Diyot Akım-Voltaj Karakteristiği

Aşağıda bir diyotun devre sembolü verilmiştir. Burada V_D diyot voltajını gösterirken, I_D diyot akımını göstermektedir. Şekildeki okun doğrultusu, diyotun düz beslenmesi durumundaki akımın yönünü göstermektedir. Üst terminal “anot” olarak adlandırılırken, alt terminal “katot” olarak adlandırılmaktadır. Bu adlar, “Vakum Boru Diyot”larından gelmektedir.

Şekil 1 Diyotun devre sembolü

Diyotun kuramsal akım-voltaj denklemi aşağıdaki gibi verilmektedir.

Burada i_D ve  v_{D ,}diyot akım ve voltajını gösterirken, I_R diyot ters satürasyon akımını vermektedir. Termal voltaj V_T aşağıdaki gibi verilmektedir

Burada k=1.3806503 × 10^-23 ‘e eşit olup, Boltzmann sabiti olarak adlandırılmaktadır. T sıcaklığın Kelvin cinsinden değeridir. q ise elektrik yük miktarını Kulon cinsinden vermektedir.

T = 290 K° için V_T=25mV

T = 300 K° için V_T=26mV

Olarak ölçülmüştür.

Diyot akım-voltaj değişimi aşağıda verilmiştir.

Şekil 2 Diyotun V-I karakteristiği 

Diyot düz beslendiğinde, diyot voltajı belirli bir eşik voltajı; V_o’dan sonra iletime geçerek bir iletken gibi davranır. Diyot ters beslendiğinde, voltaj ters olarak artsa bile, çok az bir ters saturasyon akımının (I_R) geçmesine izin verir. Ancak belirli bir geri besleme voltajından (V_z) sonra, diyotun yapısı bozulur (yanar) ve iletken hale gelir.

Diyotun ters beslenmesi durumunda aşağıdaki fiziksel olaylar meydana gelir:

Şekil 3 Ters Beslenmiş P-N Diyotu

•  Dış alan E_ext arttıkça, elektronların enerjisi de artacak ve ivmelenecektir. Dolayısıyla voltaj bariyerini geçen elektron sayısı da artacaktır.
• Sonuç olarak, I_R akımı da artacak (Çığ kırınımı).
• E_ext daha da arttıkça, yarı iletkenin kovalent bağlarını kıracak düzeye gelecek ve serbest yükler üretilecek (Zener kırınımı).
• Kırınım’dan geri dönülemez. Diyot, üzerinde oluşan ve içinde kullanılan aşırı ısı yüzünden zarar görmüştür. Diyot artık bozulmuştur (yanmıştır).

Örnek

Aşağıdaki devrede diyot voltajı V_d ve diyot akımı I_d‘yi bulunuz.

Şekil 4 Basit bir diyotlu devre

Çözüm

Verilen devre için “1” no’lu yolda “Kirchoff Voltaj Kanunu-KVK (yada Çevre Voltajları Kanunu-ÇVK)” uygulandığında;

–V_s + I_d ∙ R + V_d =0

denklemi elde edilir. Bu denklem kullanılarak diyot voltajı V_d  yalnız bırakıldığında

V_d =  V_s – I_d ∙ R

bulunur. Bu denklemin oluşturduğu doğruya “Yük çizgisi (Load Line)” denir.  Yük çizgisi ile diyot karakteristik çizgisinin kesişim noktası diyotun çalışma noktasını verecektir. Aşağıdaki grafikte de görüleceği üzere, bu noktanın karşılık geldiği (I_Q, V_Q) değerleri aradığımız diyotun çalışma noktasına karşılık gelen akım ve voltaj değerleridir.

Şekil 5 Diyot I-V karakteristiği ile Yük çizgisinin kesişmesi: Çalışma Noktası