Diyot Çeşitleri

Konu Anlatımı

Diyot Çeşitleri

Diyot, iki yarı iletken katmanın birleşiminden oluşan ve akımı tek yönde geçiren temel elemandır. Dokuzuncu sınıfta iletim ve kesim kavramlarıyla tanışılan bu eleman, onuncu sınıfta artık güç kaynakları, doğurucu köprüler, gerilim regülasyonu ve koruma devreleri içinde boyutlandırılarak ele alınır. Teknikerin bilmesi gereken şey, bir diyodu yalnızca iyi ya da kötü diye sınıflandırmak değil; üzerinden geçen akıma, dayanacağı ters gerilime ve sıcaklık artışına göre doğru türü seçmektir.

1. P-N Eklemi, Eşik Gerilimi ve Karakteristik

P ve N bölgeleri arasında oluşan potansiyel bariyeri, iletimi engelleyen elektriksel bir duvardır. Anot pozitife çekildiğinde bariyer daralır, diyot iletime geçer ve üzerindeki gerilim silidyum için yaklaşık 0,7 V, germanyum ve Schottky için 0,2-0,4 V civarında neredeyse sabit kalır. Ters bağlandığında bariyer genişler ve yalnızca mikroamper mertebesinde doyma akımı akar; uygulanan ters gerilim veri sayfasındaki kırılma değerini aşarsa diyot kalıcı olarak hasarlanır. Bu yüzden diyotun çalışma noktası iki sınır birlikte tanımlanır: iletim yönünde akım sınırı, ters yönünde gerilim sınırı.

• İletim bölgesinde ileri gerilim akımla çok az artar, gerilim sabit kabul edilir.
• Kesim bölgesinde akan doyma akımı sıcaklıkla her 10 °C için yaklaşık iki katına çıkar.
• Kırılma bölgesinde zener ve avalanş kontrol altında çalışır; güç sınırı aşılmaz.

2. Diyot Türleri ve Kullanım Alanları

Aynı rafta görünen diyotlar farklı görevler için üretilmiştir. Sinyal diyotları küçük akımda hızlı geçiş yapar, doğrultucu diyotlar şebeke frekansında yüksek ters gerilime dayanır, Schottky diyotlar düşük ileri gerilimiyle kaybı azaltır, zener diyotlar ters bölgenin sabit gerilimini referans olarak kullanır, güç diyotları ise cıvatalı paketleriyle ısıyı ısı akıtıcısına aktarır.

3. Doğrultucu Devreler ve Doğru Gerilim Hesabı

Şebekeden alınan alternatif gerilim doğrudan kullanılamaz; diyot köprüsü yardımıyla tek yönlü akıma çevrilir. Tek fazlı tam dalga köprüde ortalama doğru gerilim yaklaşık 0,9 × Us − 2VF kadardır; burada Us transformatör ikincil gerilimi, 2VF ise aynı anda iletime geçen iki diyodun gerilim düşümüdür. Üç fazlı tam dalga doğurucuda ise ortalama değerin katsayısı 1,35 olur ve 400 V'luk şebekeden 540 V elde edilir. Dalga tepeleri ise ayrı ayrı √2 katsayısıyla, yani 566 V ile hesaplanır. Bu iki sayının karıştırılması hem doğru gerilimi hem de seçilecek diyodun ters gerilimini yanlış verir.

Ud(üç faz) = 1,35 × UL = 1,35 × 400 = 540 V ve tepe değer √2 × UL = 1,414 × 400 ≈ 566 V olarak bulunur.

4. Zener Gerilim Regülasyonu

Zener diyot, gerilimi sabit tutmak için ters bağlanır ve her zaman bir seri dirençle birlikte çalışır. Seri direnç, besleme gerilimi ile zener gerilimi arasındaki farkı düşürür ve zenerden geçecek akımı sınırlar. Direnç çok küçük seçilirse zener fazla akım görüp ısınır, çok büyük seçilirse regülasyon yük değişimlerinde bozulur. Hesap sırası daima aynıdır: önce direnç, sonra akım, en son güç kontrol edilir.

Rs = (Vin − Vz) / Iz bağıntısıyla 12 V beslemede 5,1 V zener ve 10 mA hedef akım için Rs = 6,9 / 0,01 = 690 Ω bulunur; E24 dizisinden 680 Ω seçilir ve gerçek akım 6,9 / 680 = 10,1 mA olur. Zener gücü Pz = 5,1 × 0,0101 = 51,8 mW ile hesaplanır ve seçilen zenerin gücü bu değeri güvenle karşılamalıdır.

5. Ölçüm, Doğrulama ve Kalibrasyon

Diyot ölçümü multimetrein diyot modunda yapılır. Kırmızı uç anota, siyah uç katota getirildiğinde 0,5-0,8 V arası bir okuma alınır; uçlar ters çevrildiğinde ekran sonsuz (OL) göstermelidir. Tek yönde iletim veren eleman sağlıklı, iki yönde de küçük ve benzer direnç veren eleman kısa devre, iki yönde de OL veren eleman ise açık devredir. Ölçüm devrede yapılmak zorundaysa en az bir uçtan ayırma ve beslemeyi kesme kuralı uygulanır.

1. Ölçüm cihazının kalibrasyon etiketi ve bir sonraki kalibrasyon tarihi okunur.
2. Devrenin enerjisi kesilir, kapasitörlü bölümler deşarj edilir.
3. Diyot modu seçilir ve uçlar diyoda paralel getirilerek ilk okuma alınır.
4. Uçlar ters çevrilerek ikinci okuma alınır, iki değer karşılaştırılır.
5. Sonuç veri sayfası değeriyle karşılaştırılır ve ölçüm raporuna birimli olarak yazılır.

6. Sınav ve Atölye Odaklı Değerlendirme

Sınav sorularında çoğunlukla iki şey istenir: doğru gerilimin katsayıyla hesaplanması ve zener devresinde direnç ile gücün bulunması. Atölyede ise asıl soru, seçilen diyodun dayanıp dayanamayacağıdır. Bu yüzden okuma sırasında önce besleme türünün tek faz mı üç faz mı olduğu, sonra akımın, en sonda ise gücün kontrol edilmesi hatasız çözümün sırasıdır.

Temrin ve Uygulama Notları

1.10 Doğrultmaç Devreleri

Yarım dalga, tam dalga ve köprü tipi doğrultmaçların çıkış dalgaları osiloskopta karşılaştırılır. Çıkışa bağlanan kondansatör değeri (22, 100 ya da 1000 µF) dalgalanmayı (ripple) azaltır. Şebekeden beslenen devrelerde yalıtımı ve yüksek gerilim tehlikesini hesaba katmak gerekir.

1.11 78XX Pozitif Regüle Devreleri

78XX serisinde son iki hane çıkış gerilimini gösterir; 05, 12 ve 15 gibi kodlar 5 V, 12 V ve 15 V anlamına gelir. Giriş gerilimi çıkıştan en az 3 V yüksek olmalıdır. Düşük akımlı 78L tipi de bu seri içinde yer alır.

1.12 7915 Negatif Regüle ve Simetrik Besleme

79XX negatif regülatörde canlı uç eksi, ortak uç artı olur. 78 ve 79 çifti birlikte kullanılarak ±15 V simetrik besleme elde edilir. Giriş-çıkış farkı en az 3 V tutulur.

Sınavda: doğrultmaç çeşitlerinin dalga farkı, 78XX kodunun anlamı ve negatif regülatörde kutupların yeri sorulabilir.

Ne Öğreneceğiz

Diyot karakteristiğini, doğrultucu köprüleri, zener regülasyonunu ve ölçüm-kalibrasyon adımlarını anlatır. Bu konuda ögrenme çıktıları:

• Diyotun iletim, kesim ve kırılma bölgelerini eşik gerilimi ve ters gerilim kavramlarıyla açıklar.
• Doğrultucu, Schottky, zener ve güç diyotlarını kullanım alanlarına göre karşılaştırır.
• Tek fazlı ve üç fazlı doğurucu devrelerde doğru gerilimi ve dalga tepe değerini hesaplar.
• Zener regülasyon devresinde seri direnç değerini ve zener gücünü hesaplar.
• Diyotları multimetre diyot modunda ölçer, ölçüm cihazının kalibrasyon durumunu kontrol eder.
• İş sağlığı ve güvenliği ile ölçüm güvenliği kurallarına uygun olarak çalışır.

Ön Bilgi

Bu konuya başlamadan önce temel kavram ve ön koşulları kavramanız yardımcı olacaktır. Konunun çerçevesinde şu kavramlar dikkat ister:

• Zener diyot ters bağlanır ve ters bölgenin kırılma gerilimiyle çalışır; normal diyot gibi iletim yönünde kullanılmaz.
• Üç fazlı doğurucu köprünün her kolundaki diyot, faz-faz geriliminin tepe değeri olan 566 V'u karşılamalıdır.
• Schottky diyodun düşük ileri gerilimi kaybı düşürür, ancak ters kaçak akımı yüksektir ve sıcaklıkla daha da artar.
• Güç diyodu ısı akıtıcısı olmadan çalıştırılamaz; termal macun ve sıkı montaj sıcaklık artışını doğrudan belirler.
• Diyot ölçümü için devrenin enerjisi kesilir; devrede ölçüm yapılırsa paralel elemanlar okumayı şaşırtır.
• Kalibrasyon etiketi süresi dolmuş multimetre ile alınan değer raporlanmaz, ölçüm geçersiz sayılır.
• Doğrultucu köprüde iki diyot aynı anda iletime geçtiği için kayıp iki kez VF ile hesaplanır.

Basit Örnek ve Günlük Yaşam

Günlük yaşamda ve mesleki bağlamda bir uygulama:

Soru: Bir doğrultucu diyodundan 0,7 V gerilim düşerken 3 A akım geçmektedir. Diyodun harcadığı gücü ve RθJC = 3 K/W ise sıcaklık artışını bulunuz.

1. Adım 1: Verilenler yazılır: VF = 0,7 V, IF = 3 A, RθJC = 3 K/W.
2. Adım 2: Güç P = VF × IF = 0,7 × 3 = 2,1 W olarak bulunur.
3. Adım 3: Sıcaklık artışı ΔT = P × RθJC = 2,1 × 3 = 6,3 °C hesaplanır.

Sonuç/cevap: Cevap: Diyot 0,7 V gerilim düşürür, 2,1 W güç harcar ve bağlantı noktasında 6,3 °C ısınır.

İleri Örnek

Daha ileri bir uygulama:

Soru: 12 V beslemede 5,1 V luk zener ve 680 Ω seri direnç kullanılmıştır. Yüksüz durumda ve besleme 15 V'a çıktığında zener gücünü kontrol ederek 500 mW lık zenerin uygunluğunu değerlendiriniz.

1. Adım 1: Normal beslemede akım Iz = (12 − 5,1) / 680 = 6,9 / 680 = 10,1 mA olur.
2. Adım 2: Zener gücü Pz = 5,1 × 0,01015 ≈ 51,8 mW bulunur; 15 V'ta akım (15 − 5,1) / 680 = 14,6 mA ve güç 74,3 mW olur.
3. Adım 3: Her iki durumdaki güç de 500 mW sınırının çok altındadır, zener güvenli çalışır.

Sonuç/cevap: Cevap: Zener gücü 51,8 mW ile 74,3 mW arasında kalır; 500 mW lık zener uygundur.

Adım Adım Çözülmüş Örnek

Örnek 1: Diyodun Gerilim Düşümü ve Gücü konusunun adımları:

1. Adım 1: Verilenler yazılır: VF = 0,7 V, IF = 3 A, RθJC = 3 K/W.
2. Adım 2: Güç P = VF × IF = 0,7 × 3 = 2,1 W olarak bulunur.
3. Adım 3: Sıcaklık artışı ΔT = P × RθJC = 2,1 × 3 = 6,3 °C hesaplanır.

Karşılaştırma Tablosu

Sık Yapılan Hatalar

Zener diyodu iletim yönünde bağlamak: Zener, ters bölgedeki sabit kırılma gerilimiyle referans oluşturur; doğru bağlanırsa sıradan bir diyot gibi davranır ve regülasyon yapmaz.

Üç fazlı köprüde 0,9 katsayısını kullanmak: Üç fazlı tam dalga doğrultmada katsayı 1,35'tir; 0,9 yalnızca tek fazlı köprü için geçerli olduğundan sonuç 540 V yerine hatalı 360 V çıkar.

Yalnızca 0,7 V ile yetinip akımı hesaplamamak: Diyotun gücü VF × IF ile bulunur; akım 3 A ise kayıp 2,1 W olur ve bu güç soğutma seçimini belirler.

Ters gerilimde yalnızca şebeke gerilimini esas almak: Köprünün ters gerilimi faz-faz değerinin tepesi olan 566 V'tur; 600 V'luk diyot sınırda kalır, pratikte 800-1000 V seçilir.

Devrede enerji varken diyot ölçmek: Paralel bağlı direnç ve elemanlar okumayı değiştirir; en az bir uç devreden ayrılmalı ve besleme kesilmelidir.

Kalibrasyon tarihini kontrol etmemek: Etiketi süresi dolmuş cihazla alınan ölçüm raporda kabul edilmez; ölçüm öncesi cihazın kalibrasyon durumu okunmalıdır.

Özet

Diyot, tek yönlü iletimiyle AC'yi DC'ye çevirir, gerilimi referanslar ve devreyi korur. Onuncu sınıf seviyesinde tür seçimi akım, ters gerilim ve termal sınır birlikte değerlendirilerek yapılır: üç fazlı köprüde katsayı 1,35, tepe gerilim 566 V, zener devresinde ise sıra direnç-akım-güçtür. Ölçüm diyot modunda iki yönde karşılaştırılarak yapılır ve kalibrasyonu güncel cihazla alınan okuma raporlanır.

Kendini Dene

Soru: 400 V faz-faz şebekeden beslenen üç fazlı tam dalga doğrulayıcı için ortalama doğru gerilimi, faz-faz tepe gerilimini ve diyotların karşılaması gereken ters gerilimi hesapla; pratikte neden 800-1000 V'luk diyot seçildiğini açıkla.

Örnek cevap: Puanlama anahtarı: Ud = 1,35 × 400 = 540 V doğru hesaplanır (4 puan); Tepe gerilim √2 × 400 ≈ 566 V bulunur (4 puan); Diyotun en az 566 V kaldırması gerektiği, pratikte güven payıyla 800-1000 V seçildiği yazılır (4 puan); Gerilim sıçramaları ve süreksizliklerin bu payı gerektirdiği açıklanır (3 puan).