PN-Jonksiyon ve Zener Diyot Karakteristikleri Deney 1
advertisement
PN-Jonksiyon ve Zener Diyot Karakteristikleri Deney 1 1 ElektronikLaboratuvarı DENEY 1-1 PN-Jonksiyon Diyot Karakteristikleri DENEYİN AMACI 1. PN-jonksiyon diyotlarının karakteristiklerini anlamak. 2. Farklı diyot tiplerinin kendine özgü özelliklerini tanımak. Be valans elektronuna sahip bir element bir elektron kaybederse, 3. Çeşitli ölçü aletleri yardımıyla farklı türde diyotların karakteristiklerinin nasıl test edileceğini öğrenmek. bu element de ekil 1-1-2'de gösterildi i gibi pozitif bir iyona dönü ür. GENEL BİLGİLER Katkılama Bir yarıiletkenden daha yüksek elektrik akımı iletebilmek için, üç valans elektronuna sahip elementler (boron, galyum veya indiyum gibi) ya da beş valans elektronuna sahip elementler (antimon, arsenik veya fosfor gibi), daha fazla delik yada serbest elektron elde etmek amacıyla, saf yarıiletken içerisine eklenirler. Bu işleme katkılama adı verilirken, ifade edilen üç yada beş valans elektronlu elementler katkı elementi olarak adlandırılır. Be valans elektronuna sahip bir element bir elektron kaybederse, bu element de İyon Eğer bazı nedenlerden dolayı, atomun en dış yörüngesine bir veya daha fazla elektron katılırsa ya da en dış yörüngesinden bir veya daha fazla elektron ayrılırsa, bu atom bir "iyon"a dönüşür. Üç valans elektronuna Nötr sahip bir elektron eklenirse, element 1-1-1'de gösterildiği negatif bir iyona dönüşür. Pozitif gibi iyon beŞekil valans iyon buNötr üçelemente, valansyeni birNegatif Beş valans elektronuna sahip bir element bir elektron kaybederse, bu element de Şekilatom 1-1-2'de gösterildiği gibi pozitif bir iyona dönüşür. elektronlu ekil 1-1-2'de gösterildi i gibi pozitif bir iyona dönü ür. elektronlu atom ekil 1-1-1 Üç valans elektronlu element ekil 1-1-2 Be valans elektronlu element Kısaca ifade etmek gerekirse, diyot p-tipi ve n-tipi yarıiletkenlerin birle iminden olu ur. Bir takım p yada n-tipi yarıiletken parçalarının uygun kombinasyonuyla, farklı elektriksel karakteristikler ortaya çıkacak ve farklı fonksiyonlara sahip yarıiletken Nötr elemanlar üç valans elde edilecektir. Diyot karakteristiklerinin tam olarak anla Negatif Nötr beş valans Pozitifılabilmesi elektronlu için, atom iyon iyon atom iyon iyon Pozitif Nötrelektronlu be valans Negatif Nötr üç valans atom, valans elektronu ve yarıiletken gibi kavramlar hakkında bilgi sahibi olunmalıdır. elektronlu atom 1-1-1 Üç valans elektronlu Şekil 1-1-2 Beş valans elektronlu elektronlu Şekil atom element element ekil 1-1-1 Üç valans elektronlu ekil 1-1-2 Be valans elektronlu Atomun Yapısı Kısaca ifade etmek gerekirse, diyot p-tipi ve n-tipi yarıiletkenlerin birleşiminden oluşur. Bir element takım p yada n-tipi yarıiletken parçalarının uygun element kombinasyonuyla, farklı elektriksel karakteristikler ortaya çıkacak ve farklı fonksiyonlara sahip yarıiletken elemanlar elde edilecektir. Diyot ekil 1-1-3, atomun yapısını göstermektedir. Atom çekirde i, pozitif yüklü karakteristiklerinin tam olarak anlaşılabilmesi için, atom, valans elektronu ve yarıiletken gibi kavramlar hakkında bilgi sahibi olunmalıdır. protonlardan ve yüksüz nötronlardan olu mu tur. Atomun Yapısı Şekil 1-1-3, atomun yapısını göstermektedir. Atom çekirdeği, pozitif yüklü protonlardan ve yüksüz nötronlardan oluşmuştur. Kısaca ifade etmek gerekirse, diyot p-tipi ve n-tipi yarıiletkenlerin birle iminden olu ur. Bir takım p yada n-tipi yarıiletken parçalarının uygun kombinasyonuyla, farklı elektriksel karakteristikler ortaya çıkacak ve farklı fonksiyonlara sahip yarıiletken elemanlar elde edilecektir. Diyot karakteristiklerinin tam olarak anla ılabilmesi için, atom, valans elektronu ve yarıiletken gibi kavramlar hakkında bilgi sahibi olunmalıdır. Şekil 1-1-3 Atom yapısı ekil 1-1-3 Atom yapısı Çevre yörüngelerde bulunan ve atom çekirdeğinin etrafında dönen elektronlar, negatif yüke sahiptir. Atomun Yapısı Atom çekirdeğindeki protonlar tarafından taşınan yük miktarı, çevre yörüngelerdeki elektronlar tarafından taşınan yük miktarına eşit olduğu için, atomun kendisi elektriksel olarak nötrdür. bulunan ve atom çekirde inin etrafında dönen elektronlar, negatif Çevre yörüngelerde ekil 1-1-3, atomun yapısını göstermektedir. Atom çekirde i, pozitif yüklü Valans Elektronu yüke sahiptir. Atomik yörüngedekive elektronların sayısı 2n şeklinde hesaplanır. protonlardan yüksüz nötronlardan oluBurada mun ilgili tur.yörüngenin katman numarasıdır. Şekil 1-1-4’te, bu şekilde düzenlenmiş elektronlar gösterilmektedir. # En dış yörüngede bulunan elektronlar, valans elektronları tarafından olarak adlandırılırlar. Atom çekirde indeki protonlar ta ınan yük miktarı, çevre yörüngelerdeki Malzemelerin elektriksel karakteristikleri, valans elektronlarının sayısına göre açıklanabilir. elektronlar tarafından ta ınan yük miktarına e it oldu u için, atomun kendisi Yalıtkan: Çoğunlukla 8 valans elektronuna sahiptir, elektronlarını serbest bırakması (serbest elektron) ve iletken hale gelmesi çok zordur. İletken: elektriksel olarak nötrdür. Çoğunlukla 1 valans elektronuna sahip olması bakımından, elektronlarını serbest bırakması ve iletken hale gelmesi en kolay olan malzeme türüdür. Yarıiletken: 2 1-2 Bir yarıiletkenin valans elektronu sayısı, iletken ve yalıtkanın valans elektron sayıları arasında bir değerdir ve tipik olarak 4’tür. Yarı iletkenin iletkenlik düzeyi de iletken ile yalıtkan arasında yer almaktadır. ElektronikLaboratuvarı 2n2,n:katman numarası 2×12 sonra, = 2 yerinde "delik" olarak Elektron kovalent ba dan ① koptuktan 2 2×2 =olarak 8 nötr olan atomdan bo luk bırakır. Normalde② elektriksel ayrılmasıyla, bu atom pozitif③ yüklü pozitif bir iyona dönü ür. en-dış katmanda 4 Toplam 14 elektron. adlandırılan bir bir elektronun Oda sıcaklı ında, silisyum ve germanyumda birkaç serbest elektron bulundu u için Şekil 1-1-4 Yörüngelerde yer alan elektronlar (ve buna e it sayıda delik, n=p), saf yarıiletken tam olarak yalıtkan de ildir. Yarı İletken ElektronSaf kovalent ba dan koptuktan sonra, yerinde "delik" olarak adlandırılan bir Saf yarıiletkene hiçbir katkı eklenmemişken, en dış yörüngedeki dört elektron komşu atomlarla birleşerek, Şekil 1-1-5'te gösterildiği gibi, bir bo luk sekiz-yüzeyli bırakır. Normalde elektriksel olan atomdan bir elektronun (octahedron) oluştururlar.olarak Burada, nötr ilgili elektron çiftleri bir kovalent bağ oluşturmaktadır. Kovalent bağ sonrasında, elektronlar 0 atomlara bağlandığı için, saf yarıiletken iletmeyen durumdadır. Bununla birlikte, ortam sıcaklığı mutlak sıfırdan (-273 C) büyük olduğunda, ayrılmasıyla, atom pozitif yüklü bir iyona dönüartacak ür. ve sonuç olarak bu elektronlar kovalent bağdan kurtularak, Şekil 1-1-6'da yüksekbusıcaklığın etkisiyle bazıpozitif elektronların hareketi gösterildiği gibi, serbest elektron gibi davranacaklardır. Elektron kovalent bağdan sonra, yerinde "delik" olarakelektron adlandırılan bir boşluk Oda sıcaklı ında, silisyum vekoptuktan germanyumda birkaç serbest bulundu u bırakır. için Normalde elektriksel olarak nötr olan atomdan bir elektronun ayrılmasıyla, bu atom pozitif yüklü pozitif bir iyona dönüşür. (ve buna e it sayıda delik, n=p), saf yarıiletken tam olarak yalıtkan de ildir. Oda sıcaklığında, silisyum ve germanyumda birkaç serbest elektron bulunduğu için (ve buna eşit sayıda delik, n=p), saf yarıiletken tam olarak yalıtkan değildir. ekil 1-1-5 Sekiz-yüzeylinin (octahedron) yapısı Eklenen katkı atomu, yarıiletken malzemeye elektron katkısında bulundu u için, be valans elektronuna sahip katkı maddesine “katkı atomu” yada “donör atomu” adı verilir. ekilŞekil 1-1-61-1-6 Kovalent ba bağdan dan kopan elektron ekil 1-1-5 Sekiz-yüzeylinin (octahedron) yapısıyapısı Şekil 1-1-5 Sekiz-yüzeylinin (octahedron) Kovalent kopan elektron N-Tipi Yarı İletken Be elektronuna valanssahip elektronuna sahip elementlerin saf yada yarıiletkene eklenmesiyle, serbest Beş valans elementlerin, düzgün dağılımlı olarak, germanyum silisyuma eklenmesi sonucunda, valans elektronları letken birbirleriyle kovalent bağ oluştururlar. Bu şekilde,N-Tipi her beşYarı valans elektronlu elementin, komşu dört valans elektronlu elementlerle (germanyum, silisyum)elektron kovalent bağ yapması,oldukça Şekil 1-1-7'de gösterildiği gibi, fazladan deliklere bir elektronla göre sonuçlanır. şekilde oluşan yarıiletkene, N-tipi sayısı artar. Elektronlar, ço Buunlukta için, Be valans elektronuna sahip elementlerin, düzgün da ılımlı oldukları olarak, germanyum yarıiletken denir. (N: elektriksel olarak negatif; elektron negatif yüke sahip olduğu için). yada silisyuma eklenmesi sonucunda, valans elektronları ba "ço unluk ta ıyıcıları" olarak adlandırılırken, delikler "azınlık tabirbirleriyle ıyıcıları"kovalent olarak Eklenen katkı atomu, yarıiletken malzemeye elektron katkısında bulunduğu için, beş valans elektronuna sahip katkı maddesine “katkı atomu” olu tururlar. Bu ekilde, her be valans elektronlu elementin, kom u dört valans yada “donör atomu” adı verilir. adlandırılırlar. elektronlu elementlerle (germanyum, silisyum) kovalent ba yapması, ekil 1-1-7'de Beş valans elektronuna sahip elementlerin saf yarıiletkene eklenmesiyle, serbest elektron sayısı oldukça artar. Elektronlar, deliklere göre çoğunlukta oldukları için, "çoğunluk taşıyıcıları" olarak adlandırılırken, deliklerbir "azınlık taşıyıcıları" olarak adlandırılırlar. gösterildi i gibi, fazladan elektronla sonuçlanır. Bu ekilde olu an yarıiletkene, N- tipi yarıiletken denir. (N: elektriksel olarak negatif; elektron negatif yüke sahip oldu u için). elektron ekil 1-1-6 Kovalent ba dan kopan N-Tipi Yarı letken Be valans elektronuna sahip elementlerin, düzgün da ılımlı olarak, germanyum yada silisyuma eklenmesi sonucunda, valans elektronları birbirleriyle kovalent ba1-4 olu tururlar. Bu ekilde, her be valans elektronlu elementin, kom u dört valans elektronlu elementlerle (germanyum, silisyum) kovalent ba yapması, ekil 1-1-7'de gösterildi i gibi, fazladan bir elektronla sonuçlanır. Bu ekilde olu an yarıiletkene, NŞekil 1-1-7 N-tipi yarıiletkenin yapısı tipi yarıiletken denir. (N: elektriksel olarak negatif; elektron negatif yüke sahip oldu u ekil 1-1-7 N-tipi yarıiletkenin yapısı P-Tipi Yarı İletken Üç valans elektronuna sahip elementlerin (Boron, Galyum yada İndiyum), düzgün dağılımlı olarak, germanyum yada silisyuma eklenmesi sonucunda, valans elektronları birbirleriyle kovalent bağ oluştururlar. Bu şekilde, her üç valans elektronlu elementin, komşu dört valans elektronlu elementlerle (germanyum, silisyum) kovalent bağ yapması, yeterli elektron bulunmamasından dolayı, bir boşlukla sonuçlanır. Şekil 1P-Tipi buYarı letken 1-8’de gösterilen boşluk, delik olarak adlandırılır. Üç valans elektronlu elementin eklenmiş olduğu yarıiletkene, P-tipi yarıiletken denilir (P: Pozitif, delik elektriksel olarak pozitif kabul edilir). Saf yarıiletkene üç valanselektronuna elektronlu elementlerin eklenmesiyle ortaya çıkan (Boron, boşluklar, serbest elektronları almayandiyum), hazır olduğundan, üç valans Üç valans sahip elementlerin Galyum yada düzgün elektronlu katkı elementleri, alıcı (akseptör) atomlar olarak adlandırılır. için). 3 da ılımlı olarak, germanyum yada silisyuma eklenmesi ElektronikLaboratuvarı 1-4 sonucunda, valans elektronları birbirleriyle kovalent ba olu tururlar. Bu ekilde, her üç valans elektronlu Şekil 1-1-8 P-tipi yarıiletkenin yapısı ekil 1-1-8 P-tipi yarıiletkenin yapısı Üç valans elektronuna sahip elementlerin saf yarıiletkene eklenmesiyle, delik sayısı oldukça artar. Delikler, elektronlara (serbest elektronlar) göre çoğunlukta oldukları için, "çoğunluk taşıyıcıları" olarak adlandırılırken, elektronlar "azınlık taşıyıcıları" olarak adlandırılırlar. Üç valans elektronuna sahip elementlerin saf yarıiletkene eklenmesiyle, delik sayısı Genellikle delik, elektriksel olarak pozitif kabul edilir. Bir valans elektronu kovalent bağını koparmaya yetecek enerjiyi alır ve komşu atomlardaki oldukça artar. Delikler, elektronlara (serbest elektronlar) göre ço unlukta oldukları için, herhangi bir deliği doldurursa, bu durumda elektronu bırakan kovalent bağda bir boşluk oluşur. Bu yeni boşluk da, başka bir kovalent bağdaki bir elektronla doldurulmaya sürekliolarak tekrarlanır ve bu şekilde delik, elektron "azınlık hareketinin yönünde hareket eder. "çohazırdır. unluk Bu ta işlem ıyıcıları" adlandırılırken, elektronlar taters ıyıcıları" olarak Şekil 1-1-9'da gösterildiğiadlandırılırlar. gibi, tam bir kovalent bağdaki elektron, boşluğu doldurmak için kovalent bağını kopardığında, bu elektron, 1. ve 2. satırda görüldüğü gibi, sağdan sola doğru hareket eder. Delik ise, elektronun aksine, soldan sağa doğru hareket eder. Başka bir ifadeyle, elektron akış yönü, delik akış yönünün tersidir. Negatif yük taşıyan elektron bir deliği doldurabilir, çünkü deliğin bulunduğu kovalent bağ, bir oktahedron oluşturabilmek için diğer delik, elektronları çekmektedir. ve delik arasındaki ilişki, pozitif ve negatif yükler arasındaki çekim Genellikle elektriksel olarak Elektron pozitif kabul edilir. Bir valans elektronu kovalent ilişkisine benzemektedir. Elektron negatif yüklü olduğu için, deliğin de pozitif yüke sahip olduğu kabul edilir. ekil 1-1-9 Elektronların hareketi ba ını koparmaya PN-Jonksiyon D yodu yetecek enerjiyi alır ve kom u atomlardaki herhangi bir deli i doldurursa, bu durumda elektronu bırakan kovalent ba da bir bo luk olu ur. Bu yeni ekil 1-1-10'da gösterildi i gibi,baP-tipi yarıiletkenin, birle ti ini bo luk da, ba ka bir kovalent daki birbir elektronla doldurulmayaN-tipi hazırdır.yarıiletkenle Bu i lem sürekli tekrarlanır ve bu ekilde delik, elektron hareketinin ters yönünde hareket eder. kabul edelim. P-tipi yarıiletkende çok sayıda delik, N-tipi yarıiletkende ise çok sayıda elektron bulundu undan, P-N birle imikovalent durumunda, jonksiyona yakın olan elektronlar, ekil 1-1-9'da gösterildi i gibi, tam bir ba daki elektron, bo lu u doldurmak kovalent ba ınıdelikleri, kopardı ında, bu elektron, 1. ve 2. satırdagösterildi görüldü ü gibi,i sa dan doldurur. N-tipi jonksiyona için yakın olan ekil 1-1-10(a)’da gibi, sola do ru hareket eder. Delik ise, elektronun aksine, soldan sa a do ru hareket yarıiletkenineder.jonksiyona yakın olan kısmı elektron kaybetti i yük için pozitif iyona Ba ka bir ifadeyle, elektron akı yönü, delik akı yönünün tersidir. Negatif ta P-tipi ıyan elektron bir deli iŞekil doldurabilir, çünkühareketi deli ini için bulundu u kovalent ba ,dönü bir dönü ürken, yarıiletken ise delik kaybetti negatif iyona ür ( ekil 1-1ekil 1-1-9 Elektronların 1-1-9 Elektronların hareketi 10(b) ). oktahedron olu turabilmek için di er elektronları çekmektedir. Elektron ve delik PN-Jonksiyon Diyodu PN-Jonksiyon D yoduve N-tipi arasındaki pozitif negatif yükler arasındaki çekimedelim. ili kisine Şekil 1-1-10'da gösterildiği gibi, P-tipi ilibirki, yarıiletkenin, yarıiletkenle birleştiğini kabul P-tipibenzemektedir. yarıiletkende çok sayıda delik, N-tipi yarıiletkende ise çok sayıda elektron bulunduğundan, P-N birleşimi durumunda, jonksiyona yakın olan elektronlar, jonksiyona yakın olan ekil 1-1-10'da gösterildi i gibi, P-tipi bir yarıiletkenin, N-tipi yarıiletkenle birle ti edilir. ini Elektron negatif yüklü oldu N-tipi u için,yarıiletkenin deli in de pozitif yükeyakın sahipolan oldukısmı u kabul delikleri, Şekil 1-1-10(a)’da gösterildiği gibi, doldurur. jonksiyona elektron kaybettiği için pozitif iyona kabul P-tipiiçin yarıiletkende çokdönüşür sayıda (Şekil delik, N-tipi yarıiletkende ise çok sayıda dönüşürken, P-tipi yarıiletken ise delikedelim. kaybettiği negatif iyona 1-1-10(b)). elektron bulundu undan, P-N birle imi durumunda, jonksiyona yakın olan elektronlar, jonksiyona yakın olan delikleri, ekil 1-1-10(a)’da gösterildi i gibi, doldurur. N-tipi yarıiletkenin jonksiyona yakın olan kısmı elektron kaybetti i için pozitif iyona dönü ürken, P-tipi yarıiletken ise delik kaybetti i için negatif iyona dönü ür ( ekil 1-110(b) ). 1-6 (a) (b) Şekil 1-1-10 P- ve N-tipi yarıiletkenlerin birleşimi (a) (b) Böylece, jonksiyona yakın bölgede taşıyıcılar (elektronlar ya da delikler) azalırken, sadece pozitif yada negatif yüklü iyonlar mevcut olur ve bu bölge boşaltılmış bölge olarak adlandırılır. Boşaltılmış bölgedeki pozitif yüklü iyonlar delikleri, negatif yüklü iyonlar da elektronları ittiği için, (a) engellenmiş olur. (b) elektron ve delikler arasındaki bu birleşimin devam etmesi Boşaltılmış bölgedeki iyonların, elektron ve deliklerin jonksiyondan geçmesini engelleyen ekil 1-1-10 P- ve N-tipi yarıiletkenlerin birle imi etkisi, engel (eşik) gerilimi olarak adlandırılır. Germanyum (Ge) için P-N jonksiyonundaki tipik engel gerilim değeri 0.2~0.3V, silisyum (Si) için P-N jonksiyonundaki tipik engel gerilimi ise 0.6~0.7V civarındadır. Böylece, jonksiyona yakın bölgede ta ıyıcılar (elektronlar ya da delikler) azalırken, İleri Öngerilimleme sadece pozitif yada artı negatif yüklüuçları iyonlar mevcut Polur bu bağlanırsa, bölge bo altılmı bölge "ileri öngerilimleme" olarak Şekil 1-1-11'de gösterildiği gibi, güç kaynağının ve eksi sırasıyla ve ve N'ye bu bağlantı adlandırılır. olarak adlandırılır. Bo altılmı bölgedeki pozitif yüklü iyonlar delikleri, negatif yüklü ekil 1-1-10 P- ve N-tipi yarıiletkenlerin birle imi Böylece, jonksiyona yakın bölgede ta ıyıcılar (elektronlar ya da delikler) azalırken, sadece pozitif yada negatif yüklü iyonlar mevcut olur ve bu bölge bo altılmı bölge iyonlar da elektronları itti i için, elektron ve yeterliyse, delikler arasındaki bu güç birle kaynağının imin devamartı ucu tarafından çekilirken, Eğer ileri öngerilimlemede uygulanan gerilim, engel gerilimini aşmak için elektronlar eksi ucu tarafından da itilirler. etmesi N-tipi yarıiletkendeki elektronlar böylece P-N jonksiyonunu geçerek, deliklerle birleşmek için P-tipi yarıiletkene engellenmi olur. girerler. Harici güç kaynağı (E) tarafından üretilen elekronlarla birlikte, elektronların iyonizasyonu sonucu N-tipi yarıiletkende çok sayıda delik oluşur. Elektronlar, güç kaynağının (E) etkisiyle sürekli olarak, E'nin eksi ucundan artı ucuna doğru bir elektron akışı oluşturacak şekilde, 1-7 gore terstir. hareket ederler. Bu elektron akış yönü, geleneksel elektrik akım yönüne olarak adlandırılır. Bo altılmı bölgedeki pozitif yüklü iyonlar delikleri, negatif yüklü iyonlar da elektronları itti i için, elektron ve delikler arasındaki bu birle imin devam 4 etmesi engellenmi olur. ElektronikLaboratuvarı dönü ürken, P-tipi yarıiletken ise delik kaybetti i için negatif iyona dönü ür ( ekil 1-110(b) ). Diyodun P-N jonksiyonuna uygulanan ileri öngerilim, IF ile gösterilen bir ileri yön akımı oluşturur. IF'nin değeri harici güç kaynağı (E) ile doğru orantılı ve diyodun iç direnci (r) ile ters orantılıdır. Difüzyon kapasitesi, I akımı ile do ru orantılıdır. Tersine Öngerilimleme ekil 1-1-12'de görüldü ü gibi, e er güç kayna ının artı ve eksi uçları sırasıyla N ve Şekil 1-1-11 de İleri öngerilimleme P'ye ba lanırsa, hem elektronlar hem delikler E tarafından çekilirler ve jonksiyon (b) bölge geni ler ve hiçbir bölgesinden uzakla ırlar. (a) Bunun sonucunda da bo altılmı Difüzyon Kapasitesi: Enjekte edilen yüklerin, gerilime göre değişim hızı olarak tanımlanılır. dQ dI Cd = = τ (Q = Iτ) dV dV ekil 1-1-10geçip P- vebirle N-tipiemez. yarıiletkenlerin birle imi elektron yada delik jonksiyonu Harici gerilimi bu ekilde uygulamak Difüzyon kapasitesi, I akımı ile doğru orantılıdır. "tersine öngerilimleme" olarak adlandırılır. Tersine Öngerilimleme Şekil 1-1-12'de görüldüğü gibi, eğer güç kaynağının artı ve eksi uçları sırasıyla N ve P'ye bağlanırsa, hem elektronlar hem de delikler E tarafından çekilirler ve jonksiyon bölgesinden uzaklaşırlar. Bunun sonucunda da boşaltılmış bölge genişler ve hiçbir elektron yada delik jonksiyonu geçip birleşemez. Harici gerilimi bu şekilde uygulamak "tersine öngerilimleme" olarak adlandırılır. Böylece, jonksiyona yakın bölgede ta ıyıcılar (elektronlar ya da delikler) azalırken, sadece pozitif yada negatif yüklü iyonlar mevcut olur ve bu bölge bo altılmı bölge olarak adlandırılır. Bo altılmı bölgedeki pozitif yüklü iyonlar delikleri, negatif yüklü iyonlar da elektronları itti i için, elektron ve delikler arasındaki bu birle imin devam etmesi engellenmi olur. 1-7 Şekil 1-1-12 Tersine öngerilimleme ekil 1-1-12 Tersine öngerilimleme P-N jonksiyonuna ters öngerilim uygulandığında, ideal durumda ters yönde hiç akım akmaz. Fakat sıcaklık etkisinden dolayı, ısı enerjisi yarıiletkende azınlık elektron-delik çiftleri meydana getirir. P-N jonksiyonuna ters öngerilim uygulandığında; P-tipi yarıiletkendeki azınlık elektronları, N-tipi yarıiletkendeki azınlık taşıyıcıları olan deliklerle birleşebilmek için P-N jonksiyonun geçebilirler. Pratikte P-N jonksiyonuna ters öngerilim uygulandığında, çok küçük bir akım akar. Bu akım, kaçak akım veya ters doyma akımı olarak adlandırılır ve IR veya IS ile gösterilir. P-N jonksiyonuna ters öngerilim uygulandı ında, ideal durumda ters yönde hiç akım 0 IR, ters öngerilim değerinden bağımsızdır, ancak sıcaklık ile ilişkilidir. Germanyum ya da silisyum olmasından bağımsız olarak, her 10 C'lik sıcaklık artışında IR iki katına çıkar. Aynı sıcaklık koşullarında, silisyum diyodun IR (IS) değeri, germanyum diyodunkinin sadece %1-%0.1’i kadardır. 25 /C oda sıcaklığında, ters öngerilim uygulanmış germanyum diyodun IR değeri 1~2 µA’dir ve bu durumda diyot açık devre kabul edilir. 1 Ters öngerilim sonucu, boşaltılmış bölgenin genişliği artar ve bunun sonucunda geçiş kapasitesi C = ε küçülür. Diğer bir ifadeyle, daha akmaz. Fakat sıcaklık etkisinden dolayı, ısı enerjisi yarıiletkende azınlık elektron-delik çiftleri meydana getirir. P-N jonksiyonuna ters öngerilim uygulandı ında; P-tipi 2 yüksek ters öngerilim değeri, daha büyük d ve daha küçük kapasite değerine sebep olur. yarıiletkendeki azınlık elektronları, N-tipi yarıiletkendeki azınlık ta ıyıcıları olan deliklerle birle ebilmek için P-N jonksiyonun geçebilirler. Pratikte P-N jonksiyonuna Kırılma (Breakdown) İdeal PN-jonksiyon diyoduna ters öngerilim uygulandığı durumda, IR akımı çok küçük olur. Ancak, uygulanan ters öngerilim çok yüksek olursa (nominal değerden daha yüksek), azınlık taşıyıcıları, çarpışma ve kovalent bağları koparma yoluyla, önemli miktarda elekton-delik çifti oluşturmaya yetecek enerjiye sahip olurlar. Bu yeni üretilen elektron ve delikler de, yüksek ters öngerilimden aldıkları enerjiyle diğer kovalent bağları koparırlar. Serbest elektronların hareketinin hızlanmasıyla, ters yönde akan akım önemli ölçüde artmış olur. Bu olay "kırılma" olarak adlandırılır. R S ters öngerilim uygulandı ında, çok küçük bir akım akar. Bu akım, kaçak akım veya ters doyma akımı olarak adlandırılır ve I veya I ile gösterilir. Diyotta, artan ters öngerilim nedeniyle, kırılma olayı ortaya çıktığında akım sınırlanmazsa, diyot yanar. Kırılma olayı gerçekleşmeyecek şekilde diyoda uygulanabilecek maksimum ters öngerilim değerine, ters tepe gerilimi (PIV yada PRV) adı verilir. I , ters öngerilim de erinden ba ımsızdır, ancak sıcaklık ile ili kilidir. Germanyum ya Diyodun Montajı ve Sembolü R Diyodun üretimi, P-N jonksiyon gövdesine iki kurşun tel eklenmesi ve daha sonra da gövdenin seramik veya cam ile kaplanmasıyla tamamlanır (yüksek güçlü diyotlara, ısı yayılımını sağlamak için, demir muhafaza da eklenir). 0 da silisyum olmasından ba ımsız olarak, her 10 C'lik sıcaklık artı ında IR iki katına Diyodun, PN-jonksiyon yapısı Şekil 1-1-13(a)'da, devre sembolü 1-1-13(b)'de ve katot ucunun bir band ile işaretlenmesi de 1-1-13(c)'de gösterilmiştir. çıkar. Aynı sıcaklık ko ullarında, silisyum diyodun IR (IS) de eri, germanyum diyodunkinin sadece %1-%0.1’i kadardır. 25 oda sıcaklı ında, ters öngerilim uygulanmı germanyum diyodun IR de eri 1~2 A’dir ve bu durumda diyot açık devre 5 kabul edilir. ElektronikLaboratuvarı Diyodun Karakteristik E risi (V-I E risi) Şekil 1-1-13 PN-jonksiyon diyodu için devre sembolleri Diyodun Karakteristik Eğrisi (V-I için Eğrisi) devre sembolleri ekil 1-1-13 PN-jonksiyon diyodu 1-10 Şekil 1-1-14 Diyotların karaktersitik eğrileri ekil 1-1-14 Diyotların karaktersitik e rileri İleri öngerilim karakteristik eğrisi, Şekil 1-1-14(b)'nin birinci bölgesinde gösterilmiştir. Karakteristik eğriden, diyoda uygulanan ileri öngerilim değeri eşik geriliminden (Vr) küçük olduğunda, akımın çok küçük olduğu görülmektedir. İleri öngerilim değeri, eşik gerilimini aştığında leriiçin öngerilim karakteristik e IFrisi, ekilhızlı 1-1-14(b)'nin bölgesinde gösterilmi tir.(VF, yaklaşık (germanyum diyot 0.2V, silisyum diyot için 0.6V), akımı çok bir şekilde artar,birinci bir anlamda diyot kısa devre gibi çalışır 0.7V olacak şekilde). Diyodun eşdeğer devresi şekil 1-1-15'te gösterilmiştir. Karakteristik e riden, diyoda uygulanan ileri öngerilim de eri e ik geriliminden (Vr) küçük oldu unda, akımın çok küçük oldu u görülmektedir. leri öngerilim de eri, e ik gerilimini a tı ında (germanyum diyot için 0.2V, silisyum diyot için 0.6V), IF akımı çok hızlı bir ekilde artar, bir anlamda diyot kısa devre gibi çalı ır (VF, yakla ık 0.7V olacak ekilde). Diyodun e de er devresi ekil 1-1-15'te gösterilmi tir. ekil 1-1-15 Şekil deal1-15 diyodun karakteristik e risi İdeal diyodun karakteristik eğrisi Şekil 1-1-14’teki devre için ileri öngerilim akımı IF şu şekilde hesaplanır. 𝐄 − 𝐕𝐅 𝐄 −devre 𝟎. 𝟕𝐕 için ileri öngerilim akımı IF u ekilde hesaplanır. ekil 1-1-14’teki 𝐈𝐅 = 6 𝐑+𝐫 IF = 𝐑+𝐫 E VF R r E 0.7V ElektronikLaboratuvarı , Burada r, diyodun iç direncidir. R r 1-11 Burada r, diyodun iç direncidir. Sıcaklığın artması durumunda, diyot üzerinde ileri yöndeki gerilim düşümü azalır ve bu azalma miktarı şu şekilde hesaplanır; ∆V? = K×∆T ∆T : Sıcaklıktaki değişim (artış) K = −2.5 mV ℃ silisyum ve − 1.3 mV ℃(germanyum) Diyodun ters öngerilim karakterisitk eğrisi, Şekil 1-1-14(b)'nin 3. bölgesinde gösterilmiştir ve aşağıdaki şekilde ifade edilir: (1) Kırılmadan önceki ters yön akımı çok küçüktür ve diyot açık-devre olarak değerlendirilebilir. (2) Oda sıcaklığında (25℃), germanyum diyodun IR değeri birkaç µA iken, silisyum diyot için IR değeri, germanyum diyodununkinin %1~%0.1'i kadardır. (3) Silisyum yada germanyum olmasından bağımsız olarak, diyodun IR değeri, her 10℃’lik sıcaklık artışında, ikiye katlanır. (4) Ters öngerilim değeri kırılma gerilimine ulaştığında, IR büyük bir hızla artar. Silisyum ve Germanyum Diyotların Karşılaştırması Aynı üretim şartları altında, silisyum ve germanyum diyotlar arasındaki bir karşılaştırma Tablo 1-1-1’de gösterilmiştir. Özellik Tip Silisyum PIV Yüksek Germanyum Sıcaklık Aralığı Eşik (Vr) 200℃ 0.7V (0.6V) Düşük 100℃ Gerilimi Sızıntı Akımı (Ir) Germanyumun %1~%0.1'i Birkaç µA 0.3V (0.2V) Tablo 1-1-1 Diyot karakteristiklerinin Karşılaştırılması Diyodun Karakteristik Parametreleri Doğrultucu diyodun temel parametreleri şu şekilde tanımlanır: (1) Nominal Akım : Yük olarak direnç kullanıldığında diyottan geçebilecek “ortalama akım”dır ve üretici kataloglarında genellikle Io ile gösterilir. (2) Ters Tepe Gerilimi (PIV) : Üretici kataloglarında genellikle VR ile gösterilir. Diyodun İsimlendirilmesi (1) 1Sxxx : Japon standardı, örneğin 1S1604 (2) OAxxx : Avrupa standardı, örneğin OA200 (3) 1Nxxx : Amerikan standardı, örneğin 1N4001 Bunlar arasında en bilineni ve en çok kullanılanı 1N diyotlarıdır. Diğer isimlendirme standartları için mevcut ticari kataloglara bakılabilir. Sık kullanılan bazı diyotlara ilişkin parametreler Tablo 1-1-2’de gösterilmiştir. İsimlendirme Parametre İsimlendirme Parametre 1N4001 1A/50V 1N5400 3A/50V 1N4002 1A/100V 1N5401 3A/100V 1N4003 1A/200V 1N5402 3A/200V 1N4004 1A/400V 1N5403 3A/300V 1N4005 1A/600V 1N5404 3A/400V 1S1905 1A/100V 1S1996 3A/200V 1S1906 1A/200V 1S1997 3A/400V 1S1907 1A/400V 1S1998 3A/600V Tablo 1-1-2 Sık kullanılan bazı diyotlara ilişkin parametreler KULLANILACAK ELEMANLAR 1. 2. 3. 4. 5. 6. 2KΩ 10KΩ 1N4148 1N60 Osiloskop Multimetre Direnç Pot. Diyot Diyot DENEYİN YAPILIŞI 1. Devreye şekildeki gibi 1KHz, 20 Vpp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. 2. CH1(X) girişi diyodun gerilimini ölçmek ve göstermek için kullanılırken, CH2(Y) girişi diyotun akımını ölçmek ve göstermek için kullanılır. 3. Osiloskobu X-Y moduna ve DC giriş bağlantı konumuna ayarlayın. Osiloskoptaki grafiği gözleyin ve Şekil 1-1-18’e kaydedin. 4. VR2(10K)’yi ayarlayın ve eğrideki değişimi gözleyin. 7 ElektronikLaboratuvarı B. Si Diyodun V-I E risinin Çizilmesi (II) – Voltmetre-Ampermetre Yöntemi 1. KL-25001 modülünü, KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzene inin üzerine koyun ve a blo unun konumunu belirleyin. 2. ekil 1-1-19’daki devre ve ekil 1-1-20(a)’daki ba lantı diyagramı yardımıyla gerekli ba lantıları yapın. Voltmetre ve ampermetreyi ba layın. Ba lantı kablolarını kullanarak VR2 potansiyometresini devreye ba layın. Şekil 1-1-16 devresi ekil 1-1-16 V-IV-Ieeğrisinin risininölçüm ölçüm devresi 3. KL-22001 Düzene indeki sabit 12VDC güç kayna ını, KL-25001 modülüne ba layın. 4. VR2 (10K) potansiyometresini, diyodun uçları arasına 0.1V’luk aralıklarla, 0.1V ile 0.7V arasında gerilimler uygulayacak ekilde ayarlayın. Her gerilim de erine kar ılık gelen IF ileri yön akımını ölçün ve Tablo 1-1-3’e kaydedin. 5. ekil 1-1-19’daki devre Şekil ve 1-1-18 ekilÖlçülen 1-1-20(b)’deki ba lantı diyagramı yardımıyla V-I eğrisi gerekliÇizilmesi ba lantıları yapın(ters baYöntemi lantı), A. Si Diyodun V-I Eğrisinin (II) – Voltmetre-Ampermetre voltmetre ve ampermetreyi ba layın. ekil 1-1-17 Ba lantı diyagramı (KL-25001 blok a) 1. Voltmetre ve ampermetreyi bağlayın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2 potansiyometresini devreye bağlayın. 2. 12VDC güç devreyepotansiyometresini, bağlayın. 6. kaynağını VR2 (10K) diyodun uçları arasına 1V’luk aralıklarla, 1V ile 3. VR2 (10K) potansiyometresini, diyodun uçları arasına 0.1V’luk aralıklarla, 0.1V ile 0.7V arasında gerilimler uygulayacak şekilde ayarlayın. 5V arasında V gerilimleri uygulayacak ekilde ayarlayın. Her gerilim de erine Her gerilim değerine karşılık gelen IRF ileri yön akımını ölçün ve Tablo 1-1-3’e kaydedin. kardevre ılıkdiyagramı gelen Iyardımıyla ölçün ve Tablo 1-1-4’e kaydedin. R akımını 4. Şekil 1-1-19’daki gerekli bağlantıları yapın(ters bağlantı), voltmetre ve ampermetreyi bağlayın. 5. VR2 (10K) potansiyometresini, diyodun uçları arasına 1V’luk aralıklarla, 1V ile 5V arasında VR gerilimleri uygulayacak şekilde ayarlayın. Her gerilim değerine karşılık gelen IR akımını ölçün ve Tablo 1-1-4’e kaydedin. 7. Tablo 1-1-3 ve 1-1-4’teki de erleri kullanarak, V-I e risini ekil 1-1-21’de çizin. 6. Tablo 1-1-3 ve 1-1-4’teki değerleri kullanarak, V-I eğrisini Şekil 1-1-18’de çizin. ekil 1-1-18 Ölçülen V-I e risi Şekil1-1-19 1-1-19 ekil Tablo 1-1-3 VF (V) 0.1 0.2 0.3 1-15 0.4 0.5 0.6 IF (µA) 1-16 8 ElektronikLaboratuvarı 0.7 Tablo 1-1-4 VR (V) 1 2 3 4 5 IR (µA) B. Ge Diyodun V-I Eğrisinin Çizilmesi (I) – Voltmetre-Ampermetre Yöntemi 1. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2 potansiyometresini devreye bağlayın. 12VDC güç kaynağını devreye bağlayın. 2. VR2(10K) potansiyometresini, diyodun uçları arasına 0.1V’luk aralıklarla, 0.1V ile 0.7V arasında gerilimler uygulayacak şekilde ayarlayın. Her gerilim değerine karşılık gelen IF ileri yön akımını ölçün ve Tablo 1-1-5’e kaydedin. 3. Şekil 1-1-21’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın(ters bağlantı), voltmetre ve ampermetreyi bağlayın. 4. VR2(10K) potansiyometresini, diyodun uçları arasına 1V’luk aralıklarla, 1V ile 5V arasında VR gerilimleri uygulayacak şekilde ayarlayın. Her gerilim değerine (kırılmanın olmadığı) karşılık gelen IR akımını ölçün ve Tablo 1-1-6’ya kaydedin. 5. Tablo 1-1-5 ve 1-1-6’daki değerleri kullanarak, V-I eğrisini Şekil 1-24’te çizin. Şekil 1-1-21 IF ve IR’yi ölçme devresi ekil 1-1-22 IF ve IR’yi ölçme devresi Tablo 1-5 VF (V) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 IF (µA) Tablo 1-1-6 VR (V) VR (V) 1 1 2 2 3 3 4 5 4 5 IR (µA) IR (µA) Tablo 1-1-6 (a) leri öngerilimleme ekil 1-1-24 risi Şekil 1-1-23 Ölçülen Ölçülen V-I V-I e eğrisi D. Ge Diyodun V-I E risinin Çizilmesi (II) - Osiloskop Yöntemi 9 1. KL-25001 modülünü,ElektronikLaboratuvarı KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzene inin üzerine koyun ve a blo unun konumunu belirleyin. C. Ge Diyodun V-I Eğrisinin Çizilmesi (II) - Osiloskop Yöntemi 1. Şekil 1-1-24’teki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2 potansiyometresini devreye bağlayın. 2. Devreye 1KHz, 20 Vpp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. 3. Osiloskobun CH1(X) girişi diyodun gerilimini ölçmek ve göstermek için kullanılrken, CH2(Y) girişi diyotun akımını ölçmek ve göstermek için kullanılır. 6. VR2(10K)’yi ayarlayarak e rideki de i imi gözleyin. 4. Osiloskobu X-Y moduna ve DC giriş bağlantı konumuna ayarlayın. Osiloskoptaki grafiği gözleyin ve Şekil 1-1-23’e kaydedin. 5. VR2(10K)’yi ayarlayarak eğrideki değişimi gözleyin. Şekil1-1-25 1-1-24 ekil SONUÇLAR Genel diyotlar, kullanılan malzemeye göre silisyum ve germanium diyotlar olmak üzere iki gruba ayrılabilir. Deney sonuçlarından, gerçek silisyum ve germanyum diyotlar için eşik gerilimleri belirlenebilir. Kırılma gerilimi testi, aşırı ters yön gerilimi diyoda zarar vereceği için gerçekleştirilmemiştir. Sadece karakteristik eğri içeriğinde IR testi gerçekleştirilmiş ve tipik olarak birkaç µA’lik sonuçlar elde edilmiştir. Kırılma sonrası akacak akım, devredeki harici gerilim kaynağına ve dirence bağlıdır ve tipik olarak birkaç Amper düzeylerindedir. ekil 1-1-26 Ba lantı diyagramı (KL-25001 blok a) 10 ElektronikLaboratuvarı ekil 1-1-27 Ölçülen V-I e risi LED ve Fotodiyot Karakteristikleri Deney 2 11 ElektronikLaboratuvarı DENEY 2-1 LED Karakteristikleri DENEYİN AMACI 1. 2. LED’in karakteristiklerini anlamak. LED’in karakteristiklerini ölçmek. GENEL BİLGİLER Işık-yayan diyot (LED), galyum arsenik fosfit yada galyum fosfitten yapılan bir tür PN-jonksiyon diyodudur. İleri öngerilimleme durumunda LED’in elektron ve delikleri birleştiğinde, serbest elektronlar tarafından taşınan enerji, görülebilir ışık spektrumunda olan ışık enerjisine dönüştürülür. Eğer malzeme olarak silisyum veya germanyum kullanılırsa, enerji ısı enerjisine dönüştürülür, ancak görülebilir bir ışık üretilmez. Tipik olarak, LED’lerin çalışma gerilimi 1.7V ~ 3.3V düzeylerindedir. Güç tüketimleri 10 ile 150mW civarında olup, çalışma ömürleri 100 bin saati aşmaktadır. LED’ler seçilen malzemeye bağlı olarak, kırmızı, beyaz, sarı, yeşil vs. ışık üretebilirler. İletim yönünde minimum 1.5V’luk gerilim uygulandığında, LED’ler ışık yaymaya başlar. Akım arttıkça, LED’in parlaklığı da artar. Bununla birlikte, akım 10mA’i aştıktan sonra parlaklıkta önemli bir artış olmaz. Eğer LED’in üzerinden sürekli yüksek akım akıtılırsa, LED yanar. LED’in kırılma gerilimi çok küçük olduğu için, uygulanan ters gerilim 3V’u aşmamalıdır. KULLANILACAK ELEMANLAR 1. 2. 3. 4. 5. 470Ω Direnç 10 KΩ Pot. Kırmızı Led (genel tip) Kırmızı Led (yüksek verimli) Yeşil Led (genel tip) DENEYİN YAPILIŞI A. IF ile parlaklık arasındaki ilişkinin belirlenmesi 1. Şekil 2-1-1’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2 potansiyometresini devreye bağlayın. Devreye 12VDC güç kaynağını bağlayın. Voltmetre ve ampermetreyi bağlayın. 2. VR2(10K)’yi maksimuma ayarlayın. Ampermetrede ölçülen IF ve voltmetrede ölçülen VF değerleri ile LED’in parlaklığını Tablo 2-1-1’e kaydedin. 3. VR2(10K)’yi minimuma ayarlayın ve 3. adımı tekrarlayın. 4. VR2(10K)’yi, 10mA’lik IF akımı okuyacak şekilde ayarlayın. Voltmetrede ölçülen VF değerini ve LED’in parlaklığını Tablo 2-1-1’e kaydedin. Tablo 2-1-1 VR Maksimum Minimum Ayar Değeri IF (mA) Parlaklık VF (V) Şekil 2-1-1 LED için ölçüm devresi 12 ElektronikLaboratuvarı B. LED’lerin IF değerlerinin ölçülmesi 1. Şekil 2-1-3’teki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Devreye sabit 12VDC güç kaynağını bağlayın. 2. Ampermetreyi bağlayın ve kırmızı LED’in (CR5,yüksek-verimli tip) IF değerini ölçüp Tablo 2-1-2’ye kaydedin. 3. Güç kaynağını kapatın. Şekil 2-1-3’teki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın (CR6 genel tip LED’İ devreye bağlayın). Güç kaynağını açın. 4. Ampermetreyi bağlayın ve CR6 kırmızı LED’in (genel tip) IF değerini ölçüp Tablo 2-1-2’ye kaydedin. 5. Güç kaynağını kapatın. Şekil 2-1-3’teki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın (CR7 yeşil LED’i devreye bağlayın). Güç kaynağını açın. 6. Ampermetreyi bağlayın ve yeşil LED’in (genel tip) IF değerini ölçüp Tablo 2-1-2’ye kaydedin. Şekil 2-1-3 IF ölçümleri için devre Tablo 2-1-2 LED Yüksek Verimli CR5 Kırmızı CR6 Yeşil CR7 IF (mA) SONUÇLAR LED’in parlaklığı ve uygulanan gerilim (akım) arasındaki ilişki, Tablo 2-1-1’deki deney sonuçlarından görülmektedir. Tipik olarak, üzerinden akan akım 10mA’e ulaştığı zaman LED’in parlaklığı tam olarak görülebilir hale gelir. Daha yüksek akım değerleri LED’in parlaklığını önemli ölçüde artırmamakla birlikte, LED’in çalışma ömrünü kısaltacaktır. Ayrıca farklı LED tipleri için ileri yön akımları hemen hemen aynıdır. DENEY 2-2 Fotodiyot Karakteristikleri DENEYİN AMACI 1. Fotodiyot karakteristiklerini anlamak. 2. Fotodiyot karakteristiklerini ölçmek. GENEL BİLGİLER Foto-diyot, çalışma bölgesi ters öngerilim bölgesiyle sınırlı olan jonksiyon tipi bir yarıiletken elemandır. Fotodiyodun temel yapısı, öngerilimlenmesi ve sembolleri Şekil 2-2-1’de gösterilmiştir. 13 ElektronikLaboratuvarı Şekil 2-2-1 Fotodiyodun öngerilimlenmesi ve sembolleri Fotodiyodun ters öngerilim durumundaki akımı, şekil 2-2-2’de gösterildiği gibi, ışık şiddetiyle doğru orantılıdır. Şekil 2-2-2 Fotodiyodun karakteristik eğrileri Transistöre benzeyen fototransistörün de emetör akımı ışık şiddetiyle doğru orantılıdır. Fotodiyot ve fototransistörlerde kullanılan ışık kaynakları arasında görünür ışık, kızılötesi ve lazer ışınları yer almaktadır. KULLANILACAK ELEMANLAR 1. 2. 3. Fotodiyot Fototransistor 470Ω Direnç DENEYİN YAPILIŞI 1. Şekil 2-2-3ve 2-2-4’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Devreye sabit 12VDC güç kaynağını bağlayın. 2. Ampermetreyi bağlayın ve sırasıyla şu koşullar altında IR değerlerini ölçün: (1) Fotodiyot ışık alırken, (2) ışık engellenmişken. Daha sonra sırasıyla en parlak ışık ve en düşük ışık durumlarındaki IR değerlerini kaydedin. 3. Ölçülen IR değerlerini ve 𝐼S = Fotodiyot Parlak ışık Düşük ışık T#U VWXΩZ[\ denklemini kullanarak, RD direnç değerini hesaplayın. IR=___________ , IR=___________ , RD=___________ RD=___________ 4. Şekil 2-2-4(a)’daki devre ve Şekil 2-2-4(b)’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 5. Ampermetreyi bağlayın ve sırasıyla şu koşullar altında IE değerlerini ölçün: (1) Fototransistör ışık alırken, (2) ışık engellenmişken. Daha sonra sırasıyla en parlak ışık ve en düşük ışık durumlarındaki IE değerlerini kaydedin. Fototransistör Parlak ışık Düşük ışık 14 IE=___________ IE=___________ ElektronikLaboratuvarı Şekil 2-2-3 Fotodiyot ölçümleri için devre Şekil 2-2-4 Fototransistör ölçümleri için devre SONUÇLAR Fotodiyodun, ileri öngerilim ve ışık almadığı durumlardaki ters öngerilim karakteristikleri, genel diyodunkine benzemektedir. Işık olduğu zaman, genel diyottan farklı olarak, ters yöndeki akım ışığın şiddetiyle doğru orantılı olur. Pratikte, ışık dönüşümü ile elde edilen akım, direkt olarak bir yükü sürmek için kullanılamaz. Yükü sürebilmek için, bu akımın bir tranzistör veya IC tarafından kuvvetlendirilmesi gerekir. 15 ElektronikLaboratuvarı Yarım ve Tam Dalga Doğrultucu Deney 3 16 ElektronikLaboratuvarı DENEY 3-1 Yarım-Dalga Doğrultucu DENEYİN AMACI 1. Yarım-dalga doğrultucu devrenin çalışma prensibini anlamak. 2. Yarım-dalga doğrultucu devrenin çıkış gerilimini ve dalgacık gerilimini ölçmek. GENEL BİLGİLER DC Güç Kaynağı Elektronik cihazlar, güç kaynağı olarak DC güce gereksinim duyarlar. Piller dışında, DC güç elde etmek için en sık kullanılan yöntem AC gerilimin DC gerilime dönüştürülmesidir. Tam bir DC güç kaynağı, Şekil 3-1-1’de gösterilen bloklardan oluşur. AC gerilim, transformatör yardımıyla istenilen gerilim düzeyine dönüştürülür, daha sonra doğrultucu ile darbeli DC gerilim elde edilir. Darbeli DC gerilim, filtre devresiyle minimum dalgacıklı saf DC gerilime haline getirilir. Eğer DC gerilim, yüksek doğruluk gereksinimi olan bir yüke uygulanacaksa, sisteme bir gerilim regülatörü de eklenir. En sık kullanılan doğrultucu devreler: (1)yarım-dalga doğrultucu, (2)tam-dalga doğrultucu, (3)köprü doğrultucu. VAC Gerilim Dönüştürme Doğrultma Gerilim Regülasyonu Filtereleme VDC Şekil 3-1-1 Dc güç kaynağının blok diyagramı Kondansatör Filtresiz Yarım-Dalga Doğrultucu Yarım-dalga doğrultucu Şekil 3-1-2(a)’da gösterilmiştir. Şekil 3-1-2(b)’de gösterilen Vi giriş geriliminin pozitif alternansında diyot iletimde olur ve Şekil 3-1-2(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre VO=Vi olur. Negatif alternans süresince diyot kesimdedir ve bu durumda eşdeğer devre Şekil 3-1-2(d)’de gösterildiği gibidir. Şekil 3-1-2(b)’de gösterildiği gibi, VO sadece pozitif alternansta ortaya çıkmaktadır. Vdc= Vav= 0.9Vrms/2= 0.45Vrms. (a) Devre (b) Giriş ve çıkış dalga şekilleri (c) Diyot ON (d) Diyot OFF Şekil 3-1-2 Kondansatör filtresiz yarım-dalga doğrultucu Kondansatör Filtreli Yarım-Dalga Doğrultucu Kondansatör filtresiz yarım dalga doğrultucunun çıkış dalga şekli Şekil 3-1-2(b)’de gösterilmişti. Kondansatör filtreli yarım-dalga doğrultucu devresi, şarj ve deşarj durumları için, sırasıyla Şekil 3-1-3(a) ve (b)’de gösterilmiştir. RL=1KΩ ve RL=∞ durumları için çıkış dalga şekilleri, sırasıyla Şekil 3-1-3(c) ve (d)’de gösterilmiştir. Daha büyük RL değeri, deşarj süresinin artmasına ve böylece çıkış geriliminin daha pürüzsüz olmasına neden olur. 17 ElektronikLaboratuvarı (c) RL=1KΩ iken (d) RL= ∞ iken çıkış dalga şekli çıkış dalga şekli Şekil 3-1-3 Kondansatör filtreli yarım-dalga doğrultucu KULLANILACAK ELEMANLAR 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 10 KΩ Direnç 220 Ω Direnç 1 MΩ Pot. 1N4007 (*4) Diyot 10µF Kapasitör 220µF Kapasitör Osiloskop Multimetre DENEYİN YAPILIŞI A. Kondansatör Filtresiz Yarım-Dalga Doğrultucu 1. Şekil 3-1-4’teki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 2. AC güç kaynağından, Vac giriş uçları devreye 9VAC gerilim uygulayın. 3. Multimetreyi kullanarak, Vac giriş gerilimini (AC konumda) ve Vdc çıkış gerilimini (DC konumda) ölçün ve Tablo 3-1-1’e kaydedin. 4. Osiloskobu kullanarak, Vac giriş gerilimini ve OUT (TP3) ucundan, Vdc çıkış gerilimi (DC bağlantı konumu) ile Vr dalgacık gerilimini (AC bağlantı konumu) ölçün ve Tablo 3-1-1’e kaydedin. Şekil 3-1-4 Kondansatör filtresiz yarım-dalga doğrultucu 18 ElektronikLaboratuvarı B. Kondansatör Filtreli Yarım-Dalga Doğrultucu 1. Şekil 3-1-6’daki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR4 potansiyometresini devreye bağlayın. 2. AC güç kaynağından, Vac giriş uçları devreye 9VAC gerilim uygulayın. VR4(1MΩ)’ü maksimuma ayarlayın. 3. Multimetreyi kullanarak, Vac giriş gerilimini (AC konumda) ve Vdc çıkış gerilimini (DC konumda) ölçün ve Tablo 3-1-1’e kaydedin. 4. Osiloskobu kullanarak, Vac giriş gerilimini ve OUT (TP3) terminalinden, Vdc çıkış gerilimi (DC bağlantı konumu) ile Vr dalgacık gerilimini (AC bağlantı konumu) ölçün ve Tablo 3-1-1’e kaydedin. 5. VR4(1MΩ)’ü minimuma ayarlayın ve 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. 6. Şekil 3-1-6’daki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Böylece C6 (220µF) filtre kondansatörü C5 (10µF) ile, R yük direnci R7 (1KΩ) ile değiştirilmiş olur. 7. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. Şekil 3-1-6 Kondansatör filtreli yarım-dalga doğrultucu Tablo 3-1-1 Vrms / Vpp Multimetre Test noktası IN OUT IN OUT Vac Vdc Vac Vdc Yarım-Dalga Doğrultucu Devre 19 Osiloskop C yok C6 : 220µF VR4 : MAX C6 : 220µF VR4 : MIN C5 : 10µF R : 1K ElektronikLaboratuvarı Vr SONUÇLAR Yarım-dalga doğrultucu devresinde, filtre kondansatörü ve yük direncinin değeri arttıkça çıkış gerilim artmakta dalgacık gerilimi ise azalmaktadır. DENEY 3-2 Tam-Dalga Doğrultucu DENEYİN AMACI 1. Tam-dalga doğrultucu devrenin çalışma prensibini anlamak. 2. Tam-dalga doğrultucu devrenin çıkış gerilimini ve dalgacık gerilimini ölçmek. GENEL BİLGİLER Kondansatör Filtresiz Tam-Dalga Doğrultucu Tam-dalga doğrultucu devresi Şekil 3-2-1(a)’da gösterilmiştir. Bu devrede merkez-bağlantılı bir transformatör kullanılmalıdır (Vac1=Vac2). Pozitif alternans süresince, Vac1 giri gerilimi ekil 2-2-1(b)’de gösterilmi tir. Vac1’in üst ucu poizitif, alt ucu negatif oldu u için D1 diyodu iletimde, D2 diyodu ise kesimde olur. Bu durumda e de er devre ekil 2-2-1(c)’de ve VO gerilimi ekil 2-2-1(d)’de gösterilmi tir. Negatif alternans süresince, Vac2 giri gerilimi ekil 2-2-1(e)’de gösterilmi tir. Vac1’in üst ucu negatif, alt ucu pozitif oldu u için D2 diyodu iletimde, D1 diyodu ise kesimde olur. ekil 2-2-1(f)’de gösterilen e de er devrede, RL üzerinden akan akımın yönü pozitif alternanstaki ile aynıdır. VO gerilimi de ekil 2-2-1(g)’de gösterilmi tir. Kondansatör Filtreli Tam-Dalga Do rultucu Kondansatör filtreli, merkez ba lantılı tam-dalga do rultucu ekil 2-2-2’de Kondansatör filtresiz tam-dalga devresi gösterilmi tir. Çıkı Şekil ve 3-2-1 dalgacık gerilimi dalga doğrultucu ekilleri, Deney 2-1’de ele alınan Pozitif alternans süresince, Vac1 giriş gerilimi Şekil 3-2-1(b)’de gösterilmiştir. Vac1’in üst ucu poizitif, alt ucu negatif olduğu için D1 diyodu iletimde, D2 diyodu ise kesimde olur. Bu durumda eşdeğer devre Şekil 3-2-1(c)’de ve VO gerilimi Şekil 3-2-1(d)’de gösterilmiştir. kondansatör filtreli yarım-dalga do rultucununkilere benzemektedir. kisi arasındaki Negatif alternans süresince, Vac2 giriş gerilimi Şekil 3-2-1(e)’de gösterilmiştir. Vac1’in üst ucu negatif, alt ucu pozitif olduğu için D2 diyodu iletimde, D1 diyodu ise kesimde olur. Şekil 3-2-1(f)’de eşdeğer çıkı devrede,gerilimi, RL üzerindenyarım-dalga akan akımın yönü do pozitifrultucuya alternanstaki ile temel farklar: (1) tam-dalga do gösterilen rultucunun aynıdır. VO gerilimi de Şekil 3-2-1(g)’de gösterilmiştir. göre daha büyüktür, (2) tam-dalga do rultucunun dalgacık gerilimi, yarım-dalga Kondansatör Filtreli Tam-Dalga Doğrultucu Kondansatör filtreli, merkez bağlantılı tam-dalga doğrultucu Şekil 3-2-2’de gösterilmiştir. Çıkış ve dalgacık gerilimi dalga şekilleri, Deney 2-1’de do rultucuya göre daha doğrultucununkilere küçüktür. ele alınan kondansatör filtreli yarım-dalga benzemektedir. İkisi arasındaki temel farklar: (1) tam-dalga doğrultucunun çıkış gerilimi, yarım-dalga doğrultucuya göre daha büyüktür, (2) tam-dalga doğrultucunun dalgacık gerilimi, yarım-dalga doğrultucuya göre daha küçüktür. Şekil 3-2-2 Kondansatör filtreli tam-dalga doğrultucu devresi ekil 2-2-2 Kondansatör filtreli tam-dalga do rultucu devresi KULLANILACAK ELEMANLAR 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 10 KΩ Direnç 220 Ω Direnç 1 MΩ Pot. 1N4007 (*4) Diyot 10µF Kapasitör 220µF Kapasitör Osiloskop Multimetre KULLANILACAK ELEMANLAR 20 1. KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzene i ElektronikLaboratuvarı 2. KL-25002 Do rultucu, Türev & ntegral Modülü DENEYİN YAPILIŞI A. Kondansatör Filtresiz Tam-Dalga Doğrultucu 1. Şekil 3-2-3’teki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 2. AC güç kaynağından, devredeki Vac1 ve Vac2 giriş uçlarına (TP1, GND ve TP2), sırasıyla AC 9V-0V ve 0V-9V uygulayın. 3. Vac1 ve Vac2 gerilimlerini sırasıyla multimetre (AC konumda) ve osiloskop kullanarak (AC bağlantı konumunda) ölçün ve Tablo 3-2-1’e kaydedin. 4. Multimetre (DC konumda) ve osiloskop (DC bağlantı konumu) kullanarak, OUT (TP3) çıkış terminalini ölçün. Burada, osiloskop DC bağlantı konumundayken Vdc ve AC bağlantı konumundayken dalgacık gerilimi ölçülmüş olur. Sonuçları Tablo 3-2-1’e kaydedin. Şekil 3-2-3 B. Kondansatör Filtreli Tam-Dalga Doğrultucu 1. Şekil 3-2-5’teki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR4 potansiyometresini devreye bağlayın. 2. AC güç kaynağından, devredeki Vac1 ve Vac2 giriş terminallerine (TP1, GND ve TP2), sırasıyla AC 9V-0V ve 0V-9V uygulayın. VR4(1MΩ)’ü maksimuma ayarlayın. 3. Multimetreyi kullanarak, Vac1 ve Vac2 giriş gerilimlerini (AC konumda) ve OUT ucundan Vdc çıkış gerilimini (DC konumda) ölçün ve Tablo 32-1’e kaydedin. 4. Osiloskobu kullanarak, Vac1 ve Vac2 giriş gerilimlerini ve OUT (TP3) ucundan, Vdc çıkış gerilimi (DC bağlantı konumu) ile Vr dalgacık gerilimini (AC bağlantı konumu) ölçün ve Tablo 3-2-1’e kaydedin. 5. VR4(1MΩ)’ü minimuma ayarlayın ve 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. 6. Şekil 3-2-5’teki devre ve Şekil 3-2-7’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Böylece C6 (220µF) filtre kondansatörü C5 (10µF) ile, R yük direnci R7 (1KΩ) ile değiştirilmiş olur. 7. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. Şekil 3-2-5 Merkez-bağlantılı tam-dalga doğrultucu devresi 21 ElektronikLaboratuvarı Tablo 3-2-1 Vrms / Vpp Test noktası Devre Multimetre Osiloskop IN OUT IN OUT Vac Vdc Vac Vdc Vr Tam-Dalga Doğrultucu C yok C6 : 220µF VR4 : MAX C6 : 220µF VR4 : MIN C5 : 10µF R : 1K SONUÇLAR Tam-dalga doğrultucu devresinde, filtre kondansatörü ve yük direncinin değeri arttıkça çıkış gerilim artmakta dalgacık gerilimi ise azalmaktadır. 22 ElektronikLaboratuvarı Köprü ve İki Kaynaklı Doğrultucu Deney 4 23 ElektronikLaboratuvarı DENEY 4-1 Köprü Doğrultucu DENEYİN AMACI 1. Köprü doğrultucu devresinin çalışma prensibini anlamak. 2. Köprü doğrultucu devrenin çıkış gerilimini ve dalgacık gerilimini ölçmek. GENEL BİLGİLER Dört diyodun kullanıldığı köprü doğrultucu devresi, Şekil 4-1-1(a)’da gösterilmiştir. VAC giriş geriliminin pozitif alternansında, D1 ve D2 diyotları iletimde, D3 ve D4 diyotları ise kesimde olur. Eşdeğer devre ve VO çıkış gerilimi Şekil 4-1-1(b)’de gösterilmiştir. VAC giriş geriliminin negatif alternansında, D1 ve D2 diyotları kesimde, D3 ve D4 diyotları ise iletimde olur. Eşdeğer devre ve VO çıkış gerilimi Şekil 4-1-1(c)’de gösterilmiştir. (a) Köprü doğrultucu devresi (b) Giriş geriliminin pozitif alternansında (c) Giriş geriliminin negatif alternansında Şekil 4-1-1 Köprü doğrultucu devresinin çalışması Şekil 4-1-2, kondansatör filtreli köprü doğrultucu devresini göstermektedir. Çıkış ve dalgacık gerilimleri, Deney 3-2’de ele alınan merkezbağlantılı kondansatör filtreli tam-dalga doğrultucununkilere benzemektedir. Şekil 4-1-2 Kondansatör filtreli köprü doğrultucu devresi 24 ElektronikLaboratuvarı 2. ekil 2-3-3’teki devre ve ekil 2-3-4’teki ba lantı diyagramı yardımıyla gerekli ba lantıları yapın. KULLANILACAK ELEMANLAR 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 3.Direnç KL-22001 Düzene indeki AC güç kayna ından, devredeki VAC giri lerine, bir 200Ω 1 KΩ Direnç 1 MΩ Pot.9V ucunu TP1’e di er 9V ucunu TP2’ye ba layarak, 18VAC gerilim uygulayın. 10 µF Kapasitör 100 µF / 25V (*2) Kapasitör 1N4007 (*4) Diyot Osiloskop Multimetre4. Multimetre kullanarak, Vac giri gerilimini (AC konumda) ve OUT ucundan Vdc DENEYİN YAPILIŞI çıkı gerilimini (DC konumda) ölçün ve Tablo 2-3-1’e kaydedin. A. Kondansatör Filtresiz Köprü Doğrultucu 1. Şekil 4-1-3’teki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 5. Osiloskop kullanarak, Vac giri gerilimini ve OUT (TP3) terminalinden Vdc 2. AC güç kaynağından, devredeki VAC girişlerine, bir 9V ucunu TP1’e diğer 9V ucunu TP2’ye bağlayarak, 18VAC gerilim uygulayın. çıkı gerilimi (DC ba lantı konumu) ile Vr dalgacık gerilimini (AC ba lantı konumu) 3. Multimetre kullanarak, Vac giriş gerilimini (AC konumda) ve OUT ucundan Vdc çıkış gerilimini (DC konumda) ölçün ve Tablo 4-1-1’e kaydedin. ölçün ve Tablo 2-3-1’e kaydedin. 4. Osiloskop kullanarak, Vac giriş gerilimini ve OUT (TP3) terminalinden Vdc çıkış gerilimi (DC bağlantı konumu) ile Vr dalgacık gerilimini (AC bağlantı konumu) ölçün ve Tablo 4-1-1’e kaydedin. ekil 2-3-3 Köprü do rultucu devresi Şekil 4-1-3 Köprü doğrultucu devresi B. Kondansatör Filtreli Köprü Doğrultucu 1. Şekil 4-1-5’teki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR4 potansiyometresini devreye bağlayın. 2. AC güç kaynağından, devredeki VAC girişlerine, bir 9V ucunu TP1’e diğer 9V ucunu TP2’ye bağlayarak, 18VAC gerilim uygulayın. VR4(1MΩ)’ü maksimuma ayarlayın. 3. Multimetre kullanarak, Vac giriş gerilimini (AC konumda) ve OUT ucundan Vdc çıkış gerilimini (DC konumda) ölçün ve Tablo 4-1-1’e kaydedin. 4. Osiloskop kullanarak, Vac giriş gerilimini ve OUT (TP3) terminalinden Vdc çıkış gerilimi (DC bağlantı konumu) ile Vr dalgacık gerilimini (AC bağlantı konumu) ölçün ve Tablo 4-1-1’e kaydedin. 5. VR4(1MΩ)’ü minimuma ayarlayın ve 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. 6. Şekil 4-1-5’teki devre ve Şekil 4-1-7’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Böylece C7 (100µF) filtre kondansatörü C5 (10µF) ile, R yük direnci R7 (1KΩ) ile değiştirilmiş olur. 2-16 7. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. 25 ElektronikLaboratuvarı 7. 3. ve 4. adımdaki i lemleri tekrarlayın. Şekil 4-1-5 Kondansatör filtreli köprü köprü doğrultucu devresi ekil 2-3-5 Kondansatör filtreli do rultucu devresi Tablo 4-1-1 Vrms / Vpp Test noktası Köprü Doğrultucu Devre Multimetre Osiloskop IN OUT IN OUT Vac Vdc Vac Vdc Vr C yok C7 : 100µF VR4 : MAX C7 : 100µF VR4 : MIN C5 : 10µF R : 1K SONUÇLAR DENEY 2-4 ki Güç Kaynaklı Do rultucu Yarım-dalga ve tam-dalga doğrultuculara benzer şekilde, köprü doğrultucularda da, filtre kondansatörü ve yük direncinin değeri arttıkça çıkış gerilim artmakta dalgacık gerilimi ise azalmaktadır. DENEY N AMACI DENEY 4-2 İki Güç Kaynaklı Doğrultucu ki güç kaynaklı rultucunun çalı ma prensibini anlamak. ekil1. 2-3-6 Ba dolantı diyagramı (KL-25002 blok c) 2. ki güç kaynaklı do rultucu devresinin giri ve çıkı gerilimlerini ölçmek. DENEYİN AMACI 1. İki güç kaynaklı doğrultucunun çalışma prensibini anlamak. 2. İki güç kaynaklı doğrultucu devresinin girişLER ve çıkış gerilimlerini ölçmek. GENEL B LG Bir merkez-ba lantılı transformatör dört diyodun kullanıldı ı iki güç kaynaklı GENELveBİLGİLER do rultucu devresi, ekil 2-4-1(a)’da gösterilmi tir. Bir merkez-bağlantılı transformatör ve dört diyodun kullanıldığı iki güç kaynaklı doğrultucu devresi, Şekil 4-2-1(a)’da gösterilmiştir. (a) (a) 26 (b) (KL-25002 ElektronikLaboratuvarı ekil 2-3-7 Ba lantı diyagramı (c) (b) (d) blok c) (c) (d) Şekil 4-2-1 İki güç kaynaklı doğrultucunun çalışması Pozitif alternans süresince, VAC1 ve VAC2 giriş gerilimleri Şekil 4-2-1(b)’de gösterilmiştir. D1 ve D2 diyotları iletimde, D3 ve D4 diyotları ise kesimdedir. Eşdeğer devre ve akım çevrimi Şekil 4-2-1(c)’de gösterilmiştir. C1 ve C2 kapasiteleri, sırasıyla i1 ve i2 akımları tarafından şarj edilir ve böylece C1 kapasitesinin uçlarında pozitif bir çıkış gerilimi VO1 ve C2 kapasitesinin uçlarında negatif bir çıkış gerilimi VO2 oluşur. Negatif alternans süresince, D3 ve D4 diyotları iletimde, D1 ve D2 diyotları ise kesimde olur. Eşdeğer devre ve akım çevrimi Şekil 4-2-1(d)’de gösterilmiştir. C1 ve C2 kapasiteleri, i1 ve i2 akımları ile aynı şarj çevrimine sahip, i3 ve i4 akımları tarafından şarj edilir. Böylece çıkış gerilim polariteleri pozitif alternanstaki ile aynı olur. Yani, C1 kapasitesinin uçlarında pozitif bir çıkış gerilimi VO1 ve C2 kapasitesinin uçlarında negatif bir çıkış gerilimi VO2 oluşur. KULLANILACAK ELEMANLAR 1. 200Ω Direnç 2. 1 KΩ Direnç 3. 1 MΩ Pot. 4. 10 µF Kapasitör 5. 100 µF / 25V (*2) Kapasitör 6. 1N4007 (*4) Diyot 7. Osiloskop 8. Multimetre DENEYİN YAPILIŞI 1. Şekil 4-2-2’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 2. AC güç kaynağından, devredeki Vac1 ve Vac2 giriş terminallerine (TP1, GND ve TP2), sırasıyla AC 9V-0V ve 0V-9V uygulayın. 3. Multimetre kullanarak, Vac1 ve Vac2 giriş gerilimlerini (AC konumda) ve Vdc1=VC7 ve Vdc2=VC8 çıkış gerilimlerini (DC konumda) ölçün ve Tablo 4-2-1’e kaydedin. 4. Osiloskop kullanarak, Vac1 ve Vac2 giriş gerilimlerini ve Vdc1=VC7 ve Vdc2=VC8 çıkış gerilimlerini (DC bağlantı konumunda) ölçün ve Tablo 4-2-1’e kaydedin. Şekil 4-2-2 Çift güç kaynaklı doğrultucu devresi Tablo 4-2-1 Aygıt Multimetre Osiloskop Test noktası Vac1 Vac2 Vdc1 Vdc2 Vac1 Vac2 Devre 27 ElektronikLaboratuvarı Vdc1 Vdc2 V V V Çift Güç Kaynağı t t t Vpp Vpp V Vdc t Vdc SONUÇLAR Çift güç kaynaklı doğrultucu, bir tam-dalga doğrultucu uygulamasıdır. Çift güç kaynaklı doğrultucu devresi, yüklere eşit genlikli fakat ters polariteli iki güç kaynağı sağlar. Işlemsel yükselteçlerde ve OCL yüselteçlerde yaygın olarak kullanılır. 28 ElektronikLaboratuvarı Kırpma ve Kenetleme Devreleri Deney 5 29 ElektronikLaboratuvarı DENEY 5-1 Kırpma Devreleri DENEYİN AMACI 1. Diyot kırpma devresinin çalışma prensibini anlamak. 2. Öngerilim eklenmesi durumunda, diyot kırpma devresinin dalga şeklinde meydana gelen değişimi anlamak. GENEL BİLGİLER Kırpma devresi, giriş sinyalinin bazı kısımlarını kırpar ve çıkış sinyali olarak kırpılmış bu sinyali kullanır. Kırpıcı olarak da adlandırılır. Şekil 5-1-1’de gösterildiği gibi, diyodun iletim yönünde kutuplanması bir anahtarın kapalı durumuna, kesim yönünde kutuplanamsı ise anahtarın açık durumuna karşılık gelmektedir. Şekil 5-1-1 İletim yada kesim durumunda diyot Seri Diyot Kırpma Devresi Şekil 5-1-2(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-1-2(b)’de gösterilmiştir. Pozitif alternans süresince (Ei>0), diyot kısa-devre durumundadır ve Şekil 5-1-2(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei’dir. Negatif alternans süresince (Ei<0), diyot açık-devre durumundadır ve Şekil 5-1-2(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=0’dır. EO’ın dalga şekli Şekil 5-1-2(b)’de gösterilmiştir. Şekil 5-1-2 Seri diyot kırpma devresi Şekil 5-1-3(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-1-3(b)’de gösterilmiştir. Pozitif alternans süresince (Ei>0), ters kutuplanmış diyot açık-devre durumundadır ve Şekil 5-1-3(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=0’dır. Negatif alternans süresince (Ei<0), iletim yönünde kutuplanmış diyot kısa-devre durumundadır ve Şekil 5-1-3(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO= Ei’dir. EO’ın dalga şekli Şekil 5-1-3(b)’de gösterilmiştir. Şekil 5-1-3 Seri diyot kırpma devresi 30 ElektronikLaboratuvarı Öngerilimli Seri Diyot Kırpma Devresi Giriş geriliminin istenilen bir seviyede kırpılması isteniyorsa, devreye bir DC gerilim eklenebilir. Eklenen dc gerilimin polaritesi, genliği ve bağlanma yeri, giriş dalga şeklinin hangi kısımlarının kırpılacağını belirlemektedir. Şekil 5-1-4 Ters öngerilim eklenmiş seri diyot kırpma devresi Şekil 5-1-4(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-1-4(b)’de gösterilmiştir. Ei>E iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 5-1-4(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei’dir. Ei<E iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 5-1-4(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=E’dir. EO’ın dalga şekli Şekil 5-1-4(b)’de gösterilmiştir. Şekil 5-1-5 Ters öngerilim eklenmiş seri diyot kırpma devresi Şekil 5-1-5(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-1-5(b)’de gösterilmiştir. Ei>E iken (E negatif gerilim), diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 5-1-5(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei-E’dir. Ei<E iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 51-5(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=0’dır. EO’ın dalga şekli Şekil 5-1-5(b)’de gösterilmiştir. 31 ElektronikLaboratuvarı Şekil 5-1-6 İleri öngerilim eklenmiş seri diyot kırpma devresi Şekil 5-1-6(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-1-6(b)’de gösterilmiştir. (Ei+E)>0 iken (E negatif gerilim), diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 5-1-6(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei’dir. (Ei+E)<0 iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 5-1-6(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=0’dır. EO’ın dalga şekli Şekil 5-1-6(b)’de gösterilmiştir. Şekil 5-1-7(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-1-7(b)’de gösterilmiştir. (Ei+E)>0 iken (E pozitif gerilim), diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 5-1-7(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei+E’dir. (Ei+E)<0 iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 5-1-7(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=0’dır. EO’ın dalga şekli Şekil 5-1-7(b)’de gösterilmiştir. Şekil 5-1-7 İleri öngerilim eklenmiş seri diyot kırpma devresi Paralel Diyot Kırpma Devresi Paralel diyot kırpma devresi, seri diyot kırpma devresi ile aynı fonksiyona sahiptir ve pozitif yada negatif alternansı algılama devresi olarak kullanılabilir. Şekil 5-1-8 Paralel diyot kırpma devresinin çalışması 32 ElektronikLaboratuvarı Şekil 5-1-8(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-1-8(b)’de gösterilmiştir. Ei>0 iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 51-8(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=0’dır. Ei<0 iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 5-1-8(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei’dir (RL>>RS). EO’ın dalga şekli Şekil 5-1-8(b)’de gösterilmiştir. Şekil 5-1-9 Paralel diyot kırpma devresinin çalışması Şekil 5-1-9(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-1-9(b)’de gösterilmiştir. Ei>0 iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 5-1-9(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei’dir (RL>>RS). Ei<0 iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 5-1-9(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=0’dır. EO’ın dalga şekli Şekil 5-1-9(b)’de gösterilmiştir. Şekil 5-1-10(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-1-10(b)’de gösterilmiştir. Ei>(Vz+0.6V) iken, Şekil 5-1-10(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO= Vz+0.6V olur. -(Vz+0.6V)<Ei<(Vz+0.6V) iken, Şekil 5-1-10(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei olur. Ei<(Vz+0.6V) iken, Şekil 5-1-10(e)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=-(Vz+0.6V) olur. EO’ın dalga şekli Şekil 5-1-10(b)’de gösterilmiştir. Şekil 5-1-10 Zener diyot kırpma devresi 33 ElektronikLaboratuvarı Öngerilimli Paralel Diyot Kırpma Devresi Şekil 5-1-11(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-1-11(b)’de gösterilmiştir. Ei>E iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 5-1-11(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei’dir. Ei<E iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 5-1-11(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei’dir (RL>>RS). EO’ın dalga şekli Şekil 5-1-11(b)’de gösterilmiştir. (a) (b) (c) (d) Şekil 5-1-11 Ters öngerilim eklenmiş paralel diyot kırpma devresi Şekil 5-1-12(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-1-12(b)’de gösterilmiştir. Ei>E iken (E negatif gerilim), diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 5-1-12(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei’dir (RL>>RS). Ei<E iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 5-1-12(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=E’dir. EO dalga şekli Şekil 5-1-12(b)’de gösterilmiştir. Şekil 5-1-12 Ters öngerilim eklenmiş paralel diyot kırpma devresi 34 ElektronikLaboratuvarı KULLANILACAK ELEMANLAR 1. 2. 3. 4. 5. 6. 1 MΩ 10 kΩ 1N4148 5,6V Zener 0,1 µF Osiloskop Direnç Pot. Diyot Zener Diyot Kapasitör DENEYİN YAPILIŞI A. Seri Diyot Kırpma Devresi 1. Tablo 5-1-1’daki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 2. Fonksiyon Üretecini kullanarak, TP2 giriş ucuna 1KHz, 10 Vpp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. 3. Osiloskop kullanarak, TP2’den giriş gerilimini ve OUT’dan çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 5-1-1’ya kaydedin. 4. Tablo 5-1-1)’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 5. Fonksiyon Üretecini kullanarak, TP1 giriş ucuna 1KHz, 10 Vpp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. 6. Osiloskop kullanarak, TP1’den giriş gerilimini ve OUT’dan çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 5-1-1’ye kaydedin. Tablo 5-1-1 B. Öngerilimli Seri Diyot Kırpma Devresi 1. Tablo 5-1-2’daki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Sabit güç kaynağından devreye -5VDC gerilim bağlayın. 2. Fonksiyon Üretecini kullanarak, TP2 giriş ucuna 1KHz, 10 Vpp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. 3. Osiloskop kullanarak, TP2’den Vi giriş gerilimini ve OUT’dan VO çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 5-1-2’ye kaydedin. 4. Tablo 5-1-2’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Sabit güç kaynağından devreye +5VDC gerilim bağlayın. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. 5. Tablo 5-1-2’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Sabit güç kaynağından devreye -5VDC gerilim bağlayın. 6. Fonksiyon Üretecini kullanarak, TP1 giriş ucuna 1KHz, 10 Vpp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. 7. Osiloskop kullanarak, TP2’den Vi giriş gerilimini ve OUT’dan VO çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 5-1-2’ye kaydedin. 8. Tablo 5-1-2’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Sabit güç kaynağından devreye +5VDC gerilim bağlayın. 7. ve 8. adımdaki işlemleri tekrarlayın. 35 ElektronikLaboratuvarı ekil 3-1-14 Ba lantı diyagramları (KL-25001 blok b) Tablo 5-1-2 C. Paralel Diyot Kırpma Devresi Tablo 3-1-2 1. Tablo 5-1-3’daki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 2. 3-12 Fonksiyon Üretecini kullanarak, TP1 giriş ucuna 1KHz, 10 Vpp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. 3. Osiloskop kullanarak, TP1’den Vi giriş gerilimini ve OUT’dan VO çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 5-1-3’e kaydedin. 4. Tablo 5-1-3’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. 5. Tablo 5-1-3’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. Tablo 5-1-3 D. Öngerilimli Paralel Diyot Kırpma Devresi 1. Tablo 5-1-4’daki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Sabit güç kaynağından devreye +5VDC gerilim bağlayın. 2. Fonksiyon Üretecini kullanarak, TP1 giriş ucuna 1KHz, 10 Vpp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. 3. Osiloskop kullanarak, TP1’den Vi giriş gerilimini ve OUT’dan VO çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 5-1-4’e kaydedin. 4. Tablo 5-1-4’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Sabit güç kaynağından devreye -5VDC gerilim bağlayın. 5. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. 6. Tablo 5-1-4’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Sabit güç kaynağından devreye -5VDC gerilim bağlayın. 36 ElektronikLaboratuvarı 7. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. 8. Tablo 5-1-4’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Sabit güç kaynağından devreye +5VDC gerilim bağlayın. 9. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. Tablo 5-1-4 SONUÇLAR Diyot kırpma devreleri, seri kırpma devresi ve paralel kırpma devresi olarak iki gruba ayrılmasına rağmen, iki devrenin de çalışma prensibi aynıdır. Diğer bir ifadeyle, her iki devre düzenlemesi de, diyodun iletim ve kesim durumu karakteristiklerini kullanır. Kırpma devrelerinin çalışması aşağıdaki gibi özetlenebilir: 1. Seri kırpma (öngerilim yok) Eğer 1) diyot iletimdeyse, VO=Vi. 2) diyot kesimdeyse, Vo=0. 2. Paralel kırpma (öngerilim yok) Eğer 1) diyot iletimdeyse, VO=0. 2) diyot kesimdeyse, VO=Vi (RL>>RS). 3. Seri kırpma (öngerilimli) Eğer 1) diyot iletimdeyse, VO=Vi. 2) diyot kesimdeyse, VO=E. 4. Paralel kırpma (öngerilimli) Eğer 1) diyot iletimdeyse, VO=E. 2) diyot kesimdeyse, VO=Vi (RL>>RS) DENEY 5-2 Kenetleme Devreleri DENEYİN AMACI 1. Diyot kenetleme devresinin çalışma prensibini anlamak. 2. Öngerilim eklenmesi durumunda, diyot kenetleme devresinin dalga şeklinde meydana gelen değişimi anlamak. GENEL BİLGİLER Kenetleme devresi, kenetleyici olarakta adlandırılır ve çıkış sinyalinin genliğini giriş sinyali ile aynı tutarken, sadece dc seviyesini değiştirir. Kenetleyici, çıkış dalga şeklinin pozitif yönde (yukarıya doğru) kaymasını sağlıyorsa pozitif kenetleyici olarak adlandırılırken, tersi durumda ise (aşağıya doğru) negatif kenetleyici olarak adlandırılır. Kenetleyici devrede, çıkış sinyali ile giriş sinyalinin genliği ve dalga şekli aynı olmakla birlikte, sadece çıkış sinyaline bir dc seviye eklenmektedir. Bu yüzden bu devre, dc yenileyici olarakta adlandırılmaktadır. Diyot Kenetleme Devresi Şekil 5-2-1(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-2-1(b)’de gösterilmiştir. Pozitif alternans süresince, diyot iletimdedir ve C kondansatörü Em maksimum değeri ile şarj olur. Kondansatörün polaritesi, Şekil 5-2-1(c)’deki eşdeğer devrede gösterilmiştir ve bu durumda EO=0’dır. Negatif alternans süresince, diyot kesimdedir ve Şekil 5-2-1(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO= - (Em+Ei) olur. EO’ın dalga şekli Şekil 5-2-1(b)’de gösterilmiştir. 37 ElektronikLaboratuvarı Şekil 5-2-1 Diyot kenetleme devresinin çalışması (Ei>0) Şekil 5-2-2(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-2-2(b)’de gösterilmiştir. Negatif alternans süresince, diyot iletimdedir ve C kondansatörü Em maksimum değeri ile şarj olur. Kondansatörün polaritesi, Şekil 5-2-2(c)’deki eşdeğer devrede gösterilmiştir ve bu durumda EO=0’dır. Pozitif alternans süresince, diyot kesimdedir ve Şekil 5-2-2(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Em+Ei olur. EO’ın dalga şekli Şekil 5-2-2(b)’de gösterilmiştir. (a) (b) (c) (d) Şekil 5-2-2 Diyot kenetleme devresinin çalışması (Ei<0) Öngerilimli Diyot Kenetleme Devresi Şekil 5-2-3(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-2-3(b)’de gösterilmiştir. (Ei+EC)>E iken (EC’nin ilk değeri 0’dır), diyot iletimdedir ve C kondansatörü Em-E değeri ile şarj olur. Kondansatörün polaritesi, Şekil 5-2-3(c)’deki eşdeğer devrede gösterilmiştir ve bu durumda EO=E’dir. (Ei+EC)<E iken (EC=Em-E), diyot kesimdedir ve Şekil 5-2-3(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO= EC+Ei olur. EO’ın dalga şekli Şekil 5-23(b)’de gösterilmiştir. 38 ElektronikLaboratuvarı Şekil 5-2-3 Ters öngerilim eklenmiş diyot kenetleme devresinin çalışması Şekil 5-2-4(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-2-4(b)’de gösterilmiştir. (Ei+EC)>E iken (EC’nin ilk değeri 0’dır), diyot iletimdedir ve C kondansatörü Em+E değeri ile şarj olur. Kondansatörün polaritesi, Şekil 5-2-4(c)’deki eşdeğer devrede gösterilmiştir ve bu durumda EO=E’dir (E negatif gerilim). (Ei+EC)<E iken (Ei , EC ve E negatif), diyot kesimdedir ve Şekil 5-2-4(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO= Ei+EC olur. EO’ın dalga şekli Şekil 5-2-4(b)’de gösterilmiştir. Şekil 5-2-4 İleri öngerilim eklenmiş diyot kenetleme devresinin çalışması Şekil 5-2-5(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-2-5(b)’de gösterilmiştir. (Ei+EC)<E iken (EC’nin ilk değeri 0’dır), diyot iletimdedir ve C kondansatörü Em+E değeri ile şarj olur. Kondansatörün polaritesi, Şekil 5-2-5(c)’deki eşdeğer devrede gösterilmiştir ve bu durumda EO=E’dir. (Ei+EC)>E iken, diyot kesimdedir ve Şekil 5-2-5(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO= Ei+EC olur. EO’ın dalga şekli Şekil 5-2-5(b)’de gösterilmiştir. Şekil 5-2-6(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 5-2-6(b)’de gösterilmiştir. (Ei+EC)<E iken (EC’nin ilk değeri 0’dır), diyot iletimdedir ve C kondansatörü -Em+E değeri ile şarj olur. Kondansatörün polaritesi, Şekil 5-2-6(c)’deki eşdeğer devrede gösterilmiştir ve bu durumda EO=E’dir (E negatif gerilim). (Ei+EC)>E iken, diyot kesimdedir ve Şekil 5-2-6(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO= Ei+EC olur. EO’ın dalga şekli Şekil 5-2-6(b)’de gösterilmiştir. Şekil 5-2-5 İleri öngerilim eklenmiş diyot kenetleme devresinin çalışması 39 ElektronikLaboratuvarı Şekil 5-2-6 Ters öngerilim eklenmiş diyot kenetleme devresinin çalışması KULLANILACAK ELEMANLAR 1. 2. 3. 4. 5. 6. 1 MΩ 10 kΩ 1N4148 5,6V Zener 0,1 µF Osiloskop Direnç Pot. Diyot Zener Diyot Kapasitör DENEYİN YAPILIŞI A. Diyot Kenetleme Devresi 1. Tablo 5-2-’daki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 2. Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN giriş ucuna 1KHz, 10 Vpp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. 3. Osiloskop kullanarak, IN’den Vi giriş gerilimini ve OUT’dan VO çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 5-2-1’e kaydedin. 4. Tablo 5-2-1’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 5. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. Tablo 5-2-1 40 ElektronikLaboratuvarı B. Öngerilimli Diyot Kenetleme Devresi 1. Tablo 5-2-2’daki devre yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Ayarlı Güç kaynağından, V+ ve V- girişlerine, +3VDC ve -3VDC gerilimlerini bağlayın. 2. Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN giriş ucuna 1KHz, 10 Vpp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. 3. Osiloskop kullanarak, IN’den Vi giriş gerilimini ve OUT’dan VO çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 5-2-2’ye kaydedin. 4. Tablo 5-2-2’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 5. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. 6. Tablo 5-2-2’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 7. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. 8. Tablo 5-2-2’deki devre diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 9. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın. Tablo 5-2-2 SONUÇLAR Kenetleyici, bir giriş sinyalinin DC seviyesini geri kazanmak için kullanılabilir. Başlangıçta DC bileşen içeren bir AC sinyal, kaskat yükseltme sonucunda, muhtemelen sadece AC bileşene sahip olacaktır. Başlangıçtaki DC bileşeni geri kazanmak için, kenetleyici devre kullanılmalıdır. Şüphesiz, saf bir AC sinyale DC bileşen eklenmesi gerekiyorsa, yine kenetleyici devre kullanılabilir. 41 ElektronikLaboratuvarı Temel Transistör Karakteristikleri ve Karakteristik Eğrileri Deney 6 42 ElektronikLaboratuvarı DENEY 6-1 Temel Transistör Karakteristikleri DENEYİN AMACI 1. Transistörün temel karakteristiklerini anlamak. 2. NPN ve PNP transistörlerin karakteristiklerini ölçmek. GENEL BİLGİLER Transistör, esasen giriş sinyalini direncin büyüklüğüne transfer edebilen bir “taşıyıcı direnç”tir. Bundan dolayı transistör kelimesi, “transfer” ve “resistor” kelimelerinin birleştirilmesiyle elde edilmiştir. Transistörün C ve E uçlarından akan akım, IB akımına bağlı olarak değişmektedir. Başka bir ifadeyle IB, C ve E arasındaki direnci kontrol etmektedir. Transistörün Yapısı Transistörler PNP ve NPN olmak üzere iki gruba ayrılabilir. NPN ve PNP transistörlerin temel yapısı Şekil 6-1-1’de gösterilmiştir. E (Emetör), B (Baz) ve C (Kollektör) transistörün üç ucunu ifade etmektedir. (a) PNP (b) NPN Şekil 6-1-1 Transistörün temel yapısı Transistör Karakteristikleri Şekil 6-1-2(a)’da gösterildiği gibi, transistörün E-B uçları arasına ileri öngerilim uygulanması durumunda (P pozitif, N negatif kutba bağlı), VBE eşik gerilim değerine (silisyum için 0.6V, germanyum için 0.2V) ulaşır ve E ile B arasında ileri yönde bir IB akımı akmaya başlar. Şekil 6-12(b)’de gösterildiği gibi, transistörün E-B uçları arasına ters öngerilim uygulanması durumunda ise (P negatif, N pozitif kutba bağlı), B-C arasında bir akım akmaz (ters sızıntı akımı çok küçüktür ve ihmal edilebilir) ve C ucundan akan IC akımı sıfır olur. Şekil 6-1-2(a) ve (b), Şekil 6-1-2(c) yada (d)’deki gibi birleştirilirse; B ve C arasındaki ters öngerilime rağmen (Şekil 6-1-2(d)’de gösterildiği gibi, VCB=VCC-VBE, VCC>>VBE, VCB ters öngerilim), ileri öngerilim VBE sayesinde önemli miktarda IC akımı akacaktır. IC=βIB denklemi (β, akım yükseltme katsayısıdır), IC ve IB arasındaki ilişkiyi tanımlar. IB’nin IC’ye göre çok küçük olmasının nedeni, transistör bazının çok dar ve çok düşük katkılama düzeyine sahip olmasıdır. VBE, E’deki elektronları B’ye girmeye zorlar. Ancak elektronların sadece küçük bir kısmı, çok dar olan B bölgesine ulaşarak deliklerle birleşirken, çoğu elektron B-C jonksiyonuna doğru hareket eder. Böylece C’ye uygulanan daha yüksek gerilim (VCB yada VCC), önemli düzeyde IC akımı akmasını sağlar. Şekil 6-1-2(c) ve (d)’de gösterildiği gibi, IE=IB+IC’dir. Benzer şekilde, PNP transistöre Şekil 6-13’de gösterildiği gibi bir öngerilim uygulanırsa, bu transistör de NPN transistöre benzer davranış gösterir. IE, IB ve IC arasındaki bağıntılar: 𝐼] = 𝐼^ + 𝐼_ 𝐼_ = 𝛽𝐼^ Burada β, ortak emetör düzenlemeli transistörün akım yükseltme katsayısıdır, β=IC/IB. β değeri transistör karakteristik bilgi sayfalarından yada deneysel olarak elde edilebilir. Diğer bir akım yükseltme katsayısı α, ortak baz düzenlemeli transistör için ölçülür ve α=IC/IE=β/(1+β) olarak ifade edilir. (a) 43 (a) (b) ElektronikLaboratuvarı (b) (c) (d) Şekil 6-1-2 NPN transistörün öngerilimlenmesi Transistör Sembolleri ekil 5-1-4’te gösterilen transistör sembolleri a a ıdaki anlamlara sahiptir: 1. NPN ve PNP transistörleri ayrırdetmek için kullanılan ok i areti, NPN tipi transistörde dı a do (a) ru, PNP transistörde ise içe do (b)rudur. Şekil 6-1-3 PNP transistörün öngerilimlenmesi 2. E ucu bir oka sahipken, C ucu ise sahip de ildir. Transistör Sembolleri Şekil 6-1-4’te gösterilen transistör sembolleri aşağıdaki anlamlara sahiptir: Kullanılan emetör akımının yönünü 1. NPN 3. ve PNP transistörleri ok, ayrırdetmek için kullanılan ok işareti, NPN tipigöstermektedir. transistörde dışa doğru, PNP transistörde ise içe doğrudur. 2. E ucu bir oka sahipken, C ucu ise sahip değildir. 3. Kullanılan ok, emetör akımının yönünü göstermektedir. Şekil 6-1-4 NPN ve PNP transistör sembolleri Temel Transistör Devreleri ekil 5-1-4 NPN ve PNP transistör sembolleri NPN ve PNP transistörler için temel öngerilim ve akım yönleri, sırasıyla Şekil 6-1-5(a) ve (b)’de gösterilmiştir. Temel Transistör Devreleri NPN ve PNP transistörler için temel öngerilim ve akım yönleri, sırasıyla ekil 5-1-5(a) ve (b)’de gösterilmi tir. 44 ElektronikLaboratuvarı (a) NPN (b) PNP Şekil 6-1-5 Temel öngerilim devreleri KULLANILACAK ELEMANLAR 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Multimetre 100 Ω direnç 1 kΩ direnç 47 kΩ direnç 1 kΩ potansiyometre 10 kΩ potansiyometre BC547B transistör BC307B transistör DENEYİN YAPILIŞI A. PNP Transistörün IE, IB ve IC Akımlarının Ölçülmesi 1. Şekil 6-1-6’dakiyi kurun.. 2. IB, IC ve IE akımlarını ölçmek için ampermetreleri bağlayın. Eğer yeterince ampermetre mevcut değilse, o anda akım değeri ölçülmeyen kollara, ampermetre yerine köprüleme klipsi bağlayın. 3. IC=3mA olacak şekilde VR2(10K)’yi ayarlayın. 4. IB,IC ve IE akımlarını ölçün ve Tablo 6-1-1’e kaydedin. β değerini hesaplayın. 5. IC maks. (IC(sat)) olacak şekilde VR2(10K)’yi ayarlayın ve 5.adımı tekrarlayın. Şekil 6-1-6 PNP transistörün dc akımlarını ölçme devresi IC IB IE β= IC / IB 3 mA IC(sat) Tablo 6-1-1 45 ElektronikLaboratuvarı B. NPN Transistörün IE, IB ve IC Akımlarının Ölçülmesi 1. Şekil 6-1-8’deki devreyi kurun.. 2. IB, IC ve IE akımlarını ölçmek için ampermetreleri bağlayın. Eğer yeterince ampermetre mevcut değilse, o anda akım değeri ölçülmeyen kollara, ampermetre yerine köprüleme klipsi bağlayın. 3. IC=3mA olacak şekilde VR2(10K)’yi ayarlayın. 4. IB, IC, IE akımlarını ölçün ve Tablo 6-1-2’ye kaydedin. β değerini hesaplayın. 5. IC maks. (IC(sat)) olacak şekilde VR2(10K)’yi ayarlayın ve 4.adımı tekrarlayın. Şekil 6-1-8 NPN transistörün dc akımlarını ölçme devresi IC IB IE β= IC / IB 3 mA IC(sat) Tablo 6-1-2 SONUÇLAR Bu deneyde, NPN ve PNP transistörlerin baz, kollektör ve emetör akımları ölçülmüş ve β değerleri hesaplanmıştır. Böylece IE=IB+IC ve β= IC/IB denklemleri doğrulanmıştır. Transistör doyum bölgesinde çalışırken, β değeri azalmaktadır. 46 ElektronikLaboratuvarı DENEY 6-2 Transistör Karakteristik Eğrileri DENEYİN AMACI 1. Transistörün giriş ve çıkış karakteristik eğrilerini anlamak. 2. Transistörün çıkış karakteristik eğrisini ölçüm yoluyla belirlemek. GENEL BİLGİLER Transistör, iki adet V-I karakteristik eğrisine sahiptir: 1. Giriş karakteristik eğrisi, VBE ve IB arasındaki ilişkiyi tanımlamak için kullanılır. 2. Çıkış karakteristik eğrisi, IB, VCE ve IC arasındaki ilişkiyi tanımlamak için kullanılır. Şekil 6-2-1(a)’dan görüldüğü gibi, VBE gerilimi 0.6V’u aştığı zaman, IB akımında hızlı bir artış olmaktadır. Şekil 6-2-1(b)’den görüldüğü gibi, 1. IB = 0 µA, IC = 0. 2. IB = 10 µA, IC = 15 mA (VCE = 15 V). (a) Giriş karakteristiği (b) Çıkış karakteristiği Şekil 6-2-1 Transistörün V-I eğrileri KULLANILACAK ELEMANLAR 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Multimetre 100 Ω direnç 1 kΩ direnç 47 kΩ direnç 1 kΩ potansiyometre 10 kΩ potansiyometre BC547B transistör BC307B transistör DENEYİN YAPILIŞI 1. Şekil 6-2-2’dekiyi kurun. 2. KL-22001 Düzeneğindeki sabit 12VDC güç kaynağını, KL-25002 modülüne bağlayın. 3. IB=0 µA olacak şekilde VR2’yi (10K) ayarlayın. 4. VCE gerilimi sırasıyla 0.1V, 0.3V, 0.5V, 0.7V, 1.0V, 2.0V, 3.0V, 4.0V, 5.0V olacak ve sonuçta VCC’ye yaklaşacak şekilde, VR1’i (1K) ayarlayın. 5. Her VCE gerilimi için IC değerini ölçün ve Tablo 6-2-1(a)’ya kaydedin. 6. IB akımı, Tablo 6-2-1(b)’den (g)’ye kadar gösterilen değerlere eşit olacak şekilde, VR2’yi ayarlayın ve VCE, IC değerlerini ölçmek için 4. ve 5. adımları tekrarlayın. Sonuçları Tablo 6-2-1(b)-(g)’ye kaydedin. 7. Tablo 6-2-1’de kaydedilen değerleri kullanarak, çıkış karakteristik eğrisini Şekil 6-2-4’te çizin. 47 ElektronikLaboratuvarı Şekil 6-2-2 VCE-IC karakteristiğini ölçme devresi (a) IB=0 µA VCE (V) IC (mA) (b) IB=10 µA CE (V) (V) VVCE IC (mA) IC (mA) 0.1 0.2 0.3 0.5 0.7 1.0 0.1 0.1 0.2 0.2 (e) IB=40 µA 0.30.3 0.50.5 0.7 0.7 1.0 0.1 0.2 0.3 1.0 3 1.0 3 5 3 5 5 (c) IB=20 µA VCE (V) IC (mA) (d) IB=30 µA V CE (V) VCE (V) ICIC (mA) (mA) (b) IB=40 µA VCE (V) IC (mA) (c) IB=50 µA VVCE (V) CE (V) ICIC (mA) (mA) 0.5 0.7 0.1 0.2 (f) IB=50 µA 0.3 0.5 0.3 0.5 0.1 0.2 0.3 0.1 0.1 0.2 0.2 (g) IB=60 µA 0.30.3 0.50.5 0.7 0.7 1.0 0.1 0.2 0.3 1.0 0.1 0.2 0.5 0.7 0.7 0.7 1.0 3 1.0 1.0 3 5 3 3 1.0 3 5 5 5 3 5 5 (d) IB=60 µA VCE (V) IC (mA) 0.5 Tablo 5-2-1 0.7 3 5 Tablo 6-2-1 6-2-4 Çizilen VCE-IC eğrisi ekilŞekil 5-2-4 Çizilen VCE-IC e risi SONUÇLAR Bu deneyde, transistörün çıkış karakteristik eğrileri ölçülmüş ve çizilmiştir. Burda kullanılan yöntem, oldukça külfetli bir işlem gerektirmektedir. Transistörün V-I eğrisini çizmek için daha uygun bir yol, eğri izleyici kullanarak, çıkış karakteristik eğrisini osiloskopta görüntülemektir. SONUÇLAR 48 ElektronikLaboratuvarı Bu deneyde, transistörün çıkı karakteristik e rileri ölçülmü ve çizilmi tir. Burda kullanılan yöntem, oldukça külfetli bir i lem gerektirmektedir. Transistörün V-I e risini Ortak Emetörlü ve Ortak Bazlı Yükselteç Deney 7 49 ElektronikLaboratuvarı DENEY 7-1 Ortak Emetörlü Yükselteç DENEYİN AMACI 1. Ortak emetörlü yükseltecin konfigürasyon ve çalışma prensibini anlamak. 2. Ortak emetörlü yükseltecin karakteristiklerini ölçmek. GENEL BİLGİLER Şekil 7-1-1(a)’da gösterilen temel ortak-emetörlü (CE) yükselteç devresinde, giriş ve çıkış sinyalleri ortak emetörü paylaşmaktadır. Başka bir ifadeyle emetör, genellikle toprak (GND) olarak adlandırılan, ortak nokta olarak kullanılır. Aslında burada emetör, devrede ortak bir uç olarak kullanılmaktadır ve bu durum elektrik devrelerindeki toprak kavramından farklıdır. Gerçek devrede, VBB ve VCC’nin birarada kullanılması ekonomik ve kullanışlı değildir. Bu yüzden genellikle IB ve IC için tek bir VCC güç kaynağı kullanılır. Tipik bir devre Şekil 7-1-1(b)’de gösterilmiştir. (a) İki güç kaynağı (b) Tek güç kaynağı Şekil 7-1-1 Ortak emetörlü yükselteç Ortak emetörlü yükselteç için öngerilim düzenlemeleri: 1. Sabit öngerilim devresi 2. β'dan bağımsız dc öngerilim devresi (kendinden öngerilimli). Devrenin kararlılığını arttırmak için, yukarıdaki öngerilim devreleri yerine emetör dirençli sabit öngerilim devresi ve kollektör geribeslemeli öngerilim devresi kullanılır. Sık kullanılan öngerilim düzenlemeleri için temel prensipler aşağıda ifade edilmiştir: Sabit Öngerilim Devresi 1. DC yük doğrusunun bulunması (DC öngerilim) Şekil 7-1-1(b)’deki devre ele alınırsa, VCC=10V, RC=1kΩ, RB=100kΩ ve β=50 değerleri için; 𝑉__ − 𝑉^] 10𝑉 − 0.6𝑉 9.4 𝐼^ = = = ≅ 100𝜇𝐴 𝑅^ 100𝐾 100𝐾 𝐼_ = 𝛽𝐼^ = 50×100𝜇𝐴 = 5𝑚𝐴 𝑉_] = 𝑉__ − 𝐼_ 𝑅_ = 10𝑉 − 5𝑚𝐴×1𝐾 = 5𝑉 Bu denklemler, Şekil 7-1-2’de gösterildiği gibi, çıkış karakteristik eğrisinde ifade edilebilir. A ve B noktalarını bağlayan doğru, dc yük doğrusu olarak adlandırılır. Şekil 7-1-2 DC yük doğrusu Transistör doyumdayken, IC(sat)=VCC/RC=10mA ve VCE=0 olur (A noktası). Transistör kesimdeyken, IC=0 ve VCE=10V=VCC olur (B noktası). Bu devrenin Q çalışma noktası, IC=5mA, VCE=5V noktasıdır. Transistör bu şekilde aktif bölgede çalışmaktadır. 50 ElektronikLaboratuvarı 2. AC giriş sinyali ile çalışma a. DC yük doğrusundan, VO’ın (VCE) maksimum değerinin VCC ve minimum değerinin 0V olduğu görülmektedir. Diğer bir ifadeyle, VO’ın değişimi ΔVO, giriş sinyalindeki değişimden bağımsız olarak, 0V ile VCC arasındadır. b. Şekil 7-1-1(b)’de gösterildiği gibi, RC=1K, RB=100K, β=50, IB=±50µA değerleri için, baz ucuna bir ac akım uygulanmaktadır. Şekil 7-12’de gösterildiği gibi, dc yük doğrusu çizildikten sonra, Q noktasının IB akım değeri 100 µA olarak bulunmaktadır. Böylece giriş akımının değişim aralığı 50 µA ile 100 µA arasında olmaktadır. IB=50µA için, IC=β×IB=50×50µA=2,5mA ve VCE=VCC-IC×RC=10V-2.5mA×1K=7.5V. IB=150µA için, IC=β×IB=50×150µA=7,5mA ve VCE=VCC-IC×RC=10V-7.5mA×1K=2.5V. 3. DC öngerilimin yükselteç devresine etkisi (Q noktasının yükseltmeye etkisi) Transistör devresinin dc öngerilim devresi, transistörün yükseltme sınıfına (A, B, AB ve C) göre tasarlanır. Her yükseltme sınıfı için Q çalışma noktası konumları Şekil 7-1-3’te gösterilmiştir. (a) Giriş karakteristik eğrisi (b) Çıkış karakteristik eğrisi Şekil 7-1-3 A Sınıfı : Çalışma noktası, karakteristik eğrinin doğrusal kısmının ortasındadır. B Sınıfı : Çalışma noktası, VBE=0 olduğu kesim noktasındadır. C Sınıfı : Çalışma noktası, kesim noktasının aşağısında, VBE’nin negatif olduğu bölgededir. AB Sınıfı : Çalışma noktası, A ve B Sınıfı çalışma noktaları arasında yer alır. Çalışma noktasının konumu, maksimum çıkış gerilimini belirler. Çalışma noktası, Şekil 7-1-4’te gösterildiği gibi, IB giriş sinyalinin büyüklüğüne uygun olarak belirlenir. Şekil 7-1-4’e göre; a) Daha büyük giriş sinyaline sahip devreler için çalışma noktası, Şekil 7-1-4(a)’da gösterildiği gibi, yük doğrusunun orta noktasında (VCE=VCC/2) olacak şekilde tasarlanır. b) Daha küçük giriş sinyaline sahip devreler için çalışma noktası, orta noktanın yukarısında (Şekil 7-1-4(b)) yada aşağısında (Şekil 7-1-4(c)) olacak şekilde tasarlanabilir. c) Çalışma noktası yük doğrusunun ortasında olacak şekilde tasarlanmazsa, büyük giriş sinyali durumunda, Şekil 7-1-5(a) ve (b)’de gösterildiği gibi, çıkış dalga şeklinde bozulma ortaya çıkar ve işaretin tepe noktaları kırpılır. d) Çalışma noktası yük doğrusunun ortasında olacak şekilde tasarlansa bile, giriş sinyalinin çok büyük olması durumunda, Şekil 7-1-6’da gösterildiği gibi, hem pozitif hem de negatif tepelerde kırpılma ortaya çıkar. Bu bozulmayı ortadan kaldırmanın tek yolu, Şekil 7-1-6’da gösterildiği gibi VCC’yi artırmaktır. (a) Mümkün olan en büyük VO 51 ElektronikLaboratuvarı (b) (c) Şekil 7-1-4 Çalışma noktası, maksimum çıkış gerilimini belirler. (a) Kesimin neden olduğu bozulma (b) Doyumun neden olduğu bozulma Şekil 7-1-5 Uygun olmayan çalışma noktasının neden olduğu bozulma Şekil 7-1-6 Aşırı giriş geriliminin neden olduğu bozulma 4. Sabit öngerilim devresinin dezavantajları Sabit öngerilim devresinin (VCE, IC) çalışma noktası, β değerine bağlıdır (IC=β×IB, VCE=VCC-IC×RC). Farklı transistör kullanılması durumunda β değeri değişir (Aynı üretici tarafından üretilen, aynı kod numarasına sahip transistörlerin bile β değeri farklı olabilir). Bu durumda çalışma noktasının konumu da değişir ve devrenin çalışma durumu başlangıç tasarımıyla uyumlu olmaz. Ayrıca, çıkış dalga şekli bozulur ve sükunet akımının artması transistörün yanmasına sebep olabilir. β Değerinden Bağımsız Öngerilim Devresi Bu devrenin tasarımının tamamlanmasıyla, çalışma noktası sabitlenmiş demektir ve β değerinin değişmesi bu çalışma noktasının kaymasına neden olmaz. Bu devre, otomatik olarak çalışma noktasına kilitlenen karakteristiklere sahip olduğu için, “kendinden öngerilimli devre” olarak adlandırılır. Örnek: Şekil 7-1-7’de gösterilen devre için IC ve VCE’yi bulalım. Şekil 7-1-7 Kendinden öngerilimli ortak emetörlü yükselteç devresi 52 ElektronikLaboratuvarı Çözüm: Şekil 7-1-7’deki devrenin eşdeğeri Şekil 7-1-8’de gösterilmiştir. Şekil 7-1-8 Şekil 7-1-7’nin eşdeğer devresi Thevenin teoreminden yararlanarak 𝑅^# 10𝐾 𝑉^^ = 𝑉__ × = 12𝑉× = 2.1𝑉 𝑅^T + 𝑅^# 47𝐾 + 10𝐾 𝑅^^ = 𝑅^T //𝑅^# = 𝑅^T ×𝑅^# 47𝐾×10𝐾 = = 8.2𝐾 𝑅^T + 𝑅^# 47𝐾 + 10𝐾 Şekil 7-1-8’den, 𝑉^^ = 𝐼^ ×𝑅^^ + 𝑉^] + 𝐼] ×𝑅] = 𝐼^ ×𝑅^^ + 𝑉^] + 𝐼^ 1 + 𝛽 ×𝑅] = 𝐼^ 𝑅^^ + 1 + 𝛽 𝑅] + 𝑉^] ∴ 𝐼^ = 𝑉^^ − 𝑉^] 21 − 0.6 = = 0.0138𝑚𝐴 𝑅^^ + 1 + 𝛽 𝑅] 8.2𝐾 + 1 + 100 1𝐾 𝑄 𝐼_ = 𝛽×𝐼^ , 𝐼_ = 100×0.013𝑚𝐴 = 1,38𝑚𝐴 𝑉_] = 𝑉__ − 𝐼_ 𝑅_ + 𝑅] = 12𝑉 − 1,38𝑚𝐴 4.7𝐾 + 1𝐾 = 12𝑉 − 7.9𝑉 = 4.1𝑉 Kullanılan yaklaşıklık değerlendirilirse; 𝑉] 𝑉^^ − 0.6𝑉 2.1𝑉 − 0.6𝑉 𝐼] = = = = 1.5𝑚𝐴 𝑅] 1𝐾 1𝐾 𝐼_ ≈ 𝐼] = 1.5𝑚𝐴 𝑉_] = 12𝑉 − 1.5𝑚𝐴 4.7𝐾 + 1𝐾 = 3.45𝑉 β değeri gözönüne alınmadığında, IC=1.5mA yaklaşımı kullanılabilir. β değeri gözönüne alındığında ise IC=1.38mA olmaktadır (βRe büyüdükçe yukarıdaki iki çözüm birbirine daha fazla yaklaşır). Bu nedenle bu devre, β değerinden bağımsız öngerilim devresi olarak adlandırılır. Farklı transistör kullanılması durumunda devrenin çalışma noktası değişmeyecektir. Kollektör Geribeslemeli Öngerilim Devresi Kollektör geri-beslemeli öngerilim devresi Şekil 7-1-9’da gösterilmiştir. Aşağıda bu devre analiz edilmiştir. Kirchhoff’un gerilim yasasından yaralanılarak; ∴ 𝑉__ = 𝐼_ + 𝐼^ ×𝑅_ + 𝐼^ ×𝑅^ + 𝑉^] 𝑉__ = 𝛽 + 1 𝐼^ ×𝑅_ + 𝐼^ ×𝑅^ + 𝑉^] 𝑉__ − 𝑉^] ∴ 𝐼^ = 1 + 𝛽 𝑅_ + 𝑅^ 𝐸ğ𝑒𝑟𝛽 ≫ 1𝑣𝑒𝑉__ ≫ 𝑉^] 𝑖𝑠𝑒 𝑉__ 𝐼^ = 𝛽𝑅_ + 𝑅^ 𝐼_ = 𝛽𝐼^ 𝑉_] = 𝑉__ − 𝐼_ + 𝐼^ 𝑅_ ≅ 𝑉__ − 𝐼_ ×𝑅_ 53 ElektronikLaboratuvarı Şekil 7-1-10 Kollektör geribeslemeli öngerilim devresi Örnek: Şekil 7-1-9’da gösterildiği gibi, VCC=12V, RC=10K, RB=500K, β=50 için IC ve VCE’yi bulun. Çözüm: 12𝑉 12𝑉 = = 12µ𝐴 50×10𝐾 + 500𝐾 1𝑀 𝐼_ = 𝛽×𝐼^ = 12𝜇𝐴×50 = 0.6𝑚𝐴 𝑉_] = 𝑉__ − 𝐼_ ×𝑅_ = 12𝑉 − 0.6𝑚𝐴×10𝐾 = 12𝑉 − 6𝑉 = 6𝑉 𝐼^ = β=100 için, 12𝑉 12𝑉 12𝑉 = = = 8𝜇𝐴 𝛽𝑅_ + 𝑅^ 100×10𝐾 + 500𝐾 1.5𝑀 𝐼_ = 𝛽×𝐼^ = 100×8𝜇𝐴 = 0.8𝑚𝐴 𝑉_] = 𝑉__ − 𝐼_ ×𝑅_ = 12𝑉 − 0.8𝑚𝐴×10𝐾 = 4𝑉 𝐼^ = β=50 için; IC=0.6mA, VCE=6V β=100 için; IC=0.8mA, VCE=4V Açıkça görüldüğü gibi, farklı β değerleri için çalışma noktalarını konumu farklı olmaktadır. Kollektör geribeslemeli devre, sabit öngerilimli devreye nazaran çok daha kararlıdır. β=50 için IB=12µA iken, β=100 olduğunda IB 8µA’e düşmektedir. Bu devre kendiliğinden ayarlanma özelliği gösterdiği için, β değerinin değişmesi IC akımını önemli ölçüde değiştirmeyecektir. Ortak Emetörlü Yükseltecin AC Analizi Devre Şekil 7-1-10(a)’da, eşdeğeri ise Şekil 7-1-10(b)’de gösterilmiştir. Ai, AV, Zi ve Zo’ı hesaplayın. (a) Ortak emetörlü yükselteç devresi 54 ElektronikLaboratuvarı (b) AC eşdeğer devre Şekil 7-1-10 Ortak emetörlü yükseltecin AC analizi Çözüm: 𝐴| = 𝐼} /𝐼| Şekil 7-1-10(b)’den, 𝐼# = 100𝐼~ 𝑣𝑒ℎ€• = 𝐼‚ 𝐼~ 2𝐾 𝐼~ = 𝐼| × = 0.571𝐼| 2𝐾 + 15𝐾 3𝐾 𝐼} = 𝐼# × = 0.6671𝐼# 3𝐾 + 1.5𝐾 𝐴| = 𝐼} 𝐼| 𝐼} 𝐼# 𝐼} 𝐼# 𝐼~ = × = × × = 0.667×100×0.571 𝐼# 𝐼T 𝐼# 𝐼~ 𝐼| = 38.1 𝑉} −ℎ€• 𝑅„ = 𝑅„′ = 3𝐾//1.5𝐾 ≅ 1𝐾 𝑉| ℎ|• … −100 1×10 = = −66.7 1.5×10… 𝐴ƒ = 𝑍| ≅ 𝑅^# //ℎ|• = 2𝐾//1.5𝐾 = 0.86𝐾 𝑍} ≅ 𝑅_ = 3𝐾 KULLANILACAK ELEMANLAR 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. Osiloskop Multimetre 100 Ω 220 Ω 1 kΩ 2,2 kΩ 3,3 kΩ 4,7 kΩ 22 kΩ 47 kΩ 100 kΩ 1 kΩ 10 kΩ 1 MΩ 10 µF 22 µF 100 µF KN3904 direnç direnç direnç (2 adet) direnç direnç direnç direnç direnç direnç potansiyometre potansiyometre potansiyometre kapasitör kapasitör (2 adet) kapasitör transistör DENEYİN YAPILIŞI A. Sabit Öngerilim Devresi 1. Şekil 7-1-11’deki devreyi kurun. 2. IB ve IC akımlarını ölçmek için ampermetreleri bağlayın. 3. IB ≈ 0A olacak şekilde VR4 (1M)’ü ayarlayın ve IC akımını ölçün. 4. IC maks. (ICsat) olacak şekilde VR4 (1M)’ü ayarlayın ve ve IB akımını ölçün. 55 ElektronikLaboratuvarı 5. IC doyumdayken, IB’yi arttıracak şekilde VR4’ü ayarlayın ve IC(sat) akımındaki değişimi gözleyin. 6. VR4’ü, VCE=VCC/2=6V olacak şekilde ayarlayın. IB, IC, VBE ve VCE değerlerini ölçün ve Tablo 7-1-1’e kaydedin. β=IC/IB denklemi ile β’yı hesaplayın. 7. KL-22001 Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN ucuna 1KHz’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. OUT çıkış ucuna osiloskop (AC bağlantıda) bağlayın. 8. Osiloskop ekranında görüntülenen çıkış dalga şekli bozulmayacak şekilde, sinüzoidal sinyalin genliğini arttırın. 9. Osiloskop kullanarak, Vi giriş sinyalini ve Vo çıkış sinyalini ölçün ve Tablo 7-1-2’ye kaydedin. Giriş ve çıkış sinyalleri arasındaki faz farkını gözleyin. Gerilim kazancını hesaplayın AV=Vop-p/Vip-p=______________. 10. Giriş sinyalini değiştirmeden VR4 (1MΩ) potansiyometresini ayarlayın ve çıkış dalga şeklinde bozulma olup olmadığını gözleyin. IB IC β VBE VCE Tablo 7-1-1 V IN (Vi) t V OUT (Vo) t AV Faz AV Tablo 7-1-2 Şekil 7-1-11 Sabit öngerilimli ortak emetörlü yükselteç 56 ElektronikLaboratuvarı B. Emetör Dirençli Öngerilim Devresi 1. Şekil 7-1-13’teki devre ve Şekil 7-1-14’teki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR1 ve VR4 potansiyometrelerini devreye bağlayın. KL-22001 Düzeneğindeki sabit 12VDC güç kaynağını, KL-25003 modülüne bağlayın. 2. IB ve IC akımlarını ölçmek için ampermetreleri bağlayın. 3. VR1(1KΩ) potansiyometresini 0Ω’a ayarlayın. 4. IB ≈ 0A olacak şekilde VR4(1MΩ)’ü ayarlayın. IC akımını ölçün ve Tablo 7-1-3’e kaydedin. 5. IC maks. (ICsat) olacak şekilde VR4(1MΩ)’ü ayarlayın. IB akımını ölçün ve Tablo 7-1-3’e kaydedin. 6. IC doyumdayken, IB’yi arttıracak şekilde VR4’ü ayarlayın ve IC(sat) akımının artıp artmadığını gözleyin. 7. VR4’ü, VC=VCC/2=6V olacak şekilde ayarlayın. VBE ve VCE değerlerini ölçün ve Tablo 7-1-3’e kaydedin. 8. VR1(1KΩ)’i maksimuma ayarlayın. KL-22001 Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN ucuna 1KHz’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. OUT çıkış ucuna osiloskop (AC bağlantıda) bağlayın. 9. Osiloskop ekranında görüntülenen çıkış dalga şekli bozulmayacak şekilde, sinüzoidal sinyalin genliğini arttırın. 10. Osiloskop kullanarak, Vi giriş sinyalini ve Vo çıkış sinyalini ölçün ve Tablo 7-1-3’e kaydedin. 11. Giriş sinyalini değiştirmeden VR4(1MΩ) potansiyometresini ayarlayın ve çıkış dalga şeklinde bozulma olup olmadığını gözleyin. Şekil 7-1-13 Emetör dirençli öngerilimli ortak emetörlü yükselteç V IB=0 iken, IC=_________ IC=IC(sat) iken, IB=_________ VC=VCC/2 iken VCE=__________ VBE=__________ 57 t Vi ElektronikLaboratuvarı V t Vo Tablo 7-1-3 C. β Değerinden Bağımsız Öngerilim Devresi 1. Şekil 7-1-15’teki devreyi kurun. 2. IB ve IC akımlarını ölçmek için ampermetreleri bağlayın. 3. VR2(10K)’yi, VC=VCC/2=6V olacak şekilde ayarlayın. IB, IC, VBE ve VCE değerlerini ölçün ve Tablo 7-1-4’e kaydedin. 4. KL-22001 Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN ucuna 1KHz’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. OUT çıkış ucuna osiloskop (AC bağlantıda) bağlayın. 5. Osiloskop ekranında görüntülenen çıkış dalga şekli bozulmayacak şekilde, sinüzoidal sinyalin genliğini arttırın. 6. Osiloskop kullanarak, Vi giriş sinyalini ve Vo çıkış sinyalini ölçün ve Tablo 7-1-4’e kaydedin. AV=Vop-p/Vip-p denklemi ile gerilim kazancını hesaplayın. 7. Giriş sinyalini değiştirmeden VR2(10K) potansiyometresini ayarlayın ve çıkış dalga şeklinde bozulma olup olmadığını gözleyin. 8. C2 (22µF) kondansatörünü devreden çıkarın ve 3-6. adımdaki işlemleri tekrarlayın. C2 VC IB IC VCE VBE IN OUT V V 22µF t t Tablo 7-1-4 ElektronikLaboratuvarı t V bağlı değil V 58 AV t Şekil 7-1-15 Ortak emetörlü yükselteç D. Kollektör Geribeslemeli Öngerilim Devresi 1. Şekil 7-1-17’deki devreyi kurun. 2. VR4(1MΩ)’ü, VC=VCC/2=6V olacak şekilde ayarlayın. 3. VBE gerilimini ölçmek için voltmetre bağlayın. 4. KL-22001 Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN ucuna 1KHz’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. OUT çıkış ucuna osiloskop (AC bağlantıda) bağlayın. 5. Osiloskop ekranında görüntülenen çıkış dalga şekli bozulmayacak şekilde, sinüzoidal sinyalin genliğini arttırın. 6. Osiloskop kullanarak, Vi giriş sinyalini ve Vo çıkış sinyalini ölçün ve Tablo 7-1-5’e kaydedin. 7. Giriş sinyalini değiştirmeden VR4(1MΩ) potansiyometresini ayarlayın ve çıkış dalga şeklinde bozulma olup olmadığını gözleyin. Şekil 7-1-17 Kollektör geribeslemeli öngerilime sahip ortak emetörlü yükselteç 59 ElektronikLaboratuvarı V Vi V t t Vo Tablo 7-1-5 SONUÇLAR Ortak emetörlü yükselteç şu özelliklere sahiptir: 1. Orta büyüklükte giriş ve çıkış empadansı 2. Yüksek akım,gerilim ve güç kazancı o 3. Giriş sinyali ile 180 faz farkına sahip çıkış sinyali 4. En sık kullanılan yükselteç türü 60 ElektronikLaboratuvarı Ortak Kollektörlü Yükselteç ve Anahtarlama Devresi Deney 8 61 ElektronikLaboratuvarı GENEL B LG LER DENEY 8-1 Ortak Kollektörlü Yükselteç DENEYİN AMACI Ortak kollektörlü (CC) yükselteç devresi ekil 6-3-1’de gösterilmi tir. AC analizde VCC 1. Ortak kollektörlü (CC) yükseltecin çalışma prensibini anlamak. kısa devre olarak dü ünülebilece 2. Ortak kollektörlü yükseltecin karakteristiklerini ölçmek. i için (süperpozisyon teoreminden), kollektör Vi ve Vo gerilimleri için ortak uçtur. Di er GENEL bir ifadeyle, BİLGİLERkollektör toprak ucudur. Emetördeki çıkı (CC) gerilimi gerilimini izledi i için,ACbu devre emetör-izleyici devre olarak Ortak kollektörlü yükselteçgiri devresi Şekil 8-1-1’de gösterilmiştir. analizde VCC kısa devre olarak düşünülebileceği için (süperpozisyon teoreminden), kollektör Vi ve Vo gerilimleri için ortak uçtur. Diğer bir ifadeyle, kollektör toprak ucudur. Emetördeki çıkış gerilimi giriş gerilimini izlediği için,adlandırılır. bu devre emetör-izleyici devre olarak adlandırılır. Şekil 8-1-1 Ortak kollektörlü yükselteç devresi ekil 6-3-1 Ortak kollektörlü yükselteç devresi Ortak Kollektörlü Yükselteç için Öngerilim Düzenlemesi 1. Emetör geribeslemeli öngerilim devresi Ortak Kollektörlü Yükselteç için Öngerilim Düzenlemesi 1. Emetör geribeslemeli öngerilim devresi Şekil 8-1-2 Emetör geribeslemeli öngerilim devresi Emetör geribeslemeli öngerilim devresi Şekil 8-1-2’de gösterilmiştir. RE emetör direnci, aşağıda analiz edildiği gibi, devrenin kararlığını arttırmaktadır. ∵ 𝑉__ = 𝐼^ 𝑅^ + 𝑉^] + 𝐼] 𝑅] = 𝐼^ 𝑅^ + öngerilim 𝑉^] + 1 + 𝛽 devresi 𝐼^ 𝑅] ekil 6-3-2 Emetör geribeslemeli ∴ 𝐼^ = 𝑉__ − 𝑉^] 𝑉__ ≅ 𝑅^ + 1 + 𝛽 𝑅] 𝑅^ + 𝛽𝑅] 6-29 𝐼] = 𝐼^ + 𝐼_ = 1 + 𝛽 𝐼^ ≅ 𝛽𝐼^ 𝑉] = 𝐼] 𝑅] = 1 + 𝛽 𝐼^ 𝑅] ≅ 𝛽𝐼^ 𝑅] 2. Sabit öngerilim devresi Şekil 8-1-2’de gösterildiği gibi, sabit öngerilim devresi, β değerinden bağımsız bir öngerilim devresidir. 𝑅# 𝑉^ = 𝑉__ × 𝑅T + 𝑅# 𝑉] = 𝑉^ − 𝑉^] 𝐼] = 𝑉] 𝑅] Son analizde β’nın hiç olmaması, bu öngerilim düzenlemesinin oldukça kararlı olduğunu göstermektedir. Ortak Kollektörlü Yükseltecin AC Analizi Şekil 8-1-3(a)’da gösterilen devrenin AC eşdeğeri, Şekil 8-1-3(b)’de gösterilmiştir. Şekil 8-1-3(b)’deki Rac, RE//RL’ye eşittir. 1. 𝑉| = 𝐼~ ×𝑅| + 𝐼~ + ℎ€• 𝐼~ ×𝑅ˆ‚ 𝐼~ ×𝑅| + 1 + ℎ€• 𝐼~ ×𝑅ˆ‚ 𝐼~ × 𝑅| + 1 + ℎ€• 𝑅ˆ‚ Š Š 𝑅|‰ = 𝑉| 𝐼~ → 𝑅|‰ = 𝑅| + 1 + ℎ€• 𝑅ˆ‚ Giriş empedansı; ′ 𝑅|‰ = 𝑅^ //𝑅|‰ ≅ 𝑅^ //ℎ€• . 𝑅ˆ‚ ≫ 𝑅| 62 ElektronikLaboratuvarı 2. 𝑉} = 𝐼~ + ℎ€• 𝐼~ ×𝑅ˆ‚ = 1 + ℎ€• 𝐼~ ×𝑅ˆ‚ 3. 𝑅| + 𝑅Œ 1 + ℎ€• 1 + ℎ€• 𝐼~ 𝑅ˆ‚ 𝐴U = 𝑉} 𝑉| ,𝑍} = 𝑅ˆ‚ // = = 𝐼~ 𝑅| + 1 + ℎ€• 𝑅ˆ‚ 1 + ℎ€• 𝑅ˆ‚ 𝑅| + 1 + ℎ€• 𝑅ˆ‚ Ri<<(1+hfe)Rac olduğu için, AV≈1 olur, ancak 1’den küçüktür. 4. 𝐴| = 𝐼~ + ℎ€• 𝐼~ 𝐼~ = 1 + ℎ€• Yukarıdaki analizden, ortak kollektörlü yükseltecin aşağıdaki özelliklere sahip olduğu anlaşılmaktadır: a) Zi çok büyüktür. b) Av≈1 c) Ortak kollaktörlü yükseltecin Ai’si, ortak emetörlü yükseltece göre biraz daha büyüktür ve 1+hfe’ye eşittir. d) Zo çok küçüktür. e) Vo, Vi’nin aynısıdır. Ortak kollektörlü yükselteç, gerilim yükseltme için uygun değildir ve öncelikli olarak empedans uydurma amacıyla kullanılır. Nadiren, akım yükseltme uygulamalarında da kullanılır. (a) Devre (b) AC eşdeğer devre Şekil 8-1-3 Ortak kollektörlü yükseltecin AC analizi KULLANILACAK ELEMANLAR 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. Osiloskop Multimetre 2,2 kΩ direnç 10 kΩ direnç 22 kΩ direnç 47 kΩ direnç 10 kΩ potansiyometre 10 µF kapasitör KN3904 transistör (Q3) KN3906 transistör (Q4) 1N4007 diyot RAYEX ELEC. LEG-12 1204 Switch (Buton şeklinde) Röle DENEYİN YAPILIŞI 1. Şekil 8-1-4’teki devreyi kuru. 2. VB’yi değiştirmek için VR2(10KΩ)’yi ayarlayın, Tablo 8-1-1’deki VE ve VB değerlerini ölçün ve kaydedin. 3. Şekil 8-1-6’daki devreyi kurun. 4. VE=VCC/2=6V olacak şekilde VR2(10KΩ)’yi ayarlayın. 5. KL-22001 Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN ucuna 1KHz’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. Emetör ucuna osiloskop (AC bağlantıda) bağlayın. 6. Osiloskop ekranında görüntülenen çıkış dalga şekli bozulmayacak şekilde, sinüzoidal sinyalin genliğini arttırın. 7. Osiloskop kullanarak, Vi giriş sinyalini ve Vo çıkış sinyalini ölçün ve Tablo 8-1-2’ye kaydedin. 8. Osiloskop kullanarak, VA ve VB’yi ölçün ve Tablo 8-1-2’ye kaydedin. 9. VR2 potansiyometresini ayarlayın ve çıkış dalga şeklinde bozulma olup olmadığını gözleyin. 10. Aşağıdaki değerleri hesaplayarak Tablo 8-1-3’ü tamamlayın: 63 ElektronikLaboratuvarı 𝐼• = VB 𝑉} 𝑉ˆ − 𝑉~ ,𝐼~ = , 𝑅~ 𝑅~ 2V 𝐴ƒ = 𝑉} 𝐼• 𝑉~ ,𝐴| = ,𝐴• = 𝐴ƒ ×𝐴| ,𝑍|‰ = 𝑅~ 𝐼~ 𝐼~ 3V 4V 5V VE Tablo 8-1-1 VA (Vpp) VB (Vpp) Vo (Vpp) Ie Av Ai Ap Zin Ib Tablo 8-1-2 V V t V V Vo t Vo V t t Vo Tablo 8-1-2 64 ElektronikLaboratuvarı Şekil 8-1-4 Şekil 8-1-6 SONUÇLAR Ortak bazlı yükselteç şu özelliklere sahiptir: 1. Yüksek giriş ve düşük çıkış empadansı 2. Yüksek akım kazancı ve yaklaşık 1’e eşit gerilim kazancı (emetör izleyici) 3. Giriş sinyali ile aynı fazda çıkış sinyali 4. Empedans uydurma ve akım sürücü olarak kullanmak için uygun 65 ElektronikLaboratuvarı DENEY 8-2 Anahtarlama Devresi DENEYİN AMACI 1. Transistörlü anahtarlama devresinin çalışma prensibini anlamak. 2. Transistör ON yada OFF durumundayken kollektör akımını ölçmek. GENEL BİLGİLER Transistörün Anahtar Davranışı Transistör anahtar olarak kullanıldığında, genel olarak aşağıdaki iki durumdan birinde çalışır: Doyum: VCE(sat)=0.2V , IC=VCC/RC (Transistörün C-E arası kısa devre) Kesim : VCE=VCC , IC=0 (Transistörün C-E arası açık devre) Endüktif Yükleri Sürmek için Transistör Kullanımı Röle ve motor gibi endüktif yükleri sürmek için transistör kullanıldığı zaman; transistör doyumdayken, kollektörden akan akımın ilgili karakteristikleri sağlayıp sağlamadığına ve transistör kesimdeyken, kollektöre uygulanan gerilimin transistörün dayanabileceği VCEO gerilimini aşıp aşmadığına dikkat edilmelidir (VCEO; Baz açıkken, CE’ün dayanabileceği gerilim). Şekil 8-2-1’de gösterildiği gibi, transistör kesimdeyken, şekilde gösterilen polaritede bir zıt emk üretilir ve CE arası VCC’nin iki katına eşit bir gerilime maruz kalabilir. Şekil 8-2-1 Röle sürücü devresi Endüktif eleman tarafından üretilen zıt elektromotor kuvvetin etkisini ortadan kaldırmak için, Şekil 8-2-1’de gösterildiği gibi, zıt elektromotor kuvvet için bir deşarj yolu sağlamak amacıyla, bobinin uçları arasına paralel olarak bir diyot bağlanabilir. Böylece VCEO azaltılmış ve transistör korunmuş olur. KULLANILACAK ELEMANLAR 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Multimetre 2,2 kΩ direnç 10 kΩ direnç 22 kΩ direnç 47 kΩ direnç 10 kΩ potansiyometre 10 µF kapasitör KN3904 transistör (Q3) KN3906 transistör (Q4) 1N4007 diyot RAYEX ELEC. LEG-12 1204 Switch (Buton şeklinde) Röle DENEYİN YAPILIŞI A. ON ve OFF Durumlarında Transistör Akımlarının Ölçülmesi 1. Şekil 8-2-2’deki devreyi kurun. 2. IB ve IC akımlarını ölçmek için ampermetreleri bağlayın. 3. Güç açıkken, Q3 transistörünün bazına 5V uygulanmaktadır. Bu durumda Q3 transistörü iletimde (ON) olmalıdır. IB, IC ve VCE değerlerini ölçün ve Tablo 8-2-1’e kaydedin. 4. +5V ucundan KL-25003 modülüne gelen bağlantı kablosunu çıkartın. Bu durumda Q3 transistörü kesimde (OFF) olmalıdır. IB, IC ve VCE değerlerini ölçün ve Tablo 8-2-1’e kaydedin. 66 ElektronikLaboratuvarı Durum VBE Q3 ON 5V Q3 OFF 0V IB IC VCE Tablo 8-2-1 Şekil 8-2-2 Transistörün anahtar olarak kullanılması B. Transistörün Röle Sürmek için Kullanılması 1. Şekil 8-2-4’teki devreyi kurun. 2. Güç açıkken, Q3 transistörünün bazına 5V uygulanmaktadır. Bu durumda Q3 transistörü iletimde (ON) ve röle mıknatıslanmış (ON) olmalıdır. VBE ve VCE değerlerini ölçün ve Tablo 8-2-2’ye kaydedin. 3. Q3’ün bazı ile R15 direnci arasındaki klipsi kaldırarak, 5V’luk gerilimi devreden çıkarın. Bu durumda Q3 transistörü kesimde (OFF) çalışır ve rölenin mıknatıslığı ortadan kalkar (OFF). VBE ve VCE değerlerini ölçün ve Tablo 8-2-2’ye kaydedin. 4. Devrede # ile işaretli olan klipsi takın ve diğer klipsleri çıkartın.Böylece Şekil 8-2-4(b)’de gösterilen devre kurulmuş olur. 5. Q4 transistörünün bazını toprağa bağlamak için S1 basmalı anahtarına basın. Bu durumda Q4 transistörü iletimde (ON) ve röle mıknatıslanmış (ON) olmalıdır. VBE ve VCE değerlerini ölçün ve Tablo 8-2-2’ye kaydedin. 6. Q4 transistörünün bazını açık devre etmek için S1 basmalı anahtarına basın. Bu durumda Q4 transistörü kesimde (OFF) çalışır ve rölenin mıknatıslığı ortadan kalkar (OFF). VBE ve VCE değerlerini ölçün ve Tablo 8-2-2’ye kaydedin. Devre Düzenlemesi Röle VBE (V) VCE (V) ON OFF ON OFF Tablo 8-2-2 67 ElektronikLaboratuvarı (a) NPN (b) PNP Şekil 8-2-4 Röle sürmek için transistör kullanılması SONUÇLAR Transistör, mükemmel bir elektronik anahtardır. Transistör doyumda çalışırken, kollektör akımı maksimum değerine ulaşır ve kollektör-emetör arası gerilim düşümü sadece 0.2V olur. Transistör kesimde çalışırken ise kollektör akımı yaklaşık olarak sıfırdır. 68 ElektronikLaboratuvarı Temel İşlemsel Yükselteç Devreleri Deney 9 69 ElektronikLaboratuvarı DENEY 9-1 Eviren Yükselteç DENEYİN AMACI 1. Eviren yükseltecin çalışma prensibini anlamak. 2. Eviren yükseltecin giriş ve çıkış dalga şekilleri ile gerilim kazancını ölçmek. GENEL BİLGİLER Önemli İşlemsel Yükselteç Kavramları 1. Görünürde toprak (görünürde kısa devre) Normal kısa devre, iki uçtaki gerilimin eşit ve bu iki uç arasındaki akımın maksimum olması anlamına gelmektedir. Ancak, OPA’nın "+" ve "-" giriş uçlarındaki V(-) ve V(+) gerilimleri eşit olmasına rağmen "+" ve "-" uçlardan akım akmamaktadır. Bu olay, görünürde kısa devre ve aynı zamanda, eviren yükselteçte “+” uç genelde toprağa bağlandığı için, görünürde toprak olarak adlandırılır. Bu durum OPA’da Zi=∞ ve Av=∞ olmasından kaynaklanır. Zİ=∞ olduğu için, giriş ucuna doğru akım akmayacaktır. AV=∞ olduğu için de, önemsiz büyüklükte bir Vİ gerilimi uygulandığında, önemli ölçüde bir çıkış gerilimi elde edilecektir. Vİ ihmal edilebilecek kadar küçük olduğu için, V(-) ve V(+) yaklaşık olarak eşit olur. 2. Açık-çevrim kazancı Açık-çevrim kazancı çok büyük olup ideal durumda ∞’dur. 3. Kapalı-çevrim kazancı Açık çevrin kazancı çok büyük olduğu için, açık çevrim düzenlemeli OPA, yükselteç olarak uygun değildir. Çünkü aşırı büyük kazanç, yükselteç çıkışının kolaylıkla doyuma gitmesine neden olur. OPA yükselteç olarak kullanılacaksa, kazancı kontrol edebilmek için devreye negatif geri besleme eklenmelidir. İşlemsel yükselteçler kullanılarak birçok karmaşık devre oluşturulabilir. Bu devreler, ne kadar karmaşık olursa olsun, esasında temel devrelerden oluşur. Burada yükselteç olarak kullanılan iki temel işlemsel yükselteç devresi tanıtılacaktır: eviren yükselteç devresi ve evirmeyen yükselteç devresi. Eviren Yükselteç Eviren yükselteç devresi Şekil 9-1-1(a)’da ve eşdeğer devresi de Şekil 9-1-1(b)’de gösterilmiştir. (a) Pratik devre (b) Eşdeğer devre Şekil 9-1-1 Eviren yükselteç Görünürde toprak kavramına bağlı olarak, OPA’nın evirici giriş ucuna doğru akım akmayacaktır. Bununla birlikte V(-)=V(+)=0V olduğu için, Vo= -IfRf , Vİ=I1R1 ve I1=If olur. 𝐴U = 𝑅€ 𝑉X −𝐼€ 𝑅€ = =− 𝑉| 𝐼T 𝑅T 𝑅T o VO ile Vİ arasında 180 faz farkı vardır. Bu devre, kazancı tamamen geri besleme devresi tarafından belirlendiği ve OPA karakteristiklerinden bağımsız olduğu için, oldukça kararlıdır. Örnek : Şekil 9-1-1'de gösterildiği gibi, R1=10KΩ, Rf=100KΩ, Vİ=0.5V, VO=? Çözüm : Av= -Rf / R1 = -100K / 10K = -10, VO =Vİ × AV = 0.5V × (-10) = -5V 70 ElektronikLaboratuvarı KULLANILACAK ELEMANLAR 1. 2. 3. 4. 5. 1 kΩ (*2) 10 kΩ 100 kΩ (*2) UA741 Osiloskop Direnç Direnç Direnç Opamp DENEYİN YAPILIŞI 1. KL-25007 modülünü, KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve b bloğunu belirleyin. Şekil 9-1-2(a)’daki devre ve Şekil 9-1-3’teki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL-22001 Düzeneğindeki +12VDC ve -12VDC sabit güç kaynaklarını, KL-25007 modülüne bağlayın. 2. KL-22001 Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN1 (TP3) ucuna 1KHz’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. OUT (TP7) çıkış ucuna osiloskop bağlayın. 3. Osiloskop ekranında maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli elde edilecek şekilde, sinüzoidal sinyalin genliğini yavaşça artırın. IN1 ucundaki VIN1 giriş gerilimini ve OUT ucundaki VOUT çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 9-1-1'e kaydedin. Giriş ve çıkış dalga şekilleri arasındaki faz ilişkisini belirleyin ve gerilim kazancını hesaplayın. 𝑉••‘ 𝐴ƒ = = __________________ 𝑉’“T 4. Giriş sinyal bağlantılarını çıkartın ve IN1 giriş ucunu toprağa bağlayın. Osiloskop kullanarak (DC bağlantıda), OUT çıkış ucundaki DC seviyeyi (çıkış offset gerilimi) ölçün ve kaydedin. Vdc=_______________. 5. Şekil 9-1-2(b)’deki devre ve Şekil 9-1-4’teki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR3'ü devreye bağlayın. 6. 4. adımı tekrarlayın. Ölçülen DC seviye 0V değilse, VR3(100K)'ü ayarlayarak bu seviyeyi 0V yapın. 7. 2. ve 3. adımları tekrarlayın. 8. VR3(100K)'ü rastgele ayarlayarak çıkış dalga şeklinin değişip değişmediğini gözleyin. Dalga Şekli VP-P V VIN1 Ofset Ayarsız t V VOUT t V VIN1 t Ofset Ayarlı V VOUT 71 t ElektronikLaboratuvarı Tablo 9-1-1 (a) Ofset ayarsız (b) Ofset ayarlı Şekil 9-1-2 Eviren yükselteç devreleri SONUÇLAR o Eviren bir yükselteçte, giriş ve çıkış gerilimleri arasındaki faz farkı 180 dir ve gerilim kazancı, giriş direnci ve geri besleme direnci tarafından belirlenir. 72 ElektronikLaboratuvarı DENEY 9-2 Evirmeyen Yükselteç DENEYİN AMACI 1. Evirmeyen yükseltecin çalışma prensibini anlamak. 2. Evirmeyen yükseltecin giriş ve çıkış dalga şekilleri ile gerilim kazancını ölçmek. GENEL BİLGİLER Eviren yükselteç devresi Şekil 9-2-1(a)’da ve eşdeğer devresi de Şekil 9-2-1(b)’de gösterilmiştir. (a) Devre (b) Eşdeğer devre Şekil 9-2-1 Evirmeyen yükselteç Eşdeğer devreden, aşağıdaki denklemler elde edilir: 𝐼€ = 𝐼T 𝑅T 𝑉İ 𝑅T 𝑉İ = 𝑉• × , = 𝑅T + 𝑅€ 𝑉• 𝑅T + 𝑅€ Böylece 𝐴U = 𝑅€ 𝑉• 𝑅T + 𝑅€ = =1+ 𝑉İ 𝑅T 𝑅T VO, Vİ ile aynı fazdadır. Örnek : Şekil 9-2-1(a)'da gösterildiği gibi, R1=1KΩ, Rf=10KΩ, Vİ=1V, VO=? Çözüm : 𝑉• = 𝑉İ 1 + 𝑅€ 10𝐾 = 1𝑉 1 + = 11𝑉 𝑅T 1𝐾 Bu devrede kullanılan besleme gerilimi değeri, 11V’tan büyük olmalıdır. Aksi takdirde maksimum çıkış, besleme gerilimine eşit olur. KULLANILACAK ELEMANLAR 1. 2. 3. 4. 5. 1 kΩ (*2) 10 kΩ 100 kΩ (*2) UA741 Osiloskop Direnç Direnç Direnç Opamp DENEYİN YAPILIŞI 1. KL-25007 modülünü, KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve b bloğunu belirleyin. Şekil 9-2-2’deki devre ve Şekil 9-2-3’teki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 2. KL-22001 Düzeneğindeki +12VDC ve -12VDC sabit güç kaynaklarını, KL-25007 modülüne bağlayın. 3. KL-22001 Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN2 (TP4) ucuna 1KHz’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. OUT (TP7) çıkış ucuna osiloskop bağlayın. 73 ElektronikLaboratuvarı 4. Osiloskop ekranında maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli elde edilecek şekilde, sinüzoidal sinyalin genliğini yavaşça artırın. IN2 ucundaki VIN2 giriş gerilimini ve OUT ucundaki VOUT çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 9-2-1'e kaydedin. 5. Giriş ve çıkış dalga şekilleri arasındaki faz ilişkisini belirleyin ve gerilim kazancını hesaplayın. 𝑉••‘ 𝐴ƒ = = __________________ 𝑉’“# Dalga Şekli VP-P V VIN2 t V VOUT t Tablo 9-2-1 Şekil 9-2-2 Evirmeyen yükselteç SONUÇLAR o Evirmeyen bir yükselteçte, giriş ve çıkış gerilimleri arasındaki faz farkı 0 dir ve gerilim kazancı, giriş ve geri besleme dirençleri tarafından belirlenir. 74 ElektronikLaboratuvarı DENEY 9-3 Gerilim İzleyici DENEYİN AMACI 1. Gerilim izleyicinin çalışma prensibini anlamak. 2. Gerilim izleyicinin giriş ve çıkış dalga şekilleri ile gerilim kazancını ölçmek. GENEL BİLGİLER Şekil 9-3-1'de gösterilen gerilim izleyici, bir evirmeyen yükselteç uygulamasıdır. R1=∞ olduğu için 𝑅€ 𝐴U = 1 + =1 𝑅T Şekil 9-3-1 Gerilim izleyici Bu nedenle bu devre yükselteç olarak çalışmaktadır. Bununla birlikte, Zİ=∞ ve ZO çok küçük olduğu için, gerilim izleyici yaygın olarak empedans uydurmada kullanılır. KULLANILACAK ELEMANLAR 1. 2. 3. 4. 5. 1 kΩ (*2) 10 kΩ 100 kΩ (*2) UA741 Osiloskop Direnç Direnç Direnç Opamp DENEYİN YAPILIŞI 1. KL-25007 modülünü, KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve b bloğunu belirleyin. Şekil 9-3-2’deki devre ve Şekil 9-3-3’teki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL-22001 Düzeneğindeki +12VDC ve -12VDC sabit güç kaynaklarını, KL-25007 modülüne bağlayın. 2. KL-22001 Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN2 (TP4) ucuna 1KHz’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın. 3. Osiloskobun girişini OUT (TP7) çıkış ucuna bağlayın. Osiloskop ekranında maksimum, bozulmasız çıkış dalga şekli elde edilecek şekilde, Fonksiyon Üretecinin çıkış genliğini yavaşça artırın. VIN2 ve VOUT dalga şekillerini ve tepeden-tepeye değerlerini ölçüp Tablo 9-3-1'e kaydedin. 4. Fonksiyon Üretecinin çıkış genliğini rastgele değiştirerek, VOUT’un daima VİN2’ye benzer olup olmadığını gözleyin.____________ 5. AV gerilim kazancını hesaplayın. 𝐴ƒ = 75 𝑉••‘ = __________________ 𝑉’“# ElektronikLaboratuvarı Dalga Şekli VP-P V VIN2 t V VOUT t Tablo 9-3-1 Şekil 9-3-2 Gerilim izleyici devresi SONUÇLAR Gerilim izleyici, gerilim kazancı 1 olan evirmeyen bir yükselteç olarak düşünülebilir. Bu devrenin giriş empedansı, evirmeyen yükselteçlerde olduğu gibi, çok yüksektir. Gerilim izleyici devresi gerçekleştirmek için µA741 kullanılması durumunda, Zİ, 200MΩ kadar yüksek olabilir ve giriş kapasitansı yaklaşık olarak 1pF'dır. Çıkış empedansı 1Ω’dan çok daha küçük ve bant genişliği yaklaşık 1MHz olur. Çıkış empedansı 1Ω’dan çok daha küçük olduğu için, bu devrenin karakteristikleri, çok küçük bir yük direnci bağlanması durumunda kötüleşecektir. Özellikle büyük giriş sinyali uygulanması durumunda, işlemsel yükselteç çıkışı kolaylıkla doyuma gideceği için, yükselme hızının etkisi çok önemli olacaktır. 76 ElektronikLaboratuvarı Türev ve İntegral Alıcı İşlemsel Yükselteç Devreleri Deney 10 77 ElektronikLaboratuvarı DENEY 10-1 Türev Alıcı Devre DENEYİN AMACI 1. Türev alıcı devrenin çalışma prensibini anlamak. 2. Türev alıcı devrenin giriş ve çıkış dalga şekilerini ölçmek. GENEL BİLGİLER (a) Temel devre (b) Pratik devre Şekil 10-1-1 RC türev alıcı devre Şekil 10-1-1(a)’da gösterilen türev alıcı devre, temelde bir RC türev devresi uygulamasıdır. Bu devredeki IC, aşağıdaki gibi hesaplanabilir: 𝐼_ = 𝐼[ 𝑄_ 𝐶𝑉_ 𝐶𝑉| = = = 𝑡 𝑡 𝑡 𝑑𝑄_ 𝑑𝑉_ 𝑑𝑉| =𝐶 =𝐶 𝑑𝑡 𝑑𝑡 𝑑𝑡 𝑉} = −𝐼_ 𝑅 = −𝑅𝐶 𝑑𝑉| 𝑑𝑡 Vi kare dalga ise, VO darbe dizisi olur. Vi üçgen dalga ise, VO kare dalga olur. Şekil 10-1-1(b)'de gösterildiği gibi, pratik devrelerde, yüksek frekans gürültüsünü, çok küçük XCS’den dolayı devrenin kararsız çalışmasını ve yüksek frekansta çok büyük yükseltme faktörünü engellemek amacıyla, RS direnci bağlanır. R1 direnci, giriş ucunda dengeleme direnci olarak kullanılır. KULLANILACAK ELEMANLAR 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 270 Ω 1 kΩ 10 kΩ 1 MΩ 10 kΩ 50 kΩ 0,1 µF UA741 Osiloskop Multimetre Direnç Direnç Direnç Direnç Pot. Pot. Kapasitör Opamp DENEYİN YAPILIŞI 1. KL-25007 modülünü, KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve a bloğunu belirleyin. Şekil 10-1-2’deki devre ve Şekil 10-1-3’teki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL-22001 Düzeneğindeki +12VDC ve -12VDC sabit güç kaynaklarını, KL-25007 modülüne bağlayın. 2. KL-22001 Düzeneğindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN ucuna 1KHz’lik sinüzoidal işaret uygulayın. OUT çıkış ucuna osiloskop bağlayın. 78 ElektronikLaboratuvarı 3. Osiloskop ekranında maksimum, bozulmasız kare dalga şekli elde edilecek şekilde, R20(50K) direncini ayarlayın ve R20 değerini ölçün. R20=_______Ω. 4. VIN ve VOUT gerilim dalga şekillerini Tablo 10-1-1'e kaydedin. 𝑑𝑉’“ 𝑉••‘ = −𝑅𝐶T 𝑑𝑡 5. VIN'in frekansını değiştirerek 3. ve 4. adımları tekrarlayın. Tablo 10-1-1 Şekil 10-1-2 Türev alıcı devre SONUÇLAR Geliştirilmiş bir türev devresi, Şekil 10-1-4(b)'te gösterilmiştir. (a) Temel (b) Geliştirilmiş Şekil 10-1-4 Türev alıcı devreler C1 ve R1, Şekil 10-1-4(a)'daki devrede üretilen kararsızlık yada osilayonu ortadan kaldırmak için kullanılmaktadır. Burada, C1<<C ve R1<<R’dir. C1 ile, yukarısında XC1’in hızlı bir şekilde küçüldüğü ve yüksek-frekans kazancının ve aynı zamanda gürültünün azaldığı, maksimum bir türev frekansı ayarlanabilir. R1, yüksek-frekans kazancını sınırlayarak, devre çıkışının doyuma ulaşmasını ve osilasyon oluşmasını önler. Ayrıca giriş akımının azalmasına neden olur. R1 ve C1 seçilirken şu kurala uyulmalıdır : R1C=RC1 79 ElektronikLaboratuvarı DENEY 10-2 İntegral Devresi DENEYİN AMACI 1. 2. İntegral devresinin çalışma prensibini anlamak. İntegral devresinin giriş ve çıkış dalga şekilerini ölçmek. GENEL BİLGİLER (a) Temel devre (b) Pratik devre Şekil 10-2-1 İntegral devresi Şekil 10-2-1(a)’daki integral alıcı devre temelde, Şekil 10-2-1(b)’de gösterilen RC integral devresi uygulamasıdır. Bu devredeki IC, aşağıdaki gibi hesaplanır: Şekil 10-2-2 RC integral alıcı devresi 𝐼_ = 𝐼[ 𝑉İ − 0 𝑉İ 𝐼[ = = = 𝐼_ 𝑅 𝑅 𝑄 𝐼_ 𝑡 1 1 𝑉İ 1 𝑉• = 𝑉_ = = − =− 𝐼_ 𝑑𝑡 = − 𝑑𝑡 = − 𝐶 𝐶 𝐶 𝐶 𝑅 𝑅𝐶 𝑉İ 𝑑𝑡 Şekil 10-2-1(b)’de, pratik bir integral alıcı devre gösterilmiştir. Bu devredeki R2, yükselteç çıkışının doyuma ulaşmasını ve alçak frekanslarda büyük Xc nedeniyle integral devresinin yanlış çalışmasını engelleyebilir. KULLANILACAK ELEMANLAR 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 270 Ω 1 kΩ 10 kΩ 1 MΩ 10 kΩ 50 kΩ 0,1 µF UA741 Osiloskop Direnç Direnç Direnç Direnç Pot. Pot. Kapasitör Opamp DENEYİN YAPILIŞI 1. KL-25007 modülünü, KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve a bloğunu belirleyin. Şekil 10-2-3’teki devre ve Şekil 10-2-4’teki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2’yi devreye bağlayın. KL22001 Düzeneğindeki +12VDC ve -12VDC sabit güç kaynaklarını, KL-25007 modülüne bağlayın. 2. KL-22001 Düzeneğindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN giriş ucuna 1KHz, 0.5VP-P’lik kare dalga uygulayın. OUT çıkış ucuna osiloskop bağlayın. 80 ElektronikLaboratuvarı 𝑔𝑖𝑟𝑖ş𝑓𝑟𝑒𝑘𝑎𝑛𝑠𝚤𝑓 ≥ 1 2𝜋𝑉𝑅# 𝐶# 3. Osiloskopta, doğrusallığı iyi bir üçgen dalga görülünceye kadar, VR2(10K)’yi ayarlayın. 4. VIN ve VOUT dalga şekillerini ölçün ve Tablo 10-2-1'e kaydedin. Tablo 10-2-1 Ölçülen giriş ve çıkış dalga şekilleri Şekil 10-2-3 İntegral alıcı devre SONUÇLAR İntegral devresi, Şekil 10-2-5’de gösterilen alçak geçiren filtre gibi fonksiyon göstermektedir. İntegral alıcı devrenin, yukarısında çalışacağı, birinci köşe frekansı f1=1/(2πR1C) iken, devrenin etkisiz hale geleceği frekans değeri de f2=1/(2πRC)’dir. Bu nedenle, intregral alıcı devrenin giriş sinyali frekansı f1 ile f2 arasında sınırlandırılmalıdır. Şekil 10-2-5 Alçak geçiren filtre 81 ElektronikLaboratuvarı
