Kısım I Diyot ve Çeşitleri

 Diyot, transistör, tümleşik (entegre) devreler ve isimlerini
buraya sığdıramadağımız daha birçok elektronik elemanlar,
yarı iletken malzemelerden yapılmışlardır.
 Bu kısımdaki en önemli konulardan biri, iki farklı yarı
iletkem malzemelerden meydana gelen PN yapısıdır. Bu yapı
yukarıda saydığımız veya sayamadığımız birçok elektronik
elemanların temel taşıdır.
 PN yapı dışarıdan uygulanacak güç kaynağının bağlantısına
göre elektrik akımını bir yönde iletirken, iletken; diğer yönde
elektrik akımı iletmezken, yalıtkan olmaktadır.
İletken, Yalıtkan ve Yarı İletken
Bilindiği gibi maddenin yapı taşına ATOM diyoruz. Atomun yapısı nasıldır? Bunu Şekil 1.1
d
e
k
i
B
a
k
ı
r
a
t
o
m
u
n
u
n
ş
e
k
l i n
d
e
n
g
ö
r
e
b
i l i r
i z
.
Şekil 1.1 Bakır atomunun Bohr
modeli
Çekirdeğin içinde eşit sayıda proton ve nötron bulunmaktadır. Protonlar atomun pozitif
e
l
e
k
t
r
i
k
y
ü
k
ü
n
ü
o
l
u
ş
t
u
r
u
r
l
a
r
,
n
ö
t
r
o
n
l
a
r
i
s
e
a
t
o
m
u
n
k
ü
t
l
e
s
i
n
i
o
l
u
ş
t
u
r
m
a
k
t
a
d
ı
r
l
a
r
.
Ç
e
k
i
r
d
e
ğ
i
n
dışında çeşitli yörüngelerde dolaşan ve atomun negatif elektrik yükünü oluşturan
elektronlar vardır.
Bakır atomunun en dış yörüngesinde (valans yörünge) sadece bir elektron bulunur. En dış
yörüngede bulunan elektrona valans elektron adı verilir.
En dıştaki 1 adet valans elektron iletken içindeki elektrik akımını sağladıkları için ayrıca
ö
n
v
a
e
r
m
s
l i d
a
(
i r
1
, 2
l e
r
, 3
.
B
)
a
b
u
ş
k
e
a
l e
b
k
i r
t r
d
o
e
n
y
l a
i ş
r
ı
l e
ç
,
e
b
k
i r
i r
a
t o
d
e
ğ
m
e
u
b
n
a
e
ğ
l a
n
d
y
a
ı ş
n
y
g
ö
ü
r
ç
ü
z
n
g
e
s
i n
a
y
ı f t ı r
d
.
e
D
a
ı ş
z
a
s
r
ı d
a
y
a
ı d
n
a
u
v
y
g
a
l a
n
s
u
l a
n
a
bir enerji kaynağı yardımı ile bu elektronların serbest hale geçmesi çok kolaydır.
Şekil 1.2 de Bakır atomunun basitleştirilmiş modeli gösterilmektedir.
e
c
l e
a
k
k
t r
k
ü
o
n
ç
ü
k
 Sonuç
Elektrik akımını kolaylıkla ileten malzemelere iletken denir. Bunun
nedeni bu malzemelerin valans elektronlarının olmasıdır.
Uygulanacak en küçük bir enerji kaynağı ile (pil, ısı, güneş enerjisi gibi)
bu elektron serbest hale geçmektedir.
İletken malzemeler, Bakır, altın, gümüş, alüminyum gibi
malzemelerdir.
Yalıtkan maddelerin en dış (valans) yörüngelerinde 8 elektron bulunur. Yani en dış
yörüngede ne eksik, ne de fazla elektron vardır. Bu tip yörüngelere doymuş yörünge adı
v
e
r
i
l
i
r
.
D
o
y
m
u
ş
y
ö
r
ü
n
g
e
l
e
r
d
e
n
e
l
e
k
t
r
o
n
k
o
p
a
r
m
a
k
ç
o
k
z
o
r
o
l
d
u
ğ
u
i
ç
i
n
y
a
l
ı
t
k
a
n
m
a
d
d
e
l
e
r
d
e
serbest elektron sayısı çok azdır. Bu nedenle elektrik akımını iletmezler.
Yalıtkanlar, elektrik akımını iletmeyen maddelerdir. Yalıtkanlara örnek olarak, plastik, mika,
kağıt gösterilebilir.
Yalıtkan maddeler, elektrik kablolarının i
z
o
l a
s
y
o
n
u
n
d
a
k
u
l l a
n
ı l ı r l a
r
Yarı iletkenler, elektriksel iletkenlik bakımından, yalıtkanlarla iletkenler arasında yer alırlar
İletken
Yarı iletken
Yalıtkan
Germanyum ve silisyum, elektronik alanında yaygın olarak kullanılan yarı iletkenlerdir.
G
e
r
m
a
n
y
u
m
v
e
s
i
l
i
s
y
u
m
u
n
e
n
d
ı
ş
(
v
a
l
a
n
s
)
y
ö
r
ü
n
g
e
l
e
r
i
n
d
e
4
t
a
n
e
e
l
e
k
t
r
o
n
b
u
l
u
n
u
r
.
Germanyum ve Silisyum yarı iletken maddelerine katkı maddesi ilave edilerek elektronik
devre elemanı imalinde (diyot, transistör, tristör, triyak, vb.) kullanılırlar.
Şekil 1.4
Germanyum
atomunun basitleştirilmiş
modeli
Kural: bütün yarı ilet
elektron bulunur.
En dış y
ö
b
i r
l e
ş
m
e
r
e
ü
n
ğ
g
i l i m
e
l e
i
r
g
k
i n
ö
e
d
s
n
l
e
t e
e
r
4
r
i r
i
ç
e
l e
r
i
n
Şekil
1.7
Silisyum
atomunun basitleştirilmiş
modeli
g
l e
k
t r
.
B
u
tamamlama eğilimindedirler.
e
ç
o
n
m
e
r
l
b
a
i
d
u
d
i
r
l u
d
e
.
H
n
a
l e
e
p
n
r
s
i
m
,
e
n
i
a
n
d
d
n
a
d
ı ş
t
e
o
l e
y
m
r
ö
l
,
r
a
k
ü
r
ı
n
i m
n
g
ı
y
e
n
e
a
l e
s
r
n
d
ı
ş
a
l
o
l a
i n
d
e
k
y
r
i
ö
r
ü
n
g
a
k
b
a
e
l e
k
t r
e
ş
o
s
k
n
i
n
a
d
e
m
s
a
4
a
y
d
ı s
d
ı n
e
ı
l e
r
8
’ e
l e
Elektronik devre elemanları yapımında germanyum ve silisyum maddeleri saf olarak
kullanılmaz, içlerine katkı maddeleri enjekte edilerek N (negatif) ve P (pozitif) tipi yarı
i
l
e
t
k
e
n
l
e
r
e
l
d
e
e
d
i
l
i
r
l
e
r
.
N (Negatif) tipi malzeme
Saf
Katkı
malzemeleri
•Arsenik,
Fosfor,
Antimuan veya
•Alüminyum,
Boron, Galyum,
Indium
Si
veya
Ge
P (Pozitif) tipi malzeme
N tipi malzeme
Katkı
malzemeleri
•Arsenik,
Fosfor,
Antimuan
Saf
Si
veya
N (Negatif) tipi
malzeme
Ge
Önemli Not:
Arsenik, Fosfor ve Antimuan gibi elementlerin en dış yörüngelerinde 5
tane valans elektron bulunur.
Saf silisyum maddesine atomlarının en dış yörüngesinde 5 elektron
bulunan arsenik (As) maddesi katılırsa, silisyum atomları, komşu arsenik
atomlarının en dış yörüngesindeki 5 elektrondan 4 tanesiyle kovalent
bağlar kurar. 5nci elektron ise açıkta kalır.
Bu elektron, katkılı kristal yapı içerisinde serbest elektron olarak ortaya
çıkar. Bu yolla, yeni kristal yapı içerisinde birçok serbest elektron
meydana gelmiş olur.
Si
Si
Si
Si
As
Si
Fazla Elektron
Şekil 1.9. Arsenik katkılı silisyum
maddesi
Si
Si
Si
P tipi malzeme
Katkı
malzemeleri
•Bor,Galiyum,
İndium
Saf
Si
veya
P (Pozitif) tipi
malzeme
Ge
Önemli Not:
Bor, Galiyum ve İndium gibi elementlerin en dış yörüngelerinde 3 tane
valans elektron bulunur.
Silisyum maddesine, bor maddesi enjekte edildiğinde, bor atomlarının en dış
yörüngelerindeki 3 elektron, silisyum atomlarıyla kovalent bağ kurar, buna
karşılık bor atomunun en dış yörüngesindeki elektron sayısı 3 olduğu için bir
kovalent bağ eksik kalır.
Yani her Bor atomu 1 elektronluk eksikliği meydana getirir. Bu elektron
eksikliği veya boşluğu “oyuk” olarak da adlandırılır.
Si
Si
Si
Si
B
Si
Elektron
Boşluğu (Oyuk)
+
Si
Si
Si
Şekil 1.11
maddesi
Bor katkılı silisyum
Buraya kadar anlatılanl
a
r
ı
ş
ö
y
l
e
ö
z
e
t
l
e
y
e
b
i
l
i
r
i
z
:
 Saf silisyum veya germanyum maddesine, bir miktar arsenik maddesi katılırsa,
e
i
l
l
d
e
e
t
e
k
e
n
d
i
”
l
o
e
n
l
b
a
r
a
i
l
e
k
ş
a
i
d
m
l
d
a
e
n
e
d
ı
r
ı
l
l
e
ı
r
k
t
r
o
n
f
a
z
l
a
l
ı
ğ
ı
o
r
t
a
y
a
ç
ı
k
a
r
v
e
b
u
m
a
d
d
e
“
N
t
i
p
i
y
a
r
ı
.
 Saf silisyum veya germanyum maddesine, bir miktar bor maddesi katılırsa, elde edilen
b
i
l
e
ş
i
m
d
e
e
l
e
k
t
r
o
n
e
k
s
i
k
l
i
ğ
i
(
o
y
u
k
)
o
r
t
a
y
a
ç
ı
k
a
r
v
e
b
u
m
a
d
d
e
“
P
t
i
p
i
y
a
r
ı
i
l
e
t
k
e
n
”
o
l
a
r
a
k
adlandırılır.
Bir metal ile yarı iletken arasındaki en önemli fark akım taşıyıcıları bakımındandır.
Metallerde elektronlar tarafından metalin her iki yönünde taşınabilir. Bu nedenle metaller
Unipolar olarak adlandırılır. Yarı iletkenlerde ise farklı iki taş
ı
y
ı
c
ı
t
a
r
a
veya Elektronlar) taşınır. Bu nedenle yarı iletkenlere Bipolar adı verilir.
f
ı
n
d
a
n
(
Boşluklar
1.3 N ve P-Tipi İletkenler İçerisinde İletim
P tipi yarı iletkenlerde çok az da olsa serbest elektronlar, N tipi yarı iletkenlerde de yine
çok az oyuklar bulunacaktır
P tipi yarı iletkenlerde oyuklar, N tipi yarı iletkenlerde de elektronlar çoğunluktadır. P tipi
yarı iletkenlerdeki oyuklar, “çoğunluk akım taşıyıcı”, elektronlar ise “azınlık akım
taşıyıcı” olarak adlandırılır. N tipi yarı iletkenlerde
i
s
e
,
e
l
e
k
t
r
o
n
l
a
r
,
“çoğunluk akım
taşıyıcı”, serbest oyuklar ise “azınlık akım taşıyıcı” olarak adlandırılırlar.
N tipi yarı iletken
Elektron
Oyuk
Şekil 1.12
N-tipi bir yarı
iletkende elektron ve
oyuk hareketi.
E
P tipi yarı iletken
Oyuk
E
Şekil 1.13. P tipi bir
yarı iletkende oyuk ve
elektron hareketi
1.4 PN Bağlantısı
 Bu kısımda daha önce anlattığımız P ve N tipi katkılı
yarı iletkenleri bir araya getirip, elektronikte çok sık
kullanılan bir PN Bağlantısını (PN Junction)
inceleyeceğiz. Bu bağlantı şekli kullanılan tüm yarı
iletken malzemenin (diyot, transistor, FET vs...) temel
yapısı olup iyi anlaşılmasında fayda vardır.
 PN bağlantısına dışarıdan hiçbir şekilde enerji kaynağı
uygulanmıyorsa, bu duruma polarmasız PN birleşimi
 PN bağlantısına dışarıdan herhengi bir şekilde enerji
kaynağı uygulanıyorsa, PN yapıya polarmalı PN
birleşimi
 Polarmalı PN yapının iletken olma durumuna, doğru
polarma
 Polarmalı PN yapının yalıtkan olma durumuna, ters
polarma
1.4.1 Polarmasız PN Bağlantısı
P tipi yarı iletken
N tipi yarı iletken
Birleşme yüzeyi
Bu bölge bir gerilim duvarı gibi davranarak, elektron ve oyukların karşı bölgelere
geçmesini önlemektedir.
Birleşme yüzeyi çevresinde
n
ö
t
r
b
ö
l
g
e
o
l
u
ş
u
r
.
P tipi yarı iletken
Nötr Bölge
N tipi yarı iletken
Birleşme yüzeyi
Şekil 1.15 Polarmasız PN birleşiminde nötr bölgenin oluşumu
Artık denge durumunda olan bağlantının uçlarından elektrik akımının
(elektronların) geçebilmesi için elektriksel bir engel voltajı, VD , oluşmuştur.
Bu engel bağlantının arasında kalan nötr bölgedir.
Aradaki bölgeyi elektronların aşabilmesi için silisyum için 0,7V ve
germanium için 0.3V kadar bir gerilime ihtiyaç vardır. Bu gerilim değeri
özellikle küçük sinyal uygulamalarında çok önemlidir. Aynı zamanda ortası
yalıtkan iki dış kenarı yarı iletken olan bağlantı bir kapasite, C, olarak da
davranır.
Şekil 1.16 da görüldüğü gibi bu kapasite yüksek frekanslarda çalışan diyot,
transistör gibi malzemeler için istenmez, fakat varikap diyot gibi kapasitesi
gerilimle değişen diyotlar için özellikle istenir. Bu özellikleri sağlamak için yarı
iletken üreticilerinin özel teknikleri bulunmaktadır.
VD
P tipi yarı iletken
N tipi yarı iletken
C
Şekil 1.16 Nötr bölgede engel voltajı ve kapasitenin oluşumu
PN Bağlantısının İletkenliği; Doğru Polarma
PN bağlantısının P tarafına pozitif, N tarafına negatif gerilim uygularsak yapı iletime geçer.
Bu bağlantıya Doğru Polarma denir.
VD
P
N
DC A
E < VD
E
Şekil 1.17 0.7 V < VD durumunda doğru polarlanmış PN birleşimi
VD
P
N
Daralan nötr
bölge
E = VD
Oyuk akışı
E
P
ID
E > VD
DC A
Şekil 1.18 E = 0.7V da
daralmaya başlayan
nötr bölge.
N
Serbest
elektron akışı
DC A
Daralan
nötr
bölge
E
Şekil 1.19 Doğru
polarlanmış PN
birleşimi
PN Bağlantısının Yalıtkanlığı; Ters Polarma
PN bağlantısının P tarafına
n
e
g
a
t
i
f
,
N tarafına
p
o
z
i
t
i
f
g
e
r
i
l
i
m
u
y
g
u
Bu bağlantıya Ters Polarma denir.
VD
P
N
Genişleyen nötr bölge
DC A
E > 0V
E
Şekil 1.20 Ters polarlanmış PN birleşimi
l
a
r
s
a
k
y
a
p
ı
y
a
l
ı
t
k
a
n
o
l
u
r
.
Ters polarlamada yarı iletken içindeki azınlık taşıyıcılarından dolayı mikroamper
seviyelerinde de olsa bir akım akar. Bu akıma sızıntı akımı denir. Azınlık taşıyıcıları
sıcaklığın artması ile artacağı için PN bağlantıda sızıntı akımı, sıcaklığın artması ile
artar.
PN bağlantıda doğru polarma için P ucuna pozitif, N ucuna negatif
gerilim verilir. Doğru polarma da PN bağlantıdan akım akar.
PN bağlantıda ters polarma için P ucuna negatif, N ucuna pozitif
gerilim verilir. Ters polarma da PN bağlantıdan akım akmaz.
Diyot
Diyot, tanım olarak elektrik akımını bir yönde geçiren, diğer yönde ise geçirmeyen bir
elektronik yarı iletken devre elemanıdır. Diyot, PN birleşmesinden meydana gelir.
Anot
(A)
Katot
(K)
A
K
(b) Fiziki yapı
(a) Sembol
Şekil 1.21 Diyot
ID
Doğru Polarma Bölgesi
VBR
VD
0.7 V (Si)
0.3 V (Ge)
Ters Polarma Bölgesi
Şekil 1.22 Bir diyodun (I –V)
karakteristiği
VD
DC V
ID
DC A
Şekil 1.23 de kullanılan R direnci akım
sınırlama direnci olarak görev yapmaktadır.
Devrede kullanılan diyot doğru polarma
altında çalıştığı zaman, diyot içerisinden akan
akımın ifadesi aşağıdaki bağıntıdan bulunur.
R
+
ID 
E
Şekil 1.23 Doğru polarlanmış bir diyot
VD = E
ID = 0
DC V
E = VD + (ID xR)
E  VD
R
…………………..(1.1)
Germanyum diyotlar için yaklaşık VD=0,3V, Silisyum diyotlar için yaklaşık VD=0,7V
kadardır.
DC A
Ters polarlanmış bir diyot devresinde:
ID = 0 A (Diyot içerisinden akım akmaz)
R
+
E
Şekil 1.24 Ters polarlanmış bir diyot
VD = E (Diyot üzerindeki gerilim, kaynak
gerilimine eşit olur.)
Bir diyot nasıl zarar görür?
•Bir diyodun doğru polarma altında içerisinden akabilecek en
büyük akımına, maksimum ileri yön akımı denir. Devreden
akan akım, bu akım değerinden büyük olursa, diyodumuz zarar
görecektir.
•Ters polarma koşulu altında diyodun dayanabileceği
gerilime, VBR , kırılma gerilimi denir. Ters polarma
koşulunda VAK > VBR ise diyod zarar görür.
Özet:
Bir diyot doğru olarak polarlandığı zaman,
içerisinden geçen akım artar veya azalırsa üzerine
düşen gerilim, başka bir deyişle her zaman için VAK
= VA – VK = 0.7 V değerinde sabit kalır.
Örnek 1.1
Şekil 1.25 de verilen devrede kullanılan 1N4001 diyodunun, maksimum
ileri yön akımı 1A ve VBR = 50 V dur. Devre akımının, maksimum ileri yön
akımının yarısı kadar olabilmesi için gerekli olan akım sınırlama
direncinin değerini bulunuz?
D1
1N4001
+
20V
Çözüm 1.1
R
Şekil 1.25 de verilen devrede
ileri yön akımı 0.5 A veya 500
mA olacaktır.
20V = (500 mA x R) + 0.7 V
ifadesinden, R değeri
Şekil 1.25
R = = 38.6 k olarak bulunur.

Örnek 1.2
Şekil 1.26 da verilen devrede, devre akımı 1 mA
olabilmesi için V2 kaynağının gerilim değerini
bulunuz?
Çözüm 1.2
Şekil 1.26 da verilen devrede
diyotlar
seri
olarak
kullanılmışlardır.
Dolayısı ile,
V2 = (0.7 V + 0.7V) + (1 mA x
2 k ) + 10 V = 13.4 V olarak
bulunur.

D1
R
2k
+
D2
+ V1
10V
V2
Şekil
1.26
Örnek 1.3
Şekil 1.27 de verilen devrelerin herbirinde kullanılan diyodların, doğru yönde
p
o
l a
r
l a
n
a
b
i l m
e
s
V1
10V
i
i ç
i n
g
D
e
r
e
R
k
l i
o
l a
n
V2
g
e
r
i l i m
d
e
ğ
e
r
l e
r
i n
i
b
u
l u
V2
n
u
z
?
D
2k
2 mA
0.5 mA
(b)
(a)
Şekil 1.27
R
V1
1k
-2V
Çözüm 1.3
V1
10V
D
R
V2
D
V2
2k
2 mA
R
V1
1k
-2V
0.5 mA
10V – V2 = 0.7V + (2mA x 2k) V2 – (-2V) = 0.7V + (0.5mA x 1k)
10V – V2 = 4.7V
V2 + 2V = 1.2V
10V – 4.7V = V2
V2 = - 2V + 1.2 V
5.3 V = V2
V2 = - 0.8 V