ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ

Transkript

1 ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ELEKTRONİK-I LABORATUVARI DENEY 1: YARIİLETKEN DİYOT Yrd.Doç.Dr. Engin Ufuk ERGÜL Arş.Gör. Ayşe AYDIN YURDUSEV Arş.Gör. Alişan AYVAZ Arş.Gör. Birsen BOYLU AYVAZ ÖĞRENCİ ADI SOYADI : NUMARA : Ön Çalışma : Deney Başarısı : Deney Raporu : TOPLAM : 1

2 i. ÖN ÇALIŞMA (%30) 1. Diyotun nerelerde kullanıldığını araştırınız (Niçin elektronikte diyot kullanıyoruz?). Bu konuya ilişkin üç örnek veriniz. 2. Yarıiletken nedir? 3. En yaygın bilinen 2 yarıiletken elementin adını yazınız. 4. Bunlarından birini seçerek, bu maddenin nasıl P ve N tipi yarıiletken olduğunu açıklayınız. 5. Aşağıdaki değerler için Silisyum bir diyotu 27 de ve I s=1,73 na olarak I D değerlerini bulunuz: (DENKLEM 1 VEYA DENKLEM 2 Yİ KULLANABİLİRSİNİZ) 0,45 0,52 0,55 0,58 0,6 0,61 0,62 0,63 0,64 0,65 0,68 0,7 I D 6. Benzetim programında (Multisim) şekil 5 teki devreyi kurunuz ve (aşağıdaki) tablo 1 i doldurunuz. E (v) 0 0,5 0,75 1 1,5 2 2,5 3 3, V R (v) I D (ma) 7. Tablo 1 e göre (aşağıdaki) şekil 6 daki eğriyi tamamlayınız. I D V D 2

3 8. Benzetim programında (Multisim) şekil 5 teki devreyi kurunuz, güç kaynağının yönünü çeviriniz ve (aşağıdaki) tablo 2 yi doldurunuz. E (v) V R (mv) I D (µa) 9. Tablo 2 e göre (aşağıdaki) şekil 7 daki eğriyi tamamlayınız. I D V D KURALLAR: Cevapları olduğunca basit, anlaşılabilir tutunuz. Örneğin, iletken nedir sorusuna iletken elektrik akımını geçiren maddelerdir. Ör: Bakır, demir cevabı yeterlidir. Cevapları tamamıyla kendi çalışmanız olarak yapınız grup çalışması kabul edilmez. İki ya da daha fazla öğrencinin çalışması aynıysa kabul edilmez. Deneye gelmeden önce çalışma yapılmış ve tamamlanmış olmalıdır, aksi halde deneye katılmanıza izin verilmez ve deney notu sıfır olarak verilir. Cevapları çizgisiz bir A4 kâğıdına mavi/siyah tükenmez kalemle yapınız ve her sayfanın sol üst köşesine isim soy isim, öğrenci numarası ve Elektronik 1 Deney 1 olarak açıklama yazınız. 3

4 ii. DENEY PUANLAMASI (%40) Devre kurumu düzen %10 Teknik bilgi %10 Ölçüm Sonuçları %15 Çalışmanı düzeni %5 iii. DENEY RAPORU (%30) 1. Deney tahtası üzerine kurduğunuz devre için aşağıdaki değerleri not ediniz. E (v) 0 0,5 0,75 1 1,5 2 2,5 3 3, V R (v) I D (ma) 2. yukarıdaki tabloya göre yandaki grafiği çiziniz. 3. Deney sonuçlarına göre tablo 1 şekil 6 daki grafik ile deney sonrası çizdiğiniz grafik arasında fark var mıdır? Varsa nedenlerini tartışınız. 4. Deney tahtası üzerinde niçin terspolarma deneyi yapılmamıştır? Açıklayınız? I V 4

5 5 ELEKTRONİK LAB. I DİYOTUN KARAKTERİSTİĞİ

6 DENEY 1: YARIİLETKEN DİYOT KARAKTERİSTİĞİ I. ÖNBİLGİ Yarı İletken Yarı iletken malzemeler, P (pozitif) veya N (negatif) tip yarıiletken olarak ikiye ayrılırlar. P tip yarıiletkende pozitif yük mevcuttur. Malzeme içindeki elektronlar (negatif yüklü) ve delikler (pozitif yüklü) eşleştiğinde boşlukta serbest olarak dolaşan delikler vardır çünkü delik sayısı elektrondan oldukça fazladır, buna çoğunluk yük taşıyıcısı denir. Bu da malzemeye (+) yük katar. Tam tersi şekilde N tip malzemede çoğunluk yük taşıyıcısı elektronlardır. Elektronlardaki negatif yük sebebiyle malzeme de ( ) yükle yüklüdür. (Şekil 1) Yarıiletken Diyot P tip N tip ŞEKİL 1: P VE N TİP MATERYALLER. Yarıiletken diyotların temeli P ve N tipi madde ve aralarındaki elektron akışı oluşturur. P tipi maddede delikler, N tipi maddede elektronlar serbesttir. Bu iki malzeme arasında engel bulunmaktadır. Bu engeli bir miktar azınlık yük taşıyıcısı (çoğunluk olmayan yükler: P maddede (-) ler, N maddede (+) lar) geçebilir. Pozitif ve negatif yükler birbirini çeker. (+) YÜKLER BİRBİRİNİ İTER (-) YÜKLER BİRBİRİNİ İTER Bir miktar (-) yük P bölgesine ve bir miktar (+) yük N bölgesine geçer. 6

7 P bölgesindeki (-) yükler N bölgesindeki elektronları, N maddesindeki bölgesindeki (+) yükler ise P bölgesindeki delikleri iter. Böylece PN arasında bir potansiyel oluşmuş olur ve bu potansiyeli daha fazla (+) veya (-) yük geçemez. Bu potansiyele engelin yüksekliği denir, birimi Volt tur. İleri Polarma (Düz Besleme) Diyotun P ucuna bataryanın artı ucu bağlandığında bu bölgedeki delikler birleşim bölgesine doğru itilir. Benzer şekilde diyotun N ucu eksi uca bağlı olduğundan, buradaki elektronlar da birleşim bölgesine itilir. Böylece iki madde arasındaki potansiyel engel (engelin yüksekliği) azalır. Azalan potansiyel sebebiyle çoğunluk yük taşıyıcıları artık karşı tarafa geçebilir. İletim sağlanır. Geri Polarma (Ters Besleme) Diyotun P ucuna bataryanın - ucuna ve N ucu artı beslemeye bağlı olduğundan bu yükler birbirini çeker. Böylece yükler birleşim alanından uzaklaşır, engelin yüksekliği (aradaki potansiyel ) artar. Bu yüksek potansiyelden sadece belli miktarda azınlık yük taşıyıcısı geçebilir. Bir süre sonra bu alandan geçebilen azınlık yük taşıyıcısı sabitlenir, buna ters doyma akımı denir. Eğer aradaki potansiyel daha yükseltilirse diyot içerindeki PN madde yapıları bozulur. Buna kırılma denir. II. GEREKLİ MALZEMELER 1. 1 adet 1N4001 Diyot 2. 1kΩ direnç 3. Ayarlı güç kaynağı (DC 0v-10v) 4. Ölçü Aleti (kendi multimetrenizi getiriniz. Bir gruba 3 ölçüm aleti gerekli) III. DENEYİN YAPILIŞI VE SONUÇLARI Amaç: Diyodun çalışma prensibini ve karakteristik yapısını incelemek. Diyot: bir yönünde küçük direnç göstererek akım geçişine izin veren, diğer yönde yüksek direnç göstererek akım geçirmeyen (veya çok az akım geçiren) devre elemanlarına diyot denir. Şekil 1 de diyotun içyapısı, devre sembolü ve paketlenmesi gösterilmektedir. Diyodun devre eşdeğeri aşağıdaki gibidir. Silisyum diyotlar için 0,7 v ve germanyum diyotlar için 0,3v eşik gerilimi vardır. ŞEKİL2: YARIİLETKEN DİYOT 7

8 Multimetre ile Diyodun Sağlamlık Kontrolü: Diyodun sağlamlık kontrolü OHM kademesinde yapılır. Çünkü diyot bir yönde direnç göstermeden akım geçişine izin verirken, diğer yönde çok yüksek direnç göstererek akım geçişine müsaade etmez. Bu doğrultuda diyotun ohmmetrede bir yönde çok küçük direnç (sıfıra olabildiğince yakın), diğer yönde çok yüksek direnç (sonsuz olması istenir fakat genelde 4-5 MΩ gösterebilir) göstermesi gereklidir. Yarıiletken Diyodun Karakteristiği Diyodun artı ucuna Anot, eksi ucuna Katot denir. Akım geçişi ileri polarmada sağlanırken, ters polarmada sağlanmaz. ŞEKİL3: DMM İLE DİYOTUN SAĞLAMLIK KONTROLÜ I D (ma) İleri polarma bölgesi Kırılma noktası Sızıntı akımı İletime geçme gerilimi Ters polarma bölgesi I D (µa) ŞEKİL 4: DİYODUN AKIM-GERİLİM EĞRİSİ Diyodun akım-gerilim karakteristiği aşağıdaki formülle matematiksel olarak gösterilir. I D = I o (e qv D ktn 1) denklem 1 I D=diyot akımı I o=diyot ters yön doyma akımı I o = V R R eş R eş = R R DMM (DMM: Dijital multimetre) V D= diyot gerilimi k=boltzmann sabiti 1, ev q=elektron yükü 1, C ƞ=yarı iletken katsayı (genelde Ge:1 ve Si:2 olarak kabul edilir) T=sıcaklık (Kelvin cinsinden T k=t c+273 ) 8

9 Denklem 1 in V D türünden eşitliğini yazarsak: V D = ktn ln q (I D + 1) I o denklem 2 bulunur. Diyodun DC karakteristiği Yandaki şekilde gösterilen devreyi benzetim programında gerçekleştiriniz. Gerilim kaynağı E yi tabloda gösterilen değerlere getiriniz ve tabloyu doldurunuz. Tablodaki değerleri kullanarak akımgerilim eğrisini çiziniz. ŞEKİL5: DİYODUN DC KARAKTERİSTİĞİ E (v) 0 0,5 0,75 1 1,5 2 2,5 3 3, V R (v) I D (ma) TABLO 1: İLERİ POLARMA BENZETİM SONUÇLARI I D = V R R olduğunu gösteriniz. I D Formül ile deneyde bulduğunuz rakamları kullanarak ID=VR/R olduğunu kanıtlayınız. V D ŞEKİL 6: DİYOT DÜZ POLARMA V-I EĞRİSİ 9

10 Devrede güç kaynağının yönünü ters çeviriniz ve işlem başmaklarını tekrarlayınız (birimlere dikkat ediniz). E (v) V R (mv) I D (µa) TABLO2: TERS POLARMA BENZETİM SONUÇLARI I D V D ŞEKİL 7:DİYOT TERS POLARMA V-I EĞRİSİ İleri polarma devresini breadboard üzerine kurunuz. Gerilim kaynağını kademeli olarak aşağıdaki tabloya göre artırınız ve tüm işlemleri benzetim programındaki gibi tekrarlayınız (tek bir multimetreyi sırasıyla direnç gerilimini ve diyot gerilimini ve sonrasında devreden geçen akımı ölçmek için kullanabilirsiniz). E (v) 0 0,5 0,75 1 1,5 2 2,5 3 3,

11 V R (v) I D (ma) TABLO 3: UYGULAMA DENEY SONUÇLARI I V ŞEKİL 8: DİYOT DÜZ POLARMA V-I EĞRİSİ-UYGULAMA 11