V dc

Devrenin Genel Şeması:
Devre Elemanları :
• 220/30 V’luk Transformatör
• Köprü tipi diyot D1=B80 C5000/3300
• C1=2200µf / 63V elektrolitik kondansatör
• D1=30V zener diyot
• Transistorler:
T1 =2N3055 , T2=T4=BD139 , T3=BC141
• Direçler :
R1=1K5 (2W) , R2= 470 , R3=680 , R4=22 , R5=120 , R6=1K (2W)
• 5mm Kırmızı LED
Devrenin Genel Çalışma Prensibi :
Elektronik cihazlar harcadıkları güçlere göre farklı akımlara ihtiyaç duyarlar.
Örneğin; bir radyo veya amplifikatörün hoparlöründen duyulan ses şiddetine göre
devrenin güç kaynağından çektiği akım değişir. Güç kaynağından çekilen akımdaki
değişme ise gerilimin devamlı değişmesine neden olur.
Regüleli güç kaynakları, çekilen değişik akımlarda ve şebeke gerilimindeki
değişimlerde çıkış gerilimi sabit olan kaynaklardır.
Devrenin çalışma prensibinin açıklaması:

Şebekeden alınan 220V’luk gerilimi transformatör yardımıyla 30V’a
düşürülür,

Diyot köprüsü yardımıyla akım tek yönlü geçmektedir.

Kondansatörün devredeki faktörü ise, gerilimin sabit bir değerde kalması için
filtreleme görevi yapmaktadır,

Potansiyometre yardımıyla T3 transistörün Ib akımı altırılıp azaltarak gerilim
ayarlanması yapılır,

Led devrede gerilimin olup olmadığını anlamak için bir sinyal görevi yapar.
Ona bağlı seri direnç ise led’ in yanmaması için kullanılmıştır.
Transformatör (AC/AC dönüştürücü) Kısmı :
Transformatörün tanımını şu şekilde yapabiliriz: Alternatif akımın frekansını
değiştirmeden, gerilimini alçaltmaya veya yükseltmeye yarayan elektro manyetik
indüksiyon yoluyla çalışan makineye transformatör denir.
1
Doğrultma Devresi (AC/DC Dönüştürücü) Kısmı :
AC gerilimi DC’ye çeviren devreye dogrultma devresi denir. Diyot ile oluşturulan
doğrultucu devreleri, girişindeki alternatif akımın bir alternansını kırparak çıkışa
verirler. Çıkışta tek yönlü dalgali (ripple) bir akım elde edilir. Yarım dalga doğrultma
devresi ve Tam dalga doğrultma devresi iki alt gruba ayrılır.
Bu projede tam dalga doğrultma devrei kullanılmıştır.
Doğrultulmuş tam dalga 2 yöntem ile elde edilebilir:
1) İki diyotlu (orta uçlu)
2) Köprü Diyot
Köprü Diyot :
Transformatörün sekonderine dört adet diyotun (veya köprü diyot) bağlanmasıyla
yapılan, çıışında tek yönlü alternans elde edilen devreye köprü tipi tam dalga
doğrultucu devresi denir.
Orta uçlu tam dalga doğrultmaç devresinde transformatör orta uçlu (simetrik çıkışlı)
iken, köprü tipi tam dalga dogrultmaç devresindeki transformatörde orta uç yoktur.
Yükarıdaki sekilde görüldüğü gibi üst uçta pozitif alternans varken alt uçta negatif
alternans vardır. Bu durumda D1 ve D2 diyotları iletimde ve D3 ve D4 diyotları
yalıtımdadır. Sekonderin üst ucundan çıkan akım D1, yük direnci ve D2 diyodu
üzerinden geçerek sekonderin alt ucundan devresini tamamlar.
Üst uca negatif alternans geldiğinde alt uçta pozitif alternans olur. Bu durumda D3 ve
D4 diyotları iletimde, D1 ve D2 diyotlari yalıtımdadır. Sekonderin alt ucundan çıkan
akım D3, yük direnci ve D4 diyotu üzerinden geçerek sekonderin üst ucundan
devresini tamamlar. Görüldügü gibi devrede diyotlar ikişerli olarak iletime geçerler.
Çıkışta sadece pozitif alternanslardan oluşan dalgalı DC gerilimi elde edilir.
2
Filtre Devresi (Kondansatörlü) Kısmı :
Filtre devreleri doğrultucu çıkışındaki nabazanlı DC gerilimini tam DC gerilimine
çevirmek için kullanılır. Doğrultulmuş işaretin ortalama değerini arttırma amaçlı
olarak, doğrultucu çıkışına, gerilim değeri AC sinyalin tepe değerinin daha üzerinde
olan bir kondansatör bağlanır. Yüksek frekanslı giriş işareti için ise daha büyük
değerli bir kondansatör kullanılmalıdır. Aksi durumda filtreleme işlemi gerçeklenmez.
Doğrultulmuş gerilim tepe değerine eriştiği anlarda kapasitör şarj edilir. İki tepe
değeri arasında, kapasitör deşarj süresi sabiti RC olduğundan, dalgalanma büyüklüğü
daha büyük bir kondansatör kullanılarak azaltılabilr.
Devrede 2200uF’lık kondansatör kapasitesi çok yüksek olduğundan çıkış gerilimi
osiloskop ile gözlemdiğimizde gözle görülemeyecek kadar küçük dalgalanma var ve
çıkış gerilimi tamamen doğrultmuş gibi düz bir çizgi halinde ( Mavi çizgi)
görünmektedir.
Kondansatörün devredeki filtreleme görevi daha iyi anlaşılması üzere ben 10uF’lık bir
kondansatörü bağlayarak çıkış gerilimin grafiğini elde ettim:
3
Filtre işlemine tabi tutulmuş işaretin tepe dalgalanmasının genliği:
∆V =
𝑽𝒎
𝟐𝒇𝑹𝑪
R – Yük direnci
F – Frekans değeri
C – Kondansatör değeri
Vm – İşarete ait gerilim tepe değeri
( Because the rectifier output voltage is full-wave, C discharges for approximately
only half as long as in the half-wave case. Thus, for a given ripple voltage, only half
the capacitance is required ( all other parameters being equal.) That is, the factor of 2
appears in denominator.
∆V = 30 / (50)(1500)(0.0022) = 0.090
DC işaretin genliği:
Vdc = Vo = Vm - ∆V = Vm . ( 1 -
𝟏
𝟐𝒇𝑹𝑪
)
Vdc = 30 – 0.090 = 29.91
Dalgalılık faktörü:
r = ∆Vef / Vdc =~ (∆V / √𝟑 ) / Vdc =~
r = 0.090 / 29.91 = 0.003
4
𝟏
𝟐√𝟑𝒇𝑹𝑪
Regüle Devresi (Zener Diyotlu) Kısmı :
Filtre devresi çıkışında elde edilen DC gerilimde az da olsa dalgalanmalar vardır.
Ayrıca, doğrultma ve filtre işlemi ne kadar iyi olursa olsun iki nedenden dolayı filtre
devresi çıkışındaki DC gerilim ve akım değişir.
a- DC çıkış gerilimi ve akımı sabit iken yük değişirse DC çıkış gerilimi de değişir.
b- Yük sabit iken şebeke gerilimi değişirse DC çıkış gerilimi de değişir.
Gerilim kararlılığı istenen tüm devrelerde yük akımın ve geriliminin kesinlikle
değişmemesi istenir. Bu amaçla regüle devreleri kullanılır.
Regülatör:
Zener diyotlar özel yapılı silisyum diyotlardır. Doğru polarizasyonda normal diyot
gibi çalışırlar. Uçlarındaki gerilim arttıkça içlerinden geçen akım da artar. Ters
polarizasyon altında ise eşik geriliminin (Vzener) altında μA’ler seviyesinde kaçak
akımlar geçirirler ki bu akımlar ihmal edilebilir. Diyot uçlarındaki gerilim kırılma
gerilimine ulaştığında diyottan geçen akım hızla artmaya başlar.
Kırılma noktasında akımda meydana gelen hızlı artış, zenere bir direnç bağlandığında
zener uçlarındaki gerilimin pratik olarak kırılma gerilimine eşit kalmasını sağlar.
Bu nedenle zener diyot devrede ters polarizasyon altında ve bir ön dirençle çalıştırılır.
Bu direnç zener diyodun akımını sınırlayan ve gerilim düşümü yapan koruma
direncidir.
Bu devrede giriş gerilimi ile zener geriliminin farkı direnç üzerinde düşer. Zenerden
maksimum 5mA’lik akım geçtiği varsayılırsa direnç gerilimi bu akıma bölünerek
direncin minimum değeri hesaplanır. Bu değerden daha küçük direnç kullanılırsa
zenerden geçen akımın artmasına dolayısıyla zenerin yanmasına neden olur.
5
Gerilim Ayar Kısmı:
Bu kısımda potansiyometre yardımıyla T3 transistörünün beyzine giren Ib akımını
ayarlamak suretiyle T3 transistörün Ie akımı artar ve çıkıştaki gerilim de buna bağlı
olarak artar.
6
Kullanılan Transistörler:
T1 : BC141 – NPN – Silicon
IC = 1A
IB = 0.1A
VCE0 = 60 V
T2 = T4 : BD139 – NPN – Silicon
IC : 1.5 A
IB : 0.5 A
VCE0 = 80 V
T3 : 2N3055 – NPN – Silicon
IC = 15A
IB = 7A
VCEO = 60V
Devre analizleri:
Darlington bağlantısı:
Darlington bağlantısı ya da Darlington çifti, aynı tür iki ya da üç BJT'nin (Bipolar
Jonksiyonlu Transistör) birbirlerine doğrudan bağlanmaları ile oluşturulan elektronik
devre yapısıdır. Sidney Darlington tarafından 1953 yılında Bell Laboratuvarı'nda
Darlington bağlı iki transistör yüksek kazançlı tek bir transistör gibi davranır. Yeni
bağlantıdaki 1.transistör iletken ise 2.transistör de iletken,eğer yalıtkansa 2.transistör
de yalıtkandır.
 Kazancı çok yüksektir.
 Giriş direnci çok yüksektir.
 Isınma riski yok denecek kadar azdır.
7
Potansiyometre ile Çıkış gerilim arasındaki bağınıtı:
Denklemi daha kolay elde edebilmek için R1 direnci hısaba katmadım ve Thevenin devresinde Vth 30 V
Zener diyodun gerilimine göre hesapladım:
Thevenin Devresi: Rpot direnci R1 ve R2 olarak iki dirence ayırdım:
Eşdeğer devresi :
Gerilim kazançları: β1 = 10 , β2 = 3 , β3 = 2.14
Ic1 = β1 . Ib1 = (10)Ib1
IE1 = IC1 + Ib1 = (11)Ib1
IE1 = Ib2
Ic2 = β2 . Ib2 = Ib2 = (3)(11)Ib2 = (33)Ib1
IE2 = Ic2 + Ib2 = Ib3 = (33)Ib1 +(11)Ib1 = (44)Ib1
Ic3 = β3 . Ib3 = (2.14)Ib3 = (2.14)(44)Ib1 = (94.16)Ib1
IO = Ic3 + Ib3 = (94.16)Ib1 + (44)Ib1 = (138.16)Ib1
IO = (138.16)Ib1
VO = Ryük . IO
VO = (1K)(138.16)Ib1
R1+R2 = 10KΩ
R1= 10K-R2
Vth = 30.(
𝑅1
)
𝑅1+𝑅2
10𝐾−𝑅2
Vth = 30.( (10𝐾−𝑅2)+𝑅2)
Vth = 30 –(
30𝑅2
10𝑘
)
-Vth + Ib1.(R1//R2 + 470 ) + 0.7 = 0
Ib1 =~ I(R1//R2)
(
(
30𝑅2
10𝑘
30𝑅2
10𝑘
) – 30 +Ib1.(
𝑅1.𝑅2
+470) +0.7 =0
𝑅1+𝑅2
(10𝑘)𝑅2−𝑅2.𝑅2
) – 30 +Ib1. (
𝑅1+𝑅2
+ 470) + 0.7 = 0
Ib1 =
(29.3)(10𝑘)−(30)𝑅2
𝑅2−𝑅2.𝑅2+(470)(10𝑘)
VO = (1k)(138.16)Ib1
8
Kısa Devre Koruma Kısmı:
Devreyi aşırı yük akımından korumak için R4 ,R5 direçleri ve T4 trasistörü
kullanılmıştır. Burada esas görev R4 direnci üzerindedir. T4’ün Vbe gerilimi bu
direncin üzerine düşen akım sayesinde oluşur. T4 transistörünü iletime geçirir ve
devreyi aşırı yük akımından korur.
Yükarıda sayısal bir örnekte de görüldüğü gibi, VBE = 0.66 bu durumda T4 transistörü
devreye girmiyor ( VBE 0.7’den daha küçük ). Eğer daha büyük bir akım geçerse ve
VBE gerilimi o zaman T4 transistörü de akım geçirir ve geçen akım devreye zarar
vermemesi için 470Ω’luk dirençte kontrol edilir.
9
Pratik ölçüler:
VŞebeke
VTrafo.
Max. Vçıkış
1.5k
2W direnç max.
Min. akım AC
Max. akım AC
Max. akım DC
Min. akım DC
Pratik değerler
30
27
28.6
3-5V
20mA
9mA
42mA
30mA
6.5mA
10
Simülasiyon değerler
30
30
24.6
2.14V