Bölüm 1 Diyot Karakteristikleri

Transkript

1 Bölüm 1 Diyot Karakteristikleri DENEY 1-1 PN-Jonksiyon Diyot Karakteristikleri DENEYİN AMACI 1. PN-jonksiyon diyotlarının karakteristiklerini anlamak. 2. Farklı diyot tiplerinin kendine özgü özelliklerini tanımak. 3. Çeşitli ölçü aletleri yardımıyla farklı türde diyotların karakteristiklerinin nasıl test edileceğini öğrenmek. GENEL BİLGİLER Katkılama Bir yarıiletkenden daha yüksek elektrik akımı iletebilmek için, üç valans elektronuna sahip elementler (boron, galyum veya indiyum gibi) ya da beş valans elektronuna sahip elementler (antimon, arsenik veya fosfor gibi), daha fazla delik yada serbest elektron elde etmek amacıyla, saf yarıiletken içerisine eklenirler. Bu işleme katkılama adı verilirken, ifade edilen üç yada beş valans elektronlu elementler katkı elementi olarak adlandırılır. İyon Eğer bazı nedenlerden dolayı, atomun en dış yörüngesine bir veya daha fazla elektron katılırsa ya da en dış yörüngesinden bir veya daha fazla elektron ayrılırsa, bu atom bir "iyon"a dönüşür. Üç valans elektronuna sahip bir elemente, yeni bir elektron eklenirse, bu element Şekil 1-1-1'de gösterildiği gibi negatif bir iyona dönüşür. 1-1

2 Beş valans elektronuna sahip bir element bir elektron kaybederse, bu element de Şekil 1-1-2'de gösterildiği gibi pozitif bir iyona dönüşür. Nötr üç valans Negatif iyon elektronlu atom Şekil Üç valans elektronlu element Nötr beş valans elektronlu atom Pozitif iyon Şekil Beş valans elektronlu element Kısaca ifade etmek gerekirse, diyot p-tipi ve n-tipi yarıiletkenlerin birleşiminden oluşur. Bir takım p yada n-tipi yarıiletken parçalarının uygun kombinasyonuyla, farklı elektriksel karakteristikler ortaya çıkacak ve farklı fonksiyonlara sahip yarıiletken elemanlar elde edilecektir. Diyot karakteristiklerinin tam olarak anlaşılabilmesi için, atom, valans elektronu ve yarıiletken gibi kavramlar hakkında bilgi sahibi olunmalıdır. Atomun Yapısı Şekil 1-1-3, atomun yapısını göstermektedir. Atom çekirdeği, pozitif yüklü protonlardan ve yüksüz nötronlardan oluşmuştur. Şekil Atom yapısı Çevre yörüngelerde bulunan ve atom çekirdeğinin etrafında dönen elektronlar, negatif yüke sahiptir. Atom çekirdeğindeki protonlar tarafından taşınan yük miktarı, çevre yörüngelerdeki elektronlar tarafından taşınan yük miktarına eşit olduğu için, atomun kendisi elektriksel olarak nötrdür. 1-2

3 Valans Elektronu Atomik yörüngedeki elektronların sayısı 2n 2 şeklinde hesaplanır. Burda n ilgili yörüngenin katman numarasıdır. Şekil te, bu şekilde düzenlenmiş elektronlar gösterilmektedir. En dış yörüngede bulunan elektronlar, valans elektronları olarak adlandırılırlar. Malzemelerin elektriksel karakteristikleri, valans elektronlarının sayısına göre açıklanabilir. Yalıtkan: Çoğunlukla 8 valans elektronuna sahiptir, elektronlarını serbest bırakması (serbest elektron) ve iletken hale gelmesi çok zordur. İletken: Çoğunlukla 1 valans elektronuna sahip olması bakımından, elektronlarını serbest bırakması ve iletken hale gelmesi en kolay olan malzeme türüdür. Yarıiletken: Bir yarıiletkenin valans elektronu sayısı, iletken ve yalıtkanın valans elektron sayıları arasında bir değerdir ve tipik olarak 4 tür. Yarı iletkenin iletkenlik düzeyi de iletken ile yalıtkan arasında yer almaktadır. 2n 2, n: katman numarası = =8 en-dış katmanda 4 Toplam 14 elektron. Şekil Yörüngelerde yer alan elektronlar Saf Yarı İletken Saf yarıiletkene hiçbir katkı eklenmemişken, en dış yörüngedeki dört elektron komşu atomlarla birleşerek, Şekil 1-1-5'te gösterildiği gibi, bir sekiz-yüzeyli (octahedron) oluştururlar. Burada, ilgili elektron çiftleri bir kovalent bağ oluşturmaktadır. Kovalent bağ sonrasında, elektronlar atomlara bağlandığı için, saf yarıiletken iletmeyen durumdadır. Bununla birlikte, ortam sıcaklığı mutlak sıfırdan ( C) büyük olduğunda, yüksek sıcaklığın etkisiyle bazı elektronların hareketi artacak ve sonuç olarak bu elektronlar kovalent bağdan kurtularak, Şekil 1-1-6'da gösterildiği gibi, serbest elektron gibi davranacaklardır. 1-3

4 Elektron kovalent bağdan koptuktan sonra, yerinde "delik" olarak adlandırılan bir boşluk bırakır. Normalde elektriksel olarak nötr olan atomdan bir elektronun ayrılmasıyla, bu atom pozitif yüklü pozitif bir iyona dönüşür. Oda sıcaklığında, silisyum ve germanyumda birkaç serbest elektron bulunduğu için (ve buna eşit sayıda delik, n=p), saf yarıiletken tam olarak yalıtkan değildir. Şekil Sekiz-yüzeylinin (octahedron) yapısı Şekil Kovalent bağdan kopan elektron N-Tipi Yarı İletken Beş valans elektronuna sahip elementlerin, düzgün dağılımlı olarak, germanyum yada silisyuma eklenmesi sonucunda, valans elektronları birbirleriyle kovalent bağ oluştururlar. Bu şekilde, her beş valans elektronlu elementin, komşu dört valans elektronlu elementlerle (germanyum, silisyum) kovalent bağ yapması, Şekil 1-1-7'de gösterildiği gibi, fazladan bir elektronla sonuçlanır. Bu şekilde oluşan yarıiletkene, N- tipi yarıiletken denir. (N: elektriksel olarak negatif; elektron negatif yüke sahip olduğu için). 1-4

5 Eklenen katkı atomu, yarıiletken malzemeye elektron katkısında bulunduğu için, beş valans elektronuna sahip katkı maddesine katkı atomu yada donör atomu adı verilir. Beş valans elektronuna sahip elementlerin saf yarıiletkene eklenmesiyle, serbest elektron sayısı oldukça artar. Elektronlar, deliklere göre çoğunlukta oldukları için, "çoğunluk taşıyıcıları" olarak adlandırılırken, delikler "azınlık taşıyıcıları" olarak adlandırılırlar. Şekil N-tipi yarıiletkenin yapısı P-Tipi Yarı İletken Üç valans elektronuna sahip elementlerin (Boron, Galyum yada İndiyum), düzgün dağılımlı olarak, germanyum yada silisyuma eklenmesi sonucunda, valans elektronları birbirleriyle kovalent bağ oluştururlar. Bu şekilde, her üç valans elektronlu elementin, komşu dört valans elektronlu elementlerle (germanyum, silisyum) kovalent bağ yapması, yeterli elektron bulunmamasından dolayı, bir boşlukla sonuçlanır. Şekil de gösterilen bu boşluk, delik olarak adlandırılır. Üç valans elektronlu elementin eklenmiş olduğu yarıiletkene, P-tipi yarıiletken denilir (P: Pozitif, delik elektriksel olarak pozitif kabul edilir). Saf yarıiletkene üç valans elektronlu elementlerin eklenmesiyle ortaya çıkan boşluklar, serbest elektronları almaya hazır olduğundan, üç valans elektronlu katkı elementleri, alıcı (akseptör) atomlar olarak adlandırılır. 1-5

6 Şekil P-tipi yarıiletkenin yapısı Üç valans elektronuna sahip elementlerin saf yarıiletkene eklenmesiyle, delik sayısı oldukça artar. Delikler, elektronlara (serbest elektronlar) göre çoğunlukta oldukları için, "çoğunluk taşıyıcıları" olarak adlandırılırken, elektronlar "azınlık taşıyıcıları" olarak adlandırılırlar. Genellikle delik, elektriksel olarak pozitif kabul edilir. Bir valans elektronu kovalent bağını koparmaya yetecek enerjiyi alır ve komşu atomlardaki herhangi bir deliği doldurursa, bu durumda elektronu bırakan kovalent bağda bir boşluk oluşur. Bu yeni boşluk da, başka bir kovalent bağdaki bir elektronla doldurulmaya hazırdır. Bu işlem sürekli tekrarlanır ve bu şekilde delik, elektron hareketinin ters yönünde hareket eder. Şekil 1-1-9'da gösterildiği gibi, tam bir kovalent bağdaki elektron, boşluğu doldurmak için kovalent bağını kopardığında, bu elektron, 1. ve 2. satırda görüldüğü gibi, sağdan sola doğru hareket eder. Delik ise, elektronun aksine, soldan sağa doğru hareket eder. Başka bir ifadeyle, elektron akış yönü, delik akış yönünün tersidir. Negatif yük taşıyan elektron bir deliği doldurabilir, çünkü deliğin bulunduğu kovalent bağ, bir oktahedron oluşturabilmek için diğer elektronları çekmektedir. Elektron ve delik arasındaki ilişki, pozitif ve negatif yükler arasındaki çekim ilişkisine benzemektedir. Elektron negatif yüklü olduğu için, deliğin de pozitif yüke sahip olduğu kabul edilir. 1-6

7 Şekil Elektronların hareketi PN-Jonksiyon Dİyodu Şekil 'da gösterildiği gibi, P-tipi bir yarıiletkenin, N-tipi yarıiletkenle birleştiğini kabul edelim. P-tipi yarıiletkende çok sayıda delik, N-tipi yarıiletkende ise çok sayıda elektron bulunduğundan, P-N birleşimi durumunda, jonksiyona yakın olan elektronlar, jonksiyona yakın olan delikleri, Şekil (a) da gösterildiği gibi, doldurur. N-tipi yarıiletkenin jonksiyona yakın olan kısmı elektron kaybettiği için pozitif iyona dönüşürken, P-tipi yarıiletken ise delik kaybettiği için negatif iyona dönüşür (Şekil (b) ). (a) (b) Şekil P- ve N-tipi yarıiletkenlerin birleşimi Böylece, jonksiyona yakın bölgede taşıyıcılar (elektronlar ya da delikler) azalırken, sadece pozitif yada negatif yüklü iyonlar mevcut olur ve bu bölge boşaltılmış bölge olarak adlandırılır. Boşaltılmış bölgedeki pozitif yüklü iyonlar delikleri, negatif yüklü iyonlar da elektronları ittiği için, elektron ve delikler arasındaki bu birleşimin devam etmesi engellenmiş olur. 1-7

8 Boşaltılmış bölgedeki iyonların, elektron ve deliklerin jonksiyondan geçmesini engelleyen etkisi, engel (eşik) gerilimi olarak adlandırılır. Germanyum (Ge) için P-N jonksiyonundaki tipik engel gerilim değeri 0.2~0.3V, silisyum (Si) için P-N jonksiyonundaki tipik engel gerilimi ise 0.6~0.7V civarındadır. İleri Öngerilimleme Şekil 'de gösterildiği gibi, güç kaynağının artı ve eksi uçları sırasıyla P ve N'ye bağlanırsa, bu bağlantı "ileri öngerilimleme" olarak adlandırılır. Eğer ileri öngerilimlemede uygulanan gerilim, engel gerilimini aşmak için yeterliyse, elektronlar güç kaynağının artı ucu tarafından çekilirken, eksi ucu tarafından da itilirler. N-tipi yarıiletkendeki elektronlar böylece P-N jonksiyonunu geçerek, deliklerle birleşmek için P-tipi yarıiletkene girerler. Harici güç kaynağı (E) tarafından üretilen elekronlarla birlikte, elektronların iyonizasyonu sonucu N-tipi yarıiletkende çok sayıda delik oluşur. Elektronlar, güç kaynağının (E) etkisiyle sürekli olarak, E'nin eksi ucundan artı ucuna doğru bir elektron akışı oluşturacak şekilde, hareket ederler. Bu elektron akış yönü, geleneksel elektrik akım yönüne gore terstir. Diyodun P-N jonksiyonuna uygulanan ileri öngerilim, I F ile gösterilen bir ileri yön akımı oluşturur. I F 'nin değeri harici güç kaynağı (E) ile doğru orantılı ve diyodun iç direnci (r) ile ters orantılıdır. Şekil İleri öngerilimleme Difüzyon Kapasitesi: Enjekte edilen yüklerin, gerilime göre değişim hızı olarak tanımlanılır. dq di Cd = = τ ( Q = Iτ ) dv dv 1-8

9 Difüzyon kapasitesi, I akımı ile doğru orantılıdır. Tersine Öngerilimleme Şekil 'de görüldüğü gibi, eğer güç kaynağının artı ve eksi uçları sırasıyla N ve P'ye bağlanırsa, hem elektronlar hem de delikler E tarafından çekilirler ve jonksiyon bölgesinden uzaklaşırlar. Bunun sonucunda da boşaltılmış bölge genişler ve hiçbir elektron yada delik jonksiyonu geçip birleşemez. Harici gerilimi bu şekilde uygulamak "tersine öngerilimleme" olarak adlandırılır. Şekil Tersine öngerilimleme P-N jonksiyonuna ters öngerilim uygulandığında, ideal durumda ters yönde hiç akım akmaz. Fakat sıcaklık etkisinden dolayı, ısı enerjisi yarıiletkende azınlık elektron-delik çiftleri meydana getirir. P-N jonksiyonuna ters öngerilim uygulandığında; P-tipi yarıiletkendeki azınlık elektronları, N-tipi yarıiletkendeki azınlık taşıyıcıları olan deliklerle birleşebilmek için P-N jonksiyonun geçebilirler. Pratikte P-N jonksiyonuna ters öngerilim uygulandığında, çok küçük bir akım akar. Bu akım, kaçak akım veya ters doyma akımı olarak adlandırılır ve I R veya I S ile gösterilir. I R, ters öngerilim değerinden bağımsızdır, ancak sıcaklık ile ilişkilidir. Germanyum ya da silisyum olmasından bağımsız olarak, her 10 0 C'lik sıcaklık artışında I R iki katına çıkar. Aynı sıcaklık koşullarında, silisyum diyodun I R (I S ) değeri, germanyum diyodunkinin sadece %1-%0.1 i kadardır. 25 oda sıcaklığında, ters öngerilim uygulanmış germanyum diyodun I R değeri 1~2 μa dir ve bu durumda diyot açık devre kabul edilir. 1-9

10 Ters öngerilim sonucu, boşaltılmış bölgenin genişliği artar ve bunun sonucunda geçiş A kapasitesi ( C = ε ) küçülür. Diğer bir ifadeyle, daha yüksek ters öngerilim değeri, d daha büyük d ve daha küçük kapasite değerine sebep olur. Kırılma (Breakdown) İdeal PN-jonksiyon diyoduna ters öngerilim uygulandığı durumda, I R akımı çok küçük olur. Ancak, uygulanan ters öngerilim çok yüksek olursa (nominal değerden daha yüksek), azınlık taşıyıcıları, çarpışma ve kovalent bağları koparma yoluyla, önemli miktarda elekton-delik çifti oluşturmaya yetecek enerjiye sahip olurlar. Bu yeni üretilen elektron ve delikler de, yüksek ters öngerilimden aldıkları enerjiyle diğer kovalent bağları koparırlar. Serbest elektronların hareketinin hızlanmasıyla, ters yönde akan akım önemli ölçüde artmış olur. Bu olay "kırılma" olarak adlandırılır. Diyotta, artan ters öngerilim nedeniyle, kırılma olayı ortaya çıktığında akım sınırlanmazsa, diyot yanar. Kırılma olayı gerçekleşmeyecek şekilde diyoda uygulanabilecek maksimum ters öngerilim değerine, ters tepe gerilimi (PIV yada PRV) adı verilir. Diyodun Montajı ve Sembolü Diyodun üretimi, P-N jonksiyon gövdesine iki kurşun tel eklenmesi ve daha sonra da gövdenin seramik veya cam ile kaplanmasıyla tamamlanır (yüksek güçlü diyotlara, ısı yayılımını sağlamak için, demir muhafaza da eklenir). Diyodun, PN-jonksiyon yapısı Şekil (a)'da, devre sembolü (b)'de ve katot ucunun bir band ile işaretlenmesi de (c)'de gösterilmiştir. Şekil PN-jonksiyon diyodu için devre sembolleri 1-10

11 Diyodun Karakteristik Eğrisi (V-I Eğrisi) Şekil Diyotların karaktersitik eğrileri İleri öngerilim karakteristik eğrisi, Şekil (b)'nin birinci bölgesinde gösterilmiştir. Karakteristik eğriden, diyoda uygulanan ileri öngerilim değeri eşik geriliminden (V r ) küçük olduğunda, akımın çok küçük olduğu görülmektedir. İleri öngerilim değeri, eşik gerilimini aştığında (germanyum diyot için 0.2V, silisyum diyot için 0.6V), I F akımı çok hızlı bir şekilde artar, bir anlamda diyot kısa devre gibi çalışır (V F, yaklaşık 0.7V olacak şekilde). Diyodun eşdeğer devresi şekil 'te gösterilmiştir. 1-11

12 Şekil İdeal diyodun karakteristik eğrisi Şekil teki devre için ileri öngerilim akımı I F şu şekilde hesaplanır. I F = E V R + r F = E 0.7V R + r, Burada r, diyodun iç direncidir. Sıcaklığın artması durumunda, diyot üzerinde ileri yöndeki gerilim düşümü azalır ve bu azalma miktarı şu şekilde hesaplanır; Δ VF = K ΔT Δ T: Sıcaklıktaki değişim (artış) K = -2.5mV/ (silisyum) ve -1.3mV/ (germanium) Diyodun ters öngerilim karakterisitk eğrisi, Şekil (b)'nin 3. bölgesinde gösterilmiştir ve aşağıdaki şekilde ifade edilir: (1) Kırılmadan önceki ters yön akımı çok küçüktür ve diyot açık-devre olarak değerlendirilebilir. (2) Oda sıcaklığında 25, germanyum diyodun I R değeri birkaç μa iken, silisyum diyot için I R değeri, germanyum diyodununkinin %1~%0.1'i kadardır. (3) Silisyum yada germanyum olmasından bağımsız olarak, diyodun I R değeri, her 10 lik sıcaklık artışında, ikiye katlanır. (4) Ters öngerilim değeri kırılma gerilimine ulaştığında, I R büyük bir hızla artar. 1-12

13 Silisyum ve Germanyum Diyotların Karşılaştırması Aynı üretim şartları altında, silisyum ve germanyum diyotlar arasındaki bir karşılaştırma Tablo de gösterilmiştir. Tip Özellik PIV Sıcaklık Aralığı Eşik Gerilimi (V r ) Sızıntı Akımı (I r ) Silisyum Yüksek V (0.6V) Germanyumun %1~%0.1'i Germanyum Düşük V (0.2V) Birkaç μa Tablo Diyot karakteristiklerinin Karşılaştırılması Diyodun Karakteristik Parametreleri Doğrultucu diyodun temel parametreleri şu şekilde tanımlanır: (1) Nominal Akım : Yük olarak direnç kullanıldığında diyottan geçebilecek ortalama akım dır ve üretici kataloglarında genellikle I o ile gösterilir. (2) Ters Tepe Gerilimi (PIV) : Üretici kataloglarında genellikle V R ile gösterilir. Diyodun İsimlendirilmesi (1) 1Sxxx : Japon standardı, örneğin 1S1604 (2) OAxxx : Avrupa standardı, örneğin OA200 (3) 1Nxxx : Amerikan standardı, örneğin 1N4001 Bunlar arasında en bilineni ve en çok kullanılanı 1N diyotlarıdır. Diğer isimlendirme standartları için mevcut ticari kataloglara bakılabilir. Sık kullanılan bazı diyotlara ilişkin parametreler Tablo de gösterilmiştir. İsimlendirme Parametre İsimlendirme Parametre 1N4001 1A/50V 1N5400 3A/50V 1N4002 1A/100V 1N5401 3A/100V 1N4003 1A/200V 1N5402 3A/200V 1N4004 1A/400V 1N5403 3A/300V 1N4005 1A/600V 1N5404 3A/400V 1S1905 1A/100V 1S1996 3A/200V 1S1906 1A/200V 1S1997 3A/400V 1S1907 1A/400V 1S1998 3A/600V Tablo Sık kullanılan bazı diyotlara ilişkin parametreler 1-13

14 KULLANILACAK ELEMANLAR 1. KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneği 2. KL Diyot, Kırpıcı ve Kenetleyici modülü 3. Osiloskop 4. Multimetre DENEYİN YAPILIŞI A. Si Diyodun V-I Eğrisinin Çizilmesi (I) - Osiloskop Yöntemi 1. KL modülünü, KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve a bloğunun konumunu belirleyin. 2. Şekil daki devre ve Şekil deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2 potansiyometresini devreye bağlayın. 3. KL Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN ucuna 1KHz, 20 V pp lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. 4. Osiloskobun CH2(Y), GND ve CH1(X) girişlerini sırasıyla TP1, TP2 ve TP3 e bağlayın. Bu durumda CH1(X) girişi diyodun gerilimini ölçmek ve göstermek için kullanılrken, CH2(Y) girişi diyodun akımını ölçmek ve göstermek için kullanılır. 5. Osiloskobu X-Y moduna ve DC giriş bağlantı konumuna ayarlayın. Osiloskoptaki grafiği gözleyin ve Şekil e kaydedin. 6. VR2(10K) yi ayarlayın ve eğrideki değişimi gözleyin. 1-14

15 Şekil V-I eğrisinin ölçüm devresi Şekil Bağlantı diyagramı (KL blok a) Şekil Ölçülen V-I eğrisi 1-15

16 B. Si Diyodun V-I Eğrisinin Çizilmesi (II) Voltmetre-Ampermetre Yöntemi 1. KL modülünü, KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve a bloğunun konumunu belirleyin. 2. Şekil daki devre ve Şekil (a) daki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Voltmetre ve ampermetreyi bağlayın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2 potansiyometresini devreye bağlayın. 3. KL Düzeneğindeki sabit 12VDC güç kaynağını, KL modülüne bağlayın. 4. VR2 (10K) potansiyometresini, diyodun uçları arasına 0.1V luk aralıklarla, 0.1V ile 0.7V arasında gerilimler uygulayacak şekilde ayarlayın. Her gerilim değerine karşılık gelen I F ileri yön akımını ölçün ve Tablo e kaydedin. 5. Şekil daki devre ve Şekil (b) deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın(ters bağlantı), voltmetre ve ampermetreyi bağlayın. 6. VR2 (10K) potansiyometresini, diyodun uçları arasına 1V luk aralıklarla, 1V ile 5V arasında V R gerilimleri uygulayacak şekilde ayarlayın. Her gerilim değerine karşılık gelen I R akımını ölçün ve Tablo e kaydedin. 7. Tablo ve teki değerleri kullanarak, V-I eğrisini Şekil de çizin. Şekil

17 (a) İleri öngerilimleme (b) Ters öngerilimleme Şekil Bağlantı diyagramları (KL blok a) V F (V) I F (µa) Tablo V R (V) I R (µa) Tablo

18 Şekil Ölçülen V-I eğrisi C. Ge Diyodun V-I Eğrisinin Çizilmesi (I) Voltmetre-Ampermetre Yöntemi 1. KL modülünü, KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve a bloğunun konumunu belirleyin. 2. Şekil deki devre ve Şekil (a) daki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2 potansiyometresini devreye bağlayın. KL Düzeneğindeki sabit 12VDC güç kaynağını, KL modülüne bağlayın. 3. VR2(10K) potansiyometresini, diyodun uçları arasına 0.1V luk aralıklarla, 0.1V ile 0.7V arasında gerilimler uygulayacak şekilde ayarlayın. Her gerilim değerine karşılık gelen I F ileri yön akımını ölçün ve Tablo e kaydedin. 4. Şekil deki devre ve Şekil (b) deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın(ters bağlantı), voltmetre ve ampermetreyi bağlayın. 5. VR2(10K) potansiyometresini, diyodun uçları arasına 1V luk aralıklarla, 1V ile 5V arasında V R gerilimleri uygulayacak şekilde ayarlayın. Her gerilim değerine (kırılmanın olmadığı) karşılık gelen I R akımını ölçün ve Tablo ya kaydedin. 6. Tablo ve daki değerleri kullanarak, V-I eğrisini Şekil te çizin. 1-18

19 Şekil I F ve I R yi ölçme devresi (a) İleri öngerilimleme (b) Ters öngerilimleme Şekil Bağlantı diyagramları (KL blok a) V F (V) I F (µa) Tablo

20 V R (V) I R (µa) Tablo Şekil Ölçülen V-I eğrisi D. Ge Diyodun V-I Eğrisinin Çizilmesi (II) - Osiloskop Yöntemi 1. KL modülünü, KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve a bloğunun konumunu belirleyin. 2. Şekil deki devre ve Şekil daki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2 potansiyometresini devreye bağlayın. 3. KL Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN ucuna 1KHz, 20 V pp lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. 4. Osiloskobun CH2(Y), GND ve CH1(X) girişlerini sırasıyla TP1, TP2 ve TP3 e bağlayın. Bu durumda CH1(X) girişi diyodun gerilimini ölçmek ve göstermek için kullanılrken, CH2(Y) girişi diyodun akımını ölçmek ve göstermek için kullanılır. 5. Osiloskobu X-Y moduna ve DC giriş bağlantı konumuna ayarlayın. Osiloskoptaki grafiği gözleyin ve Şekil ye kaydedin. 1-20

21 6. VR2(10K) yi ayarlayarak eğrideki değişimi gözleyin. Şekil Şekil Bağlantı diyagramı (KL blok a) Şekil Ölçülen V-I eğrisi 1-21

22 SONUÇLAR Genel diyotlar, kullanılan malzemeye göre silisyum ve germanium diyotlar olmak üzere iki gruba ayrılabilir. Deney sonuçlarından, gerçek silisyum ve germanyum diyotlar için eşik gerilimleri belirlenebilir. Kırılma gerilimi testi, aşırı ters yön gerilimi diyoda zarar vereceği için gerçekleştirilmemiştir. Sadece karakteristik eğri içeriğinde I R testi gerçekleştirilmiş ve tipik olarak birkaç µa lik sonuçlar elde edilmiştir. Kırılma sonrası akacak akım, devredeki harici gerilim kaynağına ve dirence bağlıdır ve tipik olarak birkaç Amper düzeylerindedir. 1-22

23 DENEY 1-2 Zener Diyot Karakteristikleri DENEYİN AMACI 1. Zener diyodun karakteristiklerini anlamak. 2. Zener diyodun karakteristiklerini ölçmek. GENEL BİLGİLER Zener diyot, gerilim düzenleyici (reglatör) diyot olarak da adlandırılır. Zener diyodun devre sembolü Şekil de ve karakteristik eğrisi Şekil de gösterilmiştir. (a) Görünüm (b) Sembol Şekil Zener diyot Şekil Zener diyodun V-I karakteristik eğrisi Yarıiletkene uygulanan ters öngerilim V Z değerine ulaştığında, akım oldukça hızlı bir şekilde artar (akımı sınırlamak için devreye direnç eklenmelidir), gerilim ise sabit kalır. Bu karakteristiğe sahip diyot Zener diyot olarak adlandırılır ve gerilimin sabit kalmasını sağlayan regülatör devrelerinde yaygın olarak kullanılır. V Z değeri, katkılama düzeyi değiştirilerek kontrol edilebilir. Katkılama düzeyi arttırılırsa, eklenen katkı maddesi artacak ve V Z değeri azalacaktır. Regüle gerilimi 3V ile birkaç yüz volt arasında bulunan ve 200 mw ile 100W arasında güç değerlerine sahip olan zener diyotlar mevcuttur. 1-23

24 Şekil den, zener diyodun ileri öngerilim bölgesindeki davranışının, normal diyot ile aynı olduğu görülmektedir. Bununla birlikte, ters öngerilim bölgesinde, ters öngerilim değeri, kırılma geriliminin aşağısında (V BR ), zener gerilimine (V Z ) ulaştığında, diyottan akan ters yöne akımı oldukça hızlı bir şekilde artar. Bu akım I Z ile gösterilir. I Z, I Zmin den küçük olduğu zaman, karakteristik eğrinin eğimli kısmında çalışan diyot, gerilim regüle etmek için kullanılamaz. I Z, I Zmax tan daha büyük olursa diyot yanacağı için, zener diyoda seri olarak bir direnç bağlanmalı ve gerilim regülasyonunun gerçekleşmesi için I Z değerinin I Zmin ve I Zmax arasında olması sağlanmalıdır. Şekil te temel zener diyot devresi gösterilmiştir. Şekil Temel zener diyot devresi Zener Diyodun Karaktersitik Parametreleri V Z : Zener gerilimi (regüle edilmiş gerilim) P Zmax : Harcanan maksimum güç I Zmin : Regülatör özelliğinin çalıştığı minimum zener akımı I Zmax : Zenerin dayanabileceği maksimum akım Herhangi bir zener diyoda ait parametreleri, üretici kataloglarından edinilebilir. Eğer P Zmax ve V Z biliniyorsa, bu durumda I Zmax hesaplanabilir. P Zmax = V Z x I Zmax I Zmax = P Zmax /V Z KULLANILACAK ELEMANLAR 1. KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneği 2. KL Diyot, Kırpıcı ve Kenetleyici modülü 1-24

25 DENEYİN YAPILIŞI A. Zener Diyodun V-I Eğrisinin Çizilmesi(I) -Voltmetre-Ampermetre Yöntemi 1. KL modülünü, KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve a bloğunun konumunu belirleyin. 2. Şekil teki devre ve Şekil 1-2-5(a) daki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2 potansiyometresini devreye bağlayın. KL Düzeneğindeki sabit 12VDC güç kaynağını, KL modülüne bağlayın. 3. VR2(10K) potansiyometresini, diyodun uçları arasına 0.1V luk aralıklarla, 0V ile 0.7V arasında gerilimler uygulayacak şekilde ayarlayın. Her gerilim değerine karşılık gelen I F ileri yön akımını ölçün ve Tablo e kaydedin. 4. Şekil teki devre ve Şekil 1-2-5(b) deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın(ters bağlantı), voltmetre ve ampermetreyi bağlayın. 5. VR2(10K) potansiyometresini, diyodun uçları arasına 1V luk aralıklarla, 1V ile 4V arasında ters gerilimler uygulayacak şekilde ayarlayın. Her gerilim değerine karşılık gelen I R akımını ölçün ve Tablo ye kaydedin. 6. Tablo ve deki değerleri kullanarak, V-I eğrisini Şekil da çizin. Şekil

26 (a) İleri öngerilimleme (b) Ters öngerilimleme Şekil Bağlantı diyagramları (KL blok a) V F (V) I F (µa) Tablo V R (V) I R (µa) Tablo

27 Şekil Ölçülen V-I eğrisi B. Zener Diyodun V-I Eğrisinin Çizilmesi (II) - Osiloskop Yöntemi 1. KL modülünü, KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve a bloğunun konumunu belirleyin. 2. Şekil deki devre ve Şekil deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2 potansiyometresini devreye bağlayın. 3. KL Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN ucuna 1KHz, 20 V pp lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. 4. Osiloskobun CH2(Y), GND ve CH1(X) girişlerini sırasıyla TP1, TP2 ve TP3 e bağlayın. Bu durumda CH1(X) girişi diyodun gerilimini ölçmek ve göstermek için kullanılrken, CH2(Y) girişi diyodun akımını ölçmek ve göstermek için kullanılır. 5. Osiloskobu X-Y moduna ve DC giriş bağlantı konumuna ayarlayın. Osiloskoptaki grafiği gözleyin ve Şekil a kaydedin. 6. VR2(10K) yi ayarlayın ve eğrideki değişimi gözleyin. 1-27

28 Şekil Zener diyot için ölçüm devresi Şekil Bağlantı diyagramı (KL blok a) Şekil Ölçülen V-I eğrisi 1-28

29 SONUÇLAR Zener diyodun ileri öngerilim karakteristiği normal diyotlara benzerken, ters öngerilim karakteristiği, Zener diyot Zener bölgesinde çalışacağı için, farklıdır. Deney sonuçlarından görüldüğü gibi, Zener diyoda uygulanan ters gerilim Zener değerini (regüle gerilimi) aşarsa, Zener diyodun uçları arasındaki gerilim sabit kalır. Uygulanan ters gerilim arttıkça I Z akımı da artar, ancak eğer I Z >I Zmax olursa zener diyot zarar görür. 1-29

30 DENEY 1-4 Fotodiyot Karakteristikleri DENEYİN AMACI 1. Fotodiyot karakteristiklerini anlamak. 2. Fotodiyot karakteristiklerini ölçmek. GENEL BİLGİLER Foto-diyot, çalışma bölgesi ters öngerilim bölgesiyle sınırlı olan jonksiyon tipi bir yarıiletken elemandır. Fotodiyodun temel yapısı, öngerilimlenmesi ve sembolleri Şekil de gösterilmiştir. Şekil Fotodiyodun öngerilimlenmesi ve sembolleri Fotodiyodun ters öngerilim durumundaki akımı, şekil de gösterildiği gibi, ışık şiddetiyle doğru orantılıdır. Şekil Fotodiyodun karakteristik eğrileri 1-36

31 Transistöre benzeyen fototransistörün de emetör akımı ışık şiddetiyle doğru orantılıdır. Fotodiyot ve fototransistörlerde kullanılan ışık kaynakları arasında görünür ışık, kızılötesi ve lazer ışınları yer almaktadır. KULLANILACAK ELEMANLAR 1. KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneği 2. KL Diyot, kırpıcı ve kenetleyici modülü DENEYİN YAPILIŞI 1. KL modülünü, KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve e bloğunun konumunu belirleyin. 2. Şekil 1-4-3(a) daki devre ve Şekil 1-4-3(b) deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL Düzeneğindeki sabit 12VDC güç kaynağını, KL modülüne bağlayın. 3. Ampermetreyi bağlayın ve sırasıyla şu koşullar altında I R değerlerini ölçün: (1) Fotodiyot ışık alırken, (2) ışık engellenmişken. Daha sonra sırasıyla en parlak ışık ve en düşük ışık durumlarındaki I R değerlerini kaydedin. 4. Ölçülen I R değerlerini ve I R 12V = 470 Ω + R D denklemini kullanarak, R D direnç değerini hesaplayın. Fotodiyot Parlak ışık I R =, R D = Düşük ışık I R =, R D = 5. Şekil 1-4-4(a) daki devre ve Şekil 1-4-4(b) deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 1-37

32 6. Ampermetreyi bağlayın ve sırasıyla şu koşullar altında I E değerlerini ölçün: (1) Fototransistör ışık alırken, (2) ışık engellenmişken. Daha sonra sırasıyla en parlak ışık ve en düşük ışık durumlarındaki I E değerlerini kaydedin. Fototransistör Parlak ışık Düşük ışık I E = I E = (a) Devre (b) Bağlantı diyagramı (KL blok e) Şekil Fotodiyot ölçümleri için devreler (a) Devre (b) Bağlantı diyagramı (KL blok e) Şekil Fototransistör ölçümleri için devreler 1-38

33 SONUÇLAR Fotodiyodun, ileri öngerilim ve ışık almadığı durumlardaki ters öngerilim karakteristikleri, genel diyodunkine benzemektedir. Işık olduğu zaman, genel diyottan farklı olarak, ters yöndeki akım ışığın şiddetiyle doğru orantılı olur. Bu olgu 1-5 deneyinden öğrenilebilir. Pratikte, ışık dönüşümü ile elde edilen akım, direkt olarak bir yükü sürmek için kullanılamaz. Yükü sürebilmek için, bu akımın bir tranzistör veya IC tarafından kuvvetlendirilmesi gerekir. 1-39

34 Bölüm 2 Doğrultucular ve Filtreler DENEY 2-1 Yarım-Dalga Doğrultucu DENEYİN AMACI 1. Yarım-dalga doğrultucu devrenin çalışma prensibini anlamak. 2. Yarım-dalga doğrultucu devrenin çıkış gerilimini ve dalgacık gerilimini ölçmek. GENEL BİLGİLER DC Güç Kaynağı Elektronik cihazlar, güç kaynağı olarak DC güce gereksinim duyarlar. Piller dışında, DC güç elde etmek için en sık kullanılan yöntem AC gerilimin DC gerilime dönüştürülmesidir. Tam bir DC güç kaynağı, Şekil de gösterilen bloklardan oluşur. AC gerilim, transformatör yardımıyla istenilen gerilim düzeyine dönüştürülür, daha sonra doğrultucu ile darbeli DC gerilim elde edilir. Darbeli DC gerilim, filtre devresiyle minimum dalgacıklı saf DC gerilime haline getirilir. Eğer DC gerilim, yüksek doğruluk gereksinimi olan bir yüke uygulanacaksa, sisteme bir gerilim regülatörü de eklenir. En sık kullanılan doğrultucu devreler: (1)yarım-dalga doğrultucu, (2)tam-dalga doğrultucu, (3)köprü doğrultucu. V AC Gerilim Dönüştürme Doğrultma Filtereleme Gerilim Regülasyonu V DC Şekil Dc güç kaynağının blok diyagramı Kondansatör Filtresiz Yarım-Dalga Doğrultucu Yarım-dalga doğrultucu Şekil 2-1-2(a) da gösterilmiştir. Şekil 2-1-2(b) de gösterilen V i giriş geriliminin pozitif alternansında diyot iletimde olur ve Şekil 2-1-2(c) de gösterilen eşdeğer devreye göre V O =V i olur. 2-1

35 Negatif alternans süresince diyot kesimdedir ve bu durumda eşdeğer devre Şekil (d) de gösterildiği gibidir. Şekil 2-1-2(b) de gösterildiği gibi, V O sadece pozitif alternansta ortaya çıkmaktadır. V dc = V av = 0.9V rms /2= 0.45V rms. (a) Devre (b) Giriş ve çıkış dalga şekilleri (c) Diyot ON (d) Diyot OFF Şekil Kondansatör filtresiz yarım-dalga doğrultucu Kondansatör Filtreli Yarım-Dalga Doğrultucu Kondansatör filtresiz yarım dalga doğrultucunun çıkış dalga şekli Şekil 2-1-2(b) de gösterilmişti. Kondansatör filtreli yarım-dalga doğrultucu devresi, şarj ve deşarj durumları için, sırasıyla Şekil 2-1-3(a) ve (b) de gösterilmiştir. R L =1KΩ ve R L = durumları için çıkış dalga şekilleri, sırasıyla Şekil 2-1-3(c) ve (d) de gösterilmiştir. Daha büyük R L değeri, deşarj süresinin artmasına ve böylece çıkış geriliminin daha pürüzsüz olmasına neden olur. 2-2

36 (c) R L =1KΩ iken çıkış dalga şekli (d) R L = iken çıkış dalga şekli Şekil Kondansatör filtreli yarım-dalga doğrultucu KULLANILACAK ELEMANLAR 1. KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneği 2. KL Doğrultucu, Türev & İntegral Modülü 3. Osiloskop 4. Multimetre DENEYİN YAPILIŞI A. Kondansatör Filtresiz Yarım-Dalga Doğrultucu 1. KL modülünü, KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve c bloğunun konumunu belirleyin. 2. Şekil teki devre ve Şekil teki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 2-3

37 3. KL Düzeneğindeki AC güç kaynağından, V ac giriş uçları TP1 ve TP2 arasına 9VAC gerilim uygulayın. 4. Multimetreyi kullanarak, V ac giriş gerilimini (AC konumda) ve V dc çıkış gerilimini (DC konumda) ölçün ve Tablo e kaydedin. 5. Osiloskobu kullanarak, V ac giriş gerilimini ve OUT (TP3) ucundan, V dc çıkış gerilimi (DC bağlantı konumu) ile V r dalgacık gerilimini (AC bağlantı konumu) ölçün ve Tablo e kaydedin. Şekil Kondansatör filtresiz yarım-dalga doğrultucu Şekil Bağlantı diyagramı (KL blok c) B. Kondansatör Filtreli Yarım-Dalga Doğrultucu 1. Şekil daki devre ve Şekil deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR4 potansiyometresini devreye bağlayın. 2-4

38 2. KL Düzeneğindeki AC güç kaynağından, V ac giriş uçları TP1 ve TP2 arasına 9VAC gerilim uygulayın. VR4(1MΩ) ü maksimuma ayarlayın. 3. Multimetreyi kullanarak, V ac giriş gerilimini (AC konumda) ve V dc çıkış gerilimini (DC konumda) ölçün ve Tablo e kaydedin. 4. Osiloskobu kullanarak, V ac giriş gerilimini ve OUT (TP3) terminalinden, V dc çıkış gerilimi (DC bağlantı konumu) ile V r dalgacık gerilimini (AC bağlantı konumu) ölçün ve Tablo e kaydedin. 5. VR4(1MΩ) ü minimuma ayarlayın ve 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. 6. Şekil daki devre ve Şekil deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Böylece C6 (220µF) filtre kondansatörü C5 (10µF) ile, R yük direnci R7 (1KΩ) ile değiştirilmiş olur ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. Şekil Kondansatör filtreli yarım-dalga doğrultucu 2-5

39 Şekil Bağlantı diyagramı (KL blok c) Şekil Bağlantı diyagramı (KL blok c) 2-6

40 V rms / V pp Multimetre Osiloskop Test noktası IN OUT IN OUT Devre V ac V dc V ac V dc V r Yarım-Dalga Doğrultucu C yok C6 : 220µF VR4 : MAX C6 : 220µF VR4 : MIN C5 : 10µF R : 1K Tablo SONUÇLAR Yarım-dalga doğrultucu devresinde, filtre kondansatörü ve yük direncinin değeri arttıkça çıkış gerilim artmakta dalgacık gerilimi ise azalmaktadır. 2-7

41 DENEY 2-2 Tam-Dalga Doğrultucu DENEYİN AMACI 1. Tam-dalga doğrultucu devrenin çalışma prensibini anlamak. 2. Tam-dalga doğrultucu devrenin çıkış gerilimini ve dalgacık gerilimini ölçmek. GENEL BİLGİLER Kondansatör Filtresiz Tam-Dalga Doğrultucu Tam-dalga doğrultucu devresi Şekil 2-2-1(a) da gösterilmiştir. Bu devrede merkezbağlantılı bir transformatör kullanılmalıdır (V ac1 =V ac2 ). Şekil Kondansatör filtresiz tam-dalga doğrultucu devresi 2-8

42 Pozitif alternans süresince, V ac1 giriş gerilimi Şekil 2-2-1(b) de gösterilmiştir. V ac1 in üst ucu poizitif, alt ucu negatif olduğu için D1 diyodu iletimde, D2 diyodu ise kesimde olur. Bu durumda eşdeğer devre Şekil 2-2-1(c) de ve V O gerilimi Şekil 2-2-1(d) de gösterilmiştir. Negatif alternans süresince, V ac2 giriş gerilimi Şekil 2-2-1(e) de gösterilmiştir. V ac1 in üst ucu negatif, alt ucu pozitif olduğu için D2 diyodu iletimde, D1 diyodu ise kesimde olur. Şekil 2-2-1(f) de gösterilen eşdeğer devrede, R L üzerinden akan akımın yönü pozitif alternanstaki ile aynıdır. V O gerilimi de Şekil 2-2-1(g) de gösterilmiştir. Kondansatör Filtreli Tam-Dalga Doğrultucu Kondansatör filtreli, merkez bağlantılı tam-dalga doğrultucu Şekil de gösterilmiştir. Çıkış ve dalgacık gerilimi dalga şekilleri, Deney 2-1 de ele alınan kondansatör filtreli yarım-dalga doğrultucununkilere benzemektedir. İkisi arasındaki temel farklar: (1) tam-dalga doğrultucunun çıkış gerilimi, yarım-dalga doğrultucuya göre daha büyüktür, (2) tam-dalga doğrultucunun dalgacık gerilimi, yarım-dalga doğrultucuya göre daha küçüktür. Şekil Kondansatör filtreli tam-dalga doğrultucu devresi KULLANILACAK ELEMANLAR 1. KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneği 2. KL Doğrultucu, Türev & İntegral Modülü 3. Osiloskop 4. Multimetre 2-9

43 DENEYİN YAPILIŞI A. Kondansatör Filtresiz Tam-Dalga Doğrultucu 1. KL modülünü, KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve c bloğunun konumunu belirleyin. 2. Şekil teki devre ve Şekil teki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 3. KL Düzeneğindeki AC güç kaynağından, devredeki V ac1 ve V ac2 giriş uçlarına (TP1, GND ve TP2), sırasıyla AC 9V-0V ve 0V-9V uygulayın. 4. V ac1 ve V ac2 gerilimlerini sırasıyla multimetre (AC konumda) ve osiloskop kullanarak (AC bağlantı konumunda) ölçün ve Tablo e kaydedin. 5. Multimetre (DC konumda) ve osiloskop (DC bağlantı konumu) kullanarak, OUT (TP3) çıkış terminalini ölçün. Burada, osiloskop DC bağlantı konumundayken V dc ve AC bağlantı konumundayken dalgacık gerilimi ölçülmüş olur. Sonuçları Tablo e kaydedin. Şekil

44 Şekil Bağlantı diyagramı (KL blok c) B. Kondansatör Filtreli Tam-Dalga Doğrultucu 1. Şekil teki devre ve Şekil daki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR4 potansiyometresini devreye bağlayın. 2. KL Düzeneğindeki AC güç kaynağından, devredeki V ac1 ve V ac2 giriş terminallerine (TP1, GND ve TP2), sırasıyla AC 9V-0V ve 0V-9V uygulayın. VR4(1MΩ) ü maksimuma ayarlayın. 3. Multimetreyi kullanarak, V ac1 ve V ac2 giriş gerilimlerini (AC konumda) ve OUT ucundan V dc çıkış gerilimini (DC konumda) ölçün ve Tablo e kaydedin. 4. Osiloskobu kullanarak, V ac1 ve V ac2 giriş gerilimlerini ve OUT (TP3) ucundan, V dc çıkış gerilimi (DC bağlantı konumu) ile V r dalgacık gerilimini (AC bağlantı konumu) ölçün ve Tablo e kaydedin. 5. VR4(1MΩ) ü minimuma ayarlayın ve 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. 6. Şekil teki devre ve Şekil deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Böylece C6 (220µF) filtre kondansatörü C5 (10µF) ile, R yük direnci R7 (1KΩ) ile değiştirilmiş olur. 2-11

45 7. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. Şekil Merkez-bağlantılı tam-dalga doğrultucu devresi Şekil Bağlantı diyagramı (KL blok c) Şekil Bağlantı diyagramı (KL blok c) 2-12

46 V rms / V pp Multimetre Osiloskop Test noktası IN OUT IN OUT Devre V ac V dc V ac V dc V r Tam-Dalga Doğrultucu C yok C6 : 220µF VR4 : MAX C6 : 220µF VR4 : MIN C5 : 10µF R : 1K Tablo SONUÇLAR Tam-dalga doğrultucu devresinde, filtre kondansatörü ve yük direncinin değeri arttıkça çıkış gerilim artmakta dalgacık gerilimi ise azalmaktadır. 2-13

47 Bölüm 3 Diyot Kırpma ve Kenetleme Devreleri DENEY 3-1 Kırpma Devreleri DENEYİN AMACI 1. Diyot kırpma devresinin çalışma prensibini anlamak. 2. Öngerilim eklenmesi durumunda, diyot kırpma devresinin dalga şeklinde meydana gelen değişimi anlamak. GENEL BİLGİLER Kırpma devresi, giriş sinyalinin bazı kısımlarını kırpar ve çıkış sinyali olarak kırpılmış bu sinyali kullanır. Kırpıcı olarak da adlandırılır. Şekil de gösterildiği gibi, diyodun iletim yönünde kutuplanması bir anahtarın kapalı durumuna, kesim yönünde kutuplanamsı ise anahtarın açık durumuna karşılık gelmektedir. Şekil İletim yada kesim durumunda diyot Seri Diyot Kırpma Devresi Şekil 3-1-2(a) da gösterilen devre için, E i giriş gerilimi Şekil 3-1-2(b) de gösterilmiştir. Pozitif alternans süresince (E i >0), diyot kısa-devre durumundadır ve Şekil 3-1-2(c) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O =E i dir. Negatif alternans süresince (E i <0), diyot açık-devre durumundadır ve Şekil 3-1-2(d) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O =0 dır. E O ın dalga şekli Şekil 3-1-2(b) de gösterilmiştir. 3-1

48 Şekil Seri diyot kırpma devresi Şekil 3-1-3(a) da gösterilen devre için, E i giriş gerilimi Şekil 3-1-3(b) de gösterilmiştir. Pozitif alternans süresince (E i >0), ters kutuplanmış diyot açık-devre durumundadır ve Şekil 3-1-3(c) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O =0 dır. Negatif alternans süresince (E i <0), iletim yönünde kutuplanmış diyot kısa-devre durumundadır ve Şekil 3-1-3(d) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O = E i dir. E O ın dalga şekli Şekil (b) de gösterilmiştir. Şekil Seri diyot kırpma devresi 3-2

49 Öngerilimli Seri Diyot Kırpma Devresi Giriş geriliminin istenilen bir seviyede kırpılması isteniyorsa, devreye bir DC gerilim eklenebilir. Eklenen dc gerilimin polaritesi, genliği ve bağlanma yeri, giriş dalga şeklinin hangi kısımlarının kırpılacağını belirlemektedir. Şekil Ters öngerilim eklenmiş seri diyot kırpma devresi Şekil 3-1-4(a) da gösterilen devre için, E i giriş gerilimi Şekil 3-1-4(b) de gösterilmiştir. E i >E iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1-4(c) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O =E i dir. E i <E iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1-4(d) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O =E dir. E O ın dalga şekli Şekil 3-1-4(b) de gösterilmiştir. Şekil Ters öngerilim eklenmiş seri diyot kırpma devresi 3-3

50 Şekil 3-1-5(a) da gösterilen devre için, E i giriş gerilimi Şekil 3-1-5(b) de gösterilmiştir. E i >E iken (E negatif gerilim), diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil (c) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O =E i -E dir. E i <E iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1-5(d) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O =0 dır. E O ın dalga şekli Şekil 3-1-5(b) de gösterilmiştir. Şekil İleri öngerilim eklenmiş seri diyot kırpma devresi Şekil 3-1-6(a) da gösterilen devre için, E i giriş gerilimi Şekil 3-1-6(b) de gösterilmiştir. (E i +E)>0 iken (E negatif gerilim), diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil (c) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O =E i dir. (E i +E)<0 iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1-6(d) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O =0 dır. E O ın dalga şekli Şekil 3-1-6(b) de gösterilmiştir. Şekil 3-1-7(a) da gösterilen devre için, E i giriş gerilimi Şekil 3-1-7(b) de gösterilmiştir. (E i +E)>0 iken (E pozitif gerilim), diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil (c) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O =E i +E dir. (E i +E)<0 iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1-7(d) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O =0 dır. E O ın dalga şekli Şekil 3-1-7(b) de gösterilmiştir. 3-4

51 Şekil İleri öngerilim eklenmiş seri diyot kırpma devresi Paralel Diyot Kırpma Devresi Paralel diyot kırpma devresi, seri diyot kırpma devresi ile aynı fonksiyona sahiptir ve pozitif yada negatif alternansı algılama devresi olarak kullanılabilir. Şekil Paralel diyot kırpma devresinin çalışması 3-5

52 Şekil 3-1-8(a) da gösterilen devre için, E i giriş gerilimi Şekil 3-1-8(b) de gösterilmiştir. E i >0 iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1-8(c) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O =0 dır. E i <0 iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1-8(d) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O =E i dir (R L >>R S ). E O ın dalga şekli Şekil 3-1-8(b) de gösterilmiştir. Şekil Paralel diyot kırpma devresinin çalışması Şekil 3-1-9(a) da gösterilen devre için, E i giriş gerilimi Şekil 3-1-9(b) de gösterilmiştir. E i >0 iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1-9(c) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O =E i dir (R L >>R S ). E i <0 iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1-9(d) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O =0 dır. E O ın dalga şekli Şekil 3-1-9(b) de gösterilmiştir. Şekil (a) da gösterilen devre için, E i giriş gerilimi Şekil (b) de gösterilmiştir. E i >(V z +0.6V) iken, Şekil (c) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O = V z +0.6V olur. -(V z +0.6V)<E i <(V z +0.6V) iken, Şekil (d) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O =E i olur. E i <(V z +0.6V) iken, Şekil (e) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O =-(V z +0.6V) olur. E O ın dalga şekli Şekil (b) de gösterilmiştir. 3-6

53 Şekil Zener diyot kırpma devresi Öngerilimli Paralel Diyot Kırpma Devresi Şekil (a) da gösterilen devre için, E i giriş gerilimi Şekil (b) de gösterilmiştir. E i >E iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil (c) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O =E i dir. E i <E iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil (d) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O =E i dir (R L >>R S ). E O ın dalga şekli Şekil (b) de gösterilmiştir. (a) (b) 3-7

54 (c) (d) Şekil Ters öngerilim eklenmiş paralel diyot kırpma devresi Şekil (a) da gösterilen devre için, E i giriş gerilimi Şekil (b) de gösterilmiştir. E i >E iken (E negatif gerilim), diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil (c) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O =E i dir (R L >>R S ). E i <E iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil (d) de gösterilen eşdeğer devreye göre E O =E dir. E O dalga şekli Şekil (b) de gösterilmiştir. Şekil Ters öngerilim eklenmiş paralel diyot kırpma devresi 3-8

55 KULLANILACAK ELEMANLAR 1. KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneği 2. KL Diyot, Kırpıcı ve Kenetleyici modülü 3. Osiloskop DENEYİN YAPILIŞI A. Seri Diyot Kırpma Devresi 1. KL modülünü, KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve b bloğunun konumunu belirleyin. 2. Tablo 3-1-1(a) daki devre ve Şekil (a) daki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 3. KL Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, TP2 giriş ucuna 1KHz, 10 V pp lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. 4. Osiloskop kullanarak, TP2 den giriş gerilimini ve OUT dan çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 3-1-1(a) ya kaydedin. 5. Tablo 3-1-1(b) deki devre ve Şekil (b) deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 6. KL Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, TP1 giriş ucuna 1KHz, 10 V pp lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. 7. Osiloskop kullanarak, TP1 den giriş gerilimini ve OUT dan çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 3-1-1(b) ye kaydedin. 3-9

56 (a) (b) Şekil Bağlantı diyagramı (KL blok b) Tablo

57 B. Öngerilimli Seri Diyot Kırpma Devresi 1. KL modülünü, KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve b bloğunun konumunu belirleyin. 2. Tablo 3-1-2(a) daki devre ve Şekil (a) daki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL Düzeneğindeki sabit güç kaynağından devreye -5VDC gerilim bağlayın. 3. KL Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, TP2 giriş ucuna 1KHz, 10 V pp lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. 4. Osiloskop kullanarak, TP2 den V i giriş gerilimini ve OUT dan V O çıkış gerilimini ölçün ve Tablo ye kaydedin. 5. Tablo 3-1-2(b) deki devre ve Şekil (b) deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL Düzeneğindeki sabit güç kaynağından devreye +5VDC gerilim bağlayın. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. 6. Tablo 3-1-2(c) deki devre ve Şekil (c) deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL Düzeneğindeki sabit güç kaynağından devreye -5VDC gerilim bağlayın. 7. KL Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, TP1 giriş ucuna 1KHz, 10 V pp lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. 8. Osiloskop kullanarak, TP2 den V i giriş gerilimini ve OUT dan V O çıkış gerilimini ölçün ve Tablo ye kaydedin. 9. Tablo 3-1-2(d) deki devre ve Şekil (d) deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL Düzeneğindeki sabit güç kaynağından devreye +5VDC gerilim bağlayın. 7. ve 8. adımdaki işlemleri tekrarlayın. 3-11

58 (a) (b) (c) (d) Şekil Bağlantı diyagramları (KL blok b) Tablo

59 C. Paralel Diyot Kırpma Devresi 1. KL modülünü, KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve c bloğunun konumunu belirleyin. 2. Tablo 3-1-3(a) daki devre ve Şekil (a) daki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 3. KL Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, TP1 giriş ucuna 1KHz, 10 V pp lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. 4. Osiloskop kullanarak, TP1 den V i giriş gerilimini ve OUT dan V O çıkış gerilimini ölçün ve Tablo e kaydedin. 5. Tablo 3-1-3(b) deki devre ve Şekil (b) deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. 6. Tablo 3-1-3(c) deki devre ve Şekil (c) deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. (a) (b) 3-13

60 (c) Şekil Bağlantı diyagramları (KL blok c) Tablo D. Öngerilimli Paralel Diyot Kırpma Devresi 1. KL modülünü, KL Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve c bloğunun konumunu belirleyin. 2. Tablo 3-1-4(a) daki devre ve Şekil (a) daki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL Düzeneğindeki sabit güç kaynağından devreye +5VDC gerilim bağlayın. 3-14

61 3. KL Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, TP1 giriş ucuna 1KHz, 10 V pp lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. 4. Osiloskop kullanarak, TP1 den V i giriş gerilimini ve OUT dan V O çıkış gerilimini ölçün ve Tablo e kaydedin. 5. Tablo 3-1-4(b) deki devre ve Şekil (b) deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL Düzeneğindeki sabit güç kaynağından devreye -5VDC gerilim bağlayın ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. 7. Tablo 3-1-4(c) deki devre ve Şekil (c) deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL Düzeneğindeki sabit güç kaynağından devreye -5VDC gerilim bağlayın ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. 9. Tablo 3-1-4(d) deki devre ve Şekil (d) deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL Düzeneğindeki sabit güç kaynağından devreye +5VDC gerilim bağlayın ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. (a) (b) 3-15