DNY 1: DİYOT KARAKTRİSTİKLRİ 1.1. Deneyin Amacı Temel yarı iletken elemanlardan, diyot ve zener diyotun tanımlanması, test edilmesi ve bazı karakteristiklerinin incelenmesi. 1.2. Kullanılacak Aletler ve Malzemeler 1) 1N400X diyot 2) 1N47366.8V (1W) zener diyot 3) 100Ω, 1KΩ, 470KΩ dirençler ve bağlantı kabloları 4) DC güç kaynağı 5) Multimetre 1.3. Teorik Bilgiler 1.3.1. Diyot Şekil 1.1. Diyotun yapısı ve sembolü Diyot bir yönde akımı diğer yöne göre daha iyi ileten, yarı iletken bir malzemedir. Diyot uçları arasındaki potansiyel fark diyotun iletime geçip geçmeyeceğini belirler. ğer anot katoda göre daha pozitif ise, diyot akımı iletecektir ve bu durumda diyot doğru kutuplanmış demektir. ğer katot anoda göre pozitif ise diyot çok küçük bir sızıntı akımının geçmesine izin verecektir ve bu durumda diyot ters kutuplanmış demektir. Doğru kutuplamada, diyot üzerinde düşen gerilim Silikon diyot için yaklaşık 0,7 V tur. Bu eşik gerilimden daha düşük değerlerde, diyot sadece küçük bir akımın geçmesine izin verir. Bu eşik gerilimi diyot karakteristik eğrisi üzerinde büküm olarak adlandırılır. Çünkü bu bölgede diyot üzerinde düşen gerilimle diyottan geçen akım değişmektedir. Dolayısıyla diyotun direnci değişmektedir. Aşağıdaki formül diyotun AC veya dinamik direncini hesaplamak için kullanılır.
= Burada : Diyot üzerine düşen gerilimdeki değişim değişimdir. : Gerilim düşümündeki değişikliğe karşı oluşan diyot akımındaki Diyot eğrisi üzerinde herhangi bir noktadaki direnç, statik veya DC direnç olarak adlandırılır ve ohm kanunu kullanılarak hesaplanır. = Burada : Diyot üzerine düşen gerilim : Diyot üzerinden geçen akım Diyot üzerinden akan akım ve diyot üzerine düşen gerilim arasındaki ilişki Şekil 1.2. de görülmektedir. Şekil 1.2. Diyot karakteristiği
1.3.2. Zener Diyot ğer yarı iletken bir diyot üzerine uygulanan ters gerilim, diyot kırılma noktası adı verilen değere ulaşırsa, diyotun bu yönde akım geçirmesi oldukça zorlaşır. Fakat bu durum diyot için belirlenmiş güç kaybı değerine ulaşana dek, diyota zarar vermez. Diyotun kırılma geriliminin değeri, üretim aşamasında diyotun oluşturulacağı yarı iletken maddenin (Silisyum, Germanyum) katkı oranı ile ilgilidir. Sıradan diyotlardan farklı olarak zener diyotlar, daha fazla katkı oranına sahiptirler. Çünkü zener diyotlar üzerinde düşen gerilim üzerinden geçen akımın değişmesine rağmen sabit kalacak şekilde tasarlanmıştır. Bu özelliğinden dolayı zener diyotlar, sabit gerilimin gerekli olduğu voltaj regülatörü uygulamalarında kullanılır. Şekil 1.3. te tipik bir IV karakteristik eğrisi ve eğri üzerindeki VZ ile işaretlenmiş kırılma gerilimi görülmektedir. Sıradan diyotlar ile zener diyotun ileri yönde kutuplanmış bölgelerinin farklı olmadığına dikkat ediniz. Şekil 1.3. Zener diyot karakteristiği Şekil 1.3. teki gibi bir karakteristiğe sahip bir zener diyot, ideal olarak adlandırılır. Çünkü şekilden de anlaşıldığı gibi geri veya ters yönde kutuplanmış bölgedeki karakteristiği tamamen dik bir çizgidir. Bu durumda, kırılma bölgesinde diyot üzerinden geçen akım değişse bile VZ kesinlikle sabit kalacaktır. Diğer bir deyişle =0 olacaktır. Kırılma bölgesinde zener diyotun direnci aşağıdaki formül kullanılarak bulunabilir. =
1.4. Ön Hazırlık Soruları 1) Şekil 1.4. teki devrede = 5 V ise ve diyot üzerindeki gerilim düşümü 0,7 V olduğu varsayılırsa 1 kω direncinin üzerinden akan akımı bulunuz. 2) Şekil 1.4. teki devrede diyot nasıl gerilimlenmiştir? (Doğru, Ters) 3) Şekil 1.5. teki devrede = 25 V ise ve diyot üzerindeki gerilim düşümü 0,7 V olduğu varsayılırsa 470 kω direncinin üzerinden akan akımı bulunuz. 4) Şekil 1.5. teki devrede diyot nasıl gerilimlenmiştir? (Doğru, Ters) 5) Şekil 1.4. teki devreyi Proteus benzetim programında kurunuz. gerilimini adım adım yükselterek VD geriliminin değişimini gözlemleyin ve sonuçları yazınız. 6) Zener diyotun uygulanma alanları nelerdir? 7) Zener diyot ile diyot arasında ne gibi farklar vardır? 8) Şekil 1.7. deki devreyi Proteus benzetim programında kurunuz. gerilimini ayarlayarak VZ geriliminin değişimini gözlemleyin ve sonuçları yazınız. 9) Diyotların isimlendirilmeleri nasıl yapılır, araştırınız. 1.5. Deneyin Yapılışı 1.5.1. Diyot Karakteristiğinin lde dilmesi 1) Multimetre ile yandaki şekilde görüldüğü gibi diyotun sağlamlığını ölçünüz. ğer kullanacağınız diyotu şekildeki gibi ölçtüğünüzde sağlam ise 0,3 0,7 V arası bir değer, bozuk ise bu değerler haricinde bir değer göstermelidir.
2) Şekil 1.4. teki devreyi kurunuz, gerilim kaynağını, diyot uçlarındaki VD nin Tablo 1.1. deki değerleri için ayarlayınız ve tabloda doldurmanız istenen değerleri ölçerek doldurunuz. 3) Şekil 1.5. teki devreyi kurunuz, gerilim kaynağını, diyot uçlarındaki VD nin Tablo 1.2. deki değerleri için ayarlayınız ve tabloda doldurmanız istenen değerleri ölçerek doldurunuz. VR VR 1 KΩ 470 KΩ anot katot VD anot katot VD Şekil 1.4 Şekil 1.5 VD (Volt) (Volt) VR (Volt) = 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Tablo 1.1 VD (Volt) (Volt) VR (Volt) = 0 5 10 15 20 25 Tablo 1.2
1.5.2. Zener Diyot Karakteristiğinin lde dilmesi 1) Şekil 1.6. da verilen devreyi zener diyotun doğru kutuplanma karakteristiğini çıkarmak için kurunuz. 2) Uygulanan gerilimini, zener diyot üzerinde düşen gerilim değeri VZ nin Tablo 1.3. teki her bir değeri için ayarlayınız. Her bir VZ değeri için, direnç üzerine düşen gerilimi ölçünüz. Direnç üzerine düşen gerilim akımı hesaplamada kullanılacaktır. 3) Şekil 1.7. de verilen devreyi zener diyotun ters kutuplanma karakteristiğini çıkarmak için kurunuz. 4) Uygulanan gerilimini, Tablo 1.4. te yer alan zener diyotun üzerinden geçen akım değerlerini elde edecek şekilde ayarlayınız. Her bir IZ değeri için, zener diyot üzerinde düşen gerilimi ölçünüz. VR 1 KΩ VZ (Volt) VR (Volt) = VZ 0.1 0.3 0.5 Şekil 1.6 0.6 Tablo 1.3 Iz Vz (Volt) VR 50 µa A 100 µa 100 Ω Vz 1 ma 5 ma 10 ma 15 ma Şekil 1.7 20 ma 30 ma Tablo 1.4
1.6. Deney Sonuç Soruları 1) Tablo 1.1. de elde edilen sonuçlarla diyotun IDVD eğrisini çiziniz. Yatay eksene VD, dikey eksene ise ID akımını yerleştirin. 2) Tablo 1.1. de elde edilen sonuçlarla VD = 0.1V, VD = 0.2V ve VD = 0.6V değerleri için diyotun statik direncini bulunuz. 3) Tablo 1.2. de elde edilen sonuçlarla VD = 10 V değeri için diyotun statik direncini bulunuz. 4) Deney sonuçlarını ve iki gerilimleme arasındaki farkları yorumlayınız. 5) Tablo 1.3. ve 1.4. teki ölçüm sonuçlarından faydalanarak zener diyotun doğru kutuplanma karakteristiğini çiziniz. 6) IZ = 5 ma ve IZ = 30 ma arasındaki ters kırılma bölgesindeki ZZ zener diyotun empedansını hesaplayınız.