Diyot Nedir? Ne İşe Yarar?

Diyot: Alternatif akımı doğru akıma dönüştürmek için kullanılan elektronik devre elemanlarına diyot (diod, diot) denir. Elektrik akımının sadece bir yönde geçişine izin veren, yarı iletken maddelerden yapılmış iki uçlu bir devre elemanıdır. Elektronik devrelerin temel yapı taşıdır.

Diyot sembolü akım geçiş yönünü gösteren bir ok şeklindedir. Anot ve katot olmak üzere iki bacağı vardır. Diyotlar, akımı üzerlerinden yalnızca anottan katoda doğru iletirler.

Diyotun Yapısı, Özellikleri

Diyotlar p-tipi ve n-tipi olmak üzere iki farklı yarı-iletken malzemenin birleşiminden oluşur. 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 denilen bir işlemden geçirilir.

Böylece p-tipi maddelerde pozitif yüklü “delik” ler, n-tipi maddelerde ise negatif yüklü elektronlar daha fazla sayıda bulunmuş olur.

Bu maddeler ilk birleştirildiğinde P tipi maddedeki oyuklarla N tipi maddedeki elektronlar iki maddenin birleşim noktasında birleşir. Bunlar birbirlerini nötrleyerek ” Nötr ” bir bölge oluşturur. Bu nötr bölge, kalan diğer elektron ve oyukların birleşmesine engel olur.

Diyotlar nokta temaslı diyotlar ve PN yüzey birleşmeli diyotlar olarak sınıflandırılır. Nokta temaslı diyot üretimi ile yarı iletken diyotlar yapılmıştır.

Bir yöndeki dirençleri ihmal edilebilecek kadar küçük, diğer yöndeki dirençleri ise çok büyük olan elemanlardır. Direncin küçük olduğu yöne “doğru yön” veya “iletim yönü”, büyük olduğu yöne “ters yön” veya “tıkama yönü” adı verilir.

Diyotun uçları pozitif (+) “ anot” ve negatif “ (-) katot” tur. Anod ucuna pozitif gerilim, katod ucuna negatif gerilim uygulandığında (bu duruma ileri kutuplama denir)  p-tipi yarı-iletken malzemede bulunan pozitif yükler n-tipi yarı-iletkenin negatif yüklerine doğru hareket edebilecek, bu sayede diyot üzerinden elektrik akımının geçişi mümkün olacaktır. Ters yönde bağlanırsa (anot negatife, katot pozitife) bir elektrik akımı geçişi olmaz. Buna ters polarizasyon (ters kutuplama) denir. Ters polarizasyon metodu sadece bazı özel diyotlarda uygulanır.

Diyot Karakteristiği

Elektronik devre elemanının davranışını, yani karakteristiğini akım-gerilim grafiğine bakarak anlamak mümkündür.

Grafikte anlatılan temel bilgiler:

• Diyotun ileri kutuplama bölgesinde çalışırken akım geçirmesi için V_f ile belirtilen eşik gerilimine ulaşması gereklidir. Genel olarak bu değer silikon diyotlarda 0.7V, germanyum diyotlarda 0.3V dolayındadır.
• Diyot ters kutuplama bölgesinde V_BR ile belirtilen maksimum ters gerilimine kadar akım geçirmez. Bu değer aşıldığı zaman diyot artık kırılma bölgesindedir. Yani diyot üzerinden ters yönde de akım geçişi olur. Her diyotta ayrı bir kırılma noktası, ayrı ayrı akım geçişi olur. Örneğin, 1N4001 diyot, için bu değer 50V’tur.

Farklı karakteristik özellikleri sayesinde elektrik ve elektronik devrelerde farklı amaçlarda kullanılan diyotlar vardır. Örnek olarak zener diyotlar kırılma bölgesinde çalışması amacıyla tasarlanmış diyotlardır.

Diyot Polarması ve Diyot Çalışma Prensibi

Doğru polarma:  Pilin pozitif (+) kutbu anot ucuna, negatif (-) kutbu diyotun katot ucuna bağlanır. P tipi oyuklar pilin pozitif (+) kutbu tarafından, N tipi elektronlar da negatif (-) kutbu tarafından itilir.

Bu şekilde P-N birleşiminde elektron akışı başlar. N tipi maddede bulunan her elektron yerinden çıktığı zaman buralarda oyuklar meydana gelir. Oyuklar artı (+) yüklü kabul edildiği için pilin (-) ucu tarafından çekilir. Bu durumda elektron akışı eksi (-) uçtan artı (+) uca doğru olmaktadır. Diyot iletime geçmiştir.

Ters polarma: Pilin pozitif (+) kutbu diyotun katot ucuna, negatif (-) kutbu diyotun katot ucuna bağlanır. N tipi maddedeki elektronlar pilin negatif (-) kutbu tarafından çekilir. P tipi maddedeki oyuklarda pilin pozitif (+) kutbu tarafından çekilirler.

Bu durumda ortadaki nötr bölge genişler, diyot yalıtıma geçer. Ama diyota ters gerilim uygulandığında diyot yalıtımda iken çok küçük miktarda bir akım geçer. Buna sızıntı akımı denir. Sızıntı akımı istenmeyen bir durumdur. Sızıntı akımının miktarı diyotun yapımında kullanılan yarı iletken malzemeye bağlıdır.

Diyot Parametreleri

Değişik alanlarda sayısız kullanım yeri vardır. Uygulamada kullanılan diyotlar temelde iki ayrı gruba ayrılır. Bunlar:

• Doğrultucu (redresör) diyotlar
• Sinyal diyotları

Maksimum Ön Akım

Doğrultmaç ve sinyal diyotları, silisyum ve germanyum gibi yarı iletkenler ile yapılır. Bir P tipi ve N tipi yarı iletken birleştirilerek diyot imalatı yapılır. “D” harfi ile gösterilir.  Germanyum diyotlar anahtarlama, sinyal ve dedektör yapımı olarak kullanılır. İletime geçme gerilimleri 0,2-0,3 Volt arasındadır.

Silisyum diyotlar ise doğrultma devrelerinde (AC’ yi DC’ ye çevirmek için) kullanılır. İletime geçme gerilimleri 0,6-0,7 V arasındadır. Diyota ters polarizasyonda zamanla artan bir gerilim verilirse bir zaman sonra diyot yanar delinir. Ya da kısa devre olur. Bu durumda diyottan çok büyük akım geçmeye başlar.

Ters Tepe Voltajı

Diyotların çoğu ters polarmanın aşırı artırılması halinde bozulacağından bu noktada (dayanma gerilimine yakın) çalıştırılmaz. 50 volta kadar olan ters gerilimlere dayanan 1N4001 diyot, en çok 40 voltluk devrede kullanılır. 50 voltun üzerindeki bir voltaj altında çalışan devre de ise1N4002 diyot veya başka bir model diyot seçilir. Diyot fiyatları da modeline ve firmasına göre farklılık gösterir.

Isı

Germanyum güç diyotunun maksimum çalışma sıcaklığı 90ºC dır. Silisyum diyotların ise maksimum dayanma sıcaklığı 175ºC civarındadır. Silisyum güç diyotları yüksek sıcaklıklara dayanabildiği için üzerinden yüksek akım geçirilebilir. Diyotların gövde sıcaklığının yükselmesine elemanın içinde doğan ısı sebep olur.

Diyotta meydana gelen ısı, akımla doğru orantılı olarak artar. Diyotlar alüminyum plaka, vantilatör (fan) vb. ile soğutulursa yüksek sıcaklıklarda dayanma gücü artar. Bu nedenle güç diyotları soğutucu plaka üzerine monte edilir. Diyotlarda iki şeye dikkat edilmelidir. Aksi takdirde diyot bozulur (Kısa devre olur.)

• Ters dayanma geriliminin üzerine çıkılmamalıdır.
• Maksimum taşıma akımından daha fazla akım çekilmemelidir.

Doğrultucu diyotların yüksek akımlı olanlarına güç diyotları denir. Güç diyotlarının çoğu daha yüksek akım ve sıcaklık değerlerinden dolayı silisyumdan yapılmaktadır. Diyotların akım kapasitesi diyotları paralel bağlayarak artırabilir. Ters tepe dayanma gerilimleri ise diyotları seri bağlayarak artırabilir.

Frekans

Germanyum tipi sinyal diyotları lojik (sayısal) devre elemanı veya radyo frekans (RF) devrelerinde sinyal ayırıcı olarak kullanılır. Başka bir ifade ile sinyal diyotları, yüksek frekanslarda çalışmaya duyarlıdır. Böyle olmalarından dolayı  düşük gerilim ve akımlarda da çalışabilirler.

Sızma Akımı

Diyotlarda kullanılan maddelerin tam saf olmamalarından dolayı çok az bir sızıntı akımı geçer. µA düzeyinde olan bu akım yok sayılır, dikkate alınmaz. Ters polarmada diyotlara uygulanan gerilim yükseltilirse eleman delinebilir (bozulur).

Örneğin; 1N4001 diyotun ters yönde uygulanan gerilime dayanabileceği üst değer 50V’ tur. Yani bu diyot 50 volttan fazla ters gerilimde delinerek özelliğini kaybeder.
Diyotlar ters polarıldığında sızıntı akımının miktarı sıcaklığa, uygulanan gerilime, yarı iletkenin cinsine göre değişir.

Örneğin germanyum dedektör diyodundan 5 volt altında, 25ºC sıcaklıkta 0,8 mA, 60ºC’de 5 mA, 100º C’de 50 mA sızıntı akımı geçtiği görülür.

Güç Harcaması

Yüksek güçlü DC elde etmek amacı için kullanılan bu tip diyotlar soğutucu ile beraber kullanılmalıdır. Uygulamada 400 ampere kadar akım taşıyan ve 4000 volta kadar çalışma gerilimi olan diyotlar vardır. Yüksek güçlü diyotlar akü şarj cihazları, elektroliz sistemleri, kaynak makineleri vs. yerlerde kullanılır.

Diyot Nasıl Bağlanır?

Seri Bağlanması

Ters dayanma gerilimi daha yüksek diyot elde etmek için seri bağlama yapılır.

Örneğin: 100 voltluk devre için ters dayanma gerilimi 50 volt olan 2 adet 1N4001 diyot seri bağlanır. 100 V’ a dayanan diyot elde edilmiş olur. Birden çok diyotun seri bağlanması ile elde edilmiş elemanlara, yüksek gerilim diyotu denir.

Paralel Bağlanması 

Yüksek akımlı diyot elde etmek için paralel bağlanır. Fakat bu metot sağlıklı değildir. Üretim hatalarından dolayı diyotlar aynı özellikte yapılamaz. Bu sebeple diyotlardan biri bozulursa diğer diyotlardan geçen akımın artarak bozulmasına sebep olur. Bu sebeple kataloglardan uygun diyot seçilerek kullanılır.

Diyotların Kullanım Alanları

Diyotlardan, elektrik alanında redresör (doğrultucu), elektronikte ise; doğrultucu, dedektör, modülatör, limitör, anahtar olarak çeşitli amaçlar için faydalanılmaktadır.

• Doğrultucu

AC gerilimi DC gerilime dönüştürmede kullanılan devreye doğrultucu (İng. rectifier) denir.

• Yarım Dalga Doğrultucu

AC gerilim, belirli periyotlar ile negatif ve pozitif arasında değişim gösterir. DC gerilim ise yalnızca pozitif veya negatif tarafta yer alır. Diyotun akımı tek yönde iletme özelliğinden faydalanarak bir devre kurabilir.

Kurulan bu devreye yarım-dalga doğrultucu (half-wave rectifier) denir. AC gerilimin yalnız pozitif kısmı diyot üzerinden geçeceğinden yük üzerindeki gerilim şekildeki gibidir.

• Köprü Diyot Nedir?(Tam Dalga Doğrultucu, Full-Bridge Rectifier) 

Köprü diyot, devrenin bir tam çevrimin yalnızca yarısından yararlanılır. Dalganın tümünden yararlanabilmek için köprü doğrultucu(full-bridge rectifier) devresi kurulması gerekir.

Köprü doğrultucu devresinde 4 tane diyot vardır. Dalganın pozitif kısmında iki tane diyot iletimde iken negatif kısmında diğer iki tane diyot iletimdedir. Bu durumda AC gerilimin hem pozitif hem negatif kısmından yararlanılır.

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

Diyotlar, doğrultucu haricinde, ters polarite koruması, gerilim regülatörü, lojik devre kapıları olarak, seri bağlı güneş panellerinde baypas amaçlı ve indüktif devrelerde gerilim sıçramalarına karşı koruma amaçlı olarak kullanılırlar.

Diyot Sağlamlık Kontrolü 

Diyot sağlamlığı için diyotun direnç değerlerine bakılır. Kontrol ohmmetre veya avometre ile yapılır. Avometre diyot kademesine alınır. İlk olarak avometrenin kırmızı probu (+) ucu diyotun anot(+) ucuna değdirilir. Siyah probu (-) ucu katot (-) ucuna değdirilir ve küçük bir direnç değeri okunur.

Daha sonra prob uçlarını yer değiştirerek tekrar direnç değeri okunur. Eğer değer okunmazsa ölçü aletinin probları ters çevrilir. Değer okunursa (700-800 ohm civarı) diyot sağlamdır. Sağlam bir diyodun tek bir bağlantı yönünde iletime geçtiği görülmelidir.

Diyotun sağlamlığı tespit edildikten sonra anot-katot uçları bulunur. Diyot iletime geçtiğinde (ölçü aleti değer gösterdiği zaman) kırmızı probun bağlı olduğu diyot ayağı anottur (+). Siyah probun bağlı olduğu ayak ise katottur(-).

Diyot Çeşitleri

Gelişen teknoloji ile diyot çeşitleri ve kullanımı artmıştır.

• Kristal diyot
• Zener diyot
• Tünel diyot
• LED Diyot (Işık Yayan Diyot)
• Foto diyot (photodiode)
• Ayarlanabilir Kapasiteli Diyot (Varaktör – Varikap)

Elektronikte Kullanılan Diğer Diyotlar

• Mikrodalga diyot
• Gunn diyot
• IMPATT diyot (Avalanş)
• (Baritt) Schottky Diyot
• Ani Toparlanmalı Diyot
• Pin Diyot

Diyotların Gruplandırılması

• Lamba diyotlar
• Metal diyotlar
• Yarı iletken diyotlar

Lamba Diyotlar

Lamba diyotlar yaygın olarak redresör ve detektör olarak kullanılmıştır. Sıcak katotlu lamba, cıva buharlı ve tungar lambalar bu katagoridedir.

Şeklimizde sıcak katotlu lamba diyodun iç görünüşü ve çalışma şekli verilmiştir.  Görüldüğü gibi ısınan katotdan fırlayan elektronlar atom tarafından çekilir. Devreden tek yönlü bir akım akışı sağlanır. Artık bu tür diyotlar kullanılmamaktadır.

Metal Diyotlar

Bakır oksit (CuO) ve selenyumlu diyotlar bu katagoridedir. Bakır oksitli diyotlar telekomünikasyon devreleri ve ölçü aletleri gibi küçük gerilim ve küçük güçle çalışan devrelerde kullanılır. Selenyum diyotlar ise birkaç kilowatt ‘a kadar çıkan güçlü devrelerde kullanılır.

Yarı İletken Diyotlar

Yarı iletken diyotlar hem elektrikte hem de elektronikte kullanılır. Tipik bir örnek olarak kuvvetli akımda kullanılan bir silikon diyot verilmiştir. p-tipinde delikler çoğunluk taşıyıcısı, elektronlar azınlık taşıyıcısıdır. Tersi olarak da, p-tipinde serbest elektronlar azınlık taşıyıcı, n-tipinde delikler azınlık taşıyıcısıdır.