1 / 38

YTÜ ELEKTRONİK ve HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ’NE GİRİŞ

YTÜ ELEKTRONİK ve HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ’NE GİRİŞ. DİYOTLAR TRANSİSTÖRLER. Yrd. Doç.Dr . Nihan KAHRAMAN. İÇERİK. DİYOTLAR Yarıiletkenler ve Si N-tipi P-tipi Si pn jonksiyonu (yarıiletken diyot) İleri yönde kutuplama, ters yönde kutuplama Diyot görselleri,

onofre
Download Presentation

YTÜ ELEKTRONİK ve HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ’NE GİRİŞ

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. YTÜELEKTRONİK ve HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ’NE GİRİŞ DİYOTLAR TRANSİSTÖRLER Yrd.Doç.Dr. Nihan KAHRAMAN

  2. İÇERİK • DİYOTLAR • Yarıiletkenler ve Si • N-tipi P-tipi Si • pnjonksiyonu (yarıiletken diyot) • İleri yönde kutuplama, ters yönde kutuplama • Diyot görselleri, • Multimetre ile diyot kontrolü • Diyotlar için datasheet okuma

  3. TRANSİSTÖRLER • BipolarTransistörler • npn, pnptransistörler • Bipolartransistörün çalışma durumları • BJT görselleri • Multimetre ile BJT kontrolü • BJT kullanım alanları • MOSFET’ler • nMOS,pMOS,CMOS kavramları • MOSFET’in çalışma durumları • MOSFET’in kullanım alanları

  4. İletken Yarı iletken Yalıtkan Yarıiletkenler ve Si • İLETKEN: Elektrik akımını kolaylıkla ileten malzemelere iletken denir. Bunun nedeni bu malzemelerin valans elektronlarının olmasıdır. Uygulanacak en küçük bir enerji kaynağı ile (pil, ısı, güneş enerjisi gibi) bu elektron serbest hale geçmektedir. İletken malzemeler, Bakır, altın, gümüş, alüminyum gibi malzemelerdir. • YARIİLETKEN: Yarı iletkenler, elektriksel iletkenlik bakımından, yalıtkanlarla iletkenler arasında yer alırlar. Germanyum ve Silisyum, elektronik alanında yaygın olarak kullanılan yarı iletkenlerdir. Germanyum ve Silisyumun en dış (valans) yörüngelerinde 4 tane elektron bulunur. Germanyum ve Silisyum yarı iletken maddelerine katkı maddesi ilave edilerek elektronik devre elemanı imalinde (diyot, transistör, tristör, triyak, vb.) kullanılırlar. • YALITKAN: Yalıtkan maddelerin en dış (valans) yörüngelerinde 8 elektron bulunur. Yani en dış yörüngede ne eksik, ne de fazla elektron vardır. Bu tip yörüngelere doymuş yörünge adı verilir. Doymuş yörüngelerden elektron koparmak çok zor olduğu için yalıtkan maddelerde serbest elektron sayısı çok azdır. Bu nedenle elektrik akımını iletmezler. Yalıtkanlara örnek olarak, plastik, mika, kağıt gösterilebilir.

  5. Si +4 Si +4 Si +4 Si +4 Si +4 Si +4 Si +4 Si +4 Si +4 Saf Si • En dışyörüngelerinde 4 elektronbulunanmaddeler, kimyasalolarakbaşkamaddelerlebirleşmeeğilimigösterirler. Bu maddeler, en dışyörüngelerindekielektronsayısını 8’e tamamlamaeğilimindedirler.

  6. ntipi malzeme Saf Si veya Ge • Katkı malzemeleri • Arsenik, Fosfor, Antimuanveya • Alüminyum, Boron, Galyum, Indium Ptipi malzeme

  7. Katkı malzemeleri • Arsenik, Fosfor, Antimuan Saf Si veya Ge ntipi malzeme N tipi malzeme +4 +4 +4 +4 +5 +4 Arsenik, Fosfor ve Antimuan gibi elementlerin en dış yörüngelerinde 5 tane valans elektron bulunur. +4 +4 +4 Safsilisyummaddesineatomlarının en dışyörüngesinde 5 elektronbulunanarsenik (As) maddesikatılırsa, silisyumatomları, komşuarsenikatomlarının en dışyörüngesindeki 5 elektrondan 4 tanesiylekovalentbağlarkurar. 5nci elektroniseaçıktakalır. Bu elektron, katkılıkristalyapıiçerisindeserbestelektronolarakortayaçıkar. Bu yolla, yenikristalyapıiçerisindebirçokserbestelektronmeydanagelmişolur.

  8. Katkı malzemeleri • Bor,Galiyum, İndium Saf Si veya Ge P (Pozitif) tipi malzeme P tipi malzeme +4 +4 +4 +4 +3 +4 Bor, Galiyum ve İndium gibi elementlerin en dış yörüngelerinde 3 tane valans elektron bulunur. Silisyummaddesine, bormaddesienjekteedildiğinde, boratomlarının en dışyörüngelerindeki 3 elektron, silisyumatomlarıylakovalentbağkurar, bunakarşılıkboratomunun en dışyörüngesindekielektronsayısı 3 olduğuiçinbirkovalentbağeksikkalır. Yani her Bor atomu 1 elektronlukeksikliğimeydanagetirir. Bu elektroneksikliğiveyaboşluğu“delik”olarakdaadlandırılır. +4 +4 +4

  9. PN Jonksiyonu • Bu kısımdadahaönceanlattığımız P ve N tipi katkılıyarıiletkenleribirarayagetirip, elektronikteçoksıkkullanılanbirPN Bağlantısını(PN Junction) inceleyeceğiz. Bu bağlantışeklikullanılançoğuyarıiletkenmalzemelerin(diyot, transistor, FET vs...) temelyapısıdır.

  10. PN bağlantısınadışarıdanhiçbirşekildegerilim kaynağıuygulanmıyorsa, budurumakutuplamasızPNjonksiyonu • PN bağlantısınadışarıdanherhengibirşekildeenerjikaynağıuygulanıyorsa, PN yapıyakutuplamalıPNjonksiyonu • PN jonksiyonununiletkenolmadurumuna, ileri yöndekutuplama(forwardbias) • PN jonksiyonununyalıtkanolmadurumuna, tersyönde kutuplama (reversebias)

  11. P tipi yarı iletken N tipi yarı iletken Birleşme yüzeyi Kutuplamasız PN Jonksiyonu

  12. P tipi yarı iletken Nötr Bölge N tipi yarı iletken Birleşme yüzeyi Artıkdengedurumundaolanbağlantınınuçlarındanelektrikakımının (elektronların) geçebilmesiiçinelektrikselbirengelvoltajı, VD , oluşmuştur. Bu engelbağlantınınarasındakalannötrbölgedir. Aradakibölgeyielektronlarınaşabilmesiiçinsilisyumiçin 0,7V vegermanium için 0.3V kadarbirgerilimeihtiyaçvardır. Bu gerilimdeğeriözellikleküçüksinyaluygulamalarındaçokönemlidir. Aynızamandaortasıyalıtkanikidışkenarıyarıiletkenolanbağlantıbirkapasite, C, olarakdadavranır.

  13. VD P tipi yarı iletken N tipi yarı iletken C • Şekilde görüldüğügibibukapasiteyüksekfrekanslardaçalışandiyot, transistörgibimalzemeleriçinistenmez,fakatvarikapdiyotgibikapasitesigerilimledeğişendiyotlariçinözellikleistenir. Bu özelliklerisağlamakiçinyarıiletkenüreticilerininözelteknikleribulunmaktadır.

  14. VD P N DC A E < VD E PN Jonksiyonununİletkenliği;İleri Yönde Kutuplama

  15. Oyuk akışı Serbest elektron akışı P N ID DC A Daralan nötr bölge E > VD E VD P N DC A Daralan nötr bölge E = VD E E = 0.7V dadaralmayabaşlayannötrbölge. İleri yönde kutuplanmış PN birleşimi

  16. VD P N Genişleyen nötr bölge DC A E > 0V E PN BağlantısınınYalıtkanlığı; TersYönde Kutuplama Terskutuplanmış PNbirleşimi

  17. Anot (A) Katot (K) A K Diyot (a) Sembol (b) Fiziki yapı Şekil 1.21 Diyot The Shockley Equation ID = IS(eVD/VT – 1) VT= kT/q k = 1.38 x 10-23 J/K T = temperature in Kelvin q = 1.6 x 10-19 C

  18. ID Doğru Polarma Bölgesi VBR VD 0.7 V (Si) 0.3 V (Ge) Ters Polarma Bölgesi Şekil 1.22 Bir diyodun (I –V) karakteristiği

  19. İDEAL DİYOT MODELİ Example: Assume the diode in the circuit below is ideal. Determine the value of ID if a) VA = 5 volts (forward bias) and b) VA = -5 volts (reverse bias) RS = 50  a) With VA > 0 the diode is in forward bias and is acting like a perfect conductor so: ID = VA/RS = 5 V / 50  = 100 mA b) With VA < 0 the diode is in reverse bias and is acting like a perfect insulator, therefore no current can flow and ID = 0. ID + _

  20. Diode Circuit Models The Ideal Diode with Barrier Potential + V Example: To be more accurate than just using the ideal diode model include the barrier potential. Assume V = 0.3 volts (typical for a germanium diode) Determine the value of ID if VA = 5 volts (forward bias). RS = 50  VA > 0 ileri yönde kutuplanmış 0 = VA – IDRS - V ID = VA - V = 4.7 V= 94 mA RS50  ID + VA _ + V Kristin Ackerson, Virginia Tech EE Spring 2002

  21. Diode Circuit Models The Ideal Diode with Barrier Potential and Linear Forward Resistance Example: Assume the diode is a low-power diode with a forward resistance value of 5 ohms. The barrier potential voltage is still: V = 0.3 volts (typical for a germanium diode) Determine the value of ID if VA = 5 volts. RS = 50  Once again, write a KVL equation for the circuit: 0 = VA – IDRS - V - IDRF ID = VA - V= 5 – 0.3 = 85.5 mA RS+ RF 50 + 5 ID + VA _ + V RF Kristin Ackerson, Virginia Tech EE Spring 2002

  22. Diode Circuit Models Values of ID for the Three Different Diode Circuit Models These are the values found in the examples on previous slides where the applied voltage was 5 volts, the barrier potential was 0.3 volts and the linear forward resistance value was assumed to be 5 ohms. Kristin Ackerson, Virginia Tech EE Spring 2002

  23. Bir diyot nasıl zarar görür? • Birdiyodunileri yönde kutuplamaaltındaiçerisindenakabilecek en büyükakımına, maksimumileriyönakımıdenir. Devredenakanakım, buakımdeğerindenbüyükolursa, diyodumuzzarargörecektir. • Tersyönde kutuplamakoşulualtındadiyodun dayanabileceğigerilime, VBR, kırılmagerilimidenir. Ters ileri yönde kutuplama koşulunda VAK > VBRise diyod zarar görür. Özet: Bir diyot doğru olarak polarlandığı zaman, içerisinden geçen akım artar veya azalırsa üzerine düşen gerilim, başka bir deyişle her zaman için VAK = VA – VK = 0.7 V değerinde sabit kalır.

  24. 1.6 Zener Diyot ve Karakteristiği • Zenerdiyotileri yönde kutuplandığındanormal diyotgibidavranır. • Ters yönde kutuplandığında da üzerinden akım geçirir. Zenerdiyot sembolü

  25. VZ Şekil 1.29 Zener Karakteristiği IZ VZ IZ min 0.7 IZ maks • Zenerdiyodun uçlarına ters yönde gerilim uygulandığında, belli bir gerilim değerine kadar diyot yalıtkan, bu gerilim değerini aştıktan sonra ise diyot iletken olur. • Bu gerilime zener gerilimi adı verilir.Bunu VZ ile ifade ederiz.

  26. Zener diyotlar, uçlarındaki gerilimi sabit tutma özelliklerinden dolayı güç kaynaklarının regülatör devrelerinde, gerilim sabitleyicisi olarak kullanılır. İleri yönde kutuplama altında kullanılmış bir zener diyot. Ters yönde kutuplama altında kullanılmış bir zener diyot.

  27. Ia Ib Va Vb 1.7 Tunel Diyot ve Karakteristiği Diyodu oluşturan P ve N maddeleri elde edilirken, saf germanyum veya silisyum maddesine enjekte edilen katkı maddesinin miktarı fazla tutularak diyodun iletkenliği çok arttırılabilir. Bu tip diyotlar tunel diyot olarak adlandırılırlar. (a) Tünel diyot sembolü (b) Tünel diyot karakteristiği Şekil 1.30 Tünel diyot ve karakteristiği

  28. Ia Ib Va Vb Tunel diyotlar, negatif direnç özelliği gösterirler. Tunel diyotlar, karakteristik eğrilerinin bir bölümünde, artan gerilimlere karşı, dirençlerinin artırarak daha az akım geçirirler. Tunel diyotların çalıştırıldığı bölge Va ve Vb arasında kalan bölgedir. Bu bölgede, tunel diyotlar negatif direnç özelliği gösterirler. Tunel diyotlar, osilatör devrelerinde kullanılırlar.

  29. 1.8 Varikap Diyot (VARAKTÖR) Varikap diyot, değişken kondansatör görevi yapan PN birleşmeli diyot olarak çalışır. Varikap diyot uçlarına ters yönde gerilim uygulanır. Bu ters yöndeki gerilim, aradaki nötr (yalıtkan) bölgenin genişlemesine yol açar. Aradaki nötr (yalıtkan) bölgenin genişlemesi, diyot kapasitesinin azalmasına yol açar. Uygulanan ters gerilim azaltıldığında ise, aradaki nötr bölge daralır ve diyodun kapasitesi artar. Varikap diyotlar, günümüzde, radyo ve televizyonların kanal seçici devrelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Şekil 1.31 Varaktör diyot

  30. 1.9 Işık Yayan Diyot (LED) • Işık yayayn diyot doğru polarma altında çalışır ve içinden 10 miliamper civarında akım geçtiğinde ışık yayar. Şekil 1.32 de LED’in sembolü ve yapısı görülmektedir. • LED uçlarına doğru yönde polarma uygulandığında, P maddeseindeki oyuklar ve N maddesindeki elektronlar birleşim yüzeyine doğru hareket ederler ve burada oyuklarla elektronlar birleşir. • Bu birleşme sırasında meydana gelen enerji , ışık olarak açığa çıkar. Bu ışığın gözle görülebilmesi için LED diyodun birleşme yüzeyine galyum arsenik maddesi katılmıştır.

  31. Işık Anot Katot • + • + • + - - - E LED’ler devreye seri bir akım sınırlayıcı dirençle birlikte bağlanmalı ve geçen akım 10 miliamperle 30 miliamper arasında tutlmalıdır. 30 miliamperin üzerindeki akımlar LED’i bozabilir. LED çalışırken, üzerinde yaklaşık olarak 1.5 voltluk bir gerilim düşümü meydana gelir.

  32. 1.10 Foto Diyot • Fotodiyotlar ışığa duyarlı devre elemanlarıdır. Fotodiyotlar, devrede ters polarma altında çalıştırılır, yani anoduna negatif, katoduna ise pozitif gerilim uygulanır. Normal diyotlarda, bu durumda akım geçmez. • Fotodiyotlarda, birleşim yüzeyine ışık düştüğünde, azınlık taşıyıcılar büyük bir akım geçirmeye başlar. • Bunun sebebi, PN birleşme yüzeyine düşen ışığın, bu bölgedeki elektron ve oyukları açığa çıkarmasıdır

  33. Fotodiyot sembolündeki, içe dönük oklar, birleşim yüzeyine düşen ışığı temsil etmektedirler. Daha şiddetli ışıkta, daha fazla elektron ve oyuk açığa çıkacağı için, fotodiyottan geçen akım da artar. Şekil 1.33 Foto diyot

  34. Şekil 1.34Şotki diyot 1.11 Şotki (SCHOTTKY) Diyot Normal diyotlar, alçak frekanslarda, uçlarına uygulanan geilimin yönü değiştiğinde, bu değişime uygun olarak hemen iletken veya yalıtkan duruma geçebilirler. Yüksek frekanslarda (özellikle 10 Megahertz ve daha üstü) diyot uçlarına gelen gerilimin yönü değiştiği halde, diyot bir durumdan ötekine hemen geçemeyebilir. Bu problemin önüne geçmek için şotki diyotlar geliştirilmiştir. Şekil 1.34 da, şotki diyot sembolü görülmektedir

  35. DİYOT ÖLÇÜMÜ Diyod Ölçümü 1 (katot,anot arası) : Kırmızı kablo çizgili uca siyah kablo ise diğer uca değdirilir multimetrenin ekranında değer görünmemeli buzer ses vermemeli Arıza : Eğer diyot kısa devre ise tiz bir ses gelir ya da tam kısa devre değilse sızdırıyorsa arızaya göre ekranda değişik değerler görünür

  36. Diyot Ölçümü 2 (anot,katot arası) :Probların yönü değişir kırmızı renkli prob anot ucuna siyah renkli prob ise katot ucuna değdirilir multimetre ekranında 580, 550,600 gibi rakamlar görünür. • Tam değer verilemez ölçü aletine göre diyotun çeşidine göre değişir verdiğim değerler bir çok devrede kullanılan 1N400X 1N540X serisi için ileride bu konuna değineceğim şimdilik gerek yok. • Arıza : Hiç değer görünmez,buzer ses verir,çok düşük değer görünür ise diyot arızalıdır

More Related