DENEY 4: TAM DALGA DOĞRULTUCULAR VE ZENER DİYOT I. Önbilgi Yarıiletken Diyotla Gerçekleştirilen Tam Dalga Doğrultucular Tam dalga doğrultucular girişinden gelen AC sinyalin negatif alternanslarını pozitif alternansa çevirerek çıkışa aktarırlar. Böylece AC gerilimden DC gerilim elde edilmesinde kullanılırlar. Ş EKİL 1: TAM DALGA DOĞRULTUCU ŞEMASI Devrenin çıkışındaki gerilim aşağıdaki denklem ile hesaplanır. ‘’Yarım dalga doğrultmaçta ise: Vort=0,318.Vmax’tır.’’ Diyotla yapılan iki tip tam dalga doğrultucu devresi vardır: 1. Orta Sekmeli doğrultucu (iki diyotlu) 2. Köprü tipi doğrultucu (dört diyotlu) Orta Sekmeli Doğrultucu Ş EKİL 2: O RTA S EKMELİ D OĞRULTUCU Orta sekmeli doğrultucuda 2 diyot ve 3 uçlu trafo kullanılır. Şekil 2.a da devrenin genel yapısı ve giriş çıkış gerilimleri görülmektedir. Trafonun uçlarındaki gerilim Şekil 2.b’deki gibi olduğunda, giriş gerilimin pozitif alternansı devreye etki eder. Gerilim D1 diyotu üzerinden olduğu gibi Ryük üzerine yansır. Giriş sinyalinin negatif alternansında trafonun uç işaretleri değişir. Şekil 2.c de olduğu gibi gerilim pozitif olarak D2 diyodundan geçerek Ryük’te görünür. Böylece tam dalga doğrultma sağlanır. Orta sekmeli doğrultucunun çıkış gerilimi giriş geriliminin yarısından diyot eşiği (diyot gerilimi=Vo) kadar düşüktür. Köprü Tipi Doğrultucu Doğrultucunun çıkış gerilimi giriş geriliminden 2 diyot eşiği (diyot gerilimi=V 0) kadar düşüktür. Köprü tipi tam dalga doğrultma yöntemi iki diyotlu tam dalga yöntemine göre daha sık tercih edilmektedir. Bunun en büyük nedeni ise filtreleme amaçlı kondansatör kullanıldığında elde edilen DC akımın iki diyotlu doğrultma yöntemine göre daha kararlı olmasıdır. Kısaca bu yöntem ile iki alternans ayrı ayrı doğrultulduğu için çok daha iyi bir DC akım elde edilir. Ş EKİL 3:K ÖPRÜ T İPİ D OĞRULTUCU ****Çalışma şeklini anlatınız**** Filtre devreleri Ş EKİL 4: F İLTRELİ T AM D ALGA D OĞRULTUCU Ş EMASI Filtre devreleri elektronikte gerçek bir DC gerilim yakalamak için kullanılırlar. Elektronikte kullanılan DC gerilim, tek bir değere sabit olmalı ve mümkün olduğunca az dalgalanma faktörüne sahip olmalıdır. Yani sinyal dalgalanmadan devam ettirilmelidir. Şekil 4’de gösterildiği gibi girişten gelen AC sinyal tam dalga doğrultucu ile negatif alternanstan temizlenir ve sonrasında filtre devresiyle çıkış gerilimi pürüzsüzleştirilir. Çıkış gerilimindeki dalgalanmalar dalgalanma faktörü ile hesaplanır. Dalgalanma faktörünün mümkün olduğunca küçük olması, gerçek bir DC çıkış için istenilen bir durumdur. Denklem2 Vr rms dalgalanma gerilimini, Vdc çıkış geriliminin ortalama değeridir. Denklem 3 Denklem 4 Vp(in) filtre devresinin giriş sinyalidir (filtre devresinin girişi doğrultu devresinin çıkışıdır). Yandaki şekilde doğrultucu devresinin giriş gerilimi Vin=15 V, 60 Hz alarak dalgalanma faktörünü bulunuz (V1, V2 ve V3 hesaplayınız). !!! İpucu: sırasıyla denklem 3,4,2 kullanılacak. !!!!!! Doğrultucu devresinin çıkış (V3) frekansı giriş (V2) frekansından farklıdır. Şekil 3’deki giriş çıkış sinyalini inceleyiniz. Giriş sinyalinin frekansından f=1/T’ den 1 Ş EKİL 5: FİLTRELİ TAM DALGA D OĞRULTUCU periyotluk zamanı bulunuz. Aynı zaman çıkış sinyalinde 2 periyota eşit gelmektedir. Dikkat ediniz. Formüllerdeki f (frekans) doğrultucunun çıkış frekansıdır (ve 60 değildir). ZENER DİYOT Zener diyotlar, yarıiletken diyotların bir çeşididir. Yarı iletken diyotlardan farklı miktarlarda katkı malzemesi ile üretilirler. Zener diyotlar özel olarak doğrultucu devrelerinde kullanılırlar. Doğru polarmada yarıiletken diyoda benzer bir eğri gösterirken ters polarmada belli bir grilimden sonra iletken olurlar. Bu gerilime kırılma gerilimi kısaca zener gerilimi denir. Zener gerilimi zener diyotlarda diyot kodundan/kataloğundan bulunabilir. 2-200V arasında zener gerilimine sahip diyotlar bulunur. Yarıiletken diyottan farklı olarak zener diyotlar genellikle ters polarmada kullanılır. Çünkü ters polarmada belli bir gerilime kadar zener diyot açık devre gibi davranır, sonrasında kısa devre olur. Ör: 3,3v’luk bir zener diyotta 3,3v’tan küçük gerilimlerde devreden geçen akım sıfırken, 3,3v’tan büyük değerlerde devreden akım geçer. II. Gerekli Malzemeler III. 4 adet 1N4007 diyot 1kΩ direnç 33kΩ direnç 5µf kapasitör 5V zener diyot 10 sin (240πt-0⁰) sinyal kaynağı 10 sin (240πt-180⁰) sinyal kaynağı Osiloskop Deneyin Yapılışı (Ön Hazırlık) Zener diyotla ilgili akım-gerilim eğrisini benzetim programı kullanarak siz çıkarınız. 3,3V’ luk zener diyoda 12V’a kadar değişik giriş gerilimleri uygulayınız. Sonra diyotun yönünü değiştirip aynı işlemleri tekrarlayınız. İlgili birimleri aşağıdaki tablolara not ediniz ve grafiği çiziniz (VZ-IZ eğrisi) . Ş EKİL 6: Z ENER DİYOT DE V RESİ Z ENER D İYOT ……………… P OLARMA VR VZ IZ 0,2 0,5 0,75 1 2 3 4 5 10 12 1 2 3 4 5 10 12 Z ENER D İYOT …………… P OLARMA VR VZ IZ 0,2 0,5 0,75 Zener Diyot Regüleli Köprü Tipi Doğrultucu (UYGULAMA) Zener diyot ters polarmada üzerindeki gerilimi belli bir seviyede (zener gerilimi) sabit tuttar. Doğrultucularda zener diyodun bu özelliğinden yararlanılır. 33k Ş EKİL 7: Z ENER D İYOT R EGÜLELİ K ÖPRÜ T İPİ D OĞRULTUCU Deney 1: Şekil 7’deki devreyi laboratuvarda kurunuz. Trafonun girişine 220V, 60Hz’lik sinüzoidal gerilim uygulayınız (trafo yerine sinyal üreteci kullanılabilir. 1 nolu Sinyal üretecini trafonun 1. Ucu yerine, 2 nolu sinyal üretecini trafonun 2. Ucu yerine bağlayınız. Bu deneyden önce sinyal üreteçlerini istenen frekansa ve faza ayarlayınız. Doğruluğunu Osiloskopta kontrol ediniz. 2 sinyal aynı genlik ve frekansta olmalı ve 180 derece faz farkına sahip olmalıdır. ) Trafonun çıkışındaki ve yük üzerindeki sinyali Osiloskop yardımıyla izleyiniz. Sinyal şeklini, genliğini ve frekansını not alınız. (Biz uygulamada devrenin girişinde zil trafosu kullanacağız.) Ş EKİL 8: T RANFORMATÖRÜN ÇIKIŞ SİNYALİ (S İNYAL ÜRETECİ ÇIKIŞ SİNYALİ ) Ş EKİL 9: T AM DALGA DOĞRULTUCUNUN Ç IKIŞ SİNYALİ IV. Çalışma Soruları (Bana teslim edilmiyor!!) Soru 1. Giriş gerilimi 220V, 50Hz, çıkışı (yaklaşık) DC 10V, dalgalanma faktörünün %2’den az olan bir köprü tipi doğrultucu devresini gerçekleştiriniz (R ve C değerlerini hesaplayınız). Soru 2. Soru 1’deki devrenin çıkışını 9.1 V’a sabitleyiniz. Devreyi benzetim programında kurunuz ve çıkış gerilimini osiloskop yardımıyla gözlemleyiniz.