DENEY NO : 6 DİYOTLU DALGA ŞEKİLLENDİRİCİLER Bu deneyde, diyotun bir dalga şekillendirici olarak çalışmasını görmek ve regülatör, kırpıcı, kenetleyici devrelerin çalışmasını öğrenmek amaçlanmıştır. I- KURAMSAL AÇIKLAMALAR 1. Kırpıcı Devreler : Ac bir işaretin istenilen bir referans seviyesinin üstünde veya altında olan kısmını sınırlayarak, kesen devreler kırpıcı devreler olarak adlandırılır. Bazı elektronik devrelerin girişlerine sadece pozitif yada negatif ac sinyallerin verilmesi gerekebilir. O zaman giriş sinyali devreye verilmeden önce uygun kırpıcıdan geçirilmelidir. Bazı devrelerde bir referans seviyesini belirtmek için kırpıcılar kullanılabilirler. Kırpıcı devreler için iki farklı sınıflandırma yapılabilir. Kırpıcılar, seri kırpıcılar ve paralel kırpıcılar olarak ikiye ayrılır. Seri devrelerde diyot yüke seri, paralel devrelerde diyot yüke paralel bağlıdır. Kırpıcı devreler aynı zamanda, alttan kırpıcılar ve üstten kırpıcılar olarak iki ana grupta toplanırlar. Alttan kırpıcı devrelerde işaretin negatif alternansından başlayan, üstten kırpıcı devrelerde işaretin pozitif alternansından başlayan bir kırpma meydana gelir. Bir önceki deneyde anlatılan yarım dalga doğrultucu devresi aynı zamanda bir alttan kırpıcıdır. Deneyde diyotların ideal olduğu düşünülerek alttan, üstten, hem alttan hem üstten kırpıcı devreler birer örnek ile anlatılmıştır. Alttan kırpıcı bir devre ; Şekil.1 a) Giriş işareti b) Alttan kırpıcı devresi c) Çıkış işareti Giriş işaretinin 0-t 1 aralığında (pozitif alternansta) ; Diyotun anoduna sabit -V 1 dc gerilimi, katoduna V i sinüs işaretinin + alternansı uygulanmaktadır. Ve bu durum aralık boyunca hiç değişmez. V A <V K diyot kesimdedir ve V 0 =V i Giriş işaretinin t 1 -t 2 aralığında (negatif alternansta) ; Diyotun anoduna -V 1 dc gerilimi, katoduna V i sinüs işaretinin - alternansı uygulanmaktadır. V i <V 1 ise V A <V K diyot kesimdedir ve V 0 =V i V i >V 1 ise V A >V K diyot iletimdedir ve V 0 =V 1 33
Üstten kırpıcı devre ; Şekil.2 a) Giriş işareti b)üstten kırpıcı devre c) Çıkış işareti Giriş işaretinin + alternansında ; Diyotun anoduna V i sinüs işaretinin + alternansı, katoduna V 1 dc gerilimi uygulanmaktadır. V i <V 1 ise V A < V K diyot kesimdedir ve V 0 =V i V i >V 1 ise V A >V K diyot iletimdedir ve V 0 = V 1 Giriş işaretinin alternansında ; Diyotun anoduna V i sinüs işaretinin alternansı, katoduna V 1 dc gerilimi uygulanmaktadır. Ve bu durum aralık boyunca hiç değişmez. V A >V K diyot kesimdedir ve V 0 =V i Hem alttan hem üstten kırpıcı devre; Şekil.3 a)giriş işareti b) hem alltan hem üstten kırpıcı devre c)çıkış işareti Giriş işaretinin + alternansında ; D1 diyotunun anoduna -V 1 dc gerilimi, katoduna V i sinüs işaretinin + alternansı uygulanmaktadır. D2 diyotunun anoduna V i sinüs işaretinin + alternansı, katoduna V 1 gerilimi uygulanmaktadır. Bu durumda D2 diyotunun olduğu kol, çıkış işaretini belirler. V i <V 1 ise V A(D2) <V K(D2) diyot kesimde ve V 0 =V i V i >V 1 ise V A(D2) >V K(D2) diyot iletimde ve V 0 =V 1 Giriş işaretinin - alternansında ; D1 diyotunun anoduna -V 1 dc gerilimi, katoduna V i sinüs işaretinin - alternansı uygulanmaktadır. D2 diyotunun anoduna V i sinüs işaretinin - alternansı, katoduna V 1 dc gerilimi uygulanmaktadır. Bu durumda D1 diyotunun olduğu kol, çıkış işaretini belirler. V i <V 1 ise V A(D1) <V K(D1) diyot kesimde ve V 0 =V i V i >V 1 ise V A(D1) >V K(D1) diyot iletimde ve V 0 =V 1 34
35
2. Kenetleme Devreleri Ac bir işaretin referans seviyesini, istenen bir dc değere öteleyerek, bu değerde tutan devreler kenetleme devreleri olarak adlandırılır. Devrede bir diyot, bir kondansatör ve yük bulunmaktadır (ek bir kayma elde etmek için dc bir kaynak da kullanılabilir). Şekil.4 a)giriş işareti b)kenetleme devresi c)çıkış işareti 0 zamanında C kondansatörü boş olduğu için kısa devre gibi davranacak, bundan dolayı diyotta V A >V K dur. Giriş işaretinin 0-t 1 zamanları arasında ; Diyot iletime girip, (V A >V K ) kısa devre olacak, çıkış voltajı da 0V olacaktır. Bu arada C kondansatörü, a ucundan giriş sinyalinin tepe değerine kadar dolmaya başladığı için sanki girişe uygulanan sinyale şekil.5 deki gibi paralel bağlanmış gibi düşünülebilir. Yani kondansatörün a tarafındaki ucu +, diğer ucu kutuplanacaktır. Giriş işaretinin t 1 -t 2 zamanları arasında ; Devre girişinin a ucu negatif, b ucu pozitif olacaktır. Bu durumda diyot kesimde olduğundan (V A <V K ) açık devre konumundadır. Devrenin çıkışa bağlı b ucu pozitif, a ucu negatif, C kondansatörünün a ucuna bağlı yeri bir önceki şarjdan dolayı pozitif, çıkışa bağlı ucu negatif olacak. Yani V i giriş işareti ile C kondansatörü üzerindeki gerilim şekil.6 daki gibi seri bağlı olarak davranacaktır. Diyot açık devre olduğu için çıkış, giriş sinyali ile kondansatör üzerindeki gerilimlerin toplamıdır. t 1 -t 2 zamanları arasında çıkış voltajı, Vo=(-Vi) + (-V C ) olacaktır. C üzerindeki gerilim, diyotun ideal olduğu durumda giriş geriliminin tepe değerine eşit olacaktır. Giriş işaretinin t 2 -t 3 zamanları arasında ; a ucu tekrar pozitif, b ucu da negatif olacaktır. C kondansatörü üzerindeki gerilim boşalmayacağı (aslında çok azda olsa boşalır, fakat bu çok önemli değildir) için diyot kesimde olduğundan (V A <V K ) açık devre konumundadır. Çıkışta, kondansatör ile giriş geriliminin toplamı görülecektir. Bu değer, Vo=(Vi) + (-V C ) dir. Devre, bundan sonraki tüm negatif alternanslarda t 1 -t 2 zamanları arasında olduğu gibi, tüm pozitif alternanslarda ise t 2 -t 3 zamanları arasında olduğu gibi davranacaktır. Şekil.4 de V 0 çıkış işareti çıkışın sürekli halini göstermektedir. R ve C' nin (τ=rc zaman sabiti) değeri, diyot iletimdeyken kondansatörü çabuk dolduracak şekilde seçilmelidir. Şekil.4 deki devrede diyotun yönü ters çevrilerek çıkış gerilimi pozitif yöne de kaydırılabilir. 36
Şekil.5 Şekil.6 II- ÖN HAZIRLIK 1. Yandaki devrenin giriş (V i (t)) ve çıkış (V o (t)) gerilimlerini ölçekli olarak alt alta çiziniz. V i (t)=5sin2π500t V, R=1KΩ, V ON =0.7V(D1 ve D2 diyotu için eşik gerilimi), V Z =3.1V (D2 diyotunun zener gerilimi). 2. Yanda verilen devrenin giriş (V i (t)) ve çıkış (V o (t)) gerilimlerini, V R =0V, V R =5V, V R =10V için ölçekli olarak alt alta çiziniz. V i (t)=10sin2π1000t V, R=10KΩ, V ON =0.7 V (diyotun eşik gerilimi). 3. 4. Yanda V o =f(v i ) transfer karakteristiği verilen dalga şekillendirici devreyi tasarlayınız (diyotlar için V ON =0V). Bu devrenin girişine V i (t)=5sin2ω1000t V işareti uygulandığı durumda tasarladığınız devrenin çıkış işaretini çiziniz. Yandaki devrenin çalışmasını ayrıntılı olarak anlatınız. Giriş (V i (t)) ve çıkış (V o (t)) işaretlerini ölçekli olarak alt alta çiziniz. V i (t)=5sin2ω1000t V, V ON =0V (diyotun eşik gerilimi) III- DENEYDE KULLANILAN MALZEMELER 2x1N4001 diyot, 10KΩ luk direnç, 2x10μF lık kondansatör (min 25V luk). 37
IV- DENEYİN YAPILIŞI 1. Yandaki devreyi kurunuz. Devrenin girişine V i =10Sin2π1000t V işaretini uygulayınız. V 1 =0V, 5V, 10V olması durumunda V 0 çıkış dalga şeklini osiloskopta gözlemleyip (DC kademede), çiziniz. V 1 =0V iken V 0 ; T/D=, V/D= V 1 =5V iken V 0 ; T/D=, V/D= V 1 =10V iken V 0 ;T/D=, V/D= 2. Yandaki üstten kırpıcı devreyi kurunuz. Devrenin girişine V i =10Sin2π1000t V işaretini uygulayınız. V 1 =0V, 5V, 10V olması durumunda osiloskopta (DC kademede) CH2 kanalında görülen çıkış işaretlerini ve osiloskop X-Y konumunda iken V 0 =f(v i ) transfer karakteristiklerini çiziniz. 38
V 1 =0V iken V 0 ; T/D=, V/D= V 1 =5V iken V 0 ; T/D=, V/D= V 1 =10V iken V 0 ; T/D=, V/D= V 1 =0V iken V 0 =f(v i ) ; T/D=, V/D= V 1 =5V iken V 0 =f(v i ) ; T/D=, V/D= V 1 =10V iken V 0 =f(v i ) ; T/D=, V/D= 3. Yandaki devreyi kurunuz. Devrenin girişine V i =10Sin2π1000t V işaretini uygulayınız. C1=C2=10μF dır. Osiloskopta (DC kademede) V C1 ve V C2 işaretlerini gözlemleyip, çiziniz. 39
V C1 ; T/D=, V/D= V C2 ; T/D=, V/D= V- RAPORDA İSTENENLER 1. Deneyin yapılışı başlığı altında çizdiğiniz tüm deney sonuçlarını grafik kağıdına V/D ve T/D değerlerini belirterek çiziniz. 2. a. Yukarıdaki 3. deneyde, V C1 ve V C2 işaretleri osiloskopta AC kademede nasıl gözlemlenir, neden? b. Yukarıda 3. deneydeki gibi bir devre nerelerde, hangi amaçla kullanılır. 3. İçerisinde kırpıcı veya kenetleyici (veya çoğullayıcı) veya doğrultucu devre barındıran bir devre şeması araştırıp, çiziniz. Bu devre üzerinde kırpıcı veya kenetleyici (veya çoğullayıcı) veya doğrultucu kısımları belirtiniz. Devrenin çalışması hakkında bilgi veriniz. E. YALÇIN, Eylül 2005 40