Download - analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
1/159
YARILETKENLERN TANITILMASI
Konular:1.1 Atomik Yap1.2 Yariletken, letken ve Yaltkan1.3 Yariletkenlerde letkenlik1.4 N Tipi ve P tipi Yariletkenler1.5 PN Bitiimi (eklemi) ve Diyot1.6 PN Bitiiminin nbeslemesi
Amalar:Bu blm bitirdiinizde aada belirtilen konular hakknda ayrntl bilgiye sahipolacaksnz.
Maddenin temel atomik yaps Atom numaras ve arl, elektron kabuklar ve yrngeler, Valans elektronlar,
iyonizasyon Yariletken, iletken ve yaltkan. Enerji bandlar, Silisylum ve germanyum Yariletkenlerde iletkenlik, elektronlar ve boluklarda iletkenlik, N tipi ve P tipi maddenin oluturulmas; Katk ilemi PN eklemi ve temel ilevleri PN ekleminin nbeslenmesi Diyot karakteristikleri
BLM1
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
2/159
2
ekil-1.1 eitli elektronik devre elemanlarnn genel grnm
Kullandmz pek ok cihazn retiminde bir veya birka elektronik devre elemankullanlmaktadr. Elektronik devre elemanlar ise yariletken materyaller kullanlarakretilir. Diyot, transistr, tristr, FET, tmdevre (entegre) v.b adlarla tanmlananelektronik devre elemanlarnn bir ou ekil-1.1de resimlenmitir.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
3/159
3
Elektronik devre elemanlarnn dolaysyla elektronik cihazlarn nasl altn anlamakiin yariletken materyallerinin yaps hakknda bilgiye gereksinim duyarz. Bu bilgiyiulamann en etkin yolu maddenin temel atomik yapsn incelemekle balar.
Bu kitap boyunca elektronik devre elemanlarn belirli bir sra ierisinde tanyacaz. Buelemanlarn tm zelliklerini inceleyerek cihaz tasarmlarn gerekletireceiz.
1.1 ATOMK YAPI
Tm maddeler atomlardan oluur. Atomlar ise; elektronlar, protonlar ve ntronlardanmeydana gelir. Elektrik enerjisinin oluturulmasn ve kontrol edilmesini maddeninatomik yaps belirler. Atomik yapya bal olarak tm elementler; iletken, yaltkanveya yariletken olarak snflandrlrlar.
Elektronik endstrisinde temel devre elemanlarnn retiminde yariletken materyallerkullanlr. Gnmzde elektronik devre eleman retiminde kullanlan iki temelmateryal vardr. Bu materyaller; silisyum ve germanyumdur.
letken, yaltkan ve yariletken maddelerin ilevlerini ve zelliklerini incelemek iintemel atomik yapnn bilinmesi gerekir.
Bu blmde temel atomik yapy inceleyeceiz. Blm sonunda aada belirtilenkonular hakknda bilgi edineceksiniz.
ekirdek, proton, ntron ve elektron Atom arl ve atom numaras Yrnge Valans elektronlar yonisazyon
Yeryznde bilinen 109 element vardr. Bir elementin zelliklerini belirleyen en kkyapta ise atomlardr. Bilinen btn elementlerin atomik yaplar birbirinden farkldr.
Atomlarn birlemesi elementleri meydana getirir.Klasik bohr modeline gre atom, ekil-1.1de gsterildii gibi 3 temel paracktan oluur.Bunlar; elektron, proton ve ntrondur. Atomik yapda; ntron ve protonlar merkezdekiekirdei oluturur. ekirdek art ykldr. Elektronlar ise ekirdek etrafnda sabit biryrngede dolarlar ve negatif ykldrler.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
4/159
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
5/159
5
Elektron Kabuklar ve YrngelerBir atomun, elektron ieren yrngeleri ekirdekten belirli uzaklktadr. ekirdee yaknolan yrngedeki elektronlar, ekirdee uzak olan yrngedeki elektronlardan daha azenerjiye sahiptir. ekirdee farkl uzaklklarda bulunan yrngelerdeki elektronlarbelirli enerji seviyelerine uyar. Atomda, enerji bantlar eklinde gruplam yrngelerkabuk (shell) olarak bilinirler. Verilen her bir atom, sabit kabuk saysna sahiptir.Kabuklarda barnan elektronlar ise belirli bir sistem dahilinde dizilirler.
Her bir kabuk, izin verilen sayda maksimum elektron barndrr. Bu elektronlarn enerjiseviyeleri deimez. Kabuk iindeki elektronlarn enerji seviyeleri bir birinden azda olsakk farkllklar gsterir. Fakat; kabuklar arasndaki enerji seviyelerinin fark ok dahabyktr.
ekirdek etrafnda belirli bir yrngeyi oluturan kabuklar, k-l-m-n olarak gsterilirler.ekirdee en yakn olan kabuk k dr. k ve l kabuklar ekil-1.4 de gsterilmitir.
enerji seviyesi
W6
W5
W4
W3
W2
W11. Kabuk
2. Kabuk
ekirdek
W= Enerji
r = ekirdekten uzaklk
k
l
Bu elektron, en dkenerjiye sahiptir.
Bu elektron, en yksekenerjiye sahiptir.
r1
r2
r3
r4
r5
r6
ekil- 1.3 ekirdekten uzaklklarna gre enerji seviyeleri.
Valans Elektronlar
Elektronlar ekirdekten uzaktadr ve ekirdekten ayrlma eilimindedir. ekirdekelektronun bu ayrlma eilimini dengeleyecek gtedir. nk elektron negatif ykl,ekirdek pozitif ykldr. ekirdekten uzakta olan elektronun negatif yk daha fazladr.
Bu durum merkezden kama kuvvetini dengelemektedir. Bir atomun en dtaki kabuu, enyksek enerji seviyeli elektronlara sahiptir. Bu durum onu atomdan ayrlmaya daha eilimlihale getirir. Valans (atomun deerini ayarlayan elektronlar) elektronlar kimyasal reaksiyonave malzemenin yapsna katk salar.
Bir atomun en d kabuundaki elektronlar, ekirdek etrafnda simetrik olarak hareketederler ve kendi aralarnda bir ba olutururlar. Bu baa kovelant ba denir. Atomun end kabuundaki elektronlara ise valans elektron ad verilir. Komu atomlarn en dkabuklarndaki elektronlar (valans elektronlar) kendi aralarnda valans iftleri olutururlar.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
6/159
6
yonizasyon
Bir atom, s kaynandan veya ktan enerjilendii zaman elektronlarnn enerji seviyeleriykselir. Elektronlar enerji kazandnda ekirdekten daha uzak bir yrngeye yerleir.
Bylece Valans elektronlar daha fazla enerji kazanr ve atomdan uzaklama eilimleri artar.Bir valans elektronu yeterli miktarda bir enerji kazandnda ancak bir st kabua kabilirve atomun etkisinden kurtulabilir.
Bir atom, pozitif arjn ar artmas (protonlarn elektronlardan daha fazla olmas)durumunda ntr deere ulamaya alr. Bu amala atom, valans elektronlarn hareketegeirir. Valans elektronunu kaybetme ilemi YONZASYON olarak bilinir ve atom pozitifarj ile yklenmi olur ve pozitif iyon olarak adlandrlr. rnein; hidrojenin kimyasalsembol Hdr. Hidrojenin valans elektronlar kaybedildiinde pozitif iyon adn alr ve H+
olarak gsterilir. Atomdan kaan valans elektronlar
serbest elektron olarak adland
r
l
r.Serbest elektronlar, ntr hidrojen atomunun en d kabuuna doru akar. Atom negatif ykile yklendiinde (elektronlarn prontonlardan fazla olmas) negatif iyon diye adlandrlrlarve H- olarak gsterilirler.
1.2 YARILETKEN, LETKEN VE YALITKAN
Byn materyaller; elektrik enerjisine gsterdikleri tepkiye bal olarak balca 3 grubaayrlrlar. Bu guruplar; iletken, yaltkan ve yariletken olarak tanmlanr. Bu blmde;
zellikle yariletken maddelerin temel yapsn inceleyerek, iletken ve yaltkan maddelerlearalarndaki farklar ortaya koymaya alacaz.
Bu blm bitirdiinizde aada belirtilen konularda ayrntl bilgiye sahip olacaksnz.
Atomik yapnn z Bakr, silisyum, germanyum ve karbon v.b maddelerin atomik yaplar letkenler Yariletkenler letken ve yariletken arasndaki farklar
Silisyum ve germanyum yariletken malzemelerin farkllklar
Tm materyaller atomlardan oluur. Materyallerin atomik yaps, materyalin elektrikenerjisine kar gsterecekleri tepkiyi belirler. Genel bir atomik yap; merkezde birekirdek ve ekirdei evreleyen yrngelerden olumaktadr. Materyalin iletken veyayaltkan olmasnda atomik yrngede bulunan elektron says ok nemlidir.
letken
Elektrik akmnn iletilmesine kolaylk gsteren materyallere iletken denir. yi bir iletkenzellii gsteren materyallere rnek olarak, bakr, gm, altn ve aliminyumusayabiliriz. Bu materyallerin ortak zellii tek bir valans elektronuna sahip olmalardr.Dolays ile bu elektronlarn kolaylkla kaybedebilirler. Bu tr elementler; 1 veya birkavalans elektrona sahiptirler. rnein bakr, altn, gm v.b .
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
7/159
7
Yaltkan
Normal koullar altnda elektrik akmna zorluk gsterip, iletmeyen materyallere yaltkandenir. Yaltkan maddeler son yrngelerinde 6 ile 8 arasnda valans elektron barndrrlar.Serbest elektron bulundurmazlar. Yaltkan maddelere rnek olarak bakalit, ebonit v.bametalleri sayabiliriz.
Yariletken
Yariletken maddeler; elektrik akmna kar, ne iyi bir iletken nede iyi bir yaltkan zelliigsterirler. Elektronik endstrisinin temelini oluturan yariletken maddelere rnek olarak;silisyum (si), germanyum (ge) ve karbon (ca) elementlerini verebiliriz. Bu elementler sonyrngelerinde 4 adet valans elektron bulundururlar.
Enerji Band
Maddelerin iletken, yaltkan veya yariletken olarak snflandrlmasnda enerji bandlarolduka etkindir. Yaltkan, yariletken ve iletken maddelerin enerji bandlar ekil-1.4deverilmitir. Enerji band bir yaltkanda ok genitir ve ok az sayda serbest elektron ierir.Dolaysyla serbest elektronlar, iletkenlik bandna atlayamazlar. Bir iletkende ise; valansband ile iletkenlik band adeta birbirine girmitir. Dolaysyla harici bir enerjiuygulanmakszn valans elektronlarn ou iletkenlik bandna atlayabilir. ekil-1.4dikkatlice incelendiinde yariletken bir maddenin enerji aral; yaltkana gre daha dar,iletkene gre daha genitir.
letim Band
Valans Band
letim Band
Valans Band
letim Band
Valans Band
Enerji Enerji Enerji
Enerji Aral
Enerji Aral
0 0 0
a) Yaltkan a) Yariletken a) letken
ekil-1.4 farkl Materyal iin enerji diyagram
Silisyum ve Germanyum
Diyot, transistr, tmdevre v.b elektronik devre elemanlarnn retiminde iki tip yar iletkenmalzeme kullanr. Bunlar; SLSYUM ve GERMANYUM elementleridir. Bu elementlerinatomlarnn her ikisi de 4 Valans elektronuna sahiptir. Bunlarn birbirinden fark; Silisyumunekirdeinde 14 proton, germanyumun ekirdeinde 32 proton vardr. ekil-1.5de her ikimalzemenin atomik yaps grlmektedir. Silisyum bu iki malzemenin en okkullanlandr.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
8/159
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
9/159
9
1.3 YARILETKENLERDE LETKENLK
Malzemenin elektrik akmn nasl ilettii, elektrik devrelerinin nasl altnnanlalmas bakmndan ok nemlidir. Gerekte temel akm mantn bilmeden diyotveya transistr gibi yariletken devre elemanlarnn almasn anlayamazsnz.
Bu blmde iletkenliin nasl meydana geldiini ve baz malzemelerin dierlerindenniye daha iletken olduunu, yariletken malzemelerde iletkenliin nasl salandnreneceksiniz.
Bu blmde enerji bantlar ierisinde elektronlarn nasl ynlendiini greceksiniz.ekirdein etrafndaki kabuklar enerji bantlar ile uyumludur. Enerji bantlar birbirlerineok yakn kabuklarla ayrlmtr. Aralarnda ise elektron bulunmaz. Bu durum ekil-1.6da silisyum kristalinde (dardan s enerjisi uygulanmakszn) gsterilmitir.
ekirdek 0
1. Band (k kabuu)
2. Band (l kabuu)
Valans Band
letim Band
Enerji Aralklar
Enerji Aralklar
Enerji Aralklar
Enerji
ekil-1.6 Durgun silisyum kristalinin enerji band diyagram.
Elektronlar ve Boluklarda iletkenlik
Saf bir silisyum kristali oda scaklnda baz tepkimelere maruz kalr. rnein; bazvalans elektronlar enerji aralklarndan geerek, valans bandndan iletkenlik bandnaatlarlar. Bunlara serbest elektron veya iletkenlik elektronlar denir. Bu durum ekil-1.7.ada enerji diyagramnda, ekil-1.7.bde ise ba diyagramnda gsterilmitir. Birelektron; valans bandndan iletkenlik bandna atladnda, valans bandnda boluklarkalacaktr. Bu boluklara delik=boluk veya hole denir. Is veya k enerjisiyardmyla iletkenlik bandna kan her elektron, valans bandnda bir delik oluturur. Budurum, elektron boluk ifti diye adlandrlr. letkenlik bandndaki elektronlar enerjile-rini kaybedip, valans bandndaki bolua geri dtklerinde her ey eski haline dner.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
10/159
10
zetle; saf silisyumunun iletkenlik bandndaki elektronlarn bir ksm oda scaklnda
hareketli hale geer. Bu hareket, malzemenin herhangi bir yerine doru rasgeledir. Byle-ce valans bandndaki boluk saysna eit miktarda elektron, iletkenlik bandna atlar.
Valans Band
letim Band
Enerji Aralklar
Enerji
Delik
SerbestElektron
IsEnerjisi
a) Enerji Diyagram
IsEnerjisi
SerbestElektron
Delik
Si
Si
b) Ba Diyagram
ekil-1.7.a ve b. Hareketli bir silisyum atomunda bir elektron boluunun oluturulmas.
Elektron ve Delik (hole) akm
Saf silisyumun bir ksmna gerilim uygulandnda neler olduu ekil-1.8 zerindegsterilmitir. ekilde iletkenlik bandndaki serbest elektronlarn negatif utan pozitifuca doru gittikleri grlmektedir. Bu; serbest elektronlarn hareketinin olutuu akmnbir trdr. Buna elektron akm denir.
Si
Si
Si
Si Si Si
SiSiSi
SiSi SiSi
Si
Si
+V
ekil-1.8 Serbest elektronlar
n s
cakl
k oluturmas
ile meydana gelen hareket,silisyum iinde bir elektron akna neden olur.
Akm oluturan bir dier tip ise valans devresindeki deiimlerdir. Bu ise; serbestelektronlar neticesinde boluklarn olumas ile meydana gelir. Valans bandnda kalandier elektronlar ise hala dier atomlara bal olup serbest deillerdir. Kristal yapierisinde rasgele hareket etmezler. Bununla birlikte bir valans elektronu komu boluatanabilir. (enerji seviyesindeki ok kk bir deiimle). Bylece bir boluktan dierinehareket edebilir. Sonu olarak kristal yap ierisindeki boluklarda bir yerden dier yerehareket edecektir. Bu durum ekil-1-9da gsterilmitir. Boluklarn bu hareketi deakm diye adlandrlr.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
11/159
11
ekil-1.9 Serbest elektronlarn scaklk oluturmas ile meydana gelen hareket silisyum iinde birelektron akna neden olur.
1.4 N-TP VE P-TP YARI LETKENLER
Yariletken malzemeler, akm iyi iletmezler. Aslnda ne iyi bir iletken, nede iyi bir
yal
tkand
rlar. nk valans band
ndaki boluklar
n ve ilettim band
ndaki serbestelektronlarn says snrldr. Saf silisyum veya germanyumun mutlaka serbestelektron veya boluk says artrlarak iletkenlii ayarlanmaldr. letkenliiayarlanabilen silisyum veya germanyum, elektronik devre elemanlarnn yapmndakullanlr. Germanyum veya silisyumun iletkenlii ise ancak saf malzemeye katkmaddesi eklenmesi ile salanr. Katk maddesi eklenerek oluturulan iki temelyariletken materyal vardr. Bunlara; N-tipi madde ve P-tipi madde denir. Elektronikdevre elemanlarnn retiminde bu iki madde kullanlr.
Bu blm bitirdiinizde; Katk (doping) ilemini N-tipi yariletken maddenin yapsn P-tipi yariletken maddenin yapsn
ounluk ve aznlk akm tayclarnAyrntl olarak reneceksiniz.
Katklemi (Doping)
Silisyum ve germanyumun iletkenlii kontroll olarak artrlabilir. letkenlii kontrollolarak artrmak iin saf yariletken malzemeye katk maddesi eklenir. Bu ilemedoping denir. Akm tayclarnn (elektron veya boluk) saysnn artrlmasmalzemenin iletkenliini, azaltlmas ise malzemenin direnci artrr. Her iki dopingolaynn sonucunda N-tipi veya P-tipi madde oluur.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
12/159
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
13/159
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
14/159
14
P blgesi ise ok sayda boluklar (delik=hole) ierir. Bunlara ounluk akmtayclar denir. Bu blgede s etkisi ile oluan birka serbest elektronda bulunur.Bunlara ise aznlk akm tayclar denir. Bu durum ekil-1.12.(b)de gsterilmitir. PNbirleimi elektronik endstrisinde kullanlan diyotlarn, transistrlerin ve dier katk haldevrelerinin temelini oluturur.
Deplasyon Katman ve levi
P maddesinde elektron noksanl (boluk), N maddesinde ise elektron fazlal meydanagelmiti. Elektron ve oyuklarn hareket ynleri birbirine zttr. Aslnda bu iki maddebalangta elektriksel olarak ntr haldedir.
P ve N maddesi ekil-1.13.ada grld gibi birletirildiini kabul edelim. Birleimolduu anda N maddesindeki serbest elektronlar, P maddesinde fazla olan oyuklarla(boluk=delik) birleirler. P maddesindeki fazla oyuklarn bir ksm ise, N maddesinegelip elektronlarla birleirler. Bu durumda P maddesi net bir (-) yk, N maddesi ise (+)yk kazanm olur. Bu olay olurken P maddesi (-) yke sahip olduundan Nmaddesindeki elektronlar iter. Aynekilde, N maddesi de (+) yke sahip olduundan Pmaddesindeki oyuklar iter. Bylece P ve N maddesi arasnda daha fazla elektron veoyuk akmasn engellerler. Yk dalmn belirtildii ekilde olumas sonucunda PNbirleiminin arasnda gerilim seddi denilen bir blge (katman) oluur.
Bu durum ekil-1.13.bde resmedilmitir. letim dengesi salandnda deplesyon kat, P-N birleiminde iletim elektronu bulunmad noktaya kadar geniler.
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
Engel Potansiyeli
P TPMADDE N TPMADDE
Delik (hole)
Elektron
P TPMADDE N TPMADDE
pn bitiimi
-
Deplasyon
Blgesi
ekil-1.13.a ve b PN birleiminin denge iletimi. Elektron boluk iftinin oluturduuscaklkla, N blgesindeki birka boluun aznlk tayclarnn meydana getirilmesi.
ekil-1.13.bde PN birleim blgesinde pozitif ve negatif iyonlarla oluturulan gerilimseddi grlmektedir. Oluan bu gerilim seddi; 250 Cde silisyum iin engel 0.7 volt,germanyum iin 0.3 volt civarndadr. Bu gerilime diyot ngerilimi denir. Diyotngerilimi sdan etkilenir. rnein scaklk miktarndaki her 10Clik art, diyotngeriliminin yaklak 2.3mV azalmasna neden olur.
Diyot ngerilimi ok nemlidir. nk PN birleimine dardan uygulanan geriliminoluturaca akm miktarnn kararl olmasn salar. lerideki blmlerde PN birleiminiayrntl olarak inceleyeceiz.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
15/159
15
1.6 PN BRLEMNN POLARMALANMASI
leri Ynde Polarma (Forward Bias)
leri ynde polarma; yariletken bir devre elemannn ularna uygulanan DC geriliminyn ile ilgilidir. PN birleiminden akm akmasn salayacak ekilde yaplanpolarmadr. ekil-1.14de bir diyoda ileri ynde polarma salayacak balant
grlmektedir.
p
n
R
+ -Vpolarma
ekil-1.14leri ynde polarma balants. R, direnci akm snrlamak amacylakullanlmtr.
leri ynde polarma yle alr. Bataryann negatif ucu N blgesine (Katot olarakadlandrlr), pozitif ucu ise P blgesine (Anot olarak adland rlr) balanmtr.Bataryann negatif terminali, N blgesindeki iletkenlik elektronlarn birleim blgesinedoru iter. Ayn anda pozitif terminal, P blgesindeki oyuklar birleim blgesine iter.Uygulanan polarma gerilimi yeterli seviyeye ulanca; N blgesindeki elektronlarn ve Pblgesindeki oyuklarn engel blgesini amasn salar.
N blgesinden ayrlan elektronlara karlk, bataryann negatif ucundan ok saydaelektron girmesini salar. Bylece N blgesinde iletkenlik elektronlarnn hareketi(ounluk akm tayclar) eklem blgesine dorudur.
Karya geen iletkenlik elektronlar, P blgesinde boluklar ile birleirler. Valanselektronlar boluklara tanr ve boluklar ise pozitif anot blgesine tanr. Valans
PN bitiiminin nasl oluturulduunu grdk. PN bitiimi elektronik devreelemanlarnn retiminde kullanlan en temel yapdr.
PN birleimine elektronik biliminde diyot ad verilmektedir. Diyot veya dier birelektronik devre elamannn DC gerilimler altnda altrlmasna veya almayahazr hale getirilmesine elektronikte Polarma veya bias ad verilmektedir.
PN birleimi veya diyot; DC gerilim altnda iki trde polarmalandrlr. Bunlardanbirisi ileri ynde polarma dieri ise ters ynde polarma dr. leri veya ters yndepolarma, tamamen diyot ularna uygulanan gerilimin yn ile ilgilidir.
Bu blm bitirdiinizde; leri ynde polarma (forward bias) Ters ynde polarma (reverse bias)
Kavramlarn reneceksiniz.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
16/159
16
elektronlarnn boluklarla birleme ilemi PN ularna voltaj uyguland srece devameder ve devaml bir akm meydana gelir. Bu durum ekil-1.15de resmedilmitir.ekilde ileri ynde bayaslanan diyodtaki elektron ak grlmektedir.
R
+ -
Vpolarma
VD
Elektron akmboluk akm
N TPP TP
ekil-1.15: PN birleimli diyot ta elektron ak.
leri polarmada Gerilim seddinin etkisi
PN birleiminde meydana gelen gerilim seddi, Silisyumda 0.7V, germanyumda ise 0.3Vcivarndadr. Polarma geriliminin potansiyeli bu deere ulatnda, PN birleimindeiletim balar. PN ularna uygulanan gerilim, diyodu bir kez iletime geirdikten sonragerilim seddi klr. Akm ak devam eder. Bu akma ileri yn akm If denir. If akmP ve N blgesinin direncine bal olarak ok az deiir. Bu blgenin direnci (ileri yndekidiren) genellikle kktr ve kk bir gerilim kaybna sebep olur.
Ters Polarma (Revrese Bias)
Ters kutuplamada bataryann negatif ucu P blgesine, pozitif ucu ise N blgesinebalanmtr. Bu durum ekil-1.16da gsterilmitir. Ters polarmada PN birleimindenakm akmaz. Bataryann negatif ucu, PN blgesindeki boluklar kendine doru eker.Pozitif ucu ise PN blgesindeki elektronlar kendine doru eker ve bu arada (deplesyonblgesi) yaltkan katman geniler. N blgesinde daha ok pozitif iyonlar, P blgesinde ise
daha ok negatif iyonlar oluturulur.
p
n
+-Vpolarma
ekil-1.16 Ters Polarma balants.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
17/159
17
Yaltkan (deplesyon) katmandaki potansiyel fark harici bayas gerilimine eit oluncayakadar geniler. Bu noktada boluklarn ve elektronlarn hareketi durur. Birleimdenounluk akm tayclarnn harekete balamas (transient ) akm diye adlandrlr. Buise ters kutuplama yapldnda ok ksa bir anda akan bir akmdr.
+-
Vpolarma
EngelKatman
N TPP TP- +
-
---
-
-
--
--- +
+ +++++++
++
ekil-1.17 Ters polarmada oluan engel katman
Diyot ters kutuplandnda engel katmannn yaltkanl artacak ve her iki taraftaki iyonlararj olacaktr. Bu durum kapasitif bir etki yaratr. Ters kutuplama gerilimi arttka engelkatman geniler. Bu arada kapasitansda artacaktr. Bu durum, deplesyon katmannn
kapasitans diye bilinir ve bu durum pratik kolaylklar salar.
Aznlk Akm
imdiye kadar rendiimize gre; diyoda ters gerilim uygulandnda ounluk akmabucak sfr olur. Ancak ters kutuplama da bile ok az bir aznlk akm mevcutolacaktr. Bu ters akm germanyumda, silisyuma gre daha fazladr. Bu akm silisyumiin mikro amper veya nano amperler mertebesindedir. Dolays ile s ile oluan elektronboluk ifti ise minimum seviyesindedir. Harici ters gerilim; uygulanrken bazelektronlar PN birleimini geecektir. Ters akm ayn zamanda birleimin ssna ve terskutlama geriliminin miktarna baldr dolays ile snn artmas ters akm daartracaktr.
Ters Ynde Krlma
Eer dardan uygulanan ters polarma gerilimi ar derecede artrlrsa krlmasmeydana gelir. imdi bu ne demektir? Aznlk akm tayclar olan iletkenlik bandelektronlar dardan uygulanan ters gerilim kaynann etkisi ile P blgesine itilirler. Buesnada valans elektronlar iletkenlik bandna doru hareket ederler. Bu anda iki taneiletkenlik band elektronu mevcuttur. Her biri bir atomda bulunan bu elektronlar; valansbandndan, iletkenlik bandna hareket eder. letkenlik band elektronlarnn hzlaoalmas olay, etkisi olarak bilinir. Sonu olarak byk bir ters akm akar. oudiyotlar genelde ters krlma blgesinde almazlar. nk hasar grebilirler. Bununlabirlikte baz diyotlar srf ters ynde alacak ynde yaplmlardr. Bunlara Zener
Diyotad
verilir.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
18/159
18
1.7 DYOT
nceki blmlerde oluturulan PN birleimine elektronik endstrisinde diyot adverilmektedir. Diyot, elektronik endstrisinin temelini oluturan en basit aktif devreelemandr. retici firmalar kullancnn gereksinimine bal olarak farkl akm vegerilim deerlerinde alabilecek ekilde binlerce tip diyot retimi yapmlardr.
Bu blmde diyodun nasl altn , akm-gerilim karakteristiklerini ayrntlolarak inceleyeceiz. Bu blmde sra ile;
Diyot semboln deal diyot modelini Pratik diyot modelini
Diyotun polarmaland
r
lmasn
, Diyotun V-I karakteristiini Diyot direncini Diyotlarda yk dorusu ve alma karakteristiini Diyodun scaklkla ilikisini
reneceksiniz. Bu blmde reneceiniz temel alma prensipleri, ilerikiblmlerde diyotlarla yapacanz uygulama ve tasarmlara sizleri hazrlayacaktr.
PN Bitiimi ve Diyot
Bir nceki blmde oluturulan P ve N maddesinin birletirilmesi, Diyot ad verilen
yariletken devre elemann meydana getirir. P ve N maddesinin birletirilmesi ilemi,diyot reticileri tarafndan bir yzey boyunca veya belirli bir noktada yaplabilir. Bunedenle diyotlara nokta temasl diyot veya yzey bitiimli diyot ad da verilebilir.Her iki tip diyodun zellikleri ve alma karakteristikleri ayndr. Dolays ile bu olayreticileri ilgilendirir. Bizim bu konuyla ilgilenmemize gerek yoktur. ekil-1.19daelektronik endstrisinde kullanlan diyotlarn klf tipleri ve terminal isimleri verilmitir.
ekil-1.19 Diyotlarda klf tipleri ve terminal isimleri
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
19/159
19
Elektronik biliminde her devre eleman sembollerle ifade edilir. Sembol tespiti bir takmuluslararas kurallara gre yaplmaktadr. ekil-1.20de diyotun temel yaps ve ematikdiyot sembolleri verilmitir.
Anot
Katod
Anot
Katod
N
P
Katod
Anot
ekil-1.20 Diyotun yaps ve ematik diyot sembolleri
ekil-1.20de grld gibi diyot 2 terminalli aktif bir devre elemandr. Terminallerineilevlerinden dolay anot ve katod ismi verilmitir. Anot terminalini P tipi madde,katod terminalini ise N tipi madde oluturur.
Bu blmde genel amal dorultma diyotlarn ayrntlar ile inceleyeceiz. Elektronikendstrisinde farkl amalar iin tasarlanm, ilevleri ve zellikleri farkllklar gsterendiyotlarda vardr. Bu diyotlar, zel tip diyotlardr. leriki blmlerde incelenecektir.
deal Diyot Modeli
deal diyodu tek ynl bir anahtar gibi dnebiliriz. Anot terminaline gre; katotterminaline negatif bir gerilim uygulanan diyot, doru (ileri) ynde polarmalandrlmolur. Diyot, doru ynde polarmalandnda kapal bir anahtar gibi davranr. zerindenakm akmasna izin verir. Direnci minimumdur. Bu durum ekil-1.21..ada grlmektedir.
Anot terminaline gre; katot terminaline pozitif bir gerilim uygulanan diyot ters yndepolarmalandrlm olur. deal diyot ters ynde polarmalandrldnda, ak bir anahtargibi davranr. zerinden akm akmasna izin vermez ve direnci sonsuzdur.
Bu durum ekil-1.21.bde gsterilmitir. deal bir diyotun Akm-gerilim karakteristii iseekil-1.21.cde verilmitir.
+VDD R
deal Diyot
VF=0V
IF=V /RDD
a) Dogru Polarma
rV Vf
I f
Ir
c) V-I Karakteristii
+VDD R
deal Diyot
Vr
Ir=0
b) Ters Polarma
ekil-1.21 deal diyotun ileri ve ters polarmada davranlar
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
20/159
20
Pratik Diyot Modeli
Pratik kullanmda diyot, ideal modelden farkl davranlar sergiler. rnein; dorupolarma altnda kapal bir anahtar gibi ksa devre deildir. Bir miktar direnci vardr. Bunedenle zerinde bir miktar gerilim dm oluur. Bu gerilime diyot ngerilimi denirve VF veya VD sembolize edilir. Bu gerilim deeri; silisyumda 0.7V, germanyumda ise 0.3Vcivarndadr. Gerek bir diyotun doru polarma altnda modellemesi ekil-1.22..adaverilmitir.
Ters ynde polarmada ise, ak bir anahtar gibi direnci sonsuz deildir. Bu nedenlezerinden ok kk bir miktar akm akar. Bu akma sznt akm denir ve IR ilesembolize edilir. Sznt akm ok kk olduundan pek ok uygulamada ihmaledilebilir.
Gerek bir silisyum diyodun V-I karakteristii ise ekil-1.22.cde verilmitir. rnein; ekil-1.22.ada grlen doru polarma devresinde diyot zerinden geen ileri yn akm deeri IF;
R
VVI DDDF
=
olarak belirlenir.
+ VDD R
V
I
a) Dogru Polarma b) Ters Polarma
f
f
+
+VDD R
V
I
r
r
+
+dr0.7
S
rr
S
rV V f
r
f
I
I
c) V-I Karakteristii ekil-1.22 Pratik bir diyotun ileri ve ters polarmada davranlar
1.8 DYOT KARAKTERSTKLER
Diyot karakteristii; diyoda uygulanan polarma gerilimi ve akmlarna bal olarak
diyodun davrann verir. retici firmalar; rettikleri her bir farkl diyot iin, gereklikarakteristikleri kullancya sunarlar.
Bu blmde; Diyotun V-I karakteristiini Diyot direncini Yk dorusu ve alma noktasn Diyot karakteristiinin scaklkla ilikisini
ayrntl olarak inceleyeceiz.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
21/159
21
Diyotun V-I karakteristiiDiyotun V-I karakteristii; diyot ularna uygulanan gerilimle, diyot zerinden geen akmarasndaki ilikiyi gsterir. Diyot; doru ve ters polarma altnda farkl davranlar sergiler.Genel kullanm amal silisyum diyodun doru ve ters polarmalar altndaki V-Ikarakteristii ekil-1.23de verilmitir. ekil-1.23 zerinde diyodun V-I karakteristiinikarmak iin gerekli devre balantlar grlmektedir.
Diyot, doru polarmada iletimdedir. Ancak iletime balama noktas VD olarakiaretlenmitir. Bu deerden sonra diyot zerinden akan ileri yn IF akm artarken, diyotzerine den gerilim yaklak olarak sabit kalmaktadr. Bu gerilim diyot ngerilimi olarakadlandrlr. Diyot ngerilimi silisyum bir diyotda yaklak olarak 0.7V civarndadr.
Ters polarma altnda ise; diyot zerinden geen akm miktar ok kktr. Bu akmasznt akm denir. Sznt akm, silisyum bir diyotda birka nA seviyesinde, germanyumbir diyotda ise birka A seviyesindedir. Ters polarma altnda diyot, belirli bir gerilimdeerinden sonra iletime geer. zerinden akan akm miktar ykselir. Ters polarma altndadiyotu krlp iletime gemesine neden olan bu gerilime krlma gerilimi denir. Bu durumekil-1.23 zerinde gsterilmitir.
)V(Vf
)mA(If
)V(Vr
)A(Ir
Sznt akmKrlma noktas
VDD R
Dogru Polarma
f+
I f
V
+
VDD R
Ters Polarma
r+
I r
V
+
VF=0.7V
ekil-1.23 Silisyum diyotun V-I karakteristii
Diyot; krlma geriliminde iletime gemekte ve zerinden akm akmasna izin vermektedir.ekil-1.23deki grafik dikkatlice incelenirse, diyot zerinden akan akm artt halde, gerilimsabit kald gzlenmektedir. Bu durum nemlidir. retici firmalar, bu durumu dikkatealarak farkl deerlerde krlma gerilimine sahip diyotlar gelitirip, tketime sunmulardr.Bu tr diyotlara zener diyot ad verilir. Zener diyotlar, ileri blmlerde ayrntl olarakincelenecektir.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
22/159
22
ekil-1.23de verilen diyot karakteristiinde; diyotun krlp akm aktmaya balamas,aada verilen eitlik ile aklanabilir.
)e(II kTqV
10 =
Bu formlde;I : Diyot akmnI0 : Ters polarmada sznt akmnV : Diyot ularna uygulanan polarma geriliminiQ : Elektron arj miktarn (Coulomb olarak)T : pn birleim scakln (K cinsinden)K : Boltzman sabitini
: Metale baml bir sabite (Ge:1, Si=2)
Silisyum ve germanyum diyotlarn akm-gerilim karakteristik erileri ekil-1.24de birlikteverilmitir. Grld gibi germanyum diyotlarn sznt akm ok daha byktr. Bunedenle gnmzde silisyum diyotlar zellikle tercih edilir. Germanyum diyotlar, isengerilimlerinin kk olmalar nedeniyle (0.2-0.3V) zellikle alak gl yksek frekansdevrelerinde krpc olarak kullanlmaktadrlar.
)A(Ir
)V(Vf)V(Vr
)mA(If
2A
4A
6A
5
15
10
20
25
30
0.70.50.3
Si
Si
Ge
Ge
rI (si)=10nA
ekil-1.24 Silisyum ve germanyum diyot karakteristiklerinin karlatrlmas
Diyot Direnci
Diyotun elektriksel olarak direnci; diyot ularndaki gerilimle diyot zerinden geenakmn oranna gre tayin edilir. Diyot direnci, karakteristiinde grld gibidorusal deildir. Doru polarma altnda ve iletim halindeyken, direnci minimum 10civarndadr. Ters polarma altnda ve kesimdeyken ise 10M-100M arasndadr.Diyodun doru akm altnda gsterdii diren deerine statik diren denir. Statikdiren (rs) aadaki gibi formle edilir.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
23/159
23
D
DS
I
Vstatikr =)(
Alternatif akm altnda gsterdii diren deerine dinamik diren denir. Dinamikdiren (rD) aadaki gibi formle edilir.
I
VdinamikrD
=)(
Diyotlarda; dinamik veya statik diren deerlerinin hesaplanmasnda diyot karakteristiikullanlr. ekil-1.25de silisyum bir diyodun ileri yn karakteristii verilmitir.
.
IF(mA)
VF(v)
Q1
Q2
Q3
V1
V2
V3
I1
I2
I3
ekil-1.25 Statik ve Dinamik diyot direnlerinin belirlenmesi
Statik ve dinamik diyot direnlerinin belirlenip formle edilmesinde ekil-1.25degrlen diyot karakteristiinden yararlanlr. ekilde grlen karakteristikte deiimnoktalar Q1, Q2 ve Q3 olarak iaretlenmitir. rnein Q1 ve Q2 noktalarnda diyotunstatik direnci;
1
11)(
IVQrS =
2
22 )(
I
VQrS =
olarak bulunur. Diyotun dinamik direnci ise, akm ve gerilimin deimesi ile oluandiren deeridir. rnein Q2 noktasndaki dinamik diren deerini bulmak istersek, Q2noktasndaki deiimin (Q1 .. Q3 deiimi gibi) kk bir deiimini almamz gerekir.
13
13
II
VV
I
VrD
=
=
Elde edilen bu eitlik ters polarmada da kullanlabilir.
Yk Dorusu ve alma Noktas
Diyot, diren ve DC kaynaktan oluan basit bir devre ekil-1.26.da verilmitir. Devredediyot doru ynde polarmalandrlmtr.
IF(mA)
V(v)
Q
VF
VDD
R
IF
VD
VDD
REgim
1=
R
VDD
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
24/159
24
Diyot ideal kabul edilirse devreden akacak akm miktar;
R
VI DDF =
olaca aktr. Gerek bir diyot kullanldnda ise; devreden akacak I akm miktarnabal olarak diyot ularnda VD ile belirlenen bir diyot ngerilimi oluacaktr. Bu gerilimdeeri lineer deildir. Bu gerilim deerinin;
RIVV FDDF =
olaca aktr. Ayrca devreden akan akacak olan ID akm deerinin VDD gerilimine balolarak da eitli deerler alaca aktr. eitli VDD deerleri veya IF deerleri iin, diyotn gerilimi VDnin alabilecei deerler diyot karakteristii kullanlarak bulunabilir. VDDgeriliminin eitli deerleri iin devreden akacak olan IF akm deerleri bulunupkarakteristik zerinde iaretlenir ve kesiim noktalar birletirilirse ekil-1.26da grleneri elde dilir. Bu eriye yk dorusu denilir.
Yk dorusu izimi iin;
IF=0 iin VF=VDD (Diyot yaltkan)VF=0 iin IF=VDD/R (Diyot iletken)
Bulunan bu deerler karakteristik zerindeki koordinatlara iaretlenir. aretlenennoktalar karakteristik zerinde birletirilirse yk dorusu izilmi olur. Bu durum ekil-1.26 zerinde gsterilmitir. Diyot karakteristik erisinin yk izgisini kestii nokta Qalma noktas olarak bilinir. Yk izgisinin eimi ise -1/Rdir.
ekil-1.26da verilen devreye bal olarak yk dorusu bir defa karldktan sonraVDDnin herhangi bir deeri iin akacak akm miktar ve buna bal olarak R direnciularnda oluabilecek gerilim deeri kolaylkla bulunabilir. Yk dorusu ve almanoktasnn tayini; diyotu zellikle hassas kullanmlarda duyarl ve pratik alma salar.
Scaklk Etkisi
Diyot karakteristii ile ilgili bir dier faktr ise scaklktr. retici firmalar diyodunkarakteristik deerlerini genellikle 250C oda scakl iin verirler. Diyotun almaortam ss, oda scaklndan farkl deerlerde ise diyot ngeriliminde ve szntakmnda bir miktar deiime neden olur.
Diyot ngerilimi VF; her 10Clik s artnda yaklak 2.3mV civarnda azalr. Diyot sznt akm I0; her 100Clik s artnda yaklak iki kat olur.
Diyotun s deiimine kar gsterdii duyarllk olduka nemlidir. rnein buduyarllktan yararlanlarak pek ok endstriyel s lmnde ve kontrolnde sensrolarak diyot kullanlr.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
25/159
25
rnek:1.1
zm:1.1
a) ekil-1.27.ada verilen devre iin diyot zerinden akan ileri yn akmn ideal vepratik bir silisyum diyot iin bulunuz.
b) ekil-1.27.bde verilen devre iin ters yn gerilim ve akm deerlerini ideal vepratik bir silisyum diyot iin bulunuz. Diyot ters yn akm IR=1A
1K
RA
VDD V
F10V
1K
RA
VDD V
R10V
(a) (b)
IR
IF
ekil-1.27.a ve b Diyot devreleri
a)deal Diyot Modeli;
VF=0V
mAK
V
R
VI
A
DDF 101
10=
==
VKmARIV AFA 10)1()10( ===
Pratik Diyot Modeli;VF=0.7V
mAK
VVR
VVIA
FDDF 3.9
17.010 =
==
VKmARIV AFA 3.9)1()3.9( ===
b)deal Diyot Modeli;
IR=0AVVV DDR 10==
VVRA 0=
Pratik Diyot Modeli;
IR
=1A mVKARIV ARRA 1)1()1( ===
VmVVVVV RADDR 999.9110 ===
c)
d)
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
26/159
26
rnek:1.2
zm:
a) ekil-1.28de verilen devrede germanyum diyot kullanlmtr. Diyotundayanabilecei maksimum akm deeri 100mA olduuna gre R direncininminimum deeri ne olmaldr? Diyot ve diren zerinde harcanan gleribulunuz?
b) Ayn devrede verilen diyot karakteristiini kullanarak diyotun ac dinamikdirencini bulunuz?
IF(mA)
VF (v)0.90.72
R
ID
VDD
50
10
10V
VF=0.3V
ekil-1.28 Diyot devresi ve V-I karakteristii
a) DDDD VRIV +=
=
=
= 97100
3.010
mA
VV
I
VVR
D
DDD
Diren ve diyot zerinde harcanan gleri hesaplayalm.WmARIP FR 97.0)97()100()(
22===
mWWVmAVIPDFD
3003.0)3.0()100()()(2
==== b) leri yn karakteristii verilen diyodtun ac dinamik diren deeri;
mA
V
mAmA
VV
I
VrD
40
18.0
1050
72.09.0=
=
= = 5.4Dr
Diyot Testi
Diyot, saysal veya analog bir multimetre yardmyla basite test edilebilir. Analog birmultimetre ile lme ilemi konumunda yaplr. Salam bir diyotun ileri yn direnciminumum, ters yn direnci ise sonsuz bir deerdir. Test ilemi sonucunda diyotun anot-
katod terminalleri de belirlenebilir.ekil-1.29da diyotun saysal bir multimetre yardmyla nasl test edilecei gsterilmitir.Test ilemi saysal multimetrenin Diyot konumunda yaplr. Multimetrenin gsterdiideer diyot zerindeki ngerilimidir. Bu gerilim; doru polarmada silisyum diyotlarda 0.7Vcivarndadr. Germanyum diyotlarda ise 0.3V civarndadr. Ters polarmada her iki diyottipinde multimetrenin pil gerilimi (1.2V) grlr.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
27/159
27
0.70
V
Off
mA
A
COM V10A mA
10A
Katod Anot
a) Ileri Y nde po larma b) Ters Y nde po larmaDiyot Saglam Diyot Saglam Diyot Bozuk (aik devre)
c) Ileri Ynde polarma d) Ileri Ynde polarmaDiyot Bozuk (kisa devre)
1.20
V
Off
mA
A
COM V10A mA
10A
KatodAnot
1.20
V
Off
mA
A
COM V10A mA
10A
Katod Anot
0.00
V
Off
mA
A
COM V10A mA
10A
Katod Anot
ekil-1.25 Saysal multimetre ile diyot testi
1.9 BLM ZETi
Doadaki tm maddeler atomlardan oluur. Klasik bohr modeline gre atom 3temel paracktan oluur. Proton, ntron ve elektron.
Atomik yapda ntron ve protonlar merkezdeki ekirdei oluturur. Elektronlar iseekirdek etrafnda sabit bir yrngede dolarlar. Protonlar pozitif ykldr.Ntronlar ise ykszdr.
Elektronlar, ekirdekten uzakta belirli yrngelerde bulunurlar ve negatif ykldrler.Yrngedeki elektronlar atom arl ve numarasna bal olarak belirli saylardadrlar.
Atomun yrngeleri K-L-M-N olarak adlandrlrlar. Bir atomun sonyrngesindeki elektron miktar 8den fazla olamaz.
Atomun son yrngesindeki elektronlar valans elektron olarak adlandrlrlar.Valans elektronlar maddenin iletken, yaltkan veya yariletken olaraktanmlanmasnda etkindirler.
Yariletken materyaller 4 adet valans elektrona sahiptir. Elektronik endstrisindeyariletken devre elemanlarnn retiminde silisyum ve germanyum elementlerikullanlr.
Silisyum veya germanyum elementlerine katk maddeleri eklenerek P ve N tipimaddeler oluturulur. P ve N tipi maddeler ise elektronik devre elemanlarnnretiminde kullanlrlar.
P ve N tipi maddelerin birleimi diyotu oluturur. Birleim ilemi bir noktadayaplabildii gibi yzey boyunca da yaplabilir. Bu nedenle diyotlar genellikleyzey birleimli veya nokta temasl olarak imal edilirler. Her iki tip diyotundatemel zellikleri ayndr.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
28/159
28
Diyot elektronik endstrisinin en temel devre elemanlarndan biridir. ki adetterminale sahiptir. N tipi maddeden oluan terminale Katot, P tipi maddedenoluan terminale Anot ismi verilir.
Diyot iki temel alma biimine sahiptir. Bunlar letim ve kesim modundaalmadr.
Diyotun anoduna; kataduna nazaran daha pozitif bir gerilim uygulanrsa diyotiletim blgesinde alr ve iletkendir. Diyotun anoduna; kataduna nazaran dahanegatif bir gerilim uygulanrsa diyot kesim blgesinde alr yaltkandr.
letim blgesinde alan bir diyot zerinde bir miktar gerilim dm oluur. Bugerilime diyot ngerilimi denir. Diyot ngerilimi silisyum bir diyot zerindeyaklak 0.7V, Germanyum bir diyot zerinde ise yaklak 0.3V civarndadr.
Diyot ngerilimi bir miktar diyotun alma ortam ssna bamldr. Diyotngerilimi 10C scaklk artmasna karn yaklak 2.3mV azalr.
Kesim blgesinde alan bir diyot, pratik olarak ak devre (direnci sonsuz)deildir. zerinden ok kk bir bir miktar akm akar. Bu akma sznt akmdenir. Bu deer nA ile Aler mertebesindedir.
Sznt akm deeri germanyum diyotlarda silisyum diyotlardan bir miktar dahafazladr.Sznt akm diyotun alma ssndan etkilenir. rnein her 100C scaklkartnda sznt akm yaklak iki kat olur.
Analog veya saysal bir ohmmetre kullanlarak diyotlarn salamlk testi yaplabilir.
Test ilemi sonucunda ayrca diyotun anot ve katot terminalleri belirlenebilir.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
29/159
Diyot Uygulamalar
Konular:2.1 Yarm-Dalga Dorultma2.2 Tam-Dalga Dorultma
2.3 Filtre Devreleri2.4 Krpc ve Snrlayc Devreler2.5 Gerilim Kenetleyici ve Gerilim oklayclar2.6 Diyot Veri Sayfalar
Amalar:Bu blm bitirdiinizde aada belirtilen konular hakknda ayrntl bilgiye sahipolacaksnz.
Yarm dalga dorultma devresinin almas ve analizi Tam dalga dorultma devresinin almas ve analizi Dorultmalarda filtreleme ve filtre devreleri Diyotlarla gerekletirilen krpc ve snrlayc devrelerin analizi Diyot veri sayfalarnn incelenmesi ve eitli karakteristikler Diyot devrelerinin ksa analizleri ve yorumlar
BLM 2
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
30/159
30
2.1 YARIM DALGA DORULTMA
Tm elektronik cihazlar almak iin bir DC g kaynana (DC power supply) gereksinim duyarlar. Bu gerilimi elde etmenin en pratik ve ekonomik yolu ehirebekesinde bulunan AC gerilimi, DC gerilime dntrmektir. Dntrme ilemiDorultma (redresr) olarak adlandrlan cihazlarla gerekletirilir.
Dorultma veya DC G kayna (DC power supply) denilen cihazlar, basittenkarmaa doru birka farkl yntemle tasarlanabilir. Bu blmde en temeldorultma ilemi olan yarm dalga dorultma (Half wave rectifier) devresininyapsn ve almasn inceleyeceiz.
Bu blm bitirdiinizde; aada belirtilen konular hakknda ayrntl bilgilere sahipolacaksnz.
Temel bir g kayna sistemi Transformatrler ve ilevleri Yarm dalga dorultma devresi
Rpl faktr
Temel DC G Kayna (Power Supply)
Bilindii gibi btn elektronik cihazlar (radyo, teyp, tv, bilgisayar v.b gibi) al mak iin
bir DC enerjiye gereksinim duyarlar. DC enerji, pratik olarak pil veya aklerden eldeedilir. Bu olduka pahal bir zmdr. DC enerji elde etmenin dier bir alternatifi iseehir ebekesinden alnan AC gerilimi kullanmaktr. ebekeden alnan AC formdakisinsoydal gerilim, DC gerilime dntrlr. Dntrme ilemi iin DC gkaynaklar kullanlr.
Temel bir DC g kaynann blok emasekil-2.1de grlmektedir. Sistem; dorultucu(rectifier), Filtre (filter) ve reglatr (regulator) devrelerinden olumaktadr. Sistemgiriine uygulanan ac gerilim; sistem knda dorultulmu dc gerilim olarakalnmaktadr.
TransformatrDorultma
Devresi
Filtre
Devresi
Reglatr
Devresi
VgiriAC RL
ekil-2.1 AC Gerilimin DC Gerilime Dntrlmesi
Sistem giriine uygulanan AC gerilim (genellikle ehir ebeke gerilimi), nce bir transfor-matr yardmyla istenilen gerilim deerine dntrlr. Transformatr, dntrmeilemiyle birlikte kullancyehir ebekesinden yaltr. Transformatr yardmyla istenilenbir deere dntrlen AC gerilim, dorultma devreleri kullanlarak dorultulur.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
31/159
31
Dorultma ilemi iin yarm ve tam dalga dorultma (redresr) devrelerinden yararlanlr.Dorultulan gerilim, ideal bir DC gerilimden uzaktr ve az da olsa AC bileenler (rpl)ierir. Filtre devreleri tam bir DC gerilim elde etmek ve rpl faktrn minimumaindirmek iin kullanlr. deal bir DC gerilim elde etmek iin kullanlan son kat ise reglatrdzenekleri ierir. Sistemi oluturan bloklar sra ile inceleyelim.
Transformatrler
Transformatrler, kayplar en az elektrik makineleridir. Transformatr; silisyumlu zelsatan yaplm gvde (karkas) zerine sarlan iletken sarglardan oluur. Transformatrkarkas zerine genellikle iki ayr sarg sarlr. Bu sarglara primer ve sekonder ad verilir.
Primer giri, sekonder
k
sarg
s
olarak kullan
l
r. Sarg
lar
n sar
m say
s
spir olarakadlandrlr. Transformatrn primer sarglarndan uygulanan AC gerilim, sekondersargsndan alnr.
ehir ebeke gerilimi genellikle 220Vrms/50Hzdir. Bu gerilim deerini belirlenen veyaistenilen bir AC gerilim deerine dntrlmesinde transformatrler kullanlr.Transformatrlerin sekonder ve primer sarglar arasnda fiziksel bir balant olmadndan,kullancyehir ebekesinden yaltrlar. Bu durum, gvenlik iin nemli bir avantajdr.
Sekonder sargsndan alnan AC iaretin, gc ve gerilim deeri tamamen kullanlantransformatrn sarm saylarna ve karkas apna badr. reticiler ihtiyaca uygun olarakok farkl tip ve modelde transformatr retimi yaparlar. ekil-2.2de rnek olarak baz alakgl transformatrler grlmektedir.
ekil-2.2 Farkl
model ve tipte transformatrler
Transformatrlerin primer ve sekonder gerilimleri ve gleri zerlerinde etkin deer (rms)olarak belirtilir. Primer sarglar genellikle 220Vrms/50Hz, sekonderler sarglar ise farklgerilim deerlerinde retilerek kullancya sunulurlar. ekil-2.3'de farkl sarglara sahiptransformatrlerin sembolleri ve gerilim deerleri gsterilmitir.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
32/159
32
a) Transformatr b) Orta ulu Transformatr c) ok ulu Transformatr
220Vrms50Hz
Sekonder
Primer24V
36V
12V
0V
PrimerSargs
SekonderSargs
220Vrms50Hz
12Vrms50Hz
24V220Vrms50Hz
12V
12V
ekil-2.3 Farkl tip ve modelde Transformatr sembolleri ve u balantlar
ulu transformatrler dorultucu tasarmnda tasarruf salarlar. Transformatrseiminde; primer ve sekonder gerilimleri ile birlikte transfomatrn gcne de dikkatedilmelidir. G kaynanda kullanlacak transformatrn toplam gc; trafo zerinde vedier devre elemanlarnda harcanan g ile ykte harcanan gcn toplam kadardr.Transformatr her durumda istenen akm vermelidir. Fakat bir transformatrden uzun sreyksek akm ekilirse, ekirdein doyma blgesine girme tehlikesi vardr. Bu nedenletransformatr hem harcanacak gce, hem de k akmna gre tleransl seilmelidir.
Yarm Dalga Dorultma
ehir ebekesinden alnan ve bir transformatr yardmyla deeri istenilen seviyeyeayarlanan AC gerilimi, DC gerilime dntrmek iin en basit yntem yarm dalgadorultma devresi kullanmaktr. Tipik bir yarm dalga dorultma devresi ekil-2.4deverilmitir. ehir ebekesinden alnan 220Vrms deere sahip AC gerilim birtransformatr yardmyla 12Vrms deerine drlmtr.
RLDiyot
12Vrms
50Hz220Vrms
50Hz
ekil-2.4 Yarm Dalga Dorultma Devresi
Devrenin almasn ayrntl olarak incelemek zere ekil-2.5den yararlanlacaktr.
Yar
m dalga dorultma devresine uygulanan giri iareti sinsoydald
r ve zamana bal
olarak yn deitirmektedir. Devrede kullanlan diyodu ideal bir diyot olarakdnelim. Giri iaretinin pozitif alternansnda; diyot doru polarmalanmtr.Dolaysyla iletkendir. zerinden akm akmasna izin verir. pozitif alternans ykzerinde oluur. Bu durum ekil-2.5.a zerinde ayrntl olarak gsterilmitir.
V
t0
Giri
Diyot letimde
RL
-+
12Vrms
50Hz
+
V
t0
k
ekil-2.5.a Giri iaretinin pozitif alternansnda devrenin almas
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
33/159
33
Giri iaretinin frekansna bal olarak bir sre sonra diyodun anoduna negatif alternansuygulanacaktr. Dolaysyla giri iaretinin negatif alternansnda diyot yaltmdadr.nk diyot ters ynde polarmalanmtr. zerinden akm akmasna izin vermez. Akdevredir. RL direnci zerinden alnan k iareti 0V olur. Bu durum ekil-2.5.b zerindegsterilmitir.
t
+
-
0
V
t
k
I=0A
Diyot kesimde
RL
+-
12Vrms50Hz
V
0
Giri
ekil-2.5.b Giri iaretinin negatif alternansnda devrenin almas
Yarm dalga dorultma devresinin knda elde edilen iaretin dalga biimi ekil-2.6da ayrntl olarak verilmitir. Yarm dalga dorultma devresinin kndan alnaniaret artk AC bir iaret deildir. nk k iareti, negatif alternanslar iermez.Dorultma kndan sadece pozitif saykllar alnmaktadr. k iareti bu nedenle DCiarete de benzememektedir dalgaldr. Bu durum istenmez. Gerekte dorultmakndan tam bir DC veya DC gerilime yakn bir iaret alnmaldr.
V
t0
VTepe
ekil-2.6 Yarm dalga dorultma devresinin k dalga biimleri
Yarm dalga dorultma devresinin kndan alnan iaretin DC deeri nemlidir. Budeeri lmek iin k ykne (RL) paralel bir DC voltmetre baladmzda ekil-2.6daki iaretin ortalama deerini leriz. Yarm dalga dorultma devresinin giriineuyguladmz iaret 12Vrms deerine sahipti. Bu iaretin tepe deeri ise;
VVVTepe 17122 =
civar
ndad
r. O halde
k
iaretinin alaca
dalga biimi ve ortalama deeri ekil-2.7zerinde gsterelim.
=V
V
t 0
VTepe
T
Vort DC
ekil-2.7 Yarm dalga dorultma devresinde k iaretinin ortalama deeri
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
34/159
34
Tam bir periyot iin k iaretinin ortalama deeri;
voltVV
VV tDCOrt 4.514.3
17==
==
olarak bulunur. Yukarda belirtilen deerler gerekte ideal bir diyot iindir. Pratikte1N4007 tip kodlu silisyum bir diyot kullandmz dnelim. Bu durumda kiaretinin dalga biimi ve alaca deerleri bulalm.
RL
V
t0
Giri
-+
12Vrms50Hz
+
t0DC
tVT=17-0.7
V =5.19
V =0.7vF
ekil-2.8 Pratik Yarm Dalga dorultma devresi
k iaretinin alaca tepe deer;
VTepe=17V-0.7V=16.3Volt
Dolays ile ka balanacak DC voltmetrede okunacak ortalama deer (veya DCdeer);
voltVV
VV t
DCOrt
19.514.3
3.16==
==
olarak elde edilir.
2.2 TAM DALGA DORULTMA
Basit ve ekonomik DC g kaynaklarnn yapmnda yarmdalga dorultma devrelerikullanlr. Profesyonel ve kaliteli DC g kaynaklarnn yapmnda ise tam dalgadorultma devreleri kullanlr. Tam dalga dorultma devresi knda dc gerilimedaha yakn bir deer alnr. Tam dalga dorultma devreleri; orta ulu ve kpr tipiolmak zere iki ayr tipte tasarlanabilir.
Bu blm bitirdiinizde; aada belirtilen konular hakknda ayrntl bilgiler eldeedeceksiniz.
Yarmdalga dorultma ile tam dalga dorultma arasndaki farklar. Tamdalga dorultma devresinde elde edilen k iaretinin analizi Orta ulu tamdalga dorultma devresinin analizi Kpr tipi tamdalga dorultma devresinin analizi
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
35/159
35
Bir nceki blmde yarm dalga dorultma devresini incelemitik. Yarm dalgadorultma devresinde ehir ebekesinden alnan sinsoydal iaretin sadece tek biralternansnda dorultma ilemi yaplyor, dier alternans ise kullanlmyordu.Dolaysyla yarmdalga dorultmacn kndan alnan gerilimin ortalama deeriolduka kktr. Bu ekonomik bir zm deildir.
Tamdalga dorultma devresinde ise dorultma ilemi, ebekenin her iki alternansndagerekletirilir. Dolaysyla k gerilimi daha byk deerdedir ve DCye dahayakndr. Bu durum ekil-2.9 zerinde ayrntl olarak gsterilmitir.
YARIMDALGA
DORULTMADEVRES
Vgiri
V
k
t
t
0
0
V
V
V
t
t
TAMDALGA
DORULTMADEVRES
Vgiri Vk
t
t
00
V
V
V
tt
ekil-2.9 Yarm dalga ve tamdalga dorultma devresinde k dalga biimleri
Tamdalga dorultma devresinde k iaretinin alaca DC deer aadaki formlyardmyla bulunur.
== tDCOrtalama
VVV
2
rnein tamdalga dorultma giriine 17V tepe deerine sahip sinsoydal bir iaretuygulanmsa bu durumda k iaretinin alaca deer;
voltV
VV DCOrtalama 8.1014.3
)17(2=
==
olarak elde edilir. Bu durum bize tamdalga dorultma devresinin daha avantajlolduunu kantlar.
Tamdalga Dorultma Devresi
Tamdalga dorultma devresi ekil-2.10da grlmektedir. Bu devre, orta ulu birtransformatr ve 2 adet diyot ile gerekletirilmitir. Transformatrn primer sarglarnauygulanan ebeke gerilimi, transformatrn sekonder sarglarnda tekrar elde edilmitir.Sekenderde elde edilen geriliminin deeri transformatr dntrme oranna baldr.
Transformatrn sekonder sargsekilde grld gibi uludur ve orta ucu referansolarak alnmtr. Sekonder sargsnn orta ucu referans (ase) olarak alndndasekonder sarglar zerinde oluan gerilimin dalga biimleri ve ynleri ekil-2.10zerinde ayrntl olarak gsterilmitir.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
36/159
36
D2
D1+
_
RLVgiri
0
0 t
t
0
Vsek/2
Vsek/2
VIKI
ekil-2.10 Orta ulu tamdalga dorultma devresi
Orta ulu tamdalga dorultma devresinin incelenmesi iin en iyi yntem ebekegeriliminin her bir alternans iin devreyi analiz etmektir. Orta u referans olarakalnrsa, sekonder gerilimi iki ayr deere (Vsek/2) dntrlmtr. rnein; Vgiriiaretinin pozitif alternansnda, transformatrn sekonder sargsnn st ucunda pozitifbir gerilim oluacaktr.
Bu durumda, D1 diyodu doru polarmalandrlm olur. Akm devresini; trafonun stucu, D1 diyodu ve RL yk direnci zerinden transformatrn orta ucunda tamamlar. RLyk direnci zerinde ekil-2.11de belirtilen ynde pozitif alternans oluur. Akm ynve akmn izledii yol ekil zerinde ayrntl olarak gsterilmitir.
D1
-
+
_
RL
+
+
-
Vgiri
0
0
VIKI
t
t
+ -
kesim
D2
ekil-2.11 Pozitif alternansta devrenin almas ve akm yolu
ebekenin negatif alernansnda; transformatrn sekonder sarglarnda oluan gerilimdm bir nceki durumun tam tersidir. Bu durumda aseye gre; sekondersarglarnn st ucunda negatif alternans, alt ucunda ise pozitif alternans oluur. Budurum ekil-2.12 zerinde ayrntl olarak gsterilmitir. Bu durumda D2 diyodu iletken,D1 diyodu ise yaltkandr. Akm devresini trafonun orta ucundan balayarak D2zerinden ve RL yk zerinden geerek tamamlar. Yk zerinde ekil-2.12de belirtilendalga ekli oluur. Akm yolu ve gerilim dmleri ekil zerinde gsterilmitir.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
37/159
37
D1
-
+
_R
L
+
+
-
Vgiri
0
0
VIKI
t
+ -
kesim
D2
ekil-2.12 Negatif alternansta devrenin almas ve akm yolu
Orta ulu tamdalga dorultma devresinde elde edilen k iaretinin dalga biiminitekrar ele alp inceleyelim. Devrede kullanlan transformatrn sekonder sarglarnn2x12Vrms deere sahip olduunu kabul edelim. Bu durumda transformatrn sekondersargsnda elde edilen iaretin tepe deeri;
voltVVV rmsTepe 171241.12 ==
olur. Devrede kullanlan diyotlar ideal olamaz. Silisyum diyot kullanlacaktr. Bunedenle diyot zerinde 0.7V gerilim dm meydana gelir. Bu durumda RL yk direncizerinde den k geriliminin tepe deeri;
voltVVTepe 3.167.017 ==
olacaktr. kta elde edilen iaretin DC deeri ise devreye bir DC voltmetre balanarakllebilir. Bu deer k iaretinin ortalama deeridir ve aadaki formlle bulunur.
voltVV
VDTepe
Ortalama 3.1014.3
)7.017(2)(2=
=
=
k iaretinin dalga biimi ve zellikleri ekil-2.13 zerinde gsterilmitir.
Vk
t
VTepe=16.3V
VOrt=10.3V
0 ekil-2.13 k dalga biiminin analizi
Kpr Tipi Tamdalga Dorultma
Tamdalga dorultma devresi tasarmnda dier bir alternatif ise kpr tipi tamdalgadorultma devresidir. Kpr tipi tamdalga dorultma devresi 4 adet diyot kullanlarakgerekletirilir. ehir ebekesinden alnan 220Vrms/50Hz deere sahip sinsoydalgerilim bir transformatr kullanlarak istenilen deere dntrlr.
Transformatrn sekonderinden alnan gerilim dorultularak ktaki yk (RL) zerineaktarlr. Dorultma ileminin nasl yapldekil-2.14 ve ekil-2.15 yardmyla
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
38/159
38
anlatlacaktr. ehir ebekesinin pozitif alternansnda; transformatrn sekondersargsnn st ucunda pozitif alternans oluur. D1 ve D2 diyodu doru yndepolarmaland iin akm devresini D1 diyodu, RL yk direnci ve D2 diyodundan geerektransformatrn alt ucunda tamamlar. RL yk direnci zerinde pozitif alternans oluur.Bu durum ve akm yn ekil-2.14de ayrntl olarak gsterilmitir.
~~
~
+-
D1
D2D4
D3+
-
+
-
Vgiri Vk+
_
RLt
ekil-2.14 Pozitif alternansta tamdalga dorultma devresinin davran
ebekenin negatif alternansnda; bu defa transformatrn alt ucuna pozitif alternansoluacaktr. Bu durumda D3 ve D4 diyotlar doru ynde polarmalanr ve iletimegeerler. Akm devresini; D4 diyodu, RL yk direnci ve D3 diyodu zerinden geerektransformatrn st ucunda tamamlar ve RL yk direnci zerinde pozitif alternans
oluur. Bu durum ayr
nt
l
olarak ekil-2.15 zerinde gsterilmitir.
~~
~
+-
D1
D2 D4
D3
+
-
+
-
Vgiri Vk
+
_
RL
t
ekil-2.15 Negatif alternansta tamdalga dorultma devresinin davran
Tamdalga dorultma devresinde k iaretinin ald DC deer hesaplanmaldr.rnein transformatrn sekonder gerilimi 12Vrms (etkin) deere sahip ise bu gerilimintepe deeri;
voltVVV rmsTepe 171241.12 ==
deerine eit olur. Dorultma ileminde tek bir alternans iin iki adet diyot iletkenolduunda diyotlar zerinde den ngerilimler dikkate alndnda RL yk direncizerinde oluan k gerilimin tepe deeri;
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
39/159
39
voltV
VVVV
Tepeikis
DDTepeTepeCikis
4.15)7.07.0(17
)(
)(
21)(
=+=+=
deerine sahip olur. Bu durum ekil-2.16 zerinde gsterilmitir. Tamdalga dorultmadevresinde k iaretinin alaca ortalama veya DC deeri ise;
voltV
VVTepeikis
DCOrtalama 8.914.3
)4.15(22 )(==
==
Vk
VTEPE=15.4V
VORT
=10.3V
t0V
ekil-2.16 Kpr tipi tamdalga dorultma devresinde k iaretinin analizi
2.3 DORULTMA FLTRELER
Yarmdalga ve tamdalga dorultma devrelerinin klarndan alnan dorultmusinyal ideal bir DC sinyalden ok uzaktr. Dorultucu devrelerin kndan alnan businyal, darbelidir ve bir ok ac bileen barndrr.
Elektronik devre elemanlarnn tasarmnda ve gnlk hayatta kullandmz DCsinyal ise ideal veya ideale yakn olmaldr. AC bileenler ve darbelerbarndrmamaldr. ehir ebekesinden elde edilen dorultulmu sinyal eitli filtredevreleri kullanlarak ideal bir DC gerilim haline dntrlebilir.
En ideal filtreleme elemanlar kondansatr ve bobinlerdir. Bu blmde bitirdiinizdeaada belirtilen konular hakknda ayrntl bilgiler elde edeceksiniz.
Filtre ileminin nemi ve amalarn, Kondansatr (C) ile gerekletirilen kapasitif filtre ilemini
Rpl gerilimini ve rpl faktrn LC filtre ve T tipi filtreler
DC G kayna tasarm ve yapmnda genellikle 50Hz frekansa sahip ehir ebekegeriliminden yararlanlr. Bu gerilim tamdalga dorultma devreleri yardmyladorultulur. Dorultma kndan alnan gerilim ideal bir DC gerilim olmaktan uzaktr.eitli darbeler barndrr ve 100Hzlik bir frekansa sahiptir. Bu durum ekil-2.17deayrntl olarak gsterilmitir.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
40/159
40
TamdalgaDorultma
Devresi
FiltreDevresi0 0
VV V
0t t t
ekil-2.17 Dorultma Devrelerinde Filtre ilemi
Dorultma kndan alnan gerilim, byk bir dalgalanmaya sahiptir ve tam bir DCgerilimden uzaktr. Filtre knda ise dalgalanma oran olduka azaltlmtr. Elde
edilen iaret DC gerilime ok yakndr. Filtre knda kk de olsa bir takmdalgalanmalar vardr. Bu dalgalanma Rpl olarak adlandrlr. Kaliteli bir dorultmadevresinde rpl faktrnn minimum deere drlmesi gerekmektedir.
Kapasitif Filtre
Dorultma devrelerinde filtrelemenin nemi ve ilevi hakknda yeterli bilgiye ulatk.Filtreleme ilemi iin genellikle kondansatr veya bobin gibi pasif devre elemanlarndanfaydalanlr. Dorultma devrelerinde, filtreleme ilemi iin en ok kullanlan yntemkapasitif filtre devresidir. Bu filtre ileminde kondansatrlerden yararlanlr.
Kapasitif filtre ileminin nasl gerekletirildii bir yarm dalga dorultma devresizerinde ekil-2.18 yardmyla ayrntl olarak incelenmitir. Kondansatr ile
gerekletirilen filtre ilemi ekil-2.18de ayrntl olarak gsterilmitir. Sisteme enerjiverildiinde nce pozitif alternansn geldiini varsayalm. Bu anda diyot dorupolarmaland iin iletkendir. zerinden akm akmasna izin verir. Pozitif alternansnilk yars yk zerinde oluur. Devredeki kondansatrde ayn anda pozitif alternansn ilkyar deerine arj olmutur. Bu durum ekil-2.18.a zerinde gsterilmitir.
+
+_
+
- 0V0V RL
VT(giri)-0.7V
VC
VT(giri)
Vgiri
+
-t0
ekil-2.18.a Poizitif alternansta diyot iletken, kondansatr belirtilen ynde arj oluyor
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
41/159
41
+_
+
- 0V0V RLVC
Vgiri
+
-t0 t1
ekil-2.18.b Negatif alternansnda diyot yaltkan, kondansatr RL yk zerine dearj oluyor.
+
+_
+
-0V
0V RLVCVgiri
+
-t0 t1 t2t0 t1 t2
ekil-2.18.c Yk zerinde grlen k iaretinin dalga biimi
Pozitif alternansn ikinci yars olumaya baladnda diyot yaltmdadr. Diyotun
katodu anaduna nazaran daha pozitiftir. nk kondansatr giri geriliminin tepedeerine arj olmutur. Kondansatr arj gerilimini ekil-2.18.bde belirtildii gibi ykzerine boaltr. ebekeden negatif alternans geldiinde ise diyot ters polarma olduuiin yaltmdadr.
Kondansatrn dearj ehir ebekesinin negatif alternans boyunca devam eder.ebekenin pozitif alternans tekrar geldiinde bir nceki admda anlatlan ilemlerdevam eder. Sonuta k yk zerinde oluan iaret DCye olduka yakndr.
k iaretindeki dalgalanmaya rpl denildiini belirtmitik. DC g kaynaklarndarpl faktrnn minimum dzeyde olmas istenir. Bu amala filtreleme ilemi iyiyaplmaldr. Kondansatrle yaplan filtrreleme ileminde kondansatrn kapasitesibyk nem tar. ekil-2.19de filtreleme kondansatrnn k iaretine etkisi ayrntl
olarak gsterilmitir.
0V
Byk kapasiteli C Kk kapasiteli C
ekil-2.19 Filtre kondansatr deerlerinin k iareti zerinde etkileri
Filtreleme ileminin tamdalga dorultma devresinde daha ideal sonular vereceiaktr. ekil-2.20de ise tamdalga dorultma devresinde gerekletirilen kapasitiffiltreleme ilemi sonunda elde edilen k iaretinin dalga biimi verilmitir.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
42/159
42
rplrpl
ekil-2.20 Tamdalga dorultma devresinde kapasitif filtreleme ilemi ve rpl etkileri
Filtreleme ilemi sonunda elde edilen k iaretinin dalga biimi bir miktar dalgalanmaiermektedir. Bu dalgalanmaya rpl ad verildiini daha nce belirtmitik. Filtrelemeninkalitesini ise rpl faktr=rp belirlenmektedir. Rpl faktr yzde olarak ifade edilir.Rpl faktrnn hesaplanmasnda ekil-2.21den yararlanlacaktr.
VDC
} Vr(t-t)
ekil-2.21 Tamdalga dorultmata rpl faktrnn bulunmas
Rpl faktr=DC
r
V
VRf =
Formlde kullanlan Vr ifadesi; filtre kndan alnan geriliminin tepeden tepeyedalgalanma miktardr. VDC ise filtre kndan alnan gerilimin ortalama deeridir.knda yeterli byklkte kapasitif filtre tamdalga dorultma devresinde bu iki
gerilim iin aadaki tanmlamalar.Tamdalga dorultma devresi iin filtre kndaki dalgalanma miktar Vr, dorultmakndan alnan ve filtreye uygulanan giri iareti tepe deerinin (VT) maksimum%10ukadar ve bu snrlar ierisinde ise, Vr ve VDC deerleri aadaki gibi formle edilebilir.
)(
1inT
L
r VCRf
V
=
)(2
11 inT
L
DC VCRf
V
=
Formlde kullanlan f deerleri frekans deerini belirtmektedir. Bir tamdalgadorultma devresinde k iaretinin frekansnn 100Hz, yarm dalga dorultmadevresinde ise 50Hz olduu unutulmamaldr. ekil-2.22de yarmdalga ve tamdalgadorultma devresi klarnda elde edilen filtresiz iaretlerin dalga biimleri ve ehirebekesine bal olarak peryot ve frekanslar tekrar hatrlatlmtr.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
43/159
43
= msT 20 HzmsT
fYD 5020
11=
=
=
Yarm dalga dorutma devresinde k iaretinin frekan
YD
YD
YDTD f
T
Tf =
=
= 2
12
2
Tam dalga dorutma devresinde k iaretinin frekans
HzHzfTD 100502 ==T
TD
0
TYD
0
ekil-2.22 Yarmdalga ve tamdalga dorultma devrelerinde k iaretinin frekanslar
rnek:2.1
zm
Aada verilen tamdalga dorultma devresinin analizini yapnz?
D2
D4
D3
D1
24Vrms
50Hz
220Vrms
50Hz
RL
1KC
47F
nce transformatrn sekonder geriliminin tepe deerini bulalm.
VVV sekT 34)24()414.1()( ==
Dorultma knda elde edilen dorultulmu gerilimin deerini bulalm;
VVVV inT 6.32)4.134()( ==
Filtre kndan elde edilecek k gerilimi deerini bulalm.
)(2
11 inT
L
DC VCRf
V
=
VFKHz
VDC 6.324711002
11
=
( ) VVDC 6.3210.01 =
VVDC 3.29=
Devre kndan alnan iaretin tepeden tepeye rpl gerilimi Vr;
)(
1inT
L
r VCRf
V
=
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
44/159
44
VFKHz
Vr 6.32471100
1
=
( ) VVVr 9.66.3221.0 ==
k geriliminin rpl faktrn bulalm.
DC
r
V
VRf =
3.29
9.6=Rf
Rf=0.23Rpl faktr genellikle yzde olarak ifade edilir.
knda kapasitif filtre kullanlan bir dorultma devresi ekil-2.23de verilmitir. Budevrede S anahtar kapatld anda; filtre kandansatr ilk anda yksz (bo) olduuiin ksa devre etkisi gstererek ar akm eker. Dolaysyla devreyi korumak amac ilekullanlan sigorta (F) atabilir. Ayrca diyotlar zerinden geici bir an iinde olsa yksekakm geer. Devrenin ilk alnda oluan ar akm etkisini minimuma indirmek iingenellikle bir akm snrlama direnci kullanlr. Bu diren ekil zerinde RANI olaraktanmlanmtr. Ar akm etkisini minimuma indirmek iin kullanlan RANI direncinindeeri nemlidir. Bu diren diyot zerinden geecek tepe akm deerini snrlamaldr.Uygulamalarda bu diren zerinde bir miktar g harcamas olaca dikkate alnmaldr.
=
F
sekT
ANI
I
VVR
4.1)(
D2
D4
D3
D1
RL
1KC
47FS
FSigorta
RANI
ekil-2.23 Tamdalga dorultma devresinde ar akmn nlenmesi
LC Filtre
Dorultma devrelerinde rpl faktrn minimuma indirmek iin bir dier alternatifbobin ve kondansatrden oluan LC filtre devresi kullanmaktr. ekil-2.22de LC filtredevresi grlmektedir.
LC
Filtre
Tamdalga
DorultmaC
L
ACGiri RL
ekil-2.24 Tamdalga dorultma devresinde LC filtre
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
45/159
45
Bu filtre devresinde bobinin endktif reaktans (XL) ve kondansatrn kapasitif
reaktans
ndan (XC) yararlan
larak filtre ilemi gerekletirilir.Byle bir filtre devresindegiri ve k iaretlerinin dalga biimleri ekil-2.25 zerinde gsterilmitir. kgeriliminin alaca deer ve dalgallk miktar aada formle edilmitir.
)()( inr
CL
Coutr V
XX
XV
=
ACGiri
Dorultma
Devresi
XL
XC
Vr(in) V
r(out)
ekil-2.25 Tamdalga dorultma devresinde LC filtre
ve T Tip i Filt re
LC tipi filtre devreleri gelitirilerek ok daha kaliteli filtre devreleri oluturulmutur. ve T tipi filtreler bu uygulamalara iyi bir rnektir. Rpl faktrnn minimumaindirilmesi gereken ok kaliteli dorultma klarnda bu tip filtreler kullanlabilir.ekil-2.23de ve T tipi filtre devreleri verilmitir.
C2
L
C1
Vgiri kV
? - tipi filtre
L1
C1
Vgiri kV
T - tipi filtre
L2
ekil-2.23 ve T tipi filtre devreleri
2.4 KIRPICI DYOT DEVRELER
Elektronik biliminin temel ilevi, elektriksel sinyalleri kontrol etmek ve ihtiyaca greilemektir. Pek ok cihaz tasarmnda elektriksel bir iareti istenilen seviyede krpmakveya snrlandrmak gerekebilir. Belirli bir sinyali krpma veya snrlama ilemi iin genellikle diyotlardan yararlanlr. Bu blmde krpc (Limiting) diyot devreleriniayrntl olarak inceleyeceiz.
Bu blm bitirdiinizde; aada belirtilen konular hakknda ayrntl bilgiler eldeedeceksiniz.
Krpc diyot devrelerinin zellikleri ve ilevleri. Polarmal krpc devrelerin zellikleri ve analizi
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
46/159
46
Krpc DevrelerKrpc devreler, giriine uygulanan iaretin bir ksmn kana aktarp, dier bir ksmnise krpan devrelerdir. rnein ekil-2.24de grlen devrede giri iaretinin pozitifalternans krplp atlm, ka sadece negatif alternans verilmitir.
Devrenin almasn ksaca anlatalm. Giri iaretinin pozitif alternansnda diyot doruynde polarmalanr. nk; anaduna +VT gerilimi, katoduna ise ase (0V)uygulanmtr. Diyot iletimdedir. Diyot zerinde 0.7V n gerilim grlr. Bu gerilim,diyoda paralel balanm RL yk direnci zerinden alnr.
Giri iaretinin negatif alternansnda ise diyot ters ynde polarmalanmtr. Dolaysylakesimdedir. Negatif alternans olduu gibi RL yk direnci zerinde grlr. Bu durum
ekil-2.24de ayrntl olarak gsterilmitir.
Vgiri 0
VT
R1
RL 0+0.7VVk
+
-VT
ekil-2.24 Pozitif krpc devre ve k dalga biimi
Giri iaretinin sadece negatif alternansnn krpld, negatif krpc devre ekil-2.25degrlmektedir. Bu devrede; giri iaretinin negatif alternans krplm, ktan sadecepozitif alternans alnmtr.
Devrenin almasn ksaca aklayalm. Giri iaretinin pozitif alternansnda, diyot tersynde polarmalanmtr. Dolaysyla kesimdedir. Giriteki pozitif alternans RL ykdirenci zerinde olduu gibi elde edilir. Giri iaretinin negatif alternansnda ise diyotiletimdedir. zerinde sadece 0.7V diyot n gerilimi elde edilir. Bu gerilim diyoda paralelbal RL yk direnci zerindede oluacaktr.
V giri 0
VT
R1
RL 0-0.7V
Vk
+-VT
ekil-2.25 Negatif krpc devre
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
47/159
47
Her iki krpc devrede ktan alnan iaretin deerini belirlemede R1 ve RL direnleri
etkindir.
k
iaretinin alaca
deer yakla
k olarak;
GiriL
LTepeikis V
RR
RV
+=
1
)(
forml ile elde edilir.
rnek:2.2
Aada verilen krpc devrenin analizini bir tam peryot iin yapnz?
+
2.2K
R1=220
RL
20V
-20V
0
Giri iaretinin pozitif alternansnda diyot ak devredir. Dolaysyla kta RL ykzerindeki gerilim dm;
)(
1
)(T inT
L
Lout V
RR
RV
+=
VK
KV out 20
2.2100
2.2)(T
+
=
VV out 13.19)(T =
Negatif alternansta ise diyot iletkendir. Dolaysyla kta -0.7V grlr. Devreningiri ve k iaretlerinin dalga biimleri aada verilmitir.
20V
-20V
0
19.3V
-0.7V0
Polarmal KrpclarPozitif veya negatif alternanslar krpan krpc devreleri ayrntl olarak inceledik. Dikkatederseniz krpma ilemi diyot ngerilimi hari bir tam periyot boyunca gerekleiyordu.Bu blmde k iaretinin pozitif veya negatif alternanslarn istenilen veya belirtilenbir seviyede krpan devreleri inceleyeceiz.
Giriinden uygulanan sinsoydal iaretin pozitif alternansn istenilen bir seviyedekrpan krpc devre ekil-2.26da grlmektedir. Devre giriine uygulanan sinsoydaliaretin (Vg) pozitif alternans, VA geriliminin belirledii deere bal olarakkrplmaktadr.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
48/159
48
Vgiri 0
tV
-Vt
R1
RL0
VA+0.7VVk
+
+
VA
ekil-2.26 Polarmal pozitif krpc devre
Devre analizini Vg geriliminin pozitif ve negatif alternanslar iin ayr ayr inceleyelim.Giriten uygulanan iaretin pozitif alternans, diyodun katoduna bal VA deerineulaana kadar diyot yaltmdadr. nk diyodun katodu anaduna nazaran pozitiftir. Budurumda devre knda Vg gerilimi aynen grlr. Giriten uygulanan Vg gerilimininpozitif alternans VA deerinden byk olduunda (Vg=0.7+VA) diyot doru yndepolarmalanacaktr ve iletime geecektir. Diyot iletime getii anda VA gerilimi dorudanka aktarlacak ve RL yk zerinde grlecektir.
Giri iareti negatif alternansa ulatnda ise diyot devaml yaltmdadr. Dolaysyla VAkayna devre ddr. RL yk zerinde negatif alternans olduu gibi grlr. Devredekullanlan R1 direnci akm snrlama amacyla konulmutur. zerinde oluan gerilimdm kk olaca iin ihmal edilmitir. Diyot zerine den n gerilim (0.7V) diyotideal kabul edilerek ihmal edilmitir.
ekil-2.27de ise polarmal negatif krpc devre grlmektedir. Bu devre, giri iaretininnegatif alternansn istenilen veya ayarlanan bir seviyede krpmaktadr.
Giri iaretinin tm pozitif alternans boyunca devredeki diyot yaltkandr. nk terspolarmalanr. Dolaysyla VA kayna devre ddr. ktaki RL yk zerinde tmpozitif alternans olduu gibi grlr.
Giri iaretinin negatif alternans, diyodun anaduna uygulanan VA geriliminden dahabyk olana kadar diyot yaltma devam eder. Dolaysyla kta negatif alternansgrlmeye devam eder. Giri iaretinin negatif alternans VA gerilimi deerinden bykolduunda (Vg=0.7+VA) diyot iletime geecektir. Diyot iletime getii anda kta VAkayna grlr.
Vgiri 0RL 0
-VA-0.7V
Vk+
+
VA
R1VT
-VT
ekil-2.27 Polarmal negatif krpc devre
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
49/159
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
50/159
50
t0
-5-0.7V
R1+
+5V
Vg V
R1+
+5V
Vg V
t0
5-0.7V
R1+
+
5V
Vg V
R1+
+
5V
Vg V
t0
-5+0.7V
R1+
+5V
Vg V
R1+
+5V
Vg V
ekil-2.30 Paralel ve seri krpc diyot devreleri
2.5 GERLM KENETLEYCLER
Gerilim kenetleyiciler; girilerinden uygulanan bir iaretin alt veya st seviyesini, istenilensabit bir gerilime kenetlemek veya tutmak amac ile tasarlanmlardr.
Kenetleme devreleri; pozitif veya negatif kenetleme olmak zere ikiye ayrlrlar. Pozitifkenetlemede, giriten uygulanan iaretin en alt seviyesi sfr referans noktasnda
kenetlenir. Negatif kenetlemede ileminde ise, giriten uygulanan iaretin en st seviyesisfr referans noktasna kenetlenir.
Bu blmde; pozitif ve negatif kenetleme ilemlerinin nasl gerekletirildiiincelenecektir.
Gerilim kenetleme ilemi gerekte, bir iaretin dc seviyesini dzenleme ilemidir.Kenetleme pozitif ve negatif kenetleme olmak zere iki temelde yaplabilir. Pozitif venegatif gerilim kenetleme ilemi ekil-2.31de grsel olarak verilmitir.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
51/159
51
0 t
+V
-V
0 t
+2V
0 t
+V
-V
0 t
-2VGiriareti
Giriareti
kareti
kareti
PozitifKenetleyici
Devre
NegatifKenetleyici
Devre
ekil-2.31 Pozitif ve negatif gerilim kenetleme ilemi
Pozitif kenetleyici devre giriine uygulanan iaret, +V ve V seviyelerinde salnmaktadr.Kenetleyici knda ise bu iaret 0V referans seviyesine kenetlenmitir. Yaplan bu ilemsonucunda giri iaretinin, negatif seviyesi kaydrlmtr. ktan alnan iaret artk 0Vile +2V deerleri arasnda salnmaktadr.
Negatif kenetleyici devre giriine uygulanan iaret de ayn ekilde, +V ve Vseviyelerinde salnmaktadr. Kenetleyici knda bu iaret 0V referans seviyesinekenetlenmitir. Bu ilem sonucunda giri iaretinin, pozitif seviyesi 0V referans alnarakkaydrlmtr. ktan alnan iaret artk 0V ile 2V deerleri arasnda salnmaktadr.Pozitif ve negatif gerilim kenetleyici devreleri ayr ayr inceleyelim.
Pozitif Gerilim Kenetleyici
ekil-2.32de pozitif gerilim kenetleyici devre grlmektedir. Bu devre bir diyot, birkondansatr ve diren kullanarak gerekletirilmitir.
VC VC=VT-0.7V
Vt
t0+
-
+-
RLDiyot
letimde
+
-
+-
RL0.7V++
T
ekil-2.32 Pozitif gerilim kenetleyici devre
Kenetleme ileminin gereklemesi iin bu elemanlarn kullanlmas zorunludur.Devrede kullanlan R ve C elemanlarnn deeri olduka nemlidir. Bu elemanlarnzaman sabitesi (=RC) yeterince byk seilmelidir. Devrenin almasn ksacaanlatalm.
Devre giriine uygulanan iaretin negatif alternasnn ilk yarm sayklnda; diyot doruynde polarmalanr ve iletkendir. Diyot ksa devre etkisi gstereceinden RL direncininetkisini ortadan kaldrr. Kondansatr, annda sarj olarak dolar. Kondansatr zerindekigerilim;
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
52/159
52
)7.0( VVV TC =
deerine eit olur. Bu gerilimin polaritesi; ekil zerinde belirtildii yndedir. Giriiaretinin negatif alternansnda; kenetleyici knda (RL yk direnci zerinde) 0.7Vlukdiyot ngerilimi elde edilir. Bu durum ekil-2.32 zerinde gsterilmitir.
Giri iaretinin pozitif yarm sayklnda ise diyot ak devredir. Devreden herhangi birakm akmaz. RL yk direnci zerinde ise; giri iareti ve kondansatr zerindekigerilimlerin toplam grlr. Devreye K.G. K uygulanrsa k gerilimi;
TCRL VVV +=
TtRL VVV += )7.0(
)7.0(2 TRL VV
Devre giriine uygulanan ve +VT ve VT deerlerinde salnan giri iareti, kenetleyicidevre knda 0V veya 0.7V referans seviyesine kenetlenmitir. k iareti artkyaklak olarak 0.7V ile +2VT deerleri arasnda salnmaktadr. Giri iaretinin negatiftepe deeri, 0V (0.7V) referans seviyesine kenetlenmitir. Bu durum ekil-2.33de ayrntlolarak gsterilmitir.
+-
-Vt
t0
+
-RL
Diyotyaltmda
+T VC=VT-0.7V
+VT
0
T
-0.7V
VT-(0.7)
t
2VT-(0.7)
ekil-2.33 Pozitif gerilim kenetleyici ve k dalga biimleri
Negatif Gerilim Kenetleyici
Giri geriliminin st seviyesini, 0V referans noktasna kenetlemek iin negatifkenetleyici kullanlr. Negatif kenetleyici devresinde diyot, kondansatr ve direnelemanlar kullanlr. Kenetleme ilemi; bir diyot yardm ile kondansatrn arj vedearjndan yararlanlarak gerekletirilir. ekil-5.34de negatif kenetleyici devregrlmektedir. Devre zerinde, kenetleyici giriine uygulanan iaret ve kndan alnankenetlenmi iaret gsterilmitir.
-VT
t0
+
-RL
Diyotiletimde
+T VC=-VT+0.7V
+VT
0
T
+0.7V
-VT+(0.7)
t
-2VT+(0.7)
ekil-5.34 Negatif gerilim kenetleyici devre
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
53/159
53
Polarmal Kenetleyici
Polarmal kenetleyici; giriinden uygulanan iareti dc bir deer zerine bindirerekkna aktarr. ekil-2.35de giriinden uygulanan sinsoydal gerilimi, VA iletanmlanan dc gerilim kaynana kenetleyen polarmal bir gerilim kenetleyici devresigrlmektedir.
-Vm
t0
+
-RL
+
T+Vm
VA100K
Vi
+ -
+
-RL
+VA
100KVi
t1 t2
VC=Vm-VA
ekil-2.35 Polarmal kenetleyici devresi
Devrede giri gerilimi Vi, VA dc gerilim kaynandan byk olduunda (VmSinWt>VA)diyot iletime geecektir. Diyot iletime getiinde devrenin edeeri ekilde gsterilmitir.Giri gerilimi Vi, maksimum deere ulat anda (+Vm), K.G.K yazarsak;
VVVwtVm AC 0sin =++
olur. Vc, kondansatr zerindeki arj gerilimidir. Kondansatr zerinde den gerilimihesaplarsak;
AC VwtVmV = sin
bulunur. Bu deerler nda RL yk direnci zerinde oluan k gerilimi; K.G.Kdan;
wtVmVV CRL sin+=
olur. Kondansatr gerilimini (Vc=Vm sinwt-VA) eitlie yerletirirsek;
wtsinVm)VwtsinVm(V ARL +=
deeri elde edilir. Burada; sinwt=sin900
=1 e eittir. Eitlii yeniden dzenlersek;
11 += Vm)VVm(V ARL
VmVVmV ARL +=
ARL VV +=
deerine eit olur. Dolays ile giri iaretinin pozitif tepe deerinde; kenetleyici k VAgerilim kaynann deerine eittir. nk RL yk direnci, VA kaynana paralel halegelir. Bu durum ekil-2.35de verilmitir.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
54/159
54
Giri iaretinin negatif tepe (Vi=Vm sin 2700 t) deerinde ise diyot ters polarma olur veak devredir. Kenetleyici devre ekil-2.36da grlen durumu alr.
0
T
VAt
-2Vm+VA
+ -
+
-RL
+VA
100KVi
VC=Vm-VA
-Vm
t0
T+Vm
t1 t2
ekil-2.36 Polarmal kenetleyici ve dalga biimleri
Giri iaretinin negatif alternansnda devrenin matematiksel analizini yapalm. Diyotyaltmdadr. Kondansatr zerindeki Vc gerilimi arj deerini korur.
AVwtsinVmVc =
RL yk direnci zerinde oluan k gerilimi; K.G.Kdan;
wtVmVV CRL sin=
olur. Kondansatr gerilimini (VC=Vm sinwt-VA) eitlie yerletirirsek;
wtsinVm)VwtsinVm(V ARL =
deeri elde edilir. Burada; sinwt=sin2700=-1 e eittir. Eitlii yeniden dzenlersek;
)(Vm)V)(Vm(V ARL 11 =
ARL VVmV += 2
deeri elde edilir. Polarmal kenetleyici knda elde edilen iaretin dalga biimi ekil-2.36 zerinde gsterilmitir. Sonuta; devre giriinden uygulanan iaret, VA geriliminekenetlenmitir.
2.6 GERLM OKLAYICILAR
Gerilim oklayclar (voltage multipliers); giriinden uygulanan iareti istee balolarak birka kat ykseltip kna aktaran devrelerdir. Gerilim oklayclar; gerilimkenetleyici ve dorultma devreleri birlikte kullanlarak tasarlanr.
Gerilim oklayc devreler; yksek gerilim alak akm gereksinilen yerlerde kullanlr. TValclar kullanm alanlarna rnek olarak verilebilir.Bu blm bitirdiinizde;
Yarmdalga ve tamdalga gerilim iftleyiciler Gerilim leyiciler Gerilim drtleyiciler
Hakknda ayrntl bilgiye sahip olacaksnz.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
55/159
55
Gerilim iftleyiciGerilim iftleyiciler (Voltage Doupling) girilerine uygulanan gerilim deerini, ikiyekatlayarak klarna aktaran elektronik dzeneklerdir. Gerilim iftleyicilerin girilerineuygulanan gerilim, ac veya darbeli bir iaret olmaldr. Gerilim iftleyicilerin kndan isedorultulmu dc gerilim elde edilir. Gerilim iftleyici devrelerin klarndan yaplar gereisrekli olarak byk akmlar ekilemez.
Gerilim iftleyici tasarm, yarmdalga ve tamdalga zere iki tipde yaplabilir. ekil-2.37de yarmdalga gerilim iftleyici devresi grlmektedir. Gerilim iftleyici devre;gerilim kenetleyici ve yarmdalga dorultma devresinin birlikte kullanlmas ileoluturulmutur. Bu durum ekil-2.37 zerinde ayrntl olarak gsterilmitir.
+
-
+
D1
C1
C2
D2
Gerilim Kenetleyici Yarmdalga Dorultma
+2Vm
t0
Vi
-Vm
t0
T+Vm
t1 t2
ViVo Vo
ekil-2.37 Yarmdalga gerilim iftleyici devre
Devrenin almasn daha iyi anlayabilmek iin her bir devre blounun ilevleri, dalgaekilleri zerinde ekil-2.38 zerinde gsterilmitir.
-Vm
t0
T+Vm
a) Giriareti
0
T+2Vm
Vm
b) Kenetleyici k c) Dorultucu k
t 0
+2Vm
ekil-2.38 Yar
mdalga gerilim iftleyici devrenin dalga biimleri
Yarmdalga gerilim iftleyici devresinin nasl altekil-2.39 zerinde grafiksel olarakanaliz edilmitir. Giri iaretinin (Vi) pozitif yarm sayklnda; D1 diyodu iletkendir. C1kondansatr ekilde belirtilen ynde D1 zerinden, Vc=Vm-0.7V deerine arj olur. D2ise bu anda ters polarma olduundan yaltmdadr. Dolays ile k gerilimi 0V dur.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
56/159
56
Vi+
-
+D1
C1
C2
D2
Viletimde
Vc=Vm-0.7
+ - Kesimde
a) Vi pozitif alternans
+
-
+D1
C1
C2
D2
Vi
Vi
letimde
Vc=2Vm
+ -
Kesimde
b) Vi negatif alternans
ekil-2.39 Yarmdalga gerilim iftleyici devresinin grafiksel analizi
Giri iareti Vinin negatif alternansnda ise; D1 diyodu ters polarmalandndanyaltmdadr. D2 diyodu ise iletkendir. C2 kondansatr Vinin maksimum deerine D2zerinden arj olur. C1 kondansatr ters polaritede dolu olduu iin boalamaz. kiareti C2 kondansatr zerinden alnabilir. C2 zerindeki gerilim ise; K.G.Kdan;
021 =+ VmVV CC 022 =+= VmVV CC
VC2 zerinde, giri iaretinin maksimum deeri olduundan VC2=Vmdir. Dolaysylakta C2 kondansatr zerinden alnan gerilim, giri gerilimi tepe deerinin 2 katdr.
VmVmVVC +== 02 VmVVC 202 ==
Not: Devre analizinde diyotlar zerine den ngerilimler (0.7V) ihmal edilmitir.
Gerilim kenetleyici tasarmnda bir dier alternatif ise Tamdalga gerilim iftleyicidevresidir. ekil-2.40da tamdalga gerilim iftleyici devresi grlmektedir.
Vi+
C2
C1
D2
Kesimde
D1letimde
+Vm
Vi
+
C2
C1
D2letimde
D1
Kesimde
+Vm
Vm+
2Vm
ekil-2.40 Tamdalga gerilim iftleyici
Transformatrn sekonderinde pozitif alternans olutuunda D1 diyodu doru yndepolarmalanr ve iletime geer. D2 diyodu ise kesimdedir. D1 diyodu iletimde olduunda;C1 kondansatr giri iaretinin maksimum deerine ekilde belirtilen ynde arj olur.
ANALOG ELEKTRONK- I Kaplan
-
8/3/2019 analog-elektronik-dersleri-1-bolum-1-5
57/159
57
Transformatrn sekonderinde negatif alternans olutuunda ise D2 diyodu doruynde polarmalanr ve iletime geer. D1 diyodu ise kesimdedir. D2 diyodu iletimdeolduunda; C2 kondansatr giri iaretinin maksimum deerine (Vm) ekilde belirtilenynde arj olur. Gerilim iftleyici devre kndan C1 ve C2 kondansatrlerinde oluangerilimlerin toplam alnr. Dolaysyla k iareti;
210 CC VVV ++= VmVVmVmV =++= 200
olarak alnr.
Gerilim leyici
Tipik bir gerilim leyici devresi ekil-2.31de verilmitir. Bu devrenin kndan alnan
iaret, giri iaretinin tepe deerinin yaklak 3 katdr. Devre ilk negatif yarm saykldagerilim iftleyici gibi alr. C1 zerinde ekilde belirtilen ynde giri iaretinin tepedeeri (VT) grlr. C2 zerinde ise giri iaretinin yaklak 2 kat (2VT) grlr. Sonrakinegatif sayklda ise D3 diyodu doru ynde polarmalanr. letkendir. C3, 2VT deerinebelirtilen ynde arj olur