TA2CCS Şahin Küliğ E-Mail: ta2ccs@antrak.org.tr
Bu ay Köprü Doğrultucular ve diğer diyot
uygulamaları hakkında bilgi vereceğim. Köprü Doğrultucu
aslında Tam Dalga Doğrultucu özelliğinde olup sadece giriş
gerilim kaynağı Tam Dalga Doğrultucu gibi ortası sıfırlı
olmayıp, tek bir AC kaynak ile beslenmektedir. Aşağıdaki
şekilde Köprü Doğrultucu görülmektedir.

Köprü Diyotlar dört ayrı diyot ile yapılabileceği
gibi dört diyot birleştirilmiş şekli ile de piyasada satılmaktadır.
Yukarıdaki devrenin girişine (e-f uçları arasına) bir
alternatif gerilim uygulayalım. t1 zamandan itibaren
pozitif yönde yükselmeye başlayan giriş gerilimi, a ucunu
pozitif b ucunu da negatif yapacaktır. Bu anda a ucuna bağlı
diyotladan D1 diyodunun anodu, D3 diyodunun da
katodu pozitif olacaktır. Aynı şekilde b ucuna bağlı
diyotlardan D2 diyodunun katodu negatif,
D4 diyodunun da anodu negatif olacaktır. Dikkat
edilirse D1-D4 diyotlarının katotlarının
birleştiği c noktası ile D3-D2
diyotlarının anodlarının birleştiği d noktaları arasına
bir yük direnci bağlanmıştır. (Yük direnci bizim kullandığımız
elektronik bir devre olabileceği gibi şekildeki hali ile bir direnç
de olabilir.) Anodu pozitif olan D1 diyodu ile katodu
negatif olan D2 diyodu üzerinden bir akım akmaya
başlar. Akan akım yük direncinin üst ucundan girip ait ucunda
çıktığı için yük direncinin üst ucunu pozitif, alt ucunu da
negatif yapacaktır. D1 ve D2 diyotları
üzerinden akan akım t1-t2 zamanı boyunca yani
a noktasının pozitif, b noktasının negatif olduğu
sürece devam edecektir. Bu durum aşağıdaki şekilde görülmektedir.

t2 zamanda sıfır volt değerine düşen giriş gerilimi
hemen negatif yönde yükselmeye başlayacaktır. t2
zamandan itibaren negatif yönde yükselmeye başlayan giriş
gerilimi, a ucunu negatif b ucunu da pozitif yapacaktır.
Bu anda a ucuna bağlı diyotladan D1 diyodunun anodu,
D3 diyodunun da katodu negatif olacaktır. Aynı şekilde
b ucuna bağlı diyotlardan D2 diyodunun katodu
pozitif. D4 diyodunun da anodu pozitif olacaktır.
Anodu pozitif olan D4 diyodu ile katodu negatif olan
D3 diyodu üzerinden bir akım akmaya başlar. Akan akım
yük direncinin üst ucundan girip ait ucunda çıktığı için yük
direncinin üst ucunu pozitif, alt ucunu da negatif yapacaktır.
D4 ve D3 diyotları üzerinden akan akım
t2-t3 zamanı boyunca yani a noktasının
negatif, b noktasının pozitif olduğu sürece devam edecektir. Bu
durum aşağıdaki şekilde görülmektedir.

Çıkış gerilimin doğru akım (DC) şeklinde olabilmesi için yük
direncine paralel bir kondansatör koyarsak çıkış dalga şekli
ve devre aşağıdaki gibi olur.

Geçen ay ki yazımdan hatırlayacağınız üzere Tam
Dalga doğrultucu çıkış dalga şekli ile bu şekil aynı. O
zaman aralarında ne fark var? Neden, hangisini tercih
etmeliyiz? Şimdi hem özet hem de farkları bir bakışta anlamak
için bir özet tablo yapalım. Aşağıdaki tabloda giriş voltaj
kaynağı olarak trafo olduğu düşünülmüştür. Bu tabloda verdiğim
basit formüller yardımı ile kendinizde bu doğrultucular için hesaplar
yapabilirsiniz.
Yarım Dalga Tek sekonder sarımlı
trafo Tek diyot Büyük dalgalanma voltajı Trafo sekonderi
üzerinden DC geçer. Bu iyi değildir. Trafo gereksiz yere fazla ısınır.
Vo=Vi x 1.41 - (Idc / 2 x C x f) C=Idc x 0,012
/ Vrpp Büyük Kondansatör
Tam Dalga Çift sekonder sarımlı
trafo Tek sekonder sarımlı trafo İki diyot Küçük
dalgalanma voltajı Küçük Kondansatör Trafo sekonderi üzerinden DC
geçmez. Vo=Vi x 1.41 - (Idc / 4 x C x f),
C=Idc x 0,006 / Vrpp
Köprü Dört diyot Küçük
dalgalanma voltajı Küçük kondansatör Trafo sekonderi üzerinden DC
geçmez Vo=Vi x 1.41 - (Idc / 4 x C x f), C=Idc
x 0,006 / Vrpp
Doğrultucuların çıkışlarındaki dalgalanma değerini
çok azaltmak istersek yada başka bir değişle DC ye çok
yaklaştırmak istersek C değerini çok büyütmek gerekir. Bunun
sakıncaları vardır. Örneğin diyotları gerektiğinden çok büyük seçmek
gerekir. Bunun yerine dalgalanmayı kabul edilebilir bir seviyede
tutup doğrultucunun çıkışına bir regülatör yapmak daha çok
tercih edilen bir yoldur.
Sembol Açıklamaları Vo=DC çıkış voltajı
Vi=AC giriş voltaji. (rms olarak yani normal AVO
metrenizin AC pozisyonunda okuduğu değer)
Idc=Doğrultucudan çekilecek akım. Yada yük üzerinden
geçecek akım.
C=Farad olarak kondansator değeri
F= Hz olarak frekans değeri.(Şehir şebekesi için 50Hz)
Vrpp=Çıkış voltajının tepeden tepeye dalgalanma
değeri. Bu değeri osiloskop ile görebiliriz. Yada bir
yükseltecin çıkışında hummmm sesi olarak duyabilirsiniz.
Yukarıdaki formül ile istediğimiz dalgalanma değeri için
kondansatör hesaplanabilir. Aynı formülü kullanarak hazır bir
devrenin çıkış voltajının dalgalanma değeri de bulunabilir.
Bazı elektronik devreler sadece tek voltaj kaynağı
ile beslenmezler. Bir kısmı hem pozitif hem de negatif
voltaj gerektirir. Aşağıdaki şekil böyle bir güç kaynağını
göstermektedir. Şekle bakıldığında bu güç kaynağının aslında
iki adet tam dalga doğrultucudan oluştuğu rahatlıkla
görülmektedir. Eğer elimizde bir adet ortası sıfırlı bir trafo
ve dört diyot varsa yada bir köprü diyot varsa bu
devreyi kolaylıkla yapabiliriz. Bu devre ile ilgili formüller
aynen tam dalgada kullanılan formüllerdir.

Diğer Diyot Uygulamaları.
Zener Diyot
Tek bir Zener diyotlu ile yapılan regülatörler fazla güç
istemeyen devrelerde rahatlıkla kullanılabilir. Eğer devremiz
fazla güç istiyorsa o zaman zener başına tek başına
kullanılmaz. Bir regülatör devresinin referansı olarak kullanılır.
Şimdi basit bir Zener regülatör devresini inceleyelim.

Vi kaynak gerilimi Vz zener geriliminden büyük olmalıdır.
Vi değeri yaklaşık olarak Vz değerinden 1,2 yada
1,4 katı büyük olması yeterlidir. Zener üzerinden geçen
Iz akım küçük zenerler için 10-20mA civarındadır.
Daha doğru bir değer bulmak için mutlaka kataloga bakmak
gereklidir. Burada zener üzerindeki voltaj ya zener üzerinden
doğrudan okunur yada katalogdan bakılır. Örneğin BZX79C9V1 9,1V luk
zener diyot olup doğrudan diyot üzerinden okunabilir. 1N960
diyoduda 9,1 voltluk zener diyot olup, zener voltaj değeri
katalogtan bakılarak anlaşılır.
Yukarıdaki devremizde bilinmesi gereken nokta
Rs direncinin nasıl bulunduğudur. Rs=(Vz-Vi)/Iz formülü
ile bulabiliriz. Iz değeri küçük zener diyotlar da 10-20mA
olarak alınabilir. Yukarıdaki devre çıkışında sabit bir voltaj
elde edilecektir. Böyle bir devre bir regülatör devresi için
referans voltajı olarak kullanılabilir. Şimdi yukarıdaki
devreyi doğrudan bir elektronik devrenin regüle besleme kaynağı
olarak kullanalım. Yani devreden biraz akım çekelim. O
zaman yukarıdaki devremiz aşağıdaki şekle dönüşecektir.

Bu durumda zener üzerinden geçen akım sabit kalmakla birlikte
Rs direnci üzerinden birde yük akımı geçmektedir.
O zaman IRS=Iz+IL, IRS=10 + 90, IRS=100mA
olur. Vz=9,1V yaklaşık 9V kabul edelim.
Rs=(Vi-Vz)/Iz+IL; Rs=(12-9)/10+90
Rs=30 ohm bulunur.
Rs direncinin gücüde bulunmalıdır. PRs=IRS2 x RS
PRs=0,12 x 30 PRs=0,3W dan büyük
olmalıdır. Burada seçilecek direnç 27 yada 33 ohm, 0,5W
dir.
Bu örnekte dikkat edilecek konu, yük direncinin
devreye sürekli olarak mutlaka bağlı kalması yada bir
başka deyişle yük akımının mutlaka çekiliyor
olmasıdır. Eğer yük direnci devreden çıkarılacak olursa,
zener üzerinden geçen akım
Iz=(12-9)/30, Iz=0,1A akım olur.
Eğer buradaki zener bu akıma dayanacak güçte değilse
bozulacaktır. Bu nedenle devredeki zener bütün akımda
üzerinden geçirebilecek güçte olmalıdır. Fakat bu bazen
mümkün olmayabilir. Yada yük sürekli olarak devreye bağlı olarak
kalmalıdır.
Kırpıcılar (Clipper)
Bazı elektronik devrelerin girişlerine sadece pozitif yada
negatif sinyallerin verilmesi gerekebilir. Bazı devrelerin
girişlerine ise sabit genlikte sinyaller verilmesi gerekebilir.
O zaman giriş sinyali devreye verilmeden önce uygun
kırpıcıdan geçirmek gereklidir. Sadece pozitif yada negatif
sinyalleri geçiren kırpıcılar çıkışında kondansatörü olmayan
bir yarım dalga doğrultucudan ibarettir. Bunlara ilişkin
örnekler aşağıda verilmiştir.

Devrenin girişine sabit genlikte bir sinyal uygulamak
gerekirse aşağıdaki örnek yapı kullanılır. Hatırlayacağınız
gibi aslında diyotların iletime geçebilmeleri için üzerlerindeki
voltajın belli bir değerin üzerine çıkması gerekmekteydi.
İletime geçen diyodun üzerindeki voltaj sabit kalmaktadır.
Bu özellik kullanılarak giriş sinyalleri diyotların açma voltajları
ile sınırlandırılır. Bu devrenin en büyük uygulaması FM
alıcılardaki kirpıcı (LIMITER) devresidir.
Limiter şekli

Kenetleme (Clamp) devreleri.
Kenetleyici bir AC sinyali farklı bir DC
seviyesine çıkarıp kenetleyen yani hep orada kalmasını sağlayan
devredir.
Şimdi birkaç kenetleme devresi inceleyelim.
Örnek 1:
 Yukarıdaki devrenin girişine bir
sinyal uygulayalım. t1 zamanında C kondansatörü boş olduğu
için kısa devre gibi davranacak, bundan dolayı diyodun anodu
pozitif, katodu ise negatif olacaktır. Yani
t1-t2 zamanları arasında diyot iletime geçip
kısa devre olacak, çıkış voltajı da 0V olacaktır. Bu arada C
kondansatörü sanki girişe uygulanan sinyale paralel bağlanacağı için
giriş sinyalinin tepe değerine kadar dolacaktır.
t2-t3 zamanları arasında devre girişinin a
ucu negatif, b ucu pozitif olacaktır. Bu durumda diyot
açık devre olacaktır. Şimdi buraya dikkat edelim. Devrenin çıkışa
bağlı b ucu pozitif, a ucu negatif, C
kondansatörünün a ucuna bağlı yeri bir önceki şarjdan
dolayı pozitif, çıkışa bağlı ucu negatif olacak. Yani giriş
sinyali ile C kondansatörü üzerindeki şarj seri bağlı bataryalar
olarak davranacaktır. Giriş sinyali ile kondansatör üzerindeki
voltajlar toplanacak t2-t3 zamanları
arasında çıkış voltajı, Vo=(-Vi) + (-VC) olacaktır.
C üzerindeki şarj giriş voltajına eşit olacağı için çıkış voltajı da
t2-t3 zamanları arasında Vo=2 x (-Vi)
olacaktır.
t3-t4 zamanları arasında a ucu tekrar
pozitif, b ucu da negatif olacaktır. C kondansatörü
üzerindeki gerilim boşalmayacağı (aslında çok azda olsa boşalır,
fakat bu çok önemli değildir) için kondansatör ile giriş
geriliminin toplamı çıkışta, çıkış voltajı olarak görülecektir.
Bu değer, Vo=(Vi) + (-VC) , Vi=VC olacağı için çıkış
voltajı da 0 volt olacaktır. Görüldüğü gibi, giriş voltajının
seviyesini negatif olarak kaydırdık.
Yukarıdaki devredeki diyodun yönünü ters çevirerek çıkış
gerilimini pozitif yöne kaydıra biliriz. Böyle bir devrenin
şekli aşağıda görülmektedir.
 Kenet 2
Kenetleme devreleri ilk bakışta pek bir işe yaramaz gibi
görülse de özellikle fazla güç istemeyen fakat yüksek gerilim
gerektiren yerlerde, yada trafo kullanmadan bir AC gerilimi
negatif yada pozitif olarak arttırılması istenilen yerlerde
öncelikli olarak kullanılır. Bir örnek verecek olursak, renkli
TV lerde ekran için 25KV gibi bir gerilime ihtiyaç vardır. Bu
gerilimi eski siyah beyaz TV lerde olduğu gibi direk trafo ile
elde etmek yolu yerine kenetleme devreleri art arda bağlanır, en
sonuna da bir yarım dalga doğrultucu bağlanarak istenilen yüksek
gerilim elde edilir. Kenetleme devreleri kullanılarak yapılan
bir gerilim çoğaltıcı şekli aşağıda verilmiştir.

Bu ay, diyot uygulamalarının bir kısmını
açıklamaya çalıştım. Diyot uygulamaları anlattığım kadarı ile sınırlı
değildir. Bu nedenle bazı özel uygulamaları sırası
geldiğine açıklamaya çalışacağım. Önümüzdeki ay görüşmek
üzere iyi günler dilerim. |