Şekil 1.1 Yarıiletken diyotun açık şeması, sembolü ve fiziksel görünümü

(1)

Hazırlayan: Öğr. Grv. Necati ÖZBEY Sayfa 1

DERSİN ADI : ELEKTRONİK I DENEY NO : 1

DENEYİN ADI: YARI İLETKEN DİYOT TEMEL KAVRAMLAR

1. Yarı iletken diyot tek yönlü akım geçirir.

2. P-N eklemli diyotta P-tipi kristale bağlanan uca Anot ucu, N-tipi kristale bağlanan uca da Katot ucu denir.

3. Diyotun ileri yönde akım geçirebilmesi için Anot ucuna pozitif, katot ucuna negatif potansiyel uygulanmalı

4. Yarı iletken diyotların ileri yöndeki direnci düşük, ters yöndeki direnci ise yüksektir.

TEMEL BİLGİLER

Diyotlar elektrik akımını tek yönde ileten elektronik devre elemanlarıdır. Akım geçirme yönünde (ileri yöndeki kutuplanmada) direnci çok küçük, diğer yöndeki (ters yöndeki kutuplanmada) direnci ise çok büyüktür. Şekil 1’de diyotun açık yapısı ve sembolü görülmektedir. Diyotun çizgi ile işaretlenmiş ucu (K) katot diğer ucu ise (A) anottur.

Şekil 1.1 Yarıiletken diyotun açık şeması, sembolü ve fiziksel görünümü

Diyotlar alternatif akımı (AC) doğru akıma (DC) çevirmekte, dedektör, lojik anahtar, kenetleyiciler, kırpıcılar, işaret devreleri vs. gibi yerlerde kullanılır. Yüksek akımlı devrelerde metal, düşük akımlı devrelerde ise plastik kılıflı diyot tipleri kullanılır.

DC kaynağın pozitif (+) ucu diyotun anot ucuna, DC kaynağın negatif (–) ucu diyotun katot ucuna bağlanırsa, diyotun içinden akım geçer. Böylece diyot ileri yönde kutuplanmış olur ve diyot İLETİMDE denir. İleri yönde kutuplanmada akımın iletilmeğe başlandığı gerilim silisyum diyotlarda 0,4-0,7 Volt, germanyum diyotlarda ise 0,1-0,3 Volt civarındadır. Bu gerilimlere engel

VD

A K

Eklem

yeri

A K

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

P-Tip Kristal

N-Tipi Kristal Geçiş

Bölgesi

(2)

potansiyeli (eşik gerilimi, açma gerilimi) denir. İleri yönde kutuplanmada en önemli husus diyot içinden, diyotun geçirebileceği maksimum akımdan fazla akımın geçmemesidir.

Diyotların geçireceği akım sınırlıdır. Bu akım değerleri genellikle diyot kataloglarına bakılarak öğrenilir. Bu akımı sınırlamak için diyoda seri bir direnç bağlanır. Şekil 2’de devredeki silisyum diyotun geçireceği maksimum akım katalogunda 100 mA olarak verilmiştir. Devreye uygulanan potansiyel 12 V olduğuna göre diyoda seri bağlanan direncin değeri aşağıdaki gibi hesaplanır.

Şekil 1.2

V V

V

V_R   _D 120,711,3   113 1

, 0

3 , 11 I R V^R

Standarda en yakın direnç 120 Ohm olduğundan R=120 Ohm’luk direnç seri bağlanarak belirtilen özellikteki diyotun normal olarak çalışması gerçekleştirilir.

AMAÇ : Yarı iletken diyotun Akım-Gerilim karakteristiğinin incelenmesi ve teorik olarak analiz edilen karakteristik eğrinin, pratik olarak elde edilmesi.

UYGULAMA YÖNTEMİ

A: Ohmmetre ile yarıiletken diyodun Anot ve Katot uçlarını belirlemek, ileri yöndeki ve ters yöndeki dirençlerini ölçmek.

1. Diyotun anot ve katot uçlarını nasıl belirlediğinizi ve diyotun sağlam olup olmadığını nasıl kontrol ettiğinizi yazınız.

...

2. Elinizdeki diyotun ileri yöndeki direnlerini ölçerek kaydediniz. Bunun için ohmmetre olarak ayarladığınız multimetrenin veya ElektronikVOM’un (+) ucunu diyotların anot uçlarına, ohmmetrenin (-) ucunu diyotun katot uçlarına sıra ile bağlayınız.

CR₁’in ileri yöndeki direnci = ...

Silisyumdan yapılmış diyotların ileri yöndeki dirençleri genellikle 10-300  arasında değişir.

+ -

V R

I

VD

VR

(3)

3. Diyota ters kutuplama uygulamak için Ohmmetrenin veya ElektronikVOM’un (-) ucu diyotun anot ucuna, Ohmmetrenin veya ElektronikVOM’un (+) ucu diyotun katot ucuna bağlayınız.

Böylece diyota ters kutuplama yapılmış olur. Bu şekilde elinizdeki diyotu ters yönde kutuplayıp diyotun ters yöndeki direncini ölçerek kaydediniz.

CR1’in ters yöndeki direnci = ...

B Yarı iletken diyotun ileri ve ters yöndeki kutuplamada akımın geçişini ve etkilerini gözlemek.

4. Şekil 1.3 deki devreyi kurunuz. DCmetre 20 mADC ölçebilecek bir ampermetre, ELECTRONİC VOM metreyi 2 VDC ölçebilecek bir voltmetre olarak ayarlayınız. ELECTRONİC VOM metrenin uçlarının, miliampermetrenin uçlarının ve diyotun anot-katot uçlarının doğru bağlandığından emin olunuz. R1 direnci, güç kaynağını ve diyotu kısa devreye karşı korumak için kullanılmıştır. DEVRENİZİ HOCANIZA KONTROL ETTİRİNİZ.

Şekil 1.3

5. Kaynağı minimuma getirerek kaynağı çalıştırınız. Kaynağı ELEKTRONİC-VOM metreden Tablo I’de diyot uçlarındaki her V değerlerini sıra ile elde edecek şekilde ayarlayınız. Her bir V değeri için miliampermetreden ölçeceğiniz akım değerlerini Tablo I’deki yerlerine yazarak Tablo I’i tamamlayınız. Bu değerleri ölçer iken belirli bir voltaj değerinden sonra potansiyelin çok az artmasına karşılık akımın oldukça fazla arttığı tespit edilebilir. İşte bu değerden sonrasını ölçmek gerekmez.

6. Kaynağı minimuma getirerek kapatınız. Tablo I’deki değerleri kullanarak Şekil 1.5’deki eksene diyotun ileri yöndeki akım-gerilim eğrisini çiziniz.

V (volt) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,55 0,6 0,65 I_F (mA)

Tablo I

(4)

7. Diyotu ters bağlamak için devrenizi Şekil 1.4’deki gibi düzenleyiniz. DCmetre 200 A_DC ölçebilecek bir ampermetre, ELECTRONİC VOM metreyi 200 VDC ölçebilecek bir voltmetre olarak ayarlayınız. DEVRENİZİ HOCANIZA KONTROL ETTİRİNİZ.

R 10kΩ

XMM1 XMM2

K

A DC METER

Electronic VOM

V = 0 - 40V

+ -

Şekil 1.4

8. Kaynağı minimuma getirerek kaynağı çalıştırınız. Kaynağı ELEKTRONİC-VOM metreden Tablo II’deki diyot uçlarındaki her V değerlerini sıra ile elde edecek şekilde ayarlayınız. Her bir V değeri için miliampermetreden ölçeceğiniz akım değerlerini Tablo II’deki yerlerine yazarak Tablo II’yi tamamlayınız.

9. Kaynağı minimuma getiriniz. Güç kaynağının anahtarını “OFF” konumuna alınız. Devreyi sökünüz. Malzemelerin her birini kendi yerine düzgün olarak koyunuz. Sonuçlarınızı kontrol ettirerek laboratuarı sessizce terk ediniz.

-V (Volt) 0 5 ¹⁰ 15 20 25 30 35 IR (A)

Tablo II

mA V

(5)

I_D(mA)

Şekil: 1.5

SORULAR

1- Diyot sızıntı akımı nedir ? Açıklayınız.

2- Diyotun statik direnci nedir ? Nasıl hesaplanır.

3- Diyotun dinamik direnci nedir ? Nasıl hesaplanır.

4- Sıcaklık değişmesinin diyotun çalışmasına olan etkisini açıklayınız.

V_D (Volt)

(6)

DENEYİN ADI: DOĞRULTUCU DEVRELERİ

TEMEL KAVRAMLAR

1. Yarım Dalga doğrultucu alternatif akımın sadece bir alternansını geçirir.

2. Tam dalga doğrultucu (köprü tipi ve orta uçlu transformatörlü) alternatif akının her iki alternansınıda aynı yönde geçirir.

Diyotlar elektrik akımını tek yönde ileten elektronik devre elemanlarıdır. Akım geçirme yönünde (ileri yöndeki kutuplanmada) direnci çok küçük, diğer yöndeki (ters yöndeki kutuplanmada) direnci ise sonsuz denecek kadar büyüktür.

Diyotlar alternatif akımı (AC) doğru akıma (DC) çevirmekte kullanılır. Yüksek akımlı devrelerde metal, düşük akımlı devrelerde ise plastik kılıflı diyot tipleri kullanılır.

Yarım dalga doğrultma işleminde alternatif akımın sadece bir alternansı geçer, tam dalgada ise her iki alternans da doğrultulur. Tam dalga doğrultma ya orta uçlu transformatör kullanılarak iki diyotla ya da iki çıkış ucuna sahip standart bir transformatör ve köprü tipi diyotlarla gerçekleştirilir.

Şekil 2.1 Değişik tip köprü diyotlar

D1

AC R1

T r

D C

Şekil 2.2 Yarım dalga doğrultucu devresi

Giriş gerilimi (AC)

Çıkış gerilimi (DC)

Şekil 2.3

(7)

AMAÇ : Güç kaynaklarını oluşturan doğrultma devrelerinin incelenmesi ve çalışma prensiplerinin anlaşılması.

ARAÇ VE GEREÇLER Güç kaynagı 6.3 VAC

Miliampermetre (DC METER) 0-200 mADC, Voltmetre 0-20 VDC, (Elektronik VOM) CR1 silisyum diyot (1N4001 veya 1N4004), R1=6.8 k (1W) direnç, Bağlantı tablosu.

I.YARIM DALGA DOĞRULTUCU

I.1. Deneyde kullanacağınız elemanları belirleyerek sağlamlık kontrolünü ohmmetre ile yapınız.

I.2. Aşağıdaki yarım dalga doğrultucu devresini bağlantı tablosu üzerine kurunuz.

I.3. AC güç kaynağını 6.3 Vac kademesini alınız. (Bu durumda 1-2 nolu (set üzerindeki sarı çıkış uçları) uçlar arasında efektif değeri 6.3 V olan bir ac sinyal alabilirsiniz.)

I.4. Electronic VOM’u 20VDC ölçebilecek bir voltmetre olarak ayarlayınız. (Bu işlem için yardım isteye birisiniz.)

Şekil 2.6 V

R1 AC

T r

DC

D 1 D 2

D 3 D 4

Şekil 2.4 Tam dalga (Köprü tipi) doğrultucu devresi

Giriş gerilimi (AC)

Çıkış gerilimi (DC) Şekil 2.5

(8)

I.5. Diyodu ideal bir diyod olarak kabul edip (VD=0) yüke verilecek DC gerilimi bulunuz.

I.6. Devreyi kontrol etikten sonra enerji veriniz. Voltmetrede okuduğunuz gerilim değerini yazınız.

VDC= ………Volt

Kaydettiğiniz bu değer ile işlem I.5’de hesapladığınız değer arasında fark var mıdır? Varsa nedenini yazarak açıklayınız.

………

I.7. Devrenin enerjisini kesiniz. Giriş gerilimi (Vac) ile çıkış geriliminin (V_DC) tepe değerlerini hesaplayınız.

Vg-p=………..…….Volt

Vç-p=………...…….Volt

I.8.Osiloskobun Y (A) (CH1) kanal girişini devrenizde 1 – 2 noktalarına, X (B) (CH2) kanal girişini a – b noktasına bağlayınız. (Bu işlemlerden önce osiloskopu çalıştırarak gerekli kalibrasyon işlemlerini yapmayı unutmayınız!... Kalibrasyon işlemini yapamıyorsanız yardım isteyiniz.)

I.9. Devreye enerji veriniz. Osiloskobun birinci kanalında (CH1) izlediğiniz sinyalin tepe değerini, periyodunu okuyarak kadediniz. Frekansını hesaplayınız.

Vg-p=………..Volt T=……….mS ………..Hz (1/S)

Osiloskobun birinci kanalında (CH1) izlediğiniz sinyalin tepe değerini, periyodunu okuyarak kadediniz. Frekansını hesaplayınız.

Vç-p=………..Volt T=……….mS ………..Hz (1/S)

Osiloskobun her iki kanalında izlediğiniz sinyalleri düzgün ve ölçekli olarak aşağıdaki ekranlara ayrı ayrı çiziniz. Gerekli değerleri yazınız.

Time/DIV=Scale =……… mS Volts/DIV (CH1) = Scale = ………..Volt Volts/DIV (CH2) = Scale = ………..Volt

(9)

Giriş sinyali (V_ac) (CH1) Çıkış sinyali (V_DC) (CH2)

II: TAM DALGA DOĞRULTUCU

I.1. Aşağıdaki deney bağlantı şemasını kurunuz.

XSC1

A B

Ext Trig +

+

_

_ + _

D1 D2

D3 D4

R16.8kΩ XMM1

1

2

6.3 Va c a

b D C MET ER

Şekil 2.7

I.2. Devreyi kontrol ettikten sonra güç kaynağını açarak enerji veriniz. Voltmetreden okuduğunuz değeri yazınız.

VDC=………Volt

I.3. Osiloskobun X (CH2)(CHB)kanalını yük direnci (R1) uçlarına bağlayınız. Osiloskop ekranında izlediğiniz sinyalden faydalanarak aşağıdaki değerleri yazınız.

Vç-p=……….Volt T=………mS ………Hz

V

(10)

Osiloskop ekranında izlediğiniz sinyali düzgün ve ölçekli olarak aşağıdaki ekrana çiziniz.

Yük uçlarındaki sinyal

I.4. Yarım dalga doğrultucu çıkış sinyali ile bu çıkış sinyali şekil olarak benziyor mu? Değerler farklı mı? Farklı ise nedeni nedir? Yazınız.

………

I.5. Devrede herhangi bir değişiklik yapmadan D1 diyodunu devreden çıkartınız. Voltmetrede nasıl bir değişiklik oldu? Bu değişikliğin sebebi nedir? Osiloskop ekranında nasıl bir değişiklik oldu?

Yazınız

………

I.6. D1 diyotunu tekrar düzgün olarak devreye takınız. Bu kez D3 diyotunu devreden çıkartınız.

Voltmetrenin gösterdiği değerde ve osiloskop ekranında nasıl bir değişiklik oldu? Yazınız.

………

I.7. Hem yarım dalga doğrultucu devresine hem de tam dalga doğrultucu devresine bir ampermetre bağlayarak geçen akımları ölçünüz ve sonuçlarını yorumlayınız.

………

I.8. Güç kaynağını kapatarak devrenin enerjisini kesiniz. Devrede kullanılan malzemeleri kendi yerlerine bırakarak laboratuarı sessizce terk ediniz.

SORULAR

1- Doğrultma işlemi nedir ve nerelerde kullanılır ? Açıklayınız.

2- Doğrultma çeşitleri hangileridir ? Açıklayınız.

3- Tam ve yarım dalga doğrultma devrelerinin avantaj ve dezavantajlarını tartışınız.

7- Köprü tipi ve iki diyot ile yapılan tam dalga doğrultucuları karşılaştırarak avantaj ve dezavantajlarını belirtiniz.

(11)

DENEYİN ADI: FİLTRELİ DOĞRULTUCU DEVRELERİ TEMEL KAVRAMLAR

1. Yarı iletken diyot tek yönlü akım geçirir.

2. Kondansatör bir filtre elemanı olarak kullanılır.

Diyotlar elektrik akımını tek yönde ileten elektronik devre elemanlarıdır. Akım geçirme yönünde (ileri yöndeki kutuplanmada) direnci çok küçük, diğer yöndeki (ters yöndeki kutuplanmada) direnci ise sonsuz denecek kadar büyüktür.

Diyotlar alternatif akımı (AC) doğru akıma (DC) çevirmekte kullanılır. Yüksek akımlı devrelerde metal, düşük akımlı devrelerde ise plastik kılıflı diyot tipleri kullanılır.

Giriş işaretinin pozitif alternansında diyot ileri yönde kutuplanır ve iletime geçer. Diyod üzerinden akan akım hem yükün ihtiyacı olan akımı sağlarken hem de kondansatörü şarj eder.

Kondansatör doğrultucunun çıkış işaretinin tepe değerine (VÇM) kadar şarj olur. Giriş işaretinin negatif alternansında diyot ters yönde kutuplanır ve akım geçirmez. VÇM değerine kadar şarj olmuş olan kondansatör yük üzerinden bir miktar deşarj olur. Giriş işaretinin gelen pozitif alternansında tekrar iletime geçen diyod kondansatörü deşarj olduğu miktar kadar tekrar şarj eder. Bu şekilde yük üzerinden geçen akım hiçbir zaman sıfır olmaz.

Doğrultucu devrede hesaplama yaparken, özelliklede tepe değeri 7 Vp olan AC işaretlerin doğrultulmasında, kesin olarak bilinmesi mümkün olamayan VB değeri genellikle sıfır olarak alınır.

Bu bir hata nedenidir. Bir başka önemli hata nedeni ise şudur: Dalgalanma gerilimini bulmak için yükün çektiği akımın bilinmesi gerekir. Bu ise yüke verilecek gerilim bilinirse bulunabilir. Yüke verilen gerilimin kondansatörün tam olarak şarj olduğu gerilime eşit olduğu (UL’=VçM) ve kondansatörün deşarj olurken üzerindeki gerilimin değişmediği kabul edilir.

Devredeki kondansatörün değerinin arttırılması dalgacık geriliminin azalmasına, dolayısıyla yüke daha düzgün ve biraz daha fazla gerilim vermek mümkün olur. Kondansatörler paralel bağlandığında kapasite değeri artar. Kapasite değeri aynı kaldığında eğer yük direncinin değeri azaltılırsa yüke verilen gerilim biraz azalır ve üzerindeki dalgalanma oranı artar. Yarım dalga doğrultucu yerine tam dalga doğrultucu devre kullanılması, doğrultucunun çıkış işaretinin frekansını iki katına çıkaracağı için dalgacık gerilimi azalır, yüke daha düzgün ve biraz daha yüksek gerilim verilir. Köprü tipi tam dalga doğrultucu devrede dört diyotdan her hangi birisi devreden çıkarılırsa yarım dalga doğrultucu haline dönüşür.

Şekil 3.1 Çeşitli kondansatörler

AMAÇ : Güç kaynaklarını oluşturan doğrultma ve filtre devrelerinin incelenmesi ve çalışma prensiplerinin anlaşılması.

(12)

ARAÇ VE GEREÇLER

Güç kaynağı 6,3 VAC

Miliampermetre Voltmetre (DC METER) 0-20 V_DC CR₁ silisyum diyot, (1N4001 veya 1N4004)

R_L1=6,8 k (1W), RL2=3,3 k (1W) olmak üzere iki adet direnç, C₁=C₂=50 F veya 47F değerinde iki adet kondansatör,

Bağlantı tablosu.

İ. FİLTRELİ YARIM DALGA DOĞRULTUCU

I.1. Güç kaynağının üzerindeki AC potansiyel seçici anahtarı 6,3 V_AC kademesine alınız. Bu durumda güç kaynağının 6 ve 7 numaralı uçlarından (SARI RENKLİ UÇLAR) 6,3 V efektif değerinde 50 Hz frekansa sahip sinüsoidal bir işaret alacaksınız.

I.2. DC METER’i 20 VDC ölçebilecek bir voltmetre olarak ayarlayınız.

I.3. Şekil 3.2’deki devreyi kurunuz. Bağlarken Voltmetreyi (DC METER) ve özelliklede elektrolitik kondansatörün (+) (-) uçlarına dikkat ediniz,

ters bağlamayınız

. Ölçü aletleri zarar görür, kondansatör patlar. Enerji vermeden önce devrenizi hocanıza kontrol ettiriniz.

Şekil 3.2

I.4. Diyodu ideal bir diyod olarak kabul edip (VB=0) yüke verilecek DC gerilimi ve dalgacık gerilimini bulunuz.

……… ………...

I.5. Osiloskobu çalıştırınız. Osiloskobun düşey saptırma kademe anahtarlarını 5 V/DIV, yatay saptırma kademe anahtarını 5mS/DIV kademelerine alınız. Osiloskobun “Y” (CH1)(CHA) kanalının giriş probunu Şekil 3.21’deki doğrultucu devrede kaynağın uçlarının bağlandığı noktalar arasına paralel bağlayınız, “X” (CH2) (CHB)kanalının giriş probunu yüke (R1) paralel olarak bağlayınız. DEVRENİZİ HOCANIZA KONTROL ETTİRİNİZ. Güç kaynağının

“POWER” düğmesinin “ON” konumuna alarak kaynağı çalıştırınız.

V

(13)

I.6. Osiloskobun ekranında gördüğünüz doğrultucunun giriş ve çıkış işaretlerini aşağıdaki osiloskop ekranlarına düzgünce çiziniz. Şekiller üzerine gerekli değerleri osiloskoptan okuyarak kaydediniz.

Giriş işareti (sinyali) (CH1) Çıkış işareti (sinyali) (CH2) Şekli 3.3

I.7. Voltmetreden V_DC gerilimi ve osiloskop ekranında dalgalanma (V_dal) gerilimini ölçerek kaydediniz

V_DC=……… V_dal=………

Ölçtüğünüz bu değerler ile İşlem I.4’de hesapladığınız değerler arasındaki farkın özellikle bu deney için en önemli iki nedenini yazınız.

...

I.8. Güç kaynağının “POWER” düğmesinin “OFF” konumuna alarak kaynağı kapatınız. Şekil 3.2’deki devrenizde kondansatöre paralel ikinci bir kondansatör bağlayınız. İşlemleri tekrarlayınız. Her hangi bir fark var mı? Varsa farklılıkları ve nedenlerini yazınız.

………

I.12. Güç kaynağının “POWER” düğmesinin “OFF” konumuna alarak kaynağı kapatınız. Devreyi sökünüz.

(14)

II. FİLTRELİ KÖPRÜ TİPİ TAM DALGA DOĞRULTUCU

II.1. Şekil 3.4’deki devreyi kurunuz. DEVRENİZİ HOCANIZA KONTROL ETTİRİNİZ.

Diyotları ideal kabul ederek çıkış ve dalgalanma gerilimini hesaplayınız.

……… ……….

D1

1N4001

47µF

R16.8kΩ XMM1

a

b

c

d 1

2 6.3 Vac

C D2

1N4001

D3

1N4001

D4

1N4001

Şekil 3.4

II.2. Güç kaynağının “POWER” düğmesinin “ON” konumuna alarak kaynağı çalıştırınız.

Osiloskobu çalıştırınız. Osiloskobun düşey saptırma kademe anahtarlarını 5 V/DIV, yatay saptırma kademe anahtarını 5mS/DIV kademelerine alınız. Osiloskobun “Y” (CH2) kanalının giriş probunu Şekil 3.4’deki doğrultucu devrede kaynağın uçlarının bağlandığı noktalar arasına paralel bağlayınız. Bu deney adımında osiloskobun sadece “Y” (CH2) kanalını kullanacaksınız. Giriş işaretini Şekil 3.5’e çiziniz. Sonra “Y” (CH2) kanalının giriş probunu buradan ayırarak yüke (R1) paralel olarak bağlayınız. Gördüğünüz çıkış işaretini yine Şekil 3.5’e çiziniz.

Giriş işareti (sinyali) (CH1)(CHA) Çıkış işareti (sinyali) (CH2)(CHB) Şekli 3.5

Voltmetre V

XSC1

A B

Ext Trig +

+

_

_ + _

1N4004 1N4004

(15)

II.3. Voltmetreden VDC gerilimi ve osiloskop ekranında dalgalanma (Vdal) gerilimini ölçerek kaydediniz

V_DC=……… V_dal=………

II.4. Devrenin bozulmamasına dikkat ederek D2 diyodunu devreden çıkarınız. Voltmetreden yüke verilen gerilimi ve osiloskoptan dalgalanma gerilimini okuyarak kaydediniz.

V_DC=……… V_dal=………

Ölçtüğünüz bu değerler ile İşlem I.3’de ölçtüğünüz değerler arasındaki farkın özellikle bu deney adımı için en önemli nedenini yazınız.

...

II.5. Güç kaynağının “POWER” düğmesinin “OFF” konumuna alarak kaynağı kapatınız. Devrede kullanılan malzemeleri kendi yerlerine bırakarak laboratuarı sessizce terk ediniz.

SORULAR

1- Filtreleme işlemi nedir ve ne için kullanılır ? Açıklayınız.

2- Filtreleme işleminde hangi elemanlar kullanılır ve bu elemanların değerinin filtreleme işlemi üzerindeki etkisi nedir ? Açıklayınız

(16)

DERSİN ADI : ELEKTRONİK I DENEY NO : 4

DENEYİN ADI : ZENER DİYOTLA GERİLİM REGÜLASYONU TEMEL KAVRAMLAR

1. Yük akımı arttığında zener akımı azalır.

2. Yük akımı azaldığında zener akımı artar.

3. Zener uçlarındaki gerilim azaldığında, zener akımı azalır.

4. Zener uçlarındaki gerilim arttığında zener akımı artar.

Zener diyotlar iletim yönünden normal diyotlar gibi davranırlar. İletim yönü karakteristikleri normal diyotlarla aynıdır ve aynı eşdeğer devre ile temsil edilebilirler. Ancak zener diyotalrın tıkama yönü karakteristikleri normal diyotlardan farklıdır. Tıkama yönünde belli bir gerilim değerinden sonra akım artışı ani olur. Gerilimdeki çok küçük değişmeler, akımdan çok büyük değişmelere neden olur. Akımın çok hızlı arttığı bu bölgede, gerilim hemen hemen sabit kalır.

Akımın çok hızlı arttığı fakat gerilimin sabit kaldığı bu bölge "Breakdown voltage" (Kırılma bölgesi), "Zener bölgesi" olarak isimlendirilir. Akımın ani olarak akmasına etkı eden en önemli olaya zener olayı denir.

Zener olayı : Normal diyotlara nazaran çok fazla katkılanmış bir P-N jonksiyonunda geçiş bölgesi genişliği, katkılama oranına bağlı olarak çok küçüktür. Böyle bir diyoda dışarıdan tıkama yönünde bir gerilimin uygulanması ile geçiş bölgesi üzerindeki alan şiddeti büyür. Geçiş bölgesinin küçük oluşundan dolayı, tıkama yönü geriliminin artması alan şiddetinin çok büyümesine neden olur. Belli bir gerilim değerinde atomun elektronlarını doğrudan koparabilecek bir şiddete sahip olur. Bu iyonizasyon olayı sonucu, çok sayıda elektron açığa çıkarak akımın hızlı artmasına sebep olur. Bu olay "zener olayı" olarak adlandırılır. Zener olayının meydana geldiği gerilimede "zener gerilimi", bölgeye "zener bölgesi" adı verilir. Zener olayı genellikle 5V'dan daha düşük gerilimlerde meydana gelir. Sıcaklık arttıkça atomun elektronlarında kopması kolaylaştığından zener olayı daha düşük gerilimlerde de meydana gelebilir. Zener bölgesinde çalışan bir zener diyodun, sabit bir gerilim kaynağı gibi davranması bir çok uygulama kolaylığı getirmektedir. Zener diyot, bu özelliğinden dolayı gerek giriş gerilimi değişmeleri, gerekse yük değişmelerine karşı çıkış geriliminin regüle edilmesinde kullanılır.

Şekil 4.1 Zener diyotun fiziksel görünümü ve sembolü

(17)

AMAÇ : Yarı iletken Zener diyotun Akım-Gerilim karakteristiğinin elde edilmesi ve Zener diyotun voltaj regülatörü olarak çalışmasının incelenmesi.

Vz V VL

+

-

Rs

RL

Is IL

Iz

Şekil. 4.2 Zener diyotla regüle devresi

Giriş gerilimindeki değişmelerin regülasyonu V < Vz ise, zener diyot zener bölgesinde bulunmamaktadır. Ters kutuplanmış normal diyot gibi davranır. Devrede çok küçük bir akım akar.

Bu akımın Rs 'den düşüreceği gerilim ihmal edilir.

Z ≥ Vz olduğunda zener diyot, zener bölgesinde çalışmaktadır. Devreden akan akım ve çıkış gerilimi aşağıdaki gibi yazılabilir.

(Zener iç direnci r_z çok küçük olduğundan r_z gerilim düşümü ihmaledilir.)

RL direnci devreye bağlandığında devreden akan Is akımı sabit olacaktır.

sabit

Yük akımı maksimum iken, zener akımı minimum olmak zorundadır. Bu durumda yukarıdaki denklemi tekrar düzenleyecek olursak aşağıdaki gibi olur.

I_S = I_Lmax + I_Zmin = 0 + I_Zmax buradan I_Lmax bulunabilir.

ILmax = IZmax - IZmin

Özetle yük akımındaki değişme zener akımındaki karşı yönlü bir değişimle dengelenerek çıkış geriliminin sabit bir değerde tutulması sağlanmış olmaktadır. Bu durum da yüzde (%) regülasyon;

olur.

Zener diyotların kullanım alanlarından bazıları şunlardır: Referans gerilim, kırpıcı, gerilim karşılaştırıcı, gerilim geri beslemeli regülatör devreleri vs.

(18)

ARAÇ VE GEREÇLER

Güç kaynağı 0 - 35 Vdc 100mA Miliampermetre 0 - 20/100 mAdc Elektronik VOM Multimetre

R1, R2 (RS) 1 K 1W

R_L 1 K 1W

Potansiyometre 1 K 1W

Zener diyot 6.8V 1W Bağlantı tablosu

I. ZENER DİYOTUN İLERİ YÖN EĞRİSİNİN ÇIKARILMASI

Şekil 4.3 Zener diyotla regülasyon (ileri yön eğrisi) deney şeması

I.1. Şekil 4.3'deki devreyi bağlantı tablosu üzerine kurunuz.

I.2. Elektronik VOM'u miliamper metre (mA), DC metreyi Voltmetre (V), multimetreleri miliampermetre (mA) (I_L) ve (I_Z) olarak ayarlayınız. Ampermetreleri maksimum 100mA DC, Voltmetreleri maksimum 40Vdc ölçebilecek şekilde ayarlayınız. ( Bu ayarlamalar için hocanızdan yardım isteyiniz!...)

I.3. Güç kaynağını tablo: 1'deki değerlere ayarlayarak, yük akımını "IL", zener akımını "IZ" ve yük uçlarındaki gerilimi "VL" değerlerini kaydediniz.

mA

V

mA

Electronic VOM

DC METER SAYISAL MULTİMETRE

(19)

V (Volt) I_Z (mA) V_L (Volt) I_L (mA) 4

8 12 16 20 24 28

Tablo :1 I.4. Güç kaynağını tekrar sıfırlayınız.

I.5. V gerilimi arttığında zener akımı değişiyor mu? Nasıl?

………

…………

I.6. V gerilimi arttığında yük akımı IL değişiyor mu? Nasıl?

………

…………

I.7. Tablo:1 'deki değerleri aşağıdaki çizelgede yerlerine işaretleyerek zener eğrisini çiziniz.

Şekil 4.4 Zener diyot ileri yön (çalışma) eğrisi

IZ (mA) VL, (VZ) (V)

0

(20)

II. ZENER DİYOTUN GERİLİM REGÜLATÖRÜ OLARAK ÇALIŞMASI

II.1. Giriş gerilimini “V” 20V DC olarak ayarlayınız ve bu ayarı deney süresince değiştirmeyiniz.

II.2. Devreye RL yük direnci olarak 1kΩ’luk potansiyometre bağlayınız.

II.3. Yük akımını (IL) tablo 2’deki değerlerde ayarlayarak (potansiyometre yardımı ile) bu yük akımlarına karşılık gelen zener akımını (IZ) ve yük uçlarındaki gerilimi (VL) tablodaki yerlerine yazınız.

Tablo 2

II.4. RL yük direncinin değişimine karşı VL’nin nasıl değiştiğini açıklayınız.

………

II.5. . R_L yük direncinin değişimine karşı I_Z’nin nasıl değiştiğini açıklayınız.

………

II.6. Güç kaynağının “POWER” düğmesinin “OFF” konumuna alarak kaynağı kapatınız. Devrede kullanılan malzemeleri kendi yerlerine bırakarak laboratuarı sessizce terk ediniz.

SORULAR

1- Zener diyotlarda sızıntı akımı nedir ? Açıklayınız.

2- Sıcaklık değişmesinin zener diyotun çalışmasına olan etkisini açıklayınız.

3- Zener diyotun regüle elamanı olarak çalışabilmesi için gerekli ön şartlar nelerdir ? I_L (mA) I_Z (mA) V_L (V)

0 5 10 15 20 25

(21)

DENEYİN ADI: TRANSİSTÖRÜN KARAKTERİSTİK BÜYÜKLÜKLERİNİN İNCELENMESİ VE EĞRİLERİNİN ÇİZİLMESİ, ANAHTAR OLARAK

ÇALIŞTIRILMASININ İNCELENMESİ

TEMEL KAVRAMLAR

1. Transistör uç ayaklı bir yarıiletken elemandır. Bu ayaklar emiter, beyz ve kolektör ayaklarıdır.

2. Transistör akım kontrollü bir elemandır. Küçük değerli bir akım olan I_B ile büyük değerli bir akım olan IC kontrol edilir.

3. Transistör anahtarlama ve yükseltme elemanı olarak kullanılır.

Transistörün Yapısı: Transistörün yapısal olarak, birer uçları ortak iki yarı iletken diyottan oluştuğu söylenebilir; dolayısıyla transistörün üç ( veya daha fazla ) ucu vardı. En çok kullanılanları iki kutuplu eklem transistör veya kısaca BJT (“Bipolar Junction Transistor” ) olarak anılanlarıdır.

İki kutuplu terimi elektron ve deliklerin beraberce yük taşıyıcı görevini üstlenmelerinden ileri gelir.

Ancak benzer işlevleri sağlayan alan etkili transistör veya kısaca FET ( “Field Effect Transistor”) olarak isimlendirilen değişik yapıdaki çeşitli türleri de kullanılmaktadır.

Eklemli transistörün yapısında üç farklı bölge vardır. Bunlardan ortadaki diğerlerine göre hem çok incedir, hem de farklı tür yarı iletkendir.

Transistörlerin ortadaki yarı iletkenin türüne göre npn ve pnp olarak anılan iki tipi vardır. Her iki tipte de ortadakine baz, yanlardakilere ise emetör ve kolektör denir. Bu iki tip transistörün şematik yapıları ve sembolleri Şekil 5.1’de verilmiştir.

Transistör sembolünde emetör ucundaki ok, emetör baz eklemi geçirme yönünde kutuplandırıldığında akacak akımın yönünü belirtir.

Şekil 5.1 NPN ve PNP transistörlerinin şematik yapısı ve sembolleri

Transistörün Çalışması: Bir npn transistör, ortak bazlı devre olarak anılan, Şekil 4.2’deki gibi emetör-baz eklemi geçirme yönünde; fakat kolektör-baz eklemi tıkama yönünde kutuplanmışlarsa, emetör bölgesinde çoğunluk taşıyıcısı olan elektronlar difüzyonla baz bölgesine, benzer şekilde baz bölgesinin çoğunluk taşıyıcısı olan delikler de emetör bölgesine geçer. Bu iki tür taşıyıcının oluşturduğu akım aynı yönde ve emetörden dışarıya doğrudur.

Tıkama yönünde kutuplanmış olan baz-emetör ekleminde ise, p-tipin azınlık taşıyıcıları olan elektronlar kolektör bölgesine, kolektör bölgesinin azınlık taşıyıcıları olan delikler de baz bölgesine doğru yer değiştirirler. Bunların toplamı kolektör ucundan transistör içine akan bir elektrik akımını oluşturur.

(22)

Bu yer değiştirmeler sırasında bazı elektron ve deliklerin birleşerek yok olacakları da aşikardır.

Fakat transistörlerde baz bölgesinin çok dar olduğu hatırlanırsa emetörden baz bölgesine geçen elektronların büyük çoğunluğunun deliklerle birleşmeden kolektör eklemine ulaşabilecekleri kolayca anlaşılabilir. Bu eklemin kutuplanma gerilimi elektronların kolektör bölgesine doğru akmalarına olanak sağladığından; kolektöre doğru bir elektrik akımının varlığı kanıtlanmış olur. Bu takdirde transistörden geçen akımın yolu, baz aracılığıyla emetöre doğrudur ve bu akımı sağlayan da V^CB

gerilim farkıdır. Bu akım, emetörden baza geçen elektronların oluşturdukları akımdan biraz küçüktür. Aradaki fark elektronlardan bazılarının baz bölgesinde deliklerle birleşmelerinden ileri gelir.

Şekil 5.2 Transistör giriş (beyz) ve Çıkış (kolektör) karakteristikleri

Şekil 5.3 Çeşitli tip transistörlerin görünümleri

(23)

AMAÇ : Birleşim yüzeyli transistörün (BJT) giriş (beyz), Çıkış (kollektör) karakteristiğinin elde edilmesi ve çalışmasının incelenmesi.

ARAÇ VE GEREÇLER Güç kaynagı 0 – 40V

Miliampermetre (DC METER) 0-200 mADC, Voltmetre 0-20 VDC, (Elektronik VOM) , Multimetre Transistör 2N2219A, R1= RB= 150 k (1W), 22 k (1W) R2=RC= 1 k (1W), 270  (1W)direnç, Bağlantı tablosu.

I. TRANSİSTÖRÜN KARAKTERİSTİK BÜYÜKLÜKLERİNİN İNCELENMESİ VE EĞRİLERİNİN ÇİZİLMESİ

I.1. Kullanacağınız transistörü test (sağlamlık kontrolü) ediniz.Şekil 5.4 deki devreyi kurunuz.

Girişteki ayarlı gerilim kaynağını değiştirerek çeşitli baz akımı (IB) değerleri için kollektör akımını (IC) ve baz – emiter gerilimini (VBE) ölçünüz. Ölçtüğünüz değerleri aşağıdaki tablo 1’e yazınız.

Daha sonra IB=f(VBE) (transistörün giriş karakteristiği) ve IC=f(IB) grafiklerini çiziniz.

Şekil 5.4 Transistörün giriş karakteristiği (beyaz) eğrisi deney şeması

VBB (V) IB (mA) VBE (V) 2

4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tablo I V

mA

VBB

(24)

I.2. Şekil 5.5’deki devreyi kurunuz. Ayarlı gerilim kaynağını değiştirerek çeşitli kollektör akımı (IC) değerleri için kollektör – emiter gerilimini (VCE) ölçünüz. Ölçtüğünüz değerleri aşağıdaki tablo 2’ye yazınız. IB baz akımını ölçünüz. Daha sonra IC=f(VCE) (transistörün çıkış karakteristiği) grafiğini çiziniz. İsterseniz değerleri birkaç IB akımına göre tekrarlayabilirsiniz.

Beyz akımını ölçerek kaydediniz. IB = ……….mA

5 V VBB

22kΩ RB

Q1

2N2219A

270Ω RC

Vcc XMM2

XMM3

0 - 15V IC

VCE

Şekil 5.5 Transistörün çıkış karakteristiği kollektör) eğrisi deney şeması VBE(V) IB(mA)

mA

V 0 - 20V

(25)

V_CC (Volt) I_C(mA) V_CE (Volt) 0

2 4 6 8 10 12 14 16 18

Tablo 2

VCE(V) IC(mA)

(26)

II. TRANSİSTÖRÜN ANAHTAR OLARAK KULLANILMASI

II.1. Şekil 5.6’daki devreyi kurunuz. Potansiyometrenin değerini değiştirerek tablo 3’deki değerleri ölçerek kaydediniz. LED’in en parlak yandığı ve en az (sönük) yandığı durumlarda transistörün hangi çalışma bölgesinde çalıştığını açıklayınız.

Kollektör(C) Beyz (B) Emiter (E)

LED parlak (Röle bırakık) LED sönük (Röle çekik)

Tablo 3 Transistör ayaklarında (şaseye göre) ölçülen gerilimler

12 V Vcc Q1

2N2219A

R1 1kΩ

LED1 R2

10kΩ

R3

10kΩ

Key=A 100%

C B

E K D1

1N4001 NA

Şekil 5.6 Transistörün anahtar olarak kullanılması deneyi şeması II.2.Şekil 5.6’daki devrede röle bobin uçlarına neden bir diyot bağlanmıştır? Açıklayınız

--- --- II.3. . Güç kaynağını kapatarak devrenin enerjisini kesiniz. Devrede kullanılan malzemeleri kendi

yerlerine bırakarak laboratuarı sessizce terk ediniz.

SORULAR

1- Transistörün parametreleri sıcaklıkla nasıl etkilenir? Açıklayınız.

2- Şekil 5.6 'daki devreyi PNP transistör kullanarak yeniden çiziniz.

3- Darlington bağlantı nerelerde ve niçin kullanılır? Açıklayınız