Diyot Uygulamaları AC\DC Güç Kaynakları Dalga Şekillendirici Devreler Gerilim Katlayıcı Devreler 1
2.2 AC\DC Güç Kaynakları V DC Transformatör Doğrultma Devresi Filtre Regülatör Devresi AC Giriş DC Çıkış Şekil 2.1 AC\DC güç kaynağını oluşturan blok yapı 2
2.2.1 Transformatörler Transformatörler AC giriş geriimlerini çıkışlarında yükseltirler veya düşürürler. AC gerilimini çıkışlarında yükselten transformatörlere gerilim yükselten transformtör, çıkışlarında AC gerilimi düşürenler ise gerilim düşüren transformatör denir. Bu elemanlar bu görevi gerçeklerken, AC gerilimlerinin frekansını değiştirmezler. Primer sargısı Sekonder sargısı Gerilimler ve sargı sayıları arasındaki ilşki, aşağıdaki ifade ile açıklanmaktadır. = (2.1) Şekil 2.2 Transformatör 3
Örnek 2.1 Bir transformatörün primerindeki sargı sayısı 200 spir, sekonderinde ise 10 spir dir. Giriş gerilimi 220 Vrms ise a)sekonder geriliminin rms değerini bulunuz? b)sekonder geriliminin tepe değerini bulunuz? Çözüm 2.1 a) N P = 200, N S = 10 ve V P = 220 Vrms. Denklem (2.1) kullanarak, V S değerini bulabiliriz. Başka bir deyişle = = 20 ifadesinden, V S = = 11 Vrms olarak bulunur. b) Sinüzoidal bir gerilimin rms değeri, V V tepe 2 = 0.707 x V tepe ile ifade edilmektedir. Sekonder geriliminin rms değeri V S = 11 V olduğuna göre, V tepe = 11 V x = 15.51 V olur. 4
Primer sargısı Sekonder sargısı Primer sargısı Sekonder sargısı (Sekonderi tek sargılı transformatör Şekil 2.3 Çeşitli transformatörler (b) Sekonderi iki sargıdan oluşmuş transformatör Primer sargısı Şekil 2.4 Sekonderi ortak sargılı transformatörde gerilimlerin gösterilimi V = V S2 = S1 V ST (2.2) 2 Burada vurgulanması gereken bir diğer önemli husus, her iki sekonder gerilimi arasında 180 o faz farkı olmasıdır. 5
Örnek 2.2 Şekil 2.5 (a) da verilen sekonderi ortak sargılı transformatörün girişine Şekil 2.5 (b) de gösterilen tepe değeri 310 V olan bir gerilim uygulanmaktadır. Transformatörün sargıları arasındaki oranıda dikkate alarak; a)r1 ve R2 dirençleri üzerindeki gerilimlerin rms değerini bulunuz? b)r1 ve R2 dirençleri üzerindeki gerilimlerin dalga şekillerini çiziniz? c)her iki çıkış gerilimlerinin frekanslarında giriş geriliminin frekansına göre sizce bir değişiklik olmuşmudur? 6
Çözüm 2.2 a. Primer sargı gerilimi n g e l e n d e ğ e r i n r m s d e ğ e r i n i V o P(rms) i n t e p e d e ğ e r i n i n 3 1 0 V o l d u ğ u s o r u d a v e r i l m i ş t i r. B u n a k a r ş i l i k l a r a k i f a d e e d e r s e k, V P(rms) = V P(Tepe) 2 = 310 V 220 V rms olarak bulunur. 2 Denklem (2.1) kullanarak, transformatörün sekonder sargısının toplam gerilimi bulunur. 220V V ST 10 = ifadesinden, 1 VST 220 V ST = = 22 V rms olarak bulunur. 10 Şimdi, denklem (2:2)`yi kullanarak her bir sekonder gerilimini bulmaya çalışalım. V = V S2 = S1 V ST 2 = 22V = 11V rms dir. 2 7
a. S1 V = V S2 = 11 V rms değer i n d e o l d u ğ u n u b u l m u ş t u k. B u g e r i l i m d e ğ e r l e r i n i n t e p e d e ğ e r l e r i d e e ş i t, f a k a t t r a n s f o r m a t ö r ü n o r t a k s a r g ı l ı o l m a s ı n d a n d o l a y ı g e r i l i m l e r arasında 180 0 faz farkı olacaktır. V S 1 (tepe ) = V S 2 (tepe) = 2 x V S1 (rms) = 2 x V S2 = 2 x 11 V = 15.5 V değerinde olur. Bu gerilimlerin dalga şekilleri, Şekil 2.6 da (rms) g ö s t e r i l m e k t e d i r. A: t1_3 20.00 V 10.00 V V S1 0.000 V -10.00 V -20.00 V 0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms 100.0ms A: t1_5 20.00 V 10.00 V V S2 0.000 V -10.00 V -20.00 V 0.000ms 20.00ms 40.00ms 60.00ms 80.00ms 100.0ms Şekil 2.6 8
c. Giriş geriliminin (Primer sargı g e r i l i m i ) p e r i y o d u T = 2 0 m s a n o l d u ğ u v e r i l e n d a l g a ş e k l i n d e n a ç ı k o l a r a k g ö r ü l m e k t e d i r. D a g a ş e k l i n i n f r e k a n s ı f = 1 T 1 20msan = 5 0 H z i f a d e s i n d e n b u l u n u r. Ş e k i l 2. 6 d a i s e h e r i k i g e r i l i m i ç i n b u d e ğ e r l e r i n d e ğ i ş m e d i ğ i a ç ı k t ı r. D a h a ö n c e t r a n s f o r m a t ö r l e r i n g i r i ş g e r i l i m l e r i n i n f r e k a n s l a r ı n ı d e ğ i ş t i r m e d i k l e r i n i s ö y l e m i ş o l u p, b u ö r n e ğ i m i z d e i s e b u n u n b ö y l e o l d u ğ u n u g ö r m ü ş o l d u k 9
Transformatörlerin güçleri genelde ambalajlarında veya üzerlerinde belirtilmektedir.eğer 12 V/ 50 W bir transformatör kullanamak istiyorsanız, bu transformatörün sekonderinden sağlanacak maksimum akımı P = IxV bağıntısından bulabiliriz. 12 V / 50 W bir transformatörün sekonderinin sağlayacağı maksimum akım I = 50W 12V = 4.16 A dir. Eğer bu değerin üzerinde akım taşınırsa transformatör zarar görecektir. Buna g ö r e, b i r t r a n s f o r m a t ö r ü n b o z u l m a m a s ı i ç i n a ş a ğ ı d a b e l i r t i l e n i k i h u s u s a d i k k a t e d i l m e l i d i r. (i) Transformatörün primerine belirtilen gerilim değerinden fazla gerilim asla uygulanmamalıdır. (ii) Transformatörün sekonderinden belirtilen akım değerinden fazla akım asla çekilmemelidir. 10
Şekil 2.7 Transformatör sağlamlık testi Metre 1 Metre 2 Metre 3 Sapar Sapmaz Sapar Özet: AC\DC güç kaynaklarında transformatörlerin görevi: a) Primer gerilimini sekonder sargısında azaltmak b) Primer ve sekonder sargıları arasında izolasyon sağlamak 11
2.2.2 Doğrultma Devreleri Girişleri doğrudan transformatör çıkışlarına bağlanan ve çıkışları darbeli (pulse) sinüzoidal gerilimlerden oluşan devrelere, doğrultma (rectifiers) devreleri denir Doğrultma Devresi 12
13
2.2.2.1 Yarım Dalga Doğrultma Devreleri Yarım dalga doğrultma devreleri girişlerine uygulanan sinüzoidal gerilimin yalnızca bir yarı periyodunda çalışan ve diğer yarı periyodunda çıkış vermeyen devredir.bir yarım dalga doğrultma devresi tek bir diyot kullanılması ile gerçeklenen devredir. Şekil 2.9 da bir yarım dalga doğrultma devresi gösterilmektedir. D Vin R Vout t 1 t 2 t 3 t 1 t 2 t 3 Şekil 2.9 Pozitif yarım d a l g a d o ğ r u l t m a d e v r e s i 14
V = (tepe ) out(tepe) V in - 0.7 V 10V 9.3V 0V 0V -10V 15
V out(tepe) = - V in(tepe) + 0.7 V 10V 0V 0V -10V -9.3V 16
Burada açıklanması gerek e n b i r n o k t a, y a r ı m d a l g a d o ğ r u l m a d e v r e l e r i n d e g i r i ş i ş a r e t i n i n f r e k a n s ı i l e ç ı k ı ş i ş a r e t i n i n f r e k a n s ı v e y a g i r i ş i ş a t e i n i n p e r i y o d u i l e ç ı k ı ş i ş a r e t i n i n p e r i y o d u a y n i d e ğ e r l e r d e k a l m a k t a d ı r. B a ş k a b i r d e y i ş l e T in v f 1 in e T out i f 1 out = s e, T in T v out = e y a f in f o out l u r. Sonuç olarak yarım dalga doğrultma devreleri işaretlerin giriş ve çıkışlarında zaman değerlerini değiştirmemektedir. 17
Yarım dalga doğrultma devreleri çıkışında oluşan işaretler ortalama gerilim ve ortalama akım değerlerine sahiptirler. Çıkış Gerliminin Ortalama Değeri: Vort V out(tepe) 3.14 Yük Direnci Ortalama Akım Değeri: Iort V R ort L Bu değerleri pratik olarak avometrenin DC kademesinde normal gerilim ve akım ölçer gibi veya osiloskop kullanılarakl ölçülür. 18
Örnek 2.5 Şekil 2.14 deki devre için: ( a ) Herbir merenin gösterdiği değeri bulunuz. ) ( b ) Y ü k ü z e r i n d e h a r c a n a n o r t a l a m a g ü c ü n ( P ort d e ğ e r i n i b u l u n u z 110Vrms 5:1 D1 1N4001 DC A Ryük DC V 470 Ohm Şekil 2.14 19
Çözüm 2.5 110V V S = 1 5 V S = 22 V rms olarak bulunur V S(tepe) = VS rms x 2 = 22V x 1.41 = 31 V V out(tepe) = 31 V 0.7 V = 30.3 V V ort = V tepe = 30.3V = 9.65 V I ort = V ort 9.65V = R L 470 = 20.5 ma 20
2.2.2.2 Tam Dalga Doğrultma Devreleri Tam dalga doğrultma devreleri kendi aralarında iki kısma ayrılmaktadır. Bunlar sırası ile iki diyotlu tam dalga doğrultma devreleri ve köprü tipi tam dalga doğrultma devreleridir. 21
İki Diyotlu Tam Dalga Doğrultma Devreleri Bu devrelerde dikkat edilecek en önemli husus kullanılacak olan transformatörün ortak sargılı olmasıdır. Şekil 2.15 İki diyotlu pozitif tam dalga doğrultma devresi 22
V = V S1 (tepe) - 0.7 V = (tepe) - 0.7 V out(tepe) T T out = in 2 Önemli Hususlar: V S2 f out = 2x f in Örneğin bir tam dalga doğrultma devresine giriş periyodu 20 msan olan bir işaret uygularsak, çıkış işaretinin periyodu yine 10 msan olacaktır. Başka bir deyişle bir tam dalga doğrultma devresine giriş frekansı 50 Hz olan bir gerilim uygulanırsa, çıkış işaretinin V V PIV = 2 x out(tepe) iki diyodlu tam dalga doğrultma devrelerinde diyotların düzgün olarak çalışabilmeleri için V PIV < V BR olmalıdır. 23
Örnek 2.6 Şekil 2.19 da verilen devre için; (a) Çıkış işaretinin dalga şeklinin osiloskop görüntüsünü çiziniz? (b) Her bir diyodun ters tepe gerilimini bulunuz? (c) Devrede kullanılan 1N4002 diyodlarının sizce bir sakınca varmıdır? V BR = 100 V dur. Bu diyodların kullanımında 50 Hz Şekil 2.19 24
Çözüm 2.6 (a) 240V V ST 10 = 1 V V S1 = V S2 = ST = 2 V S 1 (tepe) = V 2 (tepe) 240 V ST = = 24 V rms olarak bulunur. 10 24V 2 = 12V rms S = 2 x V S1 (rms) = 2 x V S2 (rms) = 2 x 12 V = 17 V değerinde olur. V out(tepe) = V S1 (tepe) - 0.7 V = V S2 (tepe) - 0.7 V = 17V 0.7 V = 16.3 V 25
(b) V V PIV = 2 x out(tepe) = 2 x 16.3 V = 32.6 V (c) Dikkat edilecek olunursa 32.6 V < kullanılmasında hiçbir sakınca yoktur. VBR olmasından dolayı, 1N4002 diyodlarının 26
Köprü Tipi Doğrultma Devreleri D4 D1 D3 D2 Ryük 27
Önemli Hususlar: V = (tepe) - 1.4 V out(tepe) V S köprü tipi tam dalga doğrultma devrelerinde ters tepe gerilimi V V PIV = out(tepe) T T out = in 2 f out = 2x f in 28
Örnek 2.7 Şekil 2.28 de verilen devrenin primer gerilimini dikkate alarak, yük direnci üzerindeki gerilimin V out osiloskop görüntüsünü çiziniz? 29
Çözüm 2.7 310V V S(tepe) 10 = ifadesinden, 1 310 V S(tepe) = = 31 V olarak bulunur 10 V = (tepe) - 1.4 V = 31 V 1.4 V = 29.6 V out(tepe) V S 30
Şekil 2.30 Köprü tipi negatif tam dalga doğrultma devresi D4 D1 D3 D2 Ryük 31
Yarım dalga doğrultma devresinde olduğu gibi tam dalga doğrultma devrelerinde de işaretlerin rms değerlerinin yerine bundan böyle ortalama değerlerinden bahsedeceğiz. Örneğin, ortalama gerilim (V ort ), ortalama akım (I ort ) gibi değerlerden söz edilecektir. Bir tam dalga gerilim işaretinin ortalama gerilim değeri, ve ortalama akım değeri aşağıdaki bağıntı ile bulunur. V ort 2xV o(tepe) I ort V R ort L 32
Örnek 2.8 Şekil 2.33 de verilen herbir dalga şeklinin ortalama gerilim değerlerini bulunuz? Çözüm 2.8 Şekil 2.33 (a) Şekil 2.33 (a) daki işaretin tepe değeri 30 V değerindedir V ort 2xV o(tepe) 2x30V 3.14 19.1V (b) Şekil 2.33 (b) deki işaretin tepe değeri - 20 V değerindedir. V ort 2xV o(tepe) 2x( 20V) 3.14 12.7V 33
Örnek 2.9 Şekil 2.34 de verilen devrede kullanılan DC ampermetre ve voltmetrelerin okuyacağı değerleri bulunuz. Çözüm 2.9 Şekil 2.34 Sekonder geriliminin tepe değeri V = - ) out(tepe) V ort = 2xV tepe yük V I ort ort = R V S(tepe) = 9 V x 2 = 12.7 V V S (tepe + 1.4 V = - 12.7 V + 1.4 V = - 11.7 V = 2x11. 7V = - 7.45 V 7. 45V = - 22.58 ma 330 34
Örnek 2.10 Şekil 2.35 de gösterilen devrede metrelerin gösterdiği değerler sizce doğru mu? Doğru değilse, nedenleri ile açıklayınız? Şekil 2.35 Çözüm 2.10 V ort = 2xV tepe = 2x11. 7V = - 7.45 V V I ort ort = R yük 7. 45V = - 22.58 ma 330 Sonuç olarak tam dalga doğrultma devrelerinde her hangi bir diyot açık-devre olarak arıza gösterirse, tam dalga doğrultma devresi yarım dalga doğrultma devresi olarak davranmakta dır. 35
Pozitif ve Negatif çıkışlı tam dalga doğrultma devresi Şekil 2.36 Şekil 2.36`dan da görüldüğü gibi deverede köprü tipi bağlama tekniği kullanılmış o l u p k u l l a n ı l a n t r a n s f o r m a t ö r s e k o n d e r i o r t a r g ı l ı t r a n s f o r m a t ö r o l m a l ı d ı r. Ö r n e ğ i n, 2 x 1 2 V, 2 X 9 V g i b i. S o n u ç o l a r a k, p o z i t i f v e n e g a t i f ç ı k ı ş l ı t a m d a l g a d o ğ r u l t m a d e v r e l e r i n d e h e r z a m a n i ç i n s e k o n d e r i o r t a r g ı l ı t r a n s f o r m a t ö r k u l l a n ı l m a l ı d ı r. 36
37
Örnek 2.11 Şekil 2.39 da verilen devrede kullanılan her bir metrenin okuyacağı değerleri bulunuz. Çözüm 2.11 220V V ST 10 = 1 V ST = 220 = 22 V rms 10 V = V S2 = S1 V ST 2 = 22V 2 = 11V rms 38
V S1 (tepe ) = V S2 (tepe ) = 2 x V S1 (rms) = 2 x V S2 (rms) = 2 x 11 V = 15.7 V V1 = 15.7V 0.7 V = 15 V V2 = - 15.7 V + 0.7 V = - 15 V V1 DC Voltmetre: V ort = 2xV tepe = 2x15V = 9.55 V V2 Voltmetresi: V ort = 2xV tepe = 2x15V = - 9.55 V değerinde olur. A1 DC Ampermetre: A2 DC Ampermetre: I ort = I ort = V ort = RL 470 V ort = RL 9.55V = 20.3 ma 9.55V = - 11.1 ma 860 39
2.2.3 Filtre Devreleri Doğrultucu devrelerin çıkışlarındaki gerilimi DC gerilime yaklaştırmak için filtre devreleri kullanılır. V r : Dalgalılık gerilimi Dalgalılık geriliminin değeri ne kadar küçük olursa, filtre devresinin kalitesi de artmaktadır. Kapasitörlü filtre devreleri tek bir adet elektrolitik kondansatörün kullanılması ile oluşmaktadır. 40
41
Bir filtrenin kalitesi, aşağıda ifade edilen faktörle ölçülmektedir. Burada r sembolü ile ifade edilen faktöre dalgalılık faktörü denmektedir. r V V r DC x100% V r (tepetepe) V DC Sizce hangisi iyi? r1=2%, r2= 3%, r3=0.1% Sizce hangisinde kondansatör değeri daha büyüktür? 42
V p(in) Bir filtre devresinde dalgalılık gerilimi V r, filtre devresinin giriş işaretinin tepe değeri, giriş işaretinin periyodu T ve devrenin zaman sabiti ( = R yük x C ) arasındaki ilişki aşağıdaki bağıntı ile ifade edilmektedir. T V r = x V p(in) T 1 V p(in) = V DC + V r 2 V p(in) = V DC + T x V p(in 2 ) V DC = [1- T ] x V p(in 2 ) 1 V DC = [1-2fR yük C ] x V p(in) 43
Buradaki kısımda pratik olarak kapasitör üzerindeki DC gerilim, kondansatörsüz işretin tepe değerine eşit olduğunu kabul edeceğiz. Dalgalılık gerilimi kondansatör büyük değerli seçildiği için ihmal edilmiştir. 30V Kapasitörsüz çıkış 0V 30V Kapasitörlü Çıkış 0V 44
+ Örnek 2.13 Şekil 2.47 de verilen yarım dalga doğrultma devresi C kondansatörü ile filtrelenmiştir. Transformatör girişine ise 220 Vrms, 50 Hz değerinde gerilim uygulanmaktadır. Yük direnci üzerindeki filtrelenmiş gerilimin DC değerini bulunuz. Şekil 2.47 10:1 C R1 1k 45
220V V ST 10 = 1 220 V ST = = 22 V rms 10 V S (tepe ) = 2 x 22 V = 31 V olarak bulunur. V = (tepe) - 1.4 V out(tepe) V S Vout = 31V 1.4V = 29.6V 29.6 V 0V 29.6V 0V 46
Örnek 2.14 Şekil 2.50 de verilen AC\DC doğrultucu devresinde 2 x 12Vrms değerinde ortak sargılı transformatör kullanılmıştır. Devrede kullanılan herbir metrenin okuyacağı değeri pratik olarak bulunuz. D1 DC A DC V + C 1000uF Ryük 330 2 x 12 Vrms D2 Şekil 2.50 47
V S (tepe) = 2 x 12 V = 16.92 V olarak bulunur. Burada iletim durumunda diyotların üzerindeki gerilim düşümünü 0.7 V olarak alırsak, filtre devresine gelecek olan işaretin tepe değerini V p(in ) = 16.22 V olarak değerlendirebiliriz. Dalgalılık geriliminin ihmal edilmesinden dolayı, C kondansatörü üzerindeki gerilim 16.22 V değerinde olacaktır. Dolayısı ile devrede kullanılan voltmetre V metre = 16.22 V I metre = V R metre yük 16.22V = 330 = 49.15 ma 48
Regülatör Devreleri şebeke gerilim değerinde meydana gelen değişiklikler Eğer şebeke gerilimimiz 230 V değerine çıkarsa kaçınılmaz olarak yük üzerindeki DC gerilim de buna paralel olarak artış gösterecektir. yük direnç değerlerindeki değişiklikler Elektronik cihazlara sabit değerli DC gerilim sağlamak için çeşitli tiplerde regülatör devreleri bulunmaktadır. Burada incelemeye alacağmız regülatör devreleri sırası ile Zener diyotlu regülatör devreleri ve Tümleşik devre tipi (Integrated Circuits, IC) regülatörlerdir. 49
Zener Diyotlu Gerilim Regülatörleri V in= I Z x R S + V Z V in(min) = Z(min) in(maks) I xr S + V Z V = I Z(maks) x R S + V Z 50
Örnek 2.15 Şekil 2.53 de gösterilen regülatör devresinde kullanılan zener diyot I Z(min) = 1mA, P z(maks) = 1 W ve V z = 5V değerindedir. Buna göre devre çıkışının 5V değerinde olabilmesi için giriş gerilim değerinin alabileceği maksimum ve mimimum değerlerini bulunuz. Rs + Vin 100 Ohm Z Vout Şekil 2.53 51
I Z(maks) = P z(maks) V z = 1W 5V = 200 ma V in(min) = Z(min) I x R S + V Z = 1mA x 100 + 5 V = 5.1 V V = I Z(maks) x R S in(maks) + V Z = 200 ma x 100 + 5 V = 25 V Sonuç olarak devrenin giriş gerilim değeri V in: 5.1 V < V in < 25 V arasında olmalıdır. 52
Örnek 2.16 Şekil 2.54 deki AC\DC güç kaynağında kullanılan zener diyot I Z(min) = 1mA, P z(maks) = 500 mw ve olmalıdır? V z = 9V değerindedir. Devrede kullanılan akım sınırlama direnci Rs hangi değerde 24Vrms Rs 470uF + C Z Vout Şekil 2.54 53
I Z(maks) = P z(maks) V z = 500 mw 9V = 55.55 ma Sekonder geriliminin tepe değeri; V S (tepe ) = 2 x 24 V = 33.84 V olarak bulunur. V p(in) R = 33.84 V 1.4 V = 32.44 V s(maks) R s(min) Vin V z = I Z(min) Vin V z = I Z(maks) 32. 44V 9V 1mA 32. 44V 9V 55. 55mA = 23.44 k = 422 Sonuç olarak devrede kullanılacak akım sınırlama direnci R s : 422 < R s < 23.44 k 54
I s = V V in R s z I I s = Z I L(maks) = I s = R + I L V Z L(min) I Z(min) + I L(maks) I L(min) = R V Z L(maks) I I s = Z(maks) + I L(min) 55
Örnek 2.17 Şekil 2.57 deki AC\DC güç kaynağında kullanılan zener diyot I Z(min) = 1mA, P z(maks) = 250 mw ve V z = 12V değerindedir. Buna göre; (a) Yük direnci üzerindeki gerilimin 12V değerinde regüleli olabilmesi için, yük direnci içerisinden akan akımın minimum ve maksimum değerlerini bulunuz (b) Yük direnci üzerindeki gerilimin 12V değerinde regüleli olabilmesi için devreye bağlanabilecek maksimum ve minimum yük direnç değerlerini bulunuz. (c) Yük direnci 400 olursa, üzerindeki gerilimin değerini bulunuz. Rs Vin + 24V 470 RL Şekil 2.57 56
Önce devrede kullanılan zener diyodunun maksimum gücü ve gerilimi bilindiğine göre, zener diyodun maksimum akımını bulmaya çalışalım. I Z(maks) = P z(maks) V z = 250 mw 12V = 20.83 ma (a) Giriş geriliminin 24 V ve yük direnci üzerindeki gerilimin 12 V da sabit kalacağını kabul edersek, akım sınırlama direnci içerisinden akan akımın değeri de sabit olacaktır. Bu akımın değerini aşağıdaki gibi bulabiliriz. 24 V = 470 x I s + 12 V ifadesinden faydalanarak I s akımının değeri, I s = 24V 12V 470 = 25.53 ma 57
I L(min) = I s - Z(maks) I L(maks) = I s - I = 25.53 ma 20.83 ma = 4.7 ma I Z(min) = 25.53 ma 1 ma = 24.53 ma R L(min) = I V Z L(maks) = 12V 24. 53mA = 489 R L(maks) = I V Z L(min) = 12V 4. 7mA = 2.55 k 400 < R L(min) olduğundan, zener diyot içerisinden akan akım minimum değerinden küçük olacaktır. Bu da zener diyodun açık-devre olarak davranmasına neden olacaktır. V out = R L R L R s x V in = 400 x 24 V = 11.03 V 400 470 58
Tümleşik Devre (Entegre) Gerilim Regülatörleri 59
Sabit Çıkışlı Tümleşik Gerilim Regülatörleri 60
(a) Sabit çıkışlı tümleşik regülatör elemanlarının çıkış gerilimleri her zaman için out-com terminalleri arasındaki gerilim değeridir. Örneğin 7805 tümleşiğini kullanıyorsak, outcom terminalleri arasındaki gerilim 5V olacaktır. Bunu Şekil 2.60 da görebiliriz. in 7805 out Şekil 2.60 com 5V (b) Sabit çıkışlı tümleşik regülatör elemanlarının minimum DC giriş gerilimleri 7V, maksimum DC gerilimi ise 30 V dur. (c) Sabit çıkışlı tümleşik regülatör elemanlarının çıkış gerilimlerinin XX V değerinde regüleli olabilmesi için, DC giriş gerilim değeri XX V değerinden en az 2 V büyük olmalıdır. Örneğin 7805 tümleşiğini kullanıyorsak, giriş gerilim değeri en az 5V + 2V = 7V olmalıdır. 61
62
Sabit çıkışlı tümleşik devreler çeşitli gerilim değerlerinde olmalarına ilaveten çeşitli akım değerlerinde de bulunurlar. 78LXX serisi tümleşik devrelerini çıkış akımı 100 ma, 78MXX serisi 500 ma, 78XX serisi 1A, 78SXX serisi 2A, 78HXX serisi 5A ve 78PXX serileri ise 10 A çıkışlıdır. Pozitif değerliler için bulunan akım sınırlamalı tümleşik değerler ayni şekilde negatif tümleşikler için de bulunur. 78XX ve 79XX tümleşik devreleri kullanılırken giriş ve çıkışlarına gerekli olmamasına rağmen kondansatör bağlanır. Bu kondansatörler çıkış geriliminde oluşacak olan olası yüksek frekanslı işaretleri yok etmede kullanılır. 63
+ Örnek 2.18 220 V \ 2x 9 V transformatör, 2 adet 1N4001 diyot, 470 F elektrolitik, 2 adet 0.1 F kondansatör, 7909 sabit çıkışlı tümleşik gerilim regülatörü ile çıkış gerilimi 9 V olan bir regülatör tasarlayınız. D1 1N4001 C1 470uF 7909 IN OUT C2 COM 0.1uF C3 0.1uF - 9V 2x9Vrms D2 1N4001 64
+ + + + + + Örnek 2.20 Şekil 2.64 de verilen devre için aşağıdaki soruları yanıtlayınız. a) Devrede filtre elemanı olarak kullanılan elektrolitik kondansatörlerin (C1 ve C2) üzerindeki gerilim değerlerini sırası ile bulunuz. b) Sırası ile V1, V2, V3 ve V4 gerilimdeğerlerini bulunuz. c) V1, V2, V3 ve V4 çıkış terminallerine bağlanabilecek en küçük yük direnç değerlerini bulunuz. U2 78L08 IN COM OUT V1 C4 10uF 78L05 IN OUT V2 470uF C1 C3 0.1uF COM C6 10uF 2x12Vrms 470uF C2 C5 0.1uF IN COM OUT 79L05 C7 10uF V3 Şekil 2.64 COM IN OUT 79L08 C8 10uF V4 65
V S1 (tepe ) = V S2 (tepe ) = 2 x V S1 (rms) = 2 x V S2 (rms) = 2 x 12 V = 16.9 V V C2 V C1 = 16.92V 0.7V = 16.22 V = - (16.92V 0.7V) = - 16.22 V V1 = 8V, V2 = 5V, V3 = - 5V ve V4 = - 8 V R1 = V1 8V = 100 ma 100 ma = 80 R2 = R3 = R4 = V2 = 100 ma V3 = 100 ma V4 = 100 ma 5V = 50 100 ma 5V = 50 100 ma 8V = 80 100 ma 66
Çıkışları Ayarlanabilen Tümleşik Gerilim Regülatör Devreleri in LM 317 veya LM 337 out LM 317 LM 337 adj ad j in adj out (a) Prensip Şeması (b) LM 317 terminal dizilişi (c) LM 337 terminal dizilişi out in 67
LM317 IN OUT ADJ R1 Vin R2 Vout Şekil 2.66 Çıkışı ayarlanabilen pozitif gerilim regülatörü Örnek 2.21 R 2 V out = 1.25 x ( 1 + ) V R 1 Şekil 2.67 de verilen devrenin çıkış gerilim değerini bulunuz? LM317 IN ADJ OUT R1 220 Vin R2 1k Vout Şekil 2.67 R 2 1000 V out = 1.25 x ( 1 + ) V = 1.25 x ( 1 + ) = 6.93 V R 1 220 68
Örnek 2.22 Şekil 2.68 de verilen devre için: (a) Çıkış geriliminin alabileceği en az ve en çok gerilim değerlerini bulunuz. (b) Devrenin düzenli olarak çalışabilmesi için, giriş gerilim değeri en az değeri kaç volt olmalıdır? LM317 Vin IN ADJ OUT R2 2.2k R1 220 Vout V out = 1.25 x ( 1 + 1 Şekil 2.68 V = 1.25 V out R 2 2200 ) V = 1.25 x ( 1 + ) = 13.75 V R 220 1.25 V Vout 13.75 V V in = 13.75 V + 2 V = 15.75 V 69
Örnek 2.23 Şekil 2.70 de verilen devrenin çıkış gerilim değerinin 5V olabilmesi için R2 direncinin değeri kaç Ohm olmalıdır? LM337 IN ADJ OUT R1 220 Vin -15V R2 Vout -5V Şekil 2.70 Çözüm 2.23-5V = - 1.25 x ( 1 + R2 4 = 1 + 220 660 =R2 R 2 ) 220 70
71
1.Dalga Şekillendirici Devreler Dalga şekillendirici devreler tamamen diyotların bir uygulaması olup kendi içlerinde iki kısıma ayrılmaktadır. Bunlar sırası ile gerilim sınırlayıcı devreler (limiters) ve kenetleyici devreler (clampers) dir. Gerilim sınırlayıcı devreler girişlerine gel e elektriksel işaretlerin tepelerini belli bir gerilim seviyesinden kırpmaktadır. n e l k t r i k s e l i ş a r e t l e r i i ş l e y e r e k, d e v r e ç ı k ı ş l a r ı n d a Kenetleyici devreleri ise girişlerine gelen elktriksel işaretleri işleyerek, devre çıkışında giriş i ş a r e t i n i n ş e k l i n i d e ğ i ş t i r m e d e n e l e k t r i k s e l i ş a r e t e D C g e r i l i m i l a v e e t m e k t e d i r. 72
1.1 Gerilim Sınırlayıcı Devreler Gerilim sınırlayıcı devreler yapılarına göre girişlerine gelen elktriksel işaretleri işleyerek çıkışlarında elektriksel işaretlerin Yalnızca pozitif dalga şeklini değiştirirler. Yalnızca negatif dalga şeklini değiştirirler. Hem pozitif ve hem negatif dalga şeklini değiştirirler 73
V out(tepe) = R 2 R 2 R 1 x V in(tepe) 74
Örnek 2.24 Şekil 2.72 deki devrenin girişine uygulanan elektriksel işareti dikkate alarak, çıkış işaretinin d a l g a ş e k l i n i g e r i l i m d e ğ e r l e r i n i d e b e l i r t e r e k ç i z i n i z. V out(tepe) = R 2 R 2 R 1 x V in(tepe) = 4. 7k x 5V = 4.12 V 4. 7k 1k 75
Şekil 2.74 Her iki yarı periyotlarda 0.7V sınırlaması yapa n s ı n ı r l a y ı c ı Şekil 2.75 Pozitif yarı periyotlarda (V b + 0.7V) değerinde bir sınırlayıcı 76
b Şekil 2.76 Negatif yarı periyotlarda - ( V + 0.7V) değerinde bir sınırlayıcı 77
Örnek 2.25 a) Şekil 2.77 de verilen sınırlama devresini n n e g a t i f y a r ı p e r i y o t l a r d a s ı n ı r l a m a y a p a b i l m e s i i ç i n g i r i ş i n e u y g u l a n m a s ı g e r e k e n e l e k t r i k s e l i ş a r e t l e r i n t e p e d e ğ e r i e n a z k a ç v o l t o l m a l ı d ı r? b ) Ş e k i l 2. 7 7 d e g ö s t e r i l e n g i r i ş i ş a r e t i n i n d e v r e y e u y g u l a n d ı ğ ı n ı d ü ş ü n ü r s e k, d e v r e ç ı k ı ş ı n d a k i i ş a r e t i n o s i l o s k o p g ö r ü n t ü s ü n ü t e p e d e ğ e r l e r i n i b e l i r t e r e k ç i z i n i z? 78
a) V AK = V A V K =0.7V olduğundan ve V A = -5V olmasından dolayı, V K = V A V AK = -5V-0.7V = -5.7V olmalıdır. b) 79
Şekil 2.79 Pozitif ve negatif sınırlayıcı 80
Şekil 2.82 Gerilim bölücülerle gerçekleştirilmiş polarmalı sınırlayıcılar 81
Şekil 2.85 (V a 0.7 V) değerinden küçük giriş işa r e t l e r i n i s ı n ı r l a y a n d e v r e Şekil 2.86 -V a + 0.7 V değerinden büyük giriş işaretlerini sınırlayan devre 82
83
84
2.Kenetleyici Devreler Kenetleyici devreleri, girişlerine uygulanan elektriksel işaretlerin dalga şekillerini bozmadan yalnızca DC bir gerilim ilave ederek çıkışlarına veren devrelerdir. Kenetleyici devreleri giriş işaretlerine ilave ettikleri DC gerilimin polarlamasına göre iki sınıfa ayrılırlar. Devre çıkışındaki işarete ilave edilen (i) DC gerilim pozitif ise pozitif kenetleyiciler (ii) negatif bir DC gerilim ilave edilirse negatif kenetleyici denir. Kenetleyici devrelerde giriş işaretlerine DC gerilim ilave eden eleman elektrolitik kondansatördür. 85
Şekil 2.92 Pozitif kenetleyici devresi devrenin zaman sabiti (R yük C) değerinin giriş işaretinin periyodundan en az on kat büyük olması gerekmektedir. R C 10. yük T in 86
+Vp C + 0 D Ryük -Vp Şekil 2.95 Negatif kenetleyici devresi 87
Tin = 1msan (a) Devrenin kenetleyici olarak çalışabilmesi için, C kondansatörünün minimum değerini b u l u n u z ( b ) C k o n d a n s a t ö r ü n ü n ü z e r i n d e k i D C g e r i l i m k a ç v o l t d u r? ( c ) D e v r e n i n ç ı k ı ş i ş a r e t i n i n o s i l o s k o p g ö r ü n t ü s ü n ü ç i z i n i z 88
10 k x C (10 x 1 msan) C 10msan 10k C 1 F V C = V P 0.7V = 5V 0.7V = 4.3 V 89
Gerilim Katlayıcıları Gerilim katlayıcı devreler (voltage multipliers) kenetleyici devrelerinin çalışma ilkelerini kullanarak, yeni bir transformatöre gereksinim duymadan, transformatörün sekonder geriliminin tepe değerini kullanarak çıkışlarına bu değerin sırası ile iki, üç veya dört katını DC gerilime dönüştürek veren devrelerdir. 90
Gerilim katlayıcı devreleri genellikle çok dişük akım ve çok yüksek gerilim talebinde bulununan yüklerde kullanılır. Örneğin, TV tüpleri (CRT) veya osiloskop tüplerindeki yüksek gerilimlerin sağlanması gibi. Bu kısımda sırası ile gerilim ikileyicileri, ve gerilim üçleyici devreleri incelenecektir. 91
Gerilim ikileyicisi 92
GerilimÜçleyicisi 93
Örnek Vin=300Vpp 94