Diyot Nedir ? Çeşitleri Nelerdir ? Diyotlar Ne İşe Yarar ?

Temel elektronik bileşenleri ve bilinmesi gerekenler arasında yer alan Diyot maddesi için diyot nedir,  diyot çeşitleri nelerdir, Diyotlar ne işe yarar, hesaplamalar nasıl yapılır konularına değindiğimiz bir yazı hazırladık.

Diyot Nedir ? Ne İşe Yarar ?

Elektrik akımının yalnızca bir yönde geçişini sağlayan, yarı iletken maddelerden yapılmış iki uçlu bir devre bileşenlerine diyot denilmektedir. Devrelerde aşağıdaki diyot sembolü ile gösterimi yapılmaktadır:

Diyotun anot ve katot olmak üzere iki ayrı bileşeni vardır. Diyotlar, akımı üzerlerinden yalnızca anottan katoda doğru iletim yaparlar. Su ile benzerliğinden örnek verilmesi gerekirse diyotlar, bir boru üzerindeki çef valf gibi davranış gösterirler.

Diyotun Tarihçesi

Termiyonik diyotlar (vakum tüpleri ya da lambalar olarak da bilinmektedirler) ile katı hal (yarı-iletken diyotlar) diyotlar, ayrı şekillerde 1900’lü yılların başında geliştirilmeye başlanmıştır. Bu devre elemanları, ilk etapta radyo dedektörleri görevi gerçekleştirmek için kullanılmaktaydı. Bu radyolar ise bugün bildiğimiz anlamdaki radyolardan farklı olarak ses iletimi gibi değil, modüle edilmiş bir dalgadan Mors alfabe kodu gibi palslerin algılanması için kullanılmaktaydı. Bu palslerin varlığı ve yokluğu ile aralarındaki uzunluk aracılığı ile bir operatör, Mors kodu ile oluşturulmuş bir mesajı metne dökebilmekteydi. Bu palslerin algılanmasında ise, doğrusal olmayan gerilim-akım karakterinin varlığı sebebiyle diyotlar kullanılmaktaydı.

1873 yılında Frederick Guthrie, termiyonik diyotun temel prensibini pozitif yüklü bir elektroskobun yakınına topraklanmış bir sıcak metalin yaklaştırıldığı zaman içerisinde, pozitif yükün dokunmadan deşarj olabilmesini gözlemlemesi sayesinde keşfetmiştir. Aynı işlem elektroskop negatif yüklendiğinde gerçekleşmiyordu. Bu da akımın yalnızca tek bir yönde aktığını gösteriyordu. 1880 yılında Thomas Edison aynı prensibi bağımsız olarak ampulleri ile ilgili yapmış olduğu deneyler sırasında tekrardan keşfetmişti. Yaklaşık 20 yıl kadar sonra ise John Ambrose Fleming, Edison’un keşfetmiş olduğu ve Edison Etkisi veya termiyonik emisyon adı verilen fenomenin hassas bir radyo dedektörü olarak kullanabileceğini keşfetmiş oldu ve Fleming Tüpü adı verilen ilk termiyonik diyodu Britanya’da 16 Kasım 1904 tarihinde patentlenmiş oldu.

1874 yılında Alman bilim insanı Karl Ferdinand Braun, kristallerin tek yönlü iletimini keşfetti ve 1899 yılında bunun patentini aldı. Bakır oksit ve selenyum doğrultucular ise güç uygulamaları için 1930’lu yıllarda geliştirilmesi sağlandı.

Diyot ismi, Yunanca iki anlamına kullanılan “di” sözcüğü ve yol anlamına kullanılan “ode” kelimelerinin birleşmesinden oluşmuştur.

Diyotun Yapısı, Özelliği ve Tarihçesi

Diyotlar p-tipi ve n-tipi olmak üzere iki farklı yarı-iletken maddenin birleştirilmesi ile elde edilir. Yarı-iletken maddeler normal durumda elektrik akımını iletmezler. P-tipi ve n-tipi yarı-iletken malzeme elde edilmesi için silisyum veya germanyum gibi yarı-iletken malzemeler, doping adı verilen özel bir işlemden geçirilir. Böylece p-tipi maddelerde pozitif yüklü “delik”ler, n-tipi maddelerde ise negatif yüklü elektronlar daha fazla miktarda bulunmuş olur. Bu iki maddeyi bir araya getirdiğimizde aşağıda gösterildiği gibi bir yapı ortaya çıkar:

Görselde de görülebileceği üzere anot ucuna pozitif gerilim uygulanıp katot ucuna negatif gerilim uygulandığında (bu duruma ileri kutuplama denmektedir), p-tipi yarı-iletken maddede bulunan pozitif yükler n-tipi yarı-iletkenin negatif yüklerine doğru hareket edebilecek, bu sayede diyot üzerinden elektrik akımının geçişi mümkün duruma gelecektir. Gerilimleri tam tersi duruma çevrilmesi durumunda ise (ters kutuplama) herhangi bir yük hareketi olmayacağından diyot üzerinden elektrik akımı geçişi olmayacaktır.

Bir elektronik devre elemanının davranışı, yani karakteristiğini akım-gerilim grafiğine bakarak anlaşılması mümkündür.

Bu grafiği okuduğunda şu temel bilgileri veriyor:

Diyotun ileri kutuplama bölgesinde çalışırken akım geçişi olmasıi için Vf ile belirtilen eşik gerilimine ulaşması gereklidir. Çoğunlukla bu değer silikon diyotlarda 0.7V, germanyum diyotlarda ise 0.3V civarındadır.

Diyot ters kutuplama bölgesinde Vbr ile belirtilen maksimum ters gerilimine kadar akım geçirmez. Bu değer aşıldığında ise diyot artık kırılma bölgesindedir, yani diyot üzerinden ters yönde de akım geçişi meydana gelir. Örnek verilecek olursa, 1N4001 diyot için bu değer 50 V’tur.

Farklı karakteristik özellikleri sayesinde elektrik ve elektronik devrelerde farklı amaçlarda kullanılan diyotlar bulunmaktadır. Örneğin zener diyotlar kırılma bölgesinde çalışmasına uygun şekilde tasarlanmış diyotlardır.

Diyot Kullanım Alanları

Doğrultucular

Diyotların kullanımına örnek olarak verilebilecek ilk devre tipi doğrultuculardır. Doğrultucu (İng. rectifier), AC gerilimi DC gerilime dönüştürmede kullanılan devrenin adına denilmektedir.

Yarım Dalga Doğrultucu

Bilindiği üzere AC gerilim, belirli periyotlar ile negatif ve pozitif arasında değişim göstermektedir. DC gerilim ise yalnızca pozitif veya negatif tarafta bulunur. Diyotun akımı tek yönde iletme özelliğinden sayesinde bu şekilde bir devre kurabilmesi mümkün hale gelir:

Bu şekilde kurulmuş devreye yarım-dalga doğrultucu (half-wave rectifier) adı verilir. AC gerilimin yalnızca pozitif kısmı diyot üzerinden geçeceği için yük üzerinde bulunan gerilim aşağıdaki gibi olacaktır:

Köprü Diyot (Tam Dalga Doğrultucu, Full Bridge Rectifer)

Devrenin isminden ve dalga formundan da fark edileceği üzere bir tam çevrimin yalnızca yarısından yararlanabilmektedir. Dalganın tamamından yararlanabilmek için köprü doğrultucu (full-bridge rectifier) devresi kurulması gereklidir.

Köprü doğrultucu devresi 4 adet diyottan oluşur. Dalganın pozitif kısmında iki adet diyot iletim halindeyken negatif kısmında diğer iki diyot iletim halindedir. Bu sayede AC gerilimin hem pozitif hem negatif kısmından yararlanılmış olur.

Diyot Çeşitleri Nelerdir ?

Diyotlar yalnızca güç devrelerinde AC’den DC’ye çevrimde kullanılmazlar. Farklı amaçlar için üretilmiş farklı tipte diyotlar mevcuttur. Bunlardan bazıları LED, zener diyot ve schottky (şotki) diyottur.

LED (Işık Saçan Diyot)

Light Emitting Diode (ışık saçan diyot) kelimelerinin baş harflerinden oluşturulmuş bir kısaltma LED, günlük hayat içerisinde en çok kullanılan diyot tiplerinden birisidir. Elektronik cihazların güç ve durum göstergelerinde kullanıldığı gibi, verimli olmalarından dolayı günümüzde aydınlatma elde etmek için de sıkça kullanılırlar.

Devre sembolleri aşağıdaki gibidir:

Zener Diyot

Zener diyotu, normal şekilde bağlantı yapıldığında standart bir diyot gibi çalışır. Devreye ters bağlantı yapılması durumunda ise, Zener Gerilimi adı verilen seviyeye kadar akım geçirmezler, bu gerilim aşımında ise iletime geçişi olur. Zener diyotu, bu karakteri sayesinde güç kaynağı regülatör devrelerinde kullanılırlar. Devre sembolleri aşağıdaki gibidir:

Schottky Diyot

Diyotların akımı sadece tek yönde ileten elemanlar oldukları artık bilinmektedir. Akım, diyotun üzerinden anottan katoda doğru akış yaparken, diyotun yapısı gereği, gerilimde belirli bir miktar düşüş meydana gelir. Bu düşüş miktarı standart silikon diyotlarda çoğunlukla 0.7V kadardır. Schottky diyotlarda ise, bu değer çok daha düşüktür. Ayrıca bazı standart silikon diyotlar (örn. 1N4007), yüksek frekanslarda yeterince hızlı çalışması mümkün olmamaktadır. Bu durumun önüne geçmek için schottky diyot kullanımı tercih edilebilir. Tüm bu avantajlarına rağmen schottky diyotların bir dezavantajı bulunmaktadır: Diyotlar her ne kadar akımı sadece anottan katoda doğru iletse de, belirli bir miktar kaçak akım ters yönde iletilir. Schottky diyotların kaçak akım değerleri silikon diyotlara göre çok daha yüksek olmaktadır.

Schottky diyot devre sembolü aşağıdaki gibidir:

Lazer Diyot Nedir ?

Diyotların yarı-iletken malzemelerden yapıldıklarını bilinmektedir. İki çeşit yarı-iletken madde bulunmaktadır: elektron barındıran n-tipi ve pozitif yüklü “delikler” barındıran p-tipi yarı-iletken maddeler. Bu iki yarı-iletken madde bir araya getirilerek diyot elde edilir:

Diyot, normal ileri şekilde kutuplanması yapıldığında (anota pozitif, katoda negatif gerilim uygulanması durumu), güç kaynağının negatif terminalinden hareket eden elektronlar, pozitif gerilime gitmek isterler. Bu durumda N tipi malzemeden p tip malzemeye geçiş olur. Bu sırada ortaya çıkan enerji, foton olarak ortaya çıkar. P ve N tipi malzemelerin buluştukları noktada yansıtma özelliği olan bir kaplama kullanıldığından bu foton ışık olarak ortaya çıkar. Meydana gelen ışığın bir lens ile bir araya toplanması ile lazer ışık elde edilir.

Fotodiyot

Fotodiyot, ışığı elektrik akımına dönüştüren bir yarı-iletken devre bileşenidir. Fotonlar, fotodiyot tarafından emilimi ile elektrik akımına dönüşür. Kullanılmakta olan güneş panelleri, çok geniş yüzeye sahip foto diyotlara örnek verilebilir.

Diğer Diyot Çeşitleri

• LED Diyot
• Zener Diyot
• Schottky (Şotki) Diyot
• Lazer Diyot
• Kristal Diyot
• Tünel Diyot
• Foto Diyot
• Varaktör Diyot
• Mikrodalga Diyot
• Gunn Diyot
• IMPATT Diyot
• Pin Diyot
• Köprü Diyot
• Silikon Diyot (örn. 1N4001 ve 1N4007)
• Germanyum Diyot
• Vidalı Diyot
• Tekli Diyot
• Boncuk Diyot
• Dual Diyot

Diyotlar, doğrultucu dışında gerilim regülatörü, ters polarite koruması, lojik devre kapıları halinde, seri bağlı güneş panellerinde bypass amacı ile ve endüktif devrelerde gerilim sıçramalarına karşı koruma sağlamak amacı için kullanılırlar.