deney 4: tam dalga doğrultucular ve zener diyot

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.