Merhaba. Değerli arkadaşlar. Bugün elektrik-elektronikte uygulama alanı fazla olan diyotları çalışma prensipleri, aralarındaki bazı farklarıyla inceliyoruz.
İlk diyotun (lambalı diyot) bulunmasından sonra elektronik endüstrisi veya teknolojisinin büyük bir ivme kazandığını söyleyebiliriz. Diyotlar hidrolik, pnömatik, su akışı (sıhhi tesisat, santrifüj pompa, vb.) devresi, vb. tüm akışkan devrelerde çekvalflerin yapabildiğinin benzeri işlevi yapar, yani elektrik akımını tek yönde geçirip iletirken diğer yönde iletip hiç geçirmemiş olur.
İlk lambalı diyotun keşfi, havası iyice boşaltılmış flamanlı bir ampulde, bu ısıtılan flamana yakın konan ve kolektör görevli başka bir metal plakaya bu flamandan uygulanan AC akımın tek yönde geçtiği görülmüş ve bu olaya “Edison etkisi” adı verilmişti.
Bu buluş elektriğin ardı sıra gelen elektronik endüstrisinde triyot, tetradiyot, pentadiyot, vb. diyot lambaya ızgaraların eklenmesiyle geliştirilen amfilerin, lambalı radyoların, TV, telsiz, radar, vb. çok önemli buluşların gelebilmesini sağlayacaktı. O zamanlar hiç kimse diyot lambaların bulunmasının elektronikte çok yeni cihaz ve gelişmelerin önünü açacağını düşünemezdi. Bugün amfilerdeki ses kalitesi yüzünden hala kullanılan lambalı diyotların tarihte çok önemli bir çağın (elektronik çağının) başlangıcı veya dönüm noktası olabileceğine, elektroniğin 2 dünya savaşında önemli katkısının (radar, elektronik savaş, elektronik karıştırma= jammer cihazları, telsiz, vb. kritik cihazların) bulunabileceğini hiç kimse önceden tahmin ederek düşünememişti, ancak çok önemli uygulamalarda kullanarak asılönemini fark edebilmiş oldu. Bu lambaların elektriği tek yönde iletimi termoiyonik olayla gerçekleşmekte, tek yönde iletimde havası boşaltılmış (seyreltilmiş) lambada toryumla kaplanmış (bir tozla) elektronları dışarıya (dış devreye tek yönde) verebilmesi için flamanının mutlaka ısıtılması gerekmekteydi.
Lambalı diyotlar ve diğer ızgara eklenmiş türevleri çalışırken fazla ısı üretmesi, kolay kırılması nedeniyle başka diyotb tiplerinin mutlaka bulunması gerekmekteydi.
Ancak metal oksitli jonksiyonların bulunmasıyla, bunlların elektrik akımını çok verimli olmasa bile tek yönde iletebildiği görüldü. Bunların en bilinen ve küçük güçlerde kullanılanı Cu2O (bakır küpro oksit-bakır) jonksiyonundan sağlanabilen tek yönde iletim şeklinde bazı uygulamalarda yerini alabilmişti.
Küçük güç uygulamalarında örneğin akü şarj işlemlerinde doğrultma işlemlerinde bakır oksitli katı diyotlar bir süre uygulama bulabilmiş, günümüzde silisyum diyotların düşük ev orta güçlerde kullanımının yaygınlaşmasıyla bu güçlerdeki kullanımı azalabilmiştir.
Selenyum, silisyum, vb. geçiş elementlerinde, metallerle ametaller arasındaki bu geçiş elementlerine bazı yabancı atomların katkısıyla kazanılan P ve N bölgesi şeklinde yarıiletken özelliği kazandırılmış ve bu farklı bölgelerin AC (alternatif akım) akımı tek yönde geçirebildiği ve lambalı diyotların yerini alabileceği görüldü. Pozitif olan bölgeye P bölgesi, negatif olan bölgeye N bölgesi denilmiş oldu.
Gerçi bu buluşlara paralel elektrolitik ortamlarda, örneğin alüminyum elektrot ve kurşun elektrot eşliğinde sodyum bikarbonat çözeltisinden AC akımın geçişinde, alüminyumun AC akımın bir alternansında bu akımla elektrot yüzeyinden oksitlenmesi nedeniyle elektrik akımını geçiremediği, diğer alternasında ise kolayca geçirebildiği yani elektrolitin diyot olarak davrandığı, ancak ilave gazların çıkışı, vb. olumsuz ve sanayiye uygulanamayan pratikliği, düşük enerji/elektrik verimi nedeniyle insanların hafızalarında elektrolitik diyotlardaki uygulama örneği olarak (ansiklopedik bilgi) kalabilmiş, uygulaması pek yapılmamış oldu.
Silisyum veya selenyum yarıiletken diyotlar, oluşturulan P ve N bölgeleriyle AC veya DC akımı tek yönde nasıl geçirirler?
Silisyum elementine çok düşük miktarlardaki bor veya fosfor gibi yabancı katkı maddelerinin ilavesi silisyum atomunun elektronik yapısının yeniden yapılanmasına ve yarıiletken P ve N bölgesi şeklinde 2 faklı bölgenin tek arayüzle diyot özelliğini kazanmış bir iç yapıya kavuşmasına neden olur. Bu farklı katkılarla bir bölgede elektron fazlalığı (azınlık taşıyıcıları) ve diğer bölgede ise boşluklar (deliklerin) oluştuğu 2 faklı bölge oluşmuş olur.
Bir silisyum diyottaki P ve N bölgelerinin eklem (birleşim) yerinden elektronlar yasak bölge veya tampon bölge denilen yerden en az kaç volt uygulandığında geçebilirler? Bu kritik sorunun cevabı selenyum diyotlarda 0.2 - 0.3 silisyum diyotlarda ise 0.6 - 0.7 volt değeridir. Diyodun iletime geçebilmesi için asgari düzeydeki bu voltajların diyot türüne bağlı eklem (tampon) ara bölgesinden geçişte mutlaka uygulanması gerekir. Çünkü başka türlü P bölgesinden N bölgesine olan bu elektron geçişi veya elektrik akımı geçişi mümkün olamaz.
TV reklamlarında bir ara karşımıza çıkan enerji içeceği (Red…ll’un reklamlardaki abartılmış medyatik etkisi) P ve N bölgesine sahip yarıiletken diyotlarda veya solar güneş hücrelerinde selenyumlu ve silisyumlu tiplerinde P ve N birleşiminde alt sınır değerler olan 0.30 veya 0.70 voltun uygulanmasıyla veya bir güneş hücresinde ultraviyole ışınlarının, yüksek enerjiye sahip ışığın bu eklem bölgesine uygulanmasıyla duvar veya yasak bölge aşılarak geçilmiş olur.
Doğrultmaç olarak kullanılan diyotların sanayide yüksek kW güçlerindeki uygulamasında civa arklı doğrultmaç lambalar (tüpler) kullanılmaktaydı. Günümüzde ise yüksek güçteki doğrultma uygulamalarında bunların yerini yüksek güçlerde çalışabilen silisyum diyotları kısmen alabilmiştir.
Diyotların bozulmadan bir yönde ve ters yönde dayanabileceği voltaj değerleri bulunur. Doğru yönde veya ters yönde bu etiket değerleri aşıldığında diyotlar bozularak zara görür. Diyotların güvenle (aşırı ısınarak bozulmadan) geçirebileceği amper değeri etiket değerleri olarak datasheet ‘lerinde belirtilir. Solar sistemlerde kullanılan bariyer (hızlı) diyotların panel akımını ısı kaybı (enerji kaybı)asgaride kalarak iletebilmesi için etiket değerlerinin genellikle 3-4 kat daha fazla amperlisi olarak seçilirler. (MBR… seris,, çift yönlü schootky diyotlarında olduğu gibi)
Diyotların yüksek gerilime maruz kalan bazı uygulamalarında, örneğin mikrodalga fırınlarının doğrultmaç (redresör) bölümünde, magnetrondan önce AC’yi doğrultmada kullanılan diyotlar, iç yapısıyla seri olarak bağlanmış daha düşük voltajlara dayanan çoklu diyotlar dizisidir. Seri bağlanmış bu iç yapıyla bu diyotların tek başına bozulmadan dayanabileceği riskli voltajlar bu şekilde çok sayıda diyoda dağıtılıp yüksek voltajlarda AC akıma dayanabilmesi sağlanmıştır.
Zener Diyotlar
Tüm zener diyotlarda ters yönde iletime geçebilme voltajı, normal diyotlara göre daha düşük voltajlara özel olarak katkılanmış olan iç yapılarıyla ulaşılmaktadır. Zener diyotlar devreye ters bağlanıp, ters yönde iletime geçerek regüle, devre elemanı koruma, vb. amaçlar için ters polaritede elektronik devrelerde kullanılır.
Schottky Diyotlar
Solar hücrelerde veya fotovoltaik pillerle üretilen panel akımında, SMPS tipi güç kaynaklarında, vb. çok yüksek frekanslarla üretilmiş AC veya DC akımların normal diyotlarla iletilmesi mümkün olmadığından schottky diyotlarla kayıpsız olarak iletilmektedir. Bariyer diyotlar veya hızlı diyotlar olarak da geçmektedir. Schottky (hızlı) diyotların günümüzde çok hızlı ve ultra hızlı, vb. anahtarlanma frekansının normalinden çok daha yüksek olan şartlarla üretilen AC akımların doğrultulmasında bu diyotlar kullanılmaktadır.
LED (Diyotlar)
Işık veren diyotlar olarak adı geçen diyotlar, P ve N eklemlerinden elektrik akımının tek yönde geçişinde kuvantum mekaniği prensibiyle bir ışık verebilmektedir. BU ışığın dışarıya verilebilmesi için uygulanması gerekli alt voltaj eşikleri LED renklerine ve türlerine (ultraviyole, sarı, kırmızı, yeşil, LED gibi) göre bulunur.
Power LED (Diyotlar)
Power LED’ler SMD LED’ler veya sıradan LED’lerden farklı olarak yine sınırlanmış akımlarla ancak power LED sürücüleri ve power LED soğutucuları ile monteli olarak çalışırlar. Soğutulma gereği gibi yapılamazsa power LED’lerin ömürleri azalır. Örneğin zor çalışma şartlarında, tavana fazladan ısı yayılımının olduğu ve tavana monte edilip çalışılan bu iş yeri şartlarıyla çalışan ve yeterince soğutulamayan power LED’lerin ömürlerinde önemli oranlarda azalmalar görülebilmiştir.
Köprü Diyotlar
Köprü diyotlar bir köprü şeklinde bağlanmış olan 4 adet diyottan (4 diyot ayrı ayrı veya tek pakette kompakt olabilir) oluşur. 2 adet AC ve 2 adet DC (+ ve -) çıkış ayağı bulunur. AC ayaklarından uygulanan AC akımı Köprü çıkışındaki + ve – uçlarından tam dalga doğrultulmuş olarak, dalgalı (pulsasyonlu) DC akımı şeklinde çıkmış olur. Pulsasyonları filtrelemek için tek bir elektrolitik kondansatör veya kond.- self (bobin) - kond. şeklinde “pi tipi filtreler” kullanılır. Böylece DC akımdan kalan küçük DC dalgalanmaları kolayca süzülerek temizlenmiş olur.
Laser Diyotlar (Diyot Laserler)
Laserlerin katı hal (yakut kristalli) kimyasal, gazlı (CO2, He-Ne, nitrojen, vb.) tiplerinin yanında diyot laser tipleri bulunur. P ve N ekleminden elektrik akımı geçerken LED’lerde ışık oluşmasına benzer olarak laser diyotlarda P-N ekleminden sınırlanmış akım geçerken normal renklerde görünen veya görünmeyen (IR) ışıklar oluşmasında olduğu gibi LED diyotlarda da ışığın dışarıya verilmesi laser ışınları şeklinde (çok düzgün ışınlar) olur. Yaygın uygulaması laserli barkod okuyucuları, telemetri, CD çalarlarda, vb. kullanılırken, CD, DVD okuyucu/yazıcılarda (yakıcılarda) laser printerlerde USB flash belleklerin son yıllarda yaygın olarak kullanılmasından önce daha yaygın olarak PC CD/DVD player’larında daha fazla kullanılmaktaydı.
Fotodiyotlar
P-N birleşimine uygun frekans (dalga boyunda) ışık düştüğünde ilet,me geçen diğer zamanlarda iletime geçmeyen diyotlardır. Bu diyotlar örneğin optokuplör elemanlarında LED>foro diyot veya LED> fototransistörlü ışık kuplajında elektronik devreleri (PSU PCB’sinde, buzdolapları elektronik kontrol PCB’lerinde, vb.) şebekeden bir trafonun primer ve sekonder sarımlarında olduğu gibi izole etmede çok yaygın kullanılırlar.
PIN Diyotlar
P+-I-N+ yapıya sahip diyotlardır. P+ N+ bölgelerinin katkı maddesi oranları yüksek ve I bölgesi büyük dirençlidir. Düşük frekanslarda diyot bir P-N doğrultucu gibi çalışır. Frekans yükseldikçe I bölgesi de etkinliğini gösterir. Yüksek frekanslarda I bölgesinin doğru yöndeki direnci küçük, ters yöndeki direnci ise büyüktür.
Gunn Diyotlar
Gunn diyodu bir osilatör elemanı olarak kullanılmaktadır. Yapısı, N tipi Galyum arsenid (GaAs) veya indiyum fosfat (InP) ‘den yapılacak ince çubukların kısa kısa kesilmesiyle elde edilir. Gunn diyoda gerilim uygulandığında, gerilimin belirli bir değerinden sonra diyot belirli bir zaman için akım geçirip belirli bir zamanda kesimde kalmaktadır. Böylece bir osilasyon oluşmaktadır.
Varaktör (Varikap) Diyotlar
Varikap diyot bir nevi kondansatördür. Devreye ters bağlanır ve uçlarına düşen gerilim arttıkça ayarlı bir kondansatör gibi kapasitesi artar. Üzerine yüksek bir gerilim geldiğinde normal diyotta bulunan yalıtkan bölge büyür ve dolayısı ile kapasite artar. Gerilim düştüğünde ise yalıtkan bölge azalacağı için dolayısıyla kapasite azalır. Sağladığı en önemli avantaj ise, yüksek frekanslı osilasyon devreleri frekanslarının otomatik ayarı gibi işlevlerin uzaktan doğru gerilim kontrol edilerek yapılabilmesidir.
Tünel Diyotlar
Çok hızlı anahtarlama yeteneğine sahiptir. Saf germanyum maddesine diğer diyotlara nazaran çok daha fazla katkı maddesı (galyum arsenit) katılmasıyla elde edilir.Diğer diyotlardan ayırt edici bir özelliği de negatif direnç bölgesine sahip olmasıdır. Tunel diyotlar, özellikle mikro dalga alanında yükselteç ve osilatör olarak yararlanılmak üzere üretilmektedir.
Ani Toparlanmalı Diyotlar
Ani toparlanmalı (Step-Recovery) diyotlar varaktör diyotların daha da geliştirilmişleridir. Varaktör diyotlar ile frekansların iki ve üç kat büyütülmeleri mümkün olabildiği halde, ani toparlanmalı diyotlar ile 4 ve daha fazla katlar elde edilebilmektedir.
Son diyot tipleri (son 5 diyot) netten alıntıdır. Kolay gelsin. Saygılarımla.
