ÖZEL YARI İLETKEN
ELEMANLAR VE
UYGULAMALARI – 1:
Bildiğimiz PN bağlantılı olup da transistör yada diyot
karakteristiği
gibi özellik göstermeyen pek çok yarı iletken
eleman vardır.
ZENER diyodu buna örnek olarak verebiliriz.
Yazınızı bu serisinde
bu özel tip elemanları özet olarak
inceleyip basit bazı örnekler vereceğim.
TUNNEL (Tünel) diyot.
Tünel diyot, alçak güçlü bir PN bağlantısıdır. P ve N yarı
iletken
kısımları içinde oldukça fazla ve özel katkı maddeleri
vardır.
Katkı atomlarının çok fazla olaması nedeniyle çok ince
olan
DEPLETION (yayılım) bölgesinde çok sayıda taşıyıcıya
sahiptir.
Bunun sonucu olarak sıfır volttan çok az DOĞRU yada
TERS
polarma uygulandığında N bölgesindeki atomların valans
bandında
bulunan elektronlar çok ince olan DEPLETION bölgesini
geçerek
P bölgesindeki CONDUCTION (iletim) bandına
geçerler.
Bu tür akım mekanizması TUNNELING olarak
adlandırılır.
Tunnneling olayı Düz bayas altında yarı iletkenin
tipine bağlı
olarak birkaç milivolt ile birkaç yüz milivolt
arasında oluşur.
Aşağıdaki şekilde tipik bir germanyum
tünel diyodun V-I
karakteristiği görülmektedir.
Şekilde de görüldüğü gibi diyot ters bayaslandığı zaman diyodun
özelliğinden dolayı hemen iletime geçmektedir.
Düz bayas
konumunda da diyot derhal iletime geçmektedir.
Diyot üzerindeki
voltaj Vp değerine doğru yükseltiğinde,
üzerinden geçen akımda
Ip değerine doğru yükselir. Bu sıralarda
diyodun iç direnci yaklaşık
sabittir. Diyot üzerindeki voltaj Vp
değerine eriştiğinde
üzerinden geçen akım da Ip değerine erişir.
Bu değere PEAK POINT
yada TEPE NOKTASI adı verilir.
Fakat diyot üzerindeki DÜZ
polarma Vp noktasını geçtiği zaman
diyottan akan Ip akımı
azalmaya başlar. Yani diyonun iç direnci
artmaya başlar. Bu
durum diyot üzerindeki voltaj Vv değerine
erişinceye kadar devam
eder. Diyot üzerinden geçen akımın
MINIMUM değere ulaştığı yere
VALLEY POINT adı verilir.
Diyot üzerindeki vojtaj Vv değerinin
üzerine çıkarılmaya
başlandığında, üzerinden geçen akım yeniden
yükselemeye
başlar, yani diyot normal bir diyot gibi çalışmaya
başlar.
TEPE NOKTASI ile MINIMUM arasındaki bölgede düz bayasın
arttırılmasına karşın, diyot akımının azaldığı için bu bölge
NEGATİF DİRENÇ etkisi göstermektedir.
Kısa bir özet yapacak
olursak; Tünel diyot, küçük DÜZ bayaslar
altında NEGATİF DİRENÇ
etkisi göstermektedir.
Kullanım alanları; VHF ve UHF
devrelerinde yükselteç, osilatör
ve pals üretiçisi olarak
kullanılabilir. Ayrıca Mantık ve Zamanlama
devrelerinde de
yüksek süratli anahtar olarak kullanılabilir.
Örnek:
Tünel Diyotlu Osilatör.
Aşağıdaki şekilde 100KHz civarında salınım
yapan bir osilatör
görülmektedir.
Devrederi R1 ve R2 dirençleri Tünel diyodun Q çalışma noktasını
negatif direnç bölgesinin oratsına gelecek şekilde bayaslarlar.
Devrenin çıkışındaki sinyalin genliği yaklaşık olarak Vp ve Vv
değerleri arasındadır. Çıkış frekansını devredeki LC paralel
rezonans devresi belirlemektedir.
Devre ile ilgili formüller;
C + (C1/( 1-RT x gd )) = 1 / L w2
Burada
RT = ( R1 x R2 ) / ( R1 + R2 ) + Rs + Rdc (bobin
direnci)
gd = Tünel diyodun negatif transkondüktansı
Rs = Tünel
diyodun toplam seri direnci
w2 = 2 x pi x f (frekans)
C1 = gd x ( 1 – RT x gd) / ( RT x w2)
Yukardaki devrenin 100KHz de çaışması için örnek değerler;
VDD= 6V,
R1= 51ohm, R2= 25Kohm (ayarlı), C1= 680pf,
C= 660pf ve L= 16mH
VARICAP yada VARAKTOR diyot:
PN birleşim konusunu anlatırken, ters polarmalanmış bir PN
birleşiminin arasında kalan DEPLETION (yayılım) bölgesinin
değiştiğini anlatmıştım. PN birleşim üzerindeki ters polarma
ARTTIRILDIĞINDA bu bölge büyüyecek yani PN birleşimin
KAPASİTESİ AZALACAK, ters polarma AZALTILDIĞINDA
ise
KAPASİTE ÇOĞALACAKTIR. Burada bir kondansatörün iki
iletken
plakasını P ve N maddeler, yalıtkan kısmını ise PN bielşim
arasındaki
depletion bölgesi oluşturmaktadır. Bu nedenle her türlü
PN
birleşim (diyot, transistör vs) ters polarma altında bir
kapasitans yaratır.
Aşağıdaki şekilde bir normal silisyum diyot ile VARICAP olarak
yapılmış bir diyodun ters polarma altındaki kapasitip
özellikleri
görülmektedir.
Varicap diyotlar düşük güçlü rezonanas devrelerinde, özellikle
alıcılarda LW den UHF ye kadar değişken kondansatör olarak
kullanılmaktadır. Ayrıca düşük seri dirence ve keskin bir
non-linear
kapasitans özelliği gösterdiği için frekans çarpıcı
olarak da sıkça
kullanılır.
Örnekler:
Varicap diyotlu osilatör.
Yukardaki devrenin VT voltajı değiştirildikçe varicap diyotlar
ve L bobini tarafından belirlenen osilasyon frekansı da değişir.
Osilatörün kararlı çalışması için VT gerilimi iyi regüle
edilmeli
ve şebeke gürültüsünden C kondansatörü yardımı ile
arındırılmalıdır.
Osilatör frekansının çok kararlı olması
isteniyorsa özellikle VT
varicap gerilimi zamanla değerini
değiştirmeyecek ve ısı ile
değerini değiştirmeyecek şekilde
olmalıdır. Varicap diyotlar
bütün alıcı ve verici devrelerde
yaygın olarak kullanılmaktadır.
Özellikle PLL li osilatör
devrelerinde tercih edilmektedir.
Ayrıca normal değişken
kondansatörlere göre son derece
az yer kapladıkları için tercih
edilmektedir.
Varikap diyotlu frekans çarpıcı.
L1 C1 rezonans devresi bir seri rezonans devresi olup bu
devrede sadece rezonans frekansındaki giriş sinyalinin
varicap kondansatöre ulaşmasını sağlar. Başka frekanstaki
giriş sinyallerinin devreye girmesine engel olur. Varicap
diyot üzerine gelen f değerindeki giriş sinyalinin
harmoniklerini
üretir. Bu harmonikler içinde ana frakan olan f
frekansı ile bu
frekansın katları bulunmaktadır. L2 C2 devresi
bu harmoniklerden
sadece ana frekansın 2 katı değerde olanını
geçirmek üzere
tasarlanmıştır. Devrenin çıkışında giriş frekansının 2
katı değerinde
sinüs sinyali elde edilir.
Önümüzdeki ay görüşmek üzere..