3-Diyot Kırpıcı ve Kenetleyici Devreler

Çukurova Üniversitesi
Biyomedikal Mühendisliği
BMM212 Elektronik-1 Laboratuvarı Deney Föyü
Deney#3
Diyot Kırpıcı ve Kenetleyici Devreler
Doç. Dr. Mutlu AVCI
Arş. Gör. Mustafa İSTANBULLU
ADANA, 2017
Ç.Ü. Biyomedikal Mühendisliği
BMM212 Elektronik Lab.1 Deney#3
DENEY 3
Kırpıcı ve Kenetleyici Devreler
1. Amaç
Bu deneyin amacı, diyot elemanının elektronik devrelerde diğer bir uygulaması olan ve dalgaların
şekillendirilmesinde kullanılan kırpıcı ve kenetleyici devrelerinin çalışma prensiplerinin
incelenmesidir.
2. Temel Bilgiler
Diyotlar, işaretin belirli bir kısmını sınırlandırmak ya da belirli bir seviyeye kenetlemek gibi dalgaların
şekillendirilmesinde ve bunun yanında işaretin DC gerilim seviyesini kaydırmak amacıyla
kullanılabilirler. Bu devrelere sırasıyla “kırpıcı” ve “kenetleyici” devreler adı verilir.
Kırpıcı Devreler
Sınırlayıcı devreler de denilen kırpıcı devreler, işaretin belirli bir gerilim seviyesinden üstünü veya
altını ya da her iki tarafını yok etmek amacıyla kullanılır. Örneğin yarım dalga doğrultucu devresi
işaretin negatif alternansını yok ettiği için kırpıcı devrelere bir örnek olarak gösterilebilir.
Şekil 1 tek diyotlu bir kırpıcı devredir. D1 diyotu 𝑣𝐼 < 𝑉𝐵 + 𝑉𝛾 süresince kapalı konumda kalacaktır. D1
diyotu kapalı olduğu sürece de devreden akan akım yaklaşık olarak sıfır olacak ve R direnci üzerinde
gerilim düşümü olmayacaktır. Bu durumda çıkış gerilimi giriş gerilimini takip edecektir. Ancak 𝑣𝐼 >
𝑉𝐵 + 𝑉𝛾 olduğu anda diyot açılacak ve çıkış gerilimi kırpılacaktır. Böylece çıkış gerilimi 𝑉𝐵 + 𝑉𝛾
değerinde sabit kalacaktır (Şekil1(b)).Bu devrede çıkış gerilimi 𝑉𝐵 + 𝑉𝛾 değerinin üstünden kırpılmıştır
denir.
Şekil 1 (a)Tek diyotlu kırpıcı devresi, (b)devrenin çıkış cevabı
Şekil 2’de görüldüğü üzere pozitif ve negatif kırpma işlemleri “çift sınırlayıcı” diğer bir adıyla “paralel
kırpıcı” devreler kullanılarak gerçekleştirilebilir. Paralel kırpıcı devrelerde işaretin pozitif ve negatif
Ç.Ü. Biyomedikal Mühendisliği
BMM212 Elektronik Lab.1 Deney#3
alternansının hangi seviyelerden itibaren kırpılacağını belirlemek için birbirine zıt yönlerde iki diyot ve
iki gerilim kaynağı kullanılmıştır.
Şekil 2 Paralel kırpıcı devre ve çıkış cevabı
Tek diyotlu kırpıcı devrede olduğu gibi burada da işaretin pozitif alternansında 𝑉𝐵1 + 𝑉𝛾 seviyesine
kadar D1 ve D2 diyotları kapalı konumdadır ve çıkış işareti girişi takip eder. Giriş işareti pozitif
alternasta 𝑉𝐵1 + 𝑉𝛾 değerini geçtiği anda D1 diyotu iletime geçer ve çıkışta sabit 𝑉𝐵1 + 𝑉𝛾 değeri
görünür. Diğer yandan giriş işaretinin negatif alternansında giriş işareti 𝑉𝐵2 + 𝑉𝛾 değerine ulaşana
kadar D1 ve D2 diyotları iletimde değildir. Giriş işaretinin negatif alternansı 𝑉𝐵2 + 𝑉𝛾 değerini geçtiği
anda D2 diyotu iletime geçecek ve çıkışta sabit -(𝑉𝐵2 + 𝑉𝛾 ) değeri görünür.
Buraya kadarki kırpıcı devrelerde çıkış geriliminin sınırını belirlemek için DC bataryalar kullanılmıştır.
Pozitif ve negatif sınır değerlerini belirlemek için batarya kullanımı yerine daha pratik bir çözüm olan
zener diyotlar da kullanılabilir. Ters kırılma bölgesinde çalıştırılan zener diyot tıpkı DC güç kaynağı gibi
sabit bir gerilim düşümüne neden olacaktır.
Şekil 3 Zener diyot kullanılarak gerçekleştirilen kırpıcı devre ve çıkış cevabı
Farklı kombinasyonlarda tasarlanmış olan kırpıcı devreler ve bu devrelerin girişine uygulanan
sinusoidal işarete karşı devre çıkış cevabı Şekil 4’te gösterilmiştir.
Ç.Ü. Biyomedikal Mühendisliği
BMM212 Elektronik Lab.1 Deney#3
R
+
D
Vin
𝑣0
𝑉𝐵
-
R
+
D
Vin
𝑣0
𝑉𝐵
-
R
+
D
Vin
𝑣0
𝑉𝐵
-
R
D
Vin
+
𝑣0
𝑉𝐵
-
Şekil 4 Farklı kombinasyonlarda tasarlanmış kırpıcı devreler ve çıkış cevapları
Ç.Ü. Biyomedikal Mühendisliği
BMM212 Elektronik Lab.1 Deney#3
Kenetleyici Devreler
Kenetleme işlemi giriş işaretinin tamamını belirli bir DC seviyede kaydırmaktır. Kenetleme devresi
çıkışında çıkış işareti formu giriş işaretinin aynısıdır fakat aralarında bir DC gerilim farkı ile kayma
vardır.
Kenetleyici devreye bir örnek Şekil 5(a)’da ve devrenin sinusoidal giriş işareti Şekil 5(b)’de
gösterilmiştir. Başlangıç anında kondansatörün boş olduğu kabul edilir. Giriş işaretinin ilk 90 derecelik
kısmında kondansatörün uçları arasındaki gerilim giriş işaretini takip eder ve 𝑣𝑐 = 𝑣𝐼 olur. (𝑟𝑓 =
0, 𝑉𝛾 = 0 kabul edilmiştir). 𝑣𝐼 ve 𝑣𝑐 değerleri tepe değerlerine ulaştığında 𝑣𝐼 azalmaya başlar ve diyot
ters yönlü kutuplanmış olur. İdeal durumda kondansatör boşalamaz ve üzerindeki gerilim 𝑣𝑐 = 𝑉𝑀
olarak kalmaya devam eder. Kirchoff’un gerilim kanunundan;
𝑣0 = −𝑣𝑐 + 𝑣𝐼 = −(𝑉𝑀 − 𝑉𝛾 ) + 𝑉𝑀 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡
𝑣0 = 𝑉𝑀 (𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡 − 1)
elde edilir.
Şekil 5 (a)kenetleyici devre (b)sinusoidal giriş işareti (c)Kondansatör gerilimi (d)devrenin çıkış gerilimi
Şekil 5(c) ve (d)’de kapasitör ve çıkış gerilimleri görülmektedir. Şekilden de anlaşılacağı gibi çıkış
gerilimi sıfır volta kenetlenmiştir (𝑣0 ≤ 0). Sonuç olarak giriş ve çıkış gerilimlerinin dalga şekilleri
aynıdır fakat giriş ve çıkış arasında belili bir DC gerilim kayma vardır.
Şekil 6(a)’da bağımsız bir 𝑉𝐵 gerilim kaynağı içeren kenetleyici devre görülmektedir. Kolaylık amacıyla
𝑟𝑓 = 0, 𝑉𝛾 = 0 kabul edilmiştir. Şekil 6(b) eşzamanlı olarak devreye uygulanan sinusoidal giriş işaretini
ve çıkış cevabını göstermektedir. Bağımsız DC gerilim kaynağı olan 𝑉𝐵 ’nin şekilde gösterildiği gibi
Ç.Ü. Biyomedikal Mühendisliği
BMM212 Elektronik Lab.1 Deney#3
bağlanması durumunda çıkış gerilimi negatif gerilim yönünde 𝑉𝐵 kadar kayacaktır. Benzer şekilde
girişe uygulanan bir kare dalga için devrenin çıkış cevabı Şekil 6(c)’de gösterilmiştir.
Şekil 6 (a) İdeal diyot kabul edilerek gerilim kaynağı eklenmiş kenetleyici devre (b)sinusoidal giriş ve çıkış
işaretleri (c)kare dalga giriş ve çıkış işaretleri.
Farklı kombinasyonlarda tasarlanmış olan kenetleyici devreler ve bu devrelerin girişine uygulanan
sinusoidal işarete karşı devre çıkış cevabı Şekil 7’te gösterilmiştir.
Ç.Ü. Biyomedikal Mühendisliği
BMM212 Elektronik Lab.1 Deney#3
C
+
D
Vin
𝑣0
-
C
D
Vin
+
𝑣0
-
C
+
D
Vin
𝑣0
-
C
+
Vin
D
𝑣0
-
Şekil 7 Farklı kombinasyonlarda tasarlanmış kenetleyici devreler ve çıkış cevapları
Ç.Ü. Biyomedikal Mühendisliği
BMM212 Elektronik Lab.1 Deney#3
KAYNAKLAR:
1. Microelectronics Circuit Analysis and Design, Neamen D., 2010
2. Microelectronic Circuit Design, Jeager R., Blalock T., 2011
3. Malzeme Listesi





Dirençler
: 10kΩ
Diyot
: D1N4001
Zener Diyot
: 2 adet BZX84C4V7 (4.7V)
Kondansatör : 10uF
Standart deney teçhizatı
Ç.Ü. Biyomedikal Mühendisliği
BMM212 Elektronik Lab.1 Deney#3
Adı, Soyadı:
Öğrenci No:
4. Hazırlık Çalışması
𝑉𝑖𝑛 = 8 sin(2𝜋50𝑡) ,
𝑉𝛾 = 0.6,
𝑅 = 10𝑘𝛺,
𝐶 = 10𝜇𝐹,
𝑉1 = 2𝑉,
1. Aşağıdaki devre için (𝑉0 − 𝑡) ve (𝑉0 − 𝑉𝑠 ) grafiğini çiziniz.
2. Giriş işareti kare dalga (f=50Hz) verilen devre için (𝑉0 − 𝑡) grafiğini çiziniz.
𝑉2 = 5𝑉
Ç.Ü. Biyomedikal Mühendisliği
BMM212 Elektronik Lab.1 Deney#3
5. Deney Çalışması
5.1. Paralel Kırpıcı Devre
1. Şekil 8’deki devreyi kurunuz.
2. BRD02 deney setinden 𝑉𝑠 = 10 sin(2𝜋50𝑡) kaynak gerilimini alınız.
3. Osiloskop ile giriş ve çıkış işaretlerini eş zamanlı ölçerek (𝑉0 − 𝑡) grafiğini çiziniz.
Şekil 8
5.2. Zener Diyotlu Kırpıcı Devre
1. Şekil 9’daki devreyi kurunuz.
2. BRD02 deney setinden 𝑉𝑠 = 10 sin(2𝜋50𝑡) kaynak gerilimini alınız.
3. Osiloskop ile giriş ve çıkış işaretlerini eş zamanlı ölçerek (𝑉0 − 𝑡) grafiğini çiziniz.
Şekil 9
5.3. Kenetleyici Devre
1. Şekil 10’daki devreyi kurunuz.
2. BRD02 deney setinden 𝑉𝑠 = 10 sin(2𝜋50𝑡) kaynak gerilimini alınız.
3. Osiloskop ile giriş ve çıkış işaretlerini eş zamanlı ölçerek (𝑉0 − 𝑡) grafiğini çiziniz.
Şekil 10
Ç.Ü. Biyomedikal Mühendisliği
BMM212 Elektronik Lab.1 Deney#3
Adı, Soyadı:
Öğrenci No:
6. Deney 3 Sonuç Sayfası
Paralel Kırpıcı Devre Deneyi
Zener Diyotlu Kırpıcı Devre Deneyi
Kenetleyici Devre Deneyi
Ç.Ü. Biyomedikal Mühendisliği
BMM212 Elektronik Lab.1 Deney#3
Adı, Soyadı:
Öğrenci No:
7. Sonuç ve Tartışma
1. Bu deney çalışmasında neler öğrendiniz kendi cümlelerinizle açıklayınız.
2. Kırpıcı ve kenetleyici devrelerin hangi amaçla ve nasıl kullanıldığını araştırınız ve bunu bir
örnek devre üzerinde açıklayınız.