Pek çok uygulamada PN bağlantısı DİYOT olarak karşımıza çıkmaktadır. Diyotların pek çok türü olduğu için bunların hepsinin fiziksel çalışma teorilerini anlatmak yerine önce elektriksel özelliklerini sonra da uygulama şeklini sizin sabır sınırlarınız içinde kalmaya çalışarak açıklayalım.

Diyot biraz önce de söyledigimiz bir PN bağlantısından oluşur. P tipi yarı iletkenin bulunduğu alana ANOD, N tipi yarı iletkeninin bulunduğu alana KATOD denilir. Üzerinden geçen elektrik akımı anottan katoda doğrudur.

Şekil 1. Diyot sembolü

Düşük güçlü diyotlar cam, plastik gibi kılıflara sahip olup yüksek güçlü olanları ısıya dayanıklılığı sağlamak için metal yada seramik kılıflar içindedir. Diyotların fiziksel kılıfları silindirik, dikdörtgen yada şaseye vidalanır türde olabilir. Bütün diyotlarda dış kılıfı üzerinde katot ucunu gösteren bir işaret vardır. Küçük diyotlarda katot ucuna yakın bir bant bulunur. Yüksek güçlü metal kılıflı diyotların metal kılıfları katot olup diğer ucu anod dur.

Bir diyodun anodunu pozitif gerilime, katodunu negatif gerilime bağlarsak üzerinden akım geçer (IF). Buna diyoddun düz kutuplanması denir. Diyodun adonuna negatif gerilim, katoduna pozitif gerilim verirsek üzerinden akım akmaz (aslında ihmal edilebilir değerde çok az akım akar).

Şimdi diyot karakteristiğini inceleyelim.

Volt - Amper karakteristiği

Volt - Amper Karakteristiği aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Bu eğri diyot düz kutuplandığı zaman elde edilen eğridir.

Şekil 2. Diyot düz bias V-I karekteristigi

Bu eğriyi elde etmek için gerekli devre şekli aşağıdadır.

Devreyi kurup gerilim kaynağını yavaş yavaş arttırdığımızda okuduğumuz voltaj ve akım değerlerini bir grafik kağıdı üzerinde işaretleyelim. V gerilimi 0V olduğonda VF gerilimi ve IF akımı sıfır olacaktır. Gerilim kaynağını yavaşça artırdığımızda diyot akımı IF çok az olarak artacaktır. VF gerilimi, PN bağlantısının engel gerilimini aşacak büyüklükte olduğu zaman diyot akımı IF ani olarak yükselmeye başlar. Diyot akımının ani olarak yükselmeye başladığı voltaj değerine Cut In gerilimi, OFFSET Gerilimi, Threshold Gerilimi gibi isimler verilir. Bu voltaj değeri örnek olarak germanyum diyotlar için yaklaşık VD=0,2V silisyum diyotlar için yaklaşık VD=0,6V kadardır. VF gerilimi VD geriliminin çok fazla üzerine çıkaracak olursak IF akımı çok fazla artar ve diyot ısınıp bozulup. Bunu önlemek için diyoda akım sınırlayıcı seri bir direnç konabilir yada başka bir anlatımla diyot üzerinden kaloğunda tavsiye edilen değerden fazla akım geçirmemek gereklidir.

Diyot ters kutuplandığı zaman VR pratikte akım geçirmez olarak kabul edilir. Gerçekte ise diyodun içindeki kristal yapının sahip olduğu azınlık taşıyıcılarından dolayı çok küçük bir akım IR geçer. IR akımı VR arttığı zaman ve ısı arttığı zaman çok azda olsa yükselir. Bir diyodun ters kutupdaki V-I karakteristiği aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Şekil 4. Diyot ter bias V-I karakteristigi

Şekilde de görüldüğü gibi VR voltajı fazlaca yükseltilip VBR voltajı aşıldığı zaman IR akımı aniden ve çok fazla artar. Bu durumda normal bir diyotta VR voltajı azaltılsa bile IR akımı azalmaz. Artık diyot bozulmuştur. Ters gerilimle diyodu bozan bu gerilime VBR KIRILMA (Break Down) voltajı adı verilir. Bir örnekle bunu açıklayalım. 1N4007 diyodunun kataloğuna baktığımız zaman 1000V ve 1Amp. değerlerini görürüz. Buradaki 1000V değeri uygulanabilecek en çok ters gerilim değeridir. Bu, özellikle alternatif akım uygulamalarında önem kazanır. Diyodun iki ucuna doğru kutup olarak 1000V verecek olursak geriye biraz kül ve duman kalır. 1 Amper ise diyot üzerinden geçebilecek en çok akım değeridir.

Kırılma diyotlarda iki şekilde gerçekleşir. Bu, diyodun kullanım amacına göre fabikada imalat sırasında yapımcıları tarafından dikkate alınır. Birincisi, çığ (Avalanche) kırılması. Diyoda yüksek ters kutup uygulandığında diyot üzerinden geçen akım çığ gibi artarak diyodu bozar. Bir üst paragrafta anlatığım olay gerçekleşir. İkincisi, Zener kırılmasıdır. Zener kırılması özelliğine sahip diyotlarda yüksek ters kutup uygulandığında, diyot üzerinden geçen akım artsa bile diyot üzerindeki voltaj sabit kalır. Bu özelliğe sahip diyotlara ZENER DİYOT denilip voltaj düzenleyici (regülatör) olarak kullanılır.
Diyotların pek çok uygulaması vardır. Bunların tamamını burda açıklamak şu an için mümkün değildir.

Diyotları pratik devrelerle açıklamaya devam edelim. Elektronikte öyle devreler vardırki buralarda diyot olmazsa olmaz. Bu devrelerin başında doğrultucular gelir. Aslında Temel Elektroniğin tamamen teorik olarak açıklanması gerekse de işin fazla ayrıntısına girmden olayı kavramaya çalışalım..

Doğrultucular

Doğrultucular alternatifakımı, örneğin şehir şebekesini doğru akıma çevirmeyeyarar. Kullanım yerleri olarak, elektronik devrelerin DCihtiyaçlarını karşılamak yada güç kaynaklarının ön devresi olmalarını söyleyebiliriz.

Doğrultucuların üç tipi vardır.

1-Yarım dalga doğrultucu
2-Tam dalga doğrultucu
3-Köprü Doğrultucu

Yarım Dalga Doğrultucu:

Doğrultucuyu açıklaman önce bir altın kuralı tekrar hatırlayalım. Bir diyottan akım geçebilesi için anodunun katoduna göre pozitif olması gerekmektedir.

Örneğin silisyum bir diyot için;

Anod: 1V, Katot:0V Akım geçer.
Anod: 10V, Katot:9V Akım geçer.
Anod: -5V, Katot:-6V Akım geçer.
Anod: 5V, Katot:6V Akım geçmez.

Şekil 5. Yarım dalga doğrultucu

Doğrultucunun a ve b uçları arasına alternatif bir gerilim uygulayalım. Burada bir açıklama yapacağım. Böyle bir şekil gördüğünüzde, t1 ve t2 zamanları arasında a ucu b ucuna göre pozitif, t2 ve t3 zamanları arasında a ucu b ucuna göre negatif olur. t1 ve t2 zamanları arasında a ucu b ucuna göre daha pozitif olur. a ucu pozitif olduğu için diyodun anodu da pozitif olur. b ucu negatif olacağı için c ucu yani diyodun katodu negatif olur. t1 ve t2 zamanları arasında diyodun anodu katoduna göre daha pozitif olacağı için diyot üzerinden bir akım geçer. Geçen bu akım yük direnci RL nin üst tarafı pozitif, alt tarafı negatif yapar. t2 ve t3 zamanları arasında a ucu b ucuna göre daha negatif olacağı için diyodun da anodu katoduna göre daha negatif olur ve diyot akım geçirmez. Bunun sonucu olarak t2 ve t3 zamanları arasında yük direnci RL üzerinde bir gerilim oluşmaz. Böylece alternatif akımın her pozitif bölgesi geldiğine yük direnci RL üzerinde aşağıdaki şekilde gösterilen biçimde bir gerilim oluşur.

Şimdi diyebilirsiniz ki "Bu şeklin neresi DC. Tam olarak AC tanımına uyuyor. Yani yönü ve genliği zamana göre değişiyor." Kısmen haklısınız. Dikkat edecek olursanız genliği hep pozitif olarak değişiyor. Şu aradaki boşluklar olmasa tam DC olacak. Şimdi devrenin çıkışına, yük direncine paralel olarak bir kondansatör koyalım.

Diyottan akım geçtiği zamanlarda yani t1 ve t2 zamanları arasında geçen akım hem RL yükünü beslediği gibi aynı zamanda C kondansatörünü doldurur. Diyottan akım geçmeyen t2 ve t3 zamanları arasında kondansatör üzerinde biriken elektrik yavaş yavaş RL yükü üzerinden boşalır. Başka bir değişle t2 ve t3 zamanları arasında RL yükünü besleme işini kondansator üstlenir. Bu şekilde devremizin çıkışındaki dalga şeklide aşağıdaki gibi olur.

Şekilden de görüldüğü gibi dalga şekli DC ye çok yaklaşmış olur. Devredeki kondansatörün değerini arttırarak dalgalanmayı azaltabiliriz. Bu dalgalanmayı örneğin bir yükselteçte vınlama olarak duyabiliriz. Kondansatörü teorik olarak çok arttırmak mümkündür. Fakat yüksek değerli kondansatörler çok yüksek akımlarla dolacağı için çok yüksek akımlara dayanacak diyotlar gerektirir. Bunun yerine doğrulucu devrelerin çıkışlarına regülatör devreleri kullanılır.

Tam Dalga Doğrultucu:

Aşağıdaki şekilde bir tam dalga doğrultucu görülmektedir.

Şekil dikkatli incelenirse iki adet yarım dalga doğrultucudan oluştuğu rahatlıkla görülmektedir. Yarım dalga doğrultucudan hatırlayacağınız gibi diyotlar girişteki sinyalin her pozitif bölümünde iletime geçmektedir. Yani t1 ve t2 zamanları arasında D1 diyodu t2 ve t3 zamanları arasında D2 diyodu iletime geçmektedir. Yük direnci üzerindeki dalga şekli aşağıdaki gibi olur.

Yukarıdaki tam dalga doğrultucunun çıkış dalga şekli ile yarım dalga doğrultucunun çıkış dalga şekilleri arasındaki fark, yarım dalga doğrultucuda olan boşlukları tam dalga doğrultucuda olmayışıdır. Şimdi doğrulucunun çıkış uçları arasına bir kondansatör koyalım.

D1 ve D2 diyotları her iletime geçtiklerinde RL yükünü besledikleri gibi, C kondansatörünü de doldururlar. Diyotlar üzerinden akan akımlar giriş gerilim dalga şeklini izleyecekleri için D1 diyodu girişindeki gerilim t1 zamanından itibaren hızla yükselir, bu yükselme sırasında hem yükü besler hem de C kondansatörünü doldurur. Giriş gerilimi hızla azalmaya başladığında kondansatör yavaş yavaş yük üzerinden boşalmaya başlar. Giriş gerilimi kondansatör üzerindeki gerilimden daha aşağı değere indiği zaman yani D1 diyodunun anodu katoduna göre daha negatif olduğu zaman diyodu artık akım iletmez. Yükü besleme işini kondansatör yüklenir. D1 diyodunun anodundaki gerilim negatif kesime geçtiği zamanda D2 diyodunun anodundaki gerilimde pozitif olarak yükselmeye başlamıştır. D2 diyodunun anodundaki gerilim halen yük üzerinden boşalmaya devam eden kondansatör üzerindeki gerilimden daha pozitif voltaj değerine geldiği zaman D2 diyodu iletime geçer. Hem yükü besleme işini yüklenir hem de kondansatörü yeniden doldurur. Bu işlem art arda devam ederken, çıkışta da aşağıdaki dalga şekli oluşur.

Şekil 12.

Köprü Doğrultucular:

Şimdide Köprü Doğrultucular ve diğer diyot uygulamaları hakkında bilgi verecelim. Köprü Doğrultucu aslında Tam Dalga Doğrultucu özelliğinde olup sadece giriş gerilim kaynağı Tam Dalga Doğrultucu gibi ortası sıfırlı olmayıp, tek bir AC kaynak ile beslenmektedir. Aşağıdaki şekilde Köprü Doğrultucu görülmektedir.

Şekil 13.

Köprü Diyotlar dört ayrı diyot ile yapılabileceği gibi dört diyot birleştirilmiş şekli ile de piyasada satılmaktadır.

Yukarıdaki devrenin girişine (e-f uçları arasına) bir alternatif gerilim uygulayalım. t1 zamandan itibaren pozitif yönde yükselmeye başlayan giriş gerilimi, a ucunu pozitif b ucunu da negatif yapacaktır. Bu anda a ucuna bağlı diyotladan D1 diyodunun anodu, D3 diyodunun da katodu pozitif olacaktır. Aynı şekilde b ucuna bağlı diyotlardan D2 diyodunun katodu negatif, D4 diyodunun da anodu negatif olacaktır. Dikkat edilirse D1-D4 diyotlarının katotlarının birleştiği c noktası ile D3-D2 diyotlarının anodlarının birleştiği d noktaları arasına bir yük direnci bağlanmıştır. (Yük direnci bizim kullandığımız elektronik bir devre olabileceği gibi şekildeki hali ile bir dirençde olabilir.) Anodu pozitif olan D1 diyodu ile katodu negatif olan D2 diyodu üzerinden bir akım akmaya başlar. Akan akım yük direncinin üst ucundan girip ait ucunda çıktığı için yük direncinin üst ucunu pozitif, alt ucunu da negatif yapacaktır. D1 ve D2 diyotları üzerinden akan akım t1-t2 zamanı boyunca yani a noktasının pozitif, b noktasının negatif olduğu sürece devam edecektir. Bu durum aşağıdaki şekilde görülmektedir.

Şekil 14.

t2 zamanda sıfır volt değerine düşen giriş gerilimi hemen negatif yönde yükselmeye başlayacaktır. t2 zamandan itibaren negatif yönde yükselmeye başlayan giriş gerilimi, a ucunu negatif b ucunu da pozitif yapacaktır. Bu anda a ucuna bağlı diyotladan D1 diyodunun anodu, D3 diyodunun da katodu negatif olacaktır. Aynı şekilde b ucuna bağlı diyotlardan D2 diyodunun katodu pozitif. D4 diyodunun da anodu pozitif olacaktır. Anodu pozitif olan D4 diyodu ile katodu negatif olan D3 diyodu üzerinden bir akım akmaya başlar. Akan akım yük direncinin üst ucundan girip ait ucunda çıktığı için yük direncinin üst ucunu pozitif, alt ucunu da negatif yapacaktır. D4 ve D3 diyotları üzerinden akan akım t2-t3 zamanı boyunca yani a noktasının negatif, b noktasının pozitif olduğu sürece devam edecektir. Bu durum aşağıdaki şekilde görülmektedir.

Şekil 15.

Çıkış gerilimin doğru akım (DC) şeklinde olabilmesi için yük direncine paralel bir kondansatör koyarsak çıkış dalga şekli ve devre aşağıdaki gibi olur.

Şekil 16.

Geçen ay ki yazımdan hatırlayacağınız üzere Tam Dalga doğrultucu çıkış dalga şekli ile bu şekil aynı. O zaman aralarında ne fark var? Neden, hangisini tercih etmeliyiz? Şimdi hem özet hem de farkları bir bakışta anlamak için bir özet tablo yapalım. Aşağıdaki tabloda giriş voltaj kaynağı olarak trafo olduğu düşünülmüştür. Bu tabloda verdiğim basit formüller yardımı ile kendinizde bu doğrultucular için hesaplar yapabilirsiniz.

Yarım Dalga
Tek sekonder sarımlı trafo
Tek diyot
Büyük dalgalanma voltajı
Trafo sekonderi üzerinden DC geçer. Bu iyi değildir.
Trafo gereksiz yere fazla ısınır.
Vo=Vi x 1.41 - (Idc / 2 x C x f)
C=Idc x 0,012 / Vrpp
Büyük Kondansatör

Tam Dalga
Çift sekonder sarımlı trafo
Tek sekonder sarımlı trafo
İki diyot
Küçük dalgalanma voltajı
Küçük Kondansatör
Trafo sekonderi üzerinden DC geçmez.
Vo=Vi x 1.41 - (Idc / 4 x C x f),
C=Idc x 0,006 / Vrpp

Köprü
Dört diyot
Küçük dalgalanma voltajı
Küçük kondansatör
Trafo sekonderi üzerinden DC geçmez
Vo=Vi x 1.41 - (Idc / 4 x C x f),
C=Idc x 0,006 / Vrpp

Doğrultucuların çıkışlarındaki dalgalanma değerini çok azaltmak istersek yada başka bir değişle DC ye çok yaklaştırmak istersek C değerini çok büyütmek gerekir. Bunun sakıncaları vardır. Örneğin diyotları gerektiğinden çok büyük seçmek gerekir. Bunun yerine dalgalanmayı kabul edilebilir bir seviyede tutup doğrultucunun çıkışına bir regülatör yapmak daha çok tercih edilen bir yoldur.

Sembol Açıklamaları
Vo=DC çıkış voltajı
Vi=AC giriş voltaji. (rms olarak yani normal AVO metrenizin AC pozisyonunda okuduğu değer)
Idc=Doğrultucudan çekilecek akım. Yada yük üzerinden geçecek akım.
C=Farad olarak kondansator değeri
F= Hz olarak frekans değeri.(Şehir şebekesi için 50Hz)

Vrpp=Çıkış voltajının tepeden tepeye dalgalanma değeri. Bu değeri osiloskop ile görebiliriz. Yada bir yükseltecin çıkışında hummmm sesi olarak duyabilirsiniz. Yukarıdaki formül ile istediğimiz dalgalanma değeri için kondansatör hesaplanabilir. Aynı formülü kullanarak hazır bir devrenin çıkış voltajının dalgalanma değeri de bulunabilir.

Bazı elekronik devreler sadece tek voltaj kaynağı ile beslenmezler. Bir kısmı hem pozitif hem de negatif voltaj gerektirir. Aşağıdaki şekil böyle bir güç kaynağını göstermektedir. Şekle bakıldığında bu güç kaynağının aslında iki adet tam dalga doğrultucudan oluştuğu rahatlıkla görülmektedir. Eğer elimizde bir adet ortası sıfırlı bir trafo ve dört diyot varsa yada bir köprü diyot varsa bu devreyi kolaylıkla yapabiliriz. Bu devre ile ilgili formüller aynen tam dalgada kullanılan formüllerdir.

Şekil 17.

Diğer Diyot Uygulamaları.

Kırpıcılar (Clipper)

Bazı elektronik devrelerin girişlerine sadece pozitif yada negatif sinyallerin verilmesi gerekebilir. Bazı devrelerin girişlerine ise sabit genlikte sinyaller verilmesi gerekebilir. O zaman giriş sinyali devreye verilmeden önce uygun kırpıcıdan geçirmek gereklidir. Sadece pozitif yada negatif sinyalleri geçiren kırpıcılar çıkışında kondansatörü olmayan bir yarım dalga doğrultucudan ibarettir. Bunlara ilişkin örnekler aşağıda verilmiştir.

Şekil 18.

Devrenin girişine sabit genlikte bir sinyal uygulamak gerekirse aşağıdaki örnek yapı kullanılır. Hatırlayacağınız gibi aslında diyotların iletime geçebilmeleri için üzerlerindeki voltajın belli bir değerin üzerine çıkması gerekmekteydi. İletime geçen diyodun üzerindeki voltaj sabit kalmaktadır. Bu özellik kullanılarak giriş sinyalleri diyotların açma voltajları ile sınırlandırılır. Bu devrenin en büyük uygulaması FM alıcılardaki kirpıcı (LIMITER) devresidir.

Limiter şekli

Kenetleme (Clamp) devreleri.

Kenetleyici bir AC sinyali farklı bir DC seviyesine çıkarıp kenetleyen yani hep orada kalmasını sağlayan devredir. Şimdi birkaç kenetleme devresi inceleyelim.

Örnek 1:

Yukarııaki devrenin girişine bir sinyal uygulayalım. t1 zamanında C kondansatörü boş olduğu için kısa devre gibi davranacak, bundan dolayı diyodun anodu pozitif, katodu ise negatif olacaktır. Yani t1-t2 zamanları arasında diyot iletime geçip kısa devre olacak, çıkış voltajı da 0V olacaktır. Bu arada C kondansatörü sanki girişe uygulanan sinyale paralel bağlanacağı için giriş sinyalinin tepe değerine kadar dolacaktır. t2-t3 zamanları arasında devre girişinin a ucu negatif, b ucu pozitif olacaktır. Bu durumda diyot açık devre olacaktır. Şimdi buraya dikkat edelim. Devrenin çıkışa bağlı b ucu pozitif, a ucu negatif, C kondansatörünün a ucuna bağlı yeri bir önceki şarjdan dolayı pozitif, çıkışa bağlı ucu negatif olacak. Yani giriş sinyali ile C kondansatörü üzerindeki şarj seri bağlı bataryalar olarak davranacaktır. Giriş sinyali ile kondansatör üzerindeki voltajlar toplanacak t2-t3 zamanları arasında çıkış voltajı, Vo=(-Vi) + (-VC) olacaktır. C üzerindeki şarj giriş voltajına eşit olacağı için çıkış voltajı da t2-t3 zamanları arasında Vo=2 x (-Vi) olacaktır.

t3-t4 zamanları arasında a ucu tekrar pozitif, b ucu da negatif olacaktır. C kondansatörü üzerindeki gerilim boşalmayacağı (aslında çok azda olsa boşalır, fakat bu çok önemli değildir) için kondansatör ile giriş geriliminin toplamı çıkışta, çıkış voltajı olarak görülecektir. Bu değer, Vo=(Vi) + (-VC) , Vi=VC olacağı için çıkış voltajı da 0 volt olacaktır. Görüldüğü gibi, giriş voltajının seviyesini negatif olarak kaydırdık.

Yukarıdaki devredeki diyodun yönünü ters çevirerek çıkış gerilimini pozitif yöne kaydıra biliriz. Böyle bir devrenin şekli aşağıda görülmektedir.

Kenet 2
Kenetleme devreleri ilk bakışta pek bir işe yaramaz gibi görülse de özellikle fazla güç istemeyen fakat yüksek gerilim gerektiren yerlerde, yada trafo kullanmadan bir AC gerilimi egatif yada pozitif olarak arttırılması istenilen yerlerde öncelikli olarak kullanılır. Bir örnek verecek olursak, renkli TV lerde ekran için 25KV gibi bir gerilime ihtiyaç vardır. Bu gerilimi eski siyah beyaz TV lerde olduğu gibi direk trafo ile elde etmek yolu yerine kenetleme devreleri art arda bağlanır, en sonuna da bir yarım dalga doğrultucu bağlanarak istenilen yüksek gerilim elde edilir. Kenetleme devreleri kullanılarak yapılan bir gerilim çoğaltıcı şekli aşağıda verilmiştir.

Şekil 22.

Zener Diyot

Tek bir Zener diyotlu ile yapılan regülatörler fazla güç istemeyen devrelerde rahatlıkla kullanılabilir. Eğer devremiz fazla güç istiyorsa o zaman zener başına tek başına kullanılmaz. Bir regülatör devresinin referansı olarak kullanılır.

Şimdi basit bir Zener regülatör devresini inceleyelim.

Vi kaynak gerilimi Vz zener geriliminden büyük olmalıdır. Vi değeri yaklaşık olarak Vz değerinden 1,2 yada 1,4 katı büyük olması yeterlidir. Zener üzerinden geçen Iz akım küçük zenerler için 10-20mA civarındadır. Daha doğru bir değer bulmak için mutlaka kataloga bakmak gereklidir. Burada zener üzerindeki voltaj ya zener üzerinden doğrudan okunur yada katalogdan bakılır. Örneğin BZX79C9V1 9,1V luk zener diyot olup doğrudan diyot üzerinden okunabilir. 1N960 diyoduda 9,1 voltluk zener diyot olup, zener voltaj değeri katalogtan bakılarak anlaşılır.

Yukarıdaki devremizde bilinmesi gereken nokta Rs direncinin nasıl bulunduğudur. Rs=(Vz-Vi)/Iz formülü ile bulabiliriz. Iz değeri küçük zener diyotlar da 10-20mA olarak alınabilir. Yukarıdaki devre çıkışında sabit bir voltaj elde edilecektir. Böyle bir devre bir regülatör devresi için referans voltajı olarak kullanılabilir. Şimdi yukarıdaki devreyi doğrudan bir elektronik devrenin regüle besleme kaynağı olarak kullanalım. Yani devreden biraz akım çekelim. O zaman yukarıdaki devremiz aşağıdaki şekle dönüşecektir.

Bu durumda zener üzerinden geçen akım sabit kalmakla birlikte Rs direnci üzerinden birde yük akımı geçmektedir.

O zaman
IRS=Iz+IL, IRS=10 + 90, IRS=100mA olur.
Vz=9,1V yaklaşık 9V kabul edelim.
Rs=(Vi-Vz)/Iz+IL; Rs=(12-9)/10+90 Rs=30 ohm bulunur.

Rs direncinin gücüde bulunmalıdır.
PRs=IRS2 x RS
PRs=0,12 x 30
PRs=0,3W dan büyük olmalıdır.
Burada seçilecek direnç 27 yada 33 ohm, 0,5W dir.

Bu örnekte dikkat edilecek konu, yük direncinin devreye sürekli olarak mutlaka bağlı kalması yada bir başka deyişle yük akımının mutlaka çekiliyor olmasıdır. Eğer yük direnci devreden çıkarılacak olursa, zener üzerinden geçen akım

Iz=(12-9)/30,
Iz=0,1A akım olur.

Eğer buradaki zener bu akıma dayanacak güçte değilse bozulacaktır. Bu nedenle devredeki zener bütün akımda üzerinden geçirebilecek güçte olmalıdır. Fakat bu bazen mümkün olmayabilir. Yada yük sürekli olarak devreye bağlı olarak kalmalıdır.

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.

Şekil 26.

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.

Şekil 27.

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

Varikap 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.

Şekil 29.

Varikap 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:

Varikap diyotlu osilatör.

Şekil 30.

Yukardaki devrenin VT voltajı değiştirildikçe varikap 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 varikap gerilimi zamanla değerini değiştirmeyecek ve ısı ile değerini değiştirmeyecek şekilde olmalıdır. Varikap 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.