deney no : 4 dđyotların doğrultucu devrelerde kullanılması
advertisement
DENEY NO : 4 DĐYOTLARIN DOĞRULTUCU DEVRELERDE KULLANILMASI Bu deneyde, diyotun temel kullanım alanlarından biri olan doğrultucu devreleri tanıtmak ve çalışmalarını pratik olarak anlatmak, birbirlerine olan üstünlüklerinin ve farklarının gösterilmesi amaçlanmıştır. I- KURAMSAL AÇIKLAMALAR 1. Yarım Dalga Doğrultucu Doğrultucuların en temeli şekil.1’ de görülen yarım dalga doğrultucudur. Giriş sinyalinin sadece pozitif yarım periyotlarını çıkışa aktarmak amacıyla kullanılır. Giriş sinyalinde 0-t1 aralığında A ucu B ucuna göre pozitif, t1-t2 aralığında A ucu B ucuna göre negatif olur. Vi=VmSinwt Şekil.1 0-t1 aralığında ; A ucu pozitif olduğu için diyotun anodu da pozitif olur, B ucu negatif olduğundan diyotun katodu da negatif olur. diyotun anodu, Böylece 0-t1 aralığında katoduna göre pozitif olduğundan diyot üzerinden akım geçer ve RL yük direnci üzerinde giriş sinyalinin aynısı görülür. a) b) Vort t1-t2 aralığında ; (yani şekil.1’ deki devreye göre + ve – uçlar yer değiştirdiğinde) A ucu B ucuna göre daha negatif olduğu için diyotun anodu da katoduna göre negatif olur ve diyot üzerinden akım akmaz ve böylece RL yük direnci üzerinde bir gerilim oluşmaz. Şekil.2.b’ deki yarım dalga doğrultucu devre çıkış işaretinin ortalama değeri aşağıdaki gibi hesaplanmaktadır. c) Şekil.2 a) Giriş işareti b) Çıkış işareti c) Diyot üzerine düşen gerilim T t V 1 2 1 Vort= ∫ Vi (t )dt = ∫ Vm Sinwtdt = m π T 0 t2 0 Ters kutuplamada diyot üzerine –VmSinwt işareti düştüğü için, yarım dalga doğrultucuda diyot seçimi yaparken diyotun ters yönde kırılma geriliminin Vm’ dan büyük olmasına dikkat edilmelidir (Vbr>Vm). 1 2. Tam Dalga Doğrultucu Tam dalga doğrultucular giriş sinyalinin her iki yarım periyodu için de doğrultma işlemini gerçekleştirirler. Dikkatli incelenecek olursa iki tane yarım dalga doğrultucudan oluştuğu görülebilir. Şekil.3’ deki devrede V1=V2=VmSinwt dir. 0-t1 aralığında ; A ucu pozitif olduğu için D1 diyotu üzerinden akım geçirerek iletime geçer. Aynı aralıkta B ucu negatif olduğu için D2 diyotu üzerinden akım geçirmez, kesimdedir. Şekil.3 t1-t2 aralığında ; (yani şekil.3’ deki devreye göre + ve – uçlar yer değiştirdiğinde) A ucu negatif olduğu için D1 diyotu üzerinden akım geçirmez, kesimdedir. Aynı aralıkta B ucu pozitif olduğu için D2 diyotu iletime geçerek, üzerinden akım geçirir. Böylece 0t1 aralığında D1 diyotu, t1-t2 aralığında D2 diyotu iletimdedir. Bu durumda RL yük direnci üzerinden her iki aralıkta da aynı yönde akım aktığından, giriş sinyalinin her iki yarı periyodu da doğrultulur. a) b) Şekil.3’ deki devrede, çıkış işaretinin ortalama değeri aşağıdaki gibi hesaplanır. c) Vort Vort = d) e) Şekil.4 a) ve b) Giriş işaretleri c) Çıkış işareti d) D2 diyotu üzerine e) D1 diyotu üzerine düşen gerilim Vort = t t2 T 1 1 1 = + ( ) V t dt V Sinwt Vm Sinwt i m ∫ ∫ ∫ T0 t 2 0 t1 2Vm π D1 diyotu iletimde, D2 diyotu kesimde iken, D2 diyotunun anodunda –VmSinwt işareti, katodunda da VmSinwt işareti vardır. Böylece diyot üzerindeki gerilim farkı VD2=VA-VK= -2VmSinwt olur. Aynı şekilde D2 diyotu iletimde, D1 diyotu kesimde iken, D1 diyotu üzerindeki gerilim VD2=VmSinwt olur. Bu tip doğrultucularda diyot seçimi yapılırken ters yönde kırılma geriliminin 2Vm’ den büyük olmasına dikkat edilmelidir (Vbr>2Vm). 2 3. Köprü Doğrultucu Şekil.5 Şekil.6 a)0-t1 aralığında D1-D2 iletimde b)t1-t2 aralığında D3-D4 iletimde Bu tip doğrultucular tam dalga doğrultucular gibi giriş sinyalinin her iki yarı periyodu için doğrultma işlemini gerçekleştirirler. Vi=VmSinwt. a) Giriş işaretinin pozitif yarı periyodunda yani 0-t1 aralığında ; D1 ve D2 diyotları iletimde, D3 ve D4 diyotları kesimdedir (şekil.6.a). t1-t2 aralığında ; D1 ve D2 diyotları kesimde, D3 ve D4 diyotları iletimdedir (şekil.6.b). Vort b) c) Tam dalga doğrultucuya göre avantajı tek çıkışlı trafo kullanılmasıdır. Ayrıca kullanılan diyotlar ters kutuplamada (kesimde iken) 2Vm’ a değil, Vm’ a maruz kalacaklardır. Yani diyotları seçerken ters yönde kırılma gerilimlerinin Vm’ dan büyük olmasına dikkat edilmelidir (Vbr>Vm). Şekil.5’ deki devrede, çıkış işaretinin ortalama değeri aşağıdaki gibi hesaplanır. V ort d) t t2 T 1 1 1 = ∫ V i (t )dt = V m Sinwt + ∫ V m Sinwt T 0 t 2 ∫0 t1 Vort = Şekil.7 a) Giriş işareti b) Çıkış işareti c) D3 ve D4 diyotları üzerine d) D1 ve D2 diyotları üzerine düşen gerilim 2Vm π 3 4. Doğrultucu Kullanarak DC Gerilimin Elde Edilmesi Şekil.9 a)Giriş işareti b)Çıkış işareti Şekil.8 Şekil.8’ de, bir yarım dalga doğrultucunun çıkışına paralel olarak, uygun değerli bir kondansatör bağlayarak elde edilen doğrultucu tipi gösterilmiştir. Diyottan akım geçtiği zamanlarda (iletimde iken) yani 0-t1 aralığında akım hem RL yükünü besler, hem de C kondansatörünü Vm’ a kadar doldurur. Diyotun kesimde olduğu t1-t2 aralığında C kondansatöründe biriken elektrik yavaş yavaş RL yükü üzerinden deşarj olur. Bu deşarj süresi kapasitenin ve yük direncinin değerine bağlıdır. Böylece t1-t2 aralığında RL yükünü kondansatör beslemiş olur. Giriş işareti tekrar + alternansa geldiğinde, diyot iletime geçtiğinden kondansatör tekrar Vm’ a kadar dolar. Sürekli halde çıkış bu şekilde devam eder.Yarım dalga doğrultucu çıkışına kondansatör takılarak oluşturulan şekil.8’ deki devrenin çıkışının ortalama gerilim değeri, şekil.1’ deki devrenin çıkışının ortalama gerilim değerinden daha büyük bir ortalama değere sahiptir. Vr : ripple (dalgalanma=Vo çıkış geriliminin tepeden tepeye dc gerilimi). r : ripple faktörü Vr =Vomax −Vomin Vr = Vm e − ta / RC − Vm e − tb / RC = Vm − Vm e − tb / RC Vr = Şekil.10 Vm T RL C Vort =Vdc =Vm − , r= Veff Vdc VT Vr T =Vm − m =Vm1− R C 2 2RLC 2 L Şekil.11’ de, bir tam dalga doğrultucu çıkışına, paralel olarak eklenen bir kondansatör ile elde edilen, dc gerilimin çıkış işareti görülmektedir. 4 Şekil.11 II- ÖN HAZIRLIK 1. Aşağıda verilen devrenin girişine Vi =VmSinwt V işareti uygulanıyor. Devrenin çıkış gerilimi olan Vo’ ı , aşağıdaki diyot modelini göz önünde bulundurarak çiziniz. 2. Doğrultucu devreler nerelerde kullanılır? 3. Teorik bilgilerde verilen köprü doğrultucu devresinde kullanılan diyotların üzerindeki gerilimlerin dalga şekillerini çiziniz. 4. Doğrultucu çıkışlarında hangi filtreler, ne amaçla kullanılır (en az dört filtreden bahsediniz)? III- DENEYDE KULLANILAN MALZEMELER 4x1N4001 diyot, 10µF ve 22µF kondansatör, 1KΩ (3 Adet) ve 10KΩ direnç. 5 IV- DENEYĐN YAPILIŞI 1. Vi ; T/D= a. Yandaki devreyi kurunuz. Devrenin girişine 10Sin2π1000t V Vo dalga şekillerini osiloskopta işaretini uygulayınız. Vi, gözlemleyip, çiziniz. (Grafikleri çizerken karşılaştırabilme açısından V/D ve T/D kademelerinin aynı olmasına dikkat ediniz). b. Çıkan grafiklere göre Vi ile Vo şekillerinin tepe değerlerini nedenlerini belirterek karşılaştırınız. c. Diyotun ters yönde kırılma gerilimi neden Vbr>Vm olmalı? d. DC ve AC kademede çıkış işaretinde ne gibi farklılıklar var? , V/D= V0 ; T/D= , V/D= 2. V0 ; a. Yandaki devreyi kurup, devrenin girişine 10Sin2π1000t V işaretini uygulayınız Vo, VD1, VD2 dalga şekillerini osiloskopta gözlemleyip, grafik kağıdına çiziniz. b. Çıkan grafiklere göre VD1 ve VD2 şekillerinin minimum tepe değerlerini, birbirleriyle nedenlerini belirterek karşılaştırınız. c. Laboratuarda orta uçlu trafo kullanmak yerine sinyal jeneratöründen nasıl yararlandık? Bunun dezavantajları olabilir mi? T/D= , V/D= T/D= VD1 ; 6 , V/D= VD2 ; T/D= , V/D= 3. a. Yandaki devreyi kurup, devrenin girişine 10Sin2π1000t V işaretini uygulayınız. Vo dalga şeklini osiloskopta gözlemleyip grafik kağıdına çiziniz. V0 ; T/D= , V/D= b. RL direncine paralel 10µF’ lık bir kondansatör bağlayarak, Vo dalga şeklini tekrar çiziniz. Đşaretin ripple değerini ve ortalama değerini hesaplayınız. V0 ; 7 T/D= , V/D= c. RL direnci yerine daha büyük değerli (10KΩ olabilir) bir direnç bağlayarak Vo dalga şeklini tekrar çiziniz. Đşaretin ripple değerini ve ortalama değerini hesaplayınız. V0 ; T/D= , V/D= d. R=1KΩ iken çıkan Vo grafiğine göre ne tür bir değişiklik oldu yorumlayınız. e. Vr ripple gerilimini küçültmek için neler yapılabilir? 4. Bazı elektronik devreleri hem pozitif hem de negatif gerilim gerektirirler. Bir tane orta uçlu trafo kullanarak, çıkışından hem pozitif hem de negatif DC gerilim elde edebileceğimiz devreyi çiziniz ve çalışmasını anlatınız. 8
