ana sayfaya dön
 
Yarıiletkenler ve Diyotlar
Bilgisayarlar günlük hayatımıza tamamen girdi ve her alanda bilgisayarlar olmadan önceki zamanları hatırlamak bile çok zor artık. Bilgisayar hepimizin bildiği gibi temelde elektronik bir cihaz ve bu cihaz, üzerinde yazılan programlarla her turlu işimizi kolaylaştıran vazgeçilmez bir hale geldi. Bizim bu köşede yapmak istediğimiz bilgisayar alanını meslek olarak seçecek bir kişinin bilmesi gereken temel kavramlardan başlayarak önce bilgisayarın donanımsal temellerini açıklamak ve daha sonra bu donanım üzerinde yazılacak ve kullanılacak programlarla birleştirmek.

Bilgisayarın içini açıp baktığımızda anakart, ekran kartı, ses kartı, fax-modem gibi kartları görürüz. Bunların üzerinde de en başta entegreler, dirençler, kondansatörler vb. değişik elektronik elemanlar bulunmaktadır. Ayrıca RAM'ler de entegreler şeklinde bulunmakta ve temel olarak transistör yani yarıiletken mantığını ve teknolojisini kullanmaktadır. İşte az önce sözünü ettiğim gibi bilgisayar alanını meslek olarak seçecek bir kişi teknik olarak bilgisayarın tüm donanımını oluşturan bu temel bilgileri öğrenerek işe başlamalı ve bunları üst üste inşa ederek teknik bakış açısını kazanmalıdır. Bu köşede temel yarıiletken yapısı ile bunun oluşturduğu diyot ve transistör kavramları üzerinde durarak yazılarıma başlayacağım. Daha sonra birbirini izleyen ve tamamlayan konularla yazılara devam edeceğim. Biraz uzun soluklu bir çalışma olacağını düşünüyorum ve bu yazıları izleyen bir okurun bilgisayar konusuna teknik olarak hakim olabilmesini hedefliyorum. Sizlerin de yazılar hakkındaki düşüncelerinizi iletmenizi ve etkileşim içerisinde bu yazıların hazırlanmasına ortak olmanızı dileyerek ilk haftaki konularımıza başlamak istiyorum.

Bir mikroişlemcinin temelini transistörlar oluşturur. Yeni bir işlemci piyasaya çıktığında onu tanıtan yazıların ve konuşmaların içerisinde kaç tane transistörden oluştuğu mutlaka belirtilir. Aynı şekilde bilgisayarın ve diğer kartların yapısında bulunan entegreler de transistörlerden oluşmaktadır. Teknolojik gelişmelerle bir transistör o kadar küçük boyutlarda elde edilerek bu entegrelerin içerisinde yer almaktadır ki ortalama bir mikroişlemcide milyonlarca transistörden söz etmek mümkündür. İşte bu transistörlerin yapısını oluşturan yarıiletken mantığından kısaca bahsederek diyot ve transistörler hakkındaki bilgileri vermek istiyorum. Temelde bir diyot veya transistör oluşturabilmek için yarıiletken dediğimiz germanyum, silisyum selenyum gibi maddelerin P ve N tipi madde olarak elde edilmeleri gerekmektedir. Daha sonra bu P ve N tipi maddelerin uygun şekilde yan yana getirilmesiyle de diyot yada transistör elde edilebilmektedir. Burada örnek olarak germanyum ve silisyum üzerinde durmak istiyorum. Germanyum ve silisyumun son yörüngelerinde 4'er elektron bulundurmaktadır.

Bu yüzden de kararsız bir yapıya sahiptirler ve elektron almaya da vermeye de yatkındırlar. İşte bu durumdaki germanyum yada silisyum maddeleri uygun bir yabancı madde ile karıştırılırsa P ve N tipi maddeler elde edilebilir ki bu maddeler diyot ve transistörün temelini oluşturmaktadır. Örneğin germanyum maddesi arsenik maddesi ile uygun miktarlarda karıştırıldığında arseniğin son yörüngesinde bulunan 5 elektrondan 4'ü ayrı ayrı germanyumun 4 serbest elektronu ile bağ yapar ve arseniğin 1 serbest elektronu boşta kalır.



Kristal yapı içerisindeki bağ yapamayan bu elektron serbest bir şekilde hareket ederek elektriği iletir. İşte arsenik katılan germanyum kütlesi bu şekilde dışarı elektron verebilmesi dolayısıyla negatif yüklenmiş olur ve N tipi madde olarak adlandırılır. Aynı zamanda fazla elektron meydana geldiği için bu yapı verici(donor) olarak da ifade edilmektedir. P tipi madde de benzer şekilde germanyuma uygun bir madde eklenmesi ile oluşmaktadır. Örneğin son yörüngesinde 3 elektron bulunan indiyum germanyuma uygun miktarlarda katılırsa indiyumun son yörüngesindeki bu 3 elektron germanyumun 4 elektronundan 3 tanesi ile ayrı ayrı bağ yapar ve germanyumun 1 elektronu boşta kalır. Germanyumun bir elektronu bağ yapma ihtiyacı göstereceğinden bu kristal yapı elektriksel dengeyi sağlayabilmek için elektrona ihtiyaç duyar.

Dışarıdan elektron almak isteyen 1 elektrona sahip bu kristal yapıya oyuk adı verilir. Dışarıdan elektron gereksinmesi olan bu kütle pozitif yüklenmiş olacağından P tipi madde olarak adlandırılır. Aynı zamanda elektron alma ihtiyacı içinde olduğundan bu yapı alıcı(acceptor) olarak da ifade edilir. İşte bu P ve N maddeleri yukarıda bir kaç kez sözünü ettiğim gibi diyot ve transistörün temelini oluşturur. Şimdi sıra bu iki maddeyi birleştirerek PN birleşmeli bir diyot elde etmeye geldi.

Resim-4'te gösterildiği şekilde P ve N tipi maddeler yan yana getirilip birleştirildiğinde diyot yapısı elde edilmiş olur. Bu yapıda ilk anda N ve P maddeleri içerisindeki serbest elektronlar ve oyuklardan birleşme yüzeyine yakın olanlar hareketlenerek birleşmeye başlarlar. Bunların birleşmesi ile iki madde arasındaki birleşme yüzeyi çevresinde gerilim setti adı verilen ve adından da anlaşılacağı gibi gerilim geçişine engel olan bir set oluşur. Bu durum gerçekleşirken aynı zamanda P tipi maddedeki negatif yükler N tipi maddedeki elektronları kendi bulundukları bölgede birleşme yüzeyinden dışa doğru iter, çünkü aynı tipteki yükler birbirini iterler. Benzer şekilde N tipi maddedeki pozitif yükler de P tipi maddedeki oyukları kendi bulundukları bölgede yine birleşme yüzeyinden dışa doğru iter. Böylece birleşme yüzeyinde bir gerilim setti oluşmuş olur ve oyuklar ile serbest elektronlar dış yüzeylerde toplanır. P ve N maddelerinin dış yüzeylerine birer elektrot bağlanıp da diyot olarak kullanılmaları söz konusu olduğu zaman P maddesinin ucu (+) kutup yani anot, N maddesinin ucu da (-) kutup yani katod olarak adlandırılır. Buraya kadar anlatılanlar Resim-4'te bir arada gösterilmiştir. İşte elektronik devrelerde yaygın olarak kullanılan diyot elemanının yapısı bu şekilde oluşturulmakta. Bu elemanın nasıl çalıştığını da anlatarak yazıya devam etmek istiyorum. Diyot, yapısını anlatırken de dile getirdiğim gibi + ve - olarak iki bacağa sahip bir elektronik elemandır. 

Bir devrede diyotun doğru ve ters polarizasyonu yani bağlanması söz konusu olabilir. Normalde diyot hiçbir gerilim kaynağına veya devreye bağlı değilken yukarıda anlattığım gibi oluşan gerilim setti dolayısıyla yalıtkan yani akım geçirmeyen bir durumdadır. Eğer diyot doğru polarma ile gerilim kaynağına bağlanırsa yani diyotun + (anot) ucu gerilim kaynağının + ucuna ve diyotun - (katot) ucu da gerilim kaynağının - ucuna bağlanırsa diyot iletime geçer yani üzerinden akım geçirmeye başlar. Bunun tersine diyot ters polarmalandırılırsa yani anoduna gerilim kaynağının - ucu ve katoduna gerilim kaynağının + ucu bağlanırsa diyot ters bağlı olarak yalıtkan olarak kalır ve üzerinden akım geçirmez. Açıkladığımız çalışma biçimiyle diyot bir anahtar gibi davranır. Doğru yöndeki bağlantıda akım geçirir ve kapalı anahtar görevi görürken ters bağlantıda akım geçirmez ve açık anahtar görevi görür. Bu durum Resim-6'da gösterilmektedir. Diyotlar belli gerilim değerleri altında çalışabilirler ve bu değerler aşıldığında diyot yanar. Yani doğru polarmada da ters polarmada da diyotun dayanabileceği maksimum değerler vardır ve bunlar aşıldığında diyor bozulur.

Diyotlar değişik tiplerde imal edilirler ve değişik görevler yerine getirirler. Şimdi de bazı diyot tiplerinden bahsederek bu ayki yazıyı tamamlayalım. 1N serisi olarak adlandırılabilecek olan diyotlar değişik gerilim değerleri için farklı sayısal değerler alarak ifade edilirler. Örneğin 1N4001, 1N4007, 1N4148 vb. Daha çok doğrultucu ve anahtarlama amaçlı kullanılırlar.

İkinci tip diyot olarak Zener Diyot sayılabilir. Zener diyot şimdiye kadar sözünü ettiğim standart diyotların ters delinme gerilimi esasıyla çalışır. Regüle devrelerinde çıkış gerilimini sabit tutmak amacıyla kullanılırlar. Zener diyotlar çalıştıkları gerilim değerlerine göre adlandırılırlar ve adlandırıldıkları gerilim değerlerinde gerilimi sabitlerler. Üçüncü olarak LED diyotlar sayılabilir. Bunlar da ışık yayan diyot dediğimiz ve elektronik devrelerde ve dijital sistemlerde gösterge olarak kullanılan diyotlardır. Doğru polarma altında ışık yayarlar. Rengine göre ışık verme gerilimleri değişir. Genel olarak kırmızı LED 1,5V'ta, sarı LED 1,8V'ta, yeşil LED ise 2,2V'ta ışık vermeye başlar. Diyotlar tipine göre farklı semboller ile gösterilirler.

Önümüzdeki ay P ve N tipi maddelerle bir transistörün nasıl oluşturulduğu üzerinde durarak transistör hakkında bilgiler vermeyi düşünüyorum. Yazılar ve konularla ilgili görüşlerinizi bekliyorum. Görüşmek dileğiyle esen kalın.


MAHİR TONGA

mahirtonga@yahoo.com

ana sayfaya dön