2.3. Özel dİyotlar 2 .3.1. zener diyot

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

2.3.ÖZEL DİYOTLAR

2.3.1. Zener Diyot

Zener diyotlar kesime kutuplamada özel bir davranış gösterirler.

Zener, sabit devrilme gerilimine sahip bir diyottur.

İletim özeğrisi normal diyot gibi olup, kesim özeğrisi ise VZ=VA geriliminde sabit kalıyor kabul edilir.

Bu özelliğinden faydalanılarak sabit bir gerilim elde etmede veya gerilim ayarlayıcılarında (regülatörlerinde) kullanılırlar.


Şekil 2.15.Zener diyot (a)sembolleri ve (b)T1 ve T2 sıcaklıklarında

özeğrilerindeki farkları.

K

A (a)

(b)

0

VZ = -5V

IZK

-10V

T1'de

T1'de

T2'de T1'de T1 T2

+vA V

+iA mA


Şekil 2.16.(a)Zener diyot eşdeğer devresi, (b)küçük sinyal eşdeğer devre modeli, (c)ayar devresi

+ IS RZ IY + VS DZ RY VO - (c) IZ -

K + rz CT (statik) - (b) A

K + + VZ VA - IZ RZ - (dinamik) A (a)


•Zener diyotlar gerilim sınırlama yaparken sürekli görev yapabilmeleri ve aşırı akımlardan zarar görmemeleri için kullanıldıkları yerlerde;

•Ters kutuplamalı,

•Zener geriliminden (üretici değeri) daha düşük gerilim uygulanmamalı ve

•Bir seri dirençle akım sınırlaması yapılacak şekilde

devreye bağlanmalıdır.


Şekil 2.17 Zener diyot a)Gerilim standardı, b)Yarım dalga

doğrultucu ayarı, c)Pratik bir gerilim ayarlama uygulama devresi.

IS + RZ IY RY - IZ DZ (a)

100K

6 V 400 mW R2

1

(c)

2,2 K

+

10…30 V

-

741

2

7

VO 8 V

R1 +

- 4

6 +

-

R3

+ D

RZ VS C

DZ RY (b)


2.3.2. Tayrektör (Thyrector)

•Aard arda ters seri bağlı iki zener diyodu gibi çalışır. Geçici ve ani yükselen gerilimleri önlemede kullanılan bir diyottur. Her iki yönlü kutuplamalı bağlantıda da aynı davranışları gösterir. Diyotlardan biri her zaman açık, yani iletime kutuplanmış görünür. Bu anda diğer diyot aynı bir zener özeğrisi gösterir.


Şekil 2.18.Thyrector a)sembolü ve b)iletim özeğrisi.

(a)

-VD

VA V

IA A

0

(b)

VD

T1

T2


2.3.3 . SCHOTTKY (Barrier=Engel) Diyodu

•Schottky engel diyodunda eklem bölgesi metal yarıiletken devreden oluşur. Sonuçta yarıiletken veya omik özellik gösterir. İki tabakası arasındaki yük taşıyıcı yoğunluğu farkından dolayı, engelde bir potansiyel oluşur. Az katkılı silisyum (veya galyum arse nit) kullanıldığında, bu alüminyum-silisyum ekleme Schottky diyot denir. Silisyum bir diyotla schottky diyot özeğrisi karşılaştırılırsa özeğriler arasında belirgin iki fark vardır.


(a)

A

K

(b)

bariyer metal n tipi silisyum tabaka çift n+ katkılı silisyum tabaka

Şekil 2.19.(a)Schottky diyot sembolü, (b)yarıiletken tabakaları, (c)Schottky ve silisyum diyot özeğrisi,

Silisyum diyot

+vA

V Vsc Is

Schottky barier diyot

+iA mA

Schottky barier diyot

Silisyum diyot

Vsi

(c)


•Çoğunluk elektronlar metale engel üzerinden aktarılarak metaldeki diğer elektronlardan daha fazla enerjiye sahip olmaları termal dengeyi sağlar. Bu aktarılan elektronlar, sıcak elektron diye adlandırılır. Bazı uygulamalarda schottky diyota sıcak elektron diyodu da denmektedir.


SMX Tipi Şotki diyotlarda kodlama

S S x b yy

Schottky Engel Diyodu

SMX Paketi1 = SMA (DO-214AC)2 = SMB (DO-214AA)3 = SMC (DO-214AB)

Ters gerilim9 = 90V10 = 100V

Yüzeysel tip

Engel Yüksekliği• “Boş” = Standard• H = Yüksek

SMA

SMB SMC

TO-220AC


TO-220 & TO-3P Tipi Şotki diyotlarda kodlama

MBR C xx b yy PP

Orta (Medium) Eklem (Barrier) Şotki Diyot

Paket Sınıfı• “Boş” = Standard• B = Yüzey tipli TO-263AB• F = Yalıtılmış TO-220

Iletim Akımı (A)

Ters Gerilim (V)

Paket Tipi• “boş” = tek TO-220AC, ITO-220AC or TO-263AB• CT = Merkez uçlu TO-220AB, ITO-220AB or TO-263AB• PT = Merkez uçlu TO-247AD

TO-220AB

TO-263TO-247AD

TO-220AC

Engel Yüksekliği• “Boş” = Standard• H = Yüksek


100V Schottky Uygulamaları Yüksek frekanslı güç kaynakları Serbest geçiğ diyotları görevi Kutuplama koruması Akü-Pil doldurma düzenleri Gözlem devreleri AA/DA dönüştürücüler (Doğrultucular) DA/DA dönüştürücüler (DA ayarlayıcılar)


Şekil 2.20.(a) schottky diyot yarıiletken tabakaları, (b) Schottky ve pn diyot özeğrileri

V 0,9 0.7 0,5

n bölgesi akımı

100 10 0

- 0,01 -0,1

-1 -10 -100

0,5 1,0

30 - 20 - 10 -

V 0,5 0,7 0,9

(b)

+vA V

+iA A

-iA mA (a)

A

K

metal bariyer

n tipi silisyum tabaka

çift n+ katkılı

silisyum tabaka

SiO2 SiO2

uy bölgesi


Seçim TablosuIF(AV) V(BR) Range TJ Max

(A) (V) (V) (A) (°C)1.5 SS29 - SS210 DO-214AA (SMB) 90 - 100 0.75 1.0 1152.0 SB2H90 - SB2H100 DO-204AC 90 - 100 0.85 2.0 150

MBR1090 - MBR10100 TO-220AC 90 - 100 0.80 10 150MBRF1090 - MBRF10100 ITO-220AC 90 - 100 0.80 10 150MBRB1090 - MBRB10100 TO-263AB 90 - 100 0.80 10 150MBR10H90 - MBR10H100 TO-220AC 90 - 100 0.77 10 175

MBRF10H90 - MBRF10H100 ITO-220AC 90 - 100 0.77 10 175MBRB10H90 - MBRB10H100 TO-263AB 90 - 100 0.77 10 175

MBR10H90CT - MBR10H100CT TO-220AB 90 - 100 0.76 5 150MBRF10H90CT - MBRF10H100CT ITO-220AB 90 - 100 0.76 5 150MBRB10H90CT - MBRB10H100CT TO-263AB 90 - 100 0.76 5 150

MBR2090CT - MBR20100CT TO-220AB 90 - 100 0.95 20 150MBRF2090CT - MBRF20100CT ITO-220AB 90 - 100 0.95 20 150MBRB2090CT - MBRB20100CT TO-263AB 90 - 100 0.95 20 150MBR20H90CT - MBR20H100CT TO-220AB 90 - 100 0.88 20 175

MBRF20H90CT - MBRF20H100CT ITO-220AB 90 - 100 0.88 20 175MBRB20H90CT - MBRB20H100CT TO-263AB 90 - 100 0.88 20 175

Package Max VF @ IF

10

20

DeviceEleman Paketi


2.3.4. DIAC •Seri ters bağlı iki diyot gibi çalışır. Thyrector'den farklı olarak zener içermez. Bu diyotlarda büyük akımlardan dolayı oluşan yüksek sıcaklık, düşük devrilme gerilimlerine sebep olmaktadır. Dolayısıyla tetiklemede kolaylık sağlanmaktadır.•Genel olarak diyaklar geniş oranda SCR ve triyak tetikleme devrelerinde yardımcı eleman olarak kullanılmaktadırlar.


•Diyak için bazı öz değerler;

•Diac tipi: 261-334

•VBD = 32 V

•Ipk = 1 A (TA=25 °C ve 20µs için)

•Tdepo = Tişltm = - 40 ile +150 °C

•TJmaks.= 100 °C

•PT = 150 mW (TA = 40 °C için)


•Diac tipi: BR100 261-930

•VBD = 32 V

•Ipk = 2 A (TA=25 °C ve 20µs için)

•Tdepo = Tişltm =-55 ile +125 °C

•TJmaks= 100 °C

•PT = 150 mW (TA=40 °C)


Şekil 2.21 Diac elemanı (a)genel sembolü, (b)özeğrisi.

(a)

0 VD

-VD

VA V

IA A

(b)


2.3.5. SHOCKLEY Diyodu

•Şokley diyodu tetikleme devrelerinde kullanılan bir yarıiletken elemanıdır. Kesim bölgesinde normal bir diyot gibi davranır. İletim bölgesinde ise devrilme gerilimine kadar iletmez. Sonra ani olarak iletir ve gerilim düşümü düşük değerlerde olur.


Şekil 2.22 Shockley diyodu (a)Sembolü, (b)pn eşdeğeri, (c)tranzistör eşdeğer devresi (d)akım gerilim özeğrisi

(a)

0 VD

-VD

VA V

IA A

(d)

p

n

p

n

(b) (c)


Şekil 2.23.(a)Shockley diyotlu salınım devresi, (b)tesdere dişi çıkış salınımı

s

R

C Vs

(a)

t

V

(b)

+

-


2.3.6. SIDAC (Silicon Diode for Alternating Current: AA’da iki Yönlü Yarıiletken Diyot)

•Sidak (sidac) elemanı, iki yönlü akım iletebilen özel bir diyot olup diyak gibi belirli devrilme geriliminde ileterek üzerindeki gerilimi yaklaşık sıfıra indirir ve iletken gibi davranır.


Şekil 2.24.(a)Sidak sembulü, (b)akım-gerilim özeğrisi (teorik), (c)deneysel gösterimi (50V/div., 20mA/div. Ve RY=14K)

RS eğimi

(a)

(c) (b)

vA

iA


Şekil 2.25.(a)AA/DA dönüştürücüde koruma amaçlı sidac kullanımı, (b)sidaklı salınım üreteci devresi ve (c)çıkış sinyalleri değişimi

Ayarlayıcı

Geçici koruma amaçlı sidac Çıkış gerilimi

koruması DS1 vS f

vY100V C1 C2 RY

(a) DS2

vC VB0

R + DS _ VSVB0 vC 0 t iY

C RY

iY 0 t t

(c) (b) R ( VS-VB0)/IB0 t=RC[1/(1-VB0/VS)]

R ( VS-VTM)/IH


Şekil 2.26.(a)AA’da R yüklü devrede sidak ve (b)akım-gerilim yük özeğrisi, (c)fiziksel görünüşü

V1..,V5: sırasıyla t=1, ...,5 anlarındaki gerilimler I1..., I5: sırasıyla t=1, ...,5 anlarındaki akımlar

DS iA

+ vS I5 (VT, IT)

iY RY Eğim=1/RY

I3 (a) RY RS (Vkpm, Ikpm) (c)

IH

I1 (VB0, IB0)

0 V1 V2 V3 V4 V5 vA (b) (c)


IŞIKLA ÇALIŞAN (OPTİK) ELEMANLAR

•Işık düzgün bir enerji dağılımına sahip elektrik ve magnetik alandan oluşan bir dalga olarak tanımlanabilir. Buna göre de elektro magnetik spektrumda yer alır. Fakat ışığın diğer özellikleri incelendiğinde, enerji taşıyan parçacıklar da denen fotonlar dan oluşur.


2.3.7. Foto Diyot (Photo Diode, Işıkla Çalışan Diyot)

•Bir p-n eklemine ters kutuplamalı gerilim uygulandığında, elektron ve oyuklar biri birinden uzaklaşırlar. Eklemin uyb'si büyümüş olur. Uygun dalga boyundaki ışık ışınları bu bölgeye ulaştığında oyuk-elektron çiftlerinin doğmasına neden olurlar. Kapama gerilimine ters yönde bir akımın oluşmasına neden olurlar.


•Işık fotonlarındaki enerji algılanma ile beraber fotovoltaik etki ile de elektriğe dönüştürülür. Bunun için de ayrıca belirli bir gerilime ihtiyaç duymazlar. Işık gerilimli hücre de denen bu (photovoltaic cell) elemanlar ışıktan elektrik elde etmede de kullanılabilirler.•Eklem bölgesine ulaşan ışık ışınları ters yöndeki akımı arttırmaya başlar.


Şekil 2.28 Fotodiyotun (a)fotovoltaik, (b)fotoiletken özelliğinden yararlanılarak kullanılan örnek devreler

A

K

RF

e o= is RF işlemsel kuvvetlendirici

is

(a)

A

K RY

e o= is RY

is

(b)

+

-


Foto diyot tipleri

Sembol OP900SL OP913SL OP913WSL

Ip A Işık akımı 14.0 120.0 40

ID nA Karanlık akımı 10.0 25.0 25.0

VRB, V Kesim devre gerilimi 150 32.0 32.0

tr Yükselme süresi ns tf Düşme süresi ns

100100

--

--

Voc, mV açık devre gerilimi - 400.0 300.0

Isc, A kısa devre akımı - 120.0 40.0

Cj pF toplam kapasitesi - 150.0 150.0

ton ns açma süresi

toff ns kapama süresi

--

50.050.0

50.050.0


Şekil 2.29 Fotodiyot (a)sembolleri, (b)eklem yapısı ve ışık etkisi, (c) özeğrileri

n+

tabaka

(a)

A

K

+vA V

+iA A

(c)

VRB

Voc, açık devre (ışık uç) gerilimi

Direnç eğrisi

Ik kısa devre ışık etki akımı

Işıksız ortam özeğrisi

Işıklı ortam özeğrisi

Mavi Kırmızı

Değişik dalga boylu fotonlar

Kızıl ötesi (İnfrared)

n tipi silisyum tabaka

w - uyb

(b)

Oksit tabakası

p+

tabakası

Metal kontak

Kontak

optik tabaka


Şekil 2.30 Silisyum ve germanyum fotodiyotların bağıl hassasiyetlerinin değişim özeğrileri

% 100

80

60 40

20

0 200 500 1000 1500 2000 Mor Görülebilir nm ötesi Yakın kızıl ötesi Orta kızıl ötesi ışınlar

GaAs0.35P0.65:N

GaAs0.35P0.65:N

GaAs0.15P0.85:N

GaP:N

İnsan gözü

GaAs

GaAs:Si Germanyum diyot

Silisyum diyot


2.3.8. Işık Yayan Diyot

(LED : Light Emmiting Diode)

•LED’ler, iletime kutuplandığında elektro magnetik radyasyon yayarlar. Bu ışıma, elektro magnetik spektrumda mor ötesi ile kızıl ötesi arasında bir ışımadır. Yayılan ışınlar, eklem bölgesinin dışı plastik veya metallerle kaplanarak odaklanır. Dalga boyunu etkileyen faktör, elemanı oluşturan yarıiletken malzemenin özelliğidir. Çıplak gözle görülebilir spektral band'ta kırmızı, sarı ve yeşil renklerde LED'ler üretilebilmektedir.


•LED'ler ile, değişik gösterge ışıkları, ses donanımı, yedi parçalı sayısal göstergeler (seven segment displays), ölçme devreleri, telefonlar, konutlarda kullanım amaçlı sinyal ve bilgi sistemleri, eğlence sistemleri gibi birçok alanda kullanılmaktadırlar. Birden fazla flamanlı olup tek renk dışında farklı ışıklar verebilen LED’ler de vardır. Uzaktan kumanda donanımında olduğu gibi. Yarıiletken radyasyonun, düşük işletme sıcaklığı, titreşim-darbelerine karşı mekanik dayanım, boyutlarının küçüklüğü gibi üstünlükleri vardır.


Şekil 2.31 LED eklemi (a)gerilim uygulanmamış durum, (b)iletime kutuplama gerilimi ile iletme durumu, (c)LED sembolleri

K

(c)

A

uyb

Eg

n p

(a)

iletim bandı

ortalama

oyuklar

elektronlar

e.VA

(b)

VS e.(VA-VS)


2.3.9. Kızılötesi Işın Yayan Diyot

(IRED: InfraRed Emmiting Diode)

GaAs tipi bir fotodiyot olup, yaklaşık 900nm civarında dalga boyu ışın yayarak yaklaşık 1,43eV luk eklem aralığı enerjisine sahip özel diyotlardır.

Bu tip diyotlarda anahtarlama iletim süresi 50ns civarındadır.


Tablo 2.4 Bazı IRED'lere ait özdeğerlerIRED tipi

Yarım açı derece

Parlaklık mW/sr (IA=100 mA'de)

Kılıf şekli VA

V-IA A

LD242 60 2,5….12,5 Plastik

LD271 25 7,0 …. 20,0 5 mm plastik

LD273 25 15,0 5 mm

SFH400 6 12,5 … 64,0 Cam lens

SFH402 40 1,6 … 8,0 Yassı cam p.

SFH409 20 15,0 3 mm

OP123/4 24 2,34 mm herm. 1,5 100(-2V'da)

OP130/1/2 18 5 mm hermetic 1,75 100(-2V'da)

OP130W 50 5 mm hermetic 1,75 100(-2V'da)

OP290/1 50 5 mm plastik 4,0 100(-2V'da)

OP140A 40 4,57 mm plastik 1,6 100(-2V'da)

OP169A 46 4,19 mm plastik 1,6 100(-2V'da)


Şekil 2.32 Kızılötesi ışık yayan (IRED) diyotun (a) yarıiletken yapısı, (b)fiziksel gösterimi

N-GaAs Şeffaf

p N-GaAs-Si

N-GaAs

p

(a)

Anot

Katot

LED sistemi Au tel

Plastik

Metal temas tabakaları (b)

Oksit tabakaları


2.3.10. Lazer Diyot •Birden fazla yarıiletken tabakalı GaAlAs tipi diyot olan lazer diyotlarda, cevap verme süresi çok kısadır. Al katkısının tümü aktif bölgede bulunan diyotun yaydığı ışınların dalga boyu 820-880nm arasındadır.


Şekil 2.33 Lazer diyodu (a)Yarıiletken yapısı, (b)Anot akımı-radyasyon gücü özeğrisi

фe [mW]

12

10

8

6

4

2

0 0 100 200 300 mA

IA

Radyasyon gücü

(b)

GaAs

(a)

n tabaka

Bağlantı şeridi

Işın çıkış alanı

Laser ışın demeti

Aktif bölge

Oksit maske p tabaka


2.3.11. Tünel Diyodu (Tunnel Diode)

•Normal bir p-n eklem diyotunun uzay yükü bölgesi, p ve n tabakalarındaki potansiyeller arasında bir duvar görevi yapar. Yarıiletkende normalde bulunan katkı yoğunluğu 10-8'den, 10-

3'e arttırılırsa, yarıiletken özelliği değişerek tünel diyotunda olduğu gibi, normalde 5 mikron civarında olan duvar genişliği, katkı atomu yoğunluğunun karekökü ile ters orantılı olarak değişir. Tünel diyotu bu özellikleri taşıyan yarıiletkenlerden oluşmuştur.


Şekil 2.34 Tünel diyodu (a)sembolü, (b)iletim-kesim özeğrisi, (c)negatif (-Rn) direnç bölgesinde küçük işaret eşdeğer devresi

(a)

K

A

(b)

IA

Vp

Ip

VA VF

IV

VV

Tünel akımı

Katkı yük akımı

Toplam diyot akımı

Rs Ls

CJ -Rn

(c)


2.4.TRANZİSTÖR•Tranzistörler, iki amaçla kullanılan üç uçlulardır. Bu amaçlardan biri anahtar olarak kullanılması, diğeri ise yükseltici görevi yapacak şekilde kullanılmasıdır. •Anahtar uygulamaları güç elektroniğinde önemli yer tutarlar. Diyot ve tranzistörler tek yönlü bir anahtar kabul edilebilir. Tranzistörün iki ucu, tek kutuplu anahtar gibi çalışır. Üçüncü uç ise bu iki ucu harekete geçirme, denetleme görevi yapar.


Şekil 2.36 Bipolar tranzistör (a)npn, (b)pnp sembolleri, (c)fiziksel görünüşü

c c + IC + IC

VCB + VCB b VCE b - IB + - IB - VBE IE VEB IE - + e e (a) (b) (c)


Güç ElektroniğiDr. Nurettin

ABUT

Teşekkürler!!

2.3. Özel dİyotlar 2 .3.1. zener diyot

Documents