Deneyin Amacı

Deneyin Amacı:
Deneyde doğrultucu, filtreleyici ve regülator devrelerinin kurulmasının amacı
ortalama değeri sıfır olan alternatif şehir geriliminden, ortalama değeri sıfırdan
farklı ve değeri sabit bir doğru gerilim elde etmektir. Bir doğru gerilim besleme
kaynağının yapılmasının sebebi ise tüm elektronik devrelerin böyle bir
besleme kaynağına ihtiyaç duymasıdır.
Deney Ölçümleri ve Bu Ölçümlerin Yorumlanması:
Tek Yollu Doğrultucu:
Deney föyünde Şekil 4'te görülen A anahtarı açık iken devre tek yollu
doğrultucu olarak çalışmaktadır. Tek yollu doğrultucuya ilişkin ölçümler bu
şekilde yapılmıştır. Yük direnci olarak da birbirine seri bağlı bir ayarlı direnç ile
5.5Ω'luk bir direnç kullanılmıştır.
Yük direncinin değeri değiştirilip üzerinden akan akım 100mA olarak
ayarlandıktan sonra direncin uçlarındaki gerilimin osiloskopta gözlenen dalga
şekli aşağıdaki gibidir:
Yük direncini oluşturan parçalardan 5.5Ω'luk direncin uçlarındaki gerilimin
direncin değerine (5.5Ω) bölünmesi sonucunda elde edilen akım şekli ise
şöyledir:
Gerilim ve akım şekillerinde, gerilim veya akım değerinin 20ms'lik periyotlarla
kendini tekrarlaması ve bir yarı periyotta tepe değerine ulaşıp diğer yarı
periyotta sıfır değerinde bulunması tek yollu doğrultucuda gözlenmesi
gereken özelliktir. 20ms'lik periyotlar şehir elektriğinin 50Hz'lik frekansından
kaynaklanmaktadır. Bu periyotun 10 ms'lik bir yarısında doğrultucu görevi
gören diyot iletim yönünde kutuplanmakta ve yük direncinin uçlarında görülen
gerilim ve akım değerleri tepe noktasına ulaşmaktadır. Diğer yarı periyotta ise
diyot tıkama yönünde kutuplanmakta ve dolayısıyla yük direncinin uçlarındaki
gerilim ve akım değerleri sıfıra çok yakın olmaktadır.
Çift Yollu Doğrultucu:
Şekil 4'te görülen A anahtarı kapatıldığında devre çift yollu doğrultucu görevi
görmektedir. Bu ölçümler de yukarıda anlatıldığı gibi 5.5Ω'luk bir direnç ile
ayarlı direncin seri olarak bağlanması ile oluşturulmuştur.
Çift yollu doğrultucu için de tek yollu doğrultucu için yapılan ölçümler
tekrarlanmıştır. Yük direncinin değeri değiştirilip üzerinden akan akım 100mA
olarak ayarlandıktan sonra direncin uçlarındaki gerilimin osiloskopta gözlenen
dalga şekli aşağıdaki gibidir:
Yük direncini oluşturan parçalardan 5.5Ω'luk direncin uçlarındaki gerilimin
direncin değerine (5.5Ω) bölünmesi sonucunda elde edilen akım şekli ise
şöyledir:
Gözlenen dalga şekilleri yine çift yollu doğrultucu için beklenen dalga
şekillerine uygun çıkmıştır. Tek yollu doğrultucudan farklı olarak, şehir
elektriğinin 10ms'lik her iki yarı periyodunda da yük direncinin uçlarında
gerilim ve akım şekillerinin gözlenmesinin sebebi, her iki yarı periyotta da bir
diyodun iletim ve diğer diyodun tıkama yönünde kutuplanmasından
kaynaklanmaktadır.
Çift yollu ve tek yollu doğrultucular için yük direncinin uçlarındaki gerilimin
tepe noktalarının değişmemesi normaldir. Çift yollu doğrultucuda yük
direncinin üzerinden akan akımın 100mA olması için ayarlı direnç değerinin
artırılmasına bağlı olarak, 5.5Ω'luk küçük direncin uçlarındaki akımın tepe
noktasının yarılanması da doğaldır.
Besleme Düzeneğinin İç Direnci:
Bir besleme düzeneğinin iç direnci, besleme kaynağının yük direnci üzerinden
akıtabileceği akım değerini doğrudan etkiler. Besleme kaynağının iç direnci
arttıkça yük direnci üzerinden akıtılabilecek maksimum akım değeri azalır.
Şekil 4'teki devrenin Şekil 5'teki gibi ele alınması ve besleme düzeneğinin
eşdeğer iç direncinin bulunması için ölçümler yapılmıştır. Tek yollu doğrultucu
içeren besleme düzeneği için yapılan bu ölçümler aşağıdaki tabloda
verilmiştir:
Çıkış Akımı
50mA
250mA
Yük Direnci Gerilimi
8.75V
8.25V
(Tek Yollu Doğrultucu)
Bu ölçüm değerlerinin ikisi için de Kirchoff çevre yasası yazılıp, iki bilinmeyenli
iki denklem protokol kağıdında görüldüğü gibi birlikte çözülürse tek yollu
doğrultucu içeren besleme düzeneğinin iç direnci Rg=2.5Ω olarak bulunur.
Çift yollu doğrultucu içeren besleme düzeneği için yapılan ölçümler de
aşağıdaki tabloda verilmiştir:
Çıkış Akımı
100mA
500mA
Yük Direnci Gerilimi
17V
16.5V
(Çift Yollu Doğrultucu)
Tek yollu doğrultucu için yapılan hesaplamanın benzeri çift yollu doğrultucu
için protokol kağıdında görüldüğü gibi tekrarlanırsa, çift yollu doğrultucu içeren
besleme düzeneğinin iç direnci Rg=1.25Ω olarak bulunur.
Tek yollu bir doğrultucu içeren besleme düzeneğinin iç direncinin doğrultucu
çift yollu hale getirildiğinde yarılanması, çift yollu doğrultucu içeren besleme
düzeneğinin çıkışında besleyebileceği maksimum akım değerinin artması
anlamına gelmektedir. Gerçekten de deney sırasında Şekil 4'teki A
anahtarının açılıp kapanması sırasında sabit yük direnci üzerinden akan
akımın bir anda iki katına çıktığı ya da yarıya düştüğü gözlenmiştir.
Transformatörün sekonder gerilimi:
Yük akımının tek yollu doğrultucuda 250mA, çift yollu doğrultucuda 500mA
olduğu durumlarda transformatörün sekonder geriliminin efektif değeri
ölçülmüştür. Her iki durumda da gerilimin efektif değeri 40V olarak
ölçülmüştür. Transformatörün sekonder geriliminin primer gerilimi ve sargı
sayılarına bağlı olduğu düşünülürse, doğrultucudaki yol sayısı ile sekonder
geriliminin değişmemesi normaldir.
Diyotların Ters Çevrilmesi:
Şekil 4'te görülen devrede diyotlar ters çevrilerek yük direncinin uçlarındaki
gerilimin dalga şekilleri osiloskopta izlenmiştir. Bu durumda, daha önce verilen
dalga şekillerine göre değişen tek şey akım ve gerilimin yönüdür; diğer bir
deyişle akım ve gerilimin sadece işareti tersine dönmüştür. Bu yön
değişikliğinin sebebi de diyotların ters çevrilmesi ile akıttıkları akım yönünün
değişmesidir.
Zener Diyotlu Gerilim Regülatörü:
Besleme kaynağının ürettiği çıkış geriliminin giriş gerilimine bağlı olarak
değişmemesi için gerilim regülatörlerine ihtiyaç duyulur. Deneyde Şekil 11'de
görülen zener diyotlu gerilim regülatörü kurulmuş ve ölçümler yapılmıştır.
Bu devrede yük akımı 100mA ve 500mA olarak ayarlandığı iki durumda çıkış
geriliminin dalga şekilleri osiloskopta izlenmiştir. Şekiller aşağıda verilmiştir:
Regülasyon etkisinin görülmesi amacıyla yük akımının değişik değerleri için Vi
ve Vo gerilimleri ölçüldü. Ölçümler aşağıdaki tabloda görülmektedir:
Yük Akımı
50mA
250mA
500mA
Vi
26.5V
26.5V
24.5V
Vo
15.5V
15.5V
15.5V
Görüldüğü gibi yükün çektiği akımın artırılması çıkış geriliminin değerini
etkilememektedir. Bu sağlayan devre elemanı zener diyodudur. Zener diyodu
sayesinde çıkış gerilimi, diyodun çalışma bölgesi değişmediği sürece, giriş
gerilimi ve yük akımındaki değişimlerden etkilenmemektedir.
Yük akımının artışı çıkış geriliminin dalgalılığını, dalgaların tepe noktasını
yükselterek, artırmaktadır. Çıkış gerilimindeki dalgalılığın frekansı şebeke
geriliminin frekansına doğrudan bağlıdır; çizimlerde de görüldüğü gibi çıkış
geriliminin frekansı şebeke geriliminin frekansının iki katıdır.
Şekil 11'deki devrede görülen zener diyot için Vz=15V ve iletimdeki tranzistor
için VBE=0.6V olarak alınarak Vo çıkış geriliminin 14.4V değerinde olması
beklenmekteydi. Ölçüm sonucundaki 1V'a yakın farklılığın zener diyodun Vz
değerinin tam 15V'a eşit olmamasından kaynaklandığı düşünülmektedir.
Sonuç:
Deneyde tek yollu ve çift yollu doğrultucu devreleri ile zener diyotlu bir gerilim
regülasyon devresi kuruldu. Çift yollu doğrultucu içeren besleme düzenlerinin
iç direncinin tek yollu doğrultucu içeren besleme düzenlerinin iç direncinden
daha az olduğu ve çıkışında daha büyük akım besleyebildiği gözlendi. Zener
diyotlu gerilim regülatörünün, çıkış gerilimini giriş gerilimi ve çıkış akımından
etkilenmeyecek biçimde sabitlediği ve bir besleme kaynağının çıkış katında
kullanmaya uygun bir düzen olduğu gözlendi.
Bir besleme kaynağı yapmak için gereken elektronik düzenlerin kurulduğu ve
bu düzenler üzerinde birçok ölçüm yapılan bu deney çok yararlı ve öğretici bir
deney oldu. Yapılan gözlemler ve ölçümler, teorik bilgilerin işaret ettiği yönde
oldu ve teorik bilgilerin pekiştirilmesini sağladı.