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