DÜZCE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK DEVRELERİ LABORATUVARI 1. DENEY Yrd.Doç.Dr. Mehmet Uçar Arş.Gör. Erdem Elibol Arş.Gör. Melih Aktaş 2014
1. DENEY: DİYOT KARAKTERİSTİKLERİ Amaç: Çeşitli diyotların doğru ve ters polarmalandırma karakteristiklerini incelemek Gerekli Ekipmanlar: Doğrultucu diyot (1N4001 veya eşdeğeri) Zener diyot (5,1V) Dirençler (680Ω direnç, 1kΩ potansiyometre) DC Güç Kaynağı, Ampermetre, Voltmetre, Muhtelif Sayıda Bağlantı Kablosu. Teorik Bilgi: Diyotlar elektrik akımını tek yönde ileten devre elemanlarıdır. Şekil 1.1 de yarı iletken diyotun yapısı ve sembolü gösterilmektedir. Şekil 1.1. Yarı iletken diyotun yapısı ve sembolü. Yarı iletken diyot, bir p-tipi yarıiletkenle n-tipi yarıiletkenin birbirine değmesi ile oluşan eklemden (jonksiyon) oluşur. Bir diyotun özellikleri p ve n tipi bölgelerin katkı yoğunlukları ve eklem yüzeyinin alanına bağlı olarak değişir. Büyük akım taşıması gereken doğrultucu diyotlarda eklem alanı büyük, hızlı küçük işaret diyotlarında ise küçük yapılır. Şekil 1.2'de diyotun karakteristik eğrisi verilmiştir. Gerçek karakteristik eğri doğrusal olmadığından basit doğrusal devre analizi yöntemlerinde kullanılamaz. Ancak "SPICE" gibi bilgisayar destekli doğrusal olmayan analiz programları ile kullanılabilir. Şekil 1.2. Diyotun karakteristik eğrisi Diyot karakteristiğinden görüleceği gibi, doğru polarma gerilimi eşik gerilimi (VT) seviyesine ulaşana dek diyot akımı neredeyse sıfırdır. Eşik gerilimi aşıldığında ise hızla iletken olan diyot akım geçirmeye başlar. Bu gerilim değeri; silisyumda 0.7V,
germanyumda ise 0.3V civarındadır. Diyot akımı arttıkça, diyot üzerinde düşen gerilim de bir miktar artış gösterir. Ters polarma altındaki diyot ise açık devre özelliği gösterip (çok küçük değerli olan sızıntı akımı ihmal edilirse) akım geçirmez. Ancak ters polarma gerilimi diyotun kırılma gerilimi seviyesini aştığında diyot bozulur ve kontrolsüz bir şekilde akım geçirmeye baslar. Silisyum ve germanyum diyotların akım-gerilim karakteristik eğrileri Şekil 1.3 de birlikte verilmiştir. Görüldüğü gibi germanyum diyotların sızıntı akımı çok daha büyüktür. Bu nedenle günümüzde silisyum diyotlar özellikle tercih edilir. Germanyum diyotlar ise eşik gerilimlerinin küçük olmaları nedeniyle (0.2-0.3V) özellikle düşük güçlü yüksek frekans devrelerinde kırpıcı olarak kullanılmaktadırlar. Şekil 1.3. Silisyum ve germanyum diyot karakteristiklerinin karşılaştırılması Diyot iletimden-kesime veya kesimden-iletime geçme durumunda geçici davranışlar gösterir. Diyot kesim konumuna geçerken içinden geçen akım azalır ve sıfıra oturmadan önce ani olarak negatife düşer. Bu zamana trr (ters toparlanma zamanı-reverse recovery time) denir ve diyodun çalışma hızını gösterir. Genel amaçlı doğrultucu diyotlarda (1N4001 vb.) trr zamanı 2µs iken küçük sinyal diyotlarında (1N4148 vb.) 4ns dir. Zener Diyotlar: Ters polarma altında çalışan ve gerilim regülasyonu amacıyla kullanılan devre elemanlarıdır. Şekil 1.4 de zener diyotun sembolü gösterilmektedir. Şekil 1.4. Zener diyotun sembolü. Şekil 1.5 de zener diyotun karakteristik eğrisi bulunmaktadır. Zener diyotlar doğru polarma altında normal diyot özelliği gösterirler. Ters polarma gerilimi zener diyot üzerinde yazan değeri aştığında, zener olayı gerçekleşir ve normal diyotların aksine
akım geçmeye başlar. Geçen bu akımın bir direnç yardımıyla sınırlanarak zener diyotun zarar görmesi engellenmelidir. Değişik gerilim ve güç değerlerinde imal edilen çok çeşitli zener diyotlar vardır. Şekil 1.5. Zener diyotun karakteristik eğrisi Karakteristik eğride görüldüğü gibi ters polarma gerilimi zener gerilimini aştığında, eleman yüksek değerde akım geçirmeye başlar. Bu nedenle zener diyotlar mutlaka bir öndirençle birlikte kullanılıp üzerinden geçen akım sınırlanmalı ve zarar görmesi engellenmelidir. Kullanılacak öndirenç, zener diyot üzerinden en azından 5mA lik bir akım (IZmin) geçişine izin vermeli ve aynı zamanda yük akımını karşılamalıdır. Dikkat edilmesi gereken bir diğer nokta da, öndirenç ve zener diyot üzerinde harcanacak güç miktarlarının sınır değerleri aşmaması gerektiğidir. Uygulama 1: 1. Diyotun doğru polarma karakteristiğini çıkarmak üzere Şekil 1.6'daki devreyi kurunuz. 2. DC güç kaynağı ile devrenin girişine 12V luk gerilim uygulayınız. 3. P1 potansiyometresini minimumdan maksimuma doğru çevirip, düzenli aralıklarla diyot gerilimi (VD) ve diyot akımını (ID) ölçüp sonuçlarını Tablo 1.1 e kaydediniz. 4. VD ve ID için ölçülen değerleri Şekil 1.7 deki grafik üzerinde işaretleyerek, diyotun doğru polarma karakteristiğini çiziniz. 5. Diyotun ters polarma karakteristiğini çıkarmak üzere, Şekil 1.6'daki devrede diyotun uçlarını ters çeviriniz. 6. P1 potansiyometresini minimumdan maksimuma doğru çevirip, düzenli aralıklarla diyot gerilimi (VD) ve diyot akımını (ID) ölçüp sonuçlarını Tablo 1.1 e kaydediniz. 7. VD ve ID için ölçülen değerleri Şekil 1.7 deki grafik üzerinde işaretleyerek, diyotun ters polarma karakteristiğini çizin.
12V 1kΩ Pot P1 680Ω ma ID 1N4001 V D V Şekil 1.6. Diyot karakteristik eğrisinin çıkarılması Tablo 1.1. Diyot gerilimi ve diyot akımı ölçüm sonuçları Şekil 1.7. Diyotun karakteristik eğrisi
Uygulama 2: 1. Zener diyotun ters polarma karakteristiğini çıkarmak üzere, Şekil 1.8 deki devreyi kurunuz. 2. Devreye 12V luk DC gerilim uygulayınız. 3. P1 potansiyometresini minimumdan maksimuma doğru çevirip, düzenli aralıklarla zener diyot gerilimi (VZ) ve zener diyot akımını (IZ) ölçüp sonuçlarını Tablo 1.2 ye kaydediniz. 4. VZ ve IZ için ölçülen değerleri 1.9 daki grafik üzerinde işaretleyerek, zener diyotun ters polarma karakteristiğini çiziniz. 5. Zener diyotun doğru polarma karakteristiğini çıkarmak üzere, Şekil 1.8'deki devrede zener diyotun uçlarını ters çeviriniz. 6. P1 potansiyometresini minimumdan maksimuma doğru çevirip, düzenli aralıklarla diyot gerilimi (VZ) ve diyot akımını (IZ) ölçüp ) ölçüp sonuçlarını Tablo 1.2 ye kaydediniz. 7. VZ ve IZ için ölçülen değerleri 1.9 daki grafik üzerinde işaretleyerek, zener diyotun doğru polarma karakteristiğini çiziniz. 12V 1kΩ Pot P1 680Ω ma I Z 5.1V V Z V Şekil 1.8. Zener diyot karakteristik eğrisinin çıkarılması Tablo 1.2. Zener diyot gerilimi ve diyot akımı ölçüm sonuçları
Şekil 1.9. Zener diyotun karakteristik eğrisi Raporlama: Her bir grup deneyle ilgili teorik bilginin, deneysel sonuçların veri ve grafik olarak verildiği ve yorumlandığı kapak sayfası dâhil en az iki sayfa veya en fazla üç sayfadan oluşan bir raporu ders sorumlusuna bir sonraki laboratuvar dersinde teslim eder.
ELEKTRONİK DEVRELERİ LABORATUVARI GENEL KURALLAR Öğrenciler deneylerin %80 ini tamamlamak zorundadırlar. Öğrenciler laboratuvar öncesinde gerekli hazırlıkları yapmış olmalıdır; Deney föylerini okuyup anlamış, Gerekli ön çalışmaları ve simülasyonları tamamlamış, Deney günü deney föylerini ve sonuç kağıtlarını laboratuvara getirmiş Deney öncesinde yapılacak kısa sınav ve sözlülere hazırlıklı olmalıdır. Öğrenciler laboratuvara vaktinde gelmelidir. Birbirinden kopya edilmiş deney ön çalışmalarının (simülasyon) veya deney sonrası raporlarının notları SIFIR olarak işlenecektir. Öğrenciler laboratuvarda güvenlik kurallarına uymak zorundadır. Laboratuvar ekipmanlarını kullanırken gerekli özeni ve dikkati göstermelidir. Deney bitiminde deney masaları düzenli bırakılmalıdır.
ELEKTRONİK DEVRELERİ LABORATUVARI MALZEME LİSTESİ (Malzemelerin yedeklerini bulundurunuz.) 1.DENEY: DİYOT KARAKTERİSTİKLERİ 1N4001 diyot veya eşdeğeri 5,1V zener diyot 680Ω direnç 1kΩ potansiyometre 2.DENEY: DİYOT UYGULAMALARI 1N4148 küçük sinyal diyot (2adet) 1N4001 diyot veya eşdeğeri (4adet) 10kΩ direnç 18kΩ direnç 1µF 25V kondansatör 1000µF 25V kondansatör 3.DENEY: TRANSİSTÖR KARAKTERİSTİKLERİ BC237 transistör veya eşdeğeri 100kΩ potansiyometre 10kΩ direnç 180Ω/1W direnç 4.DENEY: TRANSİSTÖR ÖNGERİLİMLEME DEVRELERİ BC237 transistör veya eşdeğeri 100kΩ direnç 180Ω/1W direnç 33kΩ direnç 12kΩ direnç 47Ω direnç 5.DENEY: BİPOLAR TRANSİSTÖRLÜ KUVVETLENDİRİCİLER BC547 transistör veya eşdeğeri 47µF 25V kondansatör (3adet) 470µF 25V kondansatör 100Ω direnç 560Ω direnç 1kΩ direnç 2,2kΩ direnç 10kΩ direnç 12kΩ direnç
6.DENEY: MOS KUVVETLENDİRİCİLER 2N7000 MOS transistör veya eşdeğeri 47µF 25V kondansatör 470µF 25V kondansatör 100nF kondansatör 820Ω direnç 1,5kΩ direnç 470kΩ direnç 1MΩ direnç 7.DENEY: KUVVETLENDİRİCİLERİN FREKANS CEVABI BC237 transistör veya eşdeğeri 47µF 25V kondansatör 470µF 25V kondansatör 100Ω direnç 560Ω direnç 1kΩ direnç 2,2kΩ direnç 10kΩ direnç 12kΩ direnç 8.DENEY: GÜÇ KUVVETLENDİRİCİLERİ BD139 transistör BD140 transistör 1N4001 diyot veya eşdeğeri (2adet) 10kΩ direnç (2adet) 220Ω direnç 1000µF 25V kondansatör (3adet) 820nF kondansatör (2adet) 8Ω hoparlör 9.DENEY: FARK VE İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİLER BC237 transistör veya eşdeğeri (3adet) 470Ω direnç 10kΩ direnç 82kΩ direnç 5,6kΩ direnç (2adet) 10kΩ direnç (2adet) 12kΩ direnç 741 opamp entegre 1kΩ direnç (2adet) 1,5kΩ direnç 33nF kondansatör 100nf kondansatör 10.DENEY: TASARIM VE UYGULAMA PROJESİ