İletkenler, Yalıtkanlar ve Yarı İletkenler

SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Temel Elektronik Dersleri 2.Hafta İletkenler, Yalıtkanlar ve Yarı İletkenler

İLETKENLER:

Elektrik akımını, karşı bir direnç göstermeden ileten maddelere iletken maddeler denir. Bir maddenin iletkenliğini belirleyen en önemli faktör, atomlarının son yörüngesindeki elektron sayısıdır. Bu son yörüngeye “Valans Yörünge” üzerinde bulunan elektronlara da “Valans Elektron” denir. Valans elektronlar atom çekirdeğine zayıf olarak bağlıdır. Valans yörüngesindeki elektron sayısı 4 ‘den büyük olan maddeler yalıtkan 4 ‘den küçük olan maddeler iletkendir. Örneğin bakır atomunun son yörüngesinde sadece bir elektron bulunmaktadır.

Bu da bakırın iyi bir iletken olduğunu belirler. Bakırın iki ucuna bir elektrik enerjisi uygulandığında bakırdaki valans elektronlar güç kaynağının pozitif kutbuna doğru hareket eder. Bakır elektrik iletiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Sebebi ise maliyetinin düşük olması ve iyi bir iletken olmasıdır. Gümüş ve Altın da iyi iletkenlerden olmakla beraber maliyetlerinin yüksek olması nedeniyle, elektrik iletiminde yaygın olarak kullanılmamaktadırlar. Bunlar, ancak hassas devrelerde (örneğin entegre devreler) kullanılmaktadır.

YALITKANLAR:

Yalıtkan maddelerin atomlarının valans yörüngelerinde 8 elektron bulunur. Bu tür yörüngeler doymuş yörünge sınıfına girerler ve elektron alıp verme istekleri yoktur. Bu sebeple elektriği iletmezler. Yalıtkan maddeler, elektriksel açıdan gerilim altındaki kısımların yalıtımında kullanılırlar. Elektrikli ev aletlerinin plastik gövdeleri, havai hatları direkler üzerinde taşıyan izalatörler, kabloların dış muhafazaları yalıtkan maddelerden yapılmıştır. Cam, tahta, seramik malzemeler, plastik malzemeler yalıtkan maddelere örnek olarak verilebilir.

YARI İLETKENLER:

Yarı iletkenlerin valans yörüngelerinde 4 elektron bulunmaktadır. Bu yüzden yarı iletkenler iletkenlerle yalıtkanlar arasında yer almaktadır. Elektronik elemanlarda en yaygın olarak kullanılan yarı iletkenler Germanyum ve Silisyumdur. Tüm yarı iletkenler son yörüngelerindeki atom sayısını 8 ‘e çıkarma çabasındadırlar. Bu nedenle saf bir germenyum maddesinde komşu atomlar son yörüngelerindeki elektronları kovalent bağ ile birleştirerek ortak kullanırlar. Yarıiletken malzemeler ilerleyen konularda ayrıntılı olarak ele alınacaktır. Yarıiletkenler diyot, transistör gibi elektronik devre elemanlarının yapımında kullanılmaktadır.

DİRENÇ BAĞLANTI TÜRLERİ/SERİ BAĞLAMA

Seri bağlanan, birden fazla direncin her biri, elektronlara kendi değeri kadar zorluk çıkaracağı için, eşdeğer direnç, dirençlerin toplamına eşit olur. Örnek devrede üç adet direncin birbirine seri bağlanması görülmektedir.

A ve B noktaları arasındaki eşdeğer direnç RAB ;

RAB = R1 + R2 + R3

ifadesi ile bulunur.

Direnç değerleri; R1 = 10 Ω, R2 = 20 Ω , R3 = 40 Ω olduğuna göre, örnek devre için eşdeğer direnç:

RAB = 10 + 20 + 40 = 70 Ω olur.

En genel halde; seri bağlanmış N adet direncin eşdeğeri :

RAB = R1 + R2 + R3 + R4 + . . . + RN olacaktır.

DİRENÇ BAĞLANTI TÜRLERİ/PARALEL BAĞLAMA

Dirençler paralel bağlandıklarında elektronlar için daha geniş geçiş yolu sağlanmış demektir ve toplam direnç bağlanan en küçük dirençten daha az olacaktır. Örnek devrede üç adet direncin birbirine paralel bağlanması görülmektedir.

C ve D noktaları arasındaki eşdeğer direnç RCD;

1 / RCD = ( 1 / R1 ) + ( 1 / R2 ) + ( 1 / R3 )

şeklinde ifade edililir.

Dirençdeğerleri; R1 = 10 Ω , R2 = 20 Ω , R3 = 40 Ω olduğuna göre, örnek devre için eşdeğer direnç:

1 / RCD = ( 1 / 10 ) + ( 1 / 20 ) + ( 1 / 40 )
1 / RCD = ( 0.1 ) + ( 0.05 ) + ( 0. 025)
1 / RCD = 0.175
RCD = 1 / 0.175 = 5.71 Ω olur.

En genel halde; seri bağlanmış N adet direncin eşdeğeri :

1 / RCD = ( 1 / R1 ) + ( 1 / R2 ) + ( 1 / R3 ) + ( 1 / R4 ) + . . . + ( 1 / RN )

olacaktır.

DİRENÇLER

Elektrik devrelerinde, elektrik akımının geçişine gösterilen zorluk Direnç olarak tanımlanır. R harfi ile gösterilen direncin birimi Ω (ohm) dur. Gerçekte iletkenlerin de bir direnci vardır. Bir iletkenin direnci;

* İletkenin uzunluğu ile doğru orantılıdır.

* İletkenin kesiti ile ters orantılıdır.

* İletkenin yapıldığı maddenin cinsine bağlıdır.

Devre elemanı olarak direnç, elektronik devrelerde akımın sınırlanması veya gerilimin bölünmesi amacıyla sıkça kullanılır. Yaygın olarak kullanılan direnç katları :

0.001 ohm = 1 mili ohm = 1 mΩ
1 ohm = 1 ohm = 1 Ω
1.000 ohm = 1 Kilo ohm = 1 kΩ
1.000.000 ohm = 1 Mega ohm = 1 MΩ
1.000.000.000 ohm = 1 Giga ohm = 1GΩ

Dirençlerin elektrik devrelerinde kullanılan sembolleri aşağıda belirtilmiştir.

DİRENÇ KODLARI

Elektronik devre elemanı olarak kullanılan dirençlerin değeri, direnç üzerinde renk kodları ile belirtilir. Renkler de, 1. renk; 1. sayıyı, 2. renk; 2. sayıyı, 3. renk çarpan üstelini ve 4. renk ise toleransı gösterir. Direnç değeri hesaplanırken, ilk iki rengin karşılığı olan sayılar yan yana konur ve üçüncü rengin karşılığı 10’un kuvveti şeklinde çarpan olarak gelir.

Şekle bakıldığında, ilk renk kahverengi; 4, ikinci renk siyah; 0 ve üçüncü renk kırmızı da çarpan olarak 102 dir. Tolerans direncin değerinde olabilecek en büyük sapmayı belirtir. Şekildeki direncin toleransı %5 ve direncin değeri de 1 kΩ (1000 Ω)’dur. Tolerans, bu direncin değerinin 1 kΩ ‘dan % 5 fazla veya % 5 eksik olabileceğini belirtir. Yani bu direnç; 995 Ω ila 1005 Ω arasında bir değerde olacaktır. Bir de 5 renkli dirençler vardır. Bu dirençlerde ilk üç renk sayı 4. renk çarpan, 5. renk ise toleranstır.

DİRENÇ BAĞLANTI TÜRLERİ/KARIŞIK BAĞLAMA

Dirençler, kullanıldıkları devrelerde, hem seri hem de paralel bağlanabilirler. İki nokta arasındaki eşdeğer direnç, seri ve paralel bağlama kurallarına göre indirgemeler yapılarak belirlenir. Örnek devrede, üç adet seri ve üç adet paralel bağlanmış dirençler görülmektedir.

A ve B noktaları arasındaki eşdeğer direnç :

RAB = R1 + R2 + R3 ve,

C ve D noktaları arasındaki eşdeğer direnç :

1 / RCD = ( 1 / R4) + ( 1 / R5 ) + ( 1 / R6 )

şeklinde belirlenir.

A ve D noktaları arasındaki eşdeğer direnç ise :

RAD = RAB + RCD

olacaktır.

Direnç değerleri; R1 = 10 Ω , R2 = 20 Ω , R3 = 40 Ω , R4 = 10 Ω , R5 = 20 Ω , R6 = 40 Ω olduğuna göre, örnek devre için eşdeğer direnç RAD:

A ve B noktaları arasında :

RAB = 10 + 20 + 40 = 70 W

C ve D noktaları arasında :

1 / RCD = ( 1 / 10 ) + ( 1 / 20 ) + ( 1 / 40 ) = 0.175

RCD = 1 / 0.175 = 5.71 Ω

A ve D noktaları arasında :

RAD = RAB + RCD = 70 + 5.71 = 75.71 Ω olarak hesaplanır.