Transcript Slide 1 - Erciyes Üniversitesi | Elektrik Elektronik Mühendisliği

Elektrik-Elektronik Mühendisliği
için Malzeme Bilgisi
Bölüm VIII: Diyotlar
Enerji-Band Diyagramları
Yarıiletkenlerde Kristal Yapı
Silikon ve
germanyum
atomlarının valans
yörüngelerinde yer
alan elektronlar
arasında kovalent
bağ yapısı vardır. Saf
halde bu bağ yapısı
bozulmaz ve bu
yarıiletken
malzemeler yalıtkan
durumdadır.
Saf bir silikon kristali
için
enerji-band
diyagramı. Görüldüğü
gibi iletim bandında
elektron yoktur.
N-tipi ve P-tipi Yarıiletkenler
N- ve P-tipi malzemelerin oluşturulma işlemi katkılama olarak adlandırılır.
N-tipi yarıiletken oluşturmak için
Silikon yapıya Antimon gibi 5
valans elektronlu katkılama
atomları katılır.
N-tipi
P-tipi yarıiletken oluşturmak için
Silikon yapıya Bor gibi 3 valans
elektronlu katkılama atomları katılır.
P-Tipi
N-tipi yarıiletken yapıda,
yapıya katılan ve elektron
vererek pozitif yüklenen
katkılama atomları “Donör
İyonları” olarak tanımlanır.
Bu yapıda çoğunluk akım
taşıyıcıları
elektronlar,
azınlık akım taşıyıcıları ise
oyuklardır.
P-tipi yarıiletken yapıda,
yapıya katılan ve elektron
alan katkılama atomları
“Akseptör İyonları” olarak
tanımlanır. Bu yapıda
çoğunluk akım taşıyıcıları
oyuklar,
azınlık
akım
taşıyıcıları
ise
elektronlardır.
p-n Jonksiyonu
Jonksiyon bölgesinde elektron-oyuk birleşmesi meydana gelerek
burada iyonize atomlardan oluşan fakirleşmiş bölge ve bariyer
potansiyeli oluşur.
7
pn-jonksiyonu enerji-band diyagramları
Diyot Çalışma Şartları
İleri Yön Kutuplama
•
•
•
9
İleri yön kutuplama, pnjonksiyonundaki fakirleşmiş
bölgenin daralmasına yol açacaktır.
Elektronlar ve oyuklar kaynak
kutupları tarafından jonksiyona
doğru itilirler.
Elektronlar ve oyuklar jonksiyon
bölgesini geçecek kadar enerjiye
sahip olurlar ve jonksiyondan akım
akışı başlar.
Diyot Çalışma Şartları
Ters Yön Kutuplama
Ters yönlü bir kutuplama durumunda diyot pnjonksiyon yapısındaki fakirleşmiş bölge genişler ve
yapıda ters yönlü küçük bir sızıntı akımı dışında
akım akmaz.
• n-tipi malzemedeki
elektronlar kaynağın pozitif
kutbu tarafından çekilir.
• p-tipi malzemedeki oyuklar
ise kaynağın negatif kutbu
tarafından çekilirler.
10
Diyot Karakteristikleri
Diyot akımı:
 VD  VT 
I D  I s  e
 1



Ge→VD 
Si→VD
0,7V
0, 3V
η: sabit
VT = k * T → Kelvin (300OK)
boltzman sabiti = 8,62.10-5 eV/oK
12
Zener Bölgesi
Zener bölgesi, diyodun ters yöndeki
bölgesindedir. Bu noktada uygulanan ters
yön geriliminin etkisiyle azınlık taşıyıcıların
hareketliliği artıp, diğer atomlara çarparak
yeni taşıyıcıların açığa çıkmasına sebep
olur. Bu etki “çığ etkisi” olarak tanımlanır.
Bu noktadan sonra diyot ters yönlü olarak
da akım geçirmeye başlar.
•
Bu maksimum ters yönlü gerilim
“kırılma gerilimi” olarak tanımlanır.
13
Sıcaklık Etkileri
•
Sıcaklık artışı diyot yapısına ilave enerji katar.
•
Bu ilave enerji kazanımı ileri yön iletimi için gerekli olan ileri
yön gerilimini düşürürken (-2.5mV/ oC), ters yöndeki sızıntı
akımında artışa (her 10 oC’lik ısı artışı sızıntı akımında 2 katlık
bir artışa yol açar) neden olur.
•
Germenyum diyotlar, ısı değişimlerine Silikon diyotlara daha
hassastırlar.
17
DC – Statik Direnç
Uygulanan belirli bir DC gerilim VD
ve belirli bir ID akım değerleri için
tanımlanan direnç DC dirençtir.
RD 
VD
ID
19
AC – Dinamik Direnç
İleri yön kutuplama bölgesinde tanımlanan AC direnç:
rd 
26 mV
 rB
ID
•
Bu direnç (ID) akımına bağlıdır.
•
rB 0.1 - 2 aralığında olup, genelde ihmal edilir.
Ters yön kutuplama bölgesinde tanımlanan AC direnç:
rd  
20
Ortalama AC Direnç
rav 
Vd
(noktadannoktaya)
Id
AC direnç karakteristik eğri
üzerinde iki nokta seçilerek
belirlenebilir.
21
Yarım Dalga Doğrultma
Diyot sadece ileri
yönde
öngerilimlendiğinde
iletime geçeceği için
girişte uygulanan
AC işaretin sadece
yarım alternansı
çıkışa iletilecektir.
DC çıkış gerilimi 0.318Vm ,dir. Vm = AC işaretin tepe değeridir.
24
Tam Dalga Doğrultma
Doğrultma işlemi, bir tam dalga doğrultma
devresinde daha fazla diyot kullanılması ile
iyileştirilebilir.
Tam dalga doğrultma işleminde daha büyük
DC çıkış gerilimi elde edilir.
•
•
Yarım dalga: Vdc = 0.318Vm
Tam dalga: Vdc = 0.636Vm
25
Tam Dalga Doğrultma
Köprü Tipi Doğrultucu
•
•
Dört diyot gereklidir.
VDC = 0.636 Vm
26