmiştir. Benzer şekilde diğer uca da KATOT denmiştir.

Diyodun dış görüntüsünde ANOT - KATOT ayrımını sağlayabilmek için, genellikle katot tarafına aşağıda gösterildiği gibi bir çizgi konulur.Bazı diyotlarda bu durum ok işareti konularak belirtilir.




B. TERS POLARMA

Şekil 3.8 'de görüldüğü gibi, gerilim kaynağının negatif (-) ucu, diyodun anoduna (P tarafına), gerilim kaynağının pozitif (+) ucu ise, diyodun katot (N) ucuna gelecek şekilde bağlantı yapılırsa, diyot çok büyük bir direnç gösterecek ve akım akışına engel olacaktır. Ancak çok küçük bir kaçak akım akar. Bu halde diyot ters polarmalıdır veya ters bağlantılıdır denir. Büyük direnç yönüne de diyodun ters yönü adı verilmektedir.


TERS POLARMA HALİNDE DİYOT İÇERİSİNDEKİ GELİŞMELER

P bölgesindeki pozitif elektrik yükleri (oyuklar) kaynağın negatif kutbu tarafından,
N bölgesindeki serbest elektronlar ise pozitif kutbu tarafından çekilecek ve jonksiyondan herhangi bir akım geçmeyecektir. Bu durumda, ortadaki boşluk bölgesi
de büyümektedir. (Şekil 3.8)





Kaçak akım (leakage current):

P ve N tipi yarı iletken kristalinin incelenmesi sırasında, P tipi kristalde, azınlık taşıyıcısı olarak bir miktar serbest elektronun bulunduğu, keza N tipi kristalde de bir miktar, aktif halde pozitif elektrik yükü (oyuk) bulunduğunu belirtmiştik. İşte ters polarma sırasında, bu azınlık taşıyıcıları etkinlik göstererek, diyot içerisinden ve dolayısıyla da devreden ters yönde çok küçük bir akım geçmesine neden olur. Bu akıma "KAÇAK AKIM" denir.

Kaçak akım şekil 3.9 'da görüldüğü gibi, mikro amper mertebesinde (µA) ihmal edilebilecek kadar küçük olup normal çalışma şartlarında diyodun çalışmasını etkilememektedir. Ancak ısınmayla artma gösterir.


DİYOT KARAKTERİSTİĞİ

Şekil 3.9'da Ge ve Si diyotlara ait gerilim akım bağıntısı gösterilmiştir. Buradaki gibi, bir eleman veya devrenin çeşitli değerleri arasındaki bağıntıyı yansıtan eğrilere karakteristik eğrisi, bazen de kısaca karakteristiği denmektedir.


DOĞRU POLARMA DURUMUNDA

Doğru polarmada, şekil 3.9 'da görüldüğü gibi germanyum diyodun karakteristik eğrisi
0,2V civarında, silikon diyodun karakteristik eğrisi ise 0,6V civarında yukarıya doğru kıvrılmaktadır. Yani, ancak bu gerilim değerlerinden sonra diyot iletime geçmektedir. İletime geçiş gerilimine başlangıç veya eşik gerilimi denir.

Diyodun hemen iletime geçmemesinin nedeni birleşme yüzeyinin iki yanındaki boş (nötr) bölgesidir. Elektronlar, ancak yukarıda belirtilen gerilimlerden sonra bu bölgeyi geçebilmektedir.

Şekilde görüldüğü gibi, küçük değerli gerilim artışında, doğru yön akımı hızla büyümektedir. Bu akım fabrikasında verilen akım limitini aşarsa diyot yanar.

TERS POLARMA DURUMUNDA

Ters polarmada, daha öncede belirtildiği gibi, belirli bir gerilime kadar ancak mikro amper mertebesinde ve önemsenmeyecek kadar küçük bir kaçak akımı akmakta, bu gerilimi aşınca ise ters akım birden büyümektedir.


DİYODUN DELİNMESİ

Ters akımın birden büyümesi halinde, diyodun delinmesi, bu andaki gerilime de delinme gerilimi denir.

Delinme olayında, ters akımın birden büyümesinin nedenleri:

1) Şekil 3.8 'de görüldüğü gibi, uygulanan büyük değerli ters gerilimin pozitif kutbu, N bölgesindeki serbest elektronları kuvvetle çekmekte, negatif kutbu da P bölgesindeki azınlık taşıyıcı durumundaki elektronları kuvvetle itmektedir.

2) Büyük bir hareketlilik kazanan elektronlar, atomlara hızla çarparak, valans elektronlarında serbest hale geçmesine neden olur.

3) Bu şekilde hem P, hem de N bölgesinde hızla çoğalan elektronlar kaynağın pozitif kutbunun çekme kuvvetine kapılarak, büyük oranda kaynağa doğru akar.

4) Bu arada P - N bölgeleri arasındaki boşluk bölgesi kalkmış ve P bölgesinde de çok sayıda elektron oluşmuş bulunduğundan P - N ayrımı kalmaz. Diyot iletken bir madde haline dönüşür.

5) Aşırı elektron hareketinden dolayı diyot ısınarak yanar.

6) Ayrıca dış ortamın sıcak olması da olayı hızlandırmaktadır.

Bu nedenle, diyotlar çok sıcak ortamlarda kullanılmamalı veya soğutucu ile kullanılmalıdır. Germayum diyodun maksimum çalışma sıcaklığı 90°C, Silikon diyodu ise175°C dir.

Ayrıca ters polarma halinde, uygulanan gerilimin büyük değerlerinde diyodun yüzeyi boyunca bir miktar da yüzeysel kaçak akımı akar.

Diyot yüzeyinin kirlenmesi ve rutubetlenmesi durumunda yüzeysel kaçak akımı büyür. Her iki polarma halinde de vardır. Fakat ters polarma halinde, istenmeyen akım olarak, etkisini daha da çok göstermektedir.

Şekil 3.9 'da görüldüğü gibi, siliko diyodun delinme gerilimi, germanyum diyoda göre daha büyüktür. Diyer taraftan kaçak akım ise daha küçüktür.

Sonuç olarak:

Diyot, doğru polarmada küçük dirençli bir devre elemanı, ters polarmada ise büyük dirençli bir devre elemanı niteliği gösterir ve akımın tek yönde akmasını sağlamaktadır.
Fabrikasınca verilen, doğru yön akımı ve ters yön gerilimi geçilirse diyot yanar.


DİYODUN KONTROLÜ

Bir diyot şu iki amaçla kontrol edilir:

1) Anot ve Katodun belirlenmesi
2) Sağlamlık kontrolü

Diyot kontrolü, pratik olarak ölçü aleti (avometre) ile yapılır. İbreli (analog) ölçü aleti kullanılması, hızlı ölçüm ve takip kolaylığı bakımından daha uygundur.

Amaç hassas bir ölçüm olmayıp, büyük veya küçük direnç şeklinde bir ölçüm yapmak suretiyle diyodun durumunu saptamaktır.

Ayrıca, bir hususa dikkat etmek gerekir:

Diyot direncinin kontrolüyle, normal bir direncin kontrolü arasında önemli farklar vardır.

Direnç ölçümünde, gerilim kaynağı olarak ölçü aleti içerisindeki pilden yararlanılmaktadır. Ölçü aleti içerisindeki pil genelde 1.5V 'luk tur. Bazı ölçü aletlerinde 9V 'luk pil bulunur.

1.5V 'luk ohm ile yapılan en küçük normal bir direncin bile, kısa zamanlı ölçümü için tehlikeli değildir. Ancak diyot için tehlikeli olabilir.

Her diyodun, doğru yönde geçirebileceği akım sınırlıdır. Bu nedenle, küçük akımlı diyotların ve özelliklede yüksek frekans (YF) diyotlarının ölçümü sırasında dikkatli olmak gerekir. Bu gibi hallerde diyotlarda 100-500 Ohm arasında seri bir direnç bağlamak gerekir.

Ayrıca;

Galvano teknikte ve DC motorlar için kullanılan büyük güçlü doğrultucu diyotlarına benzer diyotları iletime geçirmek için büyük gerilim gerektiğinden 1.5V 'luk Ohm metre böyle diyotları ölçmez. İki yönde de büyük direnç gösterir. Böyle diyotlar için 9V
'luk pili bulunan avometreler kullanılır ve R*100, R*1000 kademelerinde ölçüm yapılır.

Şunuda bilmek gerekir:

Ölçü kademesi büyüdükçe, ölçü aletinin iç direnci küçülür ve dış devreye uyguladığı
gerilim ve verdiği akım büyür.

DİYODUN, ANOT VE KATODUNUN BELİRLENMESİ

Diyotlar devreye mutlak surette doğru şekilde bağlanmalıdır. Bunun içinde anot ve katodun bilinmesi gerekir.

Diyot anot ve katodunun hangisi olduğundan şüphe ediliyorsa, kontrol şekil 3.10 'da görüldüğü gibi iki yönlü yapılır. Normal bir diyot, bir yönde küçük direnç, öbür yönde çok büyük direnç gösterecektir.

Doğru yön direnci diyottan diyoda birkaç 10 ohm 'dan birkaç 100 ohm 'a kadar, değiştiği gibi, aynı diyodun direnci uygulanan gerilime göre de değişir. Uygulana gerilim büyüdükçe diyodun direnci küçülür.

Ters yön direnci,bütün diyotlarda Mega ohm'a yakın veya üzerindedir. Diyot direncinin küçük çıktığı yönde, ölçü aletinin pozitif (+) probunun bağlı olduğu uç ANOT diğer uç KATOT 'dur.

Bu noktada diğer bir hususa daha dikkat edilmesi gerekir:

Bazı ölçü aletlerinde pilin negatif ucu, aletin "+" yazılı çıkışına bağlanmaktadır. Bu nedenle, kullanılan ölçü aletinde pilin çıkışa nasıl bağlandığının bilinmesi gerekir. Prensip olarak, ölçü aletinin "+" çıkışındaki kablonun rengi KIRMIZI "-" çıkışındaki kablonun rengi SİYAH 'tır.
DİYODUN SAĞLAMLIK KONTROLÜ

Bir diyot şu iki nedenle bozulur:

1) Doğru yönde katalog değerinin üzerinde akım geçirilirse,
2) Ters yönde yine katalog değerinin üzerinde gerilim uygulanırsa.

Her iki halde de diyottan geçen aşırı akım diyodun bozulmasına neden olacaktır.

Üzerinden aşırı akım geçen bir diyotta üç durum gözlenebilir:

 Aşırı akım çok fazla değilse ve kısa dönem akmışsa, hem P, hem de N bölgesindeki kristal atomları arasındaki kovalan bağlar kopmakta ve elektronlar serbest hale geçmektedir. Bu durumda diyot bir iletken haline dönüşmekte ve omaj ölçümü yapıldığında her iki yönde de kısa devre göstermektedir.

 Aşırı akım çok büyük olursa diyot aynen bir sigorta teli gibi eriyip yanar ve omaj kontrolü yapıldığında her iki yönde de açık devre gösterir. Diğer bir deyimle, sonsuz ) gösterir.

 Yanan bir diyottaki renk değişimi dışarıdan bakıldığında da belli olur.

Nokta temaslı diyot elektronik alanında ilk kullanılan diyottur. 1900-1940 tarihleri arasında özellikle radyo alanında kullanılan galenli ve prit 'li detektörler kristal diyotların ilk örnekleridir. Şekil 3.12 (a) 'da görüldüğü gibi galen veya prit kristali üzerinde gezdirilen ince fosfor-bronz tel ile değişik istasyonlar bulunabiliyordu. Günlük hayatta bunlara, kristal detektör veya diğer adıyla kristal diyot denmiştir.
1940 'tan sonra, Şekil 3.12 (b) 'ye benzeyen nokta temaslı germanyum veya silikon diyotlar geliştirilmiştir.

Germanyum veya silikon nokta temaslı diyodun esası; 0.5 mm çapında ve 0.2 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 pozitif gerilim uygulanır. Pozitif gerilim temas noktasındaki bir kısım kovalan bağı kırarak elektronları alır. Böylece, çok küçük çapta bir P tipi kristal ve dolayısıyla da PN diyot oluşur. Bu oluşum şekil 3.12 (b) 'de gösterilmiştir.

Bugün nokta temaslı diyotların yerini her ne kadar jonksiyon diyotlar almış ise de, yinede elektrotları arasındaki kapasitenin çok küçük olması nedeniyle yüksek frekanslı devrelerde kullanılma alanları bulunmaktadır.

Ters yön dayanma gerilimleri düşük olup dikkatli kullanılması gerekir. Şekil 3.13 'teki karakteristik eğrisinde de görüldüğü gibi

Böyle bir diyodun elektrotlar arası kapasitesi 1 pF 'ın altına kadar düşmektedir. Dolayısıyla yüksek frekanslar için diğer diyotlara göre daha uygun olmaktadır.

Nokta temaslı diyotların kullanım alanları:

Nokta temaslı silikon diyotlar en çok mikro dalga karıştırıcısında, televizyon, video dedeksiyonunda, germanyum diyotlar ise radyofrekans ölçü aletlerinde (voltmetre, dalgametre, rediktör vs...) kullanılır.

ZENER DİYOT VE KARAKTERİSTİĞİ

Zener diyot jonksiyon diyodun özel bir tipidir.

Zener Diyodunun Özellikleri:

 Doğru polarmalı halde normal bir diyot gibi çalışır (Şekil 3.14).
 Ters polarmalı halde,belirli bir gerilimden sonra iletime geçer. Bu gerilime zener dizi gerilimi, veya daha kısa olarak zener gerilimi denir (Şekil 3.14-VZ).

 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 (Şekil 3.16-RS).

Her zaman zener diyodun kataloğunda şu bilgiler bulunur:

 Gücü
 Ters yön gerilimi(VZ),
 Maksimum ters yön akımı(IZM),
 Ters yöndeki maksimum kaçak akımı,
 Maksimum direnci
 Sıcaklık sabiti.

Şu limit değerlerde çalışan zener diyotlar üretilmektedir:

 Maksimum zener akımı (IZM): 12A
 Zener gerilimi (VZ): 2 - 200V arası
 Maksimum gücü: 100Watt
 Maksimum ters yön kaçak akımı: 150µA (mikro amper)
 Maksimum çalışma sıcaklığı: 175°C.

Çalışma ortamı sıcaklığı arttıkça zener gerilim küçülür.

Zener geriliminin ayarı:

Zener gerilimin ayarı birleşme yüzeyinin iki tarafında oluşan boşluk bölgesinin (nötr bölge) genişliğinin ayarlanması yoluyla sağlanmaktadır. Bunun içinde çok saf silikon kristal kullanılmakta ve katkı maddesi miktarı değiştirilmektedir. Boşluk bölgesi daraldıkça zener diyot daha küçük ters gerilimde iletime geçmektedir.




Zener gücünün ayarı:

Zener gücü,birleşme yüzeyinin büyüklüğüne ve diyodun üretiminde kullanılan silikonun saflık derecesiyle,katkı maddesinin miktarına bağlıdır. Ayrıca diyot ısındıkça gücüde düşeceğinden,soğutulmasıyla ilgili önlemlerin alınması da gerekir.

ZENER DİYODUN KULLANIM ALANLARI

1 - Kırpma Devresinde:

Şekil 3.15 'de görüldüğü gibi iki zener diyot ters bağlandığında basit ve etkili bir kırpma devresi elde edilir.

Örneğin:
Devre girişine tepe değeri 10V olan bir AC gerilim uygulansın ve kırpma işlemi için, zener gerilimi 5V olan iki Z1, Z2 zener diyodu kullanılsın.





AC gerilimin pozitif alternansı başlangıcında Z1 zeneri doğru polarmalı ve iletimde, Z2 zeneri ise ters polarmalı ve kesimde olacaktır. Giriş gerilimi +5V 'a ulaştığında Z2 'de iletime geçer ve dolayısıyla da çıkış uçları arasında +5V oluşur. Keza, R direnci üzerindeki gerilim düşümü de 5V 'tur.

AC gerilimin diğer alternansında da Z1 ters polarmalı hale gelir ve bu defa da çıkışta tepesi kırpılmış 5V 'luk negatif alternans oluşur. R direnci, devreden akacak akımın Zener diyotları bozmayacak bir değerde kalmasını sağlayacak ve 5V 'luk gerilim düşümü oluşturacak şekilde seçilmiştir.

2 - Zener Diyodun Gerilim Regülatörü Olarak Kullanılması:

Zener diyottan,çoğunlukla,DC devrelerdeki gerilim regülasyonu için
yararlanılmaktadır. Buradaki regülasyondan amaç, gerilimin belirli bir değerde sabit tutulmasıdır.

Bunun için zener diyot, şekil 3.16 'da görüldüğü gibi, gerilimi sabit tutmak istenen devre veya yük direncine paralel ve ters polarmalı olarak bağlanır.

Diyot uçlarına gelen gerilim, zener değerine ulaştığında diyot iletime geçer ve uçları arasındaki gerilim sabit kalır.

Örnek:

Şekil 3.16 'da verilmiş olan devrede RL yük direnci uçları arasındaki VL gerilimi 6.2V 'ta sabit tutulmak istensin.

Bunu sağlamak için, şekilde görüldüğü gibi RL 'e paralel bağlı zener diyodun ve seri bağlı bir RS direncinin seçimi gerekir.

Ayrıca,bir de C kondansatörünün paralel bağlanmasında yarar vardır. Bu kondansatör, gerilim dalgalanmalarını ve başka devrelerden gelebilecek parazit gerilimlerini önleyici görev yapar. Değeri, devre geriliminin büyüklüğüne göre, hesaplanır. Şekildeki bir devre için 30V - 1000µF 'lık bir kondansatör uygundur.

Burada birinci derecede önemli olan, RS direnci ile zener diyodun seçimidir.




Seri RS direncinin seçimi:

Önce RS direncine karar vermek gerekir; Kaynak gerilimi: E=V=9V
Yük direnci ve uçları arasındaki gerilim: RL=33 Ohm, VL=6.2V

Bu durumda, zener diyot dikkate alınmadan, VL=6.2V 'u oluşturabilmek için kaç ohm 'luk bir RS direncinin gerektiği hesaplanmalıdır.
E=IL*RS+VL ve IL=VL/RL 'dir.

Birinci formüldeki IL yerine, ikinci formüldeki eşitini yazıp, değerler yerine konulursa :

9=6,2/33*RS+6,2 olur.
Buradan RS çözülürse:

RS=(9-6,2)33/6,2 'den,RS=14.9 = 15 (ohm) olarak bulunur.

RS=15 Ohm 'luk direnç bağlandığında, "E" gerilimi 9V 'ta sabit kaldığı sürece RL yük direnci uçları arasında sürekli olarak 6.2V oluşacaktır.

"E" geriliminin büyümesi halinde, A-B noktaları arasındaki VA-B gerilimi de 6.2V 'u aşacağından, 6.2V 'luk bir ZENER diyot kullanıldığında, RL uçları arasındaki gerilim sabit kalacaktır. Ancak, yalnızca gerilime göre karar vermek yeterli değildir.

Bu durumda nasıl bir zener diyot kullanılmalıdır?

Zener diyodun seçimi:

Zener gerilimi 6.2V olan bir zener diyot RL direncine paralel bağlandığında VL=6.2V 'ta sabit kalır.

Ancak, E giriş geriliminin büyümesi sırasında zener diyottan akacak olan akımın, diyodun dayanabileceği "maksimum ters yön zener akımından" (IZM) büyük olması gerekir. Zener diyot buna göre seçilmelidir.

6.2V 'luk olup ta değişik IZM akımlı olan zener diyotlar vardır.

Örneğin:

Aşağıdaki tabloda, bir firma tarafından üretilen, 6.2V 'luk zenerlere ait IZM akımı ve güç değerleri verilmiştir.




Bu zenerler den hangisinin seçileceğine karar vermeden önce yük direncinden geçecek akımı bilmek gerekir:

Şekil 3.16 'daki devrenin yük direncinden geçen akım aşağıdaki gibi olur.

IL=VL/RL = 6.2/33 = 0.188A = 188mA

E geriliminin büyümesi halinde oluşacak devre akımının 188mA 'in üstündeki miktarı zener diyottan akacaktır.

Örneğin:,

E geriliminin ulaştığı maksimum gerilim; E = 12.2V olsun. Zener diyottan geçecek olan akımın değeri şu olacaktır: Kirchoff kanununa göre:
12.2 = It*RS+6.2 (It devreden akan toplam akımdır.)

RS = 15 yerine konarak It çözülürse;

It = 1.22-6.2/15 = 6/15 'den It = 0,4A = 400mA olur.

Bu 400mA 'den 188mA 'i RL yük direncinden geçeceğine göre;

Zener diyottan geçecek olan IZ akımı: IZ = 400-188 = 212mA 'dir. Bu değer, yukarıdaki tabloya göre:

10W 'lık zenerin maksimum akımı olan 1460mA 'den küçük, 1W 'lık zenerin maksimum akımı olan 146mA 'den büyüktür.

Böyle bir durumda 10W 'lık zener kullanılacaktır.

Aslında, 212mA 'lik zener için 1460mA 'lik zener kullanmakta doğru değildir. Daha uygun bir zener seçimi için başka üretici listelerine de bakmak gerekir.

3 - Ölçü Aletlerinin Korunmasında Zener Diyot

Döner çerçeveli ölçü aletlerinin korunmasında, zener diyot şekil 3.17 'deki gibi paralel bağlanır. Bu halde zener gerilimi, voltmetre skalasının son değerine eşittir. Ölçülen gerilim zener gerilimini aşınca diyot ters yönde iletken hale geçerek ölçü aletinin zarar görmesini engeller.Ayar olanağı sağlamak için birde potansiyometre kullanılabilir.





4 - Rölenin Belirli Bir Gerilimde Çalıştırılmasında Zener Diyot


Şekil 3.18 'deki gibi zener diyot, röleye seri ve ters yönde bağlanmıştır. Röle, ancak uygulanan gerilimin, Zener gerilimi ile röle üzerinde oluşacak gerilim düşümü toplamını aşmasından sonra çalışmaktadır.





TÜNEL DİYOT VE KARAKTERİSTİĞİ

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.





Çalışması:

Şekil 3.19 'da da görüldüğü gibi, tünel diyoda uygulanan gerilim Vt1 değerine gelinceye kadar gerilim büyüdükçe akım da artıyor. Gerilim büyümeye devam edince, akım A noktasındaki It değerinden düşmeye başlıyor. Gerilim büyümeye devam ettikçe, akım B noktasında bir müddet Iv değerinde sabit kalıp sonra C noktasına doğru artıyor. C noktası gerilimi Vt2, akımı yine It 'dir. Bu akıma "Tepe değeri akımı" denilmektedir.

Gerilimi, Vt2 değerinden daha fazla arttırmamak gerekir. Aksi halde geçen akım,It tepe değeri akımını aşacağından diyot bozulacaktır.

I=f(V) eğrisinin A-B noktaları arasındaki eğimi negatif olup, -1/R ile ifade edilmekte ve diyodun bu bölgedeki direnci de negatif direnç olmaktadır.

Tünel diyot A-B bölgesinde çalıştırılarak negatif direnç özelliğinden yararlanılır.

Tünel Diyodun Üstünlükleri:

1) Çok yüksek frekansta çalışabilir.
2) Güç sarfiyatı çok düşüktür. 1mW 'ı geçmemektedir.

Tünel Diyodun Dezavantajları:

1) Stabil değildir. Negatif dirençli olması nedeniyle kontrolü zordur.
2) Arzu edilmeyen işaretlere de kaynaklık yapmaktadır.

Tünel Diyodun Kullanım Alanları:

1. Yükselteç Olarak Kullanılması:

Tünel diyot, negatif direnci nedeniyle, uygun bir bağlantı devresinde kaynaktan çekilen akımı arttırmakta, dolayısıyla bu akımın harcandığı devredeki gücün yükselmesini sağlamaktadır.

2. Osilatör Olarak Kullanılması:

Tünel diyotlardan MHz mertebesinde osilatör olarak yararlanılabilmektedir. Bir tünel diyot ile osilasyon sağlayabilmek için negatif direncinin diğer rezonans elemanlarının pozitif direncinden daha büyük olması gerekir. Tünel diyoda Şekil 3.20 'de görüldüğü gibi seri bir rezonans devresi bağlanabilecektir. Tünel diyodun negatif direnci - R=80 Ohm olsun.
Rezonans devresinin direnci 80 Ohm 'dan küçük ise tünel diyot bu devrenin dengesini bozacağından osilasyon doğacaktır.

3. Tünel Diyodun Anahtar Olarak Kullanılması:

Tünel diyodun önemli fonksiyonlarından biri de elektronik beyinlerde multivibratörlerde,gecikmeli osilatörlerde,flip-flop devrelerinde ve benzeri elektronik sistemlerde anahtar görevi görmesidir.Ancak bu gibi yerlerdeki kullanılma durumları daha değişik özellik gösterdiğinden ayrı bir inceleme konusudur.