Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ 2.3.ÖZEL DİYOTLAR 2.3.1. Zener Diyot Zener diyotlar kesime kutuplamada özel bir davranış gösterirler. Zener, sabit devrilme gerilimine sahip bir diyottur. İletim özeğrisi normal diyot gibi olup, kesim özeğrisi ise VZ=VA geriliminde sabit kalıyor kabul edilir. Bu özelliğinden faydalanılarak sabit bir gerilim elde etmede veya gerilim ayarlayıcılarında (regülatörlerinde) kullanılırlar. Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ +iA mA K VZ = -5V -10V vA V T1'de T2'de T1 T2 0+ IZK A (a) T1'de T1 'de (b) Şekil 2.15.Zener diyot (a)sembolleri ve (b)T1 ve T2 özeğrilerindeki farkları. sıcaklıklarında Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ K + + K + VZ VA IZ A RZ (dinamik) (a) A Şekil 2.16.(a)Zener + IS diyot eşdeğer devresi, (b)küçük VS sinyal eşdeğer devre modeli, (c)ayar devresi rz (statik) CT (b) RZ DZ (c) IZ IY RY + VO - Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ •Zener diyotlar gerilim sınırlama yaparken sürekli görev yapabilmeleri ve aşırı akımlardan zarar görmemeleri için kullanıldıkları yerlerde; •Ters kutuplamalı, •Zener geriliminden (üretici değeri) daha düşük gerilim uygulanmamalı ve •Bir seri dirençle akım sınırlaması yapılacak şekilde devreye bağlanmalıdır. Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ IS + + RZ IY - IZ 10…30 V R1 RY + - 6V 400 mW + D RZ C DZ (b) 2,2 K DZ (a) VS 100K 1 741 6 2 4 R2 - 7 R3 + VO 8 V - (c) RY Şekil 2.17 Zener diyot a)Gerilim standardı, b)Yarım dalga doğrultucu ayarı, c)Pratik bir gerilim ayarlama uygulama devresi. Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ 2.3.2. Tayrektör (Thyrector) •Aard arda ters seri bağlı iki zener diyodu gibi çalışır. Geçici ve ani yükselen gerilimleri önlemede kullanılan bir diyottur. Her iki yönlü kutuplamalı bağlantıda da aynı davranışları gösterir. Diyotlardan biri her zaman açık, yani iletime kutuplanmış görünür. Bu anda diğer diyot aynı bir zener özeğrisi gösterir. Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ T1 IA A -VD 0 VD VA V T2 (a) (b) Şekil 2.18.Thyrector a)sembolü ve b)iletim özeğrisi. Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ 2.3.3 . SCHOTTKY (Barrier=Engel) Diyodu •Schottky engel diyodunda eklem bölgesi metal yarıiletken devreden oluşur. Sonuçta yarıiletken veya omik özellik gösterir. İki tabakası arasındaki yük taşıyıcı yoğunluğu farkından dolayı, engelde bir potansiyel oluşur. Az katkılı silisyum (veya galyum arsenit) kullanıldığında, bu alüminyum-silisyum ekleme Schottky diyot denir. Silisyum bir diyotla schottky diyot özeğrisi karşılaştırılırsa özeğriler arasında belirgin iki fark vardır. Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Schottky barier diyot A K (a) bariyer metal n tipi silisyum + çift ntabaka katkılı silisyum tabaka (b) +iA mA Silisyum diyot Silisyum diyot Is Schottky barier diyot (c) V sc V si +vA V Şekil 2.19.(a)Schottky diyot sembolü, (b)yarıiletken tabakaları, (c)Schottky ve silisyum diyot özeğrisi, Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ •Çoğunluk elektronlar metale engel üzerinden aktarılarak metaldeki diğer elektronlardan daha fazla enerjiye sahip olmaları termal dengeyi sağlar. Bu aktarılan elektronlar, sıcak elektron diye adlandırılır. Bazı uygulamalarda schottky diyota sıcak elektron diyodu da denmektedir. Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ SMX Tipi Şotki diyotlarda kodlama S S x b yy Ters gerilim 9 = 90V 10 = 100V TO-220AC SMX Paketi 1 = SMA (DO-214AC) 2 = SMB (DO-214AA) 3 = SMC (DO-214AB) SMA SMB Engel Yüksekliği • “Boş” = Standard • H = Yüksek SMC Yüzeysel tip Schottky Engel Diyodu Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ TO-220 & TO-3P Tipi Şotki diyotlarda kodlama MBR C xx b yy PP Paket Tipi • “boş” = tek TO-220AC, ITO-220AC or TO-263AB • CT = Merkez uçlu TO-220AB, ITO-220AB or TO-263AB • PT = Merkez uçlu TO-247AD Ters Gerilim (V) Engel Yüksekliği • “Boş” = Standard • H = Yüksek Iletim Akımı (A) Paket Sınıfı • “Boş” = Standard • B = Yüzey tipli TO-263AB • F = Yalıtılmış TO-220 TO-220AC TO-220AB TO-247AD TO-263 Orta (Medium) Eklem (Barrier) Şotki Diyot Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ 100V Schottky Uygulamaları Yüksek frekanslı güç kaynakları Serbest geçiğ diyotları görevi Kutuplama koruması Akü-Pil doldurma düzenleri Gözlem devreleri AA/DA dönüştürücüler (Doğrultucular) DA/DA dönüştürücüler (DA ayarlayıcılar) Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ +iA A A SiO2 30 - metal bariyer 10 V 0,9 +vA V 0 - 0,01 -0,1 0,5 -1 0.7 -10 (b) K -100 (a) 0,5 0,7 0,9 n bölgesi akımı 10 100 çift n+ katkılı silisyum tabaka 0,5 20 - SiO 2 uy bölgesi n tipi silisyum tabaka V -iA mA Şekil 2.20.(a) schottky diyot yarıiletken tabakaları, (b) Schottky ve pn diyot özeğrileri 1,0 Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Seçim Tablosu IF(AV) (A) 1.5 2.0 10 20 Device Eleman SS29 - SS210 SB2H90 - SB2H100 MBR1090 - MBR10100 MBRF1090 - MBRF10100 MBRB1090 - MBRB10100 MBR10H90 - MBR10H100 MBRF10H90 - MBRF10H100 MBRB10H90 - MBRB10H100 MBR10H90CT - MBR10H100CT MBRF10H90CT - MBRF10H100CT MBRB10H90CT - MBRB10H100CT MBR2090CT - MBR20100CT MBRF2090CT - MBRF20100CT MBRB2090CT - MBRB20100CT MBR20H90CT - MBR20H100CT MBRF20H90CT - MBRF20H100CT MBRB20H90CT - MBRB20H100CT V(BR) Range Max VF @ IF (V) (V) (A) DO-214AA (SMB) 90 - 100 0.75 1.0 DO-204AC 90 - 100 0.85 2.0 TO-220AC 90 - 100 0.80 10 ITO-220AC 90 - 100 0.80 10 TO-263AB 90 - 100 0.80 10 TO-220AC 90 - 100 0.77 10 ITO-220AC 90 - 100 0.77 10 TO-263AB 90 - 100 0.77 10 TO-220AB 90 - 100 0.76 5 ITO-220AB 90 - 100 0.76 5 TO-263AB 90 - 100 0.76 5 TO-220AB 90 - 100 0.95 20 ITO-220AB 90 - 100 0.95 20 TO-263AB 90 - 100 0.95 20 TO-220AB 90 - 100 0.88 20 ITO-220AB 90 - 100 0.88 20 TO-263AB 90 - 100 0.88 20 Package Paketi TJ Max (°C) 115 150 150 150 150 175 175 175 150 150 150 150 150 150 175 175 175 Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ 2.3.4. DIAC •Seri ters bağlı iki diyot gibi çalışır. Thyrector'den farklı olarak zener içermez. Bu diyotlarda büyük akımlardan dolayı oluşan yüksek sıcaklık, düşük devrilme gerilimlerine sebep olmaktadır. Dolayısıyla tetiklemede kolaylık sağlanmaktadır. •Genel olarak diyaklar geniş oranda SCR ve triyak tetikleme devrelerinde yardımcı eleman olarak kullanılmaktadırlar. Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ •Diyak için bazı öz değerler; •Diac tipi: 261-334 •VBD = 32 V •Ipk = 1 A (TA=25 °C ve 20µs için) •Tdepo = Tişltm = - 40 ile +150 °C •TJmaks.= 100 °C •PT = 150 mW (TA = 40 °C için) Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ •Diac tipi: BR100 261-930 •VBD = 32 V •Ipk = 2 A (TA=25 °C ve 20µs için) •Tdepo = Tişltm =-55 ile +125 °C •TJmaks= 100 °C •PT = 150 mW (TA=40 °C) Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ IA A -VD VD VA V 0 (a) (b) Şekil 2.21 Diac elemanı (a)genel sembolü, (b)özeğrisi. Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ 2.3.5. SHOCKLEY Diyodu •Şokley diyodu tetikleme devrelerinde kullanılan bir yarıiletken elemanıdır. Kesim bölgesinde normal bir diyot gibi davranır. İletim bölgesinde ise devrilme gerilimine kadar iletmez. Sonra ani olarak iletir ve gerilim düşümü düşük değerlerde olur. Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ IA A p n p n (a) (b) -VD 0 (c) VD VA V (d) Şekil 2.22 Shockley diyodu (a)Sembolü, (b)pn eşdeğeri, (c)tranzistör eşdeğer devresi (d)akım gerilim özeğrisi Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ s R + V Vs C - t (a) (b) Şekil 2.23.(a)Shockley diyotlu salınım devresi, (b)tesdere dişi çıkış salınımı Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ 2.3.6. SIDAC (Silicon Diode for Alternating Current: AA’da iki Yönlü Yarıiletken Diyot) •Sidak (sidac) elemanı, iki yönlü akım iletebilen özel bir diyot olup diyak gibi belirli devrilme geriliminde ileterek üzerindeki gerilimi yaklaşık sıfıra indirir ve iletken gibi davranır. Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ iA RS eğimi vA (c) (a) (b) Şekil 2.24.(a)Sidak sembulü, (b)akım-gerilim özeğrisi (teorik), (c)deneysel gösterimi (50V/div., 20mA/div. Ve R Y=14K) Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Geçici koruma amaçlı sidac Çıkış gerilimi koruması DS1 vS f Ayarlayıcı vY 100V C1 C2 (a) RY DS2 vC VB 0 R + _ VSVB0 DS vC 0 iY C t RY iY 0 t t (c) (b) R ( VS-VB0)/IB0 R ( VS-VTM )/IH t=RC[1/(1-VB0/VS)] Şekil 2.25.(a)AA/DA dönüştürücüde koruma amaçlı sidac kullanımı, (b)sidaklı salınım üreteci devresi ve (c)çıkış sinyalleri değişimi Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ DS + vS iA (VT, IT) I5 iY RY Eğim=1/RY (a) RY RS I3 (Vkpm , Ikpm ) (c) IH I1 (VB0 , IB0 ) 0 V1 V2 V3 V4 V5 vA (b) (c) Şekil 2.26.(a)AA’da R yüklü devrede sidak ve (b)akım -gerilim yük özeğrisi, (c)fiziksel görünüşü V1..,V5: sırasıyla t=1, ...,5 anlarındaki gerilimler I1..., I5: sırasıyla t=1, ...,5 anlarındaki akımlar Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ IŞIKLA ÇALIŞAN (OPTİK) ELEMANLAR •Işık düzgün bir enerji dağılımına sahip elektrik ve magnetik alandan oluşan bir dalga olarak tanımlanabilir. Buna göre de elektro magnetik spektrumda yer alır. Fakat ışığın diğer özellikleri incelendiğinde, enerji taşıyan parçacıklar da denen fotonlar dan oluşur. Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ 2.3.7. Foto Diyot (Photo Diode, Işıkla Çalışan Diyot) •Bir p-n eklemine ters kutuplamalı gerilim uygulandığında, elektron ve oyuklar biri birinden uzaklaşırlar. Eklemin uyb'si büyümüş olur. Uygun dalga boyundaki ışık ışınları bu bölgeye ulaştığında oyukelektron çiftlerinin doğmasına neden olurlar. Kapama gerilimine ters yönde bir akımın oluşmasına neden olurlar. Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ •Işık fotonlarındaki enerji algılanma ile beraber fotovoltaik etki ile de elektriğe dönüştürülür. Bunun için de ayrıca belirli bir gerilime ihtiyaç duymazlar. Işık gerilimli hücre de denen bu (photovoltaic cell) elemanlar ışıktan elektrik elde etmede de kullanılabilirler. •Eklem bölgesine ulaşan ışık ışınları ters yöndeki akımı arttırmaya başlar. Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ RF K is K RY is e o= is RF işlemsel kuvvetlendirici A e o= is RY A + - (a) (b) Şekil 2.28 Fotodiyotun (a)fotovoltaik, (b)fotoiletken özelliğinden yararlanılarak kullanılan örnek devreler Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Foto diyot tipleri OP900SL OP913SL OP913WSL A Işık akımı 14.0 120.0 40 ID nA Karanlık akımı 10.0 25.0 25.0 VRB, V Kesim devre gerilimi 150 32.0 32.0 tr Yükselme süresi ns tf Düşme süresi ns 100 100 - - Voc, mV açık devre gerilimi - 400.0 300.0 Isc, A kısa devre akımı - 120.0 40.0 Cj pF toplam kapasitesi - 150.0 150.0 ton ns açma süresi toff ns kapama süresi - 50.0 50.0 50.0 50.0 Sembol Ip Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Değişik dalga boylu fotonlar Mavi Kırmızı Kızıl öte si (İnfrared) optik tabaka K Kontak p+ tabakası Oksit tabakası w - uyb n tipi silisyum tabaka A n+ tabaka Metal kontak (a) (b) Işıksız ortam özeğrisi +iA A Işıklı ortam özeğrisi VRB +vA V Voc, açık devre (ışık uç) gerilimi Ik kısa devre ışık etki akımı Direnç eğrisi (c) Şekil 2.29 Fotodiyot (a)sembolleri, (b)eklem yapısı ve ışık etkisi, (c) özeğrileri Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ % 100 GaAs GaP:N 80 60 İnsan gözü GaAs:Si Germanyum diyot GaAs 0.15 P0.85 :N 40 20 0 200 Mor ötesi Silisyum diyot GaAs 0.35 P0.65 :N GaAs 0.35 P0.65 :N 500 Görülebilir 1000 Yakın kızıl ötesi 1500 2000 nm Orta kızıl ötesi ışınlar Şekil 2.30 Silisyum ve germanyum fotodiyotların bağıl hassasiyetlerinin değişim özeğrileri Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ 2.3.8. Işık Yayan Diyot (LED : Light Emmiting Diode) •LED’ler, iletime kutuplandığında elektro magnetik radyasyon yayarlar. Bu ışıma, elektro magnetik spektrumda mor ötesi ile kızıl ötesi arasında bir ışımadır. Yayılan ışınlar, eklem bölgesinin dışı plastik veya metallerle kaplanarak odaklanır. Dalga boyunu etkileyen faktör, elemanı oluşturan yarıiletken malzemenin özelliğidir. Çıplak gözle görülebilir spektral band'ta kırmızı, sarı ve yeşil renklerde LED'ler üretilebilmektedir. Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ •LED'ler ile, değişik gösterge ışıkları, ses donanımı, yedi parçalı sayısal göstergeler (seven segment displays), ölçme devreleri, telefonlar, konutlarda kullanım amaçlı sinyal ve bilgi sistemleri, eğlence sistemleri gibi birçok alanda kullanılmaktadırlar. Birden fazla flamanlı olup tek renk dışında farklı ışıklar verebilen LED’ler de vardır. Uzaktan kumanda donanımında olduğu gibi. Yarıiletken radyasyonun, düşük işletme sıcaklığı, titreşim-darbelerine karşı mekanik dayanım, boyutlarının küçüklüğü gibi üstünlükleri vardır. Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ elektronlar e.VA A iletim bandı e.(VA -VS) VS ortalama Eg n uyb p (a) K oyuklar (b) (c) Şekil 2.31 LED eklemi (a)gerilim uygulanmamış durum, (b)iletime kutuplama gerilimi ile iletme durumu, (c)LED sembolleri Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ 2.3.9. Kızılötesi Işın Yayan Diyot (IRED: InfraRed Emmiting Diode) GaAs tipi bir fotodiyot olup, yaklaşık 900nm civarında dalga boyu ışın yayarak yaklaşık 1,43eV luk eklem aralığı enerjisine sahip özel diyotlardır. Bu tip diyotlarda anahtarlama iletim süresi 50ns civarındadır. Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Tablo 2.4 Bazı IRED'lere ait özdeğerler Kılıf şekli IRED tipi Yarım açı derece Parlaklık mW/sr (IA=100 mA'de) VA V -IA A LD242 60 2,5….12,5 Plastik LD271 25 7,0 …. 20,0 5 mm plastik LD273 25 15,0 5 mm SFH400 6 12,5 … 64,0 Cam lens SFH402 40 1,6 … 8,0 Yassı cam p. SFH409 20 15,0 3 mm OP123/4 24 2,34 mm herm. 1,5 100(-2V'da) OP130/1/2 18 5 mm hermetic 1,75 100(-2V'da) OP130W 50 5 mm hermetic 1,75 100(-2V'da) OP290/1 50 5 mm plastik 4,0 100(-2V'da) OP140A 40 4,57 mm plastik 1,6 100(-2V'da) OP169A 46 4,19 mm plastik 1,6 100(-2V'da) Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Oksit tabakaları LED sistemi p Plastik Au tel p N-GaAs-S i N-GaAs Şeffaf (a) Anot N-GaAs Metal temas tabakaları Katot (b) Şekil 2.32 Kızılötesi ışık yayan (IRED) diyotun (a) yarıiletken yapısı, (b)fiziksel gösterimi Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ 2.3.10. Lazer Diyot •Birden fazla yarıiletken tabakalı GaAlAs tipi diyot olan lazer diyotlarda, cevap verme süresi çok kısadır. Al katkısının tümü aktif bölgede bulunan diyotun yaydığı ışınların dalga boyu 820-880nm arasındadır. Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ фe Radyasyon [mW] gücü 12 Bağlantı şeridi Oksit maske 10 p tabaka GaAs 8 Aktif bölge 6 4 Işın çıkış n tabaka alanı 2 Laser ışın demeti IA 0 0 (a) (b) 100 200 300 mA Şekil 2.33 Lazer diyodu (a)Yarıiletken yapısı, (b)Anot akımı-radyasyon gücü özeğrisi Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ 2.3.11. Tünel Diyodu (Tunnel Diode) •Normal bir p-n eklem diyotunun uzay yükü bölgesi, p ve n tabakalarındaki potansiyeller arasında bir duvar görevi yapar. Yarıiletkende normalde bulunan katkı yoğunluğu 10-8'den, 103'e arttırılırsa, yarıiletken özelliği değişerek tünel diyotunda olduğu gibi, normalde 5 mikron civarında olan duvar genişliği, katkı atomu yoğunluğunun karekökü ile ters orantılı olarak değişir. Tünel diyotu bu özellikleri taşıyan yarıiletkenlerden oluşmuştur. Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ IA K Ip IV Vp A (a) Rs VV VF Ls CJ VA -Rn Tünel akımı Katkı yük akımı (b) Toplam diyot akımı (c) Şekil 2.34 Tünel diyodu (a)sembolü, (b)iletim-kesim özeğrisi, (c)negatif (-Rn) direnç bölgesinde küçük işaret eşdeğer devresi Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ 2.4.TRANZİSTÖR •Tranzistörler, iki amaçla kullanılan üç uçlulardır. Bu amaçlardan biri anahtar olarak kullanılması, diğeri ise yükseltici görevi yapacak şekilde kullanılmasıdır. •Anahtar uygulamaları güç elektroniğinde önemli yer tutarlar. Diyot ve tranzistörler tek yönlü bir anahtar kabul edilebilir. Tranzistörün iki ucu, tek kutuplu anahtar gibi çalışır. Üçüncü uç ise bu iki ucu harekete geçirme, denetleme görevi yapar. Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ + c IC VCB + b IB c + IC VCE + VB E e (a) IE VCB b IB VEB + e (b) IE (c) Şekil 2.36 Bipolar tranzistör (a)npn, (b)pnp sembolleri, (c)fiziksel görünüşü Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Güç Elektroniği Dr. Nurettin ABUT Teşekkürler!!