Kısım 2 Diyot Uygulamaları

4.Deney
Diyot Uygulamaları
•AC\DC Güç Kaynakları
•Dalga Şekillendirici Devreler
2.2 AC\DC Güç Kaynakları
VDC
Transformatör
Doğrultma
Devresi
Filtre
Regülatör
Devresi
DC
Çıkış
AC Giriş
VDC
Şekil 2.1 AC\DC güç kaynağını oluştıran blok yapı
2.2.1 Transformatörler
Transformatörler AC giriş gerilimlerini çıkışlarında yükseltirler
veya düşürürler. AC gerilimini çıkışlarında yükselten
transformatörlere “gerilim yükselten transformatör”,
çıkışlarında AC gerilimi düşürenler ise “gerilim düşüren
transformatör” denir. Bu elemanlar bu görevi gerçeklerken,
AC gerilimlerinin frekansını değiştirmezler sadece genlik
değişir.
Primer sargısı
Sekonder sargısı
Gerilimler ve sargı sayıları
arasındaki ilşki, aşağıdaki
ifade ile açıklanmaktadır.
=
Şekil 2.2 Transformatör
(2.1)
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.
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
Şekil 2.4 Sekonderi ortak sargılı transformatörde
gerilimlerin gösterilimi
V
VS1 = VS2 = ST ………………………………………(2.2)
2
Burada vurgulanması gereken bir diğer önemli husus, her iki sekonder gerilimi arasında
180o faz farkı olmasıdır.
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
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
310V
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 = VS2 =
VST 22V
=
= 11V rms dir.
2
2
a. VS1 = VS2 = 11 V rms değe
d
e
ğ
e
r
l
e
r
i
d
e
ş
e
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
ğ
u
r
ü
u
n
n
u
o
r
b
t
a
u
k
l
s
m
ş
u
a
r
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
ğ
e
o
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
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
e
2 x VS 2 (rms)
2 x 11 V = 15.5 V değerinde olur. Bu gerilimlerin dalga şekilleri, Şekil 2.6 da
=
g
u
2.2.2 Doğrultma Devreleri
Girişleri doğrudan transformatör çıkışlarına bağlanan ve çıkışları darbeli
(pulse) sinüzoidal gerilimlerden oluşan devrelere, doğrultma
(rectifiers) devreleri denir
Doğrultma
Devresi
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
i
t3
Vout( tepe) = Vin ( tepe ) - 0.7 V
10V
9.3V
0V
0V
-10V
Vout(tepe) = - Vin(tepe) + 0.7 V
10V
0V
0V
-10V
-9.3V
Burada açıklanması gere
f
a
r
e
y
k
n
a
i
n
d
s
e
ı
ğ
i
e
l
ç
e
r
l
e
ı
r
ı
k
d
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
ı
d
v
r
r
e
b
e
.
k
B
i
a
r
n
n
a
ş
o
s
ı
k
a
Tout 
k
v
t
a
e
b
,
y
i
r
y
a
a
g
d
i
e
y
r
i
i
1
i
fout
s
e
ı
r
,
ş
m
d
ş
i
l
ş
a
a
l
t
e
g
a
i
n
d
i
ğ
o
n
p
r
e
u
r
l
i
y
m
o
a
d
d
u
e
i
l
v
e
r
e
ç
l
ı
e
r
ı
k
ş
i
n
d
i
ş
e
a
g
r
e
i
t
i
r
n
ş
i
i
i
n
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.
ş
p
a
r
e
e
r
i
t
y
i
o
n
i
d
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.
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
Şekil 2.14
470 Ohm
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
9.65V
I ort = ort =
= 20.5 mA
R L 470
b) Port= Vort x Iort =9,65 x 20,5=197,83 mW
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.
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
Vout( tepe ) = VS1( tepe ) - 0.7 V = VS2 ( tepe ) - 0.7 V
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
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
(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.
Köprü Tipi Doğrultma Devreleri
D4
D1
D3
D2
Ryük
Önemli Hususlar:
Vout( tepe ) = VS ( tepe ) - 1.4 V
köprü tipi tam dalga doğrultma devrelerinde ters tepe gerilimi
VPIV = Vout( tepe)
Örnek 2.7
Şekil 2.28 de verilen devrenin primer gerilimini dikkate alarak, yük direnci üzerindeki
gerilimin Vout osiloskop görüntüsünü çiziniz?
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
D4
D1
D3
D2
Ryük
Şekil 2.30 Köprü tipi negatif tam dalga doğrultma devresi
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
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
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 =
2xVtepe

= 
2x11.7 V
= - 7.45 V

V
7.45V
Iort  ort = 
= - 22.58 mA
R yük
330
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 =
2xVtepe

2x11.7 V
= 
= - 7.45 V

V
7.45V
Iort  ort = 
= - 22.58 mA
R yük
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.
2.2.3 Filtre Devreleri
Doğrultucu devrelerin çıkışlarındaki gerilimi DC gerilime yaklaştırmak
için filtre devreleri kullanılır.
Vr : Dalgalılık gerilimi
Dalgalılık geriliminin değeri (ripple) ne kadar küçük olursa, filtre
devresinin kalitesi de artmaktadır.
Kapasitörlü filtre devreleri tek bir adet elektrolitik kondansatörün
kullanılması ile oluşmaktadır.
Bir filtrenin kalitesi, aşağıda ifade edilen faktörle
ölçülmektedir. Burada r sembolü ile ifade edilen faktöre
“dalgalılık faktörü” (ripple) denmektedir.
Vr
r
x100%
VDC
Vr (tepetepe)
VDC
Sizce hangisi iyi?
r1=2%, r2= 3%, r3=0.1%
Sizce hangisinde kondansatör değeri daha büyüktür?
• 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
0V
Kapasitörlü Çıkış
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
220V 10
=
1
VST
220
= 22 V rms
10
VS ( tepe ) = 2 x 22 V = 31 V olarak bulunur.
VST =
Vout( tepe) = VS ( tepe ) - 1.4 V
Vout = 31V – 1.4V = 29.6V
29.6V
29.6
V
0V
0V
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
D2
Şekil 2.50
DC V
Ryük
330
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
R yük
330 
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.
Zener Diyotlu Gerilim
Regülatörleri
Tümleşik Devre (Entegre) Gerilim
Regülatörleri
Sabit Çıkışlı Tümleşik Gerilim
Regülatörleri
(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
olmalıdır.
5V + 2V = 7V
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
D2
1N4001
C2
COM
0.1uF
C3
0.1uF
- 9V
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
LM317
IN
OUT
ADJ
R1
Vout
Vin
Şekil 2.66 Çıkışı ayarlanabilen pozitif
R2
gerilim regülatörü
Vout = 1.25 x ( 1 +
Örnek 2.21
R2
)V
R1
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 +
R2
1000 
) V = 1.25 x ( 1 +
) = 6.93 V
R1
220 
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
ç
e
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
.
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
V
x
V =
x
R2
x Vin(tepe)
R2 +R1
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
Vout( tepe) =
d
e
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
R2 + R1
4.7k + 1k
Şekil 2.75 Pozitif yarı periyotlarda (Vb + 0.7V) değerinde bir sınırlayıcı
Örnek 2.25
a. Şekil 2.77 de verilen sınırlama devresinin negatif yarı periyotlarda
sınırlama yapabilmesi için girişine uygulanması gereken elektriksel
işaretlerin tepe değeri en az kaç volt olmalıdır?
b. Şekil 2.77 de gösterilen giriş işaretinin devreye uygulandığını
düşünürsek, devre çıkışındaki işaretin osiloskop görüntüsünü tepe
değerlerini belirterek çiziniz? (Vd=0.7V)
a) VAK = VA – VK =0.7V olduğundan ve VA = -5V olmasından
dolayı,
VK = VA – VAK = -5V-0.7V = -5.7V olmalıdır.
b)
Şekil 2.79 Pozitif ve negatif sınırlayıcı
Şekil 2.82 Gerilim bölücülerle gerçekleştirilmiş polarmalı sınırlayıcılar
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
Şekil 2.86 -Va + 0.7 V değerinden büyük giriş işaretlerini sınırlayan devre
v
r
e