Bölüm 2 NI Multisim Temel Devre serisi diyot ve Zener diyot devreleri etkileşimli SPICE simülasyon ile çok sayıda ayrıntılı araştırma örnekler sunar. Konular yarım ve tam doğrultucu devreler yanı sıra gerilim regülasyonu içerir. Aşağıda eklenmiş zip dosyalarındaki devreleri yükleyebilirsiniz. Aşağıdaki devreleri yükleyerek elde edebilir ve NI Multisim 10’da kullanabilirsiniz.
Devreler
019 Center-Tapped Full-Wave Rectifier.ms10
020 Bridge Rectifier.ms10
021 Capacitor-Input Rectifier Filter.ms10
022 Diode Clipper (Limiter).ms10
023 Diode Clipper.ms10
024 Diode Clipper (DC Restorer).ms10
025 Diode Voltage Doubler.ms10
026 Zener Diode and Voltage Regulation 1.ms10
027 Zener Diode and Voltage Regulation 2.ms10
028 Zener Diode and Voltage Regulation 3.ms10
Devre Dosya İsmi
019 Center-Tapped Full-Wave Rectifier.ms10
Devre Açıklaması
9.1. Merkez Tam Dalga Doğrultucu
Bu devre AC işaretin her iki pozitif ve negatif yarım saykılı için bir doğrultulmuş çıkış üretir. Merkezi transformatörün sekonderine bağlı iki diyot bağlanarak kullanılır. Giriş geriliminin pozitif yarım saykılı için
2
D
diyotu ters kutupluykenD 1
diyotu ileri kutupludur. AkımD 1
’den veR 1
yük direncinden geçer. Giriş geriliminin negatif yarımındaD 1
diyotu ters gerilimli ikenD 2
diyotu ileri kutupludur. AkımD 2
veR 1
den akar. Sonuçta
R 1
uçlarında düşen çıkış gerilimi tam dalga doğrultulmuş DC gerilimdir.Devre Şeması
T1
10
R11kΩ
XSC1
A B
Ext T rig +
+
_
_ + _
XFG1
D2 D1
T2
10
Devre Dosya İsmi
020 Bridge Rectifier.ms10
Devre Açıklaması
9.2. Köprü Doğrultucu
Bu devre, bir transformatör çifti girişi ile tam dalga köprü doğrultucu karakteristiklerini gösterir. Dört diyot kullanır. Giriş saykılı pozitif olduğunda
D 1
veD 2
diyotları ileri kutuplama veR 1
karşısında bir gerilim oluşur. Giriş saykılı negatif olduğundaD 3
veD 4
diyotları ileri kutuplamada ve bir deR 1
üzerinden aynı yönde bir akım iletilir. Bir tam dalga doğrultulmuş çıkış gerilimiR 1
karşısında görünür ve bu sekonder gerilimine (diyotta düşen göz ardı edilir) eşittir:Vp Vs
.Deneyler
Köprü doğrultucu için çıkış tepe gerilimini belirleyin:
Vb Vs out
Vp ( ) 2
Burada
Vp
, eşik gerilimi (silisyum için 0,7V, germanyum için 0,3V). Doğrultulmuş çıkış sinüs dalgasının frekansı nedir? (İpucu: giriş sinüs dalgasının iki katı olmalı).
Neden?
Tam dalga doğrultulmuş gerilimin ortalama değerini hesaplayın. Aşağıdaki formül yardım edebilir:
) ( 2 Vp out Vavg
Değişik transformatör oranlarına ayarlayın ve çıkış gerilimine etkisini gözlemleyin.
Devre Şeması
T1
10 R1
1kΩ
XSC1
A B
Ext T rig +
+
_
_ + _
XFG1
D4 D3
D2
D1
Devre Dosya İsmi
021 Capacitor – Input Rectifier Filter.ms10
Devre Açıklaması
9.3. Kondansatör Girişli Doğrultucu Filtresi
Bu devre bir tam dalga doğrultucunun çıkışına bağlı bir kondansatör girişli filtrenin (bir direnç ve paralel bir kondansatör) çalışmasını gösterir. Doğrultucunun titreşimli çıkış gerilimini düzleştirir. Tam dalga işaretleri arasındaki kısa aralık boyunca kondansatör daha az deşarj olduğundan daha az dalgalanma oluşturulur. Dalgalanma faktörü filtrenin etkinliğini gösterir ve aşağıdaki gibi tanımlanır:
Vdc Vr r
,Burada
Vr
dalgalanma geriliminin etkin değeridir veVdc
filtrenin çıkışının ortalama DC değeridir. En iyi filtreder
’nin değeri küçüktür.Deneyler
Kondansatörün değerini değiştirin ve çıkış gerilimine ve dalgalanma faktörüne etkisinin nasıl olduğunu doğrulayın. (İpucu: Dalgalanma faktörü kondansatörün değeri artarken artar.)
Yük direncinin dalgalanma gerilim miktarını etkilediğini doğrulayın.
Verilen bir faktörü üretmek için gereken kapasitansı belirleyin. İfadeleri kullanın:
Kondansatör girişi filtre düzeltmesi
Devre Dosya İsmi
022 Diode Clipper (Limiter).ms10
Devre Açıklaması
9.4. Diyot Kırpıcı (Sınırlayıcı)
Bu devre bir diyot kırpıcının çalışmasını gösterir ve bir de giriş geriliminin pozitif kısmını sınırlayan bir sınırlayıcı olarak bilinir. Giriş geriliminin pozitif kısmı için, diyot ileri kutuplamada olur. Katot toprak potansiyelinde (0V) olduğundan anot 0,7V’u aşamaz (silisyum bir diyot için). Bundan dolayı giriş bu değeri aşmadığında çıkış 0,7V’a sınırlandırılır. Negatif giriş dalga şekli için diyot açık devre gibi davranır ve aslında çıkışta girişin tamamı görünür.
Deneyler
Kırpıcının çıkış dalga şeklinin pozitif tepesinin kaldırıldığına veya kırpıldığına dikkat edin. Böyle bir düzenlemeye pozitif kırpıcı denir. Küçük bir pozitif gerilimde pozitif tepenin kırpıldığına dikkat edin. Gerilim nedir? Pozitif ve negatif tepe değerler nedir?
Devre Şeması
15kΩ
1N4001GP
A B
Ext T rig +
+
_
_ + _
Vin Vout
Devre Dosya İsmi
023 Diode Clipper.ms10
Devre Açıklaması
9.5. Diyot Kırpıcı
Bu devre giriş geriliminin negatif kısmını sınırlayan bir diyot kırpıcının çalışmasını gösterir. Girişin negatif kısmı süresince diyot ileri ön gerilimlidir. Sonuç olarak çıkış gerilimi -0,7V’ta tutulur (bir silisyum diyot olduğu varsayılarak). Giriş -0,7V’un üzerine gittiğinde diyot açık devre gibi davranır ve aslında çıkışta girişin tamamı görünür.
Deneyler
Kırpıcının çıkış dalga şeklinin negatif tepesinin kesildiğini ve bir de küçük bir negatif gerilimde kırpıldığına dikkat edin. Gerilim nedir? Böyle bir düzenlemeye negatif kırpıcı denir. Negatif ve pozitif tepe değerleri nedir?
Devre Şeması
R1 15kΩ
XSC1
A B
Ext T rig +
+
_
_ + _
XFG1
D1 1N4001
Devre Dosya İsmi
024 Diode Clamper (DC Restorer).ms10
Devre Açıklaması
9.6. Diyot Kenetleyici (DC Yükleyici)
Bu devre AC giriş işareti üzerine pozitif DC seviye ekleyen bir diyot kenetleyicinin (pozitif kenetleyici denen) çalışmasını gösterir. Ancak, kenetleyicinin giriş işaretinin şekli değişmez.
Deneyler
Gösterilen pozitif ve negatif tepe değerlerinin her ikisi için giriş ve çıkış dalga şeklini ayırt edin.
Çıkış dalga şeklinin negatif tepelerine küçük bir negatif gerilimde kenetlendiğine dikkat edin.
Neden?
Tepeden tepeye giriş gerilimini artırın. Ne oluyor? (İpucu: Tepeden tepeye çıkış gerilimi artmasına rağmen, negatif tepe aynı negatif gerilim seviyesinde kenetlenmeye devam eder.
Pozitif tepe çıkış gerilimi yaklaşık olarak diyotun gerilimi düştükçe tepeden tepeye giriş gerilimine eşittir.)
Devre Şeması
R11kΩ
XSC1
A B
Ext T rig +
+
_
_ + _
XFG1
D1 C1
10uF
Devre Dosya İsmi
025 Diode Voltage Doubler.ms10
Devre Açıklaması
9.7. Diyot Gerilim Çiftleyici
Bu devre yarım dalga diyot gerilim çiftleyicinin çalışmasını gösterir. Bu artan giriş transformatörünün gerilim oranı gerekli olmaksızın doğrultulmuş tepe gerilimi çiftlemekte kullanılır. Aslında bir yarım dalga doğrultucu ile bir kondansatör giriş filtresi tarafından yapılan pozitif kenetleyicidir. Bir seri kondansatör her pozitif yarım saykılda dolmaktadır.
Deneyler
Devre üzerinde A ve B noktalarında iki sinüs dalgasını gözlemleyin. B noktasındaki dalga şekli A noktası ile aynı olmalıdır, ama pozitif olarak sıfıra yakın kenetler.
A kanalındaki probu devre üzerinde C noktasına taşıyın.
R 1
(yük direnci) karşısındaki DC gerilim iki diyottaki gerilim düşümü olmadıkça, transformatörün sekonder tepe geriliminin hemen hemen iki katı olmalıdır. AC bağlantıyı A kanalına çevirin, duyarlığı 0,05 V/Div’e artırın. Tepeden tepeye dalgalanma gerilimini ve dalgalanma frekansının her ikisi ölçün. Ne buldunuz? (İpucu: Dalgalanma frekansı ve giriş besleme hattı frekansı aynıdır.)
Devre Şeması
1kΩ 100uF
D1
A B
Ext T rig +
+
_
_ + _
T1
D3 100uF
A B
C
Devre Dosya İsmi
026 Zener Diode and Voltage Regulation 1.ms10
Devre Açıklaması
9.8. Zener Diyot ve Gerilim Regülasyonu
Bu devre zener diyotların temel uygulamalarının birini temsil eder: Giriş geriliminin değişimi ile çıkış gerilim regülasyonu, Zener diyot ters kırılma bölgesinde çalışması için optimize edilmiş silisyum PN bileşimli aygıttır. Aslında ters akım değerlerinin belirli oranları üzerindeki uçlar karşısında sabit gerilim kalmaktadır. Bir de diyotun zarar görebileceği maksimum akım vardır.
Deneyler
Zener diyot, geçen akım ve düşen gerilimi gözlemlerken DC kaynak gerilimini (her defasında 0,1V) kademeli artırın. Grafik üzerinde zener gerilimi ve zener gerilimine karşılık gelen sonuçları çizin. Ters akımın minimum değerini (34,4mA) doğrulayın. Ters akımın minimum değerinde ve ters akım maksimum değeri aştığında zener geriliminde ne oluyor?
Ters kutuplama bölgesinde zener akımı ve zener gerilimini grafik üzerinde gösterin ve zener direncini hesaplayın, akımdaki değişime karşı gerilimdeki değişme oranını ifade edin.
Devre Şeması
15 V
220Ω
6.443 V +
-DC 1e-009W
0.039 A
+
-Var/Voltage
Devre Dosya İsmi
027 Zener Diode and Voltage Regulation 2.ms10
Devre Açıklaması
9.9. Zener Diyot ve Gerilim Regülasyonu 2
Bu devre değişken yük ile çıkış gerilim regülasyonunu temsil eder: temel zener diyot uygulamasından biridir. Aslında yük akımı değişebilse bile DC çıkış gerilimi sabittir.
Deneyler
Burada
rz
zener diyot iç direnci, çıkış gerilimini (rz 8
varsayarak) hesaplayın. Hesaplanan değer ile tam yükte ölçülen çıkış gerilimini karşılaştırın. Değişik
R 1
dirençleri ayarlayın ve zener akımının ve yük akımının nasıl etkilendiğine dikkat edin.(Unutmayın, zener diyotun minimum ve maksimum değerler içinde
Iz
uzunluğu kadar regüle eder.) Yük direnci (
R 1
) bağlantısını ayırın. Kaynak akımını, zener akımını ve yüksüz çıkış gerilimini bulun. Hesaplanan değer ile ölçülen yüksüz çıkış gerilimini karşılaştırın. Formülü kullanarak yüzde gerilim regülasyonunu belirleyin:
-Devre Dosya İsmi
028 Zener Diode and Voltage Regulation 3.ms10
Devre Açıklaması
9.10. Zener Diyot ve Gerilim Regülasyonu 3
Bu devre basit bir gerilim regülasyonu gibi zenerin kullanıldığı zener diyotun temel uygulamalarından birini gösterir. AC gerilim DC kaynağa eklenir. Çıkışta dalgalanmasız gerilim beklenmektedir.
Deneyler
Osiloskobu DC bağlantıya ayarlayın ve devre üzerinde A noktasında DC ve AC gerilim seviyelerini gözlemleyin. Ne gördünüz? B noktasında prob ile DC çıkış gerilimini gözlemleyin.
Regülatörün çıkış işareti üzerinde herhangi bir dalgalanma gerilimi gördünüz mü? (İpucu: Hayır)
B noktasında prob ile AC bağlantıya osiloskobu ayarlayın ve duyarlığı 0,05 V/Div’e ayarlayın. Bir sinüs dalga dalgalanma işareti gözlemlemelisiniz, ama giriş dalgalanma geriliminden daha küçüktür.
Tepeden tepeye dalgalanma gerilimini ölçün ve aşağıdaki formülü kullanarak hesaplanan değer ile karşılaştırın:
1 1
( ))
(ripple
||
z(
s||
z)
in rippleout
R r R R r V
V
Burada
rz
zener diyot iç direnci (varsayılanrz 8
).Devre Şeması
R100Ω
XSC1
A B
Ext T rig +
+
_
_ + _
V1
250mVrms 1kHz 0Deg V2 15 V
R1220Ω Rs
220Ω
D1 5 V
A B