VCS159 INTRODUCTION TO ELECTRONICS Lecture 1- Introduction
VCS159 INTRODUCTION TO ELECTRONICS Lecture 1- Introduction
VCS159 INTRODUCTION TO ELECTRONICS Lecture 1- Introduction
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
ELK273 Elektrik ve Elektronik Mühendisliğinin Temelleri<br />
Ders 9-Yarıiletkenler<br />
www.howstuffworks.com<br />
http://www.omems.redstone.army.mil/documents/electronics/transistors/T1/01x%20CF351%20D01%20Semiconductor%20Diodes.ppt<br />
https://nanohub.org/resources/2096/download/transistor.ppt<br />
Yard.Doç.Dr. Ahmet Özkurt<br />
Ahmet.ozkurt@deu.edu.tr<br />
http://ahmetozkurt.net
Giriş<br />
• Yarıiletkener günlük hayatımızda kullandığımız tüm elektriksel cihazlar<br />
içinde kullanılan entegre devrelerin temel yapılarıdır.<br />
• Mikroişlemciler, her türlü iletişim sistemleri yapıtaşı olarak transistörleri<br />
kullanır.<br />
• Günümüzde birçok yarıiletken entegre devre silikon kullanır.
İletken- Yalıtkan- Yarıiletken<br />
• İletken;<br />
– En dış ya da valans bandında zayıf bağlı elektronları vardır ve<br />
küçük bir enerji uygulandığında bu elektronlar atomdan<br />
koparılabilir.<br />
• Yalıtkan;<br />
– En dış ya da valans bandındaki elektronlar sıkı bağlıdır ve<br />
elektronlar atomdan kolayca kopmaz.<br />
– .<br />
• Semiconductor;<br />
– En dış ya da valans bandında en az 4 electronu vardır. İletken<br />
ya da yalıtkan değildir. Saf durumda iletken ile yalıtkan arasında<br />
elektriksel iletim yapar.
SI<br />
N<br />
P<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
N<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
P<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
Kovalent Bağ;<br />
4 elektronunu diğer<br />
atomlarla paylaşır ve saf<br />
kristal yapısı oluşturur<br />
Pentavalent<br />
Katlkılama;<br />
Elektronu fazla<br />
atomlar eklenir<br />
N tip yarıiletken oluşturur<br />
Trivalent<br />
Katkılama;<br />
Elktronu az olan<br />
atomlar. eklenir<br />
P tipi yarıiletken oluşturur
N Tipi Yarıiletken:<br />
N<br />
Elektronu fazla a Negatif yüklüdür.<br />
Çoğunluk taşıyıcıları Elektronlardır.<br />
N<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
N<br />
SI<br />
SI<br />
N<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
N<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
N<br />
SI<br />
SI
P Type Material;<br />
Elektronu azdır ve Pozitif yüklüdür.<br />
Çoğunluk taşıyıcıları is Deşiklerdir.<br />
P<br />
SI<br />
SI<br />
P<br />
SI<br />
SI<br />
P<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
P<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
P<br />
SI<br />
SI<br />
SI<br />
P P P
Silisyum Diyot<br />
• Diyot en basit yarıiletken elemandır. Akımı bir yönde geçirir diğer yönd<br />
geçirmez.
PN Eklemi<br />
Fakirleşme Bölgesi:<br />
P ve n tipi materyaller birleştirildiğinde birleşme<br />
bölgesinde elektron ve deşikler birleşir ve iki taraftaki<br />
fakirleşme bölgesinin her ki tarafı iyonize olur.<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
-<br />
-<br />
-<br />
-<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
-<br />
-<br />
-<br />
-<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
-<br />
-<br />
-<br />
-<br />
Fakirleşme<br />
Bölgesi<br />
P N<br />
Eklemi<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
-<br />
-<br />
-<br />
+<br />
+<br />
+<br />
-<br />
-<br />
-<br />
-<br />
-<br />
-<br />
-<br />
-<br />
-
Doğru yönde kutuplama<br />
1. N tipine (-) kutup P tipine (+) kutup bağlandığında oluşur.<br />
2. Silisyum diyot için 600mV, Germanyum için 100mV aşıldığında<br />
akım geçmeye başlar.<br />
3. Diyot idealde kısa devre gibi davranır.<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
-<br />
-<br />
-<br />
-<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
+<br />
-<br />
-<br />
-<br />
-<br />
-<br />
-<br />
-<br />
-<br />
I
Ters yönde kutuplama<br />
Ters yönde besleme uygulandığında diyot açık devre gibi davranır yani akımı geçirmez.<br />
Eğer ters yöndeki akım çok arttırılırsa kırılma (çığ) durumu yşanır ve ters yönde geçen<br />
yüksek akım diyotu yakar.<br />
+<br />
+<br />
+<br />
-<br />
+<br />
-<br />
-<br />
-<br />
+<br />
+<br />
+<br />
-<br />
+<br />
Depletion Region<br />
-<br />
-<br />
-<br />
+<br />
+<br />
+<br />
-<br />
+<br />
-<br />
-<br />
-
+<br />
+<br />
+<br />
-<br />
+<br />
-<br />
-<br />
-<br />
+<br />
+<br />
+<br />
-<br />
+<br />
-<br />
-<br />
-<br />
+<br />
+<br />
+<br />
-<br />
+<br />
-<br />
-<br />
-<br />
Anod;<br />
Katod;<br />
P Tipi<br />
N tipi
+10 VDC<br />
+10 VDC<br />
- 10 VDC<br />
+10 VDC<br />
A.<br />
B.<br />
C.<br />
D.<br />
1. D1 açık devre 2. D1 is kısa<br />
devre
Doğrultucular<br />
• Alternatif akımı doğru akıma çevirmede kullanılan devrelere doğrultucu<br />
adı verilir.<br />
• Bir güç kaynağının içinde aşağıdaki devreler bulur
Trafo<br />
• Trafo gücü değiştirmeden gerilim veya akım büyüklüğünü değiştiren<br />
devre elemanıdır.
• 1-Yarım dalga doğrultucu<br />
2-Tam dalga doğrultucu<br />
3-Köprü doğrultucu<br />
Doğrultucu Çeşitleri
:<br />
Yarım Dalga Doğrultucu<br />
• Girişe sinusoidal bir gerilim uygulandığında diyot sadece pozitif alternansı<br />
geçirir.<br />
• Negatif alternansta çıkış sıfırdır.<br />
• Çıkış kondansatörü, gerilimin en büyük değerine kadar şarj olur, gerilim<br />
azalmaya başlayınca o da deşarj olmaya başlar.<br />
• Gerilim artınca yine tepe değerine ulaşır.
Tam Dalga Doğrultucu<br />
• t1-t2 arasında D1 doğru yönde, D2 diyodu ters kutuplanmıştır. Akım<br />
a,d,e,c yolunu izler ve ac arasındaki gerilim çıkışta gözlenir.<br />
• t2-t3 arasında D1 ters yönde, D2 diyodu doğru yönde kutuplanmıştır.<br />
Akım b,d,e,c yolunu izler ve ac arasında pozitif gerilim çıkışta gözlenir.<br />
• Çıkışa bir kondansatör bağlanarak daha DCye yakın bir gerilim alınır.
Köprü Doğrultucu<br />
• t1-t2 arasında D1 ve D2 iletimdedir. Akım e,a,c,g,h,d,b,f yolunu izler.<br />
• t2-t3 arasında D3 ve D4 iletimdedir. Akım f,b,c,g,h,d,a,e yolunu izler.<br />
ve yük direnci üstünde pozitif gerilim gözlenir.
Transistörler
Tanım<br />
• Transistörler yarıiletkenlerin iletkenlik özelliklerinin değişmesiyle anahtarlama ve<br />
yükseltme işlemleri yapabilen 3 terminalli elektriksel devre elemanlarıdır.<br />
– Kaynak (Source)<br />
– Geçit (Gate)<br />
– Akaç (Drain)<br />
http://www.privateline.com/<br />
TelephoneHistory3/History3.html
Önemi<br />
– Transistörler daha önce kullanılan vakum tüplerinin yerine geçmiştir.<br />
– Günümüz bilgi çağının vazgeçilmezleri bilgisayar, iphone, cep bilgisayarları<br />
ve kullanıcı elektroniği devrelerinde kullanılan entegre devrelerin üretiminde<br />
en önemli bileşendir.
1874<br />
• Ferdinand Braun doğrultmayı keşfetti<br />
– Kristaller akımı belli koşullar altında<br />
sadece bir yönde geçirir<br />
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Ferdinand_Braun.jpg<br />
◄
1883<br />
• Edison etkisi ( thermionic emission).<br />
– Termal titreşim (ısı) etkisiyle<br />
metallerden elektron akışı elektronları<br />
yüzeyde tutan elektrostatik kuvvetlerin<br />
aşar.<br />
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Thomas_Edison.jpg<br />
◄
◄<br />
1895<br />
• Guglielmo Marconi bir milden daha<br />
uzağa radyo dalgası gönderdi<br />
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Marconi.jpg
1895<br />
• John Ambrose Fleming –vakum tüpü<br />
geliştirdi<br />
– Elektronların boşlukta hareketiyle<br />
sinyali değiştiren bir cihaz.<br />
– Elektronlar sadece bir yönde akarak<br />
bir diyot oluşturur.<br />
http://concise.britannica.com/ebc/art-58608<br />
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:<br />
Diode_vacuum_tube.png<br />
◄
◄<br />
1898<br />
• Thomson elektronu keşfetti.<br />
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Jj-thomson2.jpg
1906<br />
• Lee De Forest –telefon konuşmalarını<br />
uzağa iletebilmek için triod’u icat etti.<br />
• Izgara elektron akışını sınırlayarak<br />
ayarlama yapmayı sağlıyordu.<br />
• Fakat cihaz güvenilir değildi ve çok güç<br />
çekiyordu.<br />
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Deforest.jpg<br />
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Triode_<br />
vacuum_tube.png<br />
◄
1907<br />
• Bell telefon patentinin süresi doldu.<br />
• AT&T (Bell’in şirketi) De Forest’in triod<br />
patentini satın aldı.<br />
• Kıtalararası telefon iletişimi sağlandı.<br />
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Ale<br />
xander_Graham_Bell22.jpg<br />
◄
1928<br />
• MOS transistörle ilgili keşiflerde bulundu.<br />
http://chem.ch.huji.ac.il/~eugeniik/history/<br />
lilienfeld.htm<br />
◄
1934<br />
• Alman fizikçi Dr. Oskar Heil alan etkili<br />
transistörün patentini aldı.<br />
http://www.precide.ch/eng/eheil/eheil.htm<br />
◄
◄<br />
1936<br />
• Bell Lab‘ın araştırma yöneticisi Mervin<br />
Kelly Bell iyi bir yükselteç yapmak için<br />
yarıiletken teknolojisine eğilmek<br />
gerektiğini düşündü ve bu konuda bir<br />
araştırma labı kurdu.<br />
http://www.pbs.org/transistor/album1/addlbios/kelly.html
1945<br />
• Bill Shockley, Walter Brattain ve John Bardeen.<br />
• İlk yarıiletken transistörlü yükselteci yaptı<br />
http://www.lucent.com/minds/<br />
transistor/history.html<br />
◄
1947<br />
• Bardeen ve Brattain nokta etkili transistörü icat etti<br />
http://www.lucent.com/minds<br />
/transistor/history.html<br />
http://www.lucent.com/minds/<br />
transistor/history.html<br />
http://www.lucent.com/minds/t<br />
ransistor/history.html<br />
◄
1947 cont.
1947 cont.<br />
• Shockley ilk eklem transistörü icat etti<br />
http://www.ecse.rpi.edu/Homepages/schubert/Unused%20stuff/Educational%20resources/<br />
Picture%20First%20junction%20transistor.jpg
1947 cont.<br />
• NPN transistörler 2 N bölge<br />
arasında bir P bölgeisnden<br />
oluşur.<br />
• PNP de 2P arasında bir N<br />
bölgesi vardır<br />
◄
1948<br />
• Bells Lab transistörü ilan etti.<br />
• John Pierce adını değişken(geçişgen) direnç anlamında bir isim verdi.<br />
◄
1950’s<br />
• Sony lisansı satın aldı.<br />
• 1946’da Sony radyo tamir kiti geliştirdi.<br />
• 1950’de transistörlü radyo icat edildi.<br />
http://www.sony.net/Fun/SH/1-6/h2.html<br />
◄
1955<br />
• Shockley Semiconductor firmasının kuruluşu Silikon vadisinin<br />
temellerini attı.<br />
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:SJPan.jpg<br />
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:ShockleyBldg.jpg<br />
◄
1957<br />
• Fairchild Semiconductor kuruldu.<br />
http://www.fairchildsemi.com/company/history_1957.html<br />
◄
1958<br />
• Jack Kilby, Texas Instruments – Entegre devreyi<br />
(Integrated Circuit, IC) icat etti<br />
– Silikon bir kristal üzerine devre kurulmasıyla<br />
alan küçülür, daha kolay üretim yapılır.<br />
Texas Instruments' first IC<br />
◄
1958 - IC<br />
http://www.helicon.co.uk/online/datasets/<br />
samples/education/images.htm<br />
http://www.ece.uiuc.edu/grad/7reasons/5reputation.html
1968<br />
• Bob Noyce, Gordon Moore, Andy Grove, Intel i kurdu<br />
http://www.itnews.sk/buxus_dev/images/<br />
2006/Intel_logo_nove1_velky.jpg<br />
http://www.granneman.com/techinfo/<br />
background/history/<br />
◄
Transistör nasıl çalışır?<br />
• Bir eklem transistörün bazına uygulanan akımın değişmesi kollektör ve<br />
emitör arasında geçen akımın miktarını değiştirir.<br />
• Bu da bir dimmer’in çalışmasına benzer.<br />
◄
• Anahtar veya yükselteç modunda<br />
çalışabilir.<br />
• Ancak transistör çok daha hızlı çalışır.<br />
• Silikon ve galyum arsenid gibi yarı<br />
iletkenlerden yapılır.<br />
http://www.ieicorp.com/consum/dimmer.gif<br />
◄
Transistor Tipleri<br />
• MOS - Metal Oxide Semiconductor<br />
• FET - Field Effect Transistor<br />
• BJT - Bipolar Junction Transistor<br />
◄
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/06/Moore_Law_diagram_%282004%29.png<br />
◄
The Transistörlerin Geleceği<br />
• Moleküler elektronik<br />
• Karbon nanotüp transistorler<br />
• Quantum hesaplamalar<br />
• …<br />
"Photo: National Research Council of Canada.“<br />
http://www.nrc-cnrc.gc.ca/multimedia/picture/<br />
fundamental/nrc-nint_moleculartransistor_e.html<br />
◄
Transistorler<br />
http://www.bellsystemmemorial.com/belllabs_transistor.html<br />
◄