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 bahsed
erek
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