Diyotlar

Yenilenebilir enerjide güneş panellerini ve tasarrufun da olmazsa olmazları olan LED’leri daha iyi kavrayabilmek amacıyla işe biraz temelden gireceğiz. Diyotlardan. Elektrik ve Elektronikte hemen hemen her yerde, her devrede çeşitli amaçlar doğrultusunda kullanılan diyotlar mevcuttur. Diyotların kullanım alanları arasında elektrikte redresör (doğrultucu) , elektronikte ise doğrultucu,anahtar,dedektör,modülatör, limitör v.b. bulunur.
 Diyotların yapısı
İdeal diyot iki uca sahip bir elemandır.Bir p-n jonksiyonudurlar, bir yönde akım geçirirler ve alternatif akımı(AC) doğru akıma(DC) çevirirler.

Akımı geçirdikleri yönün direnci çok küçük,akımı kestikleri(geçirmedikeleri) yönün direnci de çok büyüktür. Diyodun akımı geçirdiği yöne “doğru yön” veya “iletim yönü”,  akımı kestiği yöne de “ters yön” veya “tıkama yönü” denir. Diyot sembolü yandaki resimden de görüldüğü gibi akımın geçiş yönünü gösteren bir ok şeklindedir.
Diyodun uçları pozitif (+) ve negatif (-) işaretleri ile de belirlenir. “+” uca anot, “-” uca katot denir. Diyodun + ucuna(anoduna), gerilim kaynağının pozitif(+) kutbu, – ucuna(katoduna) gerilim kaynağının negatif(-) kutbu gelecek şekilde gerilim uygulandığında diyot iletime geçer.
Diyotların Gruplandırılması
Diyotlar genel itibariyle 3 ana gruba ayrılır.Bunlar,

• Lamba diyotlar
• Yarı iletken diyotlar
• Metal diyotlardır.

 Lamba diyotlar: Bu tür diyotlar artık kullanım alanı bulamamaktadır.
Yarı iletken diyotlar: Yarı iletken diyotlar, p ve n tipi germanyum veya silisyumun bazı işlemler sonucu oluşturulan jonksiyonuna verilen addır. Elektrik ve elektronikte çok sık kullanılmaktadır.
Metal diyotlar: Bakır oksit (CuO) ve selenyumlu diyotlar bu gruba girmektedirler.
Bakır oksitli diyotlar ölçü aletleri ve telekominikasyon devreleri gibi küçük gerilim ve küçük güçle çalışan devrelerde, selenyum diyotlar ise birkaç kilowatt ‘a kadar çıkan güçlü devrelerde kullanılır

Diyotların kullanıldıkları devrenin karakteristiğini yansıtması istenir ve bu yüzden diyotlar yapım tekniğine, yapısındaki malzeme türüne ve kullanım alanlarına uygun olarak çeşitli şekillerde üretilmektedirler.

Diyotlar yapım tekniğine bağlı olarak ;

• Nokta temaslı diyotlar
• Yüzey birleşmeli(p-n jonksiyonlu) diyotlar olmak üzere iki gruba ayrılır.

Diyotlar yapımında kullanılan malzemeye göre

• Germenyum(Ge) diyotlar,
• Silisyum(Si) diyotlar olmak üzere iki gruba ayrılır.

Kullanım Alanlarına Göre Diyotların Çeşitleri ise,

• Kristal diyot
• Zener diyot
• Tünel diyot
• Işık Yayan Diyot (LED)
• Foto diyot(Güneş pili, güneş paneli bu grupta yer alır)
• Ayarlanabilir Kapasiteli Diyot (Varaktör – Varikap)
• Mikrodalga diyot
• Gunn diyot
• IMPATT diyot (Avalanş)
• Baritt (Schottky) Diyot
• Ani Toparlanmalı Diyot
• Pin Diyot şeklindedir.

Kullanım alanlarına göre diyotlardan zener diyotları, Işık yayan diyotları ve fotodiyotları ele alacağız.

Fotodiyotlar ve Güneş Paneli : Pn jonksiyonuna sahip optoelektronik elemanlardır. Fotodiyotların amacı ışık şiddetini elektriksel işarete çevirmektir. Çevirme işleminin etkinliği fotodiyotun karakteristiğine bağlıdır. Işığı algımada ve ışığın şiddetini ölçmede kullanılırlar. Fotodiyodun ışığa duyarlı olan ucuna ışık uygulanırsa fotonlar emilir ve serbest taşıyıcılar oluşur. Bu serbest taşıyıcılar bir elektrik akımı oluşturur.
Fotodiyotun duyarlı yüzeyine ışık düşmüyorsa fotodiyot üzerinden akan akım, ısıl yoldan üretilmiş olan azınlık taşıyıcıların akıttığı akımdır, bu akıma Karanlık akımı denir. Fotodiyot prensipte bir akım kaynağıdır ve yeterli ışık aldığında akım oluşturmaya başlar. Fotodiyot bir gerilim kaynağı (fotovoltaik) ve ya bir akım kaynağı olarak kullanılabilir.

Zener Diyotlar : Voltajın sabitlenmesine yarayan bir diottur. Devreye ters polarize edilir. Mesela 5,6V değerinde bir zenerin uçlarında(ters polarizasyon) 10 V’luk gerilim oluşursa 4,4 Voltu üzerinden geçirir. Uçlarından 5,6 V alınabilir. Zener diyotlar ayrıca gerilimin aşırı artmasını önleyici güvenlik sistemlerinde kontrol edici diyotlar olara kullanılır.

Işık Yayan Diyot (LED) : Işık yayan diyotlar, doğru yönde gerilim uygulandığı zaman ışıyan, diğer bir deyimle elektriksel enerjiyi ışık enerjisi haline dönüştüren özel katkı maddeli PN diyotlardır.

Bu diyotlara, aşağıda yazılmış olduğu gibi, İngilizce adındaki kelimelerin ilk harfleri bir araya getirilerek LED (Light Emitting Diode; Işık yayan diyot) veya SSL (Solid State Lamps; Katı hal lambası) denir.

Özellikleri

•     Çalışma gerilimi 1.5-2.5V arasındadır. (Kataloğunda belirtilmiştir.)
•     Çalışma akımı 10-20mA arasındadır. (Kataloğunda belirtilmiştir.)
•     Uzun ömürlüdür. (ortalama 100.000 – 200.000 saat)
•     Darbeye ve titreşime karşı dayanıklıdır.
•     Kullanılacağı yere göre çubuk şeklinde veya dairesel yapılabilir.
•     Çalışma zamanı çok kısadır. (nanosaniye)
•     Diğer diyotlara göre doğru yöndeki direnci çok daha küçüktür.
•     Işık yayan diyotların gövdeleri tamamen plastikten yapıldığı gibi, ışık çıkan kısmı optik mercek, diğer kısımları metal olarak ta yapılır.

Bir LED ‘in üretimi sırasında kullanılan değişik katkı maddesine göre verdiği ışığın rengi değişmektedir.

Katkı maddesinin cinsine göre şu ışıklar oluşur:

•     GaAs (Galliyum Arsenid): Kırmızı ötesi (görülmeyen ışık)
•     GaAsP (Galliyum Arsenid Fosfat): Kırmızıdan – yeşile kadar (görülür)
•     GaP (Galliyum Fosfat): Kırmızı (görülür)
•     GaP (Nitrojenli): Yeşil ve sarı (görülür)

Diyot kristali, iki parçalı yapıldığında uygulanacak gerilimin büyüklüğüne göre kırmızı, yeşil veya sarı renklerden birini vermektedir.

Işık yayan diyot ısındıkça, ışık yayma özelliği azalmaktadır. Bu hal etkinlik eğrisi olarak gösterilmiştir. Bazı hallerde fazla ısınmayı önlemek için bir soğutucu üzerine monte edilir.

Ayrıca LED ‘in aşırı ısınmasına yol açmamak için kataloğunda belirtilen akımı aşmamak gerekir. Bunun için gösterilmiş olduğu gibi devresine seri olarak bir R direnci konur. Bu direncin büyüklüğü LED ‘in dayanma gerilimi ile besleme kaynağı gerilimine göre hesaplanır.

Kirşof kanununa göre: 9=I*R+2 ‘dir. I=0.05A olup

R=9-2/0.05 = 7/0.05 = 140 Ohm olarak bulunur.

140 Ohm ‘luk standart direnç olmadığından en yakın standart üst direnci olan 150 Ohm ‘luk direnç kullanılır.

Referans : Wikipedia