Diyot Nedir? Diyot Çeşitleri ve Kullanım Alanları Nedir?

Diyot, 1904 yılında bir İngiliz elektrik mühendisi olan John Ambrose Fleming tarafından Birleşik Krallık'ta icat edilmiştir. 1849 yılında dünyaya gelen John Ambrose Fleming elektrik, elektronik fizik ve özellikle radyo iletimi alanlarında yaptığı çalışmalarla bilinir. 1904 yılında geliştirdiği diyotla elektrik ve elektriğin etkilediği tüm alanlara büyük katkı yapan John Ambrose Fleming, 1945 yılında İngiltere’nin Sidmouth kentinde hayata veda etti.

Diyotun özellikleri şunlardır:

• Yarı iletkendir.
• Elektrik akımı diyot üzerinden tek bir yönde kolayca akarken diğer yöne doğru çok az akabilir. 
• Küçük ve ucuz bir devre elemanı olmasına karşı son derece işlevseldir.
• Pozitif kutbuna anot, negatif kutbuna ise katot adı verilir.
• P ve N tipi yarı iletken malzemelerinin birleştirilmesiyle elde edilen PN bağlantısına sahiptir.
• Diyot üzerinden ters yöne doğru akan çok düşük miktardaki elektrik akımına sızıntı akımı adı verilir.
• Ters yöne doğru yüksek voltaj verilirse diyot bozulabilir.
• Silisyum, silikon ve germanyum gibi yarı iletken malzemelerden imal edilir. 

Diyotun temel işlevi, elektrik akımının tek yönlü akmasını sağlamak için bir anahtar rolü oynamasıdır. Elektronik devrelerde sıklıkla kullanılan diyot, devrenin akım yönünü belirlemekte önemli bir elemandır. Elektronik devre türleri; açık devre, kapalı devre ve kısa devre olmak üzere üç çeşittir. Açık devre, anahtarın açık durumda olduğunu ve buna bağlı olarak elektrik akımının akım yolundan geçemeyeceğini ifade eder. Kapalı devre ise açık devrenin tam tersi olarak anahtarın kapalı duruma gelmesini ve elektrik akımının devre üzerinden geçirilmesini ifade eder. Kısa devre ise elektrik akımının en kısa yoldan geçmesini ifade eder. Tüm bu işlemler sırasında diyot son derece düzenleyici ve aracı bir role sahiptir. Devre türlerine ek olarak akım türü de bir elektronik devrenin nasıl düzenleneceği konusunda belirleyici faktördür. Akım türleri; doğru akım ve alternatif akım olmak üzere ikiye ayrılır. Doğru akım, elektrik akımının yüksek potansiyelden alçak olana doğru sabit bir şekilde aktaran bir akım türüdür. Alternatif akımın yönü ve şiddeti ise sürekli olarak değişiklik göstermektedir. Akım türüne göre devrenin düzenlenmesinde diyotların önemli rolü bulunur.

İlk diyot, kristal diyot adı verilen ve diyotun icadından itibaren 1940 yılına kadar aktif bir şekilde kullanılan bir diyot türüdür. En sık kullanıldığı alan ise radyodur. Günümüzde kullanılan germanyum, silisyum ve silikon bazlı diyotlar ise 1940 yılından sonra çıkmıştır. Kristal diyotların ters yöndeki dirençleri düşüktür ve hemen bozulabilme eğilimine sahiptir. Buna karşılık olarak elektrotlar arası kapasite oranı çok düşük olduğundan yüksek frekanslı devrelerde son derece efektiftir.

Diyotlar çeşitli özelliklerine göre türlere ayrılır. Diyot çeşitleri şunlardır:

• Zener Diyot
• Tünel Diyot
• Işık Yayan Diyot (LED)
• Foto Diyot
• Ayarlanabilir Kapasiteli Diyot (Varaktör - Varikap)
• Mikrodalga Diyot
• Gunn Diyot
• IMPATT diyot (Avalanş)
• Baritt (Schottky) Diyot
• Ani Toparlanmalı Diyot
• Pin Diyot

Silikon yapıya sahip olan zener diyot, P ve N tipi yarı iletken malzemelerin birleşiminden meydana gelir. Zener diyotun en önemli özelliği belirli bir gerilim seviyesine kadar akım iletimi yapmamasıdır. Doğrusal polarmada normal standart bir diyot gibi çalışan zener diyotlar, ters polarmada ise belirli bir gerilimden sonra akım iletimi yapar.

P ve N tipi yarı iletken malzemelerin birleşiminden meydana gelen tünel diyot, diğer diyotlardan farklı olarak tünel isminde bir kuantum mekanik etkisine sahiptir. Tünel diyotların en önemli özelliği negatif dirence sahip olmalarıdır. Yapımında genellikle germanyum kullanılsa da silikondan yapılmış tünel diyotlar da bulunur. Kullanım alanları dar olan tünel diyotlar son derece uzun bir ömre sahiptir. 60’lı yıllarda tünel diyot kullanılarak üretilmiş cihazların büyük bölümü hala çalışır vaziyettedir. 

En popüler diyotlar arasında bulunan ışık yayan diyot, herkesçe bilinen ve kullanılan LED ışıklardır. İngilizcede "ışık yayan diyot" kelimesinin tam karşılığı olan "Light Emitting Diote" kelimesinin ilk harflerinden oluşmaktadır. İlk üretildiği dönemde yalnızca kırmızı ışık yayan bu diyot, daha sonra farklı renklerin yanı sıra morötesi ve kızılötesi dalga boylarında da ışık verebilecek şekilde geliştirilmiştir. Az enerji tüketmesine karşılık efektif kullanıma ve uzun ömre sahip olması en büyük avantajı olan ışık yayan diyot, yarı iletken malzemeden ve silisyumdan imal edilir.

Işığa duyarlı diyot adıyla da bilinen foto diyotlar, ışık enerjisi ile çalışmaktadır. Işıkla beraber iletime geçen foto diyotlar pek çok alanda yaygın biçimde kullanılır. Foto diyotun en önemli özelliği ışığı gördüğünde çalışır hale gelmesidir. Işıksız bir ortamda akım iletimine izin vermeyen foto diyotlar, birleşim noktasından ışık aldıkları zaman akım iletimi yapmaya başlarlar. Dolayısıyla karanlık ortamdayken foto diyotlar tamamen yalıtkan durumdadır.

Ayarlanabilir kapasiteli diyot, devreye ters olarak bağlanan bir diyot türüdür. Genellikle iletişime yönelik sistemlerde kullanılmakta olan ayarlanabilir kapasiteli diyot, P ve N yarı iletken malzemeden üretilmektedir. Kondansatör yapısına oldukça benzeyen bu diyot türü, elektrik devresine ters bağlanmasının bir sonucu olarak artan gerilim nedeniyle ayarlı kondansatörler gibi çalışmaktadır.

Mikrodalga diyot, özellikle uzay iletişimi, televizyon ve radyo yayını, tıp ve radar gibi teknolojilerde sıklıkla kullanılmaktadır. Mikrodalga diyotun en önemli özelliği son derece yüksek frekanslarda bile direnç gösterebilmesidir. Bu durum, elektrik akımının ani bir şekilde yön değiştirmesi halinde dirençle karşılaşmasına olanak sağlamaktadır.

Aynı zamanda mikrodalga diyot olma özelliğini taşıoyan gunn diyot, iri yapıya sahip bir diyot türüdür. Adını 1968 yılında J. B. Gunn tarafından ortaya konulan gunn etkisinden alan bu diyot, negatif dirençli ve iki terminallidir. Diğer diyotlardan farklı olarak yalnızca N tipi yarı iletken malzemeye sahip olan gunn diyot, bu özelliğine bağlı olarak alternatif akımı iki yönlü olarak iletmektedir. 

Impatt diyot, yüksek frekansta sıradan bir direnç gibi davranan bir diyot türüdür. Buna karşılık olarak düşük frekansta da sığaç gibi davranmaktadır. Gunn diyota kıyasla daha güçlü olan Impatt diyotlar, P ve N tipi yarı iletken malzemeden oluşur. Yapımında ise galliyum ve silikon kullanılır.

Barrit diyotların en önemli özelliği, doğru yöne akım aktarımı sırasında hızlı olmasıdır. En düşük voltajlarda bile hızlı iletim özelliğini koruyabilen Barrit diyotlar, lineer dirence sahip değildir. Buna bağlı olarak da mikrodalga alıcılarında kullanılabilmektedir. Dedektör gibi cihazların yapımında barrit diyot sıklıkla kullanılır.

Ayarlanabilir kapasiteli diyotların daha gelişmiş hali olan bu diyot türü, frekansların 4 kattan daha fazla büyütülebilmesine olanak sağlar. Malzeme ve imal bakımından varaktör diyotlara benzeyen ani toparlanmalı diyot, daha hassas projelerde kullanılmaktadır.

Pek çok diyottan farklı olarak pin diyotlar üçlü bir yapıya sahiptir. Pin diyotlarda P ve N bölgelerine ek olarak bu bölgeler arasında bir I bölgesi yer alır. Söz konusu I bölgesi yüksek dirence sahiptir. Mikrodalga devrelerinde sıklıkla kullanılan bir diyot türü olma özelliğini taşımaktadır.

Diyot yapıldığı malzeme, iletken türü, direnç derecesi ve kullanım alanı gibi faktörlere göre çeşitlere ayrılır. Üç ana diyot çeşidi bulunur. Diyot çeşitleri aşağıdaki gibi sıralanabilir:

• Lamba Diyot
• Metal Diyot
• Yarı İletken Diyot

Lamba diyotlar genellikle detektör olarak kullanılır. Katotun ısınmasına bağlı olarak elektronlar atom tarafından çekilir ve tek yönlü bir akım lamba diyot üzerinden sağlanmış olur. Günümüzde çok sık kullanılmayan bu diyor türüne genellikle eski cihazlarda rastlanır.

İçeriğinde selenyum veya bakır oksit barındıran diyotların da bulunduğu grup olan metal diyotlar, pek çok ölçüm cihazı ve telekomünikasyon aletinde kullanılır. Güçlü devrelerde genellikle metal diyotlara ihtiyaç duyulur. 

Yarı iletken diyotlar, günümüzde en çok kullanılan diyotlardır. P ve N tipi yarı iletken malzemeden üretilen yarı iletken diyotlar, silisyum, silikon veya germanyum gibi malzemelerden imal edilir. Yalnızca elektronik değil aynı zamanda elektrik alanında da kullanılan yarı iletken diyotlar son derece işlevseldir. Yarı iletken diyotlar, elektrik akımını tek yöne doğru iletirken ters yöne doğru ise akıma karşı direnç uygular.

Silisyum ve germanyumun iletkenlik özelliğinden faydalanarak elektrik titreşimini arttırmak amacıyla kullanılan aygıta transistör adı verilir. Transistör ilk olarak 1947 yılında icat edilmiştir ve 20. Yüzyılın en önemli buluşlarından birisi olarak kabul edilmektedir. Transistörü icat eden ekibin içinde yer alan William Shockley, John Bardeen ve Walter Brattain 1956 yılında Nobel ödülüne layık görülmüştür. Transistör çeşitleri şu şekilde sıralanabilir; jonksiyon transistör, nokta temaslı transistör, unijonksiyon transistör, alan etkili transistör, foto transistör, tetrot transistör, koaksiyal transistör. Transistör, elekrik ve elektronik alanında üretilen devrelerde anahtarlama yapmak üzere kullanılır.

Üretilen ilk diyot olma özelliğini taşıyan kristal diyotlar, nokta temaslı diyot olma özelliğini taşır. Kristal diyotların ters yöndeki dirençleri düşüktür ve hemen bozulabilme eğilimine sahiptir. Buna karşılık olarak elektrotlar arası kapasite oranı çok düşük olduğundan yüksek frekanslı devrelerde son derece efektiftir. 

En popüler diyotlar arasında bulunan ışık yayan diyot, herkesçe bilinen ve kullanılan LED ışıklardır. İlk üretildiği dönemde yalnızca kırmızı ışık yayan bu diyot, daha sonra farklı renklerin yanı sıra morötesi ve kızılötesi dalga boylarında da ışık verebilecek şekilde geliştirilmiştir. Az enerji tüketmesine karşılık efektif kullanıma ve uzun ömre sahip olması en büyük avantajı olan ışık yayan diyot, yarı iletken malzemeden ve silisyumdan imal edilir.

Diğer diyotlar şunlardır:

• Mikrodalga Diyotları: Mikrodalga diyot, özellikle uzay iletişimi, televizyon ve radyo yayını, tıp ve radar gibi teknolojilerde sıklıkla kullanılmaktadır. Mikrodalga diyotun en önemli özelliği son derece yüksek frekanslarda bile direnç gösterebilmesidir. Bu durum, elektrik akımının ani bir şekilde yön değiştirmesi halinde dirençle karşılaşmasına olanak sağlamaktadır.
• Gunn Diyotları: Aynı zamanda mikrodalga diyot olma özelliğini taşıyan gunn diyotları, iri yapıya sahip bir diyot türüdür. Adını 1968 yılında J. B. Gunn tarafından ortaya konulan gunn etkisinden alan bu diyot, negatif dirençli ve iki terminallidir. Diğer diyotlardan farklı olarak yalnızca N tipi yarı iletken malzemeye sahip olan gunn diyot, bu özelliğine bağlı olarak alternatif akımı iki yönlü olarak iletmektedir.
• Impatt (Avalans) Diyot: Impatt diyot, yüksek frekansta sıradan bir direnç gibi davranan bir diyot türüdür. Buna karşılık olarak düşük frekansta da sığaç gibi davranmaktadır. Gunn diyota kıyasla daha güçlü olan Impatt diyotlar, P ve N tipi yarı iletken malzemeden oluşur. Yapımında ise galliyum ve silikon kullanılır.
• Baritt (Schottky) Diyot: Barrit diyotların en önemli özelliği, doğru yöne akım aktarımı sırasında hızlı olmasıdır. En düşük voltajlarda bile hızlı iletim özelliğini koruyabilen Barrit diyotlar, lineer dirence sahip değildir. Buna bağlı olarak da mikrodalga alıcılarında kullanılabilmektedir. Dedektör gibi cihazların yapımında barrit diyot sıklıkla kullanılır.
• Ani Toparlamalı Diyot: Ayarlanabilir kapasiteli diyotların daha gelişmiş hali olan bu diyot türü, frekansların 4 kattan daha fazla büyütülebilmesine olanak sağlar. Malzeme ve imal bakımından varaktör diyotlara benzeyen ani toparlanmalı diyot, daha hassas projelerde kullanılmaktadır.
• Pin Diyot: Pek çok diyottan farklı olarak pin diyotlar üçlü bir yapıya sahiptir. Pin diyotlarda P ve N bölgelerine ek olarak bu bölgeler arasında bir I bölgesi yer alır. Söz konusu I bölgesi yüksek dirence sahiptir. Mikrodalga devrelerinde sıklıkla kullanılan bir diyot türü olma özelliğini taşımaktadır.

Diyot fiyatları, çeşitlerine ve imal edildikleri malzemeye göre oldukça geniş bir yelpazeye sahiptir. Diyot fiyatları 2023 yılı için 50 kuruştan başlayıp 100 TL’ye kadar çıkabilmektedir.

Diyotlar, kullanıldıkları devrenin elektrik performansını doğrudan etkileyen devre elemanlarıdır. Kullanılan diyotun türü, söz konusu devre için uygun olup olmadığı ve diyotun imal edildiği malzemelerin cinsi ve kalitesi gibi faktörler diyotun ve bağlantılı olarak devrenin elektrik üretimi performansını etkiler.