T.C. AMASYA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ EEM207/ GEEM207 ELEKTRONİK-I LABORATUVARI DENEY RAPORU

Transkript

1 T.C. AMASYA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ EEM207/ GEEM207 DENEY RAPORU DENEY 1. YARI İLETKEN DİYOT KARAKTERİSTİĞİ Yrd.Doç.Dr. Engin Ufuk ERGÜL Ar.Gör. Ayşe AYDIN YURDUSEV Öğrenci Adı Öğrenci Numarası Deney Tarihi İmza Değerlendirme Ön Çalışma Tüm raporu okuyup, ön hazırlık çalışmasının yapılma Deneyde Etkinlik Lab. Elemanlarını doğru ve etkin kullanma Deneyin Yapılması Deneyin laboratuvarda gerçekleştirilmesi Deney Sonuçları Deney sonuçlarının doğruluğu Teorik Bilgi- Düzen Kısa sözlü soruların cevaplanması ve deney raporunun düzeni Toplam %20 %10 %20 %30 %20 %100 Ön-Çalışma 1. Diyotun nerelerde kullanıldığını araştırınız (Niçin elektronikte diyot kullanıyoruz?). Bu konuya ilişkin üç örnek veriniz. 2. Yarıiletken nedir? Cevaplar (Cevapları olduğunca basit, anlaşılabilir tutunuz. Örneğin, iletken nedir sorusuna iletken elektrik akımını geçiren maddelerdir. Ör: Bakır, demir cevabı yeterlidir. )

2 Yarı İletken Yarı iletken malzemeler, P (pozitif) veya N (negatif) tip yarıiletken olarak ikiye ayrılırlar. P tip yarıiletkende pozitif yük mevcuttur. Malzeme içindeki elektronlar (negatif yüklü) ve delikler (pozitif yüklü) eşleştiğinde boşlukta serbest olarak dolaşan delikler vardır çünkü delik sayısı elektrondan oldukça fazladır, buna çoğunluk yük taşıyıcısı denir. Bu da malzemeye (+) yük katar. Tam tersi şekilde N tip malzemede çoğunluk yük taşıyıcısı elektronlardır. Elektronlardaki negatif yük sebebiyle malzeme de ( ) yükle yüklüdür. (Şekil 1) P tip Şekil 1: P ve N tip materyaller. N tip Elektron. yüklü delik yüklü elektron + delik yüklü En yaygın bilinen 2 yarıiletken elementin adını yazınız. Bunlarından birini seçerek, bu maddenin nasıl P ve N tipi yarıiletken olduğunu açıklayınız. Yarıiletken Diyot Yarıiletken diyotların temeli P ve N tipi madde ve aralarındaki elektron akışı oluşturur. P tipi maddede delikler, N tipi maddede elektronlar serbesttir. Bu iki malzeme arasında engel bulunmaktadır. Bu engeli bir miktar azınlık yük taşıyıcısı (çoğunluk olmayan yükler: P maddede (-) ler, N maddede (+) lar) geçebilir. Şekil 2 Pozitif ve negatif yükler birbirini çeker. Bir miktar (-) yük P bölgesine ve bir miktar (+) yük N bölgesine geçer. Sayfa Toplam Sayfa - 8 -

3 Şekil 3 (+) yükler birbirini iter (-) yükler birbirini iter P bölgesindeki (-) yükler N bölgesindeki elektronları, N maddesindeki bölgesindeki (+) yükler ise P bölgesindeki delikleri iter. Böylece PN arasında bir potansiyel oluşmuş olur ve bu potansiyeli daha fazla (+) veya (-) yük geçemez. Bu potansiyele engelin yüksekliği denir, birimi Volt tur. İleri Polarma (Düz Besleme) Diyotun P ucuna bataryanın artı ucu bağlandığında bu bölgedeki delikler birleşim bölgesine doğru itilir. Benzer şekilde diyotun N ucu eksi uca bağlı olduğundan, buradaki elektronlar da birleşim bölgesine itilir. Böylece iki madde arasındaki potansiyel engel (engelin yüksekliği) azalır. Azalan potansiyel sebebiyle çoğunluk yük taşıyıcıları artık karşı tarafa geçebilir. İletim sağlanır. Geri Polarma (Ters Besleme) Diyotun P ucuna bataryanın - ucuna ve N ucu artı beslemeye bağlı olduğundan bu yükler birbirini çeker. Böylece yükler birleşim alanından uzaklaşır, engelin yüksekliği (aradaki potansiyel ) artar. Bu yüksek potansiyelden sadece belli miktarda azınlık yük taşıyıcısı geçebilir. Bir süre sonra bu alandan geçebilen azınlık yük taşıyıcısı sabitlenir, buna ters doyma akımı denir. Eğer aradaki potansiyel daha yükseltilirse diyot içerindeki PN madde yapıları bozulur. Buna kırılma denir. Deneyin Yapılışı Amaç: Diyodun çalışma prensibini ve karakteristik yapısını incelemek. Diyot: bir yönünde küçük direnç göstererek akım geçişine izin veren, diğer yönde yüksek direnç göstererek akım geçirmeyen (veya çok az akım geçiren) devre elemanlarına diyot denir. Şekil 1 de diyotun içyapısı, devre sembolü ve paketlenmesi gösterilmektedir. Şekil 4: Diyot Diyodun devre eşdeğeri aşağıdaki gibidir. Silisyum diyotlar için 0,7 v ve germanyum diyotlar için 0,3v eşik gerilimi vardır. Sayfa Toplam Sayfa - 8 -

4 Multimetre ile Diyodun Sağlamlık Kontrolü: Diyodun sağlamlık kontrolü OHM kademesinde yapılır. Çünkü diyot bir yönde direnç göstermeden akım geçişine izin verirken, diğer yönde çok yüksek direnç göstererek akım geçişine müsaade etmez. Bu doğrultuda diyotun ohmmetrede bir yönde çok küçük direnç (sıfıra olabildiğince yakın), diğer yönde çok yüksek direnç (sonsuz olması istenir fakat genelde 4-5 MΩ gösterebilir) göstermesi gereklidir. Yarıiletken Diyodun Karakteristiği Diyodun artı ucuna Anot, eksi ucuna Katot denir. Akım geçişi ileri polarmada sağlanırken, ters polarmada sağlanmaz. Sayfa Toplam Sayfa - 8 -

5 I D (ma) İleri polarma bölgesi Kırılma noktası Sızıntı akımı İletime geçme gerilimi Ters polarma bölgesi I D (µa) Şekil 5: Diyodun akım-gerilim eğrisi Diyodun akım-gerilim karakteristiği aşağıdaki formülle matematiksel olarak gösterilir. I D=diyot akımı I D = I o (e qv D ktn 1) denklem 1 I o=diyot ters yön doyma akımı I o = V R R eş R eş = R R DMM (DMM: Dijital multimetre) V D= diyot gerilimi k=boltzmann sabiti 1, ev q=elektron yükü 1, C ƞ=yarı iletken katsayı (genelde Ge:1 ve Si:2 olarak kabul edilir) T=sıcaklık (Kelvin cinsinden T k=t c+273 ) Denklem 1 in V D türünden eşitliğini yazarsak: bulunur. V D = ktn ln q (I D + 1) denklem 2 I o Aşağıdaki değerler için Silisyum bir diyotu 27 de ve I s=1,73 na olarak I D değerlerini bulunuz: Sayfa Toplam Sayfa - 8 -

6 Tablo 1: değerleri hesaplayınız 0,45 0,52 0,55 0,58 0,6 0,61 0,62 0,63 0,64 0,65 0,68 0,7 I D Diyodun DC karakteristiği Yandaki şekilde gösterilen devreyi benzetim programında gerçekleştiriniz. Gerilim kaynağı E yi tabloda gösterilen değerlere getiriniz ve tabloyu doldurunuz. Tablodaki değerleri kullanarak akımgerilim eğrisini çiziniz. E (v) 0 0,5 0,75 1 1,5 2 2,5 3 3, V R (v) I D (ma) Tablo 2: ileri polarma benzetim sonuçları I D I D = V R R olduğunu gösteriniz. V D Sayfa Toplam Sayfa - 8 -

7 Devrede güç kaynağının yönünü ters çeviriniz ve işlem başmaklarını tekrarlayınız (birimlere dikkat ediniz). E (v) V R (mv) I D (µa) Tablo 3: ters polarma benzetim sonuçları I D V D Sayfa Toplam Sayfa - 8 -

8 İleri polarma devresini breadboard üzerine kurunuz. Gerilim kaynağını kademeli olarak aşağıdaki tabloya göre artırınız ve tüm işlemleri benzetim programındaki gibi tekrarlayınız (tek bir multimetreyi sırasıyla direnç gerilimini ve diyot gerilimini ve sonrasında devreden geçen akımı ölçmek için kullanabilirsiniz). E (v) 0 0,5 0,75 1 1,5 2 2,5 3 3, V R (v) I D (ma) Tablo 4: Uygulama deney sonuçları I V Sayfa Toplam Sayfa - 8 -