Zener Diyot Nedir? | Not Mekanı
Pazartesi , Ağustos 3 2020
Ana Sayfa / Ana Sayfa / Zener Diyot Nedir?

Zener Diyot Nedir?

Zener Diyot

Normal diyotlarda ters devrilme olayı istenmez. Zener diyotlar ise belirli bir güce kadar ters devrilme bölgesinde kullanılabilir. Ters kutuplanmış bir diyodun devrilmesi iki şekilde olur.

  • 1- Çığ devrilme: Ters kutuplama ile hızlanan azınlık taşıyıcıların kovalent bağdaki valans elektronları koparması ile oluşur. Çığ devrilme diyoda 5 volttan daha büyük bir ters gerilim uygulandığında oluşur.
  • 2- Zener devrilme : Boşluk bölgesi dar olması durumunda meydana gelen yüksek elektrik alanı nedeniyle oluşur. Bu elektrik alanı kovalent bağdaki valans elektronları kopararak diyottan ters yönde yüksek akım geçmesine neden olur. Zener devrilme 5 volttan küçük gerilimlerde oluşur. Katkı oranının arttırılması boşluk bölgesini daraltır. Boşluk bölgesinde oluşan elektrik alanı (uzaklık ile ters orantılı) ise artar. Dolayısıyla katkı oranının arttırılması zener diyodun devrilme gerilimini azaltır.

Zener diyodun karakteristiği, sembolü ve eşdeğer devreleri Şekil 2.17’de gösterilmiştir. Zener diyot ileri yönde kutuplanırsa normal bir diyot gibi davranır. Uygulamalarda zener diyot ters devrilme bölgesinde kullanılır. Karakteristik eğride iki önemli nokta gösterilmiştir. A noktası zener diyodunun ters devrilme noktasıdır. Zener diyodun A noktasında çalışabilmesi için, diyottan minimum bir akım geçmesi gerekir. Bu durumda zener gerilimi minimumdur. B noktasında diyottan maksimum akım geçer ve zener gerilimi maksimumdur. B noktasındaki akım değeri katalogda verilen ZMI de ğerini aşmamalıdır. Zener diyotlar 1.8 V ile 200 V arasındaki gerilim değerlerinde ve 4 /1 W ile 50W arasındaki güç değerlerinde üretilmektedir.
Zener diyodun ideal eşdeğeri bir gerilim kaynağı kabul edilir. Yaklaşık eşdeğeri ise bir direnç ve kaynak geriliminin toplamı olarak verilir.

Zener diyodun iç direncinin tanımı karakteristik eğri üzerinde gösterilmiştir. İç direnç ne kadar küçük olursa, zener uçlarındaki gerilimin akım ile değişmesi o kadar az olur. Zener diyot, regülasyon ve referans gerilim sağlamak amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır.

Zener diyodun devrilme gerilimi sıcaklıkla değişir. Kataloglarda gerilimin C ! başına yüzde olarak değişmesini gösteren bir sıcaklık katsayısı ( TK ) verilir. Örneğin 15 V’luk bir zener diyotta Kt = 0.2 % / C ! ise, 1 C ! ’lik artış zener geriliminin 0.03 V artmasına neden olur. Sıcaklık katsayısı zener devrilme bölgesinde çalışan diyotlarda negatif, çığ devrilme bölgesinde çalışan diyotlarda pozitiftir. Zener gerilimi arttıkça sıcaklık katsayısı da artar.

Zenerli AC regülatör (AC Sınırlayıcı)

Zener diyot, elektronik eleman ve entegre devrelerin girişlerini aşırı gerilimlerden korumak için kullanılabilir. Şekilde 2.18’de gerilimi tek yönde kırpma devresi gösterilmiştir. Devrede giriş geriliminin pozitif bölgesinde zener geriliminin üstünü kırpar. Negatif alternansta normal diyot gibi davranır ve iletime girer.

Gerilimi iki yönde kırpmak için Şekilde 2.19’da verilen devre kullanılabilir. Pozitif alternansta Z1 diyodu normal, Z2 diyodu ise zener diyot gibi davranır. Negatif alternansta ise Z2 normal diyot, Z1 zener diyot gibi davranır. Zener diyotların gerilimleri uygun seçilerek giriş gerilimi istenilen seviyede kırpılabilir.

Varaktör Diyotlar Ters gerilim uygulanan diyot bir kapasite gibi davranır. Normal diyotlarda ters gerilim uygulandığında bir boşluk bölgesi oluşur. Bu boşluk bölgesi uygulanan ters gerilim ile artar. Boşluk bölgesi akım geçirmediğinden yalıtkan kabul edilir. P ve N bölgeleri ise iletken olduğundan kapasitenin plakaları gibi davranır. Normal diyotların kapasitesi uygulanan ters gerilime bağlı olarak az miktarda değişir. Katkılama miktarı jonksiyon civarında arttırılarak kapasitenin değişme oranı yükseltilebilir. Bu şekilde yapılan özel diyotlara varaktör diyot denir. Varaktör diyotların kapasitesi gerilimle değiştirebilir. Diyodun kapasitesi,

 

olarak hesaplanır. Burada ε geçirgenlik, A jonksiyonun alanı ve d jonksiyonun genişliğidir. Diyoda ters gerilim uygulandığında oluşan kapasite ve varaktör diyodun eşdeğeri Şekil 2.20’de gösterilmiştir. Ters gerilim arttıkça boşluk bölgesi artar ve kapasite azalır. Kapasitenin gerilime bağlı değişimi Şekil 2.21’ de gösterilmiştir. Bir potansiyometre ile diyoda gelen ters gerilim değiştirilerek varaktör diyodun kapasitesi kontrol edilebilir. Varaktör diyot, radyolarda frekansın ayarlanmasında ve televizyonların elektronik tuner devrelerinde yaygın olarak kullanılır.

Schottky Diyotlar

Schottky diyotlar çok yüksek frekanslarda ve hızlı anahtarlama uygulamalarında kullanılır. İletim gerilim düşümünün azlığı ve yüksek anahtarlama hızından dolayı özellikle anahtarlamalı güç kaynaklarında verim açısından tercih edilir. Hızlarının yüksekliği sebebiyle entegre (IC) devrelerde kullanılır. Schottky diyotta P tipi malzeme yerine altın, gümüş, platin gibi bir metal kullanılır. Metalde iletim bandında çok sayıda elektron mevcuttur. P-N diyodunda mevcut olan boşluk bölgesi Schottky diyotta yoktur ve düşük bir gerilimle iletime girer. Pozitif kutuplama ile N bölgesindeki yüksek enerjili elektronlar metale (P bölgesine) geçerek bu bölgedeki elektronların enerjilerini arttırır. Schottky diyot, P-N diyoda göre çok hızlıdır. Çünkü bu diyot sadece çoğunluk akım taşıyıcıları ile çalışır. Serbest elektronların hareketi deliklerin hareketine göre çok hızlıdır. Shottky diyodun yapısı ve sembolü Şekil 2.22’de gösterilmiştir.

Tünel Diyot

Tünel diyot, P ve N bölgelerinde jonksiyon civarındaki katkılanma miktarı arttırılarak yapılan bir diyottur. Bilindiği gibi katkılama miktarının arttırılması boşluk bölgesini daraltır ve zener gerilimini azaltır. Tünel diyotta boşluk bölgesinin genişliği normal diyodun yüzde biri kadar küçüktür. Bu nedenle çok küçük bir ileri gerilim diyottan akım geçmesine neden olur. Tünel diyodun yapısı, karakteristiği ve sembolü Şekil 2.23’te verilmiştir.

Şekilde gösterildiği gibi tünel diyodun karakteristiği belirli bir bölgeden sonra normal diyot ile aynıdır. Tünel diyodun çalışması şu şekildedir. A noktasında bir gerilim uygulanmamıştır ve diyottan akım geçmez. A noktasının altında çok küçük ters bir gerilim uygulandığında diyottan geçen akım ters gerilimle hızlı bir şekilde artar. Diyoda küçük bir pozitif gerilim uygulandığında akım geçer ve pozitif gerilimin arttırılması ile akım artar. B noktasından C noktasına kadar akım azalır. B ile C arasında diyodun dinamik direnci negatiftir. Gerilimdeki artış akımda azalmaya neden olur. Tünel diyot bu özelliği nedeniyle osilatör devrelerinde kullanılır.
Tünel diyotta boşluk bölgesini geçen elektronların hızı, normal diyotta difüzyon ile yayılan elektronlara göre çok yüksektir. Tünel diyotta elektronlar P-N jonksiyonu civarında ışık hızına yakın bir hızla hareket eder. Tünel diyot bu nedenle çok yüksek frekanslarda ( 7 10 MHz’e kadar) kullanılabilir.

Işık Yayan Diyotlar (LED)

P-N diyot doğru yönde kutuplandığında, N-tipi malzemedeki serbest elektronlar difüzyon ile P bölgesine geçer. Elektronlar P bölgesinde deliklerle birleşerek valans elektron haline gelir. N bölgesinde iletim bandında bulunan elektronların, P bölgesinde valans bandına geçmeleri enerji kaybetmelerine neden olur. Bu enerji kaybı silisyum ve germanyum diyotlarda ısıya dönüşür. Galliyum arsenid ve galliyum fosfat gibi malzemelerden yapılan diyotlarda bu enerjinin bir miktarı ışık enerjisine (fotonlara) dönüşür. Yayılan ışığın enerjisi ve frekansı a şağıdaki gibi hesaplanır.

E burada elektronun kaybettiği enerjidir. Enerji ne kadar büyük olursa yayılan ışığın frekansı o kadar yüksektir. Elektronlar elektrik enerjisini taşıdığı gibi, fotonlar ışık enerjisini taşıyan, ağırlığı ve yükü olmayan küçük parçacıklardır. Işık emen cisim enerji almış olur ve ısınır. Bir madde ne kadar çok ısınırsa yaydığı ışıkların dalga boyları o kadar kısa olur. Işığın hızı ile elektromanyetik dalganın hızı aynı olup c = 3 x 10^8 metre / saniye’dir. Işığın frekansı ile dalga boyu arasındaki ilişki aşağıda verilmiştir.

Dalga boyu, ışık veya elektromanyetik dalganın bir peryodunda kaç metre yol aldığını gösterir. Yüksek frekanslarda uzunluk birimi olarak metre yerine, milimetrenin onmilyonda biri olan angstron kullanılır.

Farklı renkteki ışık enerjilerinin frekans ve dalga boyları Şekil 2.24’te gösterilmiştir. İnsan gözü 3800-7000 angstron dalga boyundaki ışıkları görebilir. Gözün en iyi algıladığı renkler sarı ile sarı-yeşil renk bölgeleridir. Güneş ışığı bütün ışıkları eşit içerdiği için beyaz ışık olarak görünür.

LED Karakteristikleri

LED’in V-I karakteristiği, sembolü ve yaydığı ışığın gücü Şekil 2.25’te verilmiştir. LED’in iletim gerilim düşümü 1 V ve geçen akım 100 mA civarındadır. Buna rağmen ışığa dönüşen güç µW seviyesindedir. Elektrik enerjisinin ışık enerjisine dönüşümündeki verim çok düşüktür. LED’lerin güç ihtiyacı 10 ile 150 mW arasında değişir ve ömürleri 100.000 saatten fazladır. LED’lerin ters dayanma gerilimleri 3-4 V civarındadır.

Diyot Katalog Bilgileri

Genel olarak üreticilerin kataloglarda diyotlarla ilgili verdikleri bilgiler 3 kısımda toplanabilir. Bunlar ileri yönde akım-gerilim, ters yönde akım-gerilim ve sıcaklıkla ilgili değerlerdir. Ayrıca mekanik özellikler ve kısa bilgiler de verilir. Diyodun türüne göre parametre çeşitleri değişebilir. Örneğin, zener diyot ile doğrultucu diyodun kataloglarında farklılıklar mevcuttur. Aşağıda bir doğrultucu diyodunda kullanılan genel kısaltmalar ve açıklamaları verilmiştir.

 

Hakkında Admin

Blog Yazarı - Araştırmacı - Öğrenci

Bunları da Beğenebilirsin

Önemli Bilgilendirme

Anlaşmalı yönlendirme sitesine (asupload.com) teknik bir problemden dolayı erişim sağlanamamaktadır. Problemi en kısa sürede çözmeye …

Bir Yorum Yazın

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.