DENEY 2: KIRPICI DİYOT DEVRELERİ
I. Önbilgi
a) Yarıiletken diyotun genel akım gerilim karakteristiğini (ileri ve ters polarma için) çiziniz.
b) Diyotun genel karakteristiği nedir? (İleri polarma da ne kadar akım geçirir? Ters polarma da akım geçirir mi?)
c) Birinci ve ikinci soru cevaplarını temel alırsanız, diyota doğrusal olmayan bir gerilim uygulandığında (örneğin sinüzoidal dalga diyota artı ve eksi yönde giriş gerilimi uygular) çıkış geriliminin nasıl olmasını beklersiniz?
Kırpıcı Diyot devreleri
Kırpıcı diyot devrelerinde girişe uygulanan sinyalin çıkışta kısmi olarak doğrultulması amaçlanmaktadır. Bu sebeple bu devreler kırpıcı devreler denmektedir (sinyalin bir kısmını kırpar!). Sinüzoidal bir dalga bir periyot boyunca hem pozitif hem de negatif yönde gerilim içerir.
Diyodun temel çalışma prensibi tek yönde akımı geçirmek ve diğer yönde akım geçirmemek (sızıntı akımı çok küçük bir değer olduğu için yok sayılır) olduğu için, sinüs bir dalganın da pozitif gerilimin geçişine izin verecek fakat negatif gerilim değerlerini geçirmeyecektir.
Kırpıcı diyot devreleri şöyle gruplanabilir:
1. Seri Kırpıcı devreler
1.1. Seri Negatif Kırpıcı devre
1.1.1. Seri Negatif Ön Gerilimsiz Kırpıcı devre 1.1.2. Seri Negatif Ön Gerilimli Kırpıcı devre 1.2. Seri Pozitif Kırpıcı devre
1.2.1. Seri Pozitif Ön Gerilimsiz Kırpıcı devre 1.2.2. Seri Pozitif Ön Gerilimli Kırpıcı devre 2. Paralel Kırpıcı devreler
2.1. Paralel Negatif Kırpıcı devre
2.1.1. Paralel Negatif Ön Gerilimsiz Kırpıcı devre 2.1.2. Paralel Negatif Ön Gerilimli Kırpıcı devre 2.2. Paralel Pozitif kırpıcı devre
2.2.1. Paralel Pozitif Ön Gerilimsiz Kırpıcı devre 2.2.2. Paralel Pozitif Ön Gerilimli Kırpıcı devre
Seri Kırpıcı devreler: Seri kırpıcı devrelerde diyotla direnç birbirlerine seri bağlanır. Girişteki doğrusal olmayan sinyal çıkışta kısmi kırpılmış olur.
1.1.1. Seri Negatif Ön Gerilimsiz Kırpıcı devre
Devre ismi bu devrenin kısa bir tanımını yapar. Seri kırpıcı devre olması diyotla yükün birbirine seri bağlandığını, negatif olması giriş sinyalinin negatif kısmının kırpılacağını ve ön gerilimsiz olması da devrede giriş sinyalinden başka bir güç kaynağı olmayacağını gösterir.
Şekildeki devrede diyot sinyalin pozitif kısımlarının yük üzerinde görünmesine izin vermiş fakat negatif kısımları geçirmeyerek bu sinyalleri kırpmıştır.
1.1.2. Seri Negatif Ön Gerilimli Kırpıcı devre
Ön gerilimli devrelerde devrede diyoda seri bir DC gerilim kaynağı kullanılır. Bu kaynak yük çıkışındaki gerilim seviyelerini değiştirir. Devre negatif kırpıcı olduğu için sinyalin -V kısımları kırpılır. Devredeki V güç kaynağı çıkış gerilimine Vmax +V olarak yansır.
Şekil 1: SERİ NEGATİF ÖN GERİLİMSİZ KIRPICI DEVRE
Şekil 2: SERİ NEGATİF ÖN GERİLİMLİ KIRPICI DEVRE
II. Gerekli Malzemeler
• 1 adet 1N4001/1N4007 diyod
• 1 adet 1 kΩ direnç
• 5V 50 Hz sin. Sinyal jeneratörü
• 2V DC güç kaynağı
• Osiloskop
III. Deneyin Yapılışı
1.2.1. Seri Pozitif Ön Gerilimsiz Kırpıcı devre
1.2.1’deki devrenin çıkış gerilimini yandaki boşluğa çiziniz (genliği vmax alınız). NOT: devre adından anlaşılabilir şekilde bu devreden çıkış ön gerilimsiz olmalı ve sinyalin pozitif kısımları kırpılmalı. 1.2.1’deki devreyi benzetim programına kurunuz. Diyot olarak 1N4001, yük olarak da 1kΩ direnç seçiniz. Giriş sinyaline Vsin kaynağı bağlayınız genliği (Amplitude) 10V, frekansı 50 Hz ayarlayınız. Çıkış sinyalini yandaki alana çiziniz.
1.2.2. Seri Pozitif Ön Gerilimli Kırpıcı devre
1.2.2’deki devreyi benzetim programına kurunuz. Diyot olarak 1N4001, yük olarak da 1kΩ direnç seçiniz. Giriş sinyaline Vsin kaynağı bağlayınız genliği (Amplitude) 10V, frekansı 50 Hz ayarlayınız. DC güç kaynağını 5Va bağlayınız.
Çıkış sinyalini yandaki alana çiziniz.
V
t V
t
Şekil 3: SERİ POZİTİF ÖN GERİLİMSİZ KIRPICI DEVRE
Paralel Kırpıcı devreler: seri kırpıcı devrelerle aynı işi yaparlar. Bu devrelerde diyot yüke paralel bağlanmıştır.
2.1.1. Paralel Negatif Ön Gerilimsiz Kırpıcı devre
2.1.1’deki devreyi benzetim programına kurunuz. Diyot olarak 1N4001, yük direnci 1kΩ ve direnci 1kΩ olarak seçiniz. Giriş sinyaline Vsin kaynağı bağlayınız genliği 10V, frekansı 50 Hz ayarlayınız. Çıkış sinyalini yandaki alana çiziniz.
NOT: buradaki iki direncin (R1 ve R2) gerilim bölücü dirençler olarak çalıştığını unutmayınız.
Bu durumda çıkış geriliminin genliği 𝑉𝑜𝑢𝑡= 𝑅2
𝑅+𝑅2. 𝑉𝑚𝑎𝑥 olacaktır. Çıkış sinyalinde bunun olduğunu ispatlayınız.
V
t
Şekil 4: SERİ POZİTİF ÖN GERİLİMLİ KIRPICI DEVRE
Şekil 5: PARALEL NEGATİF ÖN GERİLİMSİZ KIRPICI DEVRE
2.1.2. Paralel Negatif Ön Gerilimli Kırpıcı devre
2.1.2’deki devreyi benzetim programına kurunuz.
Diyot olarak 1N4001, yük olarak da 1kΩ direnç seçiniz. Giriş sinyaline Vsin kaynağı bağlayınız genliği (Amplitude) 10V, frekansı 50 Hz ayarlayınız. DC güç kaynağını 5Va bağlayınız. Çıkış sinyalini yandaki alana çiziniz.
2.2.1. Paralel Pozitif Ön Gerilimsiz Kırpıcı devre
Paralel pozitif ön gerilimsiz devreyi breadboard üzerine kurunuz. Girişi sinyal üretecinden veriniz ve çıkışı osiloskoptan okuyunuz. Osiloskop ekranında gördüğünüz dalgayı ölçekli olarak çiziniz.
V
t
V
t
Şekil 6: PARALEL NEGATİF ÖN GERİLİMLİ KIRPICI DEVRE
Şekil 7: PARALEL POZİTİF ÖN GERİLİMSİZ KIRPICI DEVRE
2.2.2. Paralel Pozitif Ön Gerilimli Kırpıcı devre
Paralel pozitif ön gerilimli devreyi breadboard üzerine kurunuz. Girişi sinyal üretecinden ve DC güç kaynağından veriniz ve çıkışı osiloskoptan okuyunuz. Osiloskop ekranında gördüğünüz dalgayı ölçekli olarak çiziniz.
V
t
Şekil 8: PARALEL POZİTİF ÖN GERİLİMLİ KIRPICI DEVRE
IV. Çalışma Soruları
Soru 1.
Yan şemada gördüğünüz devreyi benzetim programında gerçekleştiriniz. (5 puan)
• Aşağıdaki alana giriş sinyallerini ve çıkış sinyalini çiziniz.
(5 puan)
• Çizimlerden yararlanarak devrenin çalışmasını anlatınız. (10 puan)
NOT: V1= 10 sin (100πt) V2= -5 sin (100πt) R1=R2=R=1kΩ D=1N4001
V
t
t
t
1
2𝜋 𝜋 3
2𝜋 2𝜋 5
2𝜋 3𝜋 7 2𝜋 4𝜋
V1
V2
Vout
Şekil 9: DENEY 2 SORU 1
Soru 2.
Aşağıdaki sinüzoidal formdaki giriş dalgasını, çizgili noktalardan kesilmiş şekilde olduğu gibi, hem pozitif hem negatif sinyallerden kısmi olarak kırpan ve çıkışına aktaran devreyi tasarlayınız.
Devre şemasını çiziniz (10 puan). Giriş ve çıkış sinyallerini gösteren ve tepe değerlerini belirten osiloskop görüntüsünü ekleyiniz (10 puan).
NOT: Vsin 10V genlikte (Vp-p=20V) olacaktır. Frekansı 100 Hz.
Çıkış sinyalinin genliği 4V (Vout p-p= 8V) olacaktır (tam ve kesin olarak 4V olacaktır. 3,90 ya da 4,20 bile kabul edilemez).
Devrede istediğiniz kadar direnç, diyot ve güç kaynağı kullanabilirsiniz.
Şekil 10:DENEY2SORU2
