Bölüm 1 Diyot Karakteristikleri

(1)

1-1

Bölüm 1 Diyot Karakteristikleri

DENEY 1-1 PN-Jonksiyon Diyot Karakteristikleri

DENEYİN AMACI

1. PN-jonksiyon diyotlarının karakteristiklerini anlamak.

2. Farklı diyot tiplerinin kendine özgü özelliklerini tanımak.

3. Çeşitli ölçü aletleri yardımıyla farklı türde diyotların karakteristiklerinin nasıl test edileceğini öğrenmek.

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.

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 sahip bir elemente, yeni bir elektron eklenirse, bu element Şekil 1-1-1'de gösterildiği gibi negatif bir iyona dönüşür.

(2)

1-2

Beş valans elektronuna sahip bir element bir elektron kaybederse, bu element de Şekil 1-1-2'de gösterildiği gibi pozitif bir iyona dönüşür.

Şekil 1-1-1 Üç valans elektronlu

element Şekil 1-1-2 Beş valans elektronlu element

Kısaca ifade etmek gerekirse, diyot p-tipi ve n-tipi yarıiletkenlerin birleşiminden oluşur.

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 anlaşılabilmesi için, atom, valans elektronu ve yarıiletken gibi kavramlar hakkında bilgi sahibi olunmalıdır.

Atomun Yapısı

Şekil 1-1-3, atomun yapısını göstermektedir. Atom çekirdeği, pozitif yüklü protonlardan ve yüksüz nötronlardan oluşmuştur.

Şekil 1-1-3 Atom yapısı

Çevre yörüngelerde bulunan ve atom çekirdeğinin etrafında dönen elektronlar, negatif yüke sahiptir.

Atom çekirdeğindeki protonlar tarafından taşınan yük miktarı, çevre yörüngelerdeki elektronlar tarafından taşınan yük miktarına eşit olduğu için, atomun kendisi elektriksel olarak nötrdür.

Nötr üç valans elektronlu atom

Negatif iyon Nötr beş valans Pozitif iyon elektronlu atom

(3)

1-3 Valans Elektronu

Atomik yörüngedeki elektronların sayısı 2n² şeklinde hesaplanır. Burda n ilgili yörüngenin katman numarasıdır. Şekil 1-1-4’te, bu şekilde düzenlenmiş elektronlar gösterilmektedir.

En dış yörüngede bulunan elektronlar, valans elektronları olarak adlandırılırlar.

Malzemelerin elektriksel karakteristikleri, valans elektronlarının sayısına göre açıklanabilir.

Yalıtkan: Çoğunlukla 8 valans elektronuna sahiptir, elektronlarını serbest bırakması (serbest elektron) ve iletken hale gelmesi çok zordur.

İletken: Çoğunlukla 1 valans elektronuna sahip olması bakımından, elektronlarını serbest bırakması ve iletken hale gelmesi en kolay olan malzeme türüdür.

Yarıiletken: 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.

2n², n: katman numarası c 2×1²=2

d 2×2²=8

e en-dış katmanda 4 Toplam 14 elektron.

Şekil 1-1-4 Yörüngelerde yer alan elektronlar

Saf Yarı İletken

Saf yarıiletkene hiçbir katkı eklenmemişken, en dış yörüngedeki dört elektron komşu atomlarla birleşerek, Şekil 1-1-5'te gösterildiği gibi, bir sekiz-yüzeyli (octahedron) oluştururlar. Burada, ilgili elektron çiftleri bir kovalent bağ oluşturmaktadır. Kovalent bağ sonrasında, elektronlar atomlara bağlandığı için, saf yarıiletken iletmeyen durumdadır. Bununla birlikte, ortam sıcaklığı mutlak sıfırdan (-273⁰C) büyük olduğunda, yüksek sıcaklığın etkisiyle bazı elektronların hareketi artacak ve sonuç olarak bu elektronlar kovalent bağdan kurtularak, Şekil 1-1-6'da gösterildiği gibi, serbest elektron gibi davranacaklardır.

(4)

1-4

Elektron kovalent bağdan koptuktan sonra, yerinde "delik" olarak adlandırılan bir boşluk bırakır. Normalde elektriksel olarak nötr olan atomdan bir elektronun ayrılmasıyla, bu atom pozitif yüklü pozitif bir iyona dönüşür.

Oda sıcaklığında, silisyum ve germanyumda birkaç serbest elektron bulunduğu için (ve buna eşit sayıda delik, n=p), saf yarıiletken tam olarak yalıtkan değildir.

Şekil 1-1-5 Sekiz-yüzeylinin (octahedron) yapısı

Şekil 1-1-6 Kovalent bağdan kopan elektron

N-Tipi Yarı İletken

Beş valans elektronuna sahip elementlerin, düzgün dağılımlı olarak, germanyum yada silisyuma eklenmesi sonucunda, valans elektronları birbirleriyle kovalent bağ oluştururlar. Bu şekilde, her beş valans elektronlu elementin, komşu dört valans elektronlu elementlerle (germanyum, silisyum) kovalent bağ yapması, Şekil 1-1-7'de gösterildiği gibi, fazladan bir elektronla sonuçlanır. Bu şekilde oluşan yarıiletkene, N- tipi yarıiletken denir. (N: elektriksel olarak negatif; elektron negatif yüke sahip olduğu için).

(5)

1-5

Eklenen katkı atomu, yarıiletken malzemeye elektron katkısında bulunduğu için, beş valans elektronuna sahip katkı maddesine “katkı atomu” yada “donör atomu” adı verilir.

Beş valans elektronuna sahip elementlerin saf yarıiletkene eklenmesiyle, serbest elektron sayısı oldukça artar. Elektronlar, deliklere göre çoğunlukta oldukları için,

"çoğunluk taşıyıcıları" olarak adlandırılırken, delikler "azınlık taşıyıcıları" olarak adlandırılırlar.

Şekil 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 1-1-8’de gösterilen bu 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 valans elektronlu elementlerin eklenmesiyle ortaya çıkan boşluklar, serbest elektronları almaya hazır olduğundan, üç valans elektronlu katkı elementleri, alıcı (akseptör) atomlar olarak adlandırılır.

(6)

1-6

Şekil 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.

Genellikle delik, elektriksel olarak pozitif kabul edilir. Bir valans elektronu kovalent bağını koparmaya yetecek enerjiyi alır ve komşu atomlardaki herhangi bir deliği doldurursa, bu durumda elektronu bırakan kovalent bağda bir boşluk oluşur. Bu yeni boşluk da, başka bir kovalent bağdaki bir elektronla doldurulmaya hazırdır. Bu işlem sürekli tekrarlanır ve bu şekilde delik, elektron hareketinin ters yönünde hareket eder.

Şekil 1-1-9'da gösterildiği 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 elektronları çekmektedir. Elektron ve delik arasındaki ilişki, pozitif ve negatif yükler arasındaki çekim ilişkisine benzemektedir.

Elektron negatif yüklü olduğu için, deliğin de pozitif yüke sahip olduğu kabul edilir.

(7)

1-7

Şekil 1-1-9 Elektronların hareketi

PN-Jonksiyon Dİyodu

Şekil 1-1-10'da gösterildiği gibi, P-tipi bir yarıiletkenin, N-tipi yarıiletkenle birleştiğini kabul edelim. P-tipi yarıiletkende çok sayıda delik, N-tipi yarıiletkende ise çok sayıda elektron bulunduğundan, P-N birleşimi durumunda, jonksiyona yakın olan elektronlar, jonksiyona yakın olan delikleri, Şekil 1-1-10(a)’da gösterildiği gibi, doldurur. N-tipi yarıiletkenin jonksiyona yakın olan kısmı elektron kaybettiği için pozitif iyona dönüşürken, P-tipi yarıiletken ise delik kaybettiği için negatif iyona dönüşür (Şekil 1-1- 10(b) ).

(a) (b) Şekil 1-1-10 P- ve N-tipi yarıiletkenlerin birleşimi

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, elektron ve delikler arasındaki bu birleşimin devam etmesi engellenmiş olur.

(8)

1-8

Boşaltılmış bölgedeki iyonların, elektron ve deliklerin jonksiyondan geçmesini engelleyen 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.

İleri Öngerilimleme

Şekil 1-1-11'de gösterildiği gibi, güç kaynağının artı ve eksi uçları sırasıyla P ve N'ye bağlanırsa, bu bağlantı "ileri öngerilimleme" olarak adlandırılır.

Eğer ileri öngerilimlemede uygulanan gerilim, engel gerilimini aşmak için yeterliyse, elektronlar güç kaynağının artı ucu tarafından çekilirken, eksi ucu tarafından da itilirler.

N-tipi yarıiletkendeki elektronlar böylece P-N jonksiyonunu geçerek, deliklerle birleşmek için P-tipi yarıiletkene 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, hareket ederler. Bu elektron akış yönü, geleneksel elektrik akım yönüne gore terstir.

Diyodun P-N jonksiyonuna uygulanan ileri öngerilim, IF ile gösterilen bir ileri yön akımı oluşturur. I_F'nin değeri harici güç kaynağı (E) ile doğru orantılı ve diyodun iç direnci (r) ile ters orantılıdır.

Şekil 1-1-11 İleri öngerilimleme

Difüzyon Kapasitesi: Enjekte edilen yüklerin, gerilime göre değişim hızı olarak tanımlanılır.

)

(

τ

Q I

dV dI dV

Cd = dQ = =

(9)

1-9 Difüzyon kapasitesi, I akımı ile doğru orantılıdır.

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.

Şekil 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 I_R veya I_S ile gösterilir.

I_R, ters öngerilim değerinden bağımsızdır, ancak sıcaklık ile ilişkilidir. Germanyum ya da silisyum olmasından bağımsız olarak, her 10⁰C'lik sıcaklık artışında IR iki katına çıkar. Aynı sıcaklık koşullarında, silisyum diyodun I_R (I_S) değeri, germanyum diyodunkinin sadece %1-%0.1’i kadardır. 25℃ oda sıcaklığında, ters öngerilim uygulanmış germanyum diyodun I_R değeri 1~2 μA’dir ve bu durumda diyot açık devre kabul edilir.

(10)

1-10

Ters öngerilim sonucu, boşaltılmış bölgenin genişliği artar ve bunun sonucunda geçiş kapasitesi ( )

d

C =

ε

A küçülür. Diğer bir ifadeyle, daha yüksek ters öngerilim değeri,

daha büyük d ve daha küçük kapasite değerine sebep olur.

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.

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.

Diyodun Montajı ve Sembolü

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).

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.

Şekil 1-1-13 PN-jonksiyon diyodu için devre sembolleri

(11)

1-11 Diyodun Karakteristik Eğrisi (V-I Eğrisi)

Şekil 1-1-14 Diyotların karaktersitik eğrileri

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 (germanyum diyot için 0.2V, silisyum diyot için 0.6V), IF akımı çok hızlı bir şekilde artar, bir anlamda diyot kısa devre gibi çalışır (V_F, yaklaşık 0.7V olacak şekilde). Diyodun eşdeğer devresi şekil 1-1-15'te gösterilmiştir.

(12)

1-12

Şekil 1-1-15 İdeal diyodun karakteristik eğrisi

Şekil 1-1-14’teki devre için ileri öngerilim akımı IF şu şekilde hesaplanır.

r R

V E r R

V IF E ^F

+

= − +

= − 0.7

, Burada r, diyodun iç direncidir.

Sıcaklığın artması durumunda, diyot üzerinde ileri yöndeki gerilim düşümü azalır ve bu azalma miktarı şu şekilde hesaplanır;

T K VF = ×Δ Δ

Δ T: Sıcaklıktaki değişim (artış)

K = -2.5mV/℃ (silisyum) ve -1.3mV/℃ (germanium)

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 I_R değeri birkaç μA iken, silisyum diyot için IR değeri, germanyum diyodununkinin %1~%0.1'i kadardır.

(3) Silisyum yada germanyum olmasından bağımsız olarak, diyodun I_R değeri, her 10℃’lik sıcaklık artışında, ikiye katlanır.

(4) Ters öngerilim değeri kırılma gerilimine ulaştığında, I_R büyük bir hızla artar.

(13)

1-13

Silisyum ve Germanyum Diyotların Karşılaştırması

Aynı üretim şartları altında, silisyum ve germanyum diyotlar arasındaki bir karşılaştırma Tablo 1-1-1’de gösterilmiştir.

Özellik

Tip PIV Sıcaklık

Aralığı

Eşik Gerilimi (Vr)

Sızıntı Akımı (Ir)

Silisyum Yüksek 200℃ 0.7V (0.6V) Germanyumun

%1~%0.1'i

Germanyum Düşük 100℃ 0.3V (0.2V) Birkaç μA

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 V_R 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

(14)

1-14

KULLANILACAK ELEMANLAR

1. KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneği 2. KL-25001 Diyot, Kırpıcı ve Kenetleyici modülü 3. Osiloskop

4. Multimetre

DENEYİN YAPILIŞI

A. Si Diyodun V-I Eğrisinin Çizilmesi (I) - Osiloskop Yöntemi

1. KL-25001 modülünü, KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve a bloğunun konumunu belirleyin.

2. Şekil 1-1-16’daki devre ve Şekil 1-1-17’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2 potansiyometresini devreye bağlayın.

3. KL-22001 Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN ucuna 1KHz, 20 Vpp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın.

4. Osiloskobun CH2(Y), GND ve CH1(X) girişlerini sırasıyla TP1, TP2 ve TP3’e bağlayın. Bu durumda CH1(X) girişi diyodun gerilimini ölçmek ve göstermek için kullanılrken, CH2(Y) girişi diyodun akımını ölçmek ve göstermek için kullanılır.

5. Osiloskobu X-Y moduna ve DC giriş bağlantı konumuna ayarlayın.

Osiloskoptaki grafiği gözleyin ve Şekil 1-1-18’e kaydedin.

6. VR2(10K)’yi ayarlayın ve eğrideki değişimi gözleyin.

(15)

1-15

Şekil 1-1-16 V-I eğrisinin ölçüm devresi

Şekil 1-1-17 Bağlantı diyagramı (KL-25001 blok a)

Şekil 1-1-18 Ölçülen V-I eğrisi

(16)

1-16

B. Si Diyodun V-I Eğrisinin Çizilmesi (II) – Voltmetre-Ampermetre Yöntemi

2. Şekil 1-1-19’daki devre ve Şekil 1-1-20(a)’daki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Voltmetre ve ampermetreyi bağlayın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2 potansiyometresini devreye bağlayın.

3. KL-22001 Düzeneğindeki sabit 12VDC güç kaynağını, KL-25001 modülüne bağlayın.

4. 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 1-1-3’e kaydedin.

5. Şekil 1-1-19’daki devre ve Şekil 1-1-20(b)’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın(ters bağlantı), voltmetre ve ampermetreyi bağlayın.

6. VR2 (10K) potansiyometresini, diyodun uçları arasına 1V’luk aralıklarla, 1V ile 5V arasında VR gerilimleri uygulayacak şekilde ayarlayın. Her gerilim değerine karşılık gelen I_R akımını ölçün ve Tablo 1-1-4’e kaydedin.

7. Tablo 1-1-3 ve 1-1-4’teki değerleri kullanarak, V-I eğrisini Şekil 1-1-21’de çizin.

Şekil 1-1-19

(17)

1-17

(a) İleri öngerilimleme

(b) Ters öngerilimleme

Şekil 1-1-20 Bağlantı diyagramları (KL-25001 blok a)

V_F(V) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

I_F (µA)

Tablo 1-1-3

VR(V) 1 2 3 4 5

I_R (µA)

Tablo 1-1-4

(18)

1-18

C. Ge Diyodun V-I Eğrisinin Çizilmesi (I) – Voltmetre-Ampermetre Yöntemi

2. Şekil 1-1-22’deki devre ve Şekil 1-1-23(a)’daki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2 potansiyometresini devreye bağlayın. KL-22001 Düzeneğindeki sabit 12VDC güç kaynağını, KL-25001 modülüne bağlayın.

3. 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 I_F ileri yön akımını ölçün ve Tablo 1-1-5’e kaydedin.

4. Şekil 1-1-22’deki devre ve Şekil 1-1-23(b)’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın(ters bağlantı), voltmetre ve ampermetreyi bağlayın.

5. VR2(10K) potansiyometresini, diyodun uçları arasına 1V’luk aralıklarla, 1V ile 5V arasında V_R gerilimleri uygulayacak şekilde ayarlayın. Her gerilim değerine (kırılmanın olmadığı) karşılık gelen IR akımını ölçün ve Tablo 1-1-6’ya kaydedin.

6. Tablo 1-1-5 ve 1-1-6’daki değerleri kullanarak, V-I eğrisini Şekil 1-1-24’te çizin.

(19)

1-19

Şekil 1-1-22 IF ve IR’yi ölçme devresi

V_F(V) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

I_F (µA)

Tablo 1-1-5

(20)

1-20

V_R(V) 1 2 3 4 5

I_R (µA)

Tablo 1-1-6

D. Ge Diyodun V-I Eğrisinin Çizilmesi (II) - Osiloskop Yöntemi

2. Şekil 1-1-25’deki devre ve Şekil 1-1-26’daki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2 potansiyometresini devreye bağlayın.

3. KL-22001 Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN ucuna 1KHz, 20 V_pp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın.

Osiloskoptaki grafiği gözleyin ve Şekil 1-1-27’ye kaydedin.

(21)

1-21

6. VR2(10K)’yi ayarlayarak eğrideki değişimi gözleyin.

Şekil 1-1-25

(22)

1-22

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.

(23)

1-23

DENEY 1-2 Zener Diyot Karakteristikleri

DENEYİN AMACI

1. Zener diyodun karakteristiklerini anlamak.

2. Zener diyodun karakteristiklerini ölçmek.

GENEL BİLGİLER

Zener diyot, gerilim düzenleyici (reglatör) diyot olarak da adlandırılır. Zener diyodun devre sembolü Şekil 1-2-1’de ve karakteristik eğrisi Şekil 1-2-2’de gösterilmiştir.

(a) Görünüm (b) Sembol Şekil 1-2-1 Zener diyot

Şekil 1-2-2 Zener diyodun V-I karakteristik eğrisi

Yarıiletkene uygulanan ters öngerilim VZ değerine ulaştığında, akım oldukça hızlı bir şekilde artar (akımı sınırlamak için devreye direnç eklenmelidir), gerilim ise sabit kalır.

Bu karakteristiğe sahip diyot Zener diyot olarak adlandırılır ve gerilimin sabit kalmasını sağlayan regülatör devrelerinde yaygın olarak kullanılır. V_Z değeri, katkılama düzeyi değiştirilerek kontrol edilebilir. Katkılama düzeyi arttırılırsa, eklenen katkı maddesi artacak ve V_Z değeri azalacaktır. Regüle gerilimi 3V ile birkaç yüz volt arasında bulunan ve 200 mW ile 100W arasında güç değerlerine sahip olan zener diyotlar mevcuttur.

(24)

1-24

Şekil 1-2-2’den, zener diyodun ileri öngerilim bölgesindeki davranışının, normal diyot ile aynı olduğu görülmektedir. Bununla birlikte, ters öngerilim bölgesinde, ters öngerilim değeri, kırılma geriliminin aşağısında (VBR), zener gerilimine (VZ) ulaştığında, diyottan akan ters yöne akımı oldukça hızlı bir şekilde artar. Bu akım I_Z ile gösterilir.

I_Z, I_Zmin’den küçük olduğu zaman, karakteristik eğrinin eğimli kısmında çalışan diyot, gerilim regüle etmek için kullanılamaz. IZ, IZmax’tan daha büyük olursa diyot yanacağı için, zener diyoda seri olarak bir direnç bağlanmalı ve gerilim regülasyonunun gerçekleşmesi için IZ değerinin IZmin ve IZmax arasında olması sağlanmalıdır. Şekil 1-2- 3’te temel zener diyot devresi gösterilmiştir.

Şekil 1-2-3 Temel zener diyot devresi

Zener Diyodun Karaktersitik Parametreleri VZ : Zener gerilimi (regüle edilmiş gerilim) P_Zmax : Harcanan maksimum güç

IZmin : Regülatör özelliğinin çalıştığı minimum zener akımı

I_Zmax :Zenerin dayanabileceği maksimum akım Herhangi bir zener diyoda ait parametreleri, üretici kataloglarından edinilebilir. Eğer PZmax ve VZ biliniyorsa, bu durumda I_Zmax hesaplanabilir.

PZmax = VZ x IZmax

I_Zmax = P_Zmax/V_Z

KULLANILACAK ELEMANLAR

1. KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneği 2. KL-25001 Diyot, Kırpıcı ve Kenetleyici modülü

(25)

1-25

DENEYİN YAPILIŞI

A. Zener Diyodun V-I Eğrisinin Çizilmesi(I) -Voltmetre-Ampermetre Yöntemi

2. Şekil 1-2-4’teki devre ve Şekil 1-2-5(a)’daki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2 potansiyometresini devreye bağlayın. KL-22001 Düzeneğindeki sabit 12VDC güç kaynağını, KL-25001 modülüne bağlayın.

3. VR2(10K) potansiyometresini, diyodun uçları arasına 0.1V’luk aralıklarla, 0V ile 0.7V arasında gerilimler uygulayacak şekilde ayarlayın. Her gerilim değerine karşılık gelen IF ileri yön akımını ölçün ve Tablo 1-2-1’e kaydedin.

4. Şekil 1-2-4’teki devre ve Şekil 1-2-5(b)’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın(ters bağlantı), voltmetre ve ampermetreyi bağlayın.

5. VR2(10K) potansiyometresini, diyodun uçları arasına 1V’luk aralıklarla, 1V ile 4V arasında ters gerilimler uygulayacak şekilde ayarlayın. Her gerilim değerine karşılık gelen I_R akımını ölçün ve Tablo 1-2-2’ye kaydedin.

6. Tablo 1-2-1 ve 1-2-2’deki değerleri kullanarak, V-I eğrisini Şekil 1-2-6’da çizin.

Şekil 1-2-4

(26)

1-26

V_F(V) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

I_F (µA)

Tablo 1-2-1

VR(V) 1 2 3 4 5

I_R (µA)

Tablo 1-2-2

(27)

1-27

B. Zener Diyodun V-I Eğrisinin Çizilmesi (II) - Osiloskop Yöntemi

2. Şekil 1-2-7’deki devre ve Şekil 1-2-8’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR2 potansiyometresini devreye bağlayın.

3. KL-22001 Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, IN ucuna 1KHz, 20 V_pp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın.

Osiloskoptaki grafiği gözleyin ve Şekil 1-2-9’a kaydedin.

6. VR2(10K)’yi ayarlayın ve eğrideki değişimi gözleyin.

(28)

1-28

Şekil 1-2-7 Zener diyot için ölçüm devresi

(29)

1-29

SONUÇLAR

Zener diyodun ileri öngerilim karakteristiği normal diyotlara benzerken, ters öngerilim karakteristiği, Zener diyot Zener bölgesinde çalışacağı için, farklıdır. Deney sonuçlarından görüldüğü gibi, Zener diyoda uygulanan ters gerilim Zener değerini (regüle gerilimi) aşarsa, Zener diyodun uçları arasındaki gerilim sabit kalır. Uygulanan ters gerilim arttıkça IZ akımı da artar, ancak eğer IZ>IZmax olursa zener diyot zarar görür.

(30)

1-36

DENEY 1-4 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 1-4-1’de gösterilmiştir.

Şekil 1-4-1 Fotodiyodun öngerilimlenmesi ve sembolleri

Fotodiyodun ters öngerilim durumundaki akımı, şekil 1-4-2’de gösterildiği gibi, ışık şiddetiyle doğru orantılıdır.

Şekil 1-4-2 Fotodiyodun karakteristik eğrileri

(31)

1-37

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. KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneği 2. KL-25001 Diyot, kırpıcı ve kenetleyici modülü

DENEYİN YAPILIŞI

1. KL-25001 modülünü, KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve e bloğunun konumunu belirleyin.

2. Şekil 1-4-3(a)’daki devre ve Şekil 1-4-3(b)’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL-22001 Düzeneğindeki sabit 12VDC güç kaynağını, KL-25001 modülüne bağlayın.

3. 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.

4. Ölçülen I_R değerlerini ve

D

R R

I V

+

= Ω 470

12 denklemini kullanarak, R_D direnç

değerini hesaplayın.

Fotodiyot

Parlak ışık I_R=___________ , R_D=___________

Düşük ışık IR=___________ , RD=___________

5. Şekil 1-4-4(a)’daki devre ve Şekil 1-4-4(b)’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın.

(32)

1-38

6. 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 I_E=___________

Düşük ışık IE=___________

(a) Devre (b) Bağlantı diyagramı (KL-25001 blok e)

Şekil 1-4-3 Fotodiyot ölçümleri için devreler

(a) Devre (b) Bağlantı diyagramı (KL-25001 blok e)

Şekil 1-4-4 Fototransistör ölçümleri için devreler

(33)

1-39

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. Bu olgu 1-5 deneyinden öğrenilebilir. 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.

(34)

2-1

Bölüm 2 Doğrultucular ve Filtreler

DENEY 2-1 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 2-1-1’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.

Şekil 2-1-1 Dc güç kaynağının blok diyagramı

Kondansatör Filtresiz Yarım-Dalga Doğrultucu

Yarım-dalga doğrultucu Şekil 2-1-2(a)’da gösterilmiştir. Şekil 2-1-2(b)’de gösterilen Vi

giriş geriliminin pozitif alternansında diyot iletimde olur ve Şekil 2-1-2(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre VO=Vi olur.

Gerilim

Dönüştürme Doğrultma Filtereleme Gerilim Regülasyonu

V_AC V_DC

(35)

2-2

Negatif alternans süresince diyot kesimdedir ve bu durumda eşdeğer devre Şekil 2-1- 2(d)’de gösterildiği gibidir. Şekil 2-1-2(b)’de gösterildiği gibi, V_O 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 2-1-2 Kondansatör filtresiz yarım-dalga doğrultucu

Kondansatör Filtreli Yarım-Dalga Doğrultucu

Kondansatör filtresiz yarım dalga doğrultucunun çıkış dalga şekli Şekil 2-1-2(b)’de gösterilmişti. Kondansatör filtreli yarım-dalga doğrultucu devresi, şarj ve deşarj durumları için, sırasıyla Şekil 2-1-3(a) ve (b)’de gösterilmiştir.

R_L=1KΩ ve R_L=∞ durumları için çıkış dalga şekilleri, sırasıyla Şekil 2-1-3(c) ve (d)’de gösterilmiştir. Daha büyük RL değeri, deşarj süresinin artmasına ve böylece çıkış geriliminin daha pürüzsüz olmasına neden olur.

(36)

2-3

Şekil 2-1-3 Kondansatör filtreli yarım-dalga doğrultucu

KULLANILACAK ELEMANLAR

1. KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneği 2. KL-25002 Doğrultucu, Türev & İntegral Modülü 3. Osiloskop

4. Multimetre

DENEYİN YAPILIŞI

A. Kondansatör Filtresiz Yarım-Dalga Doğrultucu

1. KL-25002 modülünü, KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve c bloğunun konumunu belirleyin.

2. Şekil 2-1-4’teki devre ve Şekil 2-1-5’teki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın.

(c) RL=1KΩ iken çıkış

dalga şekli (d) RL= ∞ iken çıkış dalga şekli

(37)

2-4

3. KL-22001 Düzeneğindeki AC güç kaynağından, Vac giriş uçları TP1 ve TP2 arasına 9VAC gerilim uygulayın.

4. Multimetreyi kullanarak, V_ac giriş gerilimini (AC konumda) ve V_dc çıkış gerilimini (DC konumda) ölçün ve Tablo 2-1-1’e kaydedin.

5. Osiloskobu kullanarak, Vac giriş gerilimini ve OUT (TP3) ucundan, Vdc çıkış gerilimi (DC bağlantı konumu) ile V_r dalgacık gerilimini (AC bağlantı konumu) ölçün ve Tablo 2-1-1’e kaydedin.

Şekil 2-1-4 Kondansatör filtresiz yarım-dalga doğrultucu

Şekil 2-1-5 Bağlantı diyagramı (KL-25002 blok c)

B. Kondansatör Filtreli Yarım-Dalga Doğrultucu

1. Şekil 2-1-6’daki devre ve Şekil 2-1-7’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR4 potansiyometresini devreye bağlayın.

(38)

2-5

2. KL-22001 Düzeneğindeki AC güç kaynağından, Vac giriş uçları TP1 ve TP2 arasına 9VAC gerilim uygulayın. VR4(1MΩ)’ü maksimuma ayarlayın.

3. Multimetreyi kullanarak, V_ac giriş gerilimini (AC konumda) ve V_dc çıkış gerilimini (DC konumda) ölçün ve Tablo 2-1-1’e kaydedin.

4. Osiloskobu kullanarak, Vac giriş gerilimini ve OUT (TP3) terminalinden, Vdc çıkış gerilimi (DC bağlantı konumu) ile V_r dalgacık gerilimini (AC bağlantı konumu) ölçün ve Tablo 2-1-1’e kaydedin.

5. VR4(1MΩ)’ü minimuma ayarlayın ve 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın.

6. Şekil 2-1-6’daki devre ve Şekil 2-1-8’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 2-1-6 Kondansatör filtreli yarım-dalga doğrultucu

(39)

2-6

(40)

2-7 V_rms / V_pp

Multimetre Osiloskop Test

noktası IN OUT IN OUT

Devre Vac Vdc Vac Vdc Vr

C yok

C6 : 220µF VR4 : MAX C6 : 220µF VR4 : MIN

Yarım-Dalga Doğrultucu

C5 : 10µF R : 1K

Tablo 2-1-1

SONUÇLAR

Yarım-dalga doğrultucu devresinde, filtre kondansatörü ve yük direncinin değeri arttıkça çıkış gerilim artmakta dalgacık gerilimi ise azalmaktadır.

(41)

2-8

DENEY 2-2 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 2-2-1(a)’da gösterilmiştir. Bu devrede merkez- bağlantılı bir transformatör kullanılmalıdır (V_ac1=V_ac2).

Şekil 2-2-1 Kondansatör filtresiz tam-dalga doğrultucu devresi

(42)

2-9

Pozitif alternans süresince, Vac1 giriş gerilimi Şekil 2-2-1(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 2-2-1(c)’de ve VO gerilimi Şekil 2-2-1(d)’de gösterilmiştir.

Negatif alternans süresince, V_ac2 giriş gerilimi Şekil 2-2-1(e)’de gösterilmiştir. V_ac1’in üst ucu negatif, alt ucu pozitif olduğu için D2 diyodu iletimde, D1 diyodu ise kesimde olur. Şekil 2-2-1(f)’de gösterilen eşdeğer devrede, R_L üzerinden akan akımın yönü pozitif alternanstaki ile aynıdır. VO gerilimi de Şekil 2-2-1(g)’de gösterilmiştir.

Kondansatör Filtreli Tam-Dalga Doğrultucu

Kondansatör filtreli, merkez bağlantılı tam-dalga doğrultucu Şekil 2-2-2’de gösterilmiştir. Çıkış ve dalgacık gerilimi dalga şekilleri, Deney 2-1’de ele alınan kondansatör filtreli yarım-dalga doğrultucununkilere 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 2-2-2 Kondansatör filtreli tam-dalga doğrultucu devresi

KULLANILACAK ELEMANLAR

1. KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneği 2. KL-25002 Doğrultucu, Türev & İntegral Modülü 3. Osiloskop

4. Multimetre

(43)

2-10

DENEYİN YAPILIŞI

A. Kondansatör Filtresiz Tam-Dalga Doğrultucu

2. Şekil 2-2-3’teki devre ve Şekil 2-2-4’teki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın.

3. KL-22001 Düzeneğindeki AC güç kaynağından, devredeki Vac1 ve Vac2 giriş uçlarına (TP1, GND ve TP2), sırasıyla AC 9V-0V ve 0V-9V uygulayın.

4. V_ac1 ve V_ac2 gerilimlerini sırasıyla multimetre (AC konumda) ve osiloskop kullanarak (AC bağlantı konumunda) ölçün ve Tablo 2-2-1’e kaydedin.

5. 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 2-2-1’e kaydedin.

Şekil 2-2-3

(44)

2-11

B. Kondansatör Filtreli Tam-Dalga Doğrultucu

1. Şekil 2-2-5’teki devre ve Şekil 2-2-6’daki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Bağlantı kablolarını kullanarak VR4 potansiyometresini devreye bağlayın.

2. KL-22001 Düzeneğindeki AC güç kaynağından, devredeki V_ac1 ve V_ac2 giriş terminallerine (TP1, GND ve TP2), sırasıyla AC 9V-0V ve 0V-9V uygulayın.

VR4(1MΩ)’ü maksimuma ayarlayın.

3. Multimetreyi kullanarak, V_ac1 ve V_ac2 giriş gerilimlerini (AC konumda) ve OUT ucundan Vdc çıkış gerilimini (DC konumda) ölçün ve Tablo 2-2-1’e kaydedin.

4. Osiloskobu kullanarak, Vac1 ve Vac2 giriş gerilimlerini ve OUT (TP3) ucundan, V_dc çıkış gerilimi (DC bağlantı konumu) ile V_r dalgacık gerilimini (AC bağlantı konumu) ölçün ve Tablo 2-2-1’e kaydedin.

5. VR4(1MΩ)’ü minimuma ayarlayın ve 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın.

6. Şekil 2-2-5’teki devre ve Şekil 2-2-7’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. Böylece C6 (220µF) filtre kondansatörü C5 (10µF) ile, R yük direnci R7 (1KΩ) ile değiştirilmiş olur.

(45)

2-12 7. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın.

Şekil 2-2-5 Merkez-bağlantılı tam-dalga doğrultucu devresi

(46)

2-13 V_rms / V_pp

Multimetre Osiloskop Test

noktası IN OUT IN OUT

Devre Vac Vdc Vac Vdc Vr

C yok

C6 : 220µF VR4 : MAX C6 : 220µF VR4 : MIN

Tam-Dalga Doğrultucu

C5 : 10µF R : 1K

Tablo 2-2-1

SONUÇLAR

Tam-dalga doğrultucu devresinde, filtre kondansatörü ve yük direncinin değeri arttıkça çıkış gerilim artmakta dalgacık gerilimi ise azalmaktadır.

(47)

3-1

Bölüm 3 Diyot Kırpma ve Kenetleme Devreleri

DENEY 3-1 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 3-1-1’de gösterildiği gibi, diyodun iletim yönünde kutuplanması bir anahtarın kapalı durumuna, kesim yönünde kutuplanamsı ise anahtarın açık durumuna karşılık gelmektedir.

Şekil 3-1-1 İletim yada kesim durumunda diyot

Seri Diyot Kırpma Devresi

Şekil 3-1-2(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 3-1-2(b)’de gösterilmiştir.

Pozitif alternans süresince (E_i>0), diyot kısa-devre durumundadır ve Şekil 3-1-2(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei’dir. Negatif alternans süresince (Ei<0), diyot açık-devre durumundadır ve Şekil 3-1-2(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=0’dır. EO’ın dalga şekli Şekil 3-1-2(b)’de gösterilmiştir.

(48)

3-2

Şekil 3-1-2 Seri diyot kırpma devresi

Pozitif alternans süresince (E_i>0), ters kutuplanmış diyot açık-devre durumundadır ve Şekil 3-1-3(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=0’dır. Negatif alternans süresince (E_i<0), iletim yönünde kutuplanmış diyot kısa-devre durumundadır ve Şekil 3-1-3(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO= Ei’dir. EO’ın dalga şekli Şekil 3-1- 3(b)’de gösterilmiştir.

Şekil 3-1-3 Seri diyot kırpma devresi

(49)

3-3 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 3-1-4 Ters öngerilim eklenmiş seri diyot kırpma devresi

Şekil 3-1-4(a)’da gösterilen devre için, E_i giriş gerilimi Şekil 3-1-4(b)’de gösterilmiştir.

Ei>E iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1-4(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre E_O=E_i’dir. E_i<E iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1-4(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=E’dir. EO’ın dalga şekli Şekil 3- 1-4(b)’de gösterilmiştir.

Şekil 3-1-5 Ters öngerilim eklenmiş seri diyot kırpma devresi

(50)

3-4

E_i>E iken (E negatif gerilim), diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1- 5(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei-E’dir. Ei<E iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1-5(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre E_O=0’dır. E_O’ın dalga şekli Şekil 3-1-5(b)’de gösterilmiştir.

Şekil 3-1-6 İleri öngerilim eklenmiş seri diyot kırpma devresi

(E_i+E)>0 iken (E negatif gerilim), diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1- 6(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei’dir. (Ei+E)<0 iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1-6(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=0’dır. EO’ın dalga şekli Şekil 3-1-6(b)’de gösterilmiştir.

(E_i+E)>0 iken (E pozitif gerilim), diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1- 7(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei+E’dir. (Ei+E)<0 iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1-7(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=0’dır. EO’ın dalga şekli Şekil 3-1-7(b)’de gösterilmiştir.

(51)

3-5

Şekil 3-1-7 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 3-1-8 Paralel diyot kırpma devresinin çalışması

(52)

3-6

E_i>0 iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1-8(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=0’dır. Ei<0 iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1-8(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre E_O=E_i’dir (R_L>>R_S). E_O’ın dalga şekli Şekil 3-1-8(b)’de gösterilmiştir.

Şekil 3-1-9 Paralel diyot kırpma devresinin çalışması

Şekil 3-1-9(a)’da gösterilen devre için, E_i giriş gerilimi Şekil 3-1-9(b)’de gösterilmiştir.

Ei>0 iken, diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1-9(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre E_O=E_i’dir (R_L>>R_S). E_i<0 iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1-9(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=0’dır. EO’ın dalga şekli Şekil 3-1-9(b)’de gösterilmiştir.

Şekil 3-1-10(a)’da gösterilen devre için, E_i giriş gerilimi Şekil 3-1-10(b)’de gösterilmiştir. Ei>(Vz+0.6V) iken, Şekil 3-1-10(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre E_O= V_z+0.6V olur.

-(V_z+0.6V)<E_i<(V_z+0.6V) iken, Şekil 3-1-10(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei olur. Ei<(Vz+0.6V) iken, Şekil 3-1-10(e)’de gösterilen eşdeğer devreye göre E_O=-(V_z+0.6V) olur. E_O’ın dalga şekli Şekil 3-1-10(b)’de gösterilmiştir.

(53)

3-7

Şekil 3-1-10 Zener diyot kırpma devresi

Öngerilimli Paralel Diyot Kırpma Devresi

Şekil 3-1-11(a)’da gösterilen devre için, Ei giriş gerilimi Şekil 3-1-11(b)’de gösterilmiştir. E_i>E iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1-11(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre EO=Ei’dir. Ei<E iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1-11(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre E_O=E_i’dir (RL>>RS). EO’ın dalga şekli Şekil 3-1-11(b)’de gösterilmiştir.

(a) (b)

(54)

3-8

(c) (d)

Şekil 3-1-11 Ters öngerilim eklenmiş paralel diyot kırpma devresi

Şekil 3-1-12(a)’da gösterilen devre için, E_i giriş gerilimi Şekil 3-1-12(b)’de gösterilmiştir. Ei>E iken (E negatif gerilim), diyot kesim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1-12(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre E_O=E_i’dir (R_L>>R_S). E_i<E iken, diyot iletim yönünde kutuplanmış olur ve Şekil 3-1-12(d)’de gösterilen eşdeğer devreye göre E_O=E’dir. E_O dalga şekli Şekil 3-1-12(b)’de gösterilmiştir.

Şekil 3-1-12 Ters öngerilim eklenmiş paralel diyot kırpma devresi

(55)

3-9

KULLANILACAK ELEMANLAR

1. KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneği 2. KL-25001 Diyot, Kırpıcı ve Kenetleyici modülü 3. Osiloskop

DENEYİN YAPILIŞI

A. Seri Diyot Kırpma Devresi

1. KL-25001 modülünü, KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve b bloğunun konumunu belirleyin.

2. Tablo 3-1-1(a)’daki devre ve Şekil 3-1-13(a)’daki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın.

3. KL-22001 Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, TP2 giriş ucuna 1KHz, 10 Vpp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın.

4. Osiloskop kullanarak, TP2’den giriş gerilimini ve OUT’dan çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 3-1-1(a)’ya kaydedin.

5. Tablo 3-1-1(b)’deki devre ve Şekil 3-1-13(b)’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın.

6. KL-22001 Düzeneğinin üzerindeki Fonksiyon Üretecini kullanarak, TP1 giriş ucuna 1KHz, 10 V_pp’lik bir sinüzoidal işaret uygulayın.

7. Osiloskop kullanarak, TP1’den giriş gerilimini ve OUT’dan çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 3-1-1(b)’ye kaydedin.

(56)

3-10

(a) (b) Şekil 3-1-13 Bağlantı diyagramı (KL-25001 blok b)

Tablo 3-1-1

(57)

3-11 B. Öngerilimli Seri Diyot Kırpma Devresi

1. KL-25001 modülünü, KL-22001 Temel Elektrik Devreleri Deney Düzeneğinin üzerine koyun ve b bloğunun konumunu belirleyin.

2. Tablo 3-1-2(a)’daki devre ve Şekil 3-1-14(a)’daki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL-22001 Düzeneğindeki sabit güç kaynağından devreye -5VDC gerilim bağlayın.

4. Osiloskop kullanarak, TP2’den Vi giriş gerilimini ve OUT’dan VO çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 3-1-2’ye kaydedin.

5. Tablo 3-1-2(b)’deki devre ve Şekil 3-1-14(b)’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL-22001 Düzeneğindeki sabit güç kaynağından devreye +5VDC gerilim bağlayın. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın.

6. Tablo 3-1-2(c)’deki devre ve Şekil 3-1-14(c)’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL-22001 Düzeneğindeki sabit güç kaynağından devreye -5VDC gerilim bağlayın.

8. Osiloskop kullanarak, TP2’den Vi giriş gerilimini ve OUT’dan VO çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 3-1-2’ye kaydedin.

9. Tablo 3-1-2(d)’deki devre ve Şekil 3-1-14(d)’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL-22001 Düzeneğindeki sabit güç kaynağından devreye +5VDC gerilim bağlayın. 7. ve 8. adımdaki işlemleri tekrarlayın.

(58)

3-12

(a) (b)

(c) (d)

Şekil 3-1-14 Bağlantı diyagramları (KL-25001 blok b)

Tablo 3-1-2

(59)

3-13 C. Paralel Diyot Kırpma Devresi

2. Tablo 3-1-3(a)’daki devre ve Şekil 3-1-15(a)’daki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın.

4. Osiloskop kullanarak, TP1’den V_i giriş gerilimini ve OUT’dan V_O çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 3-1-3’e kaydedin.

5. Tablo 3-1-3(b)’deki devre ve Şekil 3-1-15(b)’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın.

6. Tablo 3-1-3(c)’deki devre ve Şekil 3-1-15(c)’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 3. ve 4. adımdaki işlemleri tekrarlayın.

(a) (b)

(60)

3-14 (c)

Şekil 3-1-15 Bağlantı diyagramları (KL-25001 blok c)

Tablo 3-1-3

D. Öngerilimli Paralel Diyot Kırpma Devresi

2. Tablo 3-1-4(a)’daki devre ve Şekil 3-1-16(a)’daki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL-22001 Düzeneğindeki sabit güç kaynağından devreye +5VDC gerilim bağlayın.

(61)

3-15

4. Osiloskop kullanarak, TP1’den V_i giriş gerilimini ve OUT’dan V_O çıkış gerilimini ölçün ve Tablo 3-1-4’e kaydedin.

5. Tablo 3-1-4(b)’deki devre ve Şekil 3-1-16(b)’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL-22001 Düzeneğindeki sabit güç kaynağından devreye -5VDC gerilim bağlayın.

7. Tablo 3-1-4(c)’deki devre ve Şekil 3-1-16(c)’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL-22001 Düzeneğindeki sabit güç kaynağından devreye -5VDC gerilim bağlayın.

9. Tablo 3-1-4(d)’deki devre ve Şekil 3-1-16(d)’deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. KL-22001 Düzeneğindeki sabit güç kaynağından devreye +5VDC gerilim bağlayın.

(a) (b)

(62)

3-16

(c) (d)

Şekil 3-1-16 Bağlantı diyagramları (KL-25001 blok c)

Tablo 3-1-4

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.

(63)

3-17 2. Paralel kırpma (öngerilim yok)

Eğer 1) diyot iletimdeyse, V_O=0.

2) diyot kesimdeyse, VO=Vi (RL>>RS).

3. Seri kırpma (öngerilimli)

Eğer 1) diyot iletimdeyse, VO=Vi. 2) diyot kesimdeyse, V_O=E.

4. Paralel kırpma (öngerilimli) Eğer 1) diyot iletimdeyse, V_O=E.

2) diyot kesimdeyse, VO=Vi (RL>>RS)

(64)

4-1

Bölüm 4 Türev ve İntegral Alıcı Devreler

DENEY 4-1 RC Devresi

DENEYİN AMACI

1. RC devresinin yapısını ve çalışma prensibini anlamak.

2. RC devresinin, dolma ve boşalma durumunda, dalga şekillerini ölçmek.

GENEL BİLGİLER

RC Zaman Sabiti

Şekil 4-1-1’de gösterildiği gibi, anahtar b konumunda iken C kondansatörü dolarken, anahtar a konumuna alındığında C kondansatörü boşalmaktadır. Dolma gerilimi ve akımının zamana göre değişimi Şekil 4-1-1(b)’de ve boşalma gerilimi ve akımının zamana göre değişimi ise Şekil 4-1-2(b)’de gösterilmiştir. T(S) = R(Ω) x C(F) zaman sabiti olarak adlandırılır.

Şekil 4-1-1 RC dolma devresi

(65)

4-2

RC t d R

RC t R

RC t c

R e E R I V

Ee V

−

= −

=

−

=

(a) (b) Şekil 4-1-2 RC boşalma devresi

RC türev ve integral devrelerinin çalışması, iki farklı açıdan değerlendirilebilir:

1. Şekil 4-1-1(a)’da gösterildiği gibi, anahtar b konumuna getirildiğinde, C kondansatörü dolmaya başlar ve V_C artar. E=V_R+V_C olduğu için, V_R azalır ve bundan dolayı IC=IR akımı da azalmış olur. VC, VR ve IC, Şekil 4-1-1(b)’de gösterilen değişim eğrileriyle ifade edilebildiği gibi, aşağıdaki denklemler ile de ifade edilebilir:

) e 1 ( E

Vc ^RC

− t

−

= , e = 2.718 (4-1-1)

RC t

R Ee

V = ⁻ , t=dolma süresi (sn) (4-1-2)

RC R t

Re E R

Ic=V = ⁻ (4-1-3)

Şekil 4-1-1(b)’den görülebileceği gibi; bir zaman sabiti süre sonunda (1T), V_C, E’nin

%63.2’sine ulaşırken, VR, E’nin %36.8’ine düşmektedir. IC akımı da E/R’nin %36.8’ine düşmektedir. Beş zaman sabiti süre sonunda (5T), Vc = E x %99.3 ≒ E (genellikle, kondansatörün tam olarak dolması için gerekli sürenin 5RC olduğu kabul edilir) ve VR

= E - Vc = E x %0.7≒0 olur.

VR & Id boşalma