当前位置：文档库 › bolum_3

bolum_3

B?LüM III

YARI?LETKEN ESASLARI

3.1 G?R??

XIX.

YY’?n sonlar?nda ba?lay?p XX.YY’?n ba?lar?na kadar sürdürülen bilimsel ?al??malar sonucu bulunan yar? iletkenler;elektronik sanayisinin olu?up h?zla geli?mesini sa?lam??t?r.

1880’li y?llarda Curie karde?lerin kristaller üzerinde yapt?klar? ?al??malar sonucu; belli bir bas?n? alt?nda kristaller üzerinde bir gerilim olu?tu?u saptanm??t?r. Bu ?al??malar?n ????? alt?nda enerji d?nü?ümleri konusunda ?nemli ad?mlar at?lm??t?r.

1900’lü y?llarda bir selenyumun iletkenle birle?ti?i noktadan tek y?nlü ak?m?n ge?ti?i anla??lm??t?r. Daha sonraki y?llarda bu bulu?lar geli?tirilerek; 1930 y?l?nda germanyum diyot, 1948 y?l?nda ise ilk transist?r üretilmi?tir.

Transist?r deyimi, transfer ve rezist?r kelimelerinin birle?tirilmesinden meydana gelmi?tir. Transist?r, ak?m? kontrol edebilen elektronik devre eleman? olmas? nedeniyle ?ok ?nemli bir malzemedir. Bu b?lümde kristal diyotun ve transist?rün olu?umu konular? incelenecektir. Bu konular?n daha iyi anla??labilmesi maksad?yla Elektrik Dersinde g?rülen iletken, yal?tkan ve yar?iletken konular?n?n tekrarlanmas? yararl? olacakt?r.

3.1.1 ?LETKEN, YALITKAN VE YARI?LETKENLER

Atomun d?? y?rüngesinde de?i?ik say?da elektron bulunabilir. Bilindi?i gibi bu say? sekizden fazla olamaz. D?? y?rüngelerinde sekiz elektron bulunan y?rüngelere "doymu? y?rünge" ad? verilir. Doymu? y?rüngeye sahip olan atomlar, elektronlar?n? kolay kolay b?rakmaz. Asal gaz olarak bilinen Helyum (He), Neon (Ne), Argon (Ar) ve Kripton (Kr) gazlar?n atomlar? b?yledir.

D?? y?rüngelerindeki elektron say?s?na ba?l?, olarak baz? atomlar elektron vermeye, baz?lar? da elektron almaya ?al???rlar. Genel olarak d?? y?rüngelerinde d?rtten az elektronu bulunan ve serbest elektron say?lar? ?ok fazla olan atomlar elektron vermeye, d?rtten fazla elektronu bulunan ve serbest elektron say?lar? ?ok az olan atomlar ise elektron almaya yatk?nd?r. L d?? y?rüngesinde 3 elektron bulunan bor (B) atomu ?ekil 3.1' de verilmi?tir. Bu y?rüngenin doymas? i?in 5 elektrona ihtiya? duyaca?? dü?ünüldü?ünde; 5 elektron almak yerine, kendi 3 elektronunu vermesinin daha kolay olaca?? g?rülür.

Benzer ?ekilde ?ekil 3.1' de verilen oksijen (O) atomu, d?? y?rüngesini doymu? hale getirmek i?in L d?? y?rüngesinde bulunan 6 elektronu vermek yerine d??ardan 2 elektron alacakt?r.

?ekil 3.1 Bor atomu ?ekil 3.2 Oksijen atomu

Yukar?da k?saca ?zetlenen bilgilerden de anla?? üzere; atomlar?n son y?rüngesindeki elektron say?s? o elementin ?zelliklerini belirler. Konumuzu ilgilendiren atomlar?n s?n?fland?r?lmas?a

tan?mlarda a??k olarak verilmi?tir.

?letken : D?? y?rüngelerinde 4' ten az elektron bulunan ve serbest elektron say?lar? ?ok fazla olan maddelere denir (bak?r, alüminyum, demir vb.).

Yal?tkan : D?? y?rüngelerinde 4' ten fazla elektron bulunan ve serbest elektron say?lar? yok denecek kadar az olan maddelere denir (cam, kau?uk, hava vb.).

Yar?iletken : Ne iyi bir iletken, ne de iyi bir yal?tkan olan ve d?? y?rüngelerindeki elektron say?s? 4 olan maddelere denir (karbon, germanyum, silisyum vb).

Uygulamada iletkenler, elektrik ak?m?n? bir yerden ba?ka bir yere iletmekte; yal?tkanlar, elektrik ak?m?ndan korunmakta ve elektrik ak?m?n?n bulunmamas? gereken yerleri yal?tmakta; yar?iletkenler ise, diyot, transist?r gibi ak?m?n kontrollü iletimini sa?layan elemanlar?n imalat?nda kullan?lmaktad?r.

Bu b?lümde elektroni?in ba?l?ca konusu olan yar? iletkenler incelenecektir. Tablo 3.1’ de ?e?itli elementlerin cm3 ba??na, elektrik ak?m?na kar?? g?stermi? olduklar? diren?ler tablo halinde verilmi?tir.

Bu elementlerden diren?leri ?ok dü?ük olanlara iletken, ?ok yüksek olanlara yal?tkan; diren?leri iletken grubuna sokulamayacak kadar yüksek, yal?tkan grubuna sokulamayacak kadar dü?ük olanlara ise yar?iletken denir. Bu kapsamda elektronik endüstrisinin ba?l?ca malzemeleri olan, germanyum, silisyum, bak?r oksit, arsenik, indium, galyum gibi elementler, yar?iletken ?zellikleri g?sterir.

ELEMENT ADI CM3BA?INA Dü?EN ELEKTR?K? D?REN?

( Ω / cm3 )

GüMü?10-7

BAKIR 10-6

ALüM?NYUM 10-4

KARI?IMLI GERMANYUM 1

TRANS?ST?R GERMANYUMU 1.5

TRANS?ST?R S?L?KONU 1.6

SAF GERMANYUM 50

SAF S?L?KON 104

TAHTA 108

CAM 1010

M?KA 1012

Tablo 3.1 Elementlerin elektriki diren? tablosu

Yar?iletken atomlar?n?n son d?? y?rüngelerindeki elektron say?s? 3 ile 6 aras?nda de?i?mektedir. Kristal diyot ve transist?r yap?m?nda en ?ok germanyum ve silisyumdan yararlan?l?r. Germanyum ve silisyum atomlar?n?n en son y?rüngesindeki serbest (valans) elektron say?lar?( 4 elektron ) ayn?d?r. ?ndium, galyum, arsenik, antimuan gibi yar?iletkenler ise transist?r ve diyot yap?m?nda katk?malzemesi olarak kullan?l?rlar. Yar? iletken yap?m?nda ilk zamanlarda, germanyum elementinin daha s?k kullan?lmas?; eski temel elektronik kitaplar?nda germanyumun incelenmesini gerektiriyor idi. Ancak; germanyum hemen hemen hi? kullan?lmamaktad?r.

Günümüzde yar?iletken yap?m?nda daha ?ok silisyum elementi kullan?ld???ndan bu maddenin incelenmesi daha do?ru olacakt?r.

3.1.2 S?L?SYUMUN KR?STAL YAPISI

Germanyum ve silisyum karakteristik yap? olarak birbirlerine benzemektedirler. Dolay?s?yla Silisyumun incelenmesi s?ras?nda germanyum da analiz edilmi? olacakt?r. Silisyum elementinin cm3 ba??na direnci Tablo 3.1’ de de belirtildi?i gibi 1.6Ω / cm3’dir. Ayr?ca her iki madde ( Ge, Si ) ?s? ve ???kla etkilenebilmektedir. Bu maddelere elektrik ak?m? uyguland???nda bir tak?m de?i?imlerin olu?mas? yar?iletken kavram?n?n yerle?mesine ve geli?mesine neden olmu?tur.

t?r.

ili?

son derece uygundur.

Bu b?lümde Si ve Ge elementlerinin atom yap?s? incelenecektir. Ayn? zamanda bu maddelerin elektriksel karakteristiklerinin nas?l etkilenebilece?i de g?zden ge?irilecektir. Elektrik dersinin Elektron Teorisi konusundan da hat?rlanaca?? gibi; bir atom temel olarak 3 elemana sahiptir. Bunlar elektron, proton ve n?tron dur. Atomik yap?da proton ve n?tron ?ekirde?i, elektronlar ise ?ekirdek etraf?nda sabit bir y?rüngede dola??r. ?ekil 3.4.-a ve 3.4.-b’de Ge ve Si’ nin atomik yap?s? g?rülmek-

tedir. Ge’ nin toplam 32, Si’nin ise 14 elektronu vard?r. Son d?? y?rüngelerindeki ( valans ) elektron say?s? ise her ikisinde de 4’tür.

?ekil 3.5 Silisyum atomunun kovalent ba? yap?s?

?ekil 1.3 a ve b’de g?rüldü?ü gibi Ge atomunun toplam 32, Si atomunun ise 14 elektronu bulunmaktad?r. Her iki atomun da en d?? y?rüngesinde 4’er elektronu vard?r. Bu d?rt valans elektron-dan herhangi birini uzakla?t?rmak i?in gerekli olan potansiyel, yap?daki herhangi ba?ka bir elektronu uzakla?t?rmak i?in gereken potansiyelden daha azd?r. ?ekil 3.5’te Si atomunun kovalent ba? yap?s?g?rülmektedir. Her Si atomunun son d?? y?rüngesindeki 4 elektron di?er atomun son d??y?rüngesindeki elektronlarla ba? olu?turur. Bu elektron payla??m olay?na, kimya dersinden de hat?rlanaca?? gibi kovalent ba? denir. Dikkat edilirse her silisyum atomu di?er bir silisyum atomu ile kovalent ba? kurarak kristalize yap?y? olu?turur. D?? y?rüngedeki bu ba? daha ?nce de anlat?ld??? gibi kendini sürekli tekrar eder. Her ne kadar bir atom d?? ortama kar?? n?tr durumda olsa bile; son y?rüngesindeki elektron dengelerini, yeterli miktarda kinetik enerji uygulamak ko?ulu ile de?i?tirmek mümkündür. Kovalent ba?daki elektronlar?n, ba?dan koparak serbest duruma ge?mesi i?in bir tak?m etkilerin olmas? gerekir. Bunlar;do?al nedenler, foton ?eklindeki ???k enerjisi, ortam?n ?s? enerjisi gibi etkilerdir. Oda s?cakl????artlar?nda yar? iletkenlerin belirli say?larda serbest elektronlar? bulunmaktad?r. ?rne?in 1 cm3?z silisyum maddesinde 1,5 x 1010 adet serbest ta??y?c? elektron bulunur. ?z maddeler, katk?lar? minimum düzeye indirgemek i?in üretilen saf ( rafine ) maddelerdir. Ortam s?cakl??? artt?k?a kovalent ba?lar? olu?turan serbest elektronlar,?s?l enerji toplayarak serbest duruma ge?er. Bundan dolay? elektron say?s?nda bir art?? g?zlenir. Serbest elektron say?s?ndaki bu art?? maddenin iletkenli?inin artmas?na da neden olacakt?r. Buna kar??n maddenin elektriki direncinde azalma g?rülür. Bu durum iletkenler ile k?yasland???nda z?tl?k g?sterir. Bilindi?i gibi ?s? art??? oldu?unda iletkenlerin direnci de artmaktad?r. Bunu ?u ?ekilde ?zetleyebiliriz: Yar? iletkenler negatif s?cakl?k katsay?s?na; iletkenler ise pozitif s?cakl?k katsay?s?na sahiptir. Bu da yar? iletkenleri iletkenlerden ay?ran en ?nemli ?zelliklerden birisidir.

3.1.3 SAF S?L?SYUMUN ?LETKENL???N?N ARTTIRILMASI

Buraya kadar incelen b?lümde elektronik alan?nda kullan?lan iletken, yal?tkan ve yar?iletkenlerin s?n?fland?r?lmas? ve atomik yap?lar? incelenmi?tir. Konunun esas?n? olu?turan yar?iletkenlerin incelemesi ise daha detayl? verilmi?tir. Ancak elektronik alan?nda, uygulamaya y?nelik olarak kullan?labilecek yar? iletkenlerin olu?turulmas? i?in bir tak?m karma??k ve kimyasal y?ntemler gerekmektedir. Bu ba?lamda saf bir silisyum elektronik alan?nda direkt olarak kullan?lamaz. Konu ba?l???nda da belirtildi?i gibi saf bir silisyumdan elektrik ak?m? ge?irebilmek i?in, ?ncelikle iletkenli?inin artt?r?lmas? gerekmektedir. Bunun ger?ekle?tirilebilmesi i?in silisyum maddesine katk?yap?lmas? gerekir. Bu katk? malzemeleri, daha ?nce bahsedildi?i gibi antimon, galyum, arsenik, fosfor gibi valans elektron say?s? 5 olan elementlerdir. Bu katk?lar atom say?s? baz?nda 10 milyonda 1 gibi

?ok dü?ük miktarlarda yap?lmaktad?r. Yar? iletken maddelere katk? yap?larak 2 tip malzeme elde edilir. Bunlar:

1 – N tipi yar? iletken,

2 – P tipi yar? iletkenlerdir.

Daha ?nce de bahsedildi?i gibi elektronik uygulama alan?nda kullan?labilecek yar? iletken materyalin olu?turulabilmesi i?in, bu iki tip maddenin katk? malzemelerinin de eklenerek haz?rlanmas?gerekmektedir. Bu b?lümde ?ncelikle N tipi yar? iletkenin olu?umu incelenecektir.

olu

?ekil 3.6 N tipi yar?iletkenin meydana geli?i

?ekil 3.6’da metin olarak anlat?lan b?lüm ?ekilsel olarak ifade edilmi?tir. Burada silisyuma eklenen antimon atomuna don?r ( verici ) ad? verilir. Bunun nedeni antimonun fazla elektronunu silisyuma vermesidir.

3.1.5 P T?P? YARI?LETKEN?N OLU?UMU

?ekil 3.7’ye dikkat edildi?inde, yeni olu?turulan yap?da kovalent ba??n tamamlanmas? i?in yeterli say?da elektronun bulunmad??? g?rülecektir. Bunun nedeni boron atomunun varolan 3 valans elektronu ile silisyum atomunun 4 valans elektronu aras?nda kurulan kovalent ba? yap?s?nda bir elektronun eksik kalmas?d?r. Bu noktan?n elektron almaya ihtiyac? bulundu?undan bo? kalmakta olup + imgesi ile ifade edilir. P tipi maddede olu?an bu bo?luklara oyuk ad? verilir. Burada olu?an yap?

elektron eksikli?i nedeniyle pozitif yükle yüklenir. Meydana gelen yeni silisyum yap?s? elektron eksikli?i nedeniyle d?? ortamdan elektron almaya meyillidir. Bu tür yap?ya aksept?r ( al?c?) denir. Olu?an bu yeni yap?ya bu ?rgüye P tipi yar?iletken ad? verilir.

Buraya kadar anlat?lan N ve P tipi yar?iletken olu?turulmas? konular?nda ortaya ??kan iki ?nemli sonu? vard?r. N tipi maddede, kristal yap? i?erisinde serbest kalan fazla elektronlar; P tipi maddede, kristal yap? i?erisinde serbest kalan oyuklar olu?ur. Yani N tipi yar?iletkende ?o?unluk ak?m ta??y?c?lar elektronlar; P tipi yar?iletkende ise ?o?unluk ak?m ta??y?c?lar? oyuklard?r. ??te bu ?o?unluk ak?m

?ekil 3.8-a N Tipi yar? iletkende ak?m ta??y?c?lar??ekil 3.8-b P Tipi yar? iletkende ak?m ta??y?c?lar?

Buraya kadar anlat?lan b?lümde N tipi ve P tipi maddelerin olu?turulmas? incelenmi?tir. Bundan sonraki a?amada bu iki madde kullan?larak ak?m?n kontrollü ge?i?ini sa?layacak elektronik devre elemanlar?n?n yap?sal olu?umu incelenecektir. Ancak bu a?amaya ge?meden ?nce P ve N tipi yar? iletken i?erisindeki elektron ve oyuk hareketlerini iyi bilmek gerekir. Bu kapsamda ilk olarak katk? ile elde edilen,N tipi ve P tipi yar? iletkene bir DC kaynak ba?lan?p; olu?an de?i?imler incelenecektir.

3.1.6 N T?P?

?ekil 3.9. N tipi yar?iletkende ak?m ge?i?i

N tipi yar? iletkene bir gerilim uyguland???nda, ak?m y?nü gerilim kayna??n?n kutuplar?na g?re y?n de?i?tirir. Bunun nedeni N tipi yar?iletkende mevcut olan – yüklü ?o?unluk ak?m ta??y?c?lar?n?n gerilim kayna??n?n – kutbuna g?re hareket etmesidir. ?ekil 3.9 dikkatle incelendi?inde; S anahtar?kapand???nda,gerilim kayna??n?n – kutbu yar? iletken i?erisindeki serbest elektronlar? + kutba do?ru itece?i g?rülecektir. Bu ak?m hareketi daha ?nce de a??kland??? gibi ?o?unluk ak?m ta??y?c?s?elektronlar?n hareketidir. Ancak N tipi madde i?erisinde ?ok az oranda + yüklü oyuklar?n olu?tu?unu hat?rlan?rsa; bu oyuklar?n ak?m y?nü de gerilim kayna??n?n ba?lan???ekline g?re elektron ak??y?nünün tam tersi olacakt?r. Yani - yüklü elektronlar kayna??n – kutbu taraf?ndan itilerek +kutbu taraf?ndan ?ekilecek; + yüklü oyuklar ise + kutbu taraf?ndan itilerek - kutbu taraf?ndan ?ekilecektir. Gerilim kayna??n?n y?nü de?i?tirildi?inde ak?m y?nleri ne olur?

***Bu konuyu s?n?fta tart??arak cevaplay?n?z.

3.1.7 P T?P? YARI ?LETKENDE AKIM Y?Nü VE OYUK HAREKET?

P tipi yar? iletkene bir gerilim uyguland???nda, ak?m y?nü N tipi yar? iletkende oldu?u gibi gerilim kayna??n?n kutuplar?na g?re y?n de?i?tirir. Bunun nedeni P tipi yar? iletkende mevcut olan + yüklü ?o?unluk ak?m ta??y?c?lar?n?n gerilim kayna??n?n – kutbuna g?re hareket etmesidir. ?ekil 3.10. dikkatle incelendi?inde; S anahtar? kapand???nda,gerilim kayna??n?n – kutbu yar? iletken i?erisindeki serbest oyuklar? kendine ?ekece?i g?rülecektir. Bu ak?m hareketi ?o?unluk ak?m ta??y?c?s? oyuklar?n

?ekil 3.10 N tipi yar? iletkende ak?m ge?i?i

Dolay?s?yla bu elektronlar?n ak?m y?nü de gerilim kayna??n?n ba?lan???ekline g?re oyuk ak??y?nünün tam tersi olacakt?r. Yani + yüklü oyuklar kayna??n – kutbu taraf?ndan ?ekilerek +kutbu taraf?ndan itilecek; - yüklü elektronlar ise; kayna??n - kutbu taraf?ndan itilerek +kutbu taraf?ndan ?ekilecektir.

Gerek N tipi madde i?indeki + yüklü oyuklar?n, P tipi madde i?indeki - yüklü elektronlar?n ( az?nl?k ak?m ta??y?c?lar?n?n ) olu?turdu?u ak?ma s?z?nt? ak?m? ad? verilir. Bu ak?m as?l devre ak?m?na ters y?nde olup de?eri ihmal edilebilecek kadar kü?üktür.

Buraya kadar anlat?lan b?lümde N tipi yar? iletken i?erisindeki ?o?unluk ak?m ta??y?c? elektronlar?n hareketinin DC kayna??n – kutbundan + kutbuna; P tipi yar? iletken i?erisindeki ?o?unluk ak?m ta??y?c?oyuklar?n hareketinin ise; DC kayna??n + kutbundan - kutbuna hareket edece?i unutulmamal?d?r. Ayn?zamanda ?o?unluk ak?m ta??y?c?lar? as?l devre ak?m?n? olu?turmaktad?r.

?imdi ise iki farkl? tip yar? iletkenlerin birle?tirilerek kristal diyot olu?umu incelenecektir.

3.1.8 P – N YüZEY B?RLE?MES? VE KR?STAL D?YOTUN OLU?UMU

Daha ?nce de k?saca de?inildi?i gibi diyot; elektrik ak?m?n? tek y?nlü olarak ileten elektronik devre eleman?d?r. Bu b?lümde diyotun nas?l olu?tu?u anlat?lacakt?r. ?ekil 3.11’de katk?l? N ve P tipi iki ayr? maddenin yüzey temas? sonucunda elde edilen olu?um g?rülmektedir. Bu olu?uma Kristal Diyot ad? verilir.

?ekil 3.11.a dikkatle incelenirse; P ve N tipi maddelerin birle?im yüzeyinde, hemen olu?an bir

ad?

?ekil 3.11.b P ve N tipi maddenin birle?tirilmesi sonucu kristal diyodun olu?umu

Bu birle?me sonucunda olu?an gerilim settinde herhangi bir ak?m ta??y?c?s? kalmaz. Bunun nedeni elektron ve oyuklar?n bu bariyerin d???na itilmeleridir. Olu?an gerilim settinin kal?nl??? 1 / 1000 mm. ( 1 mikron ) kadard?r. Elektron ve oyuk hareketleri sonucunda, gerilim settinde bir potansiyel fark olu?ur. Bu gerilim germanyum diyotta 0.2 – 0.3 Volt; silisyum diyotta ise 0.6 – 0.7 Volt civar?ndad?r.

Bu olu?um sonucunda P maddesinin birle?im yüzey taraf? oyuk kaybedip, elektron kazan?r. Dolay?s?yla bu b?lgenin kutbu negatif olur. Diyotun bu taraf?na Anot ad? verilir. Ayn??ekilde N maddesinin birle?im yüzey taraf? da elektron kaybedip, oyuk kazan?r. Bu b?lgenin kutbu da pozitif olur. Diyotun bu taraf?na da Katot ad? verilir. ?ki yüzey aras?ndaki potansiyel fark, oyuklar?n P maddesini, elektronlar?n da N maddesini terk etmelerine engel olur. B?yle bir yap?daki malzemeden ak?m ge?irebilmek i?in d??ar?dan bir kaynakla gerilim uygulanmas? gerekir. ?ünkü gerilim settinin a??lmas? gerekmektedir. Bu ko?ulun olu?abilmesi i?in kristal diyotun do?ru polarize (do?ru kutuplama) edilmesi gerekir. ?ünkü elde edilen malzeme, ak?m?n tek y?nlü ge?mesine olanak verir. Ters y?nde uygulanacak enerji diyotun i?erisinden ak?m ge?irmeyecektir. E?er ters y?ndeki enerji uygulamas?belirli bir seviyenin üzerine ??karsa diyot bozulur ( delinir ).

3.1.9 KR?STAL D?YOTUN DüZ KUTUPLANMASI ( DüZ POLARMA )

?ekil 3.12’de P – N eklemli kristal diyotun bir batarya yard?m?yla düz kutuplanmas?g?sterilmi?tir.

?ekil 3.12 Kristal diyotun düz kutuplanmas?

?ekil 3.12 dikkatle incelendi?inde; diyotun P eklemi taraf?na bataryan?n + kutbunun, N eklemi taraf?na da bataryan?n – kutbunun ba?land??? g?rülecektir. P - N eklemine gerilimin verilmesinden hemen sonra; P maddesindeki oyuklar bataryan?n + kutbu taraf?ndan, N maddesindeki elektronlar da bataryan?n – kutbu taraf?ndan birle?me yüzeyine do?ru itilirler.

Bu olay?n sonucunda bariyer ( gerilim setti ) ortadan kalkar. Gerilim settinin ortadan kalkabilmesi i?in diyotun yap?ld??? maddenin ?zelliklerine dikkat etmek gerekir. Bu gerilim de?erinin silisyumda 0.6 – 0.7 V. germanyumda ise 0.2 – 0.3 V. oldu?unu biliyoruz. Yani bu voltaj de?erleri gerilim settinin ortadan kalkmas? i?in gerekli voltajlard?r. Gerilim settinin ortadan kalkmas?yla birlikte elektronlar ve oyuklar birle?me yüzeyinde birle?irler.

N b?lgesinden gelerek P b?lgesindeki oyuklar? dolduran her elektrona kar??l?k, P maddesinde ortak valans ba??n? koparan bir elektron bataryan?n + kutbu taraf?ndan ?ekilir. Bu elektron bataryadan

?ekil 3.13’de P – N eklemli kristal diyotun bir batarya yard?m?yla ters kutuplanmas? g?sterilmi?tir. ?ekildeki yap?ya dikkatle bak?ld???nda bataryan?n – kutbuna P tipi maddenin, + kutbuna da N tipi maddenin ba?land??? g?rülecektir. Bu durumda gerilim verilir verilmez N tipi madde i?erisindeki serbest elektronlar bataryan?n + kutbu taraf?ndan, P tipi madde i?erisindeki serbest oyuklar ise bataryan?n – kutbu taraf?ndan ?ekilir. Bu durum birle?im yüzeyinin geni?lemesine ve gerilim settinin büyümesine neden olacakt?r. Dolay?s?yla d?? devreden herhangi bir ak?m ge?i?i olmayacakt?r. Bu durumda diyottan ak?m ge?meyece?i i?in, diyot yal?tkan olacakt?r.

Ancak burada unutulmamas? gereken bir nokta; daha ?nceki konularda bahsi ge?en az?nl?k ak?m ta??y?c?lar?n?n ters polarma durumunda ortaya ??kan etkisidir. P maddesindeki ?ok az say?daki elektronlar ve N maddesindeki yine ?ok az say?daki oyuklar; diyot i?erisinden as?l devre ak?m?na ters y?nde ve ?ok kü?ük bir de?erde ak?m ge?i?ine neden olur. Bu ak?ma s?z?nt?ak?m?denir. ?o?u kez bu ak?m ihmal edildi?inden dikkate al?nmaz. Bu durum ?ekilde g?sterilmi?tir.

3.2.1 KR?STAL D?YOT KARAKTER?ST?KLER?

Diyot karakteristik e?risine dikkat edildi?inde 2 adet eksenin oldu?u g?rülecektir. Yatay eksen voltaj eksenidir. Sa? taraf + Vd ile adland?r?lm?? olup; diyotun düz polarland???n? ifade eder. Voltaj ekseninin sol taraf? ise – Vd olup diyotun ters polarland???n? ifade eder. Diyot düz kutupland???nda belli bir noktaya kadar diyotun i?erisinden ak?m ge?medi?i veya ihmal edilebilecek kadar kü?ük de?erde bir ak?m ge?ti?i g?rülür. Ancak 0.7 Volt baraj? ge?ildi?inde ( Bu gerilim silisyum diyot i?indir ) diyot iletken olarak devreden yüksek bir ak?m ge?ecektir. Bu ak?m + Id ekseninden

g?rülebilir. Bu yüksek de?erdeki ak?m?n ge?mesi, diyotun iletken hale gelmesi demektir. Di?er bir deyimle do?ru polarmada diyot iletken olur. Ancak tamamen k?sa devre olmaz. Bunun nedeni birle?im yüzeyinde olu?an bariyerdir. Bu nedenle diyotun düz polarmadaki i? direnci birka? Ω ( ohm )’ dur. Diyot ideal dü?ünüldü?ünde bu diren? yok say?labilir. Ancak uygulamada bahsedilen diren? her zaman ge?erlidir.

Diyot ters polarize edildi?inde; i?erisinden ?ok kü?ük de?erdeki s?z?nt? ak?m? hari? herhangi bir ak?m ge?i?i olmayacakt?r. Bu durum karakteristik e?risinin sol taraf?nda g?rülmektedir. – Vd diyotun ters polarma alt?nda oldu?u gerilimi g?sterir. E?riye dikkat edilecek olursa; belli bir gerilim de?erine kadar ak?m ge?i?i g?zlenmemektedir. Bu durum diyotun daha ?nce de bahsedildi?i gibi en ?nemli ?zelliklerinden birisidir. Yani diyot; düz kutupland???nda ak?m? iletir, ters kutupland???nda ise ak?m?ge?irmez. Tek y?nlü ak?m iletimine izin veren bu yap?daki elemanlara yar? iletken denmesinin nedeni budur.

Ters kutuplamada dikkati ?eken bir nokta da delinme gerilimi ad? verilen b?lgedir. Bu b?lge tahmin edilece?i gibi diyotun ters polarma alt?nda dayanabilece?i s?n?r gerilim de?eridir. E?er bu gerilim de?eri a??l?rsa diyot bozulur ( delinir ) ve bir daha ?al??maz. Bu durum, karakteristik e?ride ak?m?n ters y?nde sonsuza ula?mas??eklinde g?sterilmi?tir. Her diyotun delinme gerilimi farkl?d?r. Bu de?er ?e?itli diyotlarda farkl?l?klar g?sterir. Bu yüzden her diyota ait k?r?lma gerilimi üretici firmalarca ürün katalogunda belirtilmi?tir. Buradan da anla??laca?? üzere diyotlar?n kullan?labilmesi i?in bir isminin veya tan?t?c? numaras?n?n olmas? gerekir. Her diyotun farkl? ?zellikleri bulunmaktad?r. Yani voltaj ve i?erisinden ge?en ak?m miktarlar?, diyotlar?n kullan?m yerlerine g?re se?ilmelerini gerektirmektedir. A?a??da diyotlara ili?kin tan?t?m bilgileri tablo halinde verilmi?tir.

YAPILDI?I MADDE T?CAR??SM?

GERMANYUM AX xxx veya OX xxx

S?L?SYUM BX xxx veya 1N xxxx

Tablo 3.2 Diyot tan?t?m bilgileri- 1

Tablo 3.2 incelendi?inde iki maddeden yap?lan diyotlar?n alabilece?i ticari tan?t?m isimler g?rülmektedir. Buradan anla??laca?? üzere germanyum diyotlar A veya O ile, silisyum diyotlar ise B veya 1N ile ba?lamaktad?r. ?kinci hane ise A, B gibi harflerdir ve diyotun ?al??ma ?zelliklerini g?sterir. xxx ile g?sterilen haneler diyotun üretim no’lar? olup her diyota ait bir seri no’su bulunmaktad?r. Bu no’lar tüm dünyada ayn?d?r. Ancak günümüz teknolojisinde daha ?ok silisyum diyot kullan?lmakla beraber 1N xxxx serisi yayg?nd?r. Burada bilinmesi gereken bir nokta vard?r. Geli?en teknoloji ile zaman i?erisinde germanyumun kullan?m?n? azal?rken, silisyumun kullan?m? artm??t?r. Hatta

günümüzde germanyumdan yap ?lan yar ? iletkenlerin kullan ?m ?, yok denecek kadar aza indirgenmi ?tir. Bunun nedeni silisyumun daha h ?zl ? ve kullan ?lan ak ?m – gerilim s ?n ?r ?n ?n daha yüksek olmas ?d ?r. A ?a ??da ?e ?itli diyotlara ait veriler g?rülmektedir.

D ?Y O T A D I

Y A P I L D I ?I M A D D E

M A X . T E R S G E R ?L ?M

(-V d m ) ( V O L T )

Z A R A R S I Z T E R S

G E R ?L ?M (-V d )

( V O L T )

D O ?R U Y ?N L ü

D ?Y O T A K I M I

( I d ) ( m A )

T E R S Y ?N L ü D ?Y O T

A K I M I ( -I d ) (μA ) AA 119 Ge 45 30 100 150 OA 70

22,5

150

OA 79 Ge 45 30 100 90 OA 85 Ge 100 90 150 75 BA 100

100

200

BAY 32 Si 150 150 250 200 BY 100 Si 1250 800 7500 250 1N 4001 Si 50 30 1000 150 1N 4002

100

1000

150

1N 4007 Si 1000 800 1000 150

Tablo 3.3 Diyot tan ?t ?m bilgileri – 2

Tablo 3.3’de baz ? diyotlar ?n tan ?t ?m bilgileri verilmi ?tir. G?rüldü?ü gibi her diyotun kendine ?zgü ?al ??ma gerilim ve ak ?m de ?erleri bulunmaktad ?r. Kullan ?lacak devrenin tip ve amac ?na g?re diyot se?imi yap ?lmal ?d ?r. Diyota uygulanacak gerilim ve diyot i?erisinden ge?irilebilecek ak ?m ?n dikkate al ?nmas ? gerekmektedir. Bilindi ?i gibi germanyum diyot, do ?ru polarmada 0,2 Volt’tan, silisyum diyot ise 0,7 Volt’tan hemen sonra iletime ge?mektedir. Do ?ru polarmada dikkat edilecek nokta diyota uygulanacak gerilim de ?il, üzerinden ge?ecek ak ?m de ?eridir. Dolay ?s ?yla diyotun ba ?lanaca ?? yük de ?eri, diyot üzerinden izin verilen s ?n ?rdan fazla ak ?m ge?mesine neden olmamal ?d ?r. Aksi takdirde devre ?al ??mayaca ?? gibi a ??r ? ak ?m ?ekilmesine ve bu da diyotun bozulmas ?na neden olacakt ?r.

Buraya kadar anlat ?lan b?lümdeki teorik bilgileri ?rnek diyot devreleri ile peki ?tirmek, konunun anla ??lmas ? bak ?m ?ndan yararl ? olacakt ?r. ?lk olarak diyot karakteristik e ?risinin ??kar ?labilmesi i?in gerekli devre incelenecektir.

3.2.2 D?YOT KARAKTER?ST?K E?R?S?N?N ?IKARILMASI ???N GEREKL? DEVRE

Diyot karakteristik e?risinden de hat?rlanaca?? üzere diyotun do?ru y?nlü ve ters y?nlü ak?m grafi?ini ??karabilmek i?in 1. a?amada diyot düz kutuplanmal?; daha sonra da ters kutuplanmal?d?r.

1. DO?

RU KUTUPLAMA

Devrenin ?al??mas?:?ekil 3.15’teki devre; bir adet DC gerilim kayna??, bir adet ayarl? diren?, bir adet diyot,bir adet diren?, iki adet voltmetre ve bir adet ampermetre ile kurulmu?tur. Diyota uygulanan gerilim ayarl? diren? yard?m?yla 0 V’ tan ba?lan?p belirli aral?klarla art?r?l?r. Bu aral?k ?ok hassas oldu?undan gerilim art??lar? 0,1 V gibi kü?ük gerilim aral?klar? kullan?l?r. Gerilim, yava? yava? bu y?ntemle artt?r?l?rken; kaynak gerilimini veya toplam devre gerilimini g?steren 1. Voltmetre ve diyot üzerindeki voltaj?( Vd ) g?steren 2. Voltmetredeki de?erler okunup kaydedilir. Yine diyota seri ba?l?

ka? say ?sal de ?er ile hesaplanabilir. Bu sebeple, hesaplamalar i?in tüm karakteristi ?e ihtiya? yoktur.

ampermetre dikkatle takip edilerek her gerilim art ???nda diyottan ge?en ak ?m ?l?ülerek kaydedilir. Ak ?m ?l?ümleri karakteristik e ?rinin dikey ekseni olan ak ?m ( Id ) b?lümüne; ikinci voltmetreden okunan gerilim de ?erleri de ( Vd ) yatay eksene kaydedilir. Belirli bir noktaya kadar voltaj yava ??a art ?r ?l ?rken diyotun i?erisinden ge?en ak ?m ?n olduk?a dü?ük seyretti ?i g?zlenir. Ancak silisyum diyotun e ?ik gerilimi ( 0,7 Volt ) a ??ld ???nda, diyottan ge?en ak ?m ?n birdenbire artt ??? g?rülür. ??te bu nokta diyotun i? direncinin azalarak iletime ge?ti ?i noktad ?r. Bu noktadan sonra diyot, bir anahtar gibi kapanarak devreden maksimum ak ?m ge?mesine izin verir. Bu noktaya kadar yap ?lan i ?lemlerin k

Buradaki V t gerilimi daha ?nce de anlat ?ld ??? gibi; diyotun iletime ge?mesi i?in gerekli olan e ?ik ( threshold ) gerilimidir. Bu gerilim silisyum diyot i?in 0,6 – 0,7 V, germanyum diyot i?in ise 0,2-0,3V’tur. r ortalama direnci genelde bilgi olarak verilen bir +

A ?a ??daki ?rnek, konunun anla ??lmas ? i?in faydal ? olacakt ?r. ?ekil 3.17’ de g?rüldü?ü gibi yar ?iletken silisyum diyot i?in V d =1V, I d =10 mA dir. Karakteristik e ?ri yükselmeden ?nce diyotun iletime ge?ebilmesi i?in 0,7 Voltluk bir kayma s?z konusudur. Buna g?re;

r ort = Δ V d / Δ I d =

107

,01?? = 30 Ω. bulunur.

Di ?er yandan bir diyot devresinde; devreye uygulanan gerilime ve devrenin total direncine g?re, diyotun V t ve r ort de ?erleri ?ok kü?ük kal ?yor ise; Bu de ?erlerden biri veya her ikisi birden ihmal edilebilir. Ancak ger?ekte bir diyotun g?sterim ve ifadesi a ?a ??daki gibidir.

?ekil 3.19 Silisyum diyot karakteristik e ?risi ??karma devresi ( Ters polarma )