Elektronik I

ÖNSÖZ
Elektronik, serbest elektronların hareketlerinin ve yönlerinin denetimini sağlayan bir bilim dalıdır. Yaşantımızın her kesiminde kendisini gösteren elektronik, bizlere kolaylık sağlayan bir araçtır. Aynı zamanda elektronik hemen hemen bütün bilim dalları ile iç içe geçmiştir. Elektronik diğer bilim dallarını da kolaylaştırarak, onları daha cazip hale getirmektedir. Gündelik yaşantımızda da kullanmakta olduğumuz elektronik, bizlere daha kaliteli ve kolay bir hayat sunmaktadır. Çağımız teknoloji çağı olduğu için bir çok işi elektronik vasıtasıyla yapmaktayız. Bu yüzden hayatımızı kolaylaştıran bir çok şeyi elektrik ve elektroniğe borçluyuz.
Durum böyleyken ülkemizde, elektronik ile ilgili Türkçe kaynaklara büyük ihtiyaç vardır. Bu tür kaynaklara ulaşmak isteyenler genellikle yabancı kitaplara yönelmek zorunda kalmaktadırlar. Bu sebeple meslekteki 25 yıllık tecrübemi, elektronik alanında otorite olmuş yabancı kaynakları ve kısıtlı sayıda yerli kaynakları kullanarak bu kitabın hazırlanması için büyük bir çaba ve zaman sarf ettim. Bu kitaptan ne kadar çok öğrenci ve bu meslekle ilgilenen insan faydalanırsa o kadar emeklerimin bir anlamı olacaktır. Elektronik alanında ilerlemenin en iyi yolu okumak, düşünmek, tasarlamak ve uygulamaktır. Bu kitabın tüm bu faaliyetler için size yardımcı olacağı inancındayım. Kitabın her bölümünü dikkatlice okumanız, örnek problemleri adım adım takip etmeniz, konularla ilgili bölüm testlerini ve sorularını çözmeniz veya çözmeye çalışmanız, bu kitaptan beklenecek maksimum faydayı sağlayacaktır.
Bu kitapta bahsedilen bölümler, son derece anlaşılır ve sade bir dil kullanılarak sebep-sonuç ilişkisine önem verilerek hazırlanmıştır. Bu bölümler kısaca aşağıdaki gibi özetlenmiştir.
1. Yarı iletken maddeler: Bu bölümde atomların genel yapısından bahsedilerek özellikle elektriksel maddelerin atom yapılarının detayları hakkında bilgi verilmiştir. Sonrasında yarı iletken maddelerin atomik yapıları anlatılarak N-tipi ve P-tipi maddelerin oluşumu hakkında bilgi verilmiştir.
2. Diyotlar: Bu bölümde diyotların yapılarından, karakteristik özelliklerinden, diyot polarmalandırmalarından, diyotların direncinden, sıcaklığın diyot üzerindeki etkilerinden ve diyotların diğer özelliklerinden bahsedilmiştir.
3. Özel amaçlı diyotlar: Bu bölümde özel amaçlı kullanılan diyotların yapıları, sembolleri, özellikleri, çalışmaları ve basit uygulamaları hakkında doyurucu bilgiler verilmiştir.
4. Diyot bağlantıları ve uygulamaları: Bu bölümde seri-paralel diyot bağlantıları ve bu bağlantılara ait özellikler hakkında bilgi verilerek bu bağlantıların DC analizleri yapılmıştır. DC analizlerin yanı sıra diyotların yaygın uygulamalarına değinilmiştir.
5. Temel güç kaynağı: Bu bölümde diyotların önemli bir uygulamasını teşkil eden güç kaynağının temelleri hakkında bilgi verilmiştir. Güç kaynağını meydana getiren bloklar hakkında tatmin edici bilgiler verilmiştir.
6. Transistörler: Bu bölümde elektroniğin başrol oyuncusu olan transistörlerin yapısı, sembolü, çalışması, akımları ve gerilimleri hakkında temel bilgiler verilmiştir. Bunun yanı sıra transistörün üç temel bağlantısının özellikleri anlatılmıştır.
7. Transistörlerin polarmalandırılması: Bu bölümde transistörlerin değişik DC polarmaları ve özellikleri hakkında bilgiler verilerek polarma devreleriyle ilgili olarak ziyadesiyle örnekler yapılmıştır.
8. Transistörlerin polarma kararlılığı: Bu bölümde transistörlerin kararlılığını etkileyen faktörler olan sızıntı akımı kararlılığı, beyz-emiter kararlılığı ve beta kararlılığı hakkında detaylı bilgiler verilerek analizler yapılmıştır.
9. Transistörlü devre tasarımı: Bu bölümde değişik polarma türlerinde transistörlü devrelerin tasarımı hakkında önemli bilgiler verilmiştir.
10. Transistör uygulamaları: Bu bölümde elektronikte çok önemli bir görevi olan transistörün çok yaygın uygulamalarına ait devre şemaları ve bu uygulamaların çalışmaları hakkında bilgi verilmiştir.
11. Alan etkili transistörler (FET’LER): Bu bölümde transistörlerin çok önemli çeşidi olan alan etkili transistörlerin yapıları, özellikleri ve çeşitleri hakkında bilgiler verilmiştir.
12. FET’lerde polarma bağlantıları: Bu bölümde alan etkili transistörlerin polarma bağlantılarının özellikleri ve bu bağlantıların DC analizlerinin nasıl yapıldığı ifade edilerek yeteri kadar örnek yapılmıştır.
13. FET uygulamaları: Bu bölümde çok yaygın olarak kullanılan FET uygulamaları ve bu uygulamaların özellikleri hakkında gerekli bilgiler verilmiştir.
14. Güç kontrol elemanları: Bu bölümde güç devrelerinin kontrolünü sağlayan güç kontrol elemanlarının yapıları, sembolleri, çalışmaları ve bazı uygulamaları hakkında bilgiler verilmiştir.
15. Diğer devre elemanları: Bu bölümde diğer bölümlerde bahsedilmemiş ancak elektronik alanında zaman zaman kullanılan devre elemanlarının yapıları, sembolleri, çalışmaları ve uygulamaları hakkında yeterli bilgiler verilmiştir.
Bu kitap öncelikle mühendislik fakülteleri ve teknoloji fakültelerinde elektrikelektronik mühendisliği, mekatronik mühendisliği, bilgisayar mühendisliği, elektronikhaberleşme mühendisliği bölümünde okutulan Elektronik I, Temel Yarı İletken Devre Elemanları, Analog Elektronik ve Temel Elektronik derslerinin müfredatı göz önünde bulundurularak hazırlanmıştır. Bu baskıda (3.baskı) kitaptaki bölümlerin tamamı gözden geçirilmiş tespit edilen tüm hatalar düzeltilmiştir. Tüm sayısal işlemlerin ve şekillerin içerisindeki fontlar daha kaliteli hale getirilmiştir. Kitabın hazırlanması esnasında her zaman yanımda olan, manevi desteklerini hiç esirgemeyen eşime, çocuklarıma ve tüm mesai arkadaşlarıma teşekkür ederim. Bu kitabı aileme, öğrencilerime, elektronik mesleğine gönül vermiş meslektaşlarıma ve elektronikle ilgilenen herkese ithaf ediyorum.

Doç. Dr. Hüseyin DEMİREL
Karabük Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü
2018

İÇİNDEKİLER
1. YARI İLETKEN MADDELER ........................................................................................ 2
1.1. GİRİŞ .........................................................................................................................................................................2
1.2. ATOM ........................................................................................................................................................................2
1.3. ELEKTRİKSEL MADDELER .............................................................................................................................5
1.4. ENERJİ SEVİYELERİ ...........................................................................................................................................6
1.5. YARI İLETKEN ATOMLARI ..............................................................................................................................8
1.6. ATOMİK BAĞ ...................................................................................................................................................... 10
1.7. N-TİPİ ve P-TİPİ YARI İLETKENLER ........................................................................................................ 12
1.8. ELEKTRONLARIN VE OYUKLARIN İLETİMİ......................................................................................... 15
1.9. BÖLÜM ÖZETİ .................................................................................................................................................... 17
1.10. BÖLÜM TESTİ .................................................................................................................................................. 19
1.11. BÖLÜM SORULARI ........................................................................................................................................ 21
2. DİYOTLAR ..................................................................................................................... 24
2.1. PN BİRLEŞİM DİYOTU .................................................................................................................................... 24
2.2. DİYOTUN POLARMALANDIRILMASI ....................................................................................................... 25
2.3. DİYOT SEMBOLÜ .............................................................................................................................................. 29
2.4. DİYOTLARDA AKIM EŞİTLİĞİ ..................................................................................................................... 30
2.5. DİYOT KARAKTERİSTİKLERİ ..................................................................................................................... 31
2.6. DİYOT YAKLAŞIMLARI .................................................................................................................................. 35
2.7. SICAKLIĞIN ETKİSİ.......................................................................................................................................... 37
2.8. DİYOT DİRENCİ ................................................................................................................................................. 37
2.9. GEÇİŞ VE YAYILIM KAPASİTESİ ................................................................................................................ 42
2.10. TERS GERİ DÖNÜŞÜM ZAMANI .............................................................................................................. 43
2.11. DİYOTLARIN BİLGİ SAYFASI .................................................................................................................... 44
2.12. DİYOTLARIN TEST EDİLMESİ .................................................................................................................. 47
2.13. BÖLÜM ÖZETİ ................................................................................................................................................. 48
2.14. BÖLÜM TESTİ .................................................................................................................................................. 49
2.15. BÖLÜM SORULARI ........................................................................................................................................ 52
3. ÖZEL AMAÇLI DİYOTLAR ......................................................................................... 58
3.1. ZENER DİYOTLAR ............................................................................................................................................ 58
3.2. IŞIK YAYAN DİYOTLAR (LED’LER) ........................................................................................................... 66
3.3. LAZER DİYOTLAR ............................................................................................................................................ 72
3.4. FOTO DİYOTLAR............................................................................................................................................... 74
3.5. VARİKAP DİYOTLAR ....................................................................................................................................... 75
3.6. ŞOTKİ (SCHOTTKY) DİYOTLAR ................................................................................................................. 77
3.7. PIN DİYOTLAR ................................................................................................................................................... 78
3.8. TÜNEL DİYOTLAR ............................................................................................................................................ 79
VI
3.9. GÜÇ DİYOTLARI ................................................................................................................................................ 81
3.10. BÖLÜM ÖZETİ ................................................................................................................................................. 82
3.11. BÖLÜM TESTİ.................................................................................................................................................. 83
3.12. BÖLÜM SORULARI ........................................................................................................................................ 85
4. DİYOT BAĞLANTILARI VE UYGULAMALARI ...................................................... 88
4.1. DİYOTUN YÜK DOĞRUSU ............................................................................................................................. 88
4.2. DİYOT BAĞLANTILARI .................................................................................................................................. 91
4.4. VEYA / VE KAPILARI ...................................................................................................................................... 99
4.4. DOĞRULTUCULAR ........................................................................................................................................ 102
4.5. KIRPICILAR ...................................................................................................................................................... 110
4.6. KENETLEYİCİLER ......................................................................................................................................... 113
4.7. GERİLİM İKİLEYİCİLER .............................................................................................................................. 115
4.8. DİĞER DİYOT UYGULAMALARI .............................................................................................................. 116
4.9. ZENER DİYOT UYGULAMALARI ............................................................................................................. 119
4.10. LED UYGULAMALARI ............................................................................................................................... 124
4.11. BÖLÜM ÖZETİ .............................................................................................................................................. 126
4.12. BÖLÜM TESTİ............................................................................................................................................... 127
4.13. BÖLÜM SORULARI ..................................................................................................................................... 129
5. TEMEL GÜÇ KAYNAĞI ............................................................................................. 138
5.1. GİRİŞ ................................................................................................................................................................... 138
5.2. DOĞRULTUCU ................................................................................................................................................. 138
5.3. FİLTRE ............................................................................................................................................................... 139
5.4. REGÜLÂTÖR .................................................................................................................................................... 143
5.5. GÜÇ KAYNAĞI UYGULAMALARI ............................................................................................................. 145
5.6. BÖLÜM ÖZETİ ................................................................................................................................................. 148
5.7. BÖLÜM TESTİ ................................................................................................................................................. 148
5.8. BÖLÜM SORULARI ........................................................................................................................................ 149
6. TRANSİSTÖRLER ...................................................................................................... 154
6.1. TRANSİSTÖRLERİN YAPISI VE SEMBOLÜ ......................................................................................... 155
6.2. TRANSİSTÖRÜN ÇALIŞMASI .................................................................................................................... 156
6.3. TRANSİSTÖRÜN AKIMLARI ..................................................................................................................... 159
6.4. TRANSİSTÖRÜN GERİLİMLERİ ............................................................................................................... 161
6.5. TRANSİSTÖRÜN DC MODELİ ................................................................................................................... 161
6.6. TRANSİSTÖRÜN DC ANALİZİ................................................................................................................... 162
6.7. TRANSİSTÖRÜN BAĞLANTILARI ........................................................................................................... 164
6.8. TRANSİSTÖRÜN KATALOGDAN OKUNMASI .................................................................................... 169
6.9. TRANSİSTÖRÜN TEST EDİLMESİ .......................................................................................................... 170
6.10. BÖLÜM ÖZETİ .............................................................................................................................................. 172
6.11. BÖLÜM TESTİ............................................................................................................................................... 172
6.12. BÖLÜM SORULARI ..................................................................................................................................... 175
VII
7. TRANSİSTÖRLERİN POLARMALANDIRILMASI .............................................. 180
7.1. GİRİŞ .................................................................................................................................................................. 180
7.2. DC ÇALIŞMA NOKTALARI ........................................................................................................................ 181
7.3. YÜK DOĞRUSU ............................................................................................................................................. 183
7.4. TRANSİSTÖRÜN ÇALIŞMA BÖLGELERİ ............................................................................................. 187
7.5. SABİT POLARMA .......................................................................................................................................... 192
7.6. EMİTER POLARMASI .................................................................................................................................. 196
7.7. GERİLİM BÖLÜCÜLÜ POLARMA ............................................................................................................ 199
7.8. KOLLEKTÖR GERİ BESLEMELİ POLARMA ....................................................................................... 207
7.9. DİĞER POLARMA ÇEŞİTLERİ .................................................................................................................. 209
7.10. PNP TRANSİSTÖRÜN POLARMASI .................................................................................................... 216
7.11. BÖLÜM ÖZETİ .............................................................................................................................................. 219
7.12. BÖLÜM TESTİ............................................................................................................................................... 219
7.13. BÖLÜM SORULARI ..................................................................................................................................... 221
8. TRANSİSTÖRLERDE POLARMA KARARLILIĞI ............................................... 228
8.1. GİRİŞ ................................................................................................................................................................... 228
8.2. KARARLILIK FAKTÖRLERİ ....................................................................................................................... 230
8.3. SIZINTI AKIMI KARARLILIĞI ................................................................................................................... 230
8.4. BEYZ-EMİTER GERİLİMİ KARARLILIĞI .............................................................................................. 237
8.5. BETA KARARLILIĞI ...................................................................................................................................... 239
8.6. SONUÇ ................................................................................................................................................................ 240
8.7. BÖLÜM ÖZETİ ................................................................................................................................................. 241
8.8. BÖLÜM TESTİ ................................................................................................................................................. 241
8.9. BÖLÜM SORULARI ........................................................................................................................................ 243
9. TRANSİSTÖRLÜ DEVRE TASARIMI .................................................................... 248
9.1. SABİT POLARMALI DEVRE TASARIMI ................................................................................................ 249
9.2. EMİTER DİRENÇLİ POLARMA DEVRESİ TASARIMI ...................................................................... 250
9.3. GERİLİM BÖLÜCÜLÜ POLARMALI DEVRE TASARIMI .................................................................. 252
9.4. ANAHTARLAMA DEVRESİ TASARIMI .................................................................................................. 255
9.5. BÖLÜM ÖZETİ ................................................................................................................................................. 259
9.6. BÖLÜM TESTİ ................................................................................................................................................. 259
9.7. BÖLÜM SORULARI ........................................................................................................................................ 260
10. TRANSİSTÖR UYGULAMALARI ......................................................................... 266
10.1. TRANSİSTÖRÜN ANAHTAR OLARAK KULLANILMASI.............................................................. 266
10.2. TRANSİSTÖRLÜ YÜKSELTEÇLER........................................................................................................ 271
10.3. TRANSİSTÖRLÜ LOJİK KAPILAR ......................................................................................................... 272
10.4. RÖLE SÜRÜCÜSÜ ........................................................................................................................................ 274
10.5. TRANSİSTÖRLÜ SICAKLIK KONTROL DEVRESİ ........................................................................... 275
10.6. SABİT AKIM KAYNAĞI.............................................................................................................................. 277
VIII
10.7. SABİT AKIM KAYNAKLI ALARM SİSTEMİ ....................................................................................... 277
10.8. KARARSIZ MULTİVİBRATÖR ................................................................................................................ 278
10.9. GERİLİM SEVİYE GÖSTERGESİ ............................................................................................................. 279
10.10. TRANSİSTÖRLÜ GERİLİM REGÜLÂTÖRÜ ..................................................................................... 279
10.11. BÖLÜM ÖZETİ ........................................................................................................................................... 281
10.11. BÖLÜM TESTİ ............................................................................................................................................ 281
10.12. BÖLÜM SORULARI .................................................................................................................................. 283
11. ALAN ETKİLİ TRANSİSTÖRLER (FET’LER).................................................... 288
11.1. GİRİŞ ................................................................................................................................................................. 288
11.2. JONKSİYON ALAN ETKİLİ TRANSİSTÖR (JFET) ........................................................................... 289
11.3. METAL-OKSİT YARIİLETKEN FET (MOSFET) ............................................................................... 294
11.4. GÜÇ MOSFETLERİ ...................................................................................................................................... 298
11.5. C-MOSFET ...................................................................................................................................................... 300
11.6. ÇİFT KAPILI MOSFET’LER ...................................................................................................................... 300
11.7. MOSFETLERLE İLGİLİ ÖNERİLER ....................................................................................................... 301
11.8. METAL YARIİLETKEN FET (MESFET) .............................................................................................. 301
11.9. FET’LERİN TEST EDİLMESİ ................................................................................................................... 303
11.10. ÖZET TABLOSU......................................................................................................................................... 305
11.11. FET BİLGİ SAYFALARI ........................................................................................................................... 306
11.12. BÖLÜM TESTİ ............................................................................................................................................ 309
11.13. BÖLÜM SORULARI .................................................................................................................................. 311
12. FET’LERDE POLARMA BAĞLANTILARI .......................................................... 316
12.1. SABİT POLARMALI JFET BAĞLANTISI .............................................................................................. 316
12.2. KENDİNDEN POLARMALI JFET BAĞLANTISI ................................................................................ 320
12.3. GERİLİM BÖLÜCÜ POLARMALI JFET BAĞLANTISI ..................................................................... 323
12.4. P-KANALLI JFET BAĞLANTISI .............................................................................................................. 328
12.5. D-MOSFET’LERİN POLARMALANDIRILMASI ................................................................................ 330
12.6. E-MOSFET’LERİN POLARMALANDIRILMASI ................................................................................ 333
12.7. FET – BJT BAĞLANTILARI ...................................................................................................................... 335
12.8. BÖLÜM ÖZETİ .............................................................................................................................................. 337
12.9. BÖLÜM TESTİ............................................................................................................................................... 338
12.10. BÖLÜM SORULARI .................................................................................................................................. 339
13. FET UYGULAMALARI ............................................................................................ 344
13.1. ELEKTRONİK VOLTMETRE ........................