Temel Elektronik

Arkadaşlar şimdi temel elektroniğe giriş yaparken öncelikle burada neler kullanılıyor bilmeliyiz. Elimizde bundan öncesine kadar hep iletkenler vardı, yalıtkanlar vardı. Şimdi işin bir orta yolunu bulacağız ve yarı iletkenleri göreceğiz.

Elektron dağılımında valans bandında ya da en son bandında 1-3 arası elektronu bulunanlara iletken diyoruz.
Aynı şekilde valans bandında 5-8 arası elektronu bulunanlara yalıtkan adını vermekteyiz. Peki geriye ne kalıyor dersek valans bandında 4 elektronu olan arkadaşlar. Bunlara yarı iletken adını vermekteyiz.

Çevremizde en çok gördüğümüz ve kullandığımız yarıiletkenlere örnek olarak verebileceğimiz 2 isim var ilki ucuz ve bol bulunması açısından silisyum, ikincisi ise germanyumdur.
Silisyum = Atom numarası : 14. 2,8,4 şeklinde ayırıyoruz ve son bandında 4 elektronu olduğunu görüyoruz.
Germanyum = Atom no: 32. Buna baktığınızda yine 4A elementi oluyor bu da.
Bunun dışında şu şekilde de yarı iletken oluşturulabiliyor. Misal elimizde 5A elementi var bir de 3A elementi var. Bu 2 sini yanyana getiriyoruz. toplamı 8A/2 = 4A düşüyor atom başına grup sayısı ya da buna benzer birşeyler oluyor. Kimya açısından sorgulamıyorum olayı kimyam iyi değil.
Buna örnek olarak GaAs dediğimiz GalyumArsenit bileşiğini örnek verebiliriz. Elektron dizilimi

Ga: 2, 8, 18, 3 oluyor.

Ar: 4s2 3d10 4p3 şeklinde atom dizilimi yapıyor ve 5A oluyor. Neyse siz kimyacılar bu dizilim işinden anlıyorsunuz.
Sonuç olarak bu şekilde yarı iletkenler denen şeyler var. Bu iletken yalıtkan yarıiletken arasındaki fark ne derseniz. Bizim şimdi son yörüngenin dışında iletkenlik bandı dediğimiz bir bant var. Yani bir elektronun gezinmesi için o banda atlayıp gezinmesi gerekli. Fakat son bantla, iletkenlik bandı arasında bir boşluk var. Bu boşluğu bir miktar enerji ile elektronlarımız. Boşluk iletkenlerde daha küçük ve daha kolay aşılıyor diğerlerinde daha zor yani mantıken öyle.

Arkadaşlar şimdi de bu adamlar 4 tane elektronu var dedik son yörüngelerinde kimyasal açıdan açtık mikroskopta baktık nasıl bağ yapmışlar acaba dedik. Karşımıza şu şekilde bağlar çıkacaktır.

Sonuçta 4A grubu böyle bağlar yapması lazım mantıken. Şimdi işin katkılama kısmına girelim. Ben bu
yarıiletkenlere yeni atomlar koyuyorum. 5A veya 3A elementi atomlar koyuyorum. Ama çok az belki milyonda bir oranda yani. Fakat bu onların 4A olup kararsız olup ne yapacaklarını bilmeme olaylarını bozuyor. 3A elementi koyarsam aralarında 3A’ya daha yakın bir 4A oluyorlar. 5A koyarsam da 5A’ya daha yakın bir 4A oluyorlar. Misal eğer ki benim 3A elementi koyduğumu düşünün. Bu 3A atomu bakacak diyecek ki kardeşim benim diğer atomlar gibi bağ yapmam lazım. Fakat onun bir elektronu yok bu yüzden 1 tane eksik bir elektronlu bağ yapacak. Elektron alma isteği olan bir yarı iletken doğuracak bize ki bu p tipi yarı iletkendir. Yani pozitif tip yarı iletken. Aynı şekilde ben bunu 5A grubu elementle katkılarsam bir elektronu fazla olup negatif tip yani n tipi yarı iletken oluşturacaktır.
Bunları şekil olarak görelim ki aklımızda canlansın.

P tipi ve N tipi yarı iletkenlerde yük taşıyıcı dediğimiz yapılar vardır. P’de görüldüğü üzere bir tane elektronsuz alan var oraya oyuk adı veriliyor. Oyuklar P tipinde yük taşıyıcıdır. N tipinde ise fazlalık elektronlar yük taşır. Yani yük taşıyıcı elektrondur. Bu yarı iletken maddeleri tek başına pek bir işe yaramaz fakat yeni yeni şeylerle birleştirilince bir işe yararlar.

En basit anlamda P ve N tipi yarı iletkenleri yanyana koyarak birleştirebiliriz.
PN yapısı oluşur. Bu PN yapısını biraz anlatalım. Şimdi düşünün elinizde + ve – var değil mi yanyana koydunuz ne olur. İlk yapacakları şey birbirine elektron aktarımı yapmaktır. Bu aktarımı yaparak nötr bir bölge oluştururlar. Bu nötr bölge oluştukça yolu tıkar ve diğer elektronların geçmesini engeller. Yani PN nin tam ortasında arada bir yerde arıtılmış bölge dediğimiz bir nötr bölge oluşur. Bu bölge kapı görevi görür ve açmak için belli bir potansiyel gerektirir. Eğer ki biz P ye ve N ye yardım sağlarsak bu kapı kolayca açılır ve elektrik akmaya devam eder. Yani biz buna bir kaynak bağlayacağız öyle bir kaynak ki bu kaynağın pozitif tarafı PN’nin P’sine negatif tarafı ise N’sine gelmelidir. Eğer böyle olursa yardımcı olmuş oluruz ve kapıyı küçük bir gerilim değeri vererek açabiliriz. Buna eşik gerilimi diyebilirsiniz. Fakat ters yönlü bir gerilim uygularsanız canınız sıkılabilir çünkü siz hali hazırda kapıyı açmaya çalışan P ve N ye köstek oluyorsunuz. Demek oluyor ki önce bu P ve N nin sağladığı enerjiyi yenmeniz lazım. Daha sonra kapıyı açmanız gerekli. Bu da demektir ki az öncekinden çok daha fazla enerji gerekecektir. Bu enerji kapıyı ters yönlü açtığından dolayı kapıyı da kırar. Buna Vbd yani V break down ya da çığdevrilme gerilimi diyebiliriz. Çünkü elektronlar çığ gibi birikir ve kapıyı kırarlar. Kapı açılmadığı sürece elektron akışı olmadığı kabul edilir. Aslında sızıntı akımı dediğimiz çoook küçük bir akım geçişi olduğu kabul edilir fakat bu belki nA seviyesinde olduğundan pek de umursanmaz.

Diyotlar
Arkadaşlar az önce PN diye bir şey icat etmiştik. Bunun adını şimdi koyuyoruz adı diyottur. Diyot dediğimiz şeyler PN yönünde bir okmuş gibi simgeyle gösterilir. Eğer PN yönünde bir gerilim verirseniz kapıyı kolayca açarsınız ve akış sağlarsınız. Tam tersi yönde ise kapıyı kolayca açamazsınız. Kapıyı kırmadan nazik nazik kullandığınızı farz edersek, bizim diyotlarımız tek yönlü iletim yaparlar. Yani ok yönünde iletirler. Diğer türlüsü mümkün değildir. Diyot yapımında genel olarak silisyum veyahut germanyum kullanılır. Bunun yanı sıra GaAs dediğimiz galyumarsenit vardır ama çok pahalı o kullanmıyoruz normal diyotlarda. Silisyum dediğimiz şeyin eşik gerilimi 0,7V ve germanyumun 0.3V ya da 0,4V olması gerekli tam emin değilim. Neyse işte eşik gerilimi olan güzel şeyler bunlar. Bunu bir grafik halinde gösterirsek;

http://www.sketchtoy.com/28056524

Bu şekilde çizebiliriz. Bu çizdiğimiz diyotun gerçek modelidir. Bunun yanı sıra idealleştirilmiş modeller vardır. Çünkü bu şekilde bir diyotlu devreyi çözmek zordur. Çünkü üstel bir denklem çıkartır ve analitik yollarla çözülemez sadece iterasyon yapılabilir. O yüzden basit elemanlarla değiştirilir.

http://www.sketchtoy.com/28057815

Bu grafiklerde gördüğünüz gibi 3 tane ana modelle gösterilir diyotlar. Bunlardan tabi ki en iyisi ortadaki modeldir. Devrede en yakın çözümü sağlar diyebiliriz. Fakat eğer minik güçler üzerinde çalışmıyor isek, eşik gerilimi sızıntı akımı vs. kavramlar ihmal edilebileceğinden ötürü ideal model de rahatlıkla kullanılabilir. Diyotların bir sürü çeşidi vardır. Fakat hani normal diyot, zener diyot ve led (light emitting diode) bilseniz şimdilik yeterli.

Normal diyot az önce anlattığımız diyottur. Peki bu tip bir işlev yani tek yönlü gerilim iletimi nasıl kullanılabilir? Şöyle kullanılabilir ki, evimizdeki eşyalar genel olarak doğru akımla çalışır. Fakat evimizdeki prizimize alternatif akım gelir. Bu akımın doğrultulması şarttır. Bu safhada doğrultucu olarak diyotları kullanmak akıllıca olabilir.
Misal olarak sinüs şeklinde bir gerilimi tek diyotla doğrultalım.

http://www.sketchtoy.com/28060077

Şekilleri incelediğiniz üzere alternatif akım kaynağımızdan çıkan sinüs şeklinde bir gerilimimiz var.
Vin = Vd + Vout şeklinde yazabiliriz.
Giriş geriliminin pozitif olduğu zamanlarda diyot akım geçişine izin vermiş ve üstünde gerilim tutmamıştır. Eşik gerilimini tutmuştur aslında ama Ve = 0 ideal diyot modeli kullanıyoruz.
Vd = 0 olmuştur. Yani pozitif zamanlar diyot kısa devredir.
Vin = Vout olup pozitif zamanalarda sinüs gibi bir gerilim var yükümüzün üstünde.
Fakat negatif zamanlarda, diyot akım geçişine izin vermemiştir. Akım geçişine izin vermediği için
Vout = I*Rout olduğundan I=0 ise; Vout = 0 olmuştur. Hal böyle olunca
Vin = Vd + Vout denklemimiz , Vin = Vd haline gelmiştir. Yani diyot üzerinde gerilim tutmuştur diyebiliriz. O yüzden bizden çıkış grafiği olarak ne istendiğine iyi bakın. Diyotun mu yoksa yükün mü grafiği olduğu önemlidir. Bu arada yük olarak R kullandık. RL ve RC yükleri de kullanılabilirdi ancak onlar çok yüksek seviyeli grafikler oluşturduğu için şimdilik değinmiyorum.

Peki şimdi gördüğünüz üzre doğru bir akım elde ettik. Her ne kadar size doğru akım gibi gözükmese de negatif bölgeye geçmediği için doğru akım kabul ediliyor. Hatta Vdc = Vm/pi şeklinde ortalama değeri hesaplanabilir. Fakat bazı zamanlar biz kaynağımızın gerilimini kullanmamışız. E öyle olmaması için bir devre tasarlayabilir miyiz? Evet tasarlarız buna da köprü diyot devresi diyebiliriz. Burada 4 tane diyot kullanırız ve tasarlarız buyrun tasarlayalım.

http://www.sketchtoy.com/28063014

Buyrun burada gördüğünüz üzre çok güzel bir köprü diyotlu devre tasarladık. İlk yaptığımız doğrultucuya “yarı dalga doğrultucu” ikinci yaptığımıza ise “tam dalga doğrultucu” diyoruz. Körpü diyot dışında başka nasıl tam doğrultucu yapabiliriz der iseniz orta noktalı trafo ile yapılabilir. Bu trafolar çift sargılı olup çift çıkış verirler. Onu da çizelim.

http://diyot.net/wp-content/uploads/2013/11/luuk0.png
Bunun grafikleri de az öncekiyle aynı olacağından çizmiyorum.

Zener Diyot
Arkadaşlar şimdiki konumuz ise zener diyotlar. Az önce dedik diyotumuz var güzel güzel kapısını açıp kapayıp çalışıyor peki zener diyot ne derseniz bu da kapısı kırık çalışan diyotlardır. Kapının kırılma gerilimi tam bir gerilimdir. Yani Vbd = Vz = 12V misal olarak. Bu diyota istediğiniz kadar gerilim verin bu diyotun üstündeki gerilim 12V olacaktır bundan sonra. Çünkü diyotun kapısı artık kırılmıştır. Eğer fazla bir gerilim verirseniz üzerinden akım geçirmek sureti ile sizin verdiğiniz gerilimi azaltacaktır ve yine Vz haline getirecektir. Ters yönde yani tam bu noktada çalışan diyotlarımıza zener diyot diyoruz. Zener diyot gerilim eğer Vz geriliminin üstüne çıkarsa aktif olur ve gerilimi o seviyede sabit tutar. Tabi ki ideal haliyle böyle yoksa yok öyle bir şey iyi bir gerilim verdiğin zaman yanar o diyot tabi. Fakat ideal olarak bakıyoruz şu an işe ve sabit tuttuğunu söylüyoruz. Örnek bir zener diyot devresi görmek istiyorsanız bu devre güzel bir devre olabilir.

diyot-net-z101

Burada Rs zenerin üzerinden geçen akımı sınırlamak ve onu yakmamak için konulmuştur.
Misal olarak bu devrede şöyle bir soru sorulsa dense ki Ro direnci 300 ohm olsun. Vz = 9V olsun Iz = 10mA olsun. Bu zener diyodun kullanma talimatlarımızdan aldığımız bilgidir. Iz verilir çünkü fazla akım diyotu yakar Iz = maksimum zener akımıdır.(Iz = Izmax olarak verilir) Bunun yerine Pz dediğimiz zener gücü de verilebilirdi ki Pz = Iz *Vz diyerekten Iz yi yine bulabilirdik. Resimde yazan IL yi umursamayın. Şimdi bize densin ki kaynak da 12V’ya bu devreyi tasarlıyoruz. Rs direnci alacağız dışarıdan fakat ne kadarlık bir Rs alacağımızı bilmiyoruz. Rs nin değer aralığını bulun dedi. Hadi bulalım.

Diyelim ki Rs nin bir minimum bir de maksimum değeri vardır. Maksimum değerini ne belirler diye soralım kendimize, bu sorunun cevabının zener diyodun açılması olduğunu göreceğiz. Eğer Rs çok fazla olursa gerilimin çoğunu üstüne alacaktır. Böylelikle zener diyot aktif olmayacak bile yani Ro yükümüze 9V den daha az gerilim gidecektir fakat bizim istediğimiz sabit bir gerilim götürmek.

O yüzden Vz çalışmalı. Yani Vz = 9V olmalı. Eğer öyle olursa tabi ki Vo da 9V olur. Vo 9V ise
Io = Vo/Ro = 9V/300 ohm = 30mA akım çeker. Vz ise daha yeni yeni 9V olduğundan hiç daha üzerine fazla gerilim gelmediğinden akım geçmez. Niye çeksin ki azaltmak istediği bir akım yok ortalıkta. Akım denklemimiz Is = Io +Iz olduğundan;
ve Iz = 0 bulunduğundan (çünkü hiç akım çekmiyor)
Is = 30mA olarak bulunur.
Vi = Vs + Vz olduğundan.
12 = Vs +9 ve Vs = 3V bulunur.
Vs = Is*Rs ve Rs = Vs/Is = 3V/30mA = 100 ohm olarak ortaya çıkar.
Yani Rs = maksimum 100 ohm olarak seçilebilir daha fazlası zeneri n kapanmasına yol açar.
Peki minimum bir değer için düşünürsek, tabi en başta dediğimiz gibi zaten Rs orada zenerin yanmaması için var. O yüzden zenerin bu sefer tam kapasite çalıştığını varsayacağız
Iz = Izmax = 10mA olarak verildi.
Vz = Vo = 9V biliyoruz.
Io = Vo /Ro = 9V/300 = 30mA olur.
Is = Io + Iz = 30mA +10mA = 40mA
Vi = Vs +Vz => Vs = 3V ve Is = 40mA
Rs = 3V/40mA = 75 ohm olarak karşımıza çıkar.
Yani 75 < Rs <100 aralığı bulunur ve elektrikçiye gittiğimizde bu aralıkta herhangi bir direnç seçebiliriz. Bu da zener diyotlu bir devrenin tasarımı için basit bir soruydu.

Arkadaşlar zener diyotu da öğrendiğimize göre basit bir adaptör devresi tasarlayabiliriz.

http://www.sketchtoy.com/28102040

Bu devreye baktığınızda. Öncelikle gitik bir tane transformatör ile gelen 220V yi 12V ye düşürdük. Daha sonra bunu diyot ile doğrulttuk. Sonra dalgalanmayı azaltmak için kondansatör kullandık. Bildiğiniz üzre kondansatör uçlarındaki gerilimi gücü yettiğince sabit tutmaya çalışan bir eleman idi. O yüzden bir nebze azalttı dalgalanmayı. En sonda da bir zener diyot ile gerilimi direk olarak sabit tuttuk. Üstteki dalgalanan kısmı attık diyebiliriz. Yükümüze yani neredeyse dümdüz bir doğru gerilim ulaştı. İlk başta da gördüğünüz sıfırdan gerilim seviyesine yükselme anına kararsız hal yani transiyent hal diyoruz. Bazen prize adaptörümüzü taktığımızda çat diye ses gelir, kıvılcım çıkar ya işte o an bu andır. Kondansatör bu anda dolmaya çalışıyor ve çok fazla akım çekiyor o yüzden çat ediyor.

Son olarak da ledler var ledlerimiz pek de önemli değil açıkçası. İçindeki maddelerden dolayı çeşitli renklerde ışık veren şeyler işte.
Diyotlar hakkında daha ayrıntılı bilgiler için;

http://www.electronics-…s.ws/diode/diode_1.html
http://www.yildiz.edu.t…akan/Analog/Analog1.pdf
Bağlantılarını okuyabilirsiniz.

YAZAR : Admin

Elektronik Mühendisi / E.Üni. Kalibrasyon Lab. Sorumlusu / Biyomedikal Kalibrasyon Laboratuvarı Sorumlu Müdürü (Sağ.Bak.) / X-Işınlı Görüntüleme Sistemleri Test Kontrol ve Kalibrasyon Uzmanı (Sağ.Bak.) / Ultrason-Doppler Sistemleri Test Kontrol ve Kalibrasyon Uzmanı (Sağ.Bak.) - Hatalı veya kaldırılmasını istediğiniz sayfaları diyot.net@gmail.com bildirin

BU YAZIYI DA İNCELEDİNİZ Mİ ?

Mikroişlemci

Mikroişlemci, bir bilgisayar sisteminde programların işletilmesinden sorumlu olan ve tüm bileşenleri merkezi şekilde kontrol eden …

Bir cevap yazın