PNPN YAPILARI VE DENETLENEBİLİR SİLİSYUM DOĞRULTMAÇLAR

PNPN YAPILARI ve

DENETLENEBİLİR SİLİSYUM DOĞRULTMAÇLAR

ARDA KISAKOREK KURTÇA DOĞAN

OZBT

Bu yazıda, denetimli silisyum doğrultmacın eşde ğer devresi, giriş ve çıkış karakteristikleri, belli Özelliklerin çalışma üzerindeki etkileri tartışılmıştır. Simgeler verilmiş ve tanımlar ba zı DSD (SCR) karakteristikleri için önerilmiştir.

VDKs 621.382.233

SUMMARY in this paper, the equivalent circuit, input and output characteristics, influence of various pro pertiea on the operation of silicon controlled rectifiers are discussed. The symbols are given and definitions are proposed for some SCR cha racteristics.

1. GÎRÎŞ

Tiriltor adı PNPN yapısı içindeki pozitif geribes leaenin «ekline bağlı olarak anahtar gibi çalışan herhangi bir yarı iletken malzeme için kullanılır. Tiriatorlaru iki, üç, dört uçlu olanları; tek yOnlü, çift yönlü olanları vardır. Yaptıkları iş levlere göre tiristorlara verilen adlardan bazı ları şunlardır: Denetlenebilir silisyum doğrult maç. (SCR), Tek yönlü silisyum anahtar (Silicon unilateral sviteh SUS), Işık uyarmalı silisyum doğrultmaç (Light activated silicon controlled rectifier LASCR), Geçitiyle kesime geçirilebilen anahtar (Gate turn off switch GTO), Diyak, tri yak, Shockley diyotu vb.

2. OSD ÇALIŞMA ÎLKELERÎ

Tiristorlar içinde bugün için en fazla kullanım alanı bulanı denetlenebilir silisyum doğrultmacı dır (DSD). Adı ilk kez elektronik dünyasına 1956' da Bell telefon laboratuarı tarafından tanıtıl mıştır.

DSD'nin üç ucu vardır: Anot, Katot ve Geçit (gate). Bir DSD'yi iletime geçirmek için anotu katoda göre pozitif yapmak yetmez, geçitine gerekli düzeyde im de yollanmalıdır. İletim halinde 0,01 0,1 ohm1 luk dinffesik direnç gösteren DSD, tıkama halinde 100 Kohm'luk direnç gösterir. DSD'nin grafik sim gesi Şekil l'de gösterilmiştir. DSD'yi iletime geçirmek için, anotu katoda göre pozitif yapılır, ama Şekil l'de I ile gösterilen geçit imi gelme

GT dikçe iletim başlamaz.

Arda Kısakürek Kurtça Doğan, Nasas, Gebze

DSD'nin çalışmasını daha iyi anlayabilmek için Şekil l'deki yapının Şekil 2'deki gibi iki tran sistörden oluştuğunu kabul edelim. Şekil 2'deki tranzistorlardan T^ pnp ve T2 npn yapısındadır. T^ tabanı.(base) T2*nin toplayıcısına (colleetor) ve Tj'in toplayıcısı da T2*nin tabanına bağlan mıştır. Dışarıya,, anot alarak T,'in yayıcısı (e mitter); katot olarak T2*nin yayıcısı ve geçit olarak da T]'in toplayıcısı ile T2*nin tabanının birleştiği nokta çıkarılmıştır.

Geçit

Anot Katot

II

+ vf

Şekil 1. DSD'nin simgesel gösterilişi ve yapısı

Şekil 2.

DSD'nin tranzistorlu eşdeğer devresi ve bu eşdeğerin elde edilmesi için PNPN yapısının nasıl par çal anması gerektiği

Ş«kil 3'de pnp ve npn transistBrlerinin birleşimi şeklindeki DSD yapısına Vg imi uygulanmıştır.

0<t<tı ikan V i = V = O dır.

geç t

Bunun sonucu olarak T]'in taban akımı olan Ig2~0 olur. Taban akımı sıfır olduğuna göre T2 tran sistoru kesimdedir ve To'nin toplayıcı akımı sızdırın akımına eşit olur:

IC2 ıC0

Tj'nin toplayıcı akımı T]'in taban akımıdır. Öyleyse

*B1 XC2 XCO

olduğundan Tj de kesime gider ya da kesimde ka lır. Bu durumda her iki tranzistor da kesimde yani akım geçirmez durumdadır. Kesim halini, yüksek empedans hali olarak düşünüp, Şekil 4' deki gibi gösterebiliriz.

t=tj iken I G " I B 2 olur. T iletime geçer. I 2

büyür. Ic2*lB1 den T, iletime geçer. İçy büyür.

S1=1*2 den dolayı sistem pozitif geribesleme e kendini besler ve T] ile T sürekli iletim 2

de kalır.

Bu durmada DSD'den akan akım

v I = I 2 = I A + I G

t<tı

" d İ r

DSD 8Ürekıi

iletimde

K

kalir, yani kısa devre olur.

t«t2 de geçit imi kesilmiş olmasına rağmen ile tim durmaz. İletimin durması için ileride anla tacağımız gibi anot katot geriliminin belli bir değerin altına düşmesi gerekir.

Sekil 3.

Ateşleme imi yokkenkf. eşdeğer devre

ni1"

Şekil 6.

Basit bir tranzis torun sızdırım toplayı cı taban sığacının görünümü

Şekil 5'ten biliyoruz ki pnp tranzistoru için yani r, için I , , ^ dir.

Yine Ti'in taban kurgu akımı kazancını a_ ile, elektron ve deliklerin meydana getireceği çığ katsayısını M ile tanımlarsak, T için taban kurgu akımı kazancını ve elektron, delik çığ çarpan katsayısını sırası ile (^ ve H,, ile ta nımlarız.

Şekil 6'da basit bir tranzistor İle toplayıcı

taban sızdırım sığaçı çizilmiş ve taban kurgu

akımı kazancı ile çığ çarpan katsayısı paramet

releri kullanılarak giren çıkan akımlar arasın

daki bağıntılar gösterilmiştir.

T npn tranzistoru için 2

XB2 l C\

(D

dir. Şekil 6'dan

(2) B2 olur. Burada I C B Q t Ti nin sızdırım toplayıcı t« ban akımıdır. 2 Ti in toplayıcı akımı ise

(3)

olur. Ote yandan

XB2 = XCl + lC

(4)

XA+IG=IK

(5)

olduğundan

(6)

olur. I yerine (4)deki değeri ve Ic için (3) B2 kullanılırsa,

Şekil 4. Yüksek empedms durtsmı

Şekil 5. Geçit imi varkenki eşdeğer devre

o Açık dıvr»

Buradan

(1 aM a M )I = a M XG+XCB0 +ICB0

pp

nn

x

ve

(8)

XA = <«nMnXG+XCBOı+XCBO,>/^ ttnWp) (' bulunur.

2 . 1 DSD normal kutuplanır, yani anotu katoda göre pozitif yapılırsa ve herhangi bir geçit imi var değilse M,^ ve M aşağı yukarı 1 'e yak laşır. Bu durumda transıstörlerin alfaları kü çülür. (9) denkleminin paydası 1'e yaklaşır ve DSD'nin anot akımı 1^, transistörlerin sızdırım akımları toplamından biraz büyük olur.

ICBO 1

ICBO 2

Smkil 7. Tranzistorun yüksek VQB değerlerinde

ZQ nin uz artısı

Şekil 8. PKPH yapısında eklemler ve taban bölgeleri

Artma»

—r r p pn

Kotot n

Bu, pnp yapının kesimde olduğu yani akıma kapa lı olduğu ya da yüksek empedans gösterdiği du rumudur.

2.2 DSD'yi iletime sokmak, yani 1^ akımını son suz artırmak, çevrim kazancı G'yi 1'e yaklaştır makla olur. Çevrim kazancı G'yi 1'e yaklaştırmak iki türlü yapılabilir.

a. Gerilimle Mp ve Hn'i artırarak, b. Gerilim veya akıma bağlı olarak tranzistor lerden herhangi birinin a'sını artırarak.

Birçok silisyum transistorlarda, düşük yayıcı akımında küçük olan alfa, silisyum içindeki ö sel katkı* maddeleri sayesinde, yayıcı akımı art tıkça çok çabuk yükselir. Böylece, herhangi bir transistorda yayıcı akım artması DSD'yi iletime sokmaya yaterli olur. Yayıcı akımının başlıca artma nedenleri şunlardır:

2.2.1 Gerilim

Bir transistOrde toplayıcı yayıcı gerilimi art tıkça sızdırım akımı da artmış olur. Artık ek lem (junction) bölgesine varan taşıyıcıların enerjisi: yeni taşıyıcılar oluşturacak düzeyde dir. Bu, eklem bölgesindeki dengeyi bozarak top layıcı akımında ani bir artmaya sebep olur. Her hangi bir transistor için bu durum Şekil 7*de gösterilmiştir.

Böylece pnpn yapıda anot katot geriliminin büyük değerleri yapıyı iletime sokar Bu yöntem, 4'İÜ yapıdaki diyotların iletimi için kullanılır. DSD'de istenmeyen olay olan gerilim etkisi aşa ğıdaki önlemlerle giderilir.

a. Eğri Yüzeyler : Eğri yüzeyler sayesinde yüzeyi etkileyen elekt rik alanının etkisi azaltılarak yüksek gerilim lerde çalışma sağlanır. b. BQ taban kalınlığını artırmak : BQ taban kalınlığı veya tabanın direnci artırı larak anot katot geriliminin yalnız başına DSD' yi iletime sokmasına engel olunur (Şekil 8 ) . Bu işlem aynı zamanda iletimdeki DSD üzerine dü şen gerilimi artıracağından, akmasına izin veri

len en yüksek akım değerini azaltır. Yine izin verilen di/dt düşer, kesime dönüş süresi (turn off time), söz konusu tabanda biriken yükler artacağından, artar ve sonuç olarak yüksek fre kanslarda çalışma yapılamaz, c. Bn içindeki azınlık taşıyıcıların yaşama sürelerini artırmak : Bu yöntem diğerleri içinde en fazla hüner gerek tirenidir. Azınlık taşıyıcıların yaşam süresi uzatılarak ısıl olarak oluşan IcBO sızdırım akı mı düzeyi azaltılır. IcBO,azalacağından pozitif geribeslemenin oluşması zorlaşır ve yüksek de ğerde anot katot gerilimleri DSD üzerinde etki siz kalır. Azınlık taşıyıcılarının yaşama zaman larını artırmanın bir başka yararı da iletim ha linde DSD üzerinde düşen gerilimin küçülmesi ve yüksek di/dt (akım eğimlerine) müsaade edilmesi dir. Bu yöntemin bütün faydalarına rağmen, kesi me dönüş süresi (turn off time) arttığından yük sek frekans çalışmaları yapılamaz.

2.2.2 Gerilimin Değişim Değeri : dv/dt

Her pn ekleminin bir sığası vardır. Eklem böl gesi genişledikçe, sığa değeri de artar. Şekil 6'da herhangi bir pnp transistor için toplayıcı taban ekleminin oluşturduğu sığa CQJ ile göste rilmiştir. Şekil 6'daki tranzistorun toplayıcı sı ile yayıcısı arasına ani bir basamak (step) gerilim uygulanırsa yayıcı toplayıcı doğrultu sunda akacak olan yükleme (şarj) akımı Cç% sı ğacını yükler. Şimdi Şekil 5'e dönersek, ani o larak anot katot arasına uygulanan bir basamak gerilim, Ti pnp tranzistorundan Cçıg.sığacını yüklemek için belli bir akım akıtacaktır.'Bu akım T2 transistoru için taban akımı I]j2 yerine geçer, yani T2, dolayısı ile DSD iletime geçer. Başka bir deyişle I 'nin artması "G" yi 1'e gö

B2 türür.

DSD'lerin kullanılışlarında genel olarak büyük gerilim değişmelerine dayanmaları, yani yüksek dv/dt ye sahip olmaları istenir. Bunun için ö zel olarak imal edilmiş "yayıcısı kısa devre" DSD'ler kullanılır. Şekil 9'dan görüleceği gibi belli bir İg geçit imi katoda pn eklemi yerine p maddesi içinden geçerek gitmeyi tercih eder. Burada Ig akımı karşısına çıkan tek engel, p'nin yapısından gelen RG direncidir. iç akımının veya VG geçit katot geriliminin p kanalının daralma sına, yani n'den p'ye çoğunluk taşıyıcıları olan elektronların geçmesine neden olabilmesi için, yeterli büyüklükte olması gerekir. "Yayıcısı kısa devre" DSD'nin tranzistorlu modeli Şekil 10'da verilmiştir. Şekil 10'dan açıkça anlaşı lacağı gibi anot katot arasına uygulanan bir ba samak gerilim T\ den CCjBı in yükleme akımı o lan I"yi akıtır ama "Yayıcısı kısa devre" yapı

Anot

Şekil 9.

Yayıcısı kısa devre

DSD'nin yapısı

Şekil 10.

Yayıcısı kısa devre DSD'nin tranzistorlu eşdeğer devresi da RQ direnci Cc.fiı i şöntlemektedir. Sonuç o larak RG sayesinde düşük anot katot gerilim de ğişimleri pozitif geribeslemenin başlamasında etkisiz kalır. R^'nin bir başka yararı da ısı etkisi ile oluşan kaçak akımlarını sınırlayarak yüksek ısı özelliğini DSD'ye kazandırmalıdır.

2.2.3 Isı t

Ters kutuplaşmış yani kesimdeki bir DSD'de sız dırım akımı, eklem ısısının her 8°C'lık artışı için yaklaşık olarak iki katı artar. Sızdırım akımının belirli bir düzeye ulaşması ise çevrim kazancı G'yi 1'e yaklaştıracağından DSD'nin i letime girmesine neden olur.

DSD'ler kullanılırken özel soğutma sistemleri yapılarak ısı etkisi azaltılır. DSD'lerde ısı ve dağılımı Bzel bir öneme sahip olduğundan ay rı bir yazı dizisi olarak ele alınacaktır.

2.2.4 Normal Yol ya da Transistor Olayı:

"G" yi 1'e yaklaştıracak normal yol daha önce de anlatılan geçit imini yollama yoludur. DSD'lerde bilindiği gibi p tabanı geçit olarak seçilir, ama başka türden tiristorlarde. işlevlerin gerek sinmelerine göre, n tabanı veya her ikisi de geçit; olarak seçilebilir. Örneğin tümleyici DSD'lerde geçit olarak n tabanı seçilir.

'3. ÎSTENEN ÖZELLİKLER

Bugün DSD'li devreler Üzerinde çalışan mühendis ler aşağıdaki özelliklerden bir veya bir kaçını yapacakları devrenin nitelik ve niceliklerine bağlı olarak yapımcı firmadan istemektedirler. Unutmamak gerekir ki, bugün için, istenen özel liklerden bir veya bir kaçını elde etmek diğer lerinden vazgeçmekle mümkün olabilmektedir. İs tenen özelliklerden belli başlıları şunlardır:

a) Büyük tıkama gerilimleri b) Büyük dv/dt ler c) Büyük akım taşıma özellikleri d) Büyük di/dt ler e) Kısa kesime dönüş süresi (turn off time) f) Ufak imlerle çalışma g) Yüksek frekanslarda çalışma

Bunların ilk ikisinden daha önce söz etmiştik. * Şimdi öbürlerinden bahsedelim.

3.1 Büyük Akım Taşıma özellikleri :

Bu en fazla istenen özelliklerden biridir. Ama unutmamak gerekir ki iletim durumunda bir DSD üzerinde düşen gerilim, akacak akımı sınırlar. Bu nedenle büyük akım taşıma özelliği istenen

DSD'lerde geniş taban, dar B taban kalınlığı, n uzun taşıyıcı ömrü ve düşük silisyum direnci el de edilmesine çalışılır.

3.2 Büyük di/dt'ler :

DSD'ler iletime geçerken daha başlangıçta bütün yarıiletken yüzeyi iletime katılamaz. Ufak bir yüzeyden geçen büyük akım değerleri eklem ısısı nın akım geçen bölge için «aniden artmasına ve eklemin yanarak tahrip olmasına yol açar. Demek ki büyük di/dt'lere dayanmak için başlangıçta mümkün olan en büyük yüzeyin iletime katılmasını sağlamak gerekir.

3.3 Kısa Kesime Dönüş Süresi :

DSD'yi iletime sokabilmek için DSD'ye uygulanan iletim yönünde gerilimin belli bir değeri geç mesi gerekir. Başka bir deyişle, geçit imi uy gulanan bir DSD'de anot katot gerilimi belli bir değerin altında ise iletim olmaz.. Bu geri limi V ile gösterelim. Geçit imi varken ileti

H min başlayabilmesi için anot katot geriliminin Vg'yı biraz geçmesi yeterlidir. Tersine olarak iletimde bulunan bir DSD'de anot katot gerilimi Vg değerine düşerse iletim durur. Yalnız ileti min durması için belli bir sürenin geçmesi ge rekmektedir. Bunun nedeni iletim sürecinde B_ tabanı içinde depolanmış azınlık taşıyıcılardır. Kısa kesime dönüş süresi demek azınlık taşıyıcı ların birleşmelerle sıfıra düşmesi demektir. Birleşme olayının ifadesi dPn dir.

Burada P azınlık taşıyıcılardır (DSD için de

likler); T ise B tabanı içindeki deliklerin

p

yaşama süresidir. Yukardaki eşitliği yeniden i

fade edersek, B tabanı içindeki azınlık taşıyı n cıların yeniden birleşme hızı, azınlık taşıyıcı

sayısının yaşama süresine bölümüdür. Yeniden

birleşme hızını artırmak ancak T_ yaşama süresi

ni küçültmekle yapılabilir. Bunun için yapının

saflığı bozulur, içine özel olarak altın katkı

lanır (doping).

Genellikle yüksek frekans çalışmaları kısa kesi me dönüş süresi ister. Ama unutulmamalıdır ki, daha önce anlatıldığı gibi, kesime dönüş süresi ni azaltmak akım ve gerilim değerlerinin düşme sine yol açar.

3.4 Ufak İmlerde Çalışma :

DSD1lerin mümkün olan en ufak genlikli geçit im leri ile sürülmeleri istenir. Bu, çok yüksek güç lerin çok düşük güçlerle denetlenmesi anlamına gelir.

3.5 Yüksek Frekanslarda Çalışma :

özellikle eviricilerde (inverter) önem taşıyan bir konudur. Çalışma frekansının artması DSD' lere daha geniş kullanım alanları kazandırır.

4. DSD'LERLE İLGİLİ TANIMLAR VE ÖZEGRÎLER

Şimdiye kadar DSD'nin çalışmasını ve ondan iste nen en önemli özellikleri anlatmaya çalıştık.

Bundan sonra DSD'nin ölçülebilinen bazı değerle rini tanımlamak, bu tanımlara ilişkin simgeleri vermek ve DSD özeğrisinden (karakteristik eğri) söz etmek istiyoruz.

4.1 Tanımlat :

1. üst dönüm noktası (Breakover point) : üst dö nüm noktası, gerilim akım özeğrisi üzerinde ge rilimin en büyük değeri aldığı noktadır. Bu nok tada direncin türev ifadesi sıfır olur. 2. tletim durumu (On state) : Gerilim akım öz eğrisinin sağ üst (anahtar gibi çalışabilme) bölgesindeki "düşük direnç düşük gerilim" alt bölgesini sağlayan DSD'ye ilişkin koşuldur, lle tim durumundaki bir DSD'de iç direnç çok küçük tür ve dolayısıyla DSD'nin uçları arasında görü len gerilimin değeri de küçük olur. 3. Resim durumu (Off state) : Gerilim akım öz eğrisinin sağ üst (anahtar gibi çalışabilme) bölgesinde başlangıçla üst dönüm noktası arasın daki "yüksek direnç düşük akım" alt bölgesini sağlayan DSD'ye ilişkin koşuldur. Kesim durumun daki bir DSD'de anot katoda göre pozitif olacak şekilde bir gerilim uygulanır ama kapısına im yollanmazsa DSD'den çok ufak akım akar (sızdırım akımı), bu durumda DSD'nin iç direnci çok büyük tür. 4. Negatif direnç bölgesi (Negative differential resistance region) : Gerilim akım özeğrisinin sağ üst (anahtar gibi çalışabilme) bölgesinde, direncin türev ifadesinin negatif olduğu veya başka bir deyişle eğimin negatif olduğu bölgedir. 5. Kesim durumu gerilimi (Off state voltage) : DSD'nin kesim durumundaki gerilimidir. 6. Kesim durumu gerilimine dayanma tepe değeri (Working peak off state voltage) : Bütün tekrar eden etmeyen geçici rejim olayları dışında, ke sim durumunda DSD üzerinde düşen gerilimin en büyük ani değeridir. 7. Kesim durum geriliminin tekrarlı tepe değeri (Repetitive peak off state voltage) : Bütün tek rar eden geçici rejim olaylarını içeren, tekrar etmeyen geçici rejim olaylarını dışında tutan, kesim durumunda DSD üzerinde düşen gerilimin en büyük ani değeridir. 8. Kesim durum geriliminin tekrar etmeyen her hangi bir tepe değeri (Non repetitive peak off state voltage) : DSD üzerinde düşen kesim durumu geriliminin herhangi bir tekrar etmeyen geçici olayının en büyük ani değeridir.

9. Kesim durumu gerilim değişimi dönüşül hızı (Critical rate of rise of off state voltage) : DSD'nin uçları arasındaki gerilimin değişmesi halinde, öyle bir eğim değeri vardır ki bu de ğere varıldığında DSD iletime geçer, tşte DSD' yi iletime sokabilecek böyle bir en düşük deği şim hızına "kesim durumu gerilim değişimi dönü şül hızı" denir. 10. üst dönüm gerilimi (Breakover voltage) : üst dönüm noktasındaki gerilimin değeridir. 11. tletim durumu gerilimi (On state voltage) : İletim durumunda DSD'nin uçlarındaki gerilimin değeridir. 12. En küçük iletim durum gerilimi (Minimum on state voltage) : Geçit açık devre iken türevsel direncin sıfır olduğu en küçük pozitif gerilim dir.

Blektrik Mühendisliği 224

13. îletim durumu akımı (On state current) : İletim durumunda DSD'den akan akımdır. 14. İletim yönlü akım (Forward current) : Pozi tif anot katot gerilimi için akan akımdır. 15. Îletim durumu akımı tekrarlı tepe değeri (Peak repetitive on state voltage) : Geçici re jimlere ait tekrar eden bütün akımları içeren iletim akımının tepe değeridir. 16. İletim durumu çığ akımı (Surge on state current) : özel dalga biçimli ve kısa süreli bir iletim akımıdır. 17. Îletim durumu akımı değişiminin dönüşül hızı (Critical rate of rise of on state current) : DSD'ye zararı dokunmayan iletim akım değişiminin en büyük değeridir. 18. Kesim durum akımı (Off state current) : Ke sim durumunda DSD'den akan akımdır. 19. üst dönüm akımı (Breakover current) : Üst dönüm noktasında DSD'den akan akımdır. 20. Tutma akımı (Holding current) : DSD'yi ile timde tutmak için gerekli en küçük akım değeri dir. DSD, bir kere iletime geçtikten sonra an cak akan akım, tutma akımı değerinin altına dü şürülerek iletimden çıkarılabilir.

21. Kilitleme akımı (Latching current) : Ateş leme imi kalktıktan ve kesimden iletime geçtik ten hemen sonra DSD'yi iletim durumunda tutmak için gereken akımın en küçük değeridir. Geçit imi kalktıktan sonra DSD''den yeterli bir akım akmıyorsa DSD tekrar kesime döner. Bu nedenle DSD'yi iletimde tutmak için gerekli en küçük bir akım değeri vardır, bu akım kilitleme akımı adını alır.. 22. Ters gerilim (Reverse voltage) : Negatif anot katot gerilimidir. 23. Ters gerilime dayanma tepe değeri (Horking peak reverse voltage) : Bütün tekrar eden etme yen geçici rejim olayları dışında, DSD'ye uygu lanan ters gerilimin en büyük ani değeridir. 24. Ters gerilimin tekrarlı tepe değeri (Repeti tive peak reverse voltage) : Bütün tekrar eden geçici rejim olaylarını içeren, tekrar etmeyen geçici rejim olaylarını dışında tutan, DSD'ye uygulanan ters gerilimin en büyük ani değeridir. 25. Ters gerilimin tekrar etmeyen herhangi bir tepe değeri (Non repetitive peak reverse volta ge) : DSD'ye uygulanan ters gerilimin herhangi bir tekrar etmeyen geçici olayının en büyük ani değeridir. 26. Ters akım (reverse current) : Negatif anot katot gerilimi için akan akımdır. 27. Ters kınlım akımı (reverse breakdovm current) : Ters kınlım geriliminde akan akım dır. 28. Geçit gerilimi (gate voltage) : DSD'de ge çit ile katot arasında uygulanan gerilimdir. Bu gerilimde dayanak olarak katot seçilir.

29. Geçit akımı (gate current) : Geçit gerilimi uygulandığında akan akımdır. Bu akımın pozitif olması genel tanıma uygun olarak geçitten içeri girdiğini, negatif olması geçitten dışarı çıktı ğını gösterir. 30. Ateşleme gerilimi (gate trigger voltage) : Ateşleme akımını oluşturacak genlikteki geçit gerilimidir. 31. Ateşleme yapmayan geçit gerilimi (gate non trigger voltage) : DSD'yi kesim durumundan ile

tim durumuna geçiremeyen en büyük geçit gerili midir. 32. Ateşleme akımı (gate trigger current) : DSD' yi kesim durumundan iletim durumuna geçirebilen en küçük geçit akımıdır. 33. Ateşleme yapmayan geçit akımı (gate non trigger current) : DSD'yi kesim durumundan ile . tim durumuna geçiremiyen en büyük geçit akımıdır.

34. Isıl direnç (thermal resistance) : Isıl den ge koşulunda, belirli iki nokta arasındaki ısı farkının kaybolan güce oranıdır. 35. Geçici ısıl empedansı (Transient thermal im pedance) : Belli bir zaman aralığında DSD'de ba samak şeklinde bir güç harcandığını düşünelim. Bu güç kaybına neden olan etmen, aynı süre için de belirli iki nokta arasında bir ısı değişimi yapar. Geçici ısıl empedansı diye, belirli bir süre sonunda, belirli iki nokta arasındaki ısı farkı değişiminin, sürenin başlangıcındaki güç harcaması basamak işlevine bölümüne denir. 36. Geçit denetimli iletime geçiş süresi (Gate controlled turn on time) : Buna kısaca iletime geçiş süresi de diyebiliri*. Geçit imi DSD'nin geçiti ile katodu arasına uygulandıktan bir süre sonra anot katot akımı alabileceği en büyük değe ri alır. Şekil U ' d e geçit imi, anot katot geri limi ve anot katot akımı çizilmiştir. Geçit imi uygulandıktan sonra, geçit iminin, en büyük de ğerinin Z 10'unu alması için gerekli ti zamanı ile, anot katot akımının alabileceği en büyük de ğerin Z 90'ını alması için geçen t zamanı ara sındaki farka iletime geçiş süresi denir.

İletime geçiş süresi = tj tj

37. Geçit denetimli gecikme süresi (Gate cont rolled delay time) : Geçit imi DSD'ye uygulanır uygulanmaz DSD hemen iletime geçmez, bir süre sonra anot katot akımı, sızdırım akımı değerin den yükselmeye başlar. Şekil 11'de t] anında DSD'ye uygulanan geçit iminin Z 10 ile t2 anında yükselmeye başlayan anot katot akımının Z 10'u gösterilmiştir. Geçit imi uygulandıktan sonra,

,«n büyük değerinin Z 10'unu alması için gerekli t] zamanı ile, anot akımının hemen akmaya başla dığı ve sürekli rejim değerinin Z 10'una vardığı t2 samanı arasındaki zaman farkına "gecikme sü resi" denir. 38. Geçit denetimli yükselme zamanı (Gate cont rolled rise time) : Kısaca "yükselme süresi" de nir. Bir DSD kesim durumundan iletim durumuna geçit imi uygulanarak geçirilirken, DSD'den. ile tim yönünde akan akım kesim durumunda akan sız dırım akımına çok yakın bir değerden alabileceği en büyük değere çıkar. Şekil 11'de iletim akımı akmaya başladıktan sonra, sürekli rejim değerinin Z 10'una varması için gerekli zaman t2 ile ve sürekli rejim değerinin Z 90'ı t3 ile gösterilmiş tir. t2 ile t3 arasındaki zaman farkına "yükselme süresi" denir. Bu süre, eğer yük yalnız direnç (omik) ise iletim durum akımının yükselme süresi ne eşit olur.

39. Değişimde kesime geçiş süresi (Circuit commu tated turn off time) : Kısaca "kesime dönüş süre si" denir. DSD iletimde iken, anodu ile katodu arasına uygulanan gerilimin yönü değişince ile timden çıkar. Şekil 12'de ti anında anot katot gerilimi yön değiştirmiş ve anot katot akımı sı

V.

Şekil 11. Geçit imi, anot akımı, anot gerilimi

alt alta gecikme süresi, iletime geçiş

süresi ve yükselme süresini göstermek

açısından çizilmiştir.

'

Gecikme süresi t* t2

İletime geçiş süresi t\ ts

Yükselme süresi t 2 t 3

Şekil 12. tı ttkapanma süresini göstermek için anot akımı ve anot gerilimi alt alta çizilmiş tir, ti anında iletimden sonra anot akı mı ilk defa sıfır olur, ti anında akımın geçici rejiminde birinci yarım dalga tamamlanmıştır, 13 anı akımdaki geçici olayın bittiği veya anot geriliminin sıfır olduğu zamandır.

fır olmuştur. Anot katot akımı bir kere sıfır olduktan sonra yeniden DSD üzerindeki gerilimin yönü değişene kadar yani tj, anına kadar geçen 8üreye "kesime geçiş' süresi" denir.

Kesime geçiş süresi = t3~t<|

40. I kare t (I2t) : I2t çok kısa süreli, darbe şeklinde, iletim yönü aşırı akımlara DSD'nin da yanabilme özelliğidir. Sigorta seçimi için gere ken ölçü olan I2t de birimler I için RMS (Effek tif) amper, t için saniye olarak alınır. 41. Kurgu (montaj) kuvveti : Dar tip (Press pak) DSD'ler için mekanik bir zarara neden olmaksızın en ufak ısıl ve elektriksel empedans oluşturacak basınçtaki, soğutucu ile DSD'nin birleştirilmesi için gerekli kuvvete kurgu kuvveti denir. Burada dikkat edilecek nokta, aynı dış mekanik ölçüleri olan yapıların aynı kurgu kuvveti ile soğutucuya yerleştirildikleridir. Bu kuvvet genellikle bir bölge olarak verilir, örneğin Westinghouse yapı sı T 62 DSD'ler için kurgu kuvveti 1100 ile 1300 Lb arasındadır. 42. Vidalama momenti (Stud torque) : Vidalı DSD1 ler için verilen mekanik bir zarara neden olmak sızın en ufak ısıl ve elektriksel empedans oluş turacak basınçtaki, soğutucu ile DSD'nin birleş tirilmesi için gerekli momente vidalama momenti denir.

DSD'lere ait en önemli tanımları verdik. Şimdi bu tanımlara ilişkin simgeleri tanıtmaya çalışa lım. Verilecek olan tanımlardaki DA (doğru akım) değeri alternatif bileşeni içeren değerdir.

lletim durum akına RMS (etkin) değeri

İletim durunu akımı DA değeri îletim durumu akımı tepe değeri

!*„T(AV)

İletim durumu akımı tekrarlı tepe değeri

İletim durumu çığ akımı

Ost dönüm akımı ani değeri

i(B0)

Kesim durumu akımı RMS değeri

*D(RMS)

Kesim durumu akımı DA değeri Kesim durumu akımı tepe değeri

IID,(AV)

Kesim durumu akımı tekrarlı tepe değeri

Ters akım RMS değeri

Ters akım DA değeri

Ters akım tepe değeri

IR(RMS) *R(AV)

Ters akım tekrarlı tepe değeri

Ters kınlım akımı ani değeri

İ(BR)R

İletim durumu gerilimi RMS değeri îletim durumu gerilimi DA değeri İletim durumu gerilimi tepe değeri

V',T(RMS) ?T(AV)

Kesim durumu gerilimi RMS değeri Kesim durumu gerilimi DA değeri

VD(RMS)

VD(AV)

Kesim durumu gerilimi tepe değeri

DM

En küçük iletim durumu gerilimi

VT(MIN}

(İçinde alternatif bileşen yok)

Kesim durumu dayanma tepe gerilimi

Kesim durumu gerilimi tekrarlı tepe değeri

Kesim durumu gerilimi tekrar etmeyen herhangi bir tepe değeri

DWM V,

DRM

V. DSM

Ters gerilim RMS değeri Ters gerilim DA değeri Ters gerilim tepe değeri Ters gerilim dayanma tepe değeri Ters gerilim tekrarlı tepe değeri Ters gerilimin tekrar etmeyen

7, R(RMS) R(AV)

VRM VRWM VRRM VRSM

Tutma akımı ani değeri

Kilitleme akımı ani değeri

Geçit akımı DA değeri Geçit akımı tepe değeri

XG(AV)

Ateşleme akımı DA değeri

XGT (içinde tif bi leşen yok)

Ateşleme akımı tepe değeri Ateşleme yapamayan geçit akımı Geçit gerilimi DA değeri Geçit gerilimi tepe değeri

GTM

*GDM VG(AV)

Geçit gerilimi ters tepe değeri

VGRM

Ateşleme gerilimi DA değeri

VGT(içinde

tif bi

leşen yok")

Ateşleme gerilimi tepe değeri V ya da GTM

Geçit güç harcaması DA değeri P

y* da

G(AV)

Geçit güç harcaması tepe değeri P^ ya da

Ortam ısısı

T.

Koruyucu ısısı (Case temperature)

T_

Eklem ısısı

İsıl direnç

R

Gecikme süresi

d

Yükselme süresi

Değişimde kesime geçiş süresi

Yukarda anlattığımız DSD'ye ilişkin önemli tanım ve simgelerin yapımcı firma kataloglarından veri lecek örneklerle gözlerde şekillendirmeye çalı şalım. Daha sonra DSD ırasallıklarından (karakte ristik) söz ederken tanım ve simgeler iyice be lirlenecek ve canlılık kazanacaktır.

Bu verilen üç Örnekte bazı simgelerin ve tanım ların ilk verdiğimiz simge ve tanımlardan az farklı olduğu görülecektir. Bunun nedeni yapımcı firmaların kendi aralarında bir söz birliğine varamamış olmalarıdır. Biz bu örnekleri verirken Türkçelerinde ilk tanımlarımıza bağlı kalmaya dikkat ettik, ama îngilizcelerinde yapımcı fir maların kataloglarındaki deyimlerin aynılarını

kullandık. Burada dikkati çekecek en önemli nok ta bası firmaların "on state" anlamında "forvard" sözcüğünU yeğlemeleridir. Dolayısıyla "forvard" kelimesi kullanılınca simgelerde de küçük deği şiklikler olmaktadır, örneğin

Repetitive peak on state current ıTRM

Repetitive peak forvard current

'b'

Genellikle "forvard" kullanan firmalar simgeler

de F, "on state" kullananler ise T harfini yeğ

tutmaktadır1ar.

4 . 2 DSD O z e Ş r i l e r i :

giadi de DSD'nin Szeğrilerini inceleyelim. Bu Bceğrilerin en önemlisi akım gerılim özeğrisi dir ve DSD'yi daha iyi anlamamıza yardım edecek tir.

Şekil 13'de DSD'nin çıkış özeğrisi yani anot a kımı i l e anot katot gerilimi arasında çizilen

ÖRNEK 1. Motorola yapımı MCR 158 ve MCR 159 denetlenebilir silisyum doŞrultucular

özeğri görülüyor. Bu eğri başlıca iki bölgeye ayrılır: "Kesim bölgesi" ve "İletim bölgesi".

İletim bölgesini incelersek, geçit imi yokken

yani I =0 iken anot katot gerilimi artırılırsa, G anot akımında bir artma görülmez. Anot katot

gerilimi daha da artırılırsa üst dönüm noktası

na varılır, üst dönüm noktasında I =f(V v) eğ

risinin eğimi işaret değiştirir. Başka bir de

yişle üst dönüm noktasından sonra akım arttıkça

anot katot gerilimi düşer. Herhangi bir şekilde,

geçit imi uygulanmadan anot katot gerilimi artı

rılaMlirse, üst dönüm noktasından sonra ileti

min başladığı görülür. Ama aslında iletimden söz

edebilmek için akımın kilitleme akımının Ig de

ğerini geçmesi gerekir. Kilitleme akımı özegri

de Ifj ile gösterilen tutma akımından biraz daha

büyük değerdedir. Tutma akımı değerine vardığın

da, anot katot gerilimi de Üst dönüm noktası ge

riliminden VJı değerine düşer. Tutma akım değeri

çok önemlidir, çünkü iletimde olan bir DSD ancak

ÖRNEK 2. General Electric yapımı C180 denetlenebilir silisyum doğrultucu

En büyük değerler (max1mum r t t lngs )

Bl|yJJklUkler_

şi|ge _

Keslm dunm gerilimi t e k r a r l ı tepe değeri (Repetitive peak of f st a t e voltage)

VVUnnD U

(T. +125°C)

MCR158.MCR159 50

:S

Ters geril Mu tekrar etneyen

MCR 158.MCR159 50 60

VKlâ

(Non repetH1ve peak reverse

block voltage)

( t 5,0 ms)

.

_B1ri«ı

500 600 700

3S

1000 1100 1200

600 Volt 720 840 960 1080 1200 1300 1400

tletlm dunm akımı'DA değeri (Average fottıard current) Tc 65°C, 180° iletim a cılı tletlm durun cığ akımı tepe değeri (Peak surge current) (60 Hz 1ç1n)

70 An?.

I.

1600 Amp.

M

I kare t

t 1,5 ms

IH

5200 A»s

(Tj 40 dan +120 ye kadar) t 8,3 ms

10500

Ged t güc harcaması tepe değeri (Peak gate power)

P/ CU

15 W att

Geçit güç harcaması ortalama değeri (Average gate potrer) .

GF(AV)

Watt

İ letim yönlü geçit akımı tepe değeri

I™

(Peak forw»rd gate current)

AmpT'

6eç1t gerilini ters tepe değeri

VSRM

Eklem ı s ı s ı çalışma bölgesi (Operatlng junctlon temperature range)

40„ . ~°C~

+125

Depolama ı s ı s ı değişimi (Storage temperature range)

Tt

40™ <>C +150

Vidalama monentl

150 1n.lb 175 Kg en

lletlm durum akımı dönüşül değişim hızı (Critlcal rate of rise of on state current during tum on Interval)

d1/dt

800 Anp/ys

• 10 KHz slnlis dalga çalışması e 5 KHz kare dalga çalışması

Keslm durum gerilimi dönüşül değişim h ı z ı dv/dt

200 V/vs

VDRM

JT(AV) ^SM I2t

*1/dt

T, dv/dt

500 1300

150 (88°C)

3500 50000

50 100

40 dan +125°C ye kadar

ÖRNEK 3. VJestinghouse yapımı 71TX denet lenebilir silisyum doŞrultucu

*PBH T e r s 9»H11m m t ekrarlı tepe değeri (Repetitive peak reverse .voltage)

Ters g e HHa l n tekrar etneyen herhangi bir tepe değeri (Non repet1t1ve peak reverse voltage)

7 8 9 10

80 160 250 330 400 500 600 650 750 800

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

V F n s M l l e t 1 n yönlU g e r i l i n i n en bliyUk tepe değeri (Max1mM nean fomard current)

r,.,,,

İ l e t i n yünlU a k ıa ın en bUyUk DA değeri { Max1mi aean forvard current)

lletlm durum akınının tekrarlı tepe değeri (Max1ııum regetU1ve_peak for«ard currant) tletlm durunı cığ akımı, 50 Hz'de bi r periyot I d n (Hax1ntım surge forward current for 1 eyele at 50 Hz)

I ' t 3 11a 10 ms arasında

106000 A's

Gaclt j e r l l l n t en bUyUk tepe değeri (HaxlMm peak fonvard gate voltage)

• 10 V

Geçit akım en büyük tepe değeri • { Hax1njn peak forvard gate current )

Gectt gerilimi ters tepe değeri (Max1ım«ı reverse gate voltage)

G e d t güc harcaması tepe değeri

14 U

(Max1n>m peak gate poi.tr)

ı Geçit güc harcaması DA değeri

1W

' (Ha>1ıur. mean gate pomr)

Calısaa sıcaklığı (Operatlng base tenperatura)

10 dan *U5 °C

374 Blektzik Mühendisliği 224

akan akım tutma akım değerine düşmüşse iletimden çıkar. Veya DSD'yi iletime sokmak için iletim akımını kesinlikle kilitleme akımı üzerine çı karmak gerekir. Tutma akımından sonra yüksek i letim bölgesi başlar. Bu bölgede akım değerleri çok büyük olabilir. Ayrıca anot akımı arttıkça, anot katot gorilimi de hafifçe artar.

Ozeğrinin (Sakil 13) incelenmesi şu gerçeği de açığa çıkarır: Geçit imi arttıkça üst dönüm nok tası gerilimi ve tutma akımı değerce azalır. Ya ni geçit imi varsa çok daha düşük bir anot katot gerilimi ile üst dönüm noktası atlanır. İletimde olan bir DSD'de geçit imi varsa, iletimden çıkma sı için en düşük iletim yönlü akım olan tutma a kımı, geçit imi olmayan bir DSD'den daha küçük tür. Başka bir deyişle geçit imi olan bir DSD iletimden daha zor çıkar. Şekil 13'de I geçit

G2 imi için DSD özeğrisinin diyot özeğrisine çok yaklaştığı görülmektedir. Gerçekten yeter gen likte bir geçit imi için DSD'yi diyot gibi dü şünebiliriz. Şekil 13'deki ozeğrinin kesim böl gesi incelenirse şu noktalar dikkati çeker:

a) Kesim bölgesinde özeğri geçit imine bağlı değildir. b) Ters kınlım gerilimi geçilirse, DSD'den sınırlanamayan bir anot katot ters akımı a kar. Bu akım DSD'yi tahrip eder.

Sonuç olarak denilebilir ki DSD'lerde ters kı nlım gerilimi seçimi çok önemlidir. Uygun se çilmeyen bir kınlım gerilimi DSD'yi tahrip eder. Genel olarak DSD'lerde ters kınlım ge rilimi ve üst dönüm gerilimi mutlak değer olarak birbirine eşittirler.

Bir DSD'nin geçitinden ateşleme imini DA olarak verir ve bu imi yavaş yavaş artırırsak, başta verdiğimiz DSD'nin tranzistorlu modeline uygun olarak anot akımı geçit imi ile orantılı ola rak artar. Şekil 13'de belirdiği gibi, pozitif

anot gerilimi varken, anot akımı çığ çarpan kat sayısı akımı artmak zorunda bıraktığı noktaya kadar gerilimden bağımsızdır. Bu noktada DSD'nin küçük imlere gösterdiği empedans (dv/di) çabuk ama düzgün olarak pozitifden sıfıra, sıfırdan da negatife kayar, dv/di negatif olduktan sonra her akım artışı gerilim düşümünü beraberinde getirir, dv/di nin negatif olduğu negatif direnç bölgesi akımın doyduğu noktaya kadar sürer. Burdan sonra sıfıra ve ordan da pozitive dönüşür.

Bir DSD'yi ateşleme, geçit imine bağlı olduğu ka dar .dış devrenin empedansına ve besleme gerili mine de bağlıdır. Ateşleme tekniğini gözde can landırmak için Şekil 14'de yük eğrisi gösteril miştir.

Şekil 14'de açık devre besleme gerilimi V^ ile ve kısa devre yük akımı 1^ ile gösterilmiştir, tik olarak besleme geriliminin V , olduğunu var sayalım. DSD kısa devre iken üzerinden dış devre nin belirlediği bir I A = ^ L I / R Y 0 K a k ı m ı geçer. 1^ ile V noktaları birleştirilerek yük doğrusu elde edilir. Geçit imi yokken, özeğri yük doğru sunu (A) noktasında keser. (A) noktası dengeli bir noktadır, akım akmaz. Geçit imi IGı değerin de ise, özeğri yük doğrusuna (B) noktasında te ğet olur. (B) noktasında, negatif direncin değe ri dış yük direncinin değerine eşittir. Böylece dengeli olmayan bir noktadan DSD denge noktası olan (C) noktasına geçer. DSD (C) noktasında i ken geçit imi kaldırılırsa DSD (C) noktasında çalışmaya devam eder. Eğer Vu besleme gerilimi azaltılıp V T ye yaklastırılırsa yük eğrisi ken dine paralel olarak başlangıç noktasına yakla şır, (C) noktası da merkeze doğru hareket etmeye başlar. Geçit imi olmadığına göre yük eğrisinin özeğriye teğet olduğu (D) noktasında dengesiz bir koşulla karşılaşılır. Bu dengesiz noktadan DSD yüksek empedans hali olan kesim durumuna ge çer.

•1*1

vn

Şekil 13. DSD'nin çıkış özeğrisi veya anot katot özeğrisi. Bu özeğri, çeşitli geçit imleri için çizilmiştir. Görüldüğü gibi, geçit imi arttıkça özeğri, diyot özeğrisine yaklaşmaktadı r.

VI

Şekil 14. DSD'nin çıkış özeğrisi ve yük doğrusu ile birlikte çizilmiştir

Ş*kll 15.

rükün değişimi Um DSD'nin iletimden çıkması

Şmkil 26.

«not açık dmvre iken fmçit katot mklmminin mmOmğmr devresi

T 4 1\

(D) noktasındaki akım, tutma akımıdır. Görüldüğü gibi tutma akımı yük doğrusunun eğimine bağlı o larak değişik noktalar olabilir.

Tukarki incelememizde geçit imi sıfırdı. Şimdi, geçit imi 1Q\ değerini koruduğunu ama besleme geriliminin VJJ den sıfıra doğru yaklaştığını kabul edelim. Vj,ı sıfıra yaklaştıkça (C) nokta sı da Bseğri üzerinde başlangıç noktasına doğru hareket eder. V , ^ 3 olduğunda (C) noktası da (E) olur. (E) noktasında I j 8s«ğrisi ile yutc G doğrusu teğettir. Bu durumdaki tutma akımı ilk ydeg«Tİnden daha düşüktür. (E) dengesiz noktasın dan 'DSD kesim durumuna geçer. Besleme gerilimi başlangıçta V^ olsa idi IGı geçit imi DSD'yi

iletine geçirmeye yetmezdi, v besleme gerilimi L3

için I den daha büyük I 2 geçit akımı DSD'yi

G1

iletime geçirmek için gerektir. Özetlersek bes

leme gerilimi azaldıkça DSD'yi iletime sokmak i

çin gereken ateşleme akına da artar. Buna karşın

besleme gerilimi değişmez tutulur ve yükün defte

ri artırılırsa (Bak.Şekil 15) tutma akımı yine de

düşer. Şekil 15'de V besleme gerilimi değişmez L1 tutulmuş ama yük direnci artırılarak kısa devre

akımı IA değerinden 1^,1 değerine düşürülmüştür,

yük doğrusunun eğimi değiştirilerek, yük doğru

sunun geçit akımı sıfırkenki öreğri için (F)

noktasında Bzeğriye teğet olması sağlanmıştır.

(F) noktası dengesiz bir noktadır ve bu noktada

ki tucma akımı (D) noktasındakinden daha düşük

tür.

Şekil 14 ve 15'den görüldüğü gibi DSD'yi iletime sokmak için, belli bir besleme gerilimi ve belli bir yük koşulunda, belli bir geçit imi gerekli dir. DSD'yi iletimden çıkarmak için ise ya bes leme gerilimi düşürülerek yük doğrusu kendine ko şut olarak Bzeğriye teğet olana kadar kaydırılır,

ya da yük direnci artırılıp iletim durum akımı azaltılarak yük doğrusunun eğimi değiştirilerek yine tutma akım değerinde özeğriye teğet olması sağlanır.

DSD'nin iletim durumuna geçişini daha iyi ince leyebilmek için geçit katot ekleminden söz ede lim. Şekil 1 6 M a alçak İrekansiar için, anot a kımı akmaz ikenki (anot açık devre), eecit kat ot ekleminin basitleştirilmiş eşaeger devresi ve rilmiştir.

Şekil 16'daki R seri direnci geçit ucunun bağ L landığı P maddesinin yanlara doğru olan direnci ni gösterir. R ve Rg değeri DSD'den DSD'ye de ğişir. Eşdeğer devredeki diyot bir zener ile gösterilmiştir. Çünkü DSD geçit katot eklemi 5 ila 20 voltluk ters bir zener gerilimi göste rir.

Şekil 17'de DSD'nin geçit katot özeğrisi ile

normal bir diyot özeğrisi çizilmiştir. Burada

görüldüğü gibi pozitif I , pozitif V bölgesin

de eğim R tarafından belirlenir. Eşdeğer dev L

reden görüldüğü gibi pozitif V için diyot kısa G

devredir. Akım R^ tarafından sınırlanır. V ne G

gatif iken belli bir gerilime kadar zener akım

akıtmaz, bu durumda akım Rs şönt direnci tara

fından belirlenir. Zener akım akıtmaya başladık

tan sonra Rs direncini kısa devre olmuş kabul

edebiliriz ve akımın değeri R seri direnci ta L rafından belirlenir. Daha önce de belirttiğimiz

gibi eşdeğer devre ve özeğri, anot akımının sı

fır değeri için geçerlidir.

Anot akımı akarken geçit katot eşdeğer devresi Şekil 18'deki gibi olur. Anot akımı ateşleme iminin işlevidir ve secit ekleminden akan akım

•1»

İ/A*;

»•m

Şekil 17.

DSD'nin VİOt açık levre ikmki giriş Steğtisi

Rl «s;

IK=IA+16

Şekil 18.

iUlOt akını varken geçit katot ekleminin eşdeğer devresi

Şekil 19.

DSD'nin anot akamı varJtenJti giriş özeğrisi

VB geçit besleme

kaynağı yük doğrusu.

İGT

(A) noktasında

ateşleme olmuştur.

Vbi

la, eklem üzerindeki gerilim, geçit imi yalnız kenkinden çok daha çabuk artar. Anot akımı var kenki Bzeğriyi Şekil 19'da çizelim. Anot akımı geçit akımının işlevidir, bu nedenle geçit geri liminin düşük değerleri için geçit özeğrisi anot akımı yokkenki özeğriyi izler. Anot akımı art tıkça, geçit katot arasında küçük imlere göste rilen empedans pozitiften sıfıra oradan da ne gative geçer. Başlangıçta geçit gerilimi anot akımı akıtamaz, düşük değerde geçit gerilimleri için belli bir geçit akımı akar. Ama anot akımı akmaya başladıktan sonra geçit katot ekleminin kendisi kaynak rolü' oynamaya başlar. Böylece toplam geçit akımı, yani dış kaynak nedeniyle akan negatif yönlü geçit akımları toplamı git tikçe azalır. Bu şekil 19'daki özeğride I nin

1^=0 dan ayrılması şeklinde gösterilmiştir. A teşleme olduktan sonra anot akımı pozitif geri beslemeyi yapabilecek büyüklüktedir. Artık ge çit katot eklemi gerilimi anot katot gerilimine çok yakın olan ve iç direnci R^ direncine eşit olan kaynak rolü oynar. Ateşlemeden sonra nega tif geçit akına tamamen anot akımına yani anot katot devresindeki yükün durumuna bağlıdır. Bu nedenle Şekil 19'daki özeğride negatif direnç bölgesine ve giderek akımın sıfır olduğu nokta ya (varırız. Bir daha tekrar edelim ki, bir dış kaynaktan verilen öyle bir geçit gerilimi değe ri vardır ki, ateşlemeden sonra geçitten giren ve çıkan akımların cebirsel toplamı sıfır olur. Ateşleme olduktan ve akımların cebirsel toplamı sıfırı bulduktan sonra özeğri Şekil 19'dakinden çok farklı bir durum alır. Bu yeni durumdan i lerde söz edilecektir. Şekil 19'da geçit geri limini veren dış kaynağın yük doğrusu da çizil miştir. Yük doğrusu olağan yöntemle, yani açık devre gerilimi ve kısa devre akımı imlenerek çizilir. Kaynağın yük doğrusu, özeğriyi belli bir noktada keser. Eğer bu kesim noktası özeğ rinin anot akımı sıfırkenki kısmına rastlarsa, bellidir ki geçit gerilimi kesilince veya bu değerdeki bir geçit gerilimi için ateşleme de ol maz. Ateşlemenin olabilmesi için anot akımının başlamış olması gerekir, bu da ancak özeğrinin negatif direnç bölgesinde meydana gelebilir. Ne gatif empedans bölgesinde, yük doğrusunun özeğ riye rastlaması ona ancak teğet olması ile müm kündür. Bu nedenle Şekil 19'da yük doğrusu öz eğriye (A) noktasında teğet çizilmiştir. (A) nok tasında, ateşleme geçit gerilimi ve akımı vardır. Sonuç olarak denilebilir ki, ateşleme olayı geçit akımına, geçit imini veren kaynağın empe dansına, anot katot devresindeki yüke bağlıdır.

(B)

(O

G»çit güç horcoması

Maksimum geçit

—(0 ) filini

14 İ t •»

Şekil 20. Bn uygun ateşleme bölgesi. Ateşleme noktası bu bölge içindeki bir nokta olarak seçilir.

Şimdi de doğru akımla ateşleme elde edilmesi ha lini inceliyelim. DSD'nin DA geçit ateşlemesi Şekil 20'deki gibi verilir. Şekil 21 Şekil 20' deki karalı bölgenin büyük ölçekle çizilmiş ha lidir. Şekil 20 ve 21'de geçit akımı geçit geriliminin işlevi olarak verilmiştir. Halbuki referans, kay nak kitaplarda ve yapımcı firma kataloglarında, geçit gerilimi geçit akımının işlevi olarak ve rilir. Bizim bu alışılmış yoldan ayrılma nedeni miz genel alışkanlıklara uymak yani lamba, tran zistor ve FET'lerdeki göz alışkanlığını sürdür mek içindir. Şekil 20'de geçit akım ve gerilim özeğrisinin DA ateşleme koşulunda kullanılabilecek sınır ları çizilmiştir. (A) eğrisi anot açık devre ikenki akım gerilim özeğrisidir. (B) eğrisi ge çit katot eklemi tahrip olmadan geçirilebile cek en büyük kapı akım değeridir. (C) eğrisi en büyük geçit güç harcaması için verilmiş en büyük güç eğrisidir.

Sütün üniteleri ateşlemek için istenen minimum geçit gerilimi

« 6SC

2S*C

Hiç bir üniteyi otesteytmeyen Mox. geçit gafilimi lS(f Cea

Çeşitli «f ant a bütün üniteleri ateşlemek ı çın istafttft inin. geçit akımı.

Şekil 21.

Şekil 20'deki taranmış bölgenin genişletilmiş durumu*

Bu bölge içindeki noktalar çeşitli ateşleme olasılıklarını kapsarlar.

(D) eğrisi geçit katot ekleminin dayanabileceği en büyük gerilimle olan sınırlamayı gösterir. Karalı bölge daha öncede dediğimiz gibi Şekil 21' de büyütülmüştür, bu bölge çeşitli çalışma koşul larında, örneğin çeşitli sıcaklıklarda, bütün ateşleme olasılıklarını kapsar. Şekil 21'de 65°C, +25OC, +150OC için bütün birimleri ateş leyebilecek en küçük geçit akımları verilmiş tir. Bu örnek için +150°C'da yaklaşık 20 BA ge çit akımı istenmektedir. +25°C'da istenen eecit akımı 35 mA ve 65°C'da 75 mA'dır. Burada çeşitli sıcaklıklarda bütün birimleri ateşlemek için istenen en küçük geçit gerilimleri de verilmiş tir. Yazdıklarımızı toparlamak için bir örnek verirsek 65°C'da sadece 75 mA akım akıtan ve 3V'luk geçit gerilimine sahip (A) noktası DSD' yi bütün birimleriyle ateşleyebilir. Ayrıca Şe kil 21'de +150Oc'da hiç bir birimi ateşleyemeyen en büyük geçit gerilimi de verilmiştir. Yani bu gerilimden.daha düşük herhangi bir geçit gerili minde' ateşleme yapılamaz. Şekil 21'deki karalı bölge içinde kalan noktalar hangi ısı koşulunda ne kadar birimin (ünitenin) yani geçit katot eklemine ait yüklerin ne kadarının ateşlemeye katılacağını belirler, örnek verirsek 65°C'da (A) noktasında nasıl bütün birimler ateşlemeye katılıyorsa, (B) noktasında çok daha az birim ateşlemeye katılır.

Yukarda bütün yazdıklarımızın sonucu olarak di yebiliriz ki, bir DSD1yi emniyetle ateşlemek is tiyorsak, Şekil 20'de (A),(B),(C),(D) ve (E) eğ rileri ile sınırlanmış bölge içinde ama karalı bölge dışında kalmalıyız. Bu bölgeye "en uygun geçit ateşleme bölgesi" denir.

Şekil 19'da anlattığımız yük eğrisi ile DSD ge çit özeğrisi birbirlerine en uygun geçit ateşle me bölgesi içinde rastlamalıdırlar. Şekil 19'da (A) noktası ile belirlenen rastlama noktası Şe kil 20'deki (C) en büyük güç harcaması eğrisine ne kadar yakın seçilirse en büyük çalışma nokta sına o kadar yaklaşılmış olunur.

Ateşleme DA ile değil de belli bir darbe süresi bulunan darbelerle yapılıyorsa yük eğrisi mer kezden başlayıp kendine koşut değişen bir hare ket gösterir. Belli darbe süresinin üzerindeki darbeler için DA ateşleme kabul edilebilir. Kısa süreli darbeler için en büyük güç harcama sı, en büyük geçit gerilimi, en büyük geçit akı mı değerleri, yani Şekil 20'deki eğrinin sınır ları değişir.

5. SONUÇ

DSD1yi genel olarak tanıtmak için hazırlanmış bu yazıya son vermeden önce, yazıdan çıkan sonuçla rı özet şeklinde vermek istiyoruz.

1 DSD akım iletebilmesi için anot, katota göre pozitif olmalıdır.

2 DSD'yi iletime geçirmenin normal yolu geçi tinden pozitif bir ateşleme imi uygulamaktır.

3 Ateşleme akım ve gerilimi en uygun geçit ateş leme bölgesi içinde seçilmelidir.

4 tletimde olan bir DSD'yi kesim durumuna sok mak için anot katot akımı, tutma akım değeri altına düşürülmelidir.

5 Anot katot arasına dalgalı bir gerilim uygu lanmışsa iletimden çıkmak, negatif alternans lar için kendiliğinden olur.

6 Dış devre koşulları ile DSD'nin uygunluğu doğ ru seçilememişse dv/dt ve di/dt den dolayı da DSD iletime geçebilir.

7 DSD'nin geçici rejimlere ve aşırı akımlara karşı koruması özel akım tuzağı (amp trap) si gortalarla yapılmalıdır.

8 İletimdeki bir DSD'den akan akımın değerini yük belirler.

9 DSD'nin soğutulmasının ve eklem ısısının bel li sınırlar arasında tutulmasının özel bir ö nemi vardır.

10 Bir DSD'de kesime dönüş zamanını kısaltmak i çin şunları yapabiliriz: a) Eklem ısısı azaltılır. b) Akan akımın şiddeti düşUrUlUr. c) di/dt azaltılır (akım azalırkenki di/dt) d) Ters akım yüksek değerde tutulur.

e) Ters.gerilimin değeri yüksek tutulur. f) Ters olarak uygulanan dv/dt nin değeri kü çük tutulur. g) iletim yönlü gerilimin değeri düşük tutu lur. h) Küçük geçit empedansı seçilir, i) Negatif geçit gerilimi uygulanır, j) özel DSD'ler seçilir (Kısa devre yayıcılı katkılanmış ufak eklem çaplı)

11 Bir DSD'de kesime dönüş zamanını uzatmak i çin 10'ncu maddede yazılanların tam tersi ya pılır, yani: a) Eklem ısısı artırılır. b) Akan akımın şiddeti artırılır. c) di/dt artırılır. d) Ters akım düşük değerde tutulur. e) Ters gerilimin değeri düşük tutulur. f) Ters olarak uygulanan dv/dt nin değeri yüksek tutulur. g) İletim yönlü gerilimin değeri büyük tutu lur. h) Büyük geçit empedansı seçilir. i) Pozitif geçit gerilimi uygulanır. j) Uygun DSD seçilir (Alışılmış geçit katot eklemi olan, p ve n yapısında bir ek özel lik bulunmayan, geniş eklem çaplı).

KAYNAKLAR

1) SCR Manual, 5. Baskı, General Electric Semi conductor Products Department» 1972

2) Moll ve baş. "PNPN transistor svitches", Proc. İRE, Cilt 44,Eylül 1956, s.1174 1182

3) F.E.Gentry ve baş. "Semiconductor Controlled Rectifier", Prentice Hail, 1964, Bölüm 5

4) Robert Boylestad ve Louis Nashelsky, "Electro nic Devices and Circuit Theory", Prentice Hail 1972, Bölüm 9

5) Westinghouse, Application data 54 580, Mayıs 1969

6) Westinghouse, Application data 54 581, Mayıs 1969

7) "Semiconductor Power Circuits Handbook", Moto rola Semiconductor Products Inc, 1968, Bölüm 6

8) "Guide to Thyristors,unijunctions and trig gers" Motorola Semiconductors, 1973, Bölüm 3