Genel Elektronik - Diyor Uygulamaları 1 Elektronik Ders Notları 3 Derleyen: Dr. Tayfun Demirtürk E-mail: tdemirturk@pau.edu.tr 2 Diyot Uygulamaları Konular: 1. Yarım-Dalga Do ğrultmaç 2. Tam-Dalga Do ğrultmaç 3. Filtre Devreleri 4. Kırpıcı ve Sınırlayıcı Devreler 5. Gerilim Kenetleyici ve Gerilim Çoklayıcılar 6. Diyot Veri Sayfaları Amaçlar: Bu bölümü bitirdi ğinizde a şa ğıda belirtilen konular hakkında ayrıntılı bilgiye sahip olacaksınız. • Yarım dalga do ğrultmaç devresinin çalı şması ve analizi • Tam dalga do ğrultmaç devresinin çalı şması ve analizi • Do ğrultmaçlarda filtreleme ve filtre devreleri • Diyotlarla gerçekle ştirilen kırpıcı ve sınırlayıcı devrelerin analizi • Diyot veri sayfalarının incelenmesi ve çe şitli karakteristikler • Diyot devrelerinin kısa analizleri ve yorumlar 3 2.1 YARIM DALGA DO ĞRULTMAÇ Tüm elektronik cihazlar çalı şmak için bir DC güç kayna ğına (DC power supply) gereksinim duyarlar. Bu gerilimi elde etmenin en pratik ve ekonomik yolu şehir şebekesinde bulunan AC gerilimi, DC gerilime dönü ştürmektir. Dönü ştürme i şlemi Do ğrultmaç (redresör) olarak adlandırılan cihazlarla gerçekle ştirilir. Do ğrultmaç veya DC Güç kayna ğı (DC power supply) denilen cihazlar, basitten karma şı ğa do ğru birkaç farklı yöntemle tasarlanabilir. Bu bölümde en temel do ğrultmaç i şlemi olan yarım dalga do ğrultmaç (Half wave rectifier) devresinin yapısını ve çalı şmasını inceleyece ğiz. Bu bölümü bitirdi ğinizde; a şa ğıda belirtilen konular hakkında ayrıntılı bilgilere sahip olacaksınız. • Temel bir güç kayna ğı sistemi • Transformatörler ve i şlevleri • Yarım dalga do ğrultmaç devresi • Rıpıl faktörü Temel DC Güç Kayna ğı (Power Supply) Bilindi ği gibi bütün elektronik cihazlar (radyo, teyp, tv, bilgisayar v.b gibi) çalı şmak için bir DC enerjiye gereksinim duyarlar. DC enerji, pratik olarak pil veya akülerden elde edilir. Bu oldukça pahalı bir çözümdür. DC enerji elde etmenin di ğer bir alternatifi ise şehir şebekesinden alınan AC gerilimi kullanmaktı r. Şebekeden alınan AC formdaki sinüzoidal gerilim, DC gerilime dönü ştürülür. Dönü ştürme i şlemi için DC güç kaynakları kullanılır. Temel bir DC güç kayna ğının blok şeması şekil-2.1’de görülmektedir. Sistem; do ğrultucu (rectifier), Filtre (filter) ve regülatör (düzenleyici) devrelerinden olu şmaktadır. Sistem giri şine uygulanan ac gerilim; sistem çıkı şında do ğrultulmu ş dc gerilim olarak alınmaktadır. 4 Şekil-2.1 AC Gerilimin DC Gerilime Dönü ştürülmesi Sistem giri şine uygulanan AC gerilim (genellikle şehir şebeke gerilimi), önce bir transformatör yardımıyla istenilen gerilim de ğerine dönü ştürülür. Transformatör, dönü ştürme i şlemiyle birlikte kullanıcıyı şehir şebekesinden yalıtır. Transformatör yardımıyla istenilen bir de ğere dönü ştürülen AC gerilim, do ğrultmaç devreleri kullanılarak do ğrultulur. Do ğrultma i şlemi için yarım ve tam dalga do ğrultmaç (redresör) devrelerinden yararlanılır. Do ğrultulan gerilim, ideal bir DC gerilimden uzaktır ve az da olsa AC bile şenler (rıpıl) içerir. Filtre devreleri tam bir DC gerilim elde etmek ve rıpıl faktörünü minimuma indirmek için kullanılır. İdeal bir DC gerilim elde etmek için kullanılan son kat ise regülatör düzenekleri içerir. Sistemi olu şturan blokları sıra ile inceleyelim. Transformatörler Transformatörler, kayıpları en az elektrik makineleridir. Transformatör; silisyumlu özel saçtan yapılmı ş gövde (karkas) üzerine sarılan iletken sargılardan olu şur. Transformatör karkası üzerine genellikle iki ayrı sargı sarılır. Bu sargılara primer ve sekonder adı verilir. Primer giri ş, sekonder çıkı ş sargısı olarak kullanılır. Sargıların sarım sayısı spir olarak adlandırılır. Transformatörün primer sargılarından uygulanan AC gerilim, sekonder sargısından alınır. Şehir şebeke gerilimi genellikle 220V rms /50Hz’dir. Bu gerilim de ğerini belirlenen veya istenilen bir AC gerilim de ğerine dönü ştürülmesinde transformatörler kullanılır. Transformatörlerin sekonder ve primer sargıları arasında fiziksel bir ba ğlantı olmadı ğından, kullanıcıyı şehir şebekesinden yalıtırlar. Bu durum, güvenlik için önemli bir avantajdır. 5 Sekonder sargısından alınan AC i şaretin, gücü ve gerilim de ğeri tamamen kullanılan transformatörün sarım sayılarına ve karkas çapına ba ğıdır. Üreticiler ihtiyaca uygun olarak çok farklı tip ve modelde transformatör üretimi yaparlar. Şekil-2.2’de örnek olarak bazı alçak güçlü transformatörler görülmektedir. Şekil-2.2 Farklı model ve tipte transformatörler Transformatörlerin primer ve sekonder gerilimleri ve güçleri üzerlerinde etkin de ğer (rms) olarak belirtilir. Primer sargıları genellikle 220V rms /50Hz, sekonderler sargıları ise farklı gerilim de ğerlerinde üretilerek kullanıcıya sunulurlar. Şekil-2.3'de farklı sargılara sahip transformatörlerin sembolleri ve gerilim de ğerleri gösterilmi ştir. Şekil-2.3 Farklı tip ve modelde Transformatör sembolleri ve uç ba ğlantıları 6 Üç uçlu transformatörler do ğrultucu tasarımında tasarruf sa ğlarlar. Transformatör seçiminde; primer ve sekonder gerilimleri ile birlikte transformatörün gücüne de dikkat edilmelidir. Güç kayna ğında kullanılacak transformatörün toplam gücü; trafo üzerinde ve di ğer devre elemanlarında harcanan güç ile yükte harcanan gücün toplamı kadardır. Transformatör her durumda istenen akımı vermelidir. Fakat bir transformatörden uzun süre yüksek akım çekilirse, çekirde ğin doyma bölgesine girme tehlikesi vardır. Bu nedenle transformatör hem harcanacak güce, hem de çıkı ş akımına göre toleranslı seçilmelidir. Yarım Dalga Do ğrultmaç Şehir şebekesinden alınan ve bir transformatör yardımıyla de ğeri istenilen seviyeye ayarlanan AC gerilimi, DC gerilime dönü ştürmek için en basit yöntem yarım dalga do ğrultmaç devresi kullanmaktır. Tipik bir yarım dalga do ğrultmaç devresi şekil-2.4’de verilmi ştir. Şehir şebekesinden alınan 220V rms de ğere sahip AC gerilim bir transformatör yardımıyla 12V rms de ğerine dü şürülmü ştür. Şekil-2.4 Yarım Dalga Do ğrultmaç Devresi Devrenin çalı şmasını ayrıntılı olarak incelemek üzere şekil-2.5’den yararlanılacaktır. Yarım dalga do ğrultmaç devresine uygulanan giri ş i şareti sinüzoidal dır ve zamana ba ğlı olarak yön de ği ştirmektedir. Devrede kullanılan diyotu ideal bir diyot olarak dü şünelim. Giri ş i şaretinin pozitif alternansında; diyot do ğru polarmalanmı ştrr. Dolayısıyla iletkendir. Üzerinden akım akmasına izin verir. Pozitif alternans yük üzerinde olu şur. Bu durum şekil-2.5.a üzerinde ayrıntılı olarak gösterilmi ştir. 7 Şekil-2.5.a Giri ş i şaretinin pozitif alternansında devrenin çalı şması Giri ş i şaretinin frekansına ba ğlı olarak bir süre sonra diyotun anoduna negatif alternans uygulanacaktır. Dolayısıyla giri ş i şaretinin negatif alternansında diyot yalıtımdadır. Çünkü diyot ters yönde polarmalanmı ştrr. Üzerinden akım akmasına izin vermez. Açık devredir. R L direnci üzerinden alınan çıkı ş i şareti 0V olur. Bu durum şekil-2.5.b üzerinde gösterilmi ştir. Şekil-2.5.b Giri ş i şaretinin negatif alternansında devrenin çalı şması Yarım dalga do ğrultmaç devresinin çıkı şında elde edilen i şaretin dalga biçimi şekil- 2.6’da ayrıntılı olarak verilmi ştir. Yarım dalga do ğrultmaç devresinin çıkı şından alınan i şaret artık AC bir i şaret de ğildir. Çünkü çıkı ş i şareti, negatif alternansları içermez. Do ğrultmaç çıkı şından sadece pozitif saykıllar alınmaktadır. Çıkı ş i şareti bu nedenle DC i şarete de benzememektedir dalgalıdır. Bu durum istenmez. Gerçekte do ğrultmaç çıkı şından tam bir DC veya DC gerilime yakın bir i şaret alınmalıdır. 8 Şekil-2.6 Yarım dalga do ğrultmaç devresinin çıkı ş dalga biçimleri Yarım dalga do ğrultmaç devresinin çıkı şından alınan i şaretin DC de ğeri önemlidir. Bu de ğeri ölçmek için çıkı ş yüküne (R L ) paralel bir DC voltmetre ba ğladı ğımızda şekil-2.6’daki i şaretin ortalama de ğerini ölçeriz. Yarım dalga do ğrultmaç devresinin giri şine uyguladı ğımız i şaret 12V rms de ğerine sahipti. Bu i şaretin tepe de ğeri ise; civarındadır. O halde çıkı ş i şaretinin alaca ğı dalga biçimi ve ortalama de ğeri şekil-2.7 üzerinde gösterelim. Şekil-2.7 Yarım dalga do ğrultmaç devresinde çıkı ş i şaretinin ortalama de ğeri 9 Tam bir periyot için çıkı ş i şaretinin ortalama de ğeri; olarak bulunur. Yukarıda belirtilen de ğerler gerçekte ideal bir diyot içindir. Pratikte 1N4007 tip kodlu silisyum bir diyot kullandı ğımızı dü şünelim. Bu durumda çıkı ş i şaretinin dalga biçimi ve alaca ğı de ğerleri bulalım. Şekil-2.8 Pratik Yarım Dalga do ğrultmaç devresi Çıkı ş i şaretinin alaca ğı tepe de ğer; Dolayısı ile çıkı şa ba ğlanacak DC voltmetrede okunacak ortalama de ğer (veya DC de ğer); 10 olarak elde edilir. 2.2 TAM DALGA DO ĞRULTMAÇ Basit ve ekonomik DC güç kaynaklarının yapımında yarım dalga do ğrultmaç devreleri kullanılır. Profesyonel ve kaliteli DC güç kaynaklarının yapımında ise tam dalga do ğrultmaç devreleri kullanılır. Tam dalga do ğrultmaç devresi çıkı şında DC gerilime daha yakın bir de ğer alınır. Tam dalga do ğrultmaç devreleri; orta uçlu ve köprü tipi olmak üzere iki ayrı tipte tasarlanabilir. Bu bölümü bitirdi ğinizde; a şa ğıda belirtilen konular hakkında ayrıntılı bilgiler elde edeceksiniz. • Yarım dalga do ğrultmaç ile tam dalga do ğrultmaç arasındaki farklar. • Tam dalga do ğrultmaç devresinde elde edilen çıkı ş i şaretinin analizi • Orta uçlu tam dalga do ğrultmaç devresinin analizi • Köprü tipi tam dalga do ğrultmaç devresinin analizi Bir önceki bölümde yarım dalga do ğrultmaç devresini incelemi ştik. Yarım dalga do ğrultmaç devresinde şehir şebekesinden alınan sinüzoidal i şaretin sadece tek bir alternansında do ğrultma i şlemi yapılıyor, di ğer alternans ise kullanılmıyordu. Dolayısıyla yarım dalga do ğrultmacın çıkı şından alınan gerilimin ortalama de ğeri oldukça küçüktür. Bu ekonomik bir çözüm de ğildir. Tam dalga do ğrultmaç devresinde ise do ğrultma i şlemi, şebekenin her iki alternansında gerçekle ştirilir. Dolayısıyla çıkı ş gerilimi daha büyük de ğerdedir ve DC’ye daha yakındır. Bu durum şekil-2.9 üzerinde ayrıntılı olarak gösterilmi ştir. 11 Şekil-2.9 Yarım dalga ve tam dalga do ğrultmaç devresinde çıkı ş dalga biçimleri Tam dalga do ğrultmaç devresinde çıkı ş i şaretinin alaca ğı DC de ğer a şa ğıdaki formül yardımıyla bulunur. Örne ğin, tam dalga do ğrultmaç giri şine 17V tepe de ğerine sahip sinüzoidal bir i şaret uygulanmı şsa bu durumda çıkı ş i şaretinin alaca ğı de ğer; olarak elde edilir. Bu durum bize tam dalga do ğrultmaç devresinin daha avantajlı oldu ğunu kanıtlar. 12 Tam dalga Do ğrultmaç Devresi Tam dalga do ğrultmaç devresi şekil-2.10’da görülmektedir. Bu devre, orta uçlu bir transformatör ve 2 adet diyot ile gerçekle ştirilmi ştir. Transformatörün primer sargılarına uygulanan şebeke gerilimi, transformatörün sekonder sargılarında tekrar elde edilmi ştir. Sekonderde elde edilen geriliminin de ğeri transformatör dönü ştürme oranına ba ğlıdır. Transformatörün sekonder sargısı şekilde görüldü ğü gibi üç uçludur ve orta ucu referans olarak alınmı ştır. Sekonder sargısının orta ucu referans ( şase) olarak alındı ğında sekonder sargıları üzerinde olu şan gerilimin dalga biçimleri ve yönleri şekil-2.10 üzerinde ayrıntılı olarak gösterilmi ştir. Şekil-2.10 Orta uçlu tam dalga do ğrultmaç devresi Orta uçlu tam dalga do ğrultmaç devresinin incelenmesi için en iyi yöntem şebeke geriliminin her bir alternansı için devreyi analiz etmektir. Orta uç referans olarak alınırsa, sekonder gerilimi iki ayrı de ğere (V sek /2) dönü ştürülmü ştür. Örne ğin; V giri ş i şaretinin pozitif alternansında, transformatörün sekonder sargısının üst ucunda pozitif bir gerilim olu şacaktır. Bu durumda, D 1 diyotu do ğru polarmalandırılmı ş olur. Akım devresini; trafonun üst ucu, D 1 diyotu ve R L yük direnci üzerinden transformatörün orta ucunda tamamlar. R L yük direnci üzerinde şekil-2.11’de belirtilen yönde pozitif alternans olu şur. Akım yönü ve akımın izledi ği yol şekil üzerinde ayrıntılı olarak gösterilmi ştir. 13 Şekil-2.11 Pozitif alternansta devrenin çalı şması ve akım yolu Şebekenin negatif alternansında; transformatörün sekonder sargılarında olu şan gerilim dü şümü bir önceki durumun tam tersidir. Bu durumda şaseye göre; sekonder sargılarının üst ucunda negatif alternans, alt ucunda ise pozitif alternans olu şur. Bu durum şekil-2.12 üzerinde ayrıntılı olarak gösterilmi ştir. Bu durumda D 2 diyotu iletken, D 1 diyotu ise yalıtkandır. Akım devresini trafonun orta ucundan ba şlayarak D 2 üzerinden ve R L yükü üzerinden geçerek tamamlar. Yük üzerinde şekil-2.12’de belirtilen dalga şekli olu şur. Akım yolu ve gerilim dü şümleri şekil üzerinde gösterilmi ştir. Şekil-2.12 Negatif alternansta devrenin çalı şması ve akım yolu Orta uçlu tam dalga do ğrultmaç devresinde elde edilen çıkı ş i şaretinin dalga biçimini tekrar ele alıp inceleyelim. Devrede kullanılan transformatörün sekonder sargılarının 2x12Vrms de ğere sahip oldu ğunu kabul edelim. Bu durumda transformatörün sekonder sargısında elde 14 edilen i şaretin tepe de ğeri; olur. Devrede kullanılan diyotlar ideal olamaz. Silisyum diyot kullanılacaktır. Bu nedenle diyot üzerinde 0.7V gerilim dü şümü meydana gelir. Bu durumda R L yük direnci üzerinde dü şen çıkı ş geriliminin tepe de ğeri; olacaktır. Çıkı şta elde edilen i şaretin DC de ğeri ise devreye bir DC voltmetre ba ğlanarak ölçülebilir. Bu de ğer çıkı ş i şaretinin ortalama de ğeridir ve a şa ğıdaki formülle bulunur. çıkı ş i şaretinin dalga biçimi ve özellikleri şekil-2.13 üzerinde gösterilmi ştir. 15 Şekil-2.13 Çıkı ş dalga biçiminin analizi Köprü Tipi Tam Dalga Do ğrultmaç Tam-dalga do ğrultmaç devresi tasarımında di ğer bir alternatif ise köprü tipi tam-dalga do ğrultmaç devresidir. Köprü tipi tam-dalga do ğrultmaç devresi 4 adet diyot kullanılarak gerçekle ştirilir. Şehir şebekesinden alınan 220V rms /50Hz de ğere sahip sinüzoidal gerilim bir transformatör kullanılarak istenilen de ğere dönü ştürülür. Transformatörün sekonderinden alınan gerilim do ğrultularak çıkı ştaki yük (R L ) üzerine aktarılır. Do ğrultma i şleminin nasıl yapıldı ğı şekil-2.14 ve şekil-2.15 yardımıyla anlatılacaktır. Şehir şebekesinin pozitif alternansında; transformatörün sekonder sargısının üst ucunda pozitif alternans olu şur. D 1 ve D 2 diyotu do ğru yönde polarmalandı ğı için akım devresini D 1 diyotu, R L yük direnci ve D 2 diyotundan geçerek transformatörün alt ucunda tamamlar. R L yük direnci üzerinde pozitif alternans olu şur. Bu durum ve akım yönü şekil-2.14’de ayrıntılı olarak gösterilmi ştir. 16 Şekil-2.14 Pozitif alternansta tam dalga do ğrultmaç devresinin davranı şı Şebekenin negatif alternansında; bu defa transformatörün alt ucuna pozitif alternans olu şacaktır. Bu durumda D 3 ve D 4 diyotları do ğru yönde polarmalanır ve iletime geçerler. Akım devresini; D 4 diyotu, R L yük direnci ve D 3 diyotu üzerinden geçerek transformatörün üst ucunda tamamlar ve R L yük direnci üzerinde pozitif alternans olu şur. Bu durum ayrıntılı olarak şekil- 2.15 üzerinde gösterilmi ştir. Şekil-2.15 Negatif alternansta tam dalga do ğrultmaç devresinin davranı şı Tam dalga do ğrultmaç devresinde çıkı ş i şaretinin aldı ğı DC de ğer hesaplanmalıdır. Örne ğin transformatörün sekonder gerilimi 12V rms (etkin) de ğere sahip ise bu gerilimin tepe 17 de ğeri; de ğerine e şit olur. Do ğrultma i şleminde tek bir alternans için iki adet diyot iletken oldu ğunda diyotlar üzerinde dü şen öngerilimler dikkate alındı ğında R L yük direnci üzerinde olu şan çıkı ş gerilimin tepe de ğeri; de ğerine sahip olur. Bu durum şekil-2.16 üzerinde gösterilmi ştir. Tam dalga do ğrultmaç devresinde çıkı ş i şaretinin alaca ğı ortalama veya DC de ğeri ise; Şekil-2.16 Köprü tipi tam dalga do ğrultmaç devresinde çıkı ş i şaretinin analizi 18 2.3 DO ĞRULTMAÇ F İLTRELER İ Yarım dalga ve tam dalga do ğrultmaç devrelerinin akı şlarından alınan do ğrultmu ş sinyal ideal bir DC sinyalden çok uzaktır. Do ğrultucu devrelerin akısından alınan bu sinyal, darbelidir ve birçok AC bile şen barındırır. Elektronik devre elemanlarının tasarımında ve günlük hayatta kullandı ğımız DC sinyal ise ideal veya ideale yakın olmalıdır. AC bile şenler ve darbeler barındırmamalıdır. Şehir şebekesinden elde edilen do ğrultulmu ş sinyal çe şitli filtre devreleri kullanılarak ideal bir DC gerilim haline dönü ştürülebilir. En ideal filtreleme elemanları kondansatör ve bobinlerdir. Bu bölümde bitirdi ğinizde a şa ğıda belirtilen konular hakkında ayrıntılı bilgiler elde edeceksiniz. • Filtre i şleminin önemi ve amaçlarını, • Kondansatör (C) ile gerçekle ştirilen kapasitif filtre i şlemini • Rıpıl gerilimini ve rıpıl faktörünü • LC filtre • ? ve T tipi filtreler DC Güç kayna ğı tasarımı ve yapımında genellikle 50Hz frekansa sahip şehir şebeke geriliminden yararlanılır. Bu gerilim tam dalga do ğrultmaç devreleri yardımıyla do ğrultulur. Do ğrultmaç çıkı şından alman gerilim ideal bir DC gerilim olmaktan uzaktır. Çe şitli darbeler barındırır ve l00 Hz'lik bir frekansa sahiptir. Bu durum şekil-2.17'de ayrıntılı olarak gösterilmi ştir. Şekil-2.17 Do ğrultmaç Devrelerinde Filtre i şlemi 19 Do ğrultmaç çıkı şından alınan gerilim, büyük bir dalgalanmaya sahiptir ve tam bir DC gerilimden uzaktır. Filtre çıkı şında ise dalgalanma oranı oldukça azaltılmı ştır. Elde edilen i şaret DC gerilime çok yakındır. Filtre çıkı şında küçük de olsa bir takım dalgalanmalar vardır. Bu dalgalanma "Rıpıl" olarak adlandırılır. Kaliteli bir do ğrultmaç devresinde rıpıl faktörünün minimum de ğere dü şürülmesi gerekmektedir. Kapasitif Filtre Do ğrultmaç devrelerinde filtrelemenin önemi ve i şlevi hakkında yeterli bilgiye ula ştık. Filtreleme i şlemi için genellikle kondansatör veya bobin gibi pasif devre elemanlarından faydalanılır. Do ğrultmaç devrelerinde, filtreleme i şlemi için en çok kullanılan yöntem kapasitif filtre devresidir. Bu filtre i şleminde kondansatörlerden yararlanılır. Kapasitif filtre i şleminin nasıl gerçekle ştirildi ği bir yarım dalga do ğrultmaç devresi üzerinde şekil-2.18 yardımıyla ayrıntılı olarak incelenmi ştir. Kondansatör ile gerçekle ştirilen filtre i şlemi şekil-2.18'de ayrıntılı olarak gösterilmi ştir. Sisteme enerji verildi ğinde önce pozitif alternansın geldi ğini varsayalım. Bu anda diyot do ğru polarmalandı ğı için iletkendir. Üzerinden akım akmasına izin verir. Pozitif alternansın ilk yarısı yük üzerinde olu şur. Devredeki kondansatörde aynı anda pozitif alternansın ilk yarı de ğerine şarj olmu ştur. Bu durum şekil- 2.18.a üzerinde gösterilmi ştir. Şekil-2.18.a Pozitif alternansta diyot iletken, kondansatör belirtilen yönde şarj oluyor 20 Şekil-2.18.b Negatif alternansın da diyot yalıtkan, kondansatör R L yükü üzerine de şarj oluyor. Şekil-2.18.c Yük üzerinde görülen çıkı ş i şaretinin dalga biçimi Pozitif alternansın ikinci yarısı olu şmaya ba şladı ğında diyot yalıtımdadır. Diyot'un katodu anoduna nazaran daha pozitiftir. Çünkü kondansatör giri ş geriliminin tepe de ğerine şarj olmu ştur. Kondansatör şarj gerilimini şekil-2.18.b'de belirtildi ği gibi yük üzerine bo şaltır. Şebekeden negatif alternans geldi ğinde ise diyot ters polarma oldu ğu için yalıtımdadır. Kondansatörün de şarjı şehir şebekesinin negatif alternansı boyunca devam eder. Şebekenin pozitif alternansı tekrar geldi ğinde bir önceki adımda anlatılan i şlemler devam eder. Sonuçta çıkı ş yükü üzerinde olu şan i şaret DC'ye oldukça yakındır. Çıkı ş i şaretindeki dalgalanmaya "rıpıl" denildi ğini belirtmi ştik. DC güç kaynaklarında 21 rıpıl faktörünün minimum düzeyde olması istenir. Bu amaçla filtreleme i şlemi iyi yapılmalıdır. Kondansatörle yapılan filtreleme i şleminde kondansatörün kapasitesi büyük önem ta şır. Şekil- 2.19'de filtreleme kondansatörünün çıkı ş i şaretine etkisi ayrıntılı olarak gösterilmi ştir. Şekil-2.19 Filtre kondansatörü de ğerlerinin çıkı ş i şareti üzerinde etkileri Filtreleme i şleminin tam dalga do ğrultmaç devresinde daha ideal sonuçlar verece ği açıktır. Şekil-2.20'de ise tam dalga do ğrultmaç devresinde gerçekle ştirilen kapasitif filtreleme i şlemi sonunda elde edilen çıkı ş i şaretinin dalga biçimi verilmi ştir. Şekil-2.20 Tam dalga do ğrultmaç devresinde kapasitif filtreleme i şlemi ve rıpıl etkileri Filtreleme i şlemi sonunda elde edilen çıkı ş i şaretinin dalga biçimi bir miktar dalgalanma içermektedir. Bu dalgalanmaya rıpıl adı verildi ğini daha önce belirtmi ştik. Filtrelemenin kalitesini ise "rıpıl faktörü=rp" belirlenmektedir. Rıpıl faktörü yüzde olarak ifade edilir. Rıpıl faktörünün hesaplanmasında şekil-2.21'den yararlanılacaklar. 22 Şekil-2.21 Tam dalga do ğrultmaçta rıpıl faktörünün bulunması Formülde kullanılan V r ifadesi; filtre çıkı şından alınan geriliminin tepeden tepeye dalgalanma miktarıdır. V DC ise filtre çıkı şından alınan gerilimin ortalama de ğeridir. Çıkı şında yeterli büyüklükte kapasitif filtre tam dalga do ğrultmaç devresinde bu iki gerilim için a şa ğıdaki tanımlamalar. Tam dalga do ğrultmaç devresi için filtre çıkı şındaki dalgalanma miktarı V r , do ğrultmaç çıkı şından alınan ve filtreye uygulanan giri ş i şareti tepe de ğerinin (V T ) maksimum %10'u kadar ve bu şınırlar içerisinde ise, V r ve V DC de ğerleri a şa ğıdaki gibi formüle edebilir. 23 Formülde kullanılan f de ğerleri frekans de ğerini belirtmektedir. Bir tam dalga do ğrultmaç devresinde çıkı ş i şaretinin frekansının 100Hz, yarım dalga do ğrultmaç devresinde ise 50Hz oldu ğu unutulmamalıdır. Şekil-2.22'de yarım dalga ve tam dalga do ğrultmaç devresi çıkı şlarında elde edilen filtresiz i şaretlerin dalga biçimleri ve şehir şebekesine ba ğlı olarak periyot ve frekansları tekrar hatırlatılmı ştır. Şekil-2.22 Yarım dalga ve tam dalga do ğrultmaç devrelerinde çıkı ş i şaretinin frekansları 24 Çıkı şında kapasitif filtre kullanılan bir do ğrultmaç devresi şekil-2.23'de verilmi ştir. Bu devrede S anahtarı kapatıldı ğı anda; filtre kondansatörü ilk anda yüksüz (bo ş) oldu ğu için kısa devre etkisi göstererek a şırı akım çeker. Dolayısıyla devreyi korumak amacı ile kullanılan 25 sigorta (F) atabilir. Ayrıca diyotlar üzerinden geçici bir an içinde olsa yüksek akım geçer. Devrenin ilk açılı şında olu şan a şırı akım etkisini minimuma indirmek için genellikle bir akım sınırlama direnci kullanılır. Bu direnç şekil üzerinde R AN İ olarak tanımlanmı ştır. A şırı akım etkisini minimuma indirmek için kullanılan R AN İ direncinin de ğeri önemlidir. Bu direnç diyot üzerinden geçecek tepe akım de ğerini sınırlamalıdır. Uygulamalarda bu direnç üzerinde bir miktar güç harcaması olaca ğı dikkate alınmalıdır. Şekil-2.23 Tamdalga do ğrultmaç devresinde a şırt akımın önlenmesi LC Filtre Do ğrultmaç devrelerinde rıpıl faktörünü minimuma indirmek için bir di ğer alternatif bobin ve kondansatörden olu şan LC filtre devresi kullanmaktır. Şekil-2.24'de LC filtre devresi görülmektedir. 26 Şekil-2.24 Tam dalga do ğrultmaç devresinde LC filtre Bu filtre devresinde bobinin endüktif reaktansı (X L ) ve kondansatörün kapasitif reaktansından (X C ) yararlanılarak filtre i şlemi gerçekle ştirilir. Böyle bir filtre devresinde giri ş ve çıkı ş i şaretlerinin dalga biçimleri şekil-2.25 üzerinde gösterilmi ştir. Çıkı ş geriliminin alaca ğı de ğer ve dalgalılık miktarı a şa ğıda formüle edilmi ştir. Şekil-2.25 Tamdalga do ğrultmaç devresinde LC filtre 27 ? ve T Tipi Filtre LC tipi filtre devreleri geli ştirilerek çok daha kaliteli filtre devreleri olu şturulmu ştur. ? ve T tipi filtreler bu uygulamalara iyi bir örnektir. Rıpıl faktörünün minimuma indirilmesi gereken çok kaliteli do ğrultmaç çıkı şlarında bu tip filtreler kullanılabilir. Şekil-2.26'de ? ve T tipi filtre devreleri verilmi ştir. Şekil-2.26 ? ve T tipi filtre devreleri 2.4 KIRPICI D İYOT DEVRELER İ Elektronik biliminin temel i şlevi, elektriksel sinyalleri kontrol etmek ve ihtiyaca söre islemektir. Pek çok cihaz tasarımında elektriksel bir i şareti istenilen seviyede kınamak veya sınırlandırmak gerekebilir. Belirli bir sinyali kırpma veya sınırlama i şlemi için genellikle diyotlardan yararlanılır. Bu bölümde kırpıcı (Limiting) diyot devrelerini ayrıntılı olarak inceleyece ğiz. Bu bölümü bitirdi ğinizde; a şa ğıda belirtilen konular hakkında ayrıntılı bilgiler elde edeceksiniz. • Kırpıcı diyot devrelerinin özellikleri ve i şlevleri. • Polarmalı kırpıcı devrelerin özellikleri ve analizi 28 Kırpıcı Devreler Kırpıcı devreler, giri şine uygulanan i şaretin bir kısmını çıkı şana aktarıp, di ğer bir kısmını ise kırpan devrelerdir. Örne ğin şekil-2.24’de görülen devrede giri ş i şaretinin pozitif alternansı kırpılıp atılmı ş, çıkı şa sadece negatif alternans verilmi ştir. Devrenin çalı şmasını kısaca anlatalım. Giri ş i şaretinin pozitif alternansında diyot do ğru yönde polarmalanır. Çünkü anoduna +V T gerilimi, katoduna ise şase (0V) uygulanmı ştır. Diyot iletimdedir. Diyot üzerinde 0.7V ön gerilim görülür. Bu gerilim, diyota paralel ba ğlanmı ş R L yük direnci üzerinden alınır. Giri ş i şaretinin negatif alternansında ise diyot ters yönde polarmalanmı ştır. Dolayısıyla kesimdedir. Negatif alternans oldu ğu gibi R L yük direnci üzerinde görülür. Bu durum şekil- 2.24’de ayrıntılı olarak gösterilmi ştir. Şekil-2.24 Pozitif kırpıcı devre ve çıkı ş dalga biçimi Giri ş i şaretinin sadece negatif alternansının kırpıldı ğı, negatif kırpıcı devre şekil-2.25’de görülmektedir. Bu devrede; giri ş i şaretinin negatif alternansı kırpılmı ş, çıkı ştan sadece pozitif alternans alınmı ştır. Devrenin çalı şmasını kısaca açıklayalım. Giri ş i şaretinin pozitif alternansında, diyot ters yönde polarmalanmı ştır. Dolayısıyla kesimdedir. Giri şteki pozitif alternans R L yük direnci üzerinde oldu ğu gibi elde edilir. Giri ş i şaretinin negatif alternansında ise diyot iletimdedir. Üzerinde sadece 0.7V diyot ön gerilimi elde edilir. Bu gerilim diyota paralel ba ğlı R L yük 29 direnci üzerinde de olu şacaktır. Şekil-2.25 Negatif kırpıcı devre Her iki kırpıcı devrede çıkı ştan alınan i şaretin de ğerini belirlemede R 1 ve R L dirençleri etkindir. Çıkı ş i şaretinin alaca ğı de ğer yakla şık olarak; formülü ile elde edilir. 30 Polarmalı Kırpıcılar Pozitif veya negatif alternansları kırpan kırpıcı devreleri ayrıntılı olarak inceledik. Dikkat ederseniz kırpma i şlemi diyot öngerilimi hariç bir tam periyot boyunca gerçekle şiyordu. Bu bölümde çıkı ş i şaretinin pozitif veya negatif alternanslarını istenilen veya belirtilen bir seviyede kırpan devreleri inceleyece ğiz. Giri şinden uygulanan sinüzoidal i şaretin pozitif alternansını istenilen bir seviyede kırpan kırpıcı devre şekil-2.26’da görülmektedir. Devre giri şine uygulanan sinüzoidal i şaretin (V g ) pozitif alternansı, V A geriliminin belirledi ği de ğere ba ğlı olarak kırpılmaktadır. 31 Şekil-2.26 Polarmalı pozitif kırpıcı devre Devre analizini V g geriliminin pozitif ve negatif alternansları için ayrı ayrı inceleyelim. Giri şten uygulanan i şaretin pozitif alternansı, diyotun katoduna ba ğlı V A de ğerine ula şana kadar diyot yalıtımdadır. Çünkü diyotun katodu anoduna nazaran pozitiftir. Bu durumda devre çıkı şında V g gerilimi aynen görülür. Giri şten uygulanan V g geriliminin pozitif alternansı VA de ğerinden büyük oldu ğunda (V g =0.7+V A ) diyot do ğru yönde polarmalanacaktır ve iletime geçecektir. Diyot iletime geçti ği anda V A gerilimi do ğrudan çıkı şa aktarılacak ve R L yükü üzerinde görülecektir. Giri ş i şareti negatif alternansa ula ştı ğında ise diyot devamlı yalıtımdadır. Dolayısıyla V A kayna ğı devre dı şıdır. R L yükü üzerinde negatif alternans oldu ğu gibi görülür. Devrede kullanılan R 1 direnci akım sınırlama amacıyla konulmu ştur. Üzerinde olu şan gerilim dü şümü küçük olaca ğı için ihmal edilmi ştir. Diyot üzerine dü şen ön gerilim (0.7V) diyot ideal kabul edilerek ihmal edilmi ştir. Şekil-2.27’de ise polarmalı negatif kırpıcı devre görülmektedir. Bu devre, giri ş i şaretinin negatif alternansını istenilen veya ayarlanan bir seviyede kırpmaktadır. Giri ş i şaretinin tüm pozitif alternansı boyunca devredeki diyot yalıtkandır. Çünkü ters polarmalanır. Dolaysıyla V A kayna ğı devre dı şıdır. Çıkı ştaki R L yükü üzerinde tüm pozitif alternans oldu ğu gibi görülür. Giri ş i şaretinin negatif alternansı, diyotun anoduna uygulanan V A geriliminden daha büyük 32 olana kadar diyot yalıtıma devam eder. Dolayısıyla çıkı şta negatif alternans görülmeye devam eder. Giriş i şaretinin negatif alternansı V A gerilimi de ğerinden büyük oldu ğunda (V g =0.7+V A ) diyot iletime geçecektir. Diyot iletime geçti ği anda çıkı şta V A kayna ğı görülür. Şekil-2.27 Polarmalı negatif kırpıcı devre Şekil-2.28’deki devre ise, giri ş i şaretinin pozitif seviyesini V A gerilimine ba ğlı olarak sınırlamaktadır. Giri ş i şareti, diyotun anoduna ba ğlanan V A de ğerine ula şana kadar diyot iletimdedir. Bu durumda çıkı şta V A kayna ğı görülür. Giri şten uygulanan i şaret V A de ğerinden büyük oldu ğunda ise diyot ters polarma olarak yalıtıma gidecektir. Diyot yalıtımda oldu ğunda devre çıkı şında giri ş i şareti aynen görülecektir. Dolayısıyla giri ş i şaretinin tüm negatif alternansı boyunca diyot iletimde oldu ğu için çıkı şta V A kayna ğı görülecektir. Şekil-2.28 Polarmalı pozitif sınırlayıcı devre Giri ş i şaretinin negatif seviyesini istenilen bir de ğerde sınırlayan devre şeması şekil- 2.29’da verilmi ştir. Giri ş i şaretinin tüm pozitif alternansı boyunca diyot do ğru polarmalanır ve iletimdedir. Çıkı şta V A kayna ğı oldu ğu gibi görülür. 33 Giri ş i şaretinin negatif alternansı, diyotun katoduna uygulanan V A geriliminden daha negatif oldu ğunda ise diyot yalıtıma gidecektir. Diyot yalıtıma gitti ğinde giri ş i şareti aynen çıkı şta görülecektir. Şekil-2.29 Çıkı ş dalga biçiminin analizi Kırpıcı devreler, diyotların çalı şma prensiplerinin anla şılması ve analizi için oldukça önemlidir. Unutulmamalıdır ki birçok elektronik devre tasarımında ve elektronik cihazlarda DC ve AC i şaretler iç içedir ve birlikte i şleme tabi tutulurlar. Dolaysıyla herhangi bir sinyalin i şlenmesinde diyotun i şlevi önem kazanır. Kırpıcı devreler, seri ve paralel olarak ta tasarlanabilir. Bu bölümde seri ve paralel kırpıcı devreler sırayla verilmi ştir. 34 Şekil-2.30 Paralel ve seri kırpıcı diyot devreleri 2.5 GER İL İM KENETLEY İC İLER Gerilim kenetleyiciler; giri şlerinden uygulanan bir i şaretin alt veya üst seviyesini, istenilen sabit bir gerilime kenetlemek veya tutmak amacı ile tasarlanmı şlardır. Kenetleme devreleri; pozitif veya negatif kenetleme olmak üzere ikiye ayrılırlar. Pozitif kenetlemede, giri şten uygulanan i şaretin en alt seviyesi sıfır referans noktasında kenetlenir. Negatif kenetlemede i şleminde ise, giri şten uygulanan i şaretin en üst seviyesi sıfır referans noktasına kenetlenir. Bu bölümde; pozitif ve negatif kenetleme i şlemlerinin nasıl gerçekle ştirildi ği incelenecektir. Gerilim kenetleme i şlemi gerçekte, bir i şaretin dc seviyesini düzenleme i şlemidir. Kenetleme pozitif ve negatif kenetleme olmak üzere iki temelde yapılabilir. Pozitif ve negatif gerilim kenetleme i şlemi şekil-2.31’de görsel olarak verilmi ştir. 35 Şekil-2.31 Pozitif ve negatif gerilim kenetleme i şlemi Pozitif kenetleyici devre giri şine uygulanan i şaret, +V ve –V seviyelerinde salınmaktadır. Kenetleyici çıkı şında ise bu i şaret 0V referans seviyesine kenetlenmi ştir. Yapılan bu i şlem sonucunda giri ş i şaretinin, negatif seviyesi kaydırılmı ştır. Çıkı ştan alınan i şaret artık 0V ile +2V de ğerleri arasında salınmaktadır. Negatif kenetleyici devre giri şine uygulanan i şaret de aynı şekilde, +V ve –V seviyelerinde salınmaktadır. Kenetleyici çıkı şında bu i şaret 0V referans seviyesine kenetlenmiştir. Bu i şlem sonucunda giri ş i şaretinin, pozitif seviyesi 0V referans alınarak kaydırılmı ştır. Çıkı ştan alınan i şaret artık 0V ile –2V de ğerleri arasında salınmaktadır. Pozitif ve negatif gerilim kenetleyici devreleri ayrı ayrı inceleyelim. Pozitif Gerilim Kenetleyici Şekil-2.32’de pozitif gerilim kenetleyici devre görülmektedir. Bu devre bir diyot, bir kondansatör ve direnç kullanarak gerçekle ştirilmi ştir. Şekil-2.32 Pozitif gerilim kenetleyici devre Kenetleme i şleminin gerçekle şmesi için bu elemanların kullanılması zorunludur. Devrede kullanılan R ve C elemanlarının de ğeri oldukça önemlidir. Bu elemanların zaman 36 sabitesi ( ?=RC) yeterince büyük seçilmelidir. Devrenin çalı şmasını kısaca anlatalım. Devre giri şine uygulanan i şaretin negatif alternansının ilk yarım saykılında; diyot do ğru yönde polarmalanır ve iletkendir. Diyot kısa devre etkisi gösterece ğinden R L direncinin etkisini ortadan kaldırır. Kondansatör, anında şarj olarak dolar. Kondansatör üzerindeki gerilim; de ğerine e şit olur. Bu gerilimin polaritesi; şekil üzerinde belirtildi ği yöndedir. Giri ş i şaretinin negatif alternansında; kenetleyici çıkı şında (R L yük direnci üzerinde) 0.7V’luk diyot öngerilimi elde edilir. Bu durum şekil-2.32 üzerinde gösterilmi ştir. Giri ş i şaretinin pozitif yarım saykılında ise diyot açık devredir. Devreden herhangi bir akım akmaz. R L yük direnci üzerinde ise; giri ş i şareti ve kondansatör üzerindeki gerilimlerin toplamı görülür. Devreye K.G.K uygulanırsa çıkı ş gerilimi; Devre giri şine uygulanan ve +V T ve –V T de ğerlerinde salınan giri ş i şareti, kenetleyici devre çıkı şında 0V veya 0.7V referans seviyesine kenetlenmi ştir. Çıkı ş i şareti artık yakla şık olarak 0.7V ile +2V T de ğerleri arasında salınmaktadır. Giri ş i şaretinin negatif tepe de ğeri, 0V (0.7V) referans seviyesine kenetlenmi ştir. Bu durum şekil-2.33’de ayrıntılı olarak gösterilmi ştir. 37 Şekil-2.33 Pozitif gerilim kenetleyici ve çıkı ş dalga biçimleri Negatif Gerilim Kenetleyici Giri ş geriliminin üst seviyesini, 0V referans noktasına kenetlemek için “negatif kenetleyici” kullanılır. Negatif kenetleyici devresinde diyot, kondansatör ve direnç elemanları kullanılır. Kenetleme i şlemi; bir diyot yardımı ile kondansatörün şarj ve de şarjından yararlanılarak gerçekle ştirilir. Şekil-2.34’de negatif kenetleyici devre görülmektedir. Devre üzerinde, kenetleyici giri şine uygulanan i şaret ve çıkı şından alınan kenetlenmi ş i şaret gösterilmi ştir. Şekil-2.34 Negatif gerilim kenetleyici devre Polarmalı Kenetleyici Polarmalı kenetleyici; giri şinden uygulanan i şareti DC bir de ğer üzerine bindirerek çıkı şına aktarır. Şekil-2.35’de giri şinden uygulanan sinüzoidal gerilimi, V A ile tanımlanan DC gerilim kayna ğına kenetleyen polarmalı bir gerilim kenetleyici devresi görülmektedir. 38 Şekil-2.35 Polarmalı kenetleyici devresi Devrede giri ş gerilimi V i , V A DC gerilim kayna ğından büyük oldu ğunda (V m SinWt>V A ) diyot iletime geçecektir. Diyot iletime geçti ğinde devrenin e şde ğeri şekilde gösterilmi ştir. Giri ş gerilimi V i , maksimum de ğere ula ştı ğı anda (+V m ), K.G.K yazarsak; olur. V C , kondansatör üzerindeki şarj gerilimidir. Kondansatör üzerinde dü şen gerilimi hesaplarsak; bulunur. Bu de ğerler ı şı ğında R L yük direnci üzerinde olu şan çıkı ş gerilimi; K.G.K’dan; olur. Kondansatör gerilimini (V C =Vm sinwt-V A ) e şitli ğe yerle ştirirsek; 39 de ğeri elde edilir. Burada; sinwt=sin90 0 =1 ’ e e şittir. E şitli ği yeniden düzenlersek; de ğerine e şit olur. Dolayısı ile giri ş i şaretinin pozitif tepe de ğerinde; kenetleyici çıkı şı V A gerilim kayna ğının de ğerine e şittir. Çünkü R L yük direnci, V A kayna ğına paralel hale gelir. Bu durum şekil-2.35’de verilmi ştir. Giri ş i şaretinin negatif tepe (V i =V m sin 270 0 t) de ğerinde ise diyot ters polarma olur ve açık devredir. Kenetleyici devre şekil-2.36’da görülen durumu alır. Şekil-2.36 Polarmalı kenetleyici ve dalga biçimleri Giri ş i şaretinin negatif alternansında devrenin matematiksel analizini yapalım. Diyot yalıtımdadır. Kondansatör üzerindeki V C gerilimi şarj de ğerini korur. 40 R L yük direnci üzerinde olu şan çıkı ş gerilimi; K.G.K’dan; olur. Kondansatör gerilimini (V C =V m sinwt-V A ) e şitli ğe yerle ştirirsek; de ğeri elde edilir. Burada; sinwt=sin270 0 =-1 ’ e e şittir. E şitli ği yeniden düzenlersek; de ğeri elde edilir. Polarmalı kenetleyici çıkı şında elde edilen i şaretin dalga biçimi şekil-2.36 üzerinde gösterilmi ştir. Sonuçta; devre giri şinden uygulanan i şaret, VA gerilimine kenetlenmi ştir. 2.6 GER İL İM ÇOKLAYICILAR Gerilim çoklayıcılar (voltage multipliers); giri şinden uygulanan i şareti iste ğe ba ğlı olarak birkaç kat yükseltip çıkı şına aktaran devrelerdir. Gerilim çoklayıcılar; gerilim kenetleyici ve do ğrultmaç devreleri birlikte kullanılarak tasarlanır. Gerilim çoklayıcı devreler; yüksek gerilim alçak akım gereksinilen yerlerde kullanılır. TV alıcıları kullanım alanlarına örnek olarak verilebilir. Bu bölümü bitirdi ğinizde; • Yarım dalga ve tam dalga gerilim çiftleyiciler • Gerilim üçleyiciler • Gerilim dörtleyiciler 41 Hakkında ayrıntılı bilgiye sahip olacaksınız. Gerilim Çiftleyici Gerilim çiftleyiciler (Voltage Doupling) giri şlerine uygulanan gerilim de ğerini, ikiye katlayarak çıkı şlarına aktaran elektronik düzeneklerdir. Gerilim çiftleyicilerin giri şlerine uygulanan gerilim, AC veya darbeli bir i şaret olmalıdır. Gerilim çiftleyicilerin çıkı şından ise do ğrultulmu ş DC gerilim elde edilir. Gerilim çiftleyici devrelerin çıkı şlarından yapıları gere ği sürekli olarak büyük akımlar çekilemez. Gerilim çiftleyici tasarımı, yarım dalga ve tam dalga üzere iki tipde yapılabilir. Şekil- 2.37’de yarım dalga gerilim çiftleyici devresi görülmektedir. Gerilim çiftleyici devre; gerilim kenetleyici ve yarım dalga do ğrultmaç devresinin birlikte kullanılması ile olu şturulmu ştur. Bu durum şekil-2.37 üzerinde ayrıntılı olarak gösterilmi ştir. Şekil-2.37 Yarım dalga gerilim çiftleyici devre Devrenin çalı şmasını daha iyi anlayabilmek için her bir devre blo ğunun i şlevleri, dalga şekilleri üzerinde şekil-2.38 üzerinde gösterilmi ştir. 42 Şekil-2.38 Yarım dalga gerilim çiftleyici devrenin dalga biçimleri Yarım dalga gerilim çiftleyici devresinin nasıl çalı ştı ğı şekil-2.39 üzerinde grafiksel olarak analiz edilmi ştir. Giri ş i şaretinin (V i ) pozitif yarım saykılında; D 1 diyodu iletkendir. C 1 kondansatörü şekilde belirtilen yönde D 1 üzerinden, V C =V m -0.7V de ğerine şarj olur. D 2 ise bu anda ters polarma oldu ğundan yalıtımdadır. Dolayısı ile çıkı ş gerilimi “0V” dur. Şekil-2.39 Yarım dalga gerilim çiftleyici devresinin grafiksel analizi Giri ş i şareti V i ’nin negatif alternansında ise; D 1 diyodu ters polarmalandı ğından yalıtımdadır. D 2 diyodu ise iletkendir. C 2 kondansatörü V i ’nin maksimum de ğerine D 2 üzerinden şarj olur. C 1 kondansatörü ters polaritede dolu oldu ğu için bo şalamaz. Çıkı ş i şareti C 2 kondansatörü üzerinden alınabilir. C 2 üzerindeki gerilim ise; K.G.K’dan; V C2 üzerinde, giri ş i şaretinin maksimum de ğeri oldu ğundan V C2 =V m ’dir. Dolayısıyla çıkı şta C 2 kondansatörü üzerinden alınan gerilim, giri ş gerilimi tepe de ğerinin 2 katıdır. 43 Not: Devre analizinde diyotlar üzerine dü şen öngerilimler (0.7V) ihmal edilmi ştir. Gerilim kenetleyici tasarımında bir di ğer alternatif ise “Tam dalga gerilim çiftleyici” devresidir. Şekil-2.40’da tam dalga gerilim çiftleyici devresi görülmektedir. Şekil-2.40 Tam dalga gerilim çiftleyici Transformatörün sekonderinde pozitif alternans olu ştu ğunda D 1 diyotu do ğru yönde polarmalanır ve iletime geçer. D 2 diyotu ise kesimdedir. D 1 diyotu iletimde oldu ğunda; C 1 kondansatörü giri ş i şaretinin maksimum de ğerine şekilde belirtilen yönde şarj olur. Transformatörün sekonderinde negatif alternans olu ştu ğunda ise D 2 diyotu do ğru yönde polarmalanır ve iletime geçer. D 1 diyotu ise kesimdedir. D 2 diyotu iletimde oldu ğunda; C 2 kondansatörü giri ş i şaretinin maksimum de ğerine (V m ) şekilde belirtilen yönde şarj olur. Gerilim çiftleyici devre çıkı şından C 1 ve C 2 kondansatörlerinde olu şan gerilimlerin toplamı alınır. Dolayısıyla çıkı ş i şareti; 44 olarak alınır. Gerilim Üçleyici Tipik bir gerilim üçleyici devresi şekil-2.31’de verilmi ştir. Bu devrenin çıkı şından alınan i şaret, giri ş i şaretinin tepe de ğerinin yakla şık 3 katıdır. Devre ilk negatif yarım saykılda gerilim çiftleyici gibi çalı şır. C 1 üzerinde şekilde belirtilen yönde giri ş i şaretinin tepe de ğeri (V T ) görülür. C 2 üzerinde ise giri ş i şaretinin yakla şık 2 katı (2V T ) görülür. Sonraki negatif saykılda ise D 3 diyotu do ğru yönde polarmalanır. İletkendir. C 3 , 2V T de ğerine belirtilen yönde şarj olur. Gerilim üçleyici çıkı şından C 1 ve C 2 üzerinde olu şan gerilimler toplamı 3V T alınır. Şekil-2.31 Gerilim üçleyici devre Gerilim Dörtleyici Tipik bir gerilim dörtleyici devre şekil-2.32’de verilmi ştir. Bu devrenin çıkı şından alınan i şaret, giri ş i şaretinin tepe de ğerinin yakla şık 4 katıdır. Devre ilk 3 negatif yarım saykıl süresinde gerilim üçleyici gibi çalı şır. C1 kondansatörü üzerinde şekilde belirtilen yönde giri ş i şaretinin tepe de ğeri görülür. Devredeki di ğer tüm kondansatörler ise 2VT de ğerine şarj olur. Devre dikkatlice incelenirse her bir negatif alternansta diyotların sırayla iletken olaca ğı dolayısı 45 ile kondansatörlerin dolaca ğı görülür. Şekil-2.32 Gerilim dörtleyici devre Çıkı ş i şareti C 2 ve C 4 kondansatörleri üzerinden alınmı ştır. Dolayısı ile bu kondansatörler üzerinde olu şan gerilimler toplamı; de ğerine e şit olur. Gerilim çoklayıcıların çıkı şlarından sürekli yüksek akım çekilmesi mümkün de ğildir. Anlık yüksek gerilim temininde kullanılabilir. 2.7 D İYOT VER İ SAYFALARI Uluslarası yarıiletken üreticisi pek çok firma farklı özelliklere sahip yüzlerce tip diyot üretimi yaparlar. Üretilen her bir diyot belirli standartlara göre kodlanıp tüketicinin kullanımına sunulur. Üretici firmalar; ürettikleri her bir diyot tipinin çe şitli özelliklerini ve karakteristiklerin veri kitapçıkları (data book) halinde kullanıcıya sunarlar. Devre tasarımlarında kullanılacak diyot seçimi, bu verilerden yararlanılarak seçilir. Veri kitapçıklarında a şa ğıda belirtilen 46 özellikler hakkında kullanıcıya ayrıntılı bilgiler verilmektedir. Bu bölümde sizlere örnek olarak seçilmi ş bazı diyotların veri sayfaları ve karakteristikleri verilecektir. Bu bölümü bitirdi ğinizde; • Çalı şma akım ve geriliminin maksimum de ğerleri • Elektriksel karakteristikleri • Çalı şma karakteristiklerinin grafiksel analizi hakkında gerekli bilgileri edineceksiniz. Üretici firmalar, ürettikleri devre elemanlarının için genelde iki tür tanıtım yöntemi izlerler. Kısa tanıtımda elemanının çok kısa bir tanıtımı ve genel özellikleri verilir. Ayrıntılı tanıtımda ise elemanla ilgili ayrıntılı açıklamalar, elektriksel grafikler, uygulama notları v.b özel bilgiler yer alır. Veri tablosunda üreticilerin kullandı ğı sembollere sadık kalınmı ştır. Sembollerle ilgili gerekli açıklamalar tablo sonunda verilmi ştir. Pek çok üretici veri kitapçıklarında bu sembol tanımlarına uymaktadır. Tablo-1.1 Bazı silisyum do ğrultmaç diyotlarının karakteristikleri AÇIKLAMA SEMBOL 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007 B İR İM Peak repertitive reverse voltage Working peak reverse voltage DC blocking voltage V RRM V RWM V R 50 100 200 400 600 800 1000 V Nonrepetitive peak reverse voltage VRSM 60 120 240 480 720 1000 1200 V RMS reverse voltage VR(rms) 35 70 140 280 420 560 700 V Average rectified forward current (single-phase, resistive load, 60Hz, TA=750C I 0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 A Nonrepetitive peak surge current (surge capplied at rated load conditions) I FSM 30 30 30 30 30 30 30 A Operating and storage junction temperature range TJ, Tstg -65.....+175 0C 47 Şekil-2.33 Çe şitli diyot kılıf tipleri ve kılıf kodları 48 BÖLÜM ÖZET İ • AC gerilimin DC gerilime dönü ştürülmesinde silisyum diyotlarından yararlanılır. Dönü ştürme i şlemini gerçekle ştiren devrelere do ğrultmaç denir. • Şehir şebekesinden alınan ac gerilim do ğrultma i şleminden önce bir transformatör yardımıyla istenilen de ğere dü şürülür. • Transformatörler kayıpları en az elektrik makineleridir. Transformatörler ac gerilimi istenilen de ğere dönü ştürme i şlemi yanında kullanıcıyı ve sistemi şehir şebekesinden yalıtır. • Transformatör çıkı şından alınan ac gerilim, diyotlar kullanılarak do ğrultulur. Do ğrultma i şlemi yarım-dalga ve tam-dalga olmak üzere iki temelde yapılır. • Yarım-dalga do ğrultmaç devresinde tek bir diyot kullanılır. Diyot giri ş ac i şaretinin sadece yarım saykılında (1800) iletkendir. • Tam-dalga do ğrultmaç devresi, köprü tipi ve orta uçlu olmak üzere iki temel tipte tasarlanır. • Tamdalga do ğrultmaç devrelerinin çıkı şından alınan i şaretin frekansı, giri ş i şaretinin iki katıdır. Dolayısıyla çıkı ştan alınan i şaretin ortalama de ğeri (dc de ğer) yarım-dalga do ğrultmaç devresinden daha büyüktür. • Do ğrultmaç çıkı şından alınan i şaretler dc gerilimden uzaktır ve ac bile şenler (rıpıl) barındırır. Do ğrultmaç çıkı şlarından dc’ye yakın bir dalga formu elde etmek için filtre devreleri kullanılır. • En basit filtre metodu kondansatörle yapılan filtreleme i şlemidir. Bu tipi filtre devrelerinde kondansatörün şarj ve de şarjından yararlanılır. • Filtreleme i şleminde L ve C elemanları kullanılabilir. Bu tür filtreleme i şlemleri sonucunda çıkı ş i şaretindeki rıpıllar (dalgalanma) minimum düzeye iner. 49 • Belirlenen bir i şaretin kırpılması i şlemi için diyotlar kullanılır. Bu tür devrelere “kırpıcı” (clippers) denir. • Herhangi bir ac i şarete, dc seviyeler eklenebilir veya i şaretin seviyesi de ği ştirilebilir. Bu tür devrelere “gerilim kenetleyici” denir. Gerilim kenetleme i şlemi diyot ve kondansatörler kullanılarak gerçekle ştirilir. • Giri ş geriliminin tepe değerini 2, 3, ....n kat yükselterek çıkı şına aktaran devreleri “gerilim çoklayıcı” (voltage multiplier) denir. Bu tür devreler, diyot ve kondansatör kullanılarak gerçekle ştirilir. • Tipik bir dc güç kayna ğı (dc power supply) tasarımı; transformatör, do ğrultucu diyot, filtre devresi ve regülatör devresi ile gerçekle ştirilir. • Günümüzde yüzlerce yarıiletken devre elemanı (kompenet) üreticisi firma vardır. Her bir firma üretti ği elemanları belirli bir standart dâhilinde kodlayarak tüketime sunar. Devre elemanlarının ayrıntılı karakteristikleri ve özellikleri üretici firma kataloglarından temin edilebilir.