Kısım 2 Diyot Uygulamaları

Diyot Uygulamaları
•AC\DC Güç Kaynakları
•Dalga Şekillendirici Devreler
•Gerilim Katlayıcı Devreler
1
2.2 AC\DC Güç Kaynakları
VDC
Transformatör
Doğrultma
Devresi
Filtre
AC Giriş
Regülatör
Devresi
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) NP = 200, NS = 10 ve VP = 220 Vrms . Denklem (2.1) kullanarak, VS değerini
bulabiliriz. Başka bir deyişle
=
= 20 ifadesinden, VS = = 11 Vrms olarak bulunur.
b) Sinüzoidal bir gerilimin rms değeri,
V
Vtepe
2
= 0.707 x Vtepe
ile ifade edilmektedir. Sekonder geriliminin rms değeri VS = 11 V olduğuna
göre,
Vtepe = 11 V x = 15.51 V olur.
4
Sekonder sargısı
Primer sargısı
(Sekonderi tek sargılı
transformatör
Primer sargısı
Sekonder sargısı
(b) Sekonderi iki sargıdan oluşmuş
transformatör
Şekil 2.3 Çeşitli transformatörler
Primer sargısı
V
VS1 = VS 2 = ST ………………………………………(2.2)
2
Şekil 2.4 Sekonderi ortak sargılı transformatörde
gerilimlerin gösterilimi
Burada vurgulanması gereken bir diğer önemli husus, her iki sekonder gerilimi arasında
180o 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 gerilim
g
e
l
e
n
d
e
ğ
e
r
i
n
r
m
s
d
e
i
n
i
ğ
n
e
t
r
VP(rms) =
i
e
n
p
i
e
d
e
ğ
e
VP(rms)
VP( Tepe )
2
r
o
=
i
n
l
i
a
n
r
3
a
k
310 V
2
1
0
i
f
V
a
d
o
e
l
e
d
d
u
e
ğ
r
u
s
s
e
k
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
,
 220 V rms olarak bulunur.
Denklem (2.1) kullanarak, transformatörün sekonder sargısının toplam gerilimi VST
bulunur.
220 V 10
=
ifadesinden,
1
VST
VST =
220
= 22 V rms olarak bulunur.
10
Şimdi, denklem (2:2)`yi kullanarak her bir sekonder gerilimini bulmaya çalışalım.
VS1 = VS 2 =
VST 22V
=
= 11V rms dir.
2
2
7
a. VS1 = VS2 = 11 V rms değe
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
r
i
f
n
d
o
e
r
m
o
a
l
t
d
ö
u
r
ğ
ü
u
n
n
u
o
r
b
t
a
u
k
l
s
m
u
a
r
ş
g
t
ı
l
u
k
ı
o
.
B
l
m
arasında 1800 faz farkı olacaktır. VS1 ( tepe ) = VS2 ( tepe ) =
ö
a
g
s
e
ı
n
r
d
i
l
a
i
m
n
d
d
e
o
ğ
l
a
e
y
r
ı
l
e
g
2 x VS1 (rms) =
r
e
i
n
r
i
i
l
n
i
m
t
l
e
p
e
r
e
2 x VS2 (rms)
2 x 11 V = 15.5 V değerinde olur. Bu gerilimlerin dalga şekilleri, Şekil 2.6 da
=
g
u
s
t
e
r
i
l
m
A: t1_3
e
k
t
e
d
i
r
.
20.00 V
10.00 V
VS1
0.000 V
-10.00 V
-20.00 V
0.000ms
A: t1_5
20.00ms
40.00ms
60.00ms
80.00ms
100.0ms
20.00ms
40.00ms
60.00ms
80.00ms
100.0ms
20.00 V
10.00 V
VS2
0.000 V
-10.00 V
-20.00 V
0.000ms
Şekil 2.6
8
c. Giriş geriliminin (Primer sargı
ş
e
k
l
i
n
d
e
n
a
ç
ı
k
o
l
a
r
a
k
g
ö
1
T
f
Ş
t
ö
e
r
k
a
r
i
n
n
l
2
s
e
f
ğ
o
i
.
r
m
6
d
m
a
i
z
a
t
d
ö
e
i
r
l
i
s
s
e
e
r
e
i
n
b
u
h
e
g
i
n
r
r
u
i
r
i
ü
l
m
k
t
e
e
r
d
i
i
r
i
g
ş
g
e
r
n
b
ö
y
e
i
l
l
i
e
r
i
m
o
l
i
l
e
l
i
d
i
u
i
m
n
ç
i
ğ
i
D
a
=
m
r
l
.
1
20 msan
=
k
e
g
5
i
u
0
r
u
e
a
k
g
i
y
e
z
d
a
n
ö
r
l
f
e
s
m
o
k
i
u
e
r
ş
H
b
f
n
p
g
n
n
)
l
i
u
n
i
a
d
e
ğ
e
r
a
ü
d
r
ş
ı
T
n
f
l
n
ı
o
l
s
i
e
r
r
k
d
i
a
e
n
ğ
0
s
n
i
m
n
d
e
u
2
e
n
d
d
=
b
e
ş
t
i
i
r
a
n
o
l
d
u
ğ
u
v
e
r
i
l
e
n
d
a
l
g
a
ı
u
ğ
s
m
l
ş
u
n
m
e
u
e
d
r
.
d
i
k
i
l
ğ
e
i
r
a
i
n
ç
i
ı
s
k
t
ö
y
ı
r
l
.
e
D
m
a
i
ş
h
a
o
ö
l
u
k
9
p
n
,
c
b
e
u
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
50W
= 4.16 A dir.
12V
I=
Eğer bu değerin üzerinde akım taşınırsa transformatör zarar görecektir. Buna
t
r
a
(i)
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
g
ö
r
e
,
b
i
r
.
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
t1
t2
Vout
R
t3
t1
Şekil 2.9 Pozitif yarı
m
d
a
l
g
a
d
o
ğ
r
u
l
t
m
a
d
e
v
r
e
s
t2
t3
i
14
Vout( tepe) = Vin ( tepe ) - 0.7 V
10V
9.3V
0V
0V
-10V
15
Vout(tepe) = - Vin(tepe) + 0.7 V
10V
0V
0V
-9.3V
-10V
16
Burada açıklanması gere
f
a
r
e
y
k
n
a
i
n
d
s
e
ı
ğ
i
e
l
e
r
ç
l
e
ı
r
k
d
ı
e
ş
i
k
ş
a
a
l
r
m
e
t
a
Tin 
i
k
n
i
t
a
1
fin
k
e
n
n
f
d
ı
v
r
r
e
b
e
.
k
B
i
a
a
r
n
n
ş
o
s
ı
k
a
Tout 
k
v
t
a
e
b
,
y
i
r
y
a
a
r
g
d
i
e
y
r
i
i
1
i
fout
s
e
ı
,
ş
m
d
ş
i
l
ş
a
a
l
t
e
g
a
i
n
d
i
o
n
ğ
p
r
e
u
r
l
i
y
m
o
a
d
d
u
e
i
l
v
e
r
e
ç
l
ı
k
e
r
ı
ş
i
n
i
d
ş
e
a
g
r
e
i
t
i
r
n
i
ş
i
i
n
ş
p
a
r
e
e
r
i
t
y
i
o
n
i
d
e
Tin
=
Tout
v
e
y
a
fin
=
fout
o
l
u
r
.
Sonuç olarak yarım dalga doğrultma devreleri işaretlerin giriş ve çıkışlarında zaman
değerlerini değiştirmemektedir.
17
n
u
Yarım dalga doğrultma devreleri çıkışında oluşan işaretler ortalama
gerilim ve ortalama akım değerlerine sahiptirler.
Çıkış Gerliminin
Ortalama Değeri:
Vort 
Yük Direnci Ortalama
Akım Değeri:
Vout ( tepe )

  3.14
Vort
Iort 
RL
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
)
(
b
)
Herbir merenin gösterdiği değeri bulunuz.
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
5:1
a
g
ü
c
ü
n
(
Port
)
d
e
D1
1N4001
ğ
e
r
i
n
i
b
u
l
u
n
u
z
DC V
DC A
Ryük
110Vrms
470 Ohm
Şekil 2.14
19
Çözüm 2.5
110V 5
=
VS
1
VS = 22 V rms olarak bulunur
VS( tepe) = VS rms x 2 = 22V x 1.41 = 31 V
Vout( tepe) = 31 V – 0.7 V = 30.3 V
Vort =
Vtepe

=
30 .3V
= 9.65 V

V
9.65 V
I ort = ort =
= 20.5 mA
R L 470 
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
Önemli Hususlar:
Vout( tepe) = VS1(tepe) - 0.7 V = VS2 (tepe) - 0.7 V
T
Tout = in …
2
fout = 2x fin
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
VPIV = 2 x Vout( tepe)
iki diyodlu tam dalga doğrultma devrelerinde diyotların düzgün olarak çalışabilmeleri için
VPIV < VBR 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 VBR = 100 V dur. Bu diyodların kullanımında
sizce bir sakınca varmıdır?
50 Hz
Şekil 2.19
24
Çözüm 2.6
(a)
240 V 10
=
1
VST
VS1 = VS2 =
VST =
240
= 24 V rms olarak bulunur.
10
VST
24V
=
= 12V rms
2
2
VS1(tepe) = VS2 (tepe) = 2 x VS1 (rms) = 2 x VS2 (rms) = 2 x 12 V = 17 V değerinde olur.
Vout ( tepe) = VS1(tepe) - 0.7 V = VS2 (tepe) - 0.7 V = 17V – 0.7 V = 16.3 V
25
(b)
(c)
VPIV = 2 x Vout( tepe ) = 2 x 16.3 V = 32.6 V
Dikkat edilecek olunursa 32.6 V < VBR olmasından dolayı, 1N4002 diyodlarının
kullanılmasında hiçbir sakınca yoktur.
26
Köprü Tipi Doğrultma Devreleri
D4
D1
D3
D2
Ryük
27
Önemli Hususlar:
Vout(tepe) = VS (tepe) - 1.4 V
köprü tipi tam dalga doğrultma devrelerinde ters tepe gerilimi
VPIV = Vout( tepe )
T
Tout = in …
2
fout = 2x fin
28
Örnek 2.7
Şekil 2.28 de verilen devrenin primer gerilimini dikkate alarak, yük direnci üzerindeki
gerilimin Vout osiloskop görüntüsünü çiziniz?
29
Çözüm 2.7
310V
10
=
ifadesinden,
VS( tepe) 1
VS( tepe) =
310
= 31 V olarak bulunur
10
Vout( tepe) = VS (tepe) - 1.4 V = 31 V – 1.4 V = 29.6 V
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 (Vort ), ortalama akım (Iort) gibi değerlerden söz
edilecektir. Bir tam dalga gerilim işaretinin ortalama gerilim değeri,
ve ortalama akım değeri aşağıdaki bağıntı ile bulunur.
Vort 
I ort
2xVo ( tepe )

Vort

RL
32
Örnek 2.8
Şekil 2.33 de verilen herbir dalga şeklinin ortalama gerilim değerlerini bulunuz?
Şekil 2.33
Çözüm 2.8
(a) Şekil 2.33 (a) daki işaretin tepe değeri 30 V değerindedir
Vort 
2xVo ( tepe )

2x30V

 19.1V
3.14
(b) Şekil 2.33 (b) deki işaretin tepe değeri - 20 V değerindedir.
Vort 
2xVo ( tepe )

2x (20V)

 12.7V
3.14
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
VS( tepe) = 9 V x
2 = 12.7 V
Vout( tepe) = - VS ( tepe ) + 1.4 V = - 12.7 V + 1.4 V = - 11.7 V
Vort =
Iort 
2 xVtepe

= 
2 x11 .7 V
= - 7.45 V

7.45 V
Vort
=
= - 22.58 mA
330 
R yük
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
Vort =
2 xVtepe

2 x11 .7 V
= 
= - 7.45 V

Iort 
7.45 V
Vort
=
= - 22.58 mA
330 
R yük
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
2
z
p
X
a
k
u
9
m
a
l l a
V
n
n
g
i ç
ı
l a
i b
i n
n
i .
s
t
S
e
k
r
a
o
o
n
n
n
s
u
d
f
ç
e
r
i
o
r
o
l a
o
m
r
r
t
a
t
a
k
a
r
ö
r
,
g
s
p
ı
l ı
e
k
o
z
t
r
o
i t
a
n
i f
n
d
e
v
s
f
r
e
o
i
n
r
m
o
r
e
g
a
t
t
a
r
a
ö
t
r
g
ı
i f
k
l
ç
u
ı
t
ı
k
l l a
r
a
ı
ş
n
n
l
ı
s
ı
l m
f
t
o
r
a
m
a
l ı
m
a
t
d
d
ı
a
r
ö
l g
r
o
a
l m
d
o
a
l ı
ğ
r
d
u
ı
l t
r
.
m
Ö
a
r
n
d
e
e
ğ
v
i n
r
e
,
2
l e
r
x
i n
1
d
e
2
h
V
,
e
r
.
36
37
Örnek 2.11
Şekil 2.39 da verilen devrede kullanılan her bir metrenin okuyacağı değerleri bulunuz.
Çözüm 2.11
220 V 10
=
1
VST
VST =
V
22 V
VS1 = VS 2 = ST =
= 11V rms
2
2
220
= 22 V rms
10
38
VS1( tepe ) = VS2 ( tepe ) = 2 x VS1 (rms) = 2 x VS 2 (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:
2xVtepe
Vort =

=
2x15V
= 9.55 V

V2 Voltmetresi:
Vort =
2xVtepe

= 
2x15V
= - 9.55 V değerinde olur.

A1 DC Ampermetre:
Iort =
Vort
9.55V
=
= 20.3 mA
RL
470
A2 DC Ampermetre:
Iort =
Vort
9.55V
= 
= - 11.1 mA
860
RL
39
2.2.3 Filtre Devreleri
Doğrultucu devrelerin çıkışlarındaki gerilimi DC gerilime yaklaştırmak
için filtre devreleri kullanılır.
Vr : 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.
Vr
r
x100%
VDC
Vr (tepetepe)
VDC
Sizce hangisi iyi?
r1=2%, r2= 3%, r3=0.1%
Sizce hangisinde kondansatör değeri daha büyüktür?
42
Bir filtre devresinde dalgalılık gerilimi Vr , filtre devresinin giriş işaretinin tepe değeri
Vp(in) , giriş işaretinin periyodu T ve devrenin zaman sabiti (  = Ryük x C ) arasındaki ilişki
aşağıdaki bağıntı ile ifade edilmektedir.
Vr =
T
x Vp(in)

T
 1

V
Vp(in) = VDC + r
2
Vp(in) = VDC +
VDC = [1-
VDC = [1-
T
x Vp(in)
2
T
] x Vp(in)
2
1
] x Vp(in)
2fR yük C
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 10
=
1
VST
VST =
220
= 22 V rms
10
VS ( tepe ) = 2 x 22 V = 31 V olarak bulunur.
Vout( tepe) = VS (tepe) - 1.4 V
Vout = 31V – 1.4V = 29.6V
29.6V
29.6
V
0V
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
+
2 x 12 Vrms
C
1000uF
DC V
Ryük
330
D2
Şekil 2.50
47
VS ( 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 Vp(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
Vmetre = 16.22 V
I metre =
Vmetre 16 .22 V
=
= 49.15 mA
330 
R yük
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
Vin = I Z x RS + VZ
Vin(min) = IZ(min) x R S + VZ
Vin(maks) = IZ(maks) x R S + VZ
50
Örnek 2.15
Şekil 2.53 de gösterilen regülatör devresinde kullanılan zener diyot
IZ(min) = 1mA,
Pz(maks) = 1 W ve Vz = 5V değerindedir. Buna göre devre çıkışının 5V değerinde olabilmesi
için giriş gerilim değerinin alabileceği maksimum ve mimimum değerlerini bulunuz.
Rs
100 Ohm
+
Vin
Z
Vout
Şekil 2.53
51
IZ(maks) =
Pz(maks )
Vz
=
1W
= 200 mA
5V
Vin(min) = IZ(min) x R S + VZ = 1mA x 100 + 5 V = 5.1 V
Vin(maks) = IZ(maks) x R S + VZ = 200 mA x 100  + 5 V = 25 V
Sonuç olarak devrenin giriş gerilim değeri Vin :
5.1 V < Vin < 25 V arasında olmalıdır.
52
Örnek 2.16
Şekil 2.54 deki AC\DC güç kaynağında kullanılan zener diyot IZ(min) = 1mA , Pz(maks) = 500
mW ve Vz = 9V değerindedir. Devrede kullanılan akım sınırlama direnci Rs hangi değerde
olmalıdır?
Rs
24Vrms
+
470uF
C
Z
Vout
Şekil 2.54
53
IZ(maks) =
Pz(maks )
Vz
=
500 mW
= 55.55 mA
9V
Sekonder geriliminin tepe değeri;
VS ( tepe ) =
2 x 24 V = 33.84 V olarak bulunur.
Vp(in) = 33.84 V – 1.4 V = 32.44 V
V V
32 .44 V  9V
Rs(maks )  in z =
= 23.44 k
1mA
IZ(min)
V V
32 .44 V  9V
Rs(min)  in z =
= 422 
55 .55mA
IZ(maks )
Sonuç olarak devrede kullanılacak akım sınırlama direnci Rs :
422  < Rs < 23.44 k
54
V V
Is = in z
Rs
Is = I Z + IL
IL(maks) =
VZ
RL(min)
Is = IZ(min) + IL(maks)
IL(min) =
VZ
RL(maks )
Is = IZ(maks) + IL(min)
55
Örnek 2.17
Şekil 2.57 deki AC\DC güç kaynağında kullanılan zener diyot IZ(min) = 1mA , Pz(maks) = 250
mW ve Vz = 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
470
Vin
+
RL
24V
Şekil 2.57
56
Önce devrede kullanılan zener diyodunun maksimum gücü ve gerilimi bilindiğine göre,
zener diyodun maksimum akımını bulmaya çalışalım.
IZ(maks) =
Pz(maks )
Vz
=
250 mW
= 20.83 mA
12 V
(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 Is + 12 V
ifadesinden faydalanarak Is akımının değeri,
Is =
24 V  12 V
= 25.53 mA
470 
57
IL(min) = Is - IZ(maks) = 25.53 mA – 20.83 mA = 4.7 mA
IL(maks) = I s - IZ(min) = 25.53 mA – 1 mA = 24.53 mA
RL(min) =
RL(maks) =
VZ
IL(maks )
VZ
IL(min)
=
=
12 V
= 489 
24 .53mA
12 V
= 2.55 k
4.7mA
400  < R L(min) olduğundan, zener diyot içerisinden akan akım minimum değerinden küçük
olacaktır. Bu da zener diyodun açık-devre olarak davranmasına neden olacaktır.
Vout =
400 
RL
x Vin =
x 24 V = 11.03 V
400


470

RL  Rs
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.
out
7805
Şekil 2.60
in
5V
com
(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
7909
IN OUT
+
C1
470uF
2x9Vrms
C2
COM
0.1uF
C3
- 9V
0.1uF
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
U2
78L08
bulunuz.
V1
OUT
+
IN
C4
10uF
COM
78L05
470uF
C2
C3
0.1uF
C5
0.1uF
COM
C6
10uF
C7
10uF
COM
IN
2x12Vrms
+
C1
V2
OUT
+
+
470uF
+
IN
OUT
V3
+
79L05
COM
Şekil 2.64
IN
OUT
79L08
C8
10uF
V4
65
VS1( tepe ) = VS2 ( tepe ) =
2 x VS1 (rms) =
2 x VS2 (rms) =
2 x 12 V = 16.9 V
VC1 = 16.92V – 0.7V = 16.22 V
VC 2 = - (16.92V – 0.7V) = - 16.22 V
V1 = 8V, V2 = 5V, V3 = - 5V ve V4 = - 8 V
R1 =
V1
8V
=
= 80 
100 mA 100 mA
R2 =
V2
5V
=
= 50 
100 mA 100 mA
R3 =
V3
5V
=
= 50 
100 mA 100 mA
R4 =
V4
8V
=
= 80 
100 mA 100 mA
66
Çıkışları Ayarlanabilen Tümleşik
Gerilim Regülatör Devreleri
LM 317
veya
LM 337
in
adj
LM 317
LM 337
out
ad
j
in
out
(a) Prensip Şeması
(b) LM 317 terminal dizilişi
adj
out
in
(c) LM 337 terminal dizilişi
67
LM317
IN
OUT
ADJ
R1
Vout
Vin
Şekil 2.66 Çıkışı ayarlanabilen pozitif
R2
gerilim regülatörü
Vout = 1.25 x ( 1 +
R2
)V
R1
Örnek 2.21
Şekil 2.67 de verilen devrenin çıkış gerilim değerini bulunuz?
LM317
IN
OUT
R1
220
ADJ
Vin
R2
1k
Vout
Şekil 2.67
Vout = 1.25 x ( 1 +
1000 
R2
) V = 1.25 x ( 1 +
) = 6.93 V
R1
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
IN
OUT
R1
220
ADJ
Vin
R2
2.2k
Vout
Şekil 2.68
Vout = 1.25 V
Vout = 1.25 x ( 1 +
R2
2200 
) V = 1.25 x ( 1 +
) = 13.75 V
220 
R1
1.25 V  Vout  13.75 V
Vin = 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
OUT
R1
220
ADJ
Vin
-15V
R2
Vout
-5V
Şekil 2.70
Çözüm 2.23
-5V = - 1.25 x ( 1 +
4=1+
R2
)
220 
R2
220 
660 =R2
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 ge
elektriksel işaretlerin tepelerini belli bir gerilim seviyesinden kırpmaktadır.
l
e
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
Vout( tepe) =
R2
x Vin( tepe)
R2  R1
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
Vout( tepe) =
b
e
l
i
r
t
e
r
e
k
ç
i
z
i
n
i
z
.
4.7k
R2
x Vin( tepe) =
x 5V = 4.12 V
R 2  R1
4.7k  1k
75
Şekil 2.74 Her iki yarı periyotlarda 0.7V sınırlaması yap
a
n
s
ı
n
ı
r
l a
y
ı
c
ı
Şekil 2.75 Pozitif yarı periyotlarda (Vb + 0.7V) değerinde bir sınırlayıcı
76
Şekil 2.76 Negatif yarı periyotlarda
-
(
V
b + 0.7V) değerinde bir sınırlayıcı
77
Örnek 2.25
a) Şekil 2.77 de verilen sınırlama devresin
b
)
y
a
p
k
a
ç
Ş
ç
e
ı
a
v
k
k
b
ı
i
ş
i
l
o
l
l
2
ı
n
d
m
e
t
.
a
s
o
l
7
7
k
i
m
i
ç
a
l
d
i
i
ş
i
ı
n
d
ı
e
a
g
r
e
t
r
i
ş
i
n
e
u
y
g
u
g
i
l
a
i
ş
n
m
a
s
ı
g
e
r
e
k
e
n
n
n
e
l
e
e
g
k
t
r
i
a
t
k
s
i
f
y
e
l
i
a
r
ş
ı
a
p
r
e
t
l
e
r
e
r
n
ı
i
i
y
o
n
t
t
e
l
a
r
p
d
a
e
s
d
e
ğ
ı
e
n
r
ı
i
r
e
l
a
m
n
a
a
z
?
g
r
i
i
ö
i
n
s
t
o
e
r
s
i
i
l
l
o
e
n
s
k
o
p
r
g
i
ö
r
ü
ş
a
n
r
t
ü
e
t
s
i
ü
n
i
n
n
ü
d
t
e
e
p
v
e
r
e
d
y
e
e
ğ
u
e
r
y
l
e
g
r
u
i
n
l
i
a
n
b
d
e
ı
l
i
ğ
r
ı
t
e
r
e
d
k
ü
ç
ş
i
z
ü
i
n
n
ü
i
z
r
s
e
k
,
d
e
v
r
e
?
78
a) VAK = VA – VK =0.7V olduğundan ve VA = -5V olmasından
dolayı,
VK = VA – VAK = -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 (Va – 0.7 V) değerinden küçük giriş iş
a
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 -Va + 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 (Ryük C) değerinin giriş işaretinin periyodundan en az on kat büyük olması
gerekmektedir.
R yük C  10 .Tin
86
C
+Vp
0
+
D
Ryük
-Vp
Şekil 2.95 Negatif kenetleyici devresi
87
Tin = 1msan
(a) Devrenin kenetleyici olarak çalışabilmesi için, C kondansatörünün minimum değerini
b
(
b
(
c
)
)
u
l
C
D
u
k
e
n
o
v
u
n
r
e
z
d
n
a
i
n
n
s
a
ç
ı
t
k
ö
ı
r
ş
ü
n
i
ş
ü
a
n
r
e
ü
t
i
z
n
e
i
n
r
i
o
n
d
s
e
i
l
k
o
i
s
D
k
C
o
p
g
g
e
ö
r
r
i
ü
l
i
n
m
k
t
ü
s
a
ü
ç
n
v
ü
o
ç
l
t
i
z
d
u
i
n
r
i
?
z
88
10 k x C  (10 x 1 msan)
C 
10 msan
10k
C  1 F
VC = VP – 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