Diyot Nedir?

İlk diyotlar, modüle edilmiş bir radyo frekansı sinyalinden ses çıkarmak için kullanılan kedi bıyıklarıydı. Sonra aynı işlevi gören ancak çok daha kararlı olan diyot vakum tüpleri vardı. Bugün, her zaman silikon bazlı bir yarı iletken cihazdan bahsediyoruz. Bunlar elektronik dünyamızda ve ötesinde, basit çocuk oyuncaklarından Uluslararası Uzay İstasyonuna kadar çok yaygındır. Diyotlar, ayrı elektronik cihazlar veya bir entegre devrenin (IC) veya mikroçipin sayısız bileşen parçası olabilir.

İlk olarak, genel bir bakış olarak, diyotların nasıl kullanıldığını göreceğiz ve bunların nasıl test edileceği ve arıza nedenleri dahil olmak üzere bazı elektriksel özelliklerini tartışacağız. Ardından, diyotların atom altı düzeyde nasıl çalıştığına bir göz atacağız. Tabii ki, kapalı paketlerdeki bu küçük cihazlar açılıp tamir edilemez, ancak diyotların elektronik devrelerde nasıl çalıştığı hakkında fikir verdiği için iç işleyişini anlamak çok değerlidir ve ayrıca böyle bir anlayış, daha karmaşık yarı iletkenleri anlamak için zemin hazırlar. transistörler, MOSFET'ler ve IC'ler olarak.

Son olarak, diyotların elektrikli ekipman içinde oynadığı rolleri göreceğiz ve motor sürücülerinin, güç kaynaklarının ve kontrol panellerinin servisinde karşılaşılabilecek bazı sorun giderme tekniklerini ve arıza modlarını tartışacağız.

Çoğu diyot kolayca tanınır. Genellikle her iki ucunda birer tane olmak üzere iki ucu olan küçük boru şekilli parçalardır. Görünüm bir dirence benzer, ancak çoklu renk kodu bantları yerine, paketin üzerinde, akımı gösteren ve bu şekilde kabloları tanımlayan küçük bir diyot şeması göreceksiniz. Veya katodu gösteren tek bir bant olabilir. Yüksek güç seviyelerini idare etmesi amaçlanan daha büyük diyotlar, belirgin soğutma kanatçıklarına sahip ısı alıcılarına sahip olabilir.

Elektriksel olarak, bir diyotun davranışı çok basittir. Bir DC devresinde diyot bir yönde iletir ve diğer yönde iletmez. Su sistemindeki bir çek valfe benzer. Ancak, çek valf karşı basınca maruz kaldığında, su akışını engelleyen bir valf yuvasına karşı bir diyafram bastırılır. Diyot farklı şekilde çalışır. Göreceğimiz gibi, ters önyargı, yük taşıyıcıları bağlantı noktasından uzağa çeker, böylece yük taşıyıcıları olmayan mikroskobik bir tabaka elektrik akışını engeller.

Bir diyotu test etmek için multimetrenizi ohm fonksiyonuna ayarlayın ve probları uçlara dokundurun. Ardından, bağlantıyı tersine çevirin. Bir şekilde, direnç yüksek okuyacaktır; diğer şekilde diyot iyiyse düşük okuyacaktır. Bu test için kesin ohm değerleri genellikle ilgili değildir. Aradığımız şey, iki okuma arasında önemli bir farktır. Bir diyot arızalanırsa, genellikle açılır veya dahili olarak kısa devre yapar - olay felakettir. (Bu, kapasitansı kademeli olarak kaybedebilen bir kapasitörün aksinedir.) Ohmmetre testinin çalışmasını sağlayan şey, direnç ölçümlerini kolaylaştırmak için tasarlanan sayacın dahili güç kaynağının diyoda yaklaşık üç voltluk bir önyargı uygulamasıdır. Pozitif prob anoda bağlandığında ve negatif prob katoda bağlandığında diyot iletecektir. Bu bağlantılar ters çevrildiğinde diyot iletmeyecektir. Normalde, bu basit git, gitme testini gerçekleştirirken, lead'lerin polaritesi hakkında endişelenmenize gerek yoktur. Sadece iki bağlantı arasında çok farklı okumalar olup olmadığını tespit edin. Çoğu amaç için, bu diyotun durumunu ortaya çıkaracaktır. Neler olup bittiğini tam olarak anlamak için, çoğu sayaç üreticisinin kırmızının pozitif olması için problara enerji verdiğini anlamalısınız. Ancak bu her zaman böyle olmadığı için, iyi bilinen bir diyot kullanarak sayacınızı kontrol etmek ve sondaları buna göre etiketlemek isteyebilirsiniz.

Ohmmetre testi, küçük bir kuru hücre veya DC güç kaynağı ve miliammetre kullanılarak simüle edilebilir. Ancak, seri devrede akımı sınırlamak için her zaman bir LED, direnç veya başka bir yük eklemek, diyot ve miliammetrenin ağır akım tarafından anında tahrip olmaması için gereklidir.

Multimetreniz bir diyot kontrol işlevi içeriyorsa, direnç yerine bağlantı boyunca voltaj düşüşünü ölçtüğü için, ohmmetre işlevi yerine bunu kullanın; Sayacın güç kaynağı tarafından sağlanan önyargı. Diyot test fonksiyonunu kullanarak, her yönde birer tane olmak üzere iki ayrı okuma yapın. Ohm işlevi gibi, sayaç da diyotu saptırır. Problar diyota bağlı değilken ve birbirine değmiyorken ekrana bakarak bias miktarını bulabilirsiniz. Diyot ters kutuplandığında, bu miktar görüntülenecektir. Değer daha düşükse ters öngerilim kaçağı vardır ve önemliyse diyot değiştirilmelidir. İleri önyargı bağlantısında 0.6 voltluk bir düşüş olup olmadığına bakın.

Elbette, multimetreyi ohm veya diyot test modunda kullanan diyot testleri, ekipman kapalıyken yapılmalıdır. Bazı ohmmetreler, enerji verilmiş terminallere yanlışlıkla bağlanmaya karşı korumalıdır, ancak en iyi ihtimalle koruma kesin değildir. Birçok elektrikli ekipman türü, diyotların yakınında (elektriksel olarak) kapasitörler içerir. Dikkat gereklidir, çünkü kapasitörler kapatıldıktan ve güç kaynağıyla bağlantısı kesildikten uzun süre sonra elektrik yükünü korur. Bunun nedeni, kapasitörlerin, özellikle elektrolitiklerin, yapmaları gerekeni yapmalarıdır. Ayrıca, adından da anlaşılacağı gibi beklenmedik bir şekilde ortaya çıkabilen dağıtılmış kapasitans olgusu vardır. Elektrik çarpmasının yanı sıra ark parlaması yaralanması da mümkündür. TV resim tüpleri ve fotovoltaik sistemler bu açıdan özellikle tehlikeli olabilir.

Pek çok teknisyen, bu elektrik enerjisini izole edilmiş bir tornavida veya tel aracılığıyla toprağa aktarır, ancak kayması her zaman mümkündür. Ek olarak, yüksek voltaj sıçraması kapasitörün ince dielektrik katmanını delebilir ve yakındaki diyotları ve diğer yarı iletkenleri yok edebilir. Bir güç direnci veya başka bir uygun yük bağlamak daha iyidir. the source depolanan enerjinin ve makul bir oranda akmasına izin verin. Kauçuk kollu timsah klipsleri kullanın ve topraklanmış yüzeylerden uzak tutun. İlgili riskleri anlamadan ve bunları nasıl azaltacağınızı bilmiyorsanız, bu tür ekipmanlar üzerinde çalışmayın. Kanmayın. Bir dijital kamera bile, pil çıkarıldıktan çok sonra bile ölümcül voltajlar barındırabilir.

Bir diyot devrede test edilebilir mi yoksa çıkarılması mı gerekir? Cevap, vurgulu bir "bazen!" Bakmanız gereken, okumayı bozacak paralel bir akım yolu olup olmadığıdır. Bunu görsel olarak veya şemaya başvurarak belirlemek kolay olmalıdır. Şüpheniz varsa, bir ucu geçici olarak ayırın.

Bir diyotun dahili atom altı mekanizması basit ve anlaşılması kolaydır. Diğer yarı iletkenler gibi, günümüzde çoğu diyot, yeryüzünde en bol bulunan elementlerden biri olan ve kuvars ve yaygın sahil kumundaki ana bileşen olan silikondan yapılmıştır. Atom numarası 14 olan bir elementtir ve periyodik tabloda bor, karbon, azot, alüminyum, fosfor, galyum, germanyum ve arsenik ile çevrilidir ve hepsi bu tartışmanın anahtarı olan önemli bir özelliği paylaşmaktadır. Eylemin dış dünya ile etkileşim açısından olduğu dış yörüngede veya değerlik yörüngesinde maksimumdan daha az ve minimumdan daha fazla elektrona sahiptirler.

Güneş sistemimiz, güneşin etrafında dönen gezegenlerden ve diğer cisimlerden oluşur. Bu yörüngelerin hepsi aynı düzlemde bulunur, oysa bir atom çekirdeğinin yörüngesindeki elektronlar aynı düzlemi işgal etmezler, ancak olası tüm eğimlerde hareket ederler. Yörüngeler en iyi kabuklar olarak görselleştirilir. Silikonun dış (değerlik) kabuğunda dört elektronu olduğundan, tek bir atom dört bitişik silikon atomuyla sıkı bir şekilde bağ kurabilir. Bu şekilde düzenlenen saf silikon, karbon atomları bir kristal kafes oluşturmak için değerlik elektronlarını paylaştığında elmasa benzer şekilde, büyük stabiliteye sahip bir kristal kafes oluşturur. Bu şekilde yapılandırılmış, serbest elektron yoktur ve bu nedenle malzeme iletken değildir. Ancak, diğer bazı maddeler çok az miktarda eklendiğinde, durum çarpıcı biçimde değişir. Spesifik olarak, eğer kristal silikon, her ikisi de değerlik kabuklarında beş elektrona sahip olan fosfor veya arseniğe maruz bırakılırsa, ekstra elektron kristal kafese bağlı değildir, bunun yerine silikon atomları arasındaki boş alanda dolaşır ve büyük ölçüde değiştirir. kristalin elektriksel özellikleri. Şimdi silikon daha iletken. Kristal silisyumun bu safsızlıklara maruz bırakılması işlemine doping adı verilir ve serbest elektronlar negatif yüke sahip olduğu için ortaya çıkan malzeme N-tipi silikon olarak bilinir.

Buna karşılık, kristal silisyum, her ikisi de sadece üç değerlik elektronuna sahip olan bor veya galyum mevcudiyetine getirildiğinde, serbest elektron eksikliği vardır. Ortaya çıkan varlıklar, protonlar gibi gerçekten pozitif yüklü parçacıklar değil, yokluklardır. Silikon atomları arasındaki nispeten geniş boşluklarda hareket eden pozitif yüklü kütlesiz cisimler gibi işlev görürler. Sonuç olarak, bu P tipi silikon da iletken hale gelir. P tipi silikondaki sanal parçacıklar delikler olarak bilinir. Hem N-tipi silikondaki elektronlar hem de P-tipi silikondaki delikler yük taşıyıcıdır ve bu onların varlık sebebidir; yarı iletkenleri elektronik dünyamızda faydalı kılan şey budur. Kendi başlarına, N ve P tipi silikon fazla bir şey yapmaz. Saf kristal silisyumdan farklı olarak, bu malzemeler iletkendir, ancak iletken oluşturmak üzere çekilebilecek şekilde son derece iletken ve dövülebilir olan bakır gibi değildirler.

Bir diyot oluşturmak için, küçük ultra saf N ve P tipi silikon parçaları birbirine bağlanır ve kablo uçları uzak uçlara yapıştırılır. Ortaya çıkan cihazlar diyotlar olarak bilinir ve transistörler gibi daha karmaşık yarı iletken cihazlarla birlikte dünyamızı değiştirdiler.

Yarı iletkenler, karbon veya tel sargılı dirençler gibi kısmen iletken oldukları için değil, belirli koşullar altında ilettikleri ve diğer belirli koşullar altında iletmedikleri için bu şekilde adlandırılmıştır. Nasıl önyargılı olduklarıyla, yani hangi polaritenin hangi lead'e bağlı olduğuyla ilgilidir. P tipi malzemeye bağlanan uç anot, N tipi malzemeye bağlanan uç ise katot olarak bilinir. Hepimizin bildiği gibi, elektrik yükleri söz konusu olduğunda, zıtlıklar çeker ve beğeniler iter. Seri bağlı bir lamba ile diyota bağlı bir DC güç kaynağını gözünüzde canlandırın. (Bu deney bir ampermetre kullanılarak yapılırsa, akımı sınırlamak için, diyot ve ampermetrenin anında tahrip olmaması için seri olarak uygun bir yük de yerleştirilmelidir.

Pozitif kutup anoda ve negatif kutup katoda bağlanırsa, N tipi silikondaki negatif elektronlar ve P tipi silikondaki pozitif delikler itilecektir. Bu yük taşıyıcıları her iki taraftan da kavşağa doğru kalabalık olacak. Diyot iletecektir. Diğer senaryo, güç kaynağının negatif kutbunun diyotun anotuna ve pozitif kutbunun katoda bağlanmasıdır. Artık yük taşıyıcıları güç kaynağının kutuplarına çekilmektedir. Her iki tarafta, şimdi bir tükenme alanı olarak kabul edilebilecek olan kavşaktan uzağa göç ederler. Bu bölgede yük taşıyıcı olmadığı için diyot iletken olmayacaktır.

Diyot, nasıl önyargılı olduğuna bağlı olarak, yani uygulanan voltajın polaritesine bağlı olarak iletecek veya iletmeyecektir. Bir manyetik röle veya vakum tüpü aynı şeyi yapacak şekilde yapılandırılabilir, ancak katı hal diyot daha ucuzdur, daha güvenilirdir ve hepsinden öte, daha hızlı hareket eder, yani çok daha iyi frekans tepkisi verebilir.

Tek yönlü bir elektrik valfi olarak hareket etme yeteneği nedeniyle diyotun çok sayıda uygulaması vardır:

• Pil ile seri olarak yerleştirilmiş bir engelleme diyotu, pil yuvasına geriye doğru takılırsa akım akışını engelleyerek değerli ekipmanı ters polarite hasarından korur. Çoğu DC jeneratörü, ters polarite uygulandığında motor olarak işlev görür. DC rüzgar türbinleri, pil grubu ile jeneratör arasına seri olarak yerleştirilmiş diyotlara sahiptir, böylece piller jeneratörden boşalmaz ve esinti olmadığında türbini döndürür. Solar PV sistemleri de benzer şekilde korunur.
• Gerilimi düzenlemek için Zener diyotlar kullanılır. Bahsettiğimiz gibi, diyotlar ters kutuplandığında iletmezler. Ancak ters öngerilim voltajı, arıza voltajı olarak bilinen belirli bir seviyenin üzerine çıkarsa, diyot aniden ileterek cihazı tahrip eder. Zener diyotları, bu ters öngerilim bozulma voltajını hasar görmeden tolere edebilecek şekilde tasarlanmıştır, bu da onları güç kaynaklarında yaygın olan ve her türlü elektrikli ekipmanda görülen voltaj regülatörleri olarak kullanışlı hale getirir.
• Çığ diyotları benzer şekilde devreleri yüksek voltaj dalgalanmalarından korur.
• Varaktör diyotlar, radyo devrelerini elektronik olarak ayarlamak için kullanılır.
• Tünel diyotları ve Gunn diyotları, yüksek frekanslı uygulamalarda osilatör olarak kullanılır.
• Işık yayan diyotlar birçok elektronik ekipman türünde gösterge lambaları olarak kullanılmıştır ve verimlilikteki son gelişmeler onları yüksek performanslı el fenerleri, kamu binalarında güvenilir çıkış ışıkları ve hatta genel amaçlı aydınlatma için uygun hale getirmiştir. TV'ler, klimalar ve benzeri ekipmanlar için elde taşınabilir uzaktan kumandalar, kızılötesi ışınlar üretmek için LED'leri kullanır. LED'ler ayrıca alfasayısal okumalarda kullanılır.

PV sistemlerindeki güneş pilleri diyotlardır. Herhangi bir cisme güneş ışığı gibi radyan enerji çarparsa, yansıtılmayan ve iletilmeyen enerji emilecektir. Bu emilen enerji daha büyük moleküler hareketle sonuçlanır, ancak enerji rastgele olduğundan ve polariteler birbirini götürdüğünden faydalı elektrik enerjisi elde edilemez. Gövde yarı iletken bağlantıya sahip bir diyot ise ve kablolar bağlantıdan uzak uçlara takılırsa, bir voltaj ortaya çıkar ve bir yük bağlanırsa akım akacaktır. Bu enerjiyi yakalamak için metal elektrotların N ve P tipi silikona bağlanması gerekir. Alt tarafta bu sorun değil, ancak üst tarafta böyle sağlam bir levha gelen güneş enerjisini engelleyecektir. Elektrik enerjisinin güneş ışığını tamamen engellemeden kabloya iletilebilmesi için bir ızgara oluşturularak bir uzlaşma sağlanır. Izgarayı oluşturan ince iletkenler sınırlı ampersiteye sahip olacaktır, bu nedenle alt taraftaki plakaya kıyasla bir miktar kayıp vardır, ancak bu elektrot, ızgara elemanlarını dikdörtgen bir enine kesitle, uzun boyut yüzeye dik olarak oluşturularak optimize edilebilir. hücrenin.

Diyotlar yalnızca bir yönde ilettiklerinden, AC'yi düzeltmek için kullanılabilirler, çıkış, titreşimli bir DC'dir ve daha sonra dalgalanmaları yumuşatmak için filtrelenebilir. Bir AC kaynağına seri bir diyot yerleştirerek basit bir doğrultucu oluşturulabilir. Buna yarım dalga doğrultucu denir. Adından da anlaşılacağı gibi, dalganın yalnızca yarısı düzeltilir ve çıktıda buna eşlik eden bir verimlilik kaybıyla boş dönemler bırakılır. Tam dalga doğrultucu daha verimlidir ve çıktı daha düzgün olduğundan daha az filtreleme gerekir.

Diyotlar, örneğin giriş voltajını ikiye katlayarak voltaj çarpanları olarak işlev görebilir. Çeşitli konfigürasyonlar voltajı üç katına çıkarabilir veya kademeli olarak kullanıldığında deneysel ve diğer amaçlar için çok yüksek voltaj elde edebilir.

Diyotlar, iki voltajın doğrusal olmayan karışımı için kullanılır. Bu, genlik modülasyonu olarak bilinir. Yüksek frekanslı bir taşıyıcı dalga, bir ses veya video sinyali tarafından değiştirilir. Mesafe üzerinden iletim için yüksek frekanslı taşıyıcı gereklidir. Alıcı ucunda demodülasyon gerçekleşir. Modülasyon ve demodülasyon aynı muhafaza içinde olabilir, bu durumda modem olarak bilinir. Genellikle iki işlem yüzlerce veya binlerce mil arayla gerçekleşir, ancak modülasyonun nerede olduğuna bakılmaksızın demodülasyon olacaktır ve her iki işlem de diyot gerektirir.

Bir AC motorun hızı, dönüş yönü ve diğer çalışma parametreleri, değişken frekanslı bir sürücü (VFD) tarafından kontrol edilebilir. Bu, 12 veya daha fazla büyük güç diyotu üzerinde çalışmasına bağlı olan, dikkate değer, kullanıcı dostu bir ekipman parçasıdır. Bir VFD başarısız olduğunda, genel suçlu kısa devre veya açık diyottur. Sonraki bir makale, VFD sorun giderme ve onarımını biraz ayrıntılı olarak tartışacaktır. Şimdilik, DC baranın düzgün çalışması için harmonikler veya gürültü kirliliği olmadan saf bir doğru akım taşıması gerektiğinden bahsedeceğiz. Bu en iyi osiloskop ekranında görüntülenen voltaja bakılarak belirlenir. DC barasından önceki ve sonraki tüm kapasitörler ve diyotlar iyi olmalıdır. Bu testleri güç kaynağı bağlantısı kesilmiş ve kilitliyken ve depolanmış voltajlar tamamen boşalmış durumdayken yapın. Bu koruyucu önlemler yerinde olsa bile, iletken herhangi bir parçaya dokunmaya gerek yoktur. Yalnızca sistem voltajı için derecelendirilmiş tamamen yalıtılmış aletler ve test ekipmanı kullanın.

Diyotlar, AC şebekesini veya yerinde üretilen gücü DC'ye dönüştürmenin gerekli olduğu elektronik ekipmandaki her güç kaynağının kritik parçalarıdır. Bir arızanın nedenini ararken, yoğun akım akışının yollarına bakın; bu genellikle güç kaynakları veya çıkış aşamaları ve hoparlörler gibi cihazlar anlamına gelir. Sistem çalışmıyorsa, yani güç kaynağına bağlandığında hiç yanıt vermiyorsa, bir veya daha fazla diyot arızalı olabilir. Bunlar elektrolitik kapasitörlerle birlikte genellikle düşer. Sık görülen bir neden, kısa devrenin hemen ardından yoğun akım çekilmesi ve ardından arızanın temizlenmesinden sonra bir açık devre olmasıdır. Ayrıca, hat dalgalanmaları ve geçici olaylar diyotları tahrip edebilir. Bunları daha önce açıklandığı gibi test edin ve hasar açısından görsel olarak inceleyin.

Büyük güç diyotları, aşırı termal enerjiden kurtulmak için ısı emicilere sahiptir. Diyotun ısı emici ile temas ettiği yerde, fazlalık olmadan çok ince bir termal gres tabakası uygulanmalıdır. Malzeme, ısı transferini iyileştirmek için eşleşen metal yüzeylerdeki çukurları doldurur. Elektrikçilerin servislerde büyük alüminyum iletkenlerin uçlarına uyguladıkları korozyon önleyiciye benzer. Asla standart çok amaçlı gres kullanmayın.

Pek çok boyut, şekil ve elektrik parametresi ile diyot parçası değişiminin sorunlu olması şaşırtıcı değildir. Üreticinin veri sayfalarının resme girdiği yer burasıdır. Bunlar ücretsiz olarak PDF olarak indirilebilir. Arama motorunuzda parça numarasını + veri sayfasını yazın. Fairchild Semiconductor eksiksiz, iyi örneklenmiş veri sayfaları sağlar ve bunlar tasarım çalışmaları ve parça değişimi yapmak isteyebileceğiniz her türlü onarım için gereklidir.

Daha önemli elektriksel ve termal parametrelerden bazıları şunlardır:

• Maksimum tekrarlayan ters voltaj
• Ortalama doğrultulmuş ileri akım
• DC ileri akım
• Tekrarlayan tepe ileri akım
• Depolama sıcaklığı aralığı
• Çalışma bağlantı sıcaklığı
• Güç dağılımı
• Termal direnç, ortam bağlantısı
• Arıza gerilimi
• Ileri gerilim
• Ters sızıntı
• Toplam kapasite
• Geri dönüş süresi

Ek olarak, voltaja karşı çizilen akım ve çeşitli sıcaklıklarda güç azaltma eğrisi ile çeşitli elektrik parametrelerini gösteren performans grafikleri vardır. Veri sayfaları ayrıca katot tanımlama bandını ve parça numarası tanımlamasını gösteren resimli gösterimleri de gösterir.