Chapter 2: Diode Applications

2. Bölüm:
Diyot Uygulamaları
Doç. Dr. Ersan KABALCI
1
Yük Eğrisi
Yük eğrisi, herhangi bir devrede
diyot uygulanan bütün gerilimler
(VD) için muhtemel akım (ID)
durumlarını gösterir. E/R
maksimum ID akımını, E ise
maksimum VD gerilimini ifade
eder.
Yük eğrisi ile karakteristik eğrinin
kesiştiği Q-noktası, örnek devre
için en uygun ID veVD değerlerini
ifade eder.
2
Seri Diyot Devreleri
İleri Öngerilimleme
Sabitler
• Silisyum Diyot : VD = 0.7V
• Germanyum Diyot: VD = 0.3V
Analiz
• VD = 0.7V (ya da VD = E eğer E <0 .7V)
• VR = E – VD
• ID = IR = IT = VR / R
3
Seri Diyot Devreleri
Ters Öngerilimleme
Diyot idealde açık devre gibi çalışır.
Analiz
• VD = E
• VR = 0 V
• ID = 0 A
4
Paralel Devreler
VD  0.7 V
VD1  VD2  VO  0.7 V
VR  9.3 V
IR 
E  VD

10 V  .7 V
R
I D1  I D2 
 28 mA
0.33kΩ
28 mA
 14 mA
2
5
Yarım Dalga Doğrultucu
Diyot sadece doğru
polarma
durumunda
iletime geçer, bu
nedenle girişten
uygulanan AA
dalganın sadece
yarım periyodu
çıkışa aktarılır.
DA çıkış gerilimi 0,318Vm, Vm = AA tepe gerilim değeridir.
VDA ya da VAVG = Vp/
6
PIV (PRV)
Diyot bir alternansta doğru polarmalandırılırken, diğer alternansta ters
polarmalandırılır.
Ters kırılma gerilim değerinin, ters polarma durumundaki AA gerilimin tepe
değerini karşılayabilecek değerde olması gerekir.
PIV (ya da PRV) > Vm
•
•
•
PIV = Peak inverse voltage
PRV = Peak reverse voltage
Vm = Peak AC voltage
7
PIV (PRV)
Ters Tepe Gerilimi
(Peak inverse
voltage), ters yönlü
kutuplanmış diyotun
dayanabileceği en
büyük gerilim
değeridir.
8
Transformatör Bağlantılı Giriş
Transformatörler gerilim seviyelerinin değiştirilmesinde ve izolasyon
amaçlı olarak kullanılırlar.
Primerden sekondere dönüştürme oranı, girişe karşı çıkışı belirler.
Gerçekte Primer ve Sekonder sargıları arasında doğrudan bir
bağlantı yoktur, bu özellik ikincil devrede elektrik çarpılmalarını
önler.
9
Tam Dalga Doğrultucu
Tam dalga doğrultucuda doğrultma işlemi
birden fazla diyot kullanılarak yapılır.
Tam dalga doğrultucu daha yüksek DA çıkış
gerilimi üretir:
VDA veya VAVG = 2Vp/.
•
•
Yarım Dalga: Vdc = 0.318Vm
Tam Dalga: Vdc = 0.636Vm
10
Tam Dalga Doğrultucu
Orta Uçlu
Bu doğrultma tipinde iki adet diyot orta uçlu bir transformatöre
bağlanır.
Çıkış tepe gerilimi, transformatörün sekonder geriliminin tepe
değerinin yarısı kadardır.
11
Tam Dalga Doğrultucu
Orta Uçlu
Her iki alternans boyunca
akım akmaktadır. Çıkış
tepe değeri yaklaşık olarak,
sekonder sargılarının
toplam geriliminin yarısı
kadardır.
Her diyot, sekonder
sargılarındaki çıkış gerilimi
ve diyot gerilim düşümü
kadarlık bir PIV’ e maruz
kalır.
PIV=2Vp(out) +0.7V
12
Tam Dalga Doğrultucu
Orta uçlu transformatörle yapılan tam
dalga
•
•
İki diyot
Orta uçlu bir transformatör
gerekir.
VDC = 0.636(Vm)
13
Tam Dalga Doğrultucu
Köprü Tipi
Tam dalga köprü doğrultucu
sekonder sargılarının
çıkışından tam olarak
yararlanır.
Köprü doğrultucu 4 adet
diyotun özel bir şekilde
bağlanması ile elde edilir.
Periyotun her bir yarısında
yük üzerinden aynı yönde
akım akar.
14
Tam Dalga Doğrultucu
Köprü Tipi
Köprü Doğrultucu
•
•
Dört diyotlar oluşturulur.
VDC = 0.636 Vm
15
Tam Dalga Doğrultucu
Köprü Tipi
Köprü doğrultucu için PIV değeri, orta uçlu doğrultucunun yaklaşık
olarak yarısı kadardır.
PIV=Vp(out) +0.7V
16
Doğrultucu Devrelerin Özeti
Doğrultucu
İdeal VDC
Gerçek VDC
Yarım Dalga Doğrultucu
VDC = 0.318(Vm)
VDC = 0.318Vm – 0.7
Köprü Tipi Doğrultucu
VDC = 0.636(Vm)
VDC = 0.636(Vm) – 2(0.7)
Orta Uçlu Transformatörlü
VDC = 0.636(Vm)
VDC = 0.636(Vm) – 0.7
Vm = AA gerilim tepe değeri.
17
Güç Kaynağı Filtreleri ve Regülatörler
Şekil (a)’da görüldüğü gibi doğrultucu çıkışı bir darbeli DA şeklindedir.
Filtreleme ve regülasyon işlemleri ile bu darbeli gerilim Şekil (b)’deki
gibi daha düzgün bir şekle dönüştürülebilir.
18
Güç Kaynağı Filtreleri ve Regülatörler
Bir kondasatör filtresi şarj
ve deşarj olarak her tepe
arasındaki "boşlukları"
doldurur. Bu sayede gerilim
değişimleri azaltılır.
Geriye kalan gerilim
değişimleri ise “dalgalanma
gerilimi (ripple voltage)”
olarak adlandırılır.
19
Güç Kaynağı Filtreleri ve Regülatörler
Tam dalga doğrultmanın, yarım dalga doğrultmaya karşı avantajları
oldukça açıktır. Tepe değerleri arasındaki zaman azaldıkça,
kondansatörün dalgalanma gerilimini düzeltmesi daha etkili olmaktadır.
20
Güç Kaynağı Filtreleri ve Regülatörler
Kondansatör ilk şarj
sırasında kısa devre gibi
davranır ve diyotlar
üzerinden bir an için yüksek
bir akım akar.
Diyotların zarar görmemesi
için, bir akım sınırlayıcı
direnç (Rsurge) filtre ve yüke
seri olarak yerleştirilir.
21
Güç Kaynağı Filtreleri ve Regülatörler
Regülasyon işlemi, kalan dalgalanmaların giderildiği ve çıkış geriliminin
belirli bir değerde sabitlendiği son adımdır. Genellikle bu regülasyon
işlemi bir tümleşik devre regülatörü tarafından gerçekleştirilir. Akım ve
Gerilim gereksinimlerine göre birçok farklı tümleşik devre regülatör
mevcuttur.
22
Güç Kaynağı Filtreleri ve Regülatörler
Regülasyon işleminin ne kadar iyi yapılmış olduğu, regülasyon yüzdesi ile
ölçülür. İki çeşit regülasyon vardır: Hat regülasyonu ve Yük regülasyonu
Hat ve Yük regülasyonu, gerilim veya akımdaki değişimin basit bir yüzde
oranıdır.
Hat Regülasyonu = (Vçıkış/Vgiriş)%100
Yük Regülasyonu = ((Vyüksüz – Vtamyük)/Vtamyük)%100
23
Diyot Kırpıcılar
Seri bir kırpıcı devresinde diyot doğru
polarma sağlamayan gerilimi kırpar:
•
•
Ters öngerilim polaritesi
Silisyum diyot için 0,7V’tan daha
düşük bir doğru polarma öngerilimi
24
Öngerilimli Kırpıcılar
Kırpıcı diyota seri bir DA
kaynak eklendiğinde,
diyotun etkin ileri
öngerilim değeri değişir.
25
Paralel Kırpıcılar
Seri bir kırpıcı devresinde diyot
doğru polarma sağlayan gerilimi
kırpar:
Kırpma seviyesini değiştirmek
için diyota seri bir DA öngerilim
uygulanabilir.
26
Kırpıcı Devreler Özeti
27
Kenetleyici
Bir diyot ve kondansatör spesifik bir AA gerilimi istenen DA seviyeye
kenetlemek için birlikte kullanılır.
Bir diyot kenetleyicisi AA gerilime bir DA seviye ekler. Kondansatör
Vpeak-Vd gerilimine şarj olur. Kondansatör bir kez şarj olduktan sonra
giriş gerilimine seri bağlı bir üreteç gibi davranır. AA gerilim, DA gerilim
boyunca değişecektir. DA gerilimin pozitif ya da negatif olmasını diyotun
polaritesi belirler.
28
Öngerilimli Kenetleyici Devreler
Giriş sinyali sinüs, kare ya da üçgen
dalgaların herhangi birisi olabilir.
DA kaynak, kenetleme seviyesini
belirlemek için kullanılır.
29
Kenetleyici Devreler Özeti
30
Zener Diyot
Zener diyot, Zener geriliminde
(Vz) ters öngerilimle çalıştırılır.
•
Vi  Vz ise
– Zener iletimdedir
– Zener üzerindeki gerilim Vz
– Zener akımı: IZ = IR – IRL
– Zener Gücü: PZ = VZIZ
•
Vi < Vz ise
– Zener kesimdedir
– Açık devre durumundadır.
31
Zener Direnç Değerleri
Eğer R çok büyükse, Zener diyotun minimum akım değerinden (IZK) daha düşük
bir Iz akımı ulaşacağından zener iletime geçemez.
Minimum akım değeri:
I Lmin  I R - I ZM
Direncin maksimum değeri:
VZ
R Lmax 
I Lmin
Eğer R çok küçük değerde olursa, Zener akımı maksimum akım
IZM sınırını geçer. Devrenin maksimum akımı :
VL
VZ

RL
R Lmin
Direncin maksimum değeri:
RVZ
R Lmin 
Vi  VZ
I Lmax 
32
Gerilim Katlayıcı Devreler
Gerilim Katlayıcı devreler, doğrultucu devrenin çıkış gerilimini
yükseltmek için diyot ve kondansatörleri kullanır.
•
•
•
Gerilim İkileyici
Gerilim Üçleyici
Gerilim Dörtleyici
33
Gerilim İkileyici
Vout = VC2 = 2Vm
34
Gerilim İkileyici
•
Pozitif Yarım Periyot
o D1 iletimde
o D2 kesimde
o C1 , Vm değerine şarj olur.
•
Negatif Yarım Periyot
o D1 kesimde
o D2 iletimde
o C2 , Vm değerine şarj olur.
Vout = VC2 = 2Vm
35
Gerilim Üçleyici ve Dörtleyici
36
Pratik Uygulamalar
•
Doğrultucu Devreler
– DA ile çalışan devreler için AA-DA dönüştürme
–
Batarya şarj devreleri
•
Temel Diyot Devreleri
–
Aşırı akım koruma devresi
– Polarite değiştirme devreleri
–
Röleli devrelerde akım söndürücü
•
Zener Devreler
–
Aşırı akım koruması
– Referans gerilim ayarlaması
37