DENEY NO : 6 DİYOTLU DALGA ŞEKİLLENDİRİCİLER Bu deneyde, diyotun bir dalga şekillendirici olarak çalışmasını görmek ve regülatör, kırpıcı, kenetleyici devrelerin çalışmasını öğrenmek amaçlanmıştır.
I- KURAMSAL AÇIKLAMALAR 1. Kırpıcı Devreler :
Ac bir işaretin istenilen bir referans seviyesinin üstünde veya altında olan kısmını sınırlayarak, kesen devreler “kırpıcı devreler” olarak adlandırılır. Bazı elektronik devrelerin girişlerine sadece pozitif yada negatif ac sinyallerin verilmesi gerekebilir. O zaman giriş sinyali devreye verilmeden önce uygun kırpıcıdan geçirilmelidir. Bazı devrelerde bir referans seviyesini belirtmek için kırpıcılar kullanılabilirler.
Kırpıcı devreler için iki farklı sınıflandırma yapılabilir. Kırpıcılar, seri kırpıcılar ve paralel kırpıcılar olarak ikiye ayrılır. Seri devrelerde diyot yüke seri, paralel devrelerde diyot yüke paralel bağlıdır. Kırpıcı devreler aynı zamanda, alttan kırpıcılar ve üstten kırpıcılar olarak iki ana grupta toplanırlar. Alttan kırpıcı devrelerde işaretin negatif alternansından başlayan, üstten kırpıcı devrelerde işaretin pozitif alternansından başlayan bir kırpma meydana gelir. Bir önceki deneyde anlatılan yarım dalga doğrultucu devresi aynı zamanda bir alttan kırpıcıdır.
Deneyde diyotların ideal olduğu düşünülerek alttan, üstten, hem alttan hem üstten kırpıcı devreler birer örnek ile anlatılmıştır.
Alttan kırpıcı bir devre ;
Giriş işaretinin 0-t1 aralığında (pozitif alternansta) ; Diyotun anoduna sabit -V1 dc gerilimi, katoduna Vi sinüs işaretinin + alternansı uygulanmaktadır. Ve bu durum aralık boyunca hiç değişmez.
VA<VK diyot kesimdedir ve V0=Vi
Giriş işaretinin t1-t2 aralığında (negatif alternansta) ; Diyotun anoduna -V1 dc gerilimi, katoduna Vi sinüs işaretinin - alternansı uygulanmaktadır.
Vi<V1 ise VA<VK diyot kesimdedir ve V0=Vi Vi>V1 ise VA>VK diyot iletimdedir ve V0=V1
Şekil.1 a) Giriş işareti b) Alttan kırpıcı devresi c) Çıkış işareti
Üstten kırpıcı devre ;
Hem alttan hem üstten kırpıcı devre;
Giriş işaretinin + alternansında ; Diyotun anoduna Vi sinüs işaretinin + alternansı, katoduna V1 dc gerilimi uygulanmaktadır.
Vi<V1 ise VA< VK diyot kesimdedir ve V0=Vi
Vi>V1 ise VA>VK diyot iletimdedir ve V0= V1
Giriş işaretinin – alternansında ; Diyotun anoduna Vi sinüs işaretinin – alternansı, katoduna V1 dc gerilimi uygulanmaktadır. Ve bu durum aralık boyunca hiç değişmez.
VA>VK diyot kesimdedir ve V0=Vi
Giriş işaretinin + alternansında ; D1 diyotunun anoduna -V1 dc gerilimi, katoduna Vi sinüs işaretinin + alternansı uygulanmaktadır. D2 diyotunun anoduna Vi sinüs işaretinin + alternansı, katoduna V1 gerilimi uygulanmaktadır. Bu durumda D2 diyotunun olduğu kol, çıkış işaretini belirler.
Vi<V1 ise VA(D2)<VK(D2) diyot kesimde ve V0=Vi
Vi>V1 ise VA(D2)>VK(D2) diyot iletimde ve V0=V1
Giriş işaretinin - alternansında ; D1 diyotunun anoduna -V1 dc gerilimi, katoduna Vi sinüs işaretinin - alternansı uygulanmaktadır. D2 diyotunun anoduna Vi sinüs işaretinin - alternansı, katoduna V1 dc gerilimi uygulanmaktadır. Bu durumda D1 diyotunun olduğu kol, çıkış işaretini belirler.
Şekil.2 a) Giriş işareti b)Üstten kırpıcı devre c) Çıkış işareti
Şekil.3 a)Giriş işareti b) hem alltan hem üstten kırpıcı devre c)Çıkış işareti
2. Kenetleme Devreleri
Ac bir işaretin referans seviyesini, istenen bir dc değere öteleyerek, bu değerde tutan devreler
“kenetleme devreleri” olarak adlandırılır. Devrede bir diyot, bir kondansatör ve yük bulunmaktadır (ek bir kayma elde etmek için dc bir kaynak da kullanılabilir).
0 zamanında C kondansatörü boş olduğu için kısa devre gibi davranacak, bundan dolayı diyotta VA>VK dur.
Giriş işaretinin 0-t1 zamanları arasında ; Diyot iletime girip, (VA>VK) kısa devre olacak, çıkış voltajı da 0V olacaktır. Bu arada C kondansatörü, a ucundan giriş sinyalinin tepe değerine kadar dolmaya başladığı için sanki girişe uygulanan sinyale şekil.5’ deki gibi paralel bağlanmış gibi düşünülebilir. Yani kondansatörün a tarafındaki ucu +, diğer ucu – kutuplanacaktır.
Giriş işaretinin t1-t2 zamanları arasında ; Devre girişinin a ucu negatif, b ucu pozitif olacaktır.
Bu durumda diyot kesimde olduğundan (VA<VK) açık devre konumundadır. Devrenin çıkışa bağlı b ucu pozitif, a ucu negatif, C kondansatörünün a ucuna bağlı yeri bir önceki şarjdan dolayı pozitif, çıkışa bağlı ucu negatif olacak. Yani Vi giriş işareti ile C kondansatörü üzerindeki gerilim şekil.6’ daki gibi seri bağlı olarak davranacaktır. Diyot açık devre olduğu için çıkış, giriş sinyali ile kondansatör üzerindeki gerilimlerin toplamıdır. t1-t2 zamanları arasında çıkış voltajı, Vo=(-Vi) + (-VC) olacaktır. C üzerindeki gerilim, diyotun ideal olduğu durumda giriş geriliminin tepe değerine eşit olacaktır.
Giriş işaretinin t2-t3 zamanları arasında ; a ucu tekrar pozitif, b ucu da negatif olacaktır. C kondansatörü üzerindeki gerilim boşalmayacağı (aslında çok azda olsa boşalır, fakat bu çok önemli değildir) için diyot kesimde olduğundan (VA<VK) açık devre konumundadır. Çıkışta, kondansatör ile giriş geriliminin toplamı görülecektir. Bu değer, Vo=(Vi) + (-VC) ‘ dir.
Devre, bundan sonraki tüm negatif alternanslarda t1-t2 zamanları arasında olduğu gibi, tüm pozitif alternanslarda ise t2-t3 zamanları arasında olduğu gibi davranacaktır. Şekil.4’ de V0
çıkış işareti çıkışın sürekli halini göstermektedir.
R ve C' nin (τ=RC zaman sabiti) değeri, diyot iletimdeyken kondansatörü çabuk dolduracak şekilde seçilmelidir. Şekil.4’ deki devrede diyotun yönü ters çevrilerek çıkış gerilimi pozitif Şekil.4 a)Giriş işareti b)Kenetleme devresi c)Çıkış işareti
II- ÖN HAZIRLIK 1.
2.
3.
4.
III- DENEYDE KULLANILAN MALZEMELER
2x1N4001 diyot, 10KΩ luk direnç, 2x10μF lık kondansatör (min 25V’ luk) .
Yandaki devrenin giriş (Vi(t)) ve çıkış (Vo(t)) gerilimlerini ölçekli olarak alt alta çiziniz.
Vi(t)=5Sin2π500t V, R=1KΩ, VON=0.7V(D1 ve D2 diyotu için eşik gerilimi), VZ=3.1V (D2 diyotunun zener gerilimi).
Yanda verilen devrenin giriş (Vi(t)) ve çıkış (Vo(t)) gerilimlerini, VR=0V, VR=5V, VR=10V için ölçekli olarak alt alta çiziniz.
Vi(t)=10Sin2π1000t V, R=10KΩ, VON=0.7 V (diyotun eşik gerilimi) .
Yanda Vo=f(Vi) transfer karakteristiği verilen dalga şekillendirici devreyi tasarlayınız (diyotlar için VON=0V).
Bu devrenin girişine Vi(t)=5Sin2Ω1000t V işareti uygulandığı durumda tasarladığınız devrenin çıkış işaretini çiziniz.
Yandaki devrenin çalışmasını ayrıntılı olarak anlatınız. Giriş (Vi(t)) ve çıkış (Vo(t)) işaretlerini ölçekli olarak alt alta çiziniz.
Vi(t)=5Sin2Ω1000t V, VON=0V (diyotun eşik gerilimi)
Şekil.5 Şekil.6
IV- DENEYİN YAPILIŞI 1.
V1=0V iken V0 ; T/D= , V/D= V1=5V iken V0 ; T/D= , V/D=
2.
Yandaki devreyi kurunuz. Devrenin girişine Vi=10Sin2π1000t V işaretini uygulayınız. V1=0V, 5V, 10V olması durumunda V0 çıkış dalga şeklini osiloskopta gözlemleyip (DC kademede), çiziniz.
Yandaki üstten kırpıcı devreyi kurunuz. Devrenin girişine Vi=10Sin2π1000t V işaretini uygulayınız.
V1=0V, 5V, 10V olması durumunda osiloskopta (DC kademede) CH2 kanalında görülen çıkış işaretlerini ve osiloskop X-Y konumunda iken V0=f(Vi) transfer karakteristiklerini çiziniz.
V1=10V iken V0 ;T/D= , V/D=
V1=0V iken V0 ; T/D= , V/D= V1=5V iken V0 ; T/D= , V/D=
V1=10V iken V0 ; T/D= , V/D= V1=0V iken V0=f(Vi) ; T/D= , V/D=
V1=5V iken V0=f(Vi) ; T/D= , V/D= V1=10V iken V0=f(Vi) ; T/D= , V/D=
3. Yandaki devreyi kurunuz. Devrenin girişine
Vi=10Sin2π1000t V işaretini uygulayınız.
C1=C2=10μF’ dır. Osiloskopta (DC kademede) VC1 ve VC2 işaretlerini gözlemleyip, çiziniz.
VC1 ; T/D= , V/D= VC2 ; T/D= , V/D=
V- RAPORDA İSTENENLER
1. Deneyin yapılışı başlığı altında çizdiğiniz tüm deney sonuçlarını grafik kağıdına V/D ve T/D değerlerini belirterek çiziniz.
2. a. Yukarıdaki 3. deneyde, VC1 ve VC2 işaretleri osiloskopta AC kademede nasıl gözlemlenir, neden?
b. Yukarıda 3. deneydeki gibi bir devre nerelerde, hangi amaçla kullanılır.
3. İçerisinde kırpıcı veya kenetleyici (veya çoğullayıcı) veya doğrultucu devre barındıran bir devre şeması araştırıp, çiziniz. Bu devre üzerinde kırpıcı veya kenetleyici (veya çoğullayıcı) veya doğrultucu kısımları belirtiniz. Devrenin çalışması hakkında bilgi veriniz.
E. YALÇIN, Eylül 2005
