DENEYİN AMACI ELEKTRONİK-I DERSİ LABORATUVARI DENEY 2: Zener ve LED Diyot Deneyleri Zener ve LED Diyotların karakteristiklerini anlamak. Zener ve LED Diyotların tiplerinin kendine özgü özelliklerini tanımak. Çeşitli ölçü aletleri yardımıyla Zener ve LED Diyotların karakteristiklerinin nasıl test edileceğini ve arızalı elemanların nasıl belirleneceğini öğrenmek. 1) ZD: Zener Diyot Zener diyot, gerilim düzenleyici (regülatör) diyot olarak da adlandırılır. Zener diyotun devre sembolü Şekil 2.1 de ve karakteristik eğrisi Şekil 2.2 de gösterilmiştir. Şekil 2.1 Şekil 2.2 Yarıiletkene uygulanan ters ön gerilim V Z değerine ulaştığında, akım oldukça hızlı bir şekilde artar (akımı sınırlamak için devreye direnç eklenmelidir), gerilim ise sabit kalır. Bu karakteristiğe sahip diyot Zener diyot olarak adlandırılır ve gerilimin sabit kalmasını sağlayan regülatör devrelerinde yaygın olarak kullanılır. V Z değeri, katkılama düzeyi değiştirilerek kontrol edilebilir. Katkılama düzeyi arttırılırsa, eklenen katkı maddesi artacak ve V Z değeri azalacaktır. Regüle gerilimi 3V ile birkaç yüz volt arasında bulunan ve 200 mw ile 100W arasında güç değerlerine sahip olan zener diyotlar mevcuttur. Şekil 2.2 den, zener diyodun ileri ön gerilim bölgesindeki davranışının, normal diyot ile aynı olduğu görülmektedir. Bununla birlikte, ters ön gerilim bölgesinde, ters ön gerilim değeri, kırılma geriliminin aşağısında (V BR ), zener gerilimine (V Z ) ulaştığında, diyottan akan ters yöne akımı oldukça hızlı bir şekilde artar. Bu akım I R ile gösterilir. 1
I Z, I Zmin den küçük olduğu zaman, karakteristik eğrinin eğimli kısmında çalışan diyot, gerilim regüle etmek için kullanılamaz. I Z, I Zmax tan daha büyük olursa diyot yanacağı için, zener diyoda seri olarak bir direnç bağlanmalı ve gerilim regülasyonunun gerçekleşmesi için I Z değerinin I Zmin ve I Zmax arasında olması sağlanmalıdır. Zener Diyotun Karakteristik Parametreleri şunlardır: (1) V Z : Zener gerilimi (regüle edilmiş gerilim) (2) P Zmax : Harcanan maksimum güç (3) I Zmin : Regülatör özelliğinin çalıştığı minimum zener akımı (4) I Zmax : Zenerin dayanabileceği maksimum akım Herhangi bir zener diyota ait parametreler, üretici kataloglarından edinilebilir. Eğer P Zmax ve V Z biliniyorsa, bu durumda I Zmax hesaplanabilir. P Zmax = V z I Zmax I Zmax = P Zmax V Z Temel Zener Diyot Devresi Şekil 2.3 de görülmektedir. Şekil 2.3 Temel zener diyot devresi 2) LED: Işık-Yayan Diyot LED, galyum arsenik fosfit yada galyum fosfitten yapılan bir tür PN jonksiyon diyotudur. İleri ön gerilimleme durumunda LED in elektron ve delikleri birleştiğinde, serbest elektronlar tarafından taşınan enerji, görülebilir ışık spektrumunda olan ışık enerjisine dönüştürülür. Eğer malzeme olarak silisyum veya germanyum kullanılırsa, enerji ısı enerjisine dönüştürülür, ancak görülebilir bir ışık üretilmez. Tipik olarak, LED lerin çalışma gerilimi 1.7V ~ 3.3V düzeylerindedir. Güç tüketimleri 10~50mW civarında olup, çalışma ömürleri 100 bin saati aşmaktadır. LED ler seçilen malzemeye bağlı olarak, kırmızı, beyaz, sarı, yeşil vs. ışık üretebilirler. 2
İletim yönünde minimum 1.5V luk gerilim uygulandığında, LED ler ışık yaymaya başlar. Akım arttıkça, LED in parlaklığı da artar. Bununla birlikte, akım 10mA i aştıktan sonra parlaklıkta önemli bir artış olmaz. Eğer LED in üzerinden sürekli yüksek akım akıtılırsa, LED yanar. LED in kırılma gerilimi çok küçük olduğu için, uygulanan ters gerilim 3V u aşmamalıdır. DENEYLERİN YAPILIŞI 2.1) Zener Diyotun V-I Karakteristik Eğrisinin Çizilmesi - I Deneyin Yapılışı (1) KL-23001 modülünü, KL-200 Lineer Devre Deney Düzeneğine yerleştirin ve a bloğunun konumunu belirleyin. (2) Şekil 2.4 deki devre ve Şekil 2.5(a) bağlantı diyagramı yardımıyla kısa-devre klipslerini yerleştirin (ileri ön gerilim). Voltmetre ve ampermetreyi bağlayın. (3) 12V u IN giriş uçlarına bağlayın ve VR2 (VR10K) potansiyometresini, zener diyotun uçları arasına, Tablo 2.1 de gösterildiği gibi, 0.1V ile 0.7V arasında gerilimler uygulayacak şekilde ayarlayın. Her gerilim değerine karşılık gelen I F ileri yön akımını ölçün ve Tablo 2.1 e kaydedin. (4) Şekil 2.4 deki devre ve Şekil 2.5(b) bağlantı diyagramı yardımıyla kısa-devre klipslerini yerleştirin (ters bağlantı). Voltmetre ve ampermetreyi bağlayın. (5) 12V u IN giriş uçlarına bağlayın ve VR2 (VR10K) potansiyometresini, zener diyotun uçları arasına, Tablo 2.2 de gösterildiği gibi, 0V ile 11V arasında ters gerilimler uygulayacak şekilde ayarlayın. Her gerilim değerine karşılık gelen I Z zener akımını ölçün ve Tablo 2.2 ye kaydedin. (6) Tablo 2.1 ve 2.2 deki değerleri, Şekil 2.6 daki koordinat düzlemine çizin. 3
Şekil 2.4 Şekil 2.5 Deney Sonucu: Tablo 2.1 Tablo 2.2 4
Şekil 2.6 2.2) Zener Diyotun V-I Karakteristik Eğrisinin Çizilmesi - II Deneyin Yapılışı: (1) Deney 2.1, Adım (1) ile aynı işlemleri gerçekleştirin. (2) Şekil 2.7 deki devre ve Şekil 2.8 deki bağlantı diyagramı yardımıyla kısa-devre klipslerini yerleştirin. (3) IN ucuna 1KHz, 18 V pp lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. (4) Osiloskobun CH2(Y) ve CH1(X) girişlerini sırasıyla TP1,TP2 ve TP3,TP2 uçları arasına bağlayın. TP1,TP2 dikey giriş ucu olarak ve TP3,TP2 yatay giriş ucu olarak kullanılır. TP2, ortak toprak noktasıdır. (5) Osiloskobu X-Y tetikleme moduna ve tetikleme sinyalini INT e ayarlayın. Osiloskoptaki grafiği gözleyin, Şekil 2.9 daki koordinat düzlemine kaydedin. Şekil 2.7 Şekil 2.8 5
Deney Sonucu: Şekil 2.9 2.3) LED Diyotun I F ile parlaklık arasındaki ilişkinin belirlenmesi Deneyin Yapılışı: (1) KL-23001 modülünü, KL-200 Lineer Devre Deney Düzeneğine yerleştirin ve e bloğunun konumunu belirleyin. (2) Şekil 2.10 daki devre ve Şekil 2.11 deki bağlantı diyagramı yardımıyla kısa-devre klipslerini yerleştirin. 12V güç kaynağı ile voltmetre ve ampermetreyi bağlayın. (3) VR10K yı maksimuma ayarlayın. Ampermetrede ölçülen I F ve voltmetrede ölçülen V F değerleri ile LED in parlaklığını Tablo 2.3 e kaydedin. (4) VR10K yı minimuma ayarlayın. Ampermetrede ölçülen I F ve voltmetrede ölçülen V F değerleri ile LED in parlaklığını Tablo 2.3 e kaydedin. Şekil 2.10 6
Şekil 2.11 Deney Sonucu: Tablo 2.3 2.4) Farklı LED tiplerinin I F değerlerinin karşılaştırılması Deneyin Yapılışı: (1) Deney 2.3, Adım (1) ile aynı işlemleri gerçekleştirin. (2) Şekil 2.12 deki devre ve Şekil 2.13 deki bağlantı diyagramı yardımıyla kısa-devre klipslerini yerleştirin. 12V güç kaynağını bağlayın. (3) Ampermetreyi bağlayın ve kırmızı LED in (genel tip) I F değerini ölçüp Tablo 2.4 e kaydedin. (4) 12V güç kaynağını kapatın. Şekil 2.12 deki devre ve Şekil 2.14 deki bağlantı diyagramı yardımıyla kısa-devre klipslerini yerleştirin (yüksek verimli LED bağlanmış olur). 12V güç kaynağını bağlayın. (5) Ampermetreyi bağlayın ve kırmızı LED in (yüksek-verimli tip) I F değerini ölçüp Tablo 2.4 e kaydedin. (6) 12V güç kaynağını kapatın. Şekil 2.12 deki devre ve Şekil 2.15 deki bağlantı diyagramı yardımıyla kısa-devre klipslerini yerleştirin (yeşil LED bağlanmış olur). 12V güç kaynağını bağlayın. (7) Ampermetreyi bağlayın ve yeşil LED in IF değerini ölçüp Tablo 2.4 e kaydedin. 7
Şekil 2.12 Şekil 2.13 Deney Sonucu: Tablo 2.4 8
Şekil 2.14 Şekil 2.15 9