DENEY NO : 6 KIRPICI DİYOT DEVRELERİ DENEYİN AMACI : Diyotların doğrultucu olarak kullanımını öğrenmek. KULLANILACAK MALZEMELER 2 adet 1N4007 diyot, 2 adet 1kΩ, Güç kaynağı, Fonksiyon jeneratörü, Osiloskop. TEORİK BİLGİ : 2.3 KIRPICI DİYOT DEVRELERİ Elektronik biliminin temel işlevi, elektriksel sinyalleri kontrol etmek ve ihtiyaca söre islemektir. Pek çok cihaz tasarımında elektriksel bir işareti istenilen seviyede kınamak veya sınırlandırmak gerekebilir. Belirli bir sinyali kırpma veya sınırlama işlemi için genellikle diyotlardan yararlanılır. Bu bölümde kırpıcı (Limiting) diyot devrelerini ayrıntılı olarak inceleyeceğiz. Kırpıcı Devre Ve Çıkış Dalga Biçimi 1
Kırpıcı Devreler Kırpıcı devreler, girişine uygulanan işaretin bir kısmını çıkışana aktarıp, diğer bir kısmını ise kırpan devrelerdir. Örneğin şekil-6.24 de görülen devrede giriş işaretinin pozitif alternansı kırpılıp atılmış, çıkışa sadece negatif alternans verilmiştir. Devrenin çalışmasını kısaca anlatalım. Giriş işaretinin pozitif alternansında diyot doğru yönde polarmalanır. Çünkü anoduna +V T gerilimi, katoduna ise şase (0V) uygulanmıştır. Diyot iletimdedir. Diyot üzerinde 0.7V ön gerilim görülür. Bu gerilim, diyota paralel bağlanmış R L yük direnci üzerinden alınır. Giriş işaretinin negatif alternansında ise diyot ters yönde polarmalanmıştır. Dolayısıyla kesimdedir. Negatif alternans olduğu gibi R L yük direnci üzerinde görülür. Bu durum şekil- 2.24 de ayrıntılı olarak gösterilmiştir. Şekil-6.1Pozitif kırpıcı devre ve çıkış dalga biçimi Giriş işaretinin sadece negatif alternansının kırpıldığı, negatif kırpıcı devre şekil-6.2 de görülmektedir. Bu devrede; giriş işaretinin negatif alternansı kırpılmış, çıkıştan sadece pozitif alternans alınmıştır. Devrenin çalışmasını kısaca açıklayalım. Giriş işaretinin pozitif alternansında, diyot ters yönde polarmalanmıştır. Dolayısıyla kesimdedir. Girişteki pozitif alternans R L yük direnci üzerinde olduğu gibi elde edilir. Giriş işaretinin negatif alternansında ise diyot iletimdedir. Üzerinde sadece 0.7V diyot ön gerilimi elde edilir. Bu gerilim diyota paralel bağlı R L yük 2
direnci üzerinde de oluşacaktır. Şekil-6.2 Negatif kırpıcı devre Her iki kırpıcı devrede çıkıştan alınan işaretin değerini belirlemede R 1 ve R L dirençleri etkindir. Çıkış işaretinin alacağı değer yaklaşık olarak; formülü ile elde edilir. 3
Polarmalı Kırpıcılar Pozitif veya negatif alternansları kırpan kırpıcı devreleri ayrıntılı olarak inceledik. Dikkat ederseniz kırpma işlemi diyot öngerilimi hariç bir tam periyot boyunca gerçekleşiyordu. Bu bölümde çıkış işaretinin pozitif veya negatif alternanslarını istenilen veya belirtilen bir seviyede kırpan devreleri inceleyeceğiz. Girişinden uygulanan sinüzoidal işaretin pozitif alternansını istenilen bir seviyede kırpan kırpıcı devre şekil-6.3 da görülmektedir. Devre girişine uygulanan sinüzoidal işaretin (V g ) pozitif alternansı, V A geriliminin belirlediği değere bağlı olarak kırpılmaktadır. 4
Şekil-6.3 Polarmalı pozitif kırpıcı devre Devre analizini V g geriliminin pozitif ve negatif alternansları için ayrı ayrı inceleyelim. Girişten uygulanan işaretin pozitif alternansı, diyotun katoduna bağlı V A değerine ulaşana kadar diyot yalıtımdadır. Çünkü diyotun katodu anoduna nazaran pozitiftir. Bu durumda devre çıkışında V g gerilimi aynen görülür. Girişten uygulanan V g geriliminin pozitif alternansı VA değerinden büyük olduğunda (V g =0.7+V A ) diyot doğru yönde polarmalanacaktır ve iletime geçecektir. Diyot iletime geçtiği anda V A gerilimi doğrudan çıkışa aktarılacak ve R L yükü üzerinde görülecektir. Giriş işareti negatif alternansa ulaştığında ise diyot devamlı yalıtımdadır. Dolayısıyla V A kaynağı devre dışıdır. R L yükü üzerinde negatif alternans olduğu gibi görülür. Devrede kullanılan R 1 direnci akım sınırlama amacıyla konulmuştur. Üzerinde oluşan gerilim düşümü küçük olacağı için ihmal edilmiştir. Diyot üzerine düşen ön gerilim (0.7V) diyot ideal kabul edilerek ihmal edilmiştir. Şekil-6.4 de ise polarmalı negatif kırpıcı devre görülmektedir. Bu devre, giriş işaretinin negatif alternansını istenilen veya ayarlanan bir seviyede kırpmaktadır. Giriş işaretinin tüm pozitif alternansı boyunca devredeki diyot yalıtkandır. Çünkü ters polarmalanır. Dolaysıyla V A kaynağı devre dışıdır. Çıkıştaki R L yükü üzerinde tüm pozitif alternans olduğu gibi görülür. Giriş işaretinin negatif alternansı, diyotun anoduna uygulanan V A geriliminden daha büyük 5
olana kadar diyot yalıtıma devam eder. Dolayısıyla çıkışta negatif alternans görülmeye devam eder. Giriş işaretinin negatif alternansı V A gerilimi değerinden büyük olduğunda (V g =0.7+V A ) diyot iletime geçecektir. Diyot iletime geçtiği anda çıkışta V A kaynağı görülür. Şekil-6.4 Polarmalı negatif kırpıcı devre Şekil-6.5 deki devre ise, giriş işaretinin pozitif seviyesini V A gerilimine bağlı olarak sınırlamaktadır. Giriş işareti, diyotun anoduna bağlanan V A değerine ulaşana kadar diyot iletimdedir. Bu durumda çıkışta V A kaynağı görülür. Girişten uygulanan işaret V A değerinden büyük olduğunda ise diyot ters polarma olarak yalıtıma gidecektir. Diyot yalıtımda olduğunda devre çıkışında giriş işareti aynen görülecektir. Dolayısıyla giriş işaretinin tüm negatif alternansı boyunca diyot iletimde olduğu için çıkışta V A kaynağı görülecektir. Şekil-6.5 Polarmalı pozitif sınırlayıcı devre Giriş işaretinin negatif seviyesini istenilen bir değerde sınırlayan devre şeması şekil- 2.29 da verilmiştir. Giriş işaretinin tüm pozitif alternansı boyunca diyot doğru polarmalanır ve iletimdedir. Çıkışta V A kaynağı olduğu gibi görülür. 6
Giriş işaretinin negatif alternansı, diyotun katoduna uygulanan V A geriliminden daha negatif olduğunda ise diyot yalıtıma gidecektir. Diyot yalıtıma gittiğinde giriş işareti aynen çıkışta görülecektir. Şekil-6.6 Çıkış dalga biçiminin analizi Kırpıcı devreler, diyotların çalışma prensiplerinin anlaşılması ve analizi için oldukça önemlidir. Unutulmamalıdır ki birçok elektronik devre tasarımında ve elektronik cihazlarda DC ve AC işaretler iç içedir ve birlikte işleme tabi tutulurlar. Dolaysıyla herhangi bir sinyalin işlenmesinde diyotun işlevi önem kazanır. Kırpıcı devreler, seri ve paralel olarak ta tasarlanabilir. Bu bölümde seri ve paralel kırpıcı devreler sırayla verilmiştir. 7
Şekil-6.7 Paralel ve seri kırpıcı diyot devreleri 8
DENEY DEVRESİ: R 1K Ge 1 2 3 Ge + V i V o (Si) + - (Si) - + - İŞLEM BASAMAKLARI : Şekil 3.3 Kırpıcı deney devresi 1. Şekil 3.3 deki devrede 2 nolu uç ile 3 nolu ucu kısa devre ediniz. 2. Sinyal jeneratörünün çıkışını Vi= 5V pp ve 1KHz olacak şekilde ayarlayınız. V DD kaynağını ise sırasıyla 0V, 3V, 6V seviyelerine getirerek V o çıkışından elde edilen dalga şekillerini Tablo 3.1 e çiziniz. Aynı işlemleri 2 nolu uç ile 1 nolu ucu kısa devre ederek tekrarlayınız. Tablo 3.1 Kırpıcı giriş ve çıkış dalga şekilleri V DD(V) 0V 3V 6V V in V O1 V O3 3. V DD seviyesi değiştiğinde V o çıkış dalga şeklinin değişip değişmediğini gözleyiniz. Eğer değişiyorsa sebebini açıklayınız. 9
4. Sinyal jeneratöründen üçgen ve kare dalga çıkışlar alarak sonuçları Tablo 3.2 ve Tablo 3.3 e yazarak sonuçları gözleyiniz. Tablo 3.2 Üçgen dalga için dalga şekilleri V DD(V) 0V 3V 6V V in V O1 V O3 Tablo 3.3 Kare dalga için dalga şekilleri V DD(V) 0V 3V 6V V in V O1 V O3 10
5. Osilaskop ekranında gördüğünüz Tablo 3.2 ve Tablo 3.3 deki dalga şekillerini devre analizi kurallarını uygulayarak hesapladığınız dalga şekilleriyle karşılaştırınız. SONUÇ : 11