İDEAL DİYOT & DİYOT KARAKTERİSTİKLERİ NEDİR ?

İdeal diyot nedir ? Diyot karakteristikleri nedir ? İdeal diyot çalışma mantığı nedir ? Diyot karakteristikleri nasıl etki eder ? Bugün ki yazımızda İdeal Diyot ve Diyot Karakteristikleri nedir adlı yazıyı sizlerle paylaşıyoruz.

Diyotlarla ilgili yazı dizisine devam ediyoruz.

Başlayalım.

İDEAL DİYOT ve DİYOT KARAKTERİSTİKLERİ

Bir diyot, p-tipi yarı iletken ve n-tipi yarı iletken bölgelerin kombinasyonu ile oluşturulan tek yönlü bir iki terminalli bir  cihazıdır.Burada, ideal bir diyot, tüm özellikleri adına kusursuz bir şekilde çalışan ve kusurları olmadan düşünülen, mükemmel bir diyot anlamına gelir.

Genellikle, diyotlar ya ileri ya da ters yönde çalışır.Sonuç olarak, ideal diyot tarafından sergilenmesi beklenen özelliklerin bile bu iki çalışma modu için ayrı ayrı analiz edilebilir olmasıdır.

Forward Biased’ta İdeal Diyotun Özellikleri

Sıfır direnci

İdeal bir diyotun, ileri yönlü modda çalışırken akımın akışına direnç göstermemesi beklenir.Bu, forward biased olduğunda ideal diyodun mükemmel bir iletken olacağı anlamına gelir.İdeal diyotun bu özelliğinden, ideal diyotların herhangi bir bariyer potansiyeline sahip olmadığı sonucuna varılabilir.

Bu durumda da tükenme bölgesine sahip olup olmadıklarına bakmaktan vazgeçilir.Bu düşüncenin ardındaki sebep, buradaki direncin, diyotun tükenme bölgesinde var olan hareketsiz yüklerin varlığından kaynaklanmasıdır.

Sonsuz Akım

İdeal diyotun bu özelliği, ön tarafa yönlendirildiğinde ideal diyotların sıfır direnç sağladığını belirten önceki özelliğinden doğrudan ifade edilebilir.Nedeni aşağıdaki gibi açıklanabilir.Elektronik cihazlarda akım (I), voltaj (V) ve direnç (R) arasındaki ilişki, Ohm kanununa göre (I = V/R) olarak belirtilen yasası ile ifade edilir.

Şimdi, eğer R = 0 ise, o zaman = ∞’dur.Bu, ileriye eğimli ideal diyottan geçen akım için daha yüksek bir sınır olmadığını gösterir.

Sıfır Eşik Voltajı

İdeal diyotun öne eğilimli durumdaki bu özelliği bile, sıfır direncine sahip olma özelliğinden bahsedilebilir.Bunun nedeni, eşik voltajının, diyotun bariyer potansiyelinin üstesinden gelmek ve iletime başlamak için temin edilmesi gereken minimum voltaj olmasıdır.

Şimdi, eğer ideal diyot tükenme bölgesinin kendiliğinden boşsa, o zaman eşik voltajı sorunu hiç ortaya çıkmaz.İdeal diyotun bu özelliği, ön tarafa doğru hareket etmelerini sağlar ve diyot karakteristiklerini gösteren resimde de görüleceği üzere yeşil eğrinin oluşumuna yol açar.

Reverse Biased Bir İdeal Diyotun Özellikleri

Sonsuz Direnç

İdeal bir diyotun, ters yönlü koşul altında akım akışını tamamen engellemesi beklenir.Başka bir deyişle, ters taraflı olduğunda mükemmel bir yalıtıcının davranışını uygulaması beklenir.

Sıfır Ters Kaçak Akım

İdeal diyodun bu özelliği, ön taraftaki ters yönde çalışıldığında ideal diyotların sonsuz direnç taşıdığını belirten önceki özelliklerinden doğrudan kaynaklanabilir.

Sebebi ise ,  Ohm yasasını yeniden düşünerek anlaşılabilir (ki resimde kırmızı-eğri ile gösterilmiştir).Böylece, ters voltaj uygulandığında ne kadar yüksek olursa olsun, ideal diyottan akan ters akım olmayacağı anlamına gelir.

Ters Arıza Gerilimi Yoktur

Ters arıza gerilimi, ters yönlü diyotun çalışmadığı ve  çok yüksek akımın akmaya başladığı voltajdır.Şimdi, ideal diyotun son iki özelliğinden, onun içinden geçen akımı tamamen engelleyen sonsuz direnç sağlayacağı sonucuna varılabilir.Bu ifade, kendisine uygulanan ters voltajın büyüklüğünden bağımsız olarak iyi tutar.

Tüm bu özelliklerden ötürü, ideal bir diyotun, ön tarafa doğru yönlendirildiğinde ters yönlü ve kapalı olduğunda açılacak mükemmel bir yarı iletken anahtar olarak davrandığı görülmüştür.

Şimdi, gerçekle yüzleşelim: Pratik olarak, ideal diyot diye bir şey yoktur.Ne anlama geliyor?.Eğer böyle bir şey yoksa, o zaman neden bilmek ya da öğrenmek istiyoruz?.Bu sadece zaman kaybı değil mi?

Hayır, gerçek değil.

Nedeni: İdealleştirici kavramı işleri daha iyi yapar.Kural, her şey için iyidir, yani sadece teknik değil. İdeal diyot meselesine geldiğimizde, gerçek bir tasarımcı ya da hata ayıklayıcının (bu konuda bir kişi, bir öğrenci ya da bir öğrenci bile olabilir) belirli bir devreyi veya bir hata/model hatalarını/analizlerini  yapmasını kolaylaştıracak şekilde ortaya çıkar.

Diyot Karakteristikleri

Çeşitli elektronik cihazlar oluşturmak için yarıiletken malzemeler (Si, Ge) kullanıyoruz.En temel cihazlardan birisi de diyottur.Diyot, iki uçlu bir PN bağlantı cihazıdır.PN bağlantısı, N-tipi malzeme ile temas halinde bir P-tipi malzeme getirilerek oluşturulur.

P-tipi bir materyal N-tipi malzeme elektronları ile temas ettiğinde ve bu boşluklar junction denilen birleşme yakınında olduğunda yeniden birleştirmeye başlar.Bu, birleşme noktasında yük taşıyıcıların eksikliği ile sonuçlanır ve bu nedenle junction, tükenme bölgesi olarak adlandırılır.

PN birleşimin uçlarına voltaj uyguladığımızda bu durumda, diyot olarak adlandırıyoruz.Aşağıdaki resim üzerinde PN birleşimli diyotun sembolünü bulabilirsiniz.

Diyot, akımın sadece belirli bir yöne bağlı olarak bir yönde akışını sağlayan tek yönlü bir cihazdır diyebiliriz.

Diyotun Forward Biasing Karakteristiği

P terminali, N terminali ile karşılaştırıldığında ve P terminali daha pozitif olduğunda, yani pilin artı kutbuna P terminalinin bağlı olduğu ve  N terminalinin de güç kaynağının negatif kutbuna bağlı olduğu durumda , biz forward biasing var diyebiliriz.

Bataryanın pozitif terminali, P bölgedeki çoğunluk taşıyıcıları, delikler ve negatif terminal, N bölgesindeki elektronları geri çeker ve bunları birleşme noktasına doğru iter.Bu, junction yakınındaki yük taşıyıcıların konsantrasyonunda artışa neden olur, rekombinasyon gerçekleşir ve tükenme bölgesinin genişliği azalır.

İlerleyen tarafa ait voltajın yükseltilmesiyle, tükenme bölgesi genişliklerini azaltmaya devam etmekte ve daha fazla taşıyıcı yeniden birleştirilmektedir.Bu, üstel artış akımına neden olur.

Diyotun Reverse Biasing Karakteristiği

Ters polarizasyonda P-terminali güç kaynağının eksi kutbuna ve N terminaline güç kaynağının artı terminaline bağlanır.Böylece uygulanan voltaj, N tarafının P tarafına göre daha pozitif olmasını sağlar.

Güç kaynağının negatif terminali, P-bölgesinde çoğunluk taşıyıcıları, delikleri çeker ve pozitif terminal, N-bölgesinde elektronları çeker ve bunları birleşme noktasından uzaklaştırır.

Bu, birleşme noktası yakınındaki yük taşıyıcılarının konsantrasyonundaki azalmaya ve tükenme bölgesinin genişliğinin artmasına neden olur.Azınlık taşıyıcıları nedeniyle ters akım akımı veya kaçak akım olarak adlandırılan az miktarda akım akışı gerçekleşir.

Reverse biasing gerilimi arttıkça tükenme bölgesi de genişlikte artmaya devam eder ve akım akmaz.Diyotun sadece ileriye dönük olarak hareket ettiği sonucuna varılabilir.Bu işlemler de diyotun çalışması olarak I-V diyot karakteristikleri grafiği şeklinde özetlenebilir.

Reverse Bias diyot için, V < 0 ve Id = Is

Burada , V = besleme voltajı

Id = diyot akımı

Is = ters doygunluk akımı

Forward Bias için ; V > 0 ve Id = Is x (e^(V/NxVt) – 1)

Burada , Vt = volt’un sıcaklık eşdeğeri = KT/Q = T/11600

Q = elektronik şarj = 1.632 x 10^-19 C

K = Boltzmann’ın sabiti = 1.38×10^-23

N = 1, Ge için = 2, Si için

Reverse Bias gerilimi daha da arttırıldığı için tükenme bölgesi genişliği artar ve birleşme noktası koptuğunda bir nokta gelir.Bu durumda, büyük bir akım akmasıyla sonuçlanır.Resimde bozulma diyot karakteristik eğrisini de görebilirsiniz.Birleşme sorunları iki olaydan dolayı gerçekleşir.

Çığ Etkisi (V> 5V için)

Çok yüksek olan reverse bias altında, azınlık taşıyıcıların voltaj yönünden kinetik enerjisi o kadar büyük olur ki, kovalent bağlardan elektronları ekarte ederler, bu da daha fazla elektrona çarpar ve bu döngü, birleşim  noktası kopmalarına kadar devam eder.

Zener Etkisi (V <5V için)

Reverse gerilim altında bağlantı noktası bariyeri, ön gerilimdeki artışla artar.Bu, birleşim noktasında çok yüksek olan statik bir elektrik alanıyla sonuçlanır.Bu statik elektrik alanı kovalent bağları kırar ve azınlık taşıyıcıları serbest bırakarak geri akıma katkıda bulunur. Akım aniden artar ve birleşme noktası bozulur.

İDEAL DİYOT & DİYOT KARAKTERİSTİKLERİ NEDİR SONUÇ :

Bugün İdeal Diyot ve Diyot Karakteristikleri Nedir adlı yazımızı sizlerle paylaştık.Diyotlarla ilgili seriye devam ederken umuyorum faydalı bilgileri aktarabiliyoruzdur.

İyi Çalışmalar