Elektronik Devre Elemanları

Dirençler

Direnç Nedir?
Direnç kelimesi, genel anlamda, "bir güce karşı olan direnme" olarak tanımlana bilir. Elektrik ve elektronikte direnç, iki ucu arasına gerilim uygulanan bir maddenin akıma karşı gösterdiği direnme özelliğidir. Kısaca; elektrik akımına gösterilen zorluğa DİRENÇ denir. Direnç"R" veya "r" harfi ile gösterilir, birimi ohm dır






Bir "E" gerilim kaynağına "R" direncinden, Şekil 1.1'de gösterilmiş olduğu gibi, bir " I " akımı akar.Bu üç değer arasında Ohm kanununa göre şu bağlantı vardır.E=I.RBirimleri:
E: Volt I: Amper R: Ohm

Direnç Türleri

Dirençler iki gruba ayrılır:

Büyük güçlü dirençler
Küçük güçlü dirençler

Büyük Güçlü Dirençler
2W üzerindeki dirençler büyük güçlü direnç grubuna girer.

Küçük Güçlü Dirençler
Küçük güçlü dirençlerin sınıflandırılması:

Sabit Dirençler
Ayarlı Dirençler
Termistör (Terminstans)
Foto Direnç (Fotorezistans)


Gerek büyük güçlü olsun, gerekse de küçük güçlü olsun, bütün dirençlerin belirli bir dayanma gücü vardır.

Bir Direncin Harcadığı Güç:
U: Dirençteki gerilim düşümü (Volt)
R: Direncin değeri (Ohm)
I: Geçen akım (Amper)
P: Direncin gücü (Watt)

Direnç Üzerinde Harcanan Güç Üç Şekilde İfade Edilir:

Akım ve gerilim cinsinden: P=U.I 'dır

Akım ve dirençcinsinden; (ohm kanununa göre): U=I.R 'dir.

Bu "U" değeri P=U.I 'da yerine konulursa: P= I2R

Gerilim ve dirençcinsinden; (ohm kanununa göre): I=U/R 'dir.

Bu "I" değeri, P=U.I 'da yerine konursa, P= U2/R dır

Sabit Dirençler

Yapısı ve çeşitleri:

Sabit dirençler yapıldığı malzemenin cinsine göre üçe ayrılır:

Karbon dirençler
Telli dirençler
Film dirençler

Film dirençler de ikiye ayrılır.
İnce film dirençler
Kalın film [Cermet "Sörmit" Okunur] dirençler

Karbon Dirençler
Karbon direncin yapısı:
Karbon direnç kömür tozu ile, reçine tozunun eritilmesi ile elde edilir.
Karbon dirençler 1Ω dan başlayarak bir kaç mega Ohm a MΩ kadar üretilmektedir.
Başlıca kullanım alanları:
Bütün elektronik devrelerde en çok kullanılan direnç dir



Telli Dirençler

Telli dirençler gerek sabit direnç, gerekse de ayarlanabilen direnç olmak üzere, değişik güçlerde ve omajlar da üretilebilmektedir.
Telli Direncin Yapısı:
Telli dirençlerde, sıcaklıkla direnç değerinin değişmemesi ve dayanıklı olması için, Nikel-Krom, Nikel-Gümüş ve konstantan kullanılır.

Telli dirençler genellikle seramik gövde üzerine iki katlı olarak sarılır. Üzeri neme ve darbeye karşı verniklidir. Yalnızca ayarlı dirençte, bir hat boyunca tellerin üzeri kazınır.

10 Ω ile 100 KΩ arasında 30 W 'a kadar üretilmektedir.




Başlıca kullanım alanları:
Telekominikasyon ve kontrol doğrultucularda kullanılır.
Tellerin çift katlı sarılmasıyla endüksiyon etkisi kaldırılabildiğinden yüksek frekans devrelerinde tercih edilir.
Küçük güçlülerde ısınmayla direnci değişmediğinden ölçü aletlerinin ayarında etalon (örnek) direnç kullanılır.

Dezavantajları:
Direnç telinin kopması, çok yer kaplaması ve büyük güçlü olanlarının ısınması gibi dezavantajları vardır

Film kelimesi dilimize İngilizce 'den geçmiştir. Türkçe karşılığı zar ve şerit anlamına gelmektedir direnç şerit şeklinde yalıtkan bir gövde üzerine sarılmıştır. Bu durumu, bir fotoğraf filminin sarılışına benzetebiliriz.

İki tür film direnç vardır:
İnce film dirençler
Kalın film dirençler

İnce Film Dirençler

İnce film dirençler şu şekilde üretilmektedir
Cam veya seramik silindirik bir çubuk üzerine Saf Karbon Nikel - Karbon Metal - Cam tozu karışımı "Metal oksit" gibi değişik direnç sprey şeklinde püskürtülür.

Püskürtülen bu direnç maddesi, çok ince bir elmas uçla veya Lazer ışınıyla belirli bir genişlikte, spiral şeklinde kesilerek şerit sargılar haline dönüştürülür.
Şerit sargıdan biri çıkarılarak diğer sargının sarımları arası izole edilir. Şerit genişliği istenilen şekilde ayarlanarak istenilen direnç değeri elde edilir

Kalın Film Dirençler

Kalın film dirençler, seramik ve metal tozları karıştırılarak yapılır. Seramik ve metal tozu karışımı bir yapıştırıcı ile hamur haline getirildikten sonra, seramik bir gövdeye şerit halinde yapıştırılır fırında yüksek sıcaklıkta pişirilir.
Yukarıda açıklanan yöntemle, hem sabit hem de ayarlı direnç yapılmaktadır.

Ayarlı Dirençler

Yapıları:
Ayarlı dirençler, direnç değerinde duruma göre değişiklik yapılması veya istenilen bir değere ayarlanması gereken devrelerde kullanılırlar.
Karbon, telli ve kalın film yapıda olanları vardır.
Aşağıda çeşitlerini anlatırken yapıları da daha geniş olarak anlatacağım.
Çeşitleri:
Ayarlı dirençler iki ana gruba ayrılır:

Reostalar
Potansiyometreler

Reostalar

Reostalar, sembollerinden de anlaşıldığı gibi iki uçlu ayarlanabilen dirençlerdir. Bu iki uçtan birine bağlı olan kayıcı uç, direnç üzerinde gezdirilerek, direnç değeri değiştirilir.





Reostaların da karbon tipi ve telli tipleri vardır. Sürekli direnç değişimi yapan reostalar olduğu gibi, kademeli değişim yapan reostalarda vardır.

Reostanın başlıca kullanım alanları:
Laboratuarlarda etalon direnç olarak, yani direnç değerlerinin ayarlanmasında ve köprü metodunda direnç ölçümlerinde, değişken direnç gerektiren devre deneylerinde, örneğin diyot ve transistor karakteristik eğrileri çıkarılırken giriş, çıkış gerilim ve akımlarının değiştirilmesinde ve benzeri değişken direnç gerektiren pek çok işlemde kullanılır

Potansiyometreler

Potansiyometreler üç uçlu ayarlı orta uç, direnç üzerinde gezinebilir



Potansiyometreler yine belirtilmiş olduğu gibi direnç değerinin değiştirilmesi yoluyla gerilim bölme, diğer bir deyimle çıkış gerilimini ayarlama işlemini yapar.

Potansiyometre Çeşitleri:

Potansiyometreler aşağıdaki üç grup altında toplanabilir.

Karbon Potansiyometreler
Telli Potansiyometreler
Vidalı Potansiyometreler

Karbon Potansiyometreler

Karbon potansiyometreler, mil kumandalı veya bir kez ön ayar yapılıp, bırakılacak şekilde üretilmektedir. Ayar için tornavida kullanılır. Bu türdeki potansiyometreye "Trimmer potansiyometre" (Trimpot) denmektedir





A: Lineer potansiyometre çıkış gerilimindeki değişim
B: Logaritmik potansiyometre çıkış gerilimindeki değişim

karbon potansiyometreler. Lineer (doğrusal) veya logaritmik (eğrisel) gerilim ayarı yapacak şekilde üretilir.

Şeklin köşesinde karakteristik eğrileri çıkarılan potansiyometre görülmektedir.

Yatay koordinat ekseni, potansiyometre fırçasının "a" ucuna göre dönüş açısını, gösteriyor.

Düşey koordinat ekseni ise, a-s uçlarından alınan Vas geriliminin , a-e uçları arasındaki Vae gerilimine oranını (Vas/Vae) göstermektedir.

Aynı şeyleri direnç değerleri üzerinde de söylemek mümkündür.

Şekilde, noktalı olarak çizilmiş olan A doğrusu, lineer potansiyometreye, B eğrisi ise logaritmik potansiyometreye aittir.

Potansiyometre fırçası "a" ucunda iken Vas çıkış gerilimi sıfır 'dır.

Fırçanın 90° döndürülmüş olduğunu kabul edelim:
Potansiyometre lineer ise; Vas = 32/100*Vae = 0,32Vae olur.
Potansiyometre logaritmik ise; Vas = 8/100*Vae = 0,08Vae olur.
Yükselteçlerde volüm ve ton kontrolünde logaritmik potansiyometrelerin kullanılması uygun olur.

Dirençlerin hangi türden olduğunun anlaşılmasını sağlamak için, omaj değerinden sonra "lin" veya "log" kelimeleri yazılır.

Telli Potansiyometreler



Telli potansiyometreler, bir yalıtkan çember üzerine sarılan teller ile bağlantı kuran fırça düzeninden oluşmaktadır.bu tür potansiyometrelerin üzeri genellikle açıktır. Tel olarak Nikel-Krom veya başka rezistans telleri kullanılır.



Vidalı Potansiyometreler



Vidalı potansiyometrede, sonsuz vida ile oluşturulan direnci taramaktadır. Üzerinde hareket eden bir fırça, kalın film (Cermet) yöntemiyle oluşturulan direnci taramaktadır. Fırça potansiyometrenin orta ayağına bağlıdır. Böylece orta ayak üzerinden istenilen değerde ve çok hassas ayarlanabilen bir çıkış alınabilmektedir.

Potansiyometrelerin başlıca kullanım alanları:
Potansiyometreler elektronikte başlıca üç amaç için kullanılırlar;

Ön ayar için
Genel amaçlı kontrol için
İnce ayarlı kontrol için

Kondansatörler

Önbilgiler:
Kondansatör, DC akımı geçirmeyip, AC akımı geçiren devre elemanıdır.

Kondansatörün Yapısı:

Kondansatör şekil 1.6 'da görüldüğü gibi, iki iletken plaka arasına yalıtkan bir maddenin yerleştirilmesi veya hiç bir yalıtkan kullanılmaksızın hava aralığı bırakılması ile oluşturulur. Kondansatörler yalıtkan maddenin cinsine göre adlandırılır.

Kondansatörün sembolü:

Değişik yapılı kondansatörlere göre, kondansatör sembollerinde bazı küçük değişiklikler vardır




Kondansatörün Çalışma Prensibi:

Kondansatörün bir DC kaynağına bağlanması ve şarj edilmesi:
Şekil 1.17(a) 'da görüldüğü gibi kondansatör bir DC kaynağına bağlanırsa, devreden Şekil 1.17(b) 'de görüldüğü gibi, geçici olarak ve gittikçe azalan IC gibi bir akım akar. IC akımının değişimini gösteren eğriye kondansatör zaman diyagramı denir.

Akımın kesilmesinden sonra kondansatörün plakaları arasında, kaynağın Vk gerilimine eşit bir VC gerilimi oluşur.

Bu olaya, kondansatörün şarj edilmesi, kondansatöre de şarjlı kondansatör denir.

"Şarj" kelimesinin Türkçe karşılığı "yükleme" yada "doldurma" dır.

---

Kondansatör Devresinden Akım Nasıl Akmalıdır?
Şekil 1.17(a)' daki devrede, S anahtarı kapatıldığında aynı anda kondansatör plakasındaki elektronlar, kaynağın pozitif kutbu tarafından çekilir, kaynağın negatif kutbundan çıkan elektronlar, kondansatöre doğru akmaya başlar. Bu akma işlemi, kondnsatörün plakası daha fazla elektron veremez hale gelinceye kadar devam eder.

Bu elektron hareketinden dolayı devreden bir IC akımı geçer. IC akımının yönü elektron hareketinin tersi yönündedir.

Devreden geçen IC akımı, bir DC ampermetresi ile gözlenebilir. S anahtarı kapanınca ampermetre ibresi önce büyük bir sapma gösterir. Sonra da, ibre yavaş yavaş sıfıra gelir. Bu durum devreden herhangi bir akım geçmediğini gösterir. IC akımına şarj akımı denir.

Devre akımının kesilmesinden sonra yukarıda da belirtildiği gibi kondansatör plakaları arasında VC=Vk oluşur.

VC gerilimine şarj gerilimi denir.

VC geriliminin kontrolü bir DC voltmetre ile de yapılabilir. Voltmetrenin "+" ucu, kondansatörün, kaynağın pozitif kutbuna bağlı olan plakasına, "-" ucu da diğer plakaya dokundurulursa VC değerinin kaç volt olduğu okunabilir. Eğer voltmetrenin uçları yukarıda anlatılanın tersi yönde bağlanırsa voltmetrenin ibresi ters yönde sapar.

Kondansatörde Yük, Enerji ve Kapasite;
Şarj işlemi sonunda kondansatör, Q elektrik yüküyle yüklenmiş olur ve bir EC enerjisi kazanır.

Kondansatörün yüklenebilme özelliğine kapasite (sığa) denir. C ile gösterilir.

Q, EC, C ve uygulanan V gerilimi arsında şu bağlantı vardır.

Q=C.V EC=CV2/2

Q: Coulomb (kulomb)
V: Volt
C: Farad (F)
EC: Joule (Jul)
Yukarıdaki bağlantıdan da anlaşıldığı gibi, C kapasitesi ve uygulanan V gerilimi ne kadar büyük ise Q elektrik yükü ve buna bağlı olarak devreden akan IC akımı da o kadar büyük olur.

Kondansatörün kapasite formülü:
C = ε0.εr.(A/d)

ε0: (Epsilon 0): Boşluğun dielektrik katsayısı (ε0=8.854.10-12)

εr: (Epsilon r): Plakalar arsında kullanılan yalıtkan maddenin İZAFİ1 dielektrik (yalıtkanlık) sabiti.(Tablo 1.6)

A: Plaka alanı
d: Plakalar arası uzaklık
A ve d değerleri METRİK sistemde (MKS) ifade edilirse, yani, "A" alanı (m) ve "d" uzaklığı, metre (m2) cinsinden yazılırsa, C' nin değeri FARAD olarak çıkar.

Örneğin:
Kare şeklindeki plakasının her bir kenarı 3 cm ve plakalar arası 2 mm olan, hava aralıklı kondansatörün kapasitesini hesaplayalım.

A ve d değerleri MKS' de şöyle yazılacaktır:
A=0,03*0,03=0,0009m2 = 9.10-4 m2

d=2mm=2.10-3m ε0 = 8,854.10-12

Hava için εr=1 olup, değerler yerlerine konulursa:

C=8,854.10-12.4,5.10-1=39,843.10-13 F=3,9PF (Piko Farad)1 olur.

NOT:
1 İZAFİ kelimesi, yalıtkan maddenin yalıtkanlık özelliğinin boşluğunkinden olan farkını göstermesi nedeniyle kullanılmaktadır. İzafinin, öz türkçesi, "göreceli" dir.

AC Devrede Kondansatör:
Yukarıda DC devrede açıklanan akım olayı, AC devrede iki yönlü olarak tekrarlanır. Dolayısıyla da, AC devredeki kondansatör, akım akışına karşı bir engel teşkil etmemektedir. Ancak bir direnç gösterir.

Kondansatörün gösterdiği dirence kapasitif reaktans denir.

Kapasitif reaktans, XC ile gösterilir. Birimi Ohm dır

XC = (1 / ω C ) = (1 / 2 π f C ) 'Ohm olarak hesaplanır.

XC = Kapasitif reaktans
ω = Açısal hız (Omega)
f = Frekans (Hz)
C = Kapasite (Farad)
Yukarıdaki bağlantıdan da anlaşıldığı gibi, kondansatörün XC kapasitif reaktansı; C kapasitesi ve f frekansı ile ters orantılıdır. Yani kondansatörün kapasitesi ve çalışma frekansı arttıkça kapasitif reaktansı, diğer bir deyimle direnci azalır.

Sabit Kondansatörler

Sabit kondansatörler kapasitif değeri değişmeyen kondansatörlerdir.

Yapısı ve Çeşitleri:
Kondansatörler, yalıtkan maddesine göre adlandırılmaktadırlar.

Sabit kondansatörler aşağıdaki gibi gruplandırılır

Kağıtlı Kondansatör
Plastik Film Kondansatör
Mikalı Kondansatör
Seramik Kondansatör
Elektrolitik Kondansatör

Kağıtlı Kondansatör



Kondansatörlerin kapasitesini arttırmak için levha yüzeylerinin büyük ve levhalar arasında bulunan yalıtkan madde kalınlığının az olması gerekir.
Bu şartları gerçekleştirirken de kondansatörün boyutunun mümkün olduğunca küçük olması istenir.
Bu bakımdan en uygun kondansatörler kağıtlı kondansatörlerdir.
Çok yaygın bir kullanım alanı vardır.
bir kağıt, bir folyo ve yine bir kağıt bir folyo gelecek şekilde üst üste konur. Sonra da bu şerit grubu silindir şeklinde sarılır.

Bağlantı uçları (elektrotlar) aliminyum folyolara lehimlenir.

Oluşturulan silindir, izole edilmiş olan metal bir gövdeye konarak ağzı mumla kapatılır. Yada üzeri reçine veya lak ile kaplanır

Plastik Film Kondansatör



Plastik film kondansatörlerde kağıt yerine plastik bir madde kullanılmaktadır.
Bu plastik maddeler:
Polistren, poliyester, polipropilen olabilmektedir.

Hassas kapasiteli olarak üretimi yapılabilmektedir. Yaygın olarak filtre devrelerin de kullanılır.

Üretim şekli kağıt kondansatörlerin aynısıdır.

Mikalı Kondansatör



Mika, "εr" yalıtkanlık sabiti çok yüksek olan ve çok az kayıplı bir elemandır. Bu özelliklerinden dolayı da, yüksek frekans devrelerinde kullanılmaya uygundur.
Mika tabiatta 0.025 mm 'ye kadar ince tabakalar halinde bulunur. Kondansatör üretiminde de bu mikalardan yararlanılır.
İki tür mikalı kondansatör vardır:
Gümüş kapalnmış mikalı kondansatör.
Aliminyum folyolu kaplanmış mikalı kondansatör.
Gümüş Kaplanmış Mikalı Kondansatör:
Bu tür kondansatörlerde mikanın iki yüzüne gümüş üskürtülmektedir. Oluşturulan kondansatöre dış bağlantı elektrotları lehimlenerek mum veya reçine gövde içerisine yerleştirilir.
Şekil.1.20 'de değişikı boydaki mikalı kondansatörler gösterilmektedir.

Alüminyum Folyo Kaplanmış Mikalı Kondansatör:
Gümüş kaplama çok ince olduğundan, bu şekilde üretilen kondansatör büyük akımlara dayanamamaktadır. Büyük akımlı devreler için, mika üzerine alüminyum folyo kaplanan kondansatörler üretilmektedir.
Mikalı kondansatör ayarlı (trimmer) olarak ta üretilmektedir

Seramik Kondansatör

Seramiğin yalıtkanlık sabiti çok büyüktür. Bu nedenle, küçük hacimli büyük kapasiteli seramik kodansatörler üretilebilmektedir.
Ancak, seramik kondansatörlerin kapasitesi, sıcaklık, frekans ve gerilim ile %20 'ye kadar değiştiğinden, sabit kapasite gerektiren çalışmalarda kullanılamaz. Fakat, frekens hassasiyetinin önemli olmadığı kuplaj, dekuplaj kondansatörü olarak ve sıcak ortamlarda kullanılır

Elektrolitik Kondansatörler





Elektrolitik kondansatörler büyük kapasiteli kondansatörlerdir.
Yaygın bir kullanım alananı vardır. Özellikle, doğrultucu filtre devrelerinde, gerilim çoklayıcılarda, ses, frekens yükselteçlerinde, kuplaj ve dekuplaj devrelerinde, zamanlama devrelerinde yararlanılmaktadır.

İki tür elektrolitik kondansatör vardır:

Aliminyum plakalı
Tantalyum (tantalıum) plakalı

Alüminyum Plakalı Elektrolitik Kondansatör

Aliminyum plakalı elektrolitik kondansatörün yapısı verilmiştir.
Şekilde görüldüğü gibi kondansatör yapısı şöyledir:

Birinin yüzü okside edilmiş ve iki elektrot bağlanmış olan şerit şeklindekiiki aliminyum plaka
Plakaların arasında elektrolitik emdirilmiş kağıt
Bunlar silindir şeklinde sarılarak kondansatör oluşturulmaktadır. Oksit tabakası yalıtkan olduğundan plakalar arası yalıtkanlığı sağlamaktadır.

Aliminyum oksitli plakaya bağlı elektrot pozitif (+), aliminyum plakaya bağlı elektrot da negatif (-) olarak adlandırılır.

Devreye bağlantı da "+" elektrot, devrenin pozitif tarafına, "-" elektrotta negatif tarafına bağlanmalıdır. Ters bağlantıda anot üzerindeki oksit tabakası kalkar ve geçen akımla elektrolitik kimyasal reaksiyona uğrar ve ısınıp şişerek kondansatörü patlatır.
Kağıda emdirilmiş olan elektrolitik, iletken bir madde olup, gövdesi oksit tabakasının zamanla ve küçük değerli aşırı gerilimlerde bozulmasını önlemektedir.

Tantalyumlu Elektrolitik Kondansatör

Bu tür kondansatörde de anot, oksit kaplı tantalyum şerit ve katot da yalnızca tantalyumdur. Yapımı Aliminyum elektrotlu kondansatör ile aynıdır.

Farkı: Tantalyum oksidin yalıtkanlık sabiti daha büyüktür.

Elektrolitik kondansatörlerin avantajları ve dezavantajları:
Avantajları:
Hacmi küçük, kapasitesi büyüktür. Maliyeti düşüktür.

Dezavantajları:
Kaçak akımı büyüktür.Ters bağlantı halinde yanar

1ppm =10-6 kapasite birimidir.
Örneğin 300ppm/°C 'nin anlamı; her sıcaklık derecesi altında, kapasite 300*10-6F artmaktadır.
"+"ppm = Sıcaklık arttıkça kapasite de artıyor anlamındadır.
"-"ppm = Sıcaklık arttıkça kapasite de küçülüyor anlamındadır.
Tan= RS/XC kayıp sabitidir. Rs plakalar arası yalıtkandaki enerji kaybını sembolize etmektedir. Kondansatöre seri bağlı bir RS direnci varmış gibi düşünülür. RS ve dolayısıyla da "tan" küçük olursa kondansatör o kadar kaliteli demektir.

Ayarlı Kondansatörler

Ayarlı Kondansatörler, kapasitif değerleri değişik yöntemler ile değiştirilebilen kondansatörlerdir.Kullanılma yerine göre değişik yapıda ve çeşitli boyutlarda üretilmektedirler. üç şekilde de sembolize edilebilir.



Çeşitleri:

Ayarlı kondansatörler üç gruba ayrılır:

Büyük boy değişken kondansatörler (Varyabl kondansatör)
Küçük boyutlu değişken kondansatörler (Trimer)
Değişken kapasiteli diyotlar (Varaktör)

Büyük Boy Ayarlı (Varyabl) Kondansatörler



Bu gruba giren kondansatörler, İngilizce adı ile varyabl (variable) olarakta anılmaktadır. "Varyabl" kelimesinin Türkçe karşılığı "değişken" kelimesidir. Varyabl kondansatörler paralel bağlı çoklu kondansatörden oluşmaktadır. Bu kondansatörlerin birer plakası sabit olup, diğer plakaları ve bir mil ile döndürülebilmektedir. Böylece kondansatörlerin kapasiteleri istenildiği gibi değiştirilebilmektedir. Hareketli plakalar sabit plakalardan uzaklaştıkça, karşılıklı gelen yüzeyler azalacağından kapasitede küçülecektir. Hareketli plakalara rotor, sabit plakalara stator denmektedir.
Plakalar genelde alüminyum (Al) veya özel amaçlar için gümüş kaplı bakırdır. Plakalar arasında yalıtkan madde olarak genellikle hava vardır. Bazı özel hallerde, mika plastik ve seramikte kullanılmaktaradır. Veya vakumlu (havasız) yapılmaktadır. Havalı ve yalıtkanlı kondansatörlerde bir miktar kaçak (leakage) akımı vardır. Vakumlu olanlarda hiç kaçak yoktur. Vakumlu kondansatörlerde; çalışma gerilimi 50 KV 'a ve frekensı 1000 MHz 'e kadar çıkabilmektedir. Kapasitif değeri ise 50-250 pF arasında değişir. Havalılarda ise kapasite 400pF 'a kadar çıkabilmektedir. Varyabl kondansatörler ile büyük kapasitelere ulaşılamamakla beraber, yukarıda belirtildiği gibi çok büyük gerilimlerle ve frekenslar da çalışılabilmektedir. Bazı uygulamalardai aynı gövdede iki varyabl kondansatör kullanılır. Bunlardan birinin rotoru, statordan uzaklaştırılırken diğerinin rotoru ters bir çalışma şekli ile statoruna gelır

Varyabl kondansatörün kullanılma alanları:

Radyo alıcıları (plakaları çok yakın ve küçüktür).
Radyo vericileri
Büyük güçlü ve yüksek frekans üreticileri
(plakalar arası 2,5 cm 'dir)

Küçük Boy Ayarlı Kondansatörler (Trimerler)



Küçük boy ayarlı kondansatörler, trimer (Trimmer), peddir (Padder) gibi değişik isimlerle anılmaktadır. Hassas kapasite ayarı için kullanılırlar ve bu ayar tornavida ile yapılır. Bu nedenle, bunlara ayarlı kondansatör de denilir. Değişik tipleri vardır. En yaygın tipi yan yüzünde vida bulunan karesel yapıda olanlarıdır. Bu türde kare şeklindeki iki alüminyum plaka arasında mika veya plastik yalıtkan vardır. Vida bir tornavida yardımı ile sıkılınca plakalar birbirine doğru yaklaşır ve C:eo.er.A/d bağıntısı gereğince "d" aralığı kısaldığı için kapasite (C) büyür.

Ayrıca silindirik veya varyabl tipinde olanları da vardır. Silindiriklerde ortadaki iletken vida bir yalıtkan içerisinde hareket etmekte ve bir plaka görevi yapmaktadır. İçe doğru vidalama yapıldıkça kapasitif değer büyümektedir.

Trimerler, 100-600 V gerilimde çalışabilmekte ve kapasiteleri çok küçük değerler ile 1000 pF arasıda değişmektedir

Değişken Kapasiteli Diyotlar (Varaktör)
Jonksiyon diyotlara ters gerilim uygulandığında bir kondansatör gibi çalışmaktadır. Uygulanan gerilime göre kapasitif değer değişir.
Uygulanan gerilim büyüdükçe kapasitif değeri küçülür.

Gerilime bağlı kapasite değişikliği nedeniyle VARAKTÖR veya VARİKAP adı verilmiştir.

---

Bobinler


Sabit Bobinler ve Yapıları:
Bobin bir yalıtkan makara (mandren veya karkas) üzerine belirli sayıdaki sarılmış tel grubudur.

Kullanım yerine göre, makara içerisi boş kalırsa havalı bobin, demir bir göbek (nüve) geçirilirse nüveli bobin dı verilir. Bobinin her bir sarımına spir denir



Bobindeki Elektriksel Olaylar:

Bilindiği gibi bir iletkenden akım geçirildiğinde, iletken etrafında bir magnetik alan oluşur. Bu alan kağıt üzerinde daireler şeklindeki kuvvet çizgileri ile sembolize edilir.

Bir bobinden AC akım geçirildiğinde,bobin sargılarını çevreleyen bir magnetik alan meydana gelır

Akım büyüyüp küçülüşüne ve yön değiştirmesine bağlı olarak bobinden geçen kuvvet çizgileri çoğalıp azalır ve yön değiştirir.

Bobine bir DC gerilim uygulanırsa, magnetik alan meydana gelmeyip bobin devrede bir direnç özelliği gösterir.

Zıt Elektro Motor Kuvveti (EMK)
Bobin içerisindeki kuvvet çizgilerinin değişimi, bobinde zıt elektromotor kuvvet (zıt EMK Ez) adı verilen bir gerilim endükler. Bu gerilimin yönü Şekil 1.30 'da gösterilmiş olduğu gibi kaynak gerilimine ters yöndedir.
Dolayısıyla da zıt EMK, bobinden, kaynak geriliminin oluşturduğu akıma ters yönde bir akım akıtmaya çalışır. Bu nedenledir ki, kaynak geriliminin oluşturduğu "I" devre akımı, ancak T/4 periyot zamanı kadar geç akmaya başlar.

Zıt EMK 'nın işlevi, LENZ kanunu ile şöyle tanımlanmıştır.

LENZ kanununa göre zıt EMK, büyümekte olan devre akımını küçültücü, küçülmekte olan devre akımını ise büyültücü yönde etki yapar.

Endüktif Reaktans (XL):
Bobinin, içinden geçen AC akıma karşı gösterdiği dirence endüktif reaktans denir.
Endüktif reaktans XL ile gösterilir. Birimi "Ohm" dur.
Şöyle ifade edilir:

XL = ω.L 'dir. ω = 2.π.f olup yerine konulursa, XL = 2.π.f.L ohm olur.

ω : Açısal hız (Omega)
f: Uygulana AC gerilimin frekansı birimi, Herzt (Hz) 'dir.
L: Bobinin endüktansı olup birimi, Henry (H) 'dir.

a) AC kaynak geriliminin pozitif alternansındaki devre akımı.
b) Kaynak gerilimi (v), devre akımı (i) ve zıt EMK (Ez) arasındaki bağıntı

"L" nin değeri bobinin yapısına bağlıdır.

Bobinin sarım sayısı ve kesit alanı ne kadar büyük olursa, "L" o kadar büyük olur. Dolayısıyla AC akıma gösterdiği dirençte o oranda büyür.

"L" nin birimi yukarıda da belirtildiği gibi Henry (H) 'dir. Ancak genellikle değerler çok küçük olduğundan "Henry" olarak yazımda çok küsürlü sayı çıkar.

Bunun için miliHenry (mH) ve mikrohenry (µH) değerleri kullanılır.

Henry, miliHenry ve mikroHenry arasında şu bağıntı vardır.

MiliHenry (mH) 1mH = 10-3 H veya 1H = 103mH
MikroHenry (µH) 1µH = 10-6 H veya 1H = 106 µH 'dir.

Karşılıklı Endüktans (M)
Aynı nüve üzerine sarılı iki bobinin birinden akım geçirildiğinde, bunun nüvede oluşturduğu kuvvet çizgileri diğer sargıyı da etkileyerek, bu sargının iki ucu arasında bir gerilim oluşturur. Bu gerilime endüksiyon gerilimi denir.

Bu şekilde iletişim, karşılıklı (ortak) endüktans denen belirli bir değere göre olmaktadır.

Karşılıklı endüktans M ile gösterilir ve şu şekilde ifade edilir:

M^2=L1*L2 L1 ve L2 iki bobinin self endüktansıdır.

M 'in birimi de Henry H dir.

Şöyle tanımlanır:

Aynı nüve üzerindeki iki bobinin birincisinden geçen 1 amperlik AC akım 1 saniyede, ikinci bobinde 1V 'luk bir gerilim endükliyorsa iki bobin arasındaki karşılıklı endüktans M=1 Henry 'dir.

Bobinler seri bağlanırsa toplam endüktans: L=L1+L2+L3+..........
Aynı nüve üzerindeki iki bobin seri bağlanırsa: L=L1+L2±2M dır

Yarı İletkenler

Elektrik akımının bir değere kadar akmasına izin vermeyen bu değerden sonra sonsuz küçük direnç gösteren maddelerdir.
Yarı iletkenler periyodik cetvelde 3. ve 5. gruba girerler. Bu demektir ki son yörüngelerinde elektron alıcılığı veya vericiliği iletkenden az, yari iletkenden fazla olmali

İletkenler: Pt, Ni, Au, Cu, Al, Fe...........
Yalıtkan: Ebonit, Cam, Tahta, Su..........
Yarı iletkenler: S, Ge, Br, Al, In(indiyum)........



Kısmen Dolu bant ile iletkenlik şeridi çakışmışsa iletkendirler



DB ile BŞ birbirine yaklaştığı zaman iletken hale gelir.

Eğer yarı iletkenlere belirli bir gerilim uygulanırsa YAE yok edilir ve bağlama şeridi ile iletkenlik bandı bitişir ve iletkenleşir
İletken, Yalıtkan ve Yarı İletkenler
Yeryüzündeki bütün maddeler, atom 'lar dan oluşmuştur.

Atom ise ortada bir çekirdek ve bunun etrafındaki değişik yörüngelerde hareket eden elektronlardan oluşmaktadır.

Elektronlar, negatif elektrik yüküne sahiptirler.

Bir etkime yolu ile atomdan ayrılan elektronların bir devre içerisindeki hareketi, elektrik akımını oluşturur.

Elektronların her madde içerisindeki hareketi aynı değildir.

Elektron hareketine göre maddeler üçe ayrılır:
İletkenler
Yalıtkanlar
Yarı iletkenler

İletkenler

İletkenlerin başlıca özellikleri:
Elektrik akımını iyi iletirler.
Atomların dış yörüngesindeki elektronlar atoma zayıf olarak bağlıdır. Isı, ışık ve elektriksel etki altında kolaylıkla atomdan ayrılırlar.
Dış yörüngedeki elektronlara Valans Elektron denir.
Metaller, bazı sıvı ve gazlar iletken olarak kullanılır.
Metaller, sıvı ve gazlara göre daha iyi iletkendir.
Metaller de, iyi iletken ve kötü iletken olarak kendi aralarında gruplara ayrılır.
Atomları 1 valans elektronlu olan metaller, iyi iletkendir. Buna örnek olarak, altın, gümüş, bakır gösterilebilir.
Bakır tam saf olarak elde edilmediğinden, altın ve gümüşe göre biraz daha kötü iletken olmasına rağmen, ucuz ve bol olduğundan, en çok kullanılan metaldir.
Atomlarında 2 ve 3 valans elektronu olan demir (2 dış elektronlu) ve alüminyum (3 dış elektronlu) iyi birer iletken olmamasına rağmen, ucuz ve bol olduğu için geçmiş yıllarda kablo olarak kullanılmıştır.

Yalıtkanlar

Elektrik akımını iletmeyen maddelerdir.

Bunlara örnek olarak cam, mika, kağıt, kauçuk, lastik ve plastik maddeler gösterilebilir.

Elektronları atomlarına sıkı olarak bağlıdır.

Bu maddelerin dış yörüngedeki elektron sayıları 8 ve 8 'e yakın sayıda olduğundan atomdan uzaklaştırılmaları zor olmaktadır.

Yarı İletkenler

Yarı iletkenlerin başlıca şu özellikleri vardır:

İletkenlik bakımından iletkenler ile yalıtkanlar arasında yer alırlar,
Normal halde yalıtkandırlar.
Ancak ısı, ışık ve magnetik etki altında bırakıldığında veya gerilim uygulandığında bir miktar valans elektronu serbest hale geçer, yani iletkenlik özelliği kazanır.
Bu şekilde iletkenlik özelliği kazanması geçici olup, dış etki kalkınca elektronlar tekrar atomlarına dönerler.
Tabiatta basit eleman halinde bulunduğu gibi laboratuarda bileşik eleman halinde de elde edilir.
Yarı iletkenler kristal yapıya sahiptirler. Yani atomları kübik kafes sistemi denilen belirli bir düzende sıralanmıştır.
Bu tür yarı iletkenler, yukarıda belirtildiği gibi ısı, ışık, etkisi ve gerilim uygulanması ile belirli oranda iletken hale geçirildiği gibi, içlerine bazı özel maddeler katılarak ta iletkenlikleri arttırılmaktadır.
Katkı maddeleriyle iletkenlikleri arttırılan yarı iletkenlerin elektronikte ayrı bir yeri vardır. Bunun nedeni elektronik devre elemanlarının üretiminde kullanılmalarıdır.
Elektroniğin iki temel elemanı olan diyot ve transistörlerin üretiminde kullanılan germanyum (Ge) ve silikon (Si) yarı iletkenleri gelecek bölümde daha geniş olarak incelenecektir.


Germanyum ve silikon periyodik tabloda yer alan iki elementtir.

Çoğu ülke periyodik tabloyu kendi dillerinde hazırlamaktadır.

Ülkemizde ise, bazı terimler gelişmiş ülke dillerinden alınarak Türkçe 'ye uyarlama yoluna gidilmiştir.

Germanyum adı, en çok kullanılan, İngilizce, Almanca ve Fransızca dillerinde "Germanium" olarak yazılmakta ve "germanyum" olarak okunmaktadır. Türkçe 'ye de "germanyum" olarak alınmış ve herkesçe de benimsenmiştir.

Silikon 'da durum farklıdır.

Silikon yabancı dillerde şöyle yazılmakta ve okunmaktadır:
İngilizce 'de; Silicon (Silikon)
Almanca 'da; Silikon (silikon)
Fransızca 'da; Silicium (silisyum)

Türkçe de ise yararlanılan yabancı kaynaktan esinlenerek kimilerince silikon, kimilerince de silisyum denmiştir.

Enerji Seviyeleri ve Bant Yapıları

Bilindiği gibi elektronlar, atom çekirdeği etrafında belirli yörüngeler boyunca sürekli dönmektedir. Bu hareket, dünyanın güneş etrafında dönüşüne benzetilir.

Hareket halindeki elektron, şu iki kuvvetin etkisi ile yörüngesinde kalmaktadır:
Çekirdeğin çekme kuvveti
Dönme hareketi ile oluşan merkezkaç kuvveti

Enerji Seviyeleri

Hareket halinde olması nedeniyle her yörünge üzerindeki elektronlar belirli bir enerjiye sahiptir.Eğer herhangi bir yolla elektronlara, sahip olduğu enerjinin üzerinde bir enerji uygulanırsa, ara yörüngedeki elektron bir üst yörüngeye geçer.Valans elektrona uygulanan enerji ile de elektron atomu terk eder.Yukarıda belirtildiği gibi valans elektronun serbest hale geçmesi, o maddenin iletkenlik kazanması demektir.

Valans elektronlara enerji veren etkenler:

Elektriksel etki
Isı etkisi
Işık etkisi
Elektronlar kanalıyla yapılan bombardıman etkisi
Manyetik etki
Ancak, valans elektronları serbest hale geçirecek enerji seviyeleri madde yapısına göre şöyle değişmektedir:
İletkenler için düşük seviyeli bir enerji yeterlidir.
Yarı iletkenlerde oldukça fazla enerji gereklidir.
Yalıtkanlar için çok büyük enerji verilmelidir.

Bant Yapıları

Maddelerin iletkenlik dereceleri, en iyi şekilde, aşağıda açıklandığı gibi, bant enerjileri ile tanımlanır.

Valans bandı enerji seviyesi:

Şekil 2.1 'de görüldüğü gibi her maddenin, valans elektronlarının belirli bir enerji seviyesi vardır. Buna valans bandı enerjisi denmektedir.

İletkenlik bandı enerji seviyesi:

Valans elektronu atomdan ayırabilmek için verilmesi gereken bir enerji vardır. Bu enerji, iletkenlik bandı enerjisi olarak tanımlanır.
İletkenlerde iletim için verilmesi gereken enerji:
İletkenlerin, Şekil 2.1.(a) 'da görüldüğü gibi, valans bandı enerji seviyesi ile iletkenlik bandı enerji seviyesi bitişiktir. Bu nedenle verilen küçük bir enerjiyle, pek çok valans elektron serbest hale geçer.
Yarı iletkenlerde iletim için verilmesi gereken enerji:
Yarı iletkenlerin valans bandı ile iletkenlik bandı arasında Şekil 2.1.(b) 'de görüldüğü gibi belirli bir boşluk bandı bulunmaktadır. Yarı iletkeni, iletken hale geçirebilmek için valans elektronlarına, boşluk bandınınki kadar ek enerji vermek gerekir.
Yalıtkanlarda iletim için verilmesi gereken enerji:
Yalıtkanlarda ise, Şekil2.1.(c) 'de görüldüğü gibi oldukça geniş bir boşluk bandı bulunmaktadır. Yani elektronları, valans bandından iletkenlik bandına geçirebilmek için oldukça büyük bir enerji verilmesi gerekmektedir.

Saf Germanyumun ve Silikonun Kristal Yapısı, Kovalan Bağları

Germanyum ve Silikon yarı iletkenleri, kristal yapılarının kazandırdığı bir takım iletken özelliğine sahiptir.

Germanyum ve Silikon, elektroniğin ana elemanları olan, DİYOTLARIN, TRANSİSTÖRLERİN ve ENTEGRE DEVRELERİN üretiminde kullanılmaktadır. Bu nedenle, elektronik devre elemanları hakkındaki temel bilgilerin edinilebilmesi bakımından bu iki yarı iletkenin yapılarının iyi bilinmesi gerekir.

Her iki yarı iletken de tabiattan elde edilmekte ve saflaştırılarak monokristal haline getirildikten sonra devre elemanların üretiminde kullanılmaktadır.

Germanyumun Elde Edilişi

Germanyum başlıca iki kaynaktan sağlanır:
Bazı cins maden kömürünün baca tozlarından,
Çinko rafine endüstrisi yan ürünlerinden
Yukarıda belirtilen kaynaklardan germanyumun oluşturulabilmesi için uzun işlemler gerekmektedir.

Bu iki evrede oluşturulan germanyum henüz saf değildir. içerisinde bazı yabancı maddeler bulunur. Germanyumun kullanılabilinmesi için önce içindeki yabancı madde oranının 1/108 'in altına düşürülmesi gerekmektedir. Bunu sağlamak içinde ikinci evre olarak saflaştırma işlemi yapılır.

Germanyumun Saflaştırılması:

Germanyumun saflaştırılmasında en çok uygulanan yöntem "Bölgesel saflaştırma" dır.

Isıtıcı sistem, germanyumun erime derecesi olan 936°C 'ye ayarlanıştır.
Germanyum çubuğun ısıtıcı içerisine giren ucu erimeye başlar ve çubuğun hareketi ile erime bir uçtan öbür uca doğru devam eder.

Aynı anda germanyum içerisinde ki yabancı maddeler de eriyerek çubuğun arka tarafına toplanır. Saflaştırma sonunda bu uç kesilerek alınır.

Kesilecek uç direnç kontrolü ile belirlenir. Germanyum saflaştıkça direnci artmaktadır.

Gerekirse bu işlemler birkaç kez daha tekrarlanarak germanyumun saflık derecesi arttırılabilir. Bu halde germanyum henüz polikristal 'dir.

Silikonun Elde Edilişi ve Saflaştırılması:
Silikon tabiatta silika (Kuartz yahut kum) halinde bol miktarda bulunur. Silikon, germanyum için anlatılan yöntemle saflaştırılmaz. İçerisinde bulunan BOR "bölgesel saflaştırma" yolu ile tamamen alınamamaktadır.Saflaştırma işlemi çok uzun sürmektedir.

Germanyumun MonoKristal Hale Getirilmesi:

Germanyum ve silikon ancak MONOKRİSTAL haline getirildikten sonra DİYOT, TRANSİSTÖR ve ENTEGRE DEVRELERİN üretiminde kullanılabilir. "Monokristal" kelimesi uluslararası bir terimdir ve Tek tip kristal anlamına gelmektedir.
Germanyumda monokristal yapı şöyle oluşmaktadır:
Poli kristalli saf germanyum grafit bir pota içerisinde ergime derecesine kadar ısıtılır. Ergimiş germanyum içerisine, Şekil 2.3 'te görüldüğü gibi monokristal halindeki germanyum çubuk daldırılıp yavaş yavaş döndürülerek çekilir.

Çekme işlemi ilerledikçe, eriyik halindeki germanyum da yüzeysel gerilim etkisiyle çubuk etrafında toplanır ve aynı zamanda çubuğun kristal yapısına uygun olarak katılaşır. Bütün eriyik katılaşıncaya kadar aynı işlemle çekmeye devam edilir. Sounda, monokristal yapıya sahip bir germanyum kitlesi ortaya çıkar.

Siliskonun Monokristal Haline Getirilmesi:

Her ne kadar, monokristal silikon da Germanyum gibi tek kristal çekirdekten üretilse de, ergime derecesinin yüksek (1420°C) olması ve başka maddelerle birleşmemesi nedeniyle işlem ayrıntılarında farklılıklar vardır.

Saf Germanyum ve Silikonun Kristal Yapısı

Gerek Germanyum gerekse de Silikon kristal yapı bakımından aynı olduğundan, anlatımda örnek olarak birinin veya diğerinin alınması fark etmemektedir.

Daha önce de açıklandığı gibi, germanyum ve silikonun yararlı hale gelebilmesi için monokristal yapıya dönüştürülmeleri gerekmektedir.

MonoKristal yapı nedir?

Monokristal yapıda atomlar bir kübik kafes sistemi oluşturmaktadır. Sistemdeki kürecikler, atomları gösteriyor. Atomlar arasındaki yollar da kovalan bağları sembolize ediyor.

Kovalan Bağ
Monokristal yapılarda, valans elektronlar komşu iki atomun dış yörüngelerinde birlikte bulunmaktadır. Bu durum iki elektron arasıda sanki bir bağ varmış gibi yorumlanmaktadır. İşte bu sembolik bağa kovalan bağ adı verilir.

Şekil 2.5 'te Germanyum monokristalin atomları arasındaki kovalan bağlar gösterilmiştir. Kovalan bağların ucundaki elektronlar her iki atoma da bağlı bulunduğundan atomların dış yörüngeleri 8 elektronlu olmaktadır.

Dış yörüngesinde 8 elektron bulunan atomlar elektron almaya ve vermeye istekli olmazlar.

NOT:
Kimilerince "kovalan" yerine İngilizce yazılımına uyarak "kovelent" terimi kullanılmaktadır. "KOVALAN" kelimesi Türkçe ses uyumu bakımından daha uygundur.

Bir monokristal ısıtıldığında veya ışık ve elektriksel gerilim etkisi altında bırakıldığında, kovalan bağ kuvvetini yenen çok az sayıdaki elektron atomdan uzaklaşır. Bu durum bir yarı iletkenlik belirtisi olmaktadır

Saf Olmayan (Katkı Maddeli) Germanyum ve Silikonun Kristal Yapısı
Diyotlar, transistörler, entegre devreler v.b. gibi aktif devre elemanlarının yapımında kullanılan germanyum ve silikon yarı iletken kristallerinin önce N ve P tipi kristaller haline dönüştürülmeleri gerekmektedir.

N veya P tipi kristal yapısını elde edebilmek için bir pota içerisine konulan germanyum veya silikon monokristali eritilir, belirli oranlarda katkı maddesi karıştırılır. Sonrada özel olarak hazırlanmış monokristal çekirdek, eriyiğe daldırılıp döndürülerek çekilir.
Konulan katkı maddesinin cinsine göre çekilen kristal N veya P tipi dır

Tipi Yarı İletken Kristali
N Tipi Kristalin Oluşumu:
Eritilen Germanyum veya Silikon kristaline 5 valans elektronlu fosfor, arsenik,
antimuvan gibi katkı maddelerinden biri katılır.
Yukarıda anlatılan yöntem uygulanarak bu katkı maddesi atomlarının kristal içine yayılıp etrafındaki
Germanyum veya Silikon atomları ile kovalan bağ oluşturması sağlanır

katkı maddesi olarak en çok kullanılan Arseniğin Germanyum kristalinde yer alışı gösterilmiştir.

Arsenik 5 valans elektronlu olduğundan ancak 4 elektronu komşu germanyum atomlarıyla kovalan bağ oluşturur. 5. elektron ise çekirdeğin pozitif çekme kuvvetinin etkisi altında zayıf olarak atoma bağlı kalmakta ve ufak bir enerji altında serbest hale geçmektedir. Hatta, bir kısmı başlangıçta, ısı ve ışık etkisiyle atomdan ayrılır.

Böylece Arsenik, Germanyum kristali için bir elektron kaynağı olmaktadır ve kristal içerisinde pek çok serbest elektron bulunmaktadır.

Bu yapı, N tipi yarı iletken kristali olarak tanımlanır.

N tipi kristal" deyimindeki harfi, "Negatif" kelimesinin ilk harfidir. Kristal içerisindeki SERBEST ELEKTRONLARIN yarattığı "negatif elektrik yükünü" sembolize etmektedir. N tipi kristaldeki AKIM TAŞIMA İŞLEMİNİ bu elektronlar gerçekleştirmektedir.

N Tipi Yarı İletken Kristalinde Bulunanlar

Ge veya Si ATOMLARI: Kristal yapıyı oluşturmaktadır. Aralarında Kovalan bağ vardır.
Verici Katkı Maddesi: Atomları kolaylıkla elektron veren katkı elementleridir. Bu nedenle Verici Katkı Maddesi denmiştir.
Pozitif İyonlar: Verici katkı maddesi atomlarının tamamına yakın kısmı, Ge veya Si atomları ile kovalan bağ oluşturarak 1 elektronunu kaybetmiş olduğundan POZİTİF İYON halindedirler. Ancak, kovalan bağlı olduğundan elektriksel bir etkisi bulunmamaktadır.
Çoğunluk Taşıyıcıları: Verici katkı maddesinden ayrılmış olan elektronlardır.
Bu elektronlara, çok sayıda olduğundan ve akım taşıma görevini de yürüttüğünden, çoğunluk taşıyıcıları adı verilmiştir.
Azınlık Taşıyıcıları: N tipi germanyum veya silikon kristalinde, ısı ve ışık emişi nedeniyle, veya gerilim etkisiyle kovalan bağlarını koparan bir kısım elektronun atomdan ayrılması sonucu, geride pozitif elektrik yüklü Ge veya Si atomları kalmaktadır.
Bu tür atomlar da elektrik akımı taşıma özelliğine sahiptir. Ancak azınlıkta kaldığından, bunlara da azınlık taşıyıcıları denmiştir. Normal çalışma düzeninde önemli sayılabilecek rolleri bulunmamaktadır.

Kristal yapıyı göstermek için kullanılan şekillerde, sadelik bakımından yalnızca, kristale asıl özelliğini kazandıran atom ve elektrolar gösterilmektedir.
P Tipi Yarı İletken Kristali

Bu katkı maddelerinin 3 valans elektron bulunduğundan, atom teorisi gereğince bunu 4 'e tamamlamak
ister, Bu nedenle, komşu Ge veya Si atomundan 1 elektron alır ve 4 kovalan bağ oluşturur.
1 elektron alan katkı maddesi atomu, NEGATİF İYON haline gelir. Ancak, kovalan bağlı olduğundan
herhangi bir elektriksel etkinliği olmaz. 1 elektronu kaybeden Ge veya Si atomunda 1 ELEKTRON
BOŞLUĞU oluşur. Bu boşluk, genellikle delik veya oyuk olarak adlandırılır. Ancak bu terimler elektriksel
yönden atomun durumunu yansıtmamaktadır.
Bir elektronu veren atom, pozitif elektrik yükü hale geldiğinden, delik veya oyuk yerine "POZİTİF ELEKTRİK YÜKÜ" demek daha doğrudur. Nitekim oluşan kristale, " pozitif elektrik yükleri" amaçlanarak P TİPİ KRİSTAL denmiştir. P tipi kristalde akım taşıma işlemi "pozitif elektrik yükleri" tarafından gerçekleştirilir.

N ve P Tipi Yarı İletken Kristallerinde Elektron ve Pozitif Elektrik Yükü Hareketleri

N Tipi Kristalde Elektronların Hareketi

N tipi yarı iletken kristaline gerilim uygulandığında, kristal içerisindeki serbest elektronlar, şekil 2.11 'de görüldüğü gibi, gerilim kaynağının pozitif kutbunun çekme kuvveti ve negatif kutbunun da itme kuvveti etkisiyle, kaynağın pozitif (+) kutbuna doğru akar.;
Bu arada, kaynağın negatif (-) kutbundan çıkan elektronlar da kristale doğru hareket eder.


Akımın bir devredeki işlevi bakımından, yönün önemi yoktur. Ancak bazı devre hesaplarında yön işareti koymak gerekebilir. Böyle bir durumda "+" --> "-" yönü pozitif yön ve "-" --> "+" yönü negatif yön alınır.

P Tipi Kristalde Pozitif Elektrik Yükünün (Oyuk) Hareketi
"Pozitif elektrik yükü" (oyuk) bir elektron gibi hareket etmemektedir. Ancak anlatım kolaylığı bakımından, hareket ettiği kabul edilmiştir.

Katkı maddesi yokken, Ge ve Si atomlarının kovalan bağlarını kırarak bir elektronunu almak çok zor olduğu halde, katkı maddesi bu işlemi kolaylaştırmaktadır. Ve bir gerilim uygulandığında akım iletimi sağlanmaktadır.
P tipi bir kristale şekil 2.12 'deki gibi bir gerilim kaynağı bağlanırsa şu gelişmeler olmaktadır.

Durum: Kaynağın pozitif kutbuna yakın bulunan ve bir elektronunu katkı maddesine vererek "+" elektrik yüklü hale gelmiş olan Ge ve Si atomu, kaynağında çekme kuvveti yardımıyla, bir sonraki atomun kovalan bağını kırarak, 1 elektronunu alır.
Ancak, dengesi bozulmuş olan atom bu elektronu sıkı tutamayacağından, kaynağın pozitif kutbunun çekme kuvveti etkisine kapılan elektron atomdan ayrılarak kaynağa doğru hareket eder.

Durum: Bir elektronunu kaybeden ikinci atom da ondan sonraki atomun elektronunu alır.

5. Durum Böylece, elektron bir atomdan diğerine geçecek ve son atom da kaybettiği elektronu kaynağın negatif kutbundan alacaktır.
6. Durum Tekrar birinci duruma dönülmekte ve olay devam etmektedir.

Sıra ile bir elektronu kaybeden her bir atom, pozitif elektrik yüklü hale geldiğinden pozitif elektron yükü (oyuk) hareket ediyormuş gibi olmaktadır.

Her ne kadar pozitif elektrik yükü, yani bu yükü taşıyan atom, elektron gibi bir noktadan kalkıp diğerine doğru hareket edemese de, ard arda oluşan "+" elektrik yüklü atomlar, "+" elektrik yükünün (oyuğun) hareket ettiği görüntüsünü vermektedir.

Böyle bir açıklama şekli, diyotların ve transistörlerin çalışma prensibini daha kısa yoldan anlatımını sağlamaktadır.Elektronların atomdan atoma geçişi, hareket hızını düşürdüğünden P tipi kristaldeki akım hızı N tipine göre daha yavaştır.

P tipi kristale bir gerilim kaynağı bağlansın. P tipi kristaldeki akım iletimi de N tipi kristale benzer şekilde açıklanır.Gerilim kaynağı, N tipi kristaldeki elektronları nasıl etkiliyorsa, P tipi kristalde de pozitif elektrik yüklerini benzer şekilde etkilediği düşünülür.

Şöyle ki:

Gerilim kaynağının "+" kutbu, kristaldeki "+" elektrik yüklerini iter ve "-" kutbu da çeker. Böylece, "+" elektrik yükleri, şekilde oklar ile gösterilmiş olduğu gibi, kaynağın negatif kutbuna doğru hareket eder. Bu hareket devreden bir akımın akışını sağlar.

Devredeki akımın oluşumu, bu şekilde kısa yoldan açıklanmış olmaktadır.
Ancak pozitif elektrik yüklerinin hareketi yalnızca kristal içerisinde kalmaktadır. Dış devrede hareket eden yine elektronlardır.

Dış devrede elektronların hareket yönü, yine kurallara uygun olarak kristalden kaynağın "+" kutbuna ve kaynağın "-" kutbundan kristale doğrudur.

Dış devre akım yönü de yine kurallar gereğince, kaynağın "+" kutbundan çıkıp, "-" kutbuna doğru olan yöndür.

Diyot

Kristal Diyot
Zener Diyot
Tünel Diyot
Işık Yayan Diyot (Led)
Foto Diyot
Ayarlanabilir Kapasiteli Diyot (Varaktör - Varikap)
Diğer Diyotlar
Mikrodalga Diyotları
Gunn Diyotları
Impatt (Avalanş) Diyot
Baritt (Schottky) Diyot
Ani Toparlanmalı Diyot
Pin Diyot
Büyük Güçlü Diyotlar


Diyot Nedir

Diyotlar, yalnızca bir yönde akım geçiren devre elemanıdır.Diğer bir deyimle, bir yöndeki dirençleri ihmal edilebilecek kadar küçük, öbür yöndeki dirençleri ise çok büyük olan elemanlardır. Direncin küçük olduğu yöne "doğru yön" ,büyük olduğu yöne "ters yön" denir. Diyot sembolü, aşağıda görüldüğü gibi, akım geçiş yönünü gösteren bir ok şeklindedir.



Ayrıca, diyodun uçları pozitif (+) ve negatif (-) işaretleri ile de belirlenir.

"+" ucu anot, "-" uca katot denir.

Diyodun anaduna, gerilim kaynağının pozitif (+) kutbu, katoduna kaynağın negatif (-) kutbu gelecek şekilde gerilim uygulandığında diyot iletime geçer.

Diyodun kullanım alanları:
Diyotlardan, elektrik alanında redresör (doğrultucu), elektronikte ise; doğrultucu,detektör, modülatör, limitör, anahtar olarak çeşitli amaçlar için yararlanılmaktadır.

Diyotların Gruplandırılması:

Diyotlar başlıca üç ana gruba ayrılır:

Lamba diyotlar
Metal diyotlar
Yarı iletken diyotlar

Lamba Diyotlar

Lamba diyotlar en yaygın biçimde redresör ve detektör olarak kullanılmıştır. Sıcak katotlu lamba, civa buharlı ve tungar lambalar bu gruptandır.
sıcak katotlu lamba diyodun iç görünüşü ve çalışma şekli verilmiştir. Şekilde görüldüğü gibi ısınan katotdan fırlayan elektronlar atom tarafından çekilmekte ve devreden tek yönlü bir akım akışı sağlanmaktadır. Eskiden kalanların dışında bu tür diyotlar artık kullanılmamaktadır

Metal Diyotlar
Bakır oksit (CuO) ve selenyumlu diyotlar bu gruba girmektedirler.

Bakır oksitli diyotlar ölçü aletleri ve telekominikasyon devreleri gibi küçük gerilim ve küçük güçle çalışan devrelerde, selenyum diyotlar ise birkaç kilowatt 'a kadar çıkan güçlü devrelerde kullanılır



Yarı İletken Diyotlar

Yarı iletken diyotları, P ve N tipi germanyum veya Silikon yarı iletken kristallerinin bazı işlemler uygulanarak bir araya getirilmesiyle elde edilen diyotlardır. Hem elektrikte hemde elektronikte kullanılmaktadır. tipik bir örnek olarak kuvvetli akımda kullanılan bir silikon diyot verilmiştir.



Diyot Çeşitleri ve Yapıları

Kristal Diyot ve Karakteristiği

Nokta temaslı diyot elektronik alanında ilk kullanılan diyottur. 1900-1940 tarihleri arasında özellikle radyo alanında kullanılan galenli ve prit 'li detektörler kristal diyotların ilk örnekleridir.galen veya prit kristali üzerinde gezdirilen ince fosfor-bronz tel ile değişik istasyonlar bulunabiliyordu. Günlük hayatta bunlara, kristal detektör veya diğer adıyla kristal diyot denmiştir.nokta temaslı germanyum veya silikon diyotlar geliştirilmiştir.
Germanyum veya silikon nokta temaslı diyodun esası; 0.5 mm çapında ve 0.2 mm kalınlığındaki N tipi kristal parçacığı ile "fosfor-bronz" veya "berilyum bakır" bir telin temasını sağlamaktan ibarettir.



diyotta, N tipi kristale noktasal olarak büyük bir pozitif gerilim uygulanır. Pozitif gerilim temas noktasındaki bir kısım kovalan bağı kırarak elektronları alır. Böylece, çok küçük çapta bir P tipi kristal ve dolayısıyla da PN diyot oluşur. Bu oluşum şekil 3.12 (b) 'de gösterilmiştir.
Bugün nokta temaslı diyotların yerini her ne kadar jonksiyon diyotlar almış ise de, yinede elektrotları arasındaki kapasitenin çok küçük olması nedeniyle yüksek frekanslı devrelerde kullanılma alanları bulunmaktadır.
Ters yön dayanma gerilimleri düşük olup dikkatli kullanılması gerekir.

Böyle bir diyodun elektrotlar arası kapasitesi 1 pF 'ın altına kadar düşmektedir. Dolayısıyla yüksek frekanslar için diğer diyotlara göre daha uygun olmaktadır.

Nokta temaslı diyotların kullanım alanları:
Nokta temaslı silikon diyotlar en çok mikro dalga karıştırıcısında, televizyon, video dedeksiyonunda, germanyum diyotlar ise radyofrekans ölçü aletlerinde (voltmetre, dalgametre, rediktör vs...) kullanılır.

Zener Diyot ve Karakteristiği

Zener diyot jonksiyon diyodun özel bir tipidir.

Zener Diyodunun Özellikleri:

Doğru polarmalı halde normal bir diyot gibi çalışır
Ters polarmalı halde, belirli bir gerilimden sonra iletime geçer.
Bu gerilime zener dizi gerilimi, veya daha kısa olarak zener gerilimi denir

Ters gerilim kalkınca, zener diyotta normal haline döner.
Devrelerde, ters yönde çalışacak şekilde kullanılır.
Bir zener diyot zener gerilimi ile anılır.
Örn: "30V 'luk zener" denildiğinde, 30V 'luk ters gerilimde çalışmaya başlayan zener diyot demektir.

Silikon yapılıdır.

Zener diyot, ters yön çalışması sırasında oluşacak olan aşırı akımdan dolayı bozulabilir. Bu durumu önlemek için devresine daima seri bir koruyucu direnç bağlanır
Her zaman zener diyodun kataloğunda şu bilgiler bulunur:
Gücü
Ters yön gerilimi(VZ),
Maksimum ters yön akımı(IZM),
Ters yöndeki maksimum kaçak akımı,
Maksimum direnci
Sıcaklık sabiti.
Şu limit değerlerde çalışan zener diyotlar üretilmektedir:
Maksimum zener akımı (IZM): 12A
Zener gerilimi (VZ): 2 - 200V arası
Maksimum gücü: 100Watt
Maksimum ters yön kaçak akımı: 150µA (mikro amper)
Maksimum çalışma sıcaklığı: 175°C.
Çalışma ortamı sıcaklığı arttıkça zener gerilim küçülür.

Zener geriliminin ayarı

Zener gerilimin ayarı birleşme yüzeyinin iki tarafında oluşan boşluk bölgesinin (nötr bölge) genişliğinin ayarlanması yoluyla sağlanmaktadır. Bunun içinde çok saf silikon kristal kullanılmakta ve katkı maddesi miktarı değiştirilmektedir. Boşluk bölgesi daraldıkça zener diyot daha küçük ters gerilimde iletime geçmektedir.



Zener gücünün ayarı:

Zener gücü, birleşme yüzeyinin büyüklüğüne ve diyodun üretiminde kullanılan silikonun saflık derecesiyle, katkı maddesinin miktarına bağlıdır. Ayrıca diyot ısındıkça gücüde düşeceğinden, soğutulmasıyla ilgili önlemlerin alınması da gerekir.

Zener Diyodun Kullanım Alanları:

1 - Kırpma Devresinde:
iki zener diyot ters bağlandığında basit ve etkili bir kırpma devresi elde edilir.

Örneğin:
Devre girişine tepe değeri 10V olan bir AC gerilim uygulansın ve kırpma işlemi için, zener gerilimi 5V olan iki Z1, Z2 zener diyodu kullanılsın.



2 - Zener Diyodun Gerilim Regülatörü Olarak Kullanılması:
Zener diyottan, çoğunlukla, DC devrelerdeki gerilim regülasyonu için yararlanılmaktadır. Buradaki regülasyondan amaç, gerilimin belirli bir değerde sabit tutulmasıdır.

Bunun için zener diyot, şekil 3.16 'da görüldüğü gibi, gerilimi sabit tutmak istenen devre veya yük direncine paralel ve ters polarmalı olarak bağlanır.

Diyot uçlarına gelen gerilim, zener değerine ulaştığında diyot iletime geçer ve uçları arasındaki gerilim sabit kalır.

Bunu sağlamak için, şekilde görüldüğü gibi RL 'e paralel bağlı zener diyodun ve seri bağlı bir RS direncinin seçimi gerekir.

Ayrıca, bir de C kondansatörünün paralel bağlanmasında yarar vardır. Bu kondansatör, gerilim dalgalanmalarını ve başka devrelerden gelebilecek parazit gerilimlerini önleyici görev yapar. Değeri, devre geriliminin büyüklüğüne göre, hesaplanır. Şekildeki bir devre için 30V - 1000µF 'lık bir kondansatör uygundur.

Burada birinci derecede önemli olan, RS direnci ile zener diyodun seçimidir

Seri RS direncinin seçimi:
Önce RS direncine karar vermek gerekir;

Kaynak gerilimi: E=V=9V
Yük direnci ve uçları arasındaki gerilim: RL=33 Ohm, VL=6.2V

Bu durumda, zener diyot dikkate alınmadan, VL=6.2V 'u oluşturabilmek için kaç ohm 'luk bir RS direncinin gerektiği hesaplanmalıdır.

E=IL*RS+VL ve IL=VL/RL 'dir.

Birinci formüldeki IL yerine, ikinci formüldeki eşitini yazıp, değerler yerine konulursa :

9=6,2/33*RS+6,2 olur.

Buradan RS çözülürse:
RS=(9-6,2)33/6,2 'den, RS=14.9 = 15 (ohm) olarak bulunur.

RS=15 Ohm 'luk direnç bağlandığında, "E" gerilimi 9V 'ta sabit kaldığı sürece RL yük direnci uçları arasında sürekli olarak 6.2V oluşacaktır.

"E" geriliminin büyümesi halinde, A-B noktaları arasındaki VA-B gerilimi de 6.2V 'u aşacağından, 6.2V 'luk bir ZENER diyot kullanıldığında, RL uçları arasındaki gerilim sabit kalacaktır. Ancak, yalnızca gerilime göre karar vermek yeterli değildir.

Bu durumda nasıl bir zener diyot kullanılmalıdır?

Zener diyodun seçimi:
Zener gerilimi 6.2V olan bir zener diyot RL direncine paralel bağlandığında VL=6.2V 'ta sabit kalır.

Ancak, E giriş geriliminin büyümesi sırasında zener diyottan akacak olan akımın, diyodun dayanabileceği "maksimum ters yön zener akımından" (IZM) büyük olması gerekir. Zener diyot buna göre seçilmelidir.

6.2V 'luk olup ta değişik IZM akımlı olan zener diyotlar vardır.

Örneğin:

Aşağıdaki tabloda, bir firma tarafından üretilen, 6.2V 'luk zenerlere ait IZM akımı ve güç değerleri verilmiştir

Bu zenerler den hangisinin seçileceğine karar vermeden önce yük direncinden geçecek akımı bilmek gerekir:

IL=VL/RL = 6.2/33 = 0.188A = 188mA

E geriliminin büyümesi halinde oluşacak devre akımının 188mA 'in üstündeki miktarı zener diyottan akacaktır.

Örneğin:
E geriliminin ulaştığı maksimum gerilim; E = 12.2V olsun.

Zener diyottan geçecek olan akımın değeri şu olacaktır:
Kirchoff kanununa göre:

12.2 = It*RS+6.2 (It devreden akan toplam akımdır.)

RS = 15 yerine konarak It çözülürse;

It = 1.22-6.2/15 = 6/15 'den It = 0,4A = 400mA olur.

Bu 400mA 'den 188mA 'i RL yük direncinden geçeceğine göre;

Zener diyottan geçecek olan IZ akımı: IZ = 400-188 = 212mA 'dir.

Bu değer, yukarıdaki tabloya göre:

10W 'lık zenerin maksimum akımı olan 1460mA 'den küçük, 1W 'lık zenerin maksimum akımı olan 146mA 'den büyüktür.

Böyle bir durumda 10W 'lık zener kullanılacaktır.

Aslında, 212mA 'lik zener için 1460mA 'lik zener kullanmakta doğru değildir. Daha uygun bir zener seçimi için başka üretici listelerine de bakmak gerekir.

3 - Ölçü Aletlerinin Korunmasında Zener Diyot

Döner çerçeveli ölçü aletlerinin korunmasında, zener diyot paralel bağlanır. Bu halde zener gerilimi, voltmetre skalasının son değerine eşittir. Ölçülen gerilim zener gerilimini aşınca diyot ters yönde iletken hale geçerek ölçü aletinin zarar görmesini engeller. Ayar olanağı sağlamak için birde potansiyometre kullanılabilir

4 - Rölenin Belirli Bir Gerilimde Çalıştırılmasında Zener Diyot

zener diyot, röleye seri ve ters yönde bağlanmıştır. Röle, ancak uygulanan gerilimin, Zener gerilimi ile röle üzerinde oluşacak gerilim düşümü toplamını aşmasından sonra çalışmaktadır.

Tünel Diyot ve Karakteristiği

Tünel diyotlar, özellikle mikro dalga alanında yükselteç ve osilatör olarak yararlanılmak üzere üretilmektedir. Tünel diyoda, esaslarını 1958 'de ilk ortaya koyan Japon Dr. Lee Esaki 'nin adından esinlenerek "Esaki Diyodu" dan denmektedir.

Yapısı:
P-N birleşme yüzeyi çok ince olup, küçük gerilim uygulamalarında bile çok hızlı ve yoğun bir elektron geçişi sağlanmaktadır. Bu nedenledir ki Tünel Diyot, 10.000 MHz 'e kadar ki çok yüksek frekans devrelerinde en çok yükselteç ve osilatör elemanı olarak kullanılır.

tünel diyoda uygulanan gerilim Vt1 değerine gelinceye kadar gerilim büyüdükçe akım da artıyor. Gerilim büyümeye devam edince, akım A noktasındaki It değerinden düşmeye başlıyor. Gerilim büyümeye devam ettikçe, akım B noktasında bir müddet IV değerinde sabit kalıp sonra C noktasına doğru artıyor. C noktası gerilimi Vt2, akımı yine It 'dir. Bu akıma "Tepe değeri akımı" denilmektedir.

Gerilimi, Vt2 değerinden daha fazla arttırmamak gerekir. Aksi halde geçen akım, It tepe değeri akımını aşacağından diyot bozulacaktır.

I = f(V) eğrisinin A-B noktaları arasındaki eğimi negatif olup, -1/R ile ifade edilmekte ve diyodun bu bölgedeki direnci de negatif direnç olmaktadır.
Tünel diyot A-B bölgesinde çalıştırılarak negatif direnç özelliğinden yararlanılır.

Tünel Diyodun Üstünlükleri:

Çok yüksek frekansta çalışabilir.
Güç sarfiyatı çok düşüktür. 1mW 'ı geçmemektedir.

Tünel Diyodun Dezavantajları:

Stabil değildir. Negatif dirençli olması nedeniyle kontrolü zordur.
Arzu edilmeyen işaretlere de kaynaklık yapmaktadır.

Tünel Diyodun Kullanım Alanları:

Yükselteç Olarak Kullanılması:

Tünel diyot, negatif direnci nedeniyle, uygun bir bağlantı devresinde kaynaktan çekilen akımı arttırmakta, dolayısıyla bu akımın harcandığı devredeki gücün yükselmesini sağlamaktadır.

Osilatör Olarak Kullanılması:

Tünel diyotlardan MHz mertebesinde osilatör olarak yararlanılabilmektedir.
Bir tünel diyot ile osilasyon sağlayabilmek için negatif direncinin diğer rezonans elemanlarının pozitif direncinden daha büyük olması gerekir. Tünel diyoda Şekil 3.20 'de görüldüğü gibi seri bir rezonans devresi bağlanabilecektir. Tünel diyodun negatif direnci - R=80 Ohm olsun.
Rezonans devresinin direnci 80 Ohm 'dan küçük ise tünel diyot bu devrenin dengesini bozacağından osilasyon doğacaktır.

Tünel Diyodun Anahtar Olarak Kullanılması:

Tünel diyodun önemli fonksiyonlarından biri de elektronik beyinlerde multivibratörlerde, gecikmeli osilatörlerde, flip-flop devrelerinde ve benzeri elektronik sistemlerde anahtar görevi görmesidir.

Işık Yayan Diyot

Işık yayan diyotlar, doğru yönde gerilim uygulandığı zaman ışıyan, diğer bir deyimle elektriksel enerjiyi ışık enerjisi haline dönüştüren özel katkı maddeli PN diyotlardır.

Bu diyotlara, aşağıda yazılmış olduğu gibi, İngilizce adındaki kelimelerin ilk harfleri bir araya getirilerek LED veya SSL denir.

LED: Light Emitting Diode (Işık yayan diyot)
SSL: Sloid State Lamps (Katkı hal lambası)



Işık yayan diyotlar şu özelliklere sahiptir:

Çalışma gerilimi 1.5-2.5V arasındadır. (Kataloğunda belirtilmiştir.)
Çalışma akımı 10-50mA arasındadır. (Kataloğunda belirtilmiştir.)
Uzun ömürlüdür. (ortalama 105 saat)
Darbeye ve titreşime karşı dayanıklıdır.
Kullanılacağı yere göre çubuk şeklinde veya dairesel yapılabilir.
Çalışma zamanı çok kısadır. (nanosaniye)
Diğer diyotlara göre doğru yöndeki direnci çok daha küçüktür.
Işık yayan diyotların gövdeleri tamamen plastikten yapıldığı gibi, ışık çıkan kısmı optik mercek, diğer kısımları metal olarak ta yapılır.
1. Işık Yayma Olayı Nasıl Gerçekleşmektedir
Bilindiği gibi, bir PN diyoda, doğru polarmalı bir besleme kaynağı bağlandığı zaman, N bölgesindeki, gerek serbest haldeki elektronlar, gerekse de kovalan bağlarını koparan elektronlar P bölgesine doğru akın eder.

Yine bilinmektedir ki, elektronları atomdan ayırabilmek için, belirli bir enerji verilmesi gerekmektedir. Bu enerjinin miktarı iletkenlerde daha az, yarı iletkenlerde daha büyük olmaktadır. Ve bir elektron bir atomla birleşirken de aldığı enerjiyi geri vermektedir.

Bu enerji de maddenin yapısına göre ısı ve ışık enerjisi şeklinde etrafa yayılmaktadır.

Bir LED 'in üretimi sırasında kullanılan değişik katkı maddesine göre verdiği ışığın rengi değişmektedir.

Katkı maddesinin cinsine göre şu ışıklar meydana gelır

GaAs (Galliyum Arsenid): Kırmızı ötesi (görülmeyen ışık)
GaAsP (Galliyum Arsenid Fosfat): Kırmızıdan - yeşile kadar (görülür)
GaP (Galliyum Fosfat): Kırmızı (görülür)
GaP (Nitrojenli): Yeşil ve sarı (görülür)
Şekil 3.21(a) ve (b)' de gerilim uygulanan bir LED devresi ve ışık yayan diyodun tabii büyüklükteki resmi verilmiştir.

Diyot kristali, iki parçalı yapıldığında uygulanacak gerilimin büyüklüğüne göre kırmızı, yeşil veya sarı renklerden birini vermektedir.

Işık yayan diyot ısındıkça, ışık yayma özelliği azalmaktadır.
Bu hal etkinlik eğrisi olarak gösterilmiştir. Bazı hallerde fazla ısınmayı önlemek için bir soğutucu üzerine monte edilir.

Ayrıca LED 'in aşırı ısınmasına yol açmamak için kataloğunda belirtilen akımı aşmamak gerekir. Bunun için gösterilmiş olduğu gibi devresine seri olarak bir R direnci konur. Bu direncin büyüklüğü LED 'in dayanma gerilimi ile besleme kaynağı gerilimine göre hesaplanır.

R direnci:

Kirşof kanununa göre: 9=I*R+2 'dir. I=0.05A olup

R=9-2/0.05 = 7/0.05 = 140 Ohm olarak bulunur.

140 Ohm 'luk standart direnç olmadığından en yakın standart üst direnci olan 150 Ohm 'luk direnç kullanılır.

2.Led İçindeki Elektrik - Optik Bağıntılar

Akım-Işık şiddeti bağlantısı:
LED diyodunun ışık şiddeti, içinden geçen akım ile doğru orantılı olarak artar.Ancak bu artış akımın belirli bir değerine kadar doğrusaldır. Daha sonra bükülür.
Eğer diyoda verilen akım, eşik değeri adı verilen doğrusallığın bozulduğu noktayı aşarsa diyot aşırı ısınarak bozulur. Bu nedenle diyotlar kullanılırken, firmalarınca verilen karakteristik eğrilerine uygun olarak çalıştırılmalıdır.



Sıcaklık-ışık şiddeti bağıntısı:

Diyot ısındıkça, akım sabit kaldığı halde, verdiği ışık şiddeti Şekil 3.21(d) 'de görüldüğü gibi küçülür.
Bu düşme diyodun cinsine göre şöyle değişir.
GaAs diyotta düşme: Her derece için %0,7
AaAsP diyotta düşme: Her derece için %0,8
GaP diyotta düşme: Her derece için %0,3
Normal çalışma şartlarında bu düşmeler o kadar önemli değildir. Ağır çalışma şartlarında ise soğutucu kullanılır veya bazı yan önlemler alınır.

Güç-zaman bağıntısı:

Işık yayan diyotların gücü zamanla orantılı olarak düşer. Bu güç normal gücünün yarısına düştüğünde diyot artık ömrünü tamamlamıştır.



3. Işık Yayan Diyodun Verimi
Işık yayan diyodun verimi; yayılan ışık enerjisinin, diyoda verilen elektrik enerjisine oranıyla bulunur. Diyoda verilen elektrik enerjisinin hepsi ışık enerjisine dönüşmemektedir. Yani harekete geçirilen elektronların hepsi bir pozitif atom ile birleşmemekte, sağa sola çarparak enerjisini ısı enerjisi halinde kaybetmektedir.

4. Işık Yayan Diyotların Kullanım Alanları
Işık yayan diyotların en yaygın kullanılma alanı, dijital ölçü aletleri, dijital ekranlı bilgisayarlar, hesap makinaları ve yazıcı elektronik sistemlerdir. Bu kullanma şeklinde, çoklu ışık yayan diyotlardan yararlanılmaktadır. Bazı hallerde ışık yayan diyotlardan işaret lambası ve ışık kaynağı olarak da yararlanılır. Optoelektronik kuplör de bir LED uygulamasıdır.

Optoelektronik Kuplör

Optoelektronik kuplör veya daha kısa deyimle Opto Kuplör ya da Optik Kuplaj bir ışık yayan diyot (LED) ile bir fotodiyot veya fototransistörden oluşmaktadır. Bunlar aynı gövdeye monte edilmişlerdir. Gövde plastik olup ışık iletimine uygundur.
Işık yayan diyot genellikle Ga As katkı maddeli olup kızıl ötesi ışık vermektedir. Işık yayan diyodun uçları arasına bir gerilim uygulandığında çıkan ışık ışınları fotodiyot veya fototransistörü etkileyerek çalıştırmaktadır. Böylece bir devreye uygulana bir gerilim ile 2. bir devreye kumanda edilmektedir. Aradaki bağlantı, bir takım tellere gerek kalmaksızın ışık yoluyla kurulmaktadır. Bu nedenle, optoelektronik kuplör edı verilmiştir.
Optokuplör bir elektronik röledir.
Optokuplörün mekanik röleye göre şu üstünlükleri vardır:
Mekanik parçaları yoktur.
İki devre arasında büyük izolasyon vardır.
Çalışma hızı çok büyüktür.
Dezavantajları:
Gücü düşüktür.



Opto kuplör dere şeması görüldüğü gibi çizilir. Burada LED 'in doğru polarmalı, fotodiyodun ise ters polarmalı olduğuna dikkat edilmelidir. R1 ve R2 dirençleri koruyucu dirençlerdir

Transistörün kullanım alanları

Transistör yapısal bakımdan, yükselteç olarak çalışma özelliğine sahip bir devre elemanıdır. Elektroniğin her alanında kullanılmaktadır.



Transistör sembolleri

NPN ve PNP transistörlerin yapısal gösterilimi

Elektron Lambaları ilk defa 1906'da Dr. Lee de Forest tarafından uygulama sahasına konulmuştur. 1925'te Lilien Field ve 1938'de Hilsch ve Pohl tarafından, lambaların yerine geçecek bir katı amplifikatör elemanı bulma konusunda başarısızlıkla sonuçlanan bazı denemeler yapılmıştır. Çalışmaların amacı, lambalarda olduğu gibi katılarda da elektrostatik alan etkisi ile elektron akışını sağlamaktı. Daha sonraları bu çalışmalar bugünkü transistörlerin temelini teşkiletmiştir.

1931-1940 yılları katı maddeler elektroniği hakkında daha ziyade teorik çalışmalar devri olmuştur. Bu sahada isimleri en çok duyulanlar, L. Brillouin, A. H. Wilson, J. C. Slater, F. Seitz ve W. Schottky'dir.

Yıl 1948, Walter H. Brattain ve John Bardeen kristal redresör yapmak için Bell laboratuarlarında çalışıyorlar. Esas olarak yapılan; çeşitli kristallere temas eden bir ‘catwhisker’ in tek yönde iletken, diğer yönde büyük bir direnç göstermesi ile ilgili bir çalışmadır. Deneyler sırasında Germanyum kristalinin ters akıma daha çok direnç gösterdiği ve daha iyi bir doğrultma işlemi yaptığı gözlemlendi ve böylece germanyum redresörler ortaya çıktı.

Brattain ve Bardeen Germanyum redresör ile yaptıkları deneylerde, Germanyum kristali üzerindeki serbest elektron yoğunluğunun, redresörün her iki yöndeki karakteristiğine olan tesirini incelediler ve bu sırada, catwhisker'e yakın bir başka kontak daha yaparak deneylerini sürdürdüler. Bu sırada ikinci whisker de akım şiddetlenmesinin farkına vardılar ve elektronik tarihinin bir dönüm noktasına tekabül eden transistör böylece keşfedilmiş oldu.

Adını 'Transfer – Resistor' yani taşıyıcı direnç kelimesinden alan transistör'ün geliştirilmesine daha sonra William Shockley de katıldı ve bu üçlü 1956 yılı nobel fizik ödününe layık görüldüler.

İlk yapılan transistörler 'Nokta Kontaklı' transistörlerdi. Nokta kontaklı transistörler iki whisker'li bir kristal diyottan ibarettir. Kristale 'Base', whiskerlerden birine 'Emitter' diğerine de 'Collector'‘ adı verilir. Bu transistörlerde N tipi Germanyum kristali base olarak kullanılmıştır.

Whiskerler fosforlu bronzdan yapılır, daha doğrusu yapılırdı, bu transistörler artık müzelerde veya eski amatörlerin nostaljik malzeme kutularında bulunurlar.

Her iki whisker birbirine çok yakındır ve uçları kıvrık bir yay gibidir, bu kıvrık yay gibi olması nedeni ile kristale birkaç gramlık bir basınç uygular ve bu sayede sabit dururlar.Yani yalnız temas vardır.

Bu transistörlerin Ge kristalleri 0.5 mm kalınlığında ve 1 - 1.5 mm eninde parçalardır. Whisker arası mesafe ise milimetrenin yüzde 3'ü yüzde 5'i kadardır.

Bu ilk transistörler PNP tipinde idi, yani kristal N tipi Whiskerler P tipi idi.

Daha sonraları 'Yüzey Temaslı' transistörler yapıldı. Bu transistörler PNP veya NPN olacak şekilde üç kristal parçası birbirine yapıştırılarak imal edildiler. Yüzey temaslı transistörlerin yapılması ile silisyum transistörler piyasaya çıktı, daha sonraları transistörler kocaman bir aile oluşturdular ve sayıları oldukça arttı.
Transistör'ün daha önceleri kullanılan radyo lambalarına göre üstünlükleri nelerdir?
Transistörler çok küçüktür ve çok az enerji isterler.
Transistörler çok daha uzun çalışma ömrüne sahiptirler
Transistörler her an çalışmaya hazır durumdadır (lambaların flaman gerilimi sorunu)
Çalışma voltajları çok daha azdır. Pille bile çalışırlar.
Lambalar gibi cam değildir kırılmaz.
Peki ama bu lambanın hiç mi üstünlüğü yoktu. Olmaz olur mu?
Lambalar vakumlu oldukları için gürültüsü yoktur. yine lambalar vakumlu oldukları için yüksek empedanslıdırlar.
Fakat son zamanlarda Transistör ailesi çok geliştiği için lamba standartlarından bile daha iyi transistörler yapılmıştır.
FET'ler bu kalitede olan bir transistör ailesidir.
Çeşitli Transistörler
Transistörler esas olarak Bipolar transistörler ve Unipolar transistörler olarak iki kısma ayrılırlar. Bipolar transistörler de PNP ve NPN olarak iki tiptir.

PNP tipinde base negatif emitter ve collektor pozitif kristal yapısındadır. Bu transistörler emitter montajında; emitter + collector - olarak polarize edilirler. Base emittere göre daha negatif olduğunda transistör iletimdedir.

NPN tipinde ise base pozitif, emitter ve collector negatif kristal yapısındadır. Emitter topraklı olarak kullanıldığında, emitter negatif, collector pozitif olarak polarize edilirler. İletimde olması için base, emittere göre daha pozitif olmalıdır. Buradaki gerilim farkı 0.1 volt veya daha fazla olmalıdır.

Piyasada pek çok tip bipolar transistör mevcuttur. Bunların kullanılmaları sırasında mutlaka bacak bağlantılarını içeren bir katalog kullanılmalıdır; çünkü aynı kılıf yapısı içeren iki transistörün bacak bağlantıları ayrı olabilir.

Bipolar transistörler genelde 2 ile başlayan 2N… 2SA…. 2SB….. 2SC…
veya AC… BD… BUX…. BUW… MJ…. ile başlayan isimler alırlar.

Son zamanlarda transistörlarin çeşidi ve sayısı arttığı için bir katalog kullanmak zorunludur.

2N3055 2SA1122 2SB791 2SC1395 AC128 BD135 BUX80 BUW44 MJ3001 gibi….

A ile başlayan transistörler Germanyum. B ile başlayan transistörler Silisyum dur, keza diyotlar için de bu geçerlidir, ikinci harfin anlamları şöyledir:

A : Diyot
C : Alçak frekans transistörü
D : Güç transistörü dür.
F : Yüksek frekans transistörü
Y : Güç Diyodu
Z : Zener Diyot
AC128, BC108, AF139, BF439, AD165, BD135, AA139, BY101 gibi.

Aynı kılıf içinde çift transistör varsa buna Darlington transistör adı verilir MJ3042 gibi.
Bazı darlington transistörler kılıf içinde bir de diyot ihtiva ederler.

Bir P tipi transistör push-pull olarak kullanıldığında, karakteristikleri benzer olan bir N tipi transistörle beraber kullanılır, buna 'Complementary' tamamlayıcı transistör adı verilir. MJ 2955 ile 2N3055 gibi.
Piyasada bulunan transistörler plastik veya metal kılıf içindedirler.

En çok kullanılan kılıf şekilleri To-3 To-5 To- 12 To- 72 To- 92 To- 220'dir.