3-2

Bölüm 3 Doğrultucu Devre Deneyleri 3.1 DENEYİN AMACI

(1) Yarım-dalga, tam-dalga ve köprü doğrultucu devrelerinin çalışma prensiplerini anlamak.

(2) İki güç kaynaklı ve gerilim çiftleyici doğrultucuların çalışma prensibini anlamak.

(3) Dalgalılık katsayısı ve gerilim düzeltme katsayısı kavramlarını anlamak. 3.2 GENEL BİLGİLER

3.2.1 Yeni Terimler (Önemli Terimler):

(1) Maksimum Değer (Emax yada Em, Vmax yada Vm) Tepe değer olarakta adlandırılır. Genellikle sinüzoidal dalga şeklindeki bir AC sinyal için, Şekil 3.1(a)’da gösterildiği gibi, sinyalin bir periyodundaki en büyük anlık değer maksimum değer olarak adlandırılır.

(2) Tepeden-tepeye Değer (Vp-p yada Ep-p)

Tepeden-tepeye değer, bir periyottaki maksimum pozitif değerle maksimum negatif değer arasındaki gerilim farkıdır. Sinüs dalgası için Vp-p, Şekil 3.1’de gösterildiği gibi, 2Vm’ye eşittir.

(3) Efektif (Etkin) Değer (Vrms yada Erms)

Efektif değer, karesel ortalama değer olarakta adlandırılır ve aşağıdaki denklemle ifade edilir.

𝑉𝑟𝑚𝑠 = ∫𝑉2𝑑𝑡𝑇

Eşdeğer devre, Şekil 3.2 (a)(b)’de gösterilmiştir. R1 tarafından üretilen ısı enerjisi, R2’ninkine eşittir, Eac’nin efektif değeri (Erms) E’ye eşittir. Efektif değer ve maksimum değer arasındaki ilişki: 𝑉𝑟𝑚𝑠 = 0.707𝑉𝑚 = 𝑉𝑚 √2⁄

3-3

(4) Ortalama Değer (Vave yada Eave) Ortalama değer, sinüs dalgasının yarım periyodunun alanı, bu yarım periyodun genişliğine bölünerek hesaplanabilir. Ortalama değer ve maksimum değer arasındaki ilişki: 𝑉𝑎𝑣𝑒 = 0.636𝑉𝑚 ∵ 𝑉𝑟𝑚𝑠 = 0.707𝑉𝑚 ∴ 𝑉𝑟𝑚𝑠 𝑉𝑎𝑣𝑒 = 0.707 0.636⁄⁄ = 1.11 − ş𝑒𝑘𝑖𝑙 𝑘𝑎𝑡𝑠𝑎𝑦ı𝑠ı 𝑉𝑎𝑣𝑒 𝑉𝑟𝑚𝑠⁄ = 0.636 0.707⁄ = 0.9

𝑉𝑚 𝑉𝑎𝑣𝑒⁄ = 𝑉𝑚2𝜋𝑉𝑚 =

𝜋2

− 𝑡𝑒𝑝𝑒 𝑘𝑎𝑡𝑠𝑎𝑦ı𝑠ı

Şekil 3.1 (a) (b) (c) (d)

𝑃 =𝐸𝑟𝑚𝑠2

𝑅=𝐸𝑎𝑐2

𝑅=𝐸2

𝑅

𝐸 = 𝐸𝑟𝑚𝑠

Şekil 3.2 (a) (b)

3-4

3.2.2 Temel Prensip:

(1) DC Güç Kaynağı Elektronik cihazlar, güç kaynağı olarak DC güce gereksinim duyarlar. Piller dışında, DC güç elde etmek için en sık kullanılan yöntem AC gerilimin DC gerilime dönüştürülmesidir. Tam bir DC güç kaynağı, Şekil 3.3’te gösterilen bloklardan oluşur. AC gerilim, transformatör yardımıyla istenilen gerilim düzeyine dönüştürülür, daha sonra doğrultucu ile darbeli DC gerilim elde edilir. Darbeli DC gerilim, filtre devresiyle minimum dalgacıklı saf DC gerilime haline getirilir. Eğer DC gerilim, yüksek doğruluk gereksinimi olan bir yüke uygulanacaksa, sisteme bir gerilim regülatörü de eklenir. En sık kullanılan doğrultucu devreler: (1)yarım-dalga doğrultucu, (2)tam-dalga doğrultucu, (3)köprü doğrultucu.

Şekil 3.3

(2) Yarım-dalga Doğrultucu

1) Yarım-dalga doğrultucu Şekil 3.4(a)’da gösterilmiştir. Şekil 3.4(b)’de gösterilen Vi giriş geriliminin pozitif alternansında diyot iletimde olur ve Şekil 3.4(c)’de gösterilen eşdeğer devreye göre VO=Vi olur. Negatif alternans süresince diyot kesimdedir ve bu durumda eşdeğer devre Şekil 3.4(d)’de gösterildiği gibidir. Şekil 3.4(b)’de gösterildiği gibi, VO sadece pozitif alternansta ortaya çıkmaktadır. Vdc= Vav= 0.9Vrms/2= 0.45Vrms.

Şekil 3.4 (a) Şekil 3.4 (b)

Gerilim Dönüştürme Doğrultma Filtreleme Gerilim

Regülasyonu VAC VDC

3-5

Şekil 3.4 (c) Şekil 3.4 (d)

2) Filtre Kondansatörlü Yarım-dalga Doğrultucu

Filtre kondansatörsüz yarım dalga doğrultucunun çıkış dalga şekli Şekil 3.4(b)’de gösterilmişti. Filtre kondansatörlü yarım-dalga doğrultucu devresi, şarj ve deşarj durumları için, sırasıyla Şekil 3.5(a) ve (b)’de gösterilmiştir. RL=1KΩ ve RL=∞ durumları için çıkış dalga şekilleri, sırasıyla Şekil 3.5(c) ve (d)’de gösterilmiştir. Daha büyük RL değeri, deşarj süresinin artmasına ve böylece çıkış geriliminin daha pürüzsüz olmasına neden olur.

(a) (b)

(c) RL=1KΩ iken (d) RL= ∞ iken

çıkış dalga şekli çıkış dalga şekli

Şekil 3.5 Filtre Kondansatörlü Yarım-dalga Doğrultucu

(3) Tam-dalga Doğrultucu Tam-dalga doğrultucu devresi Şekil 3.6(a)’da gösterilmiştir. Bu devrede, Vac1=Vac2 olan, ortak-uçlu bir transformatör kullanılmalıdır. 1) Pozitif alternans süresince, Vac1 giriş gerilimi Şekil 3.6(b)’de

gösterilmiştir. Vac1’in üst ucu poizitif, alt ucu negatif olduğu için D1 diyodu iletimde, D2 diyodu ise kesimde olur. Bu durumda eşdeğer devre Şekil 3.6(c)’de ve VO gerilimi Şekil 3.6(d)’de gösterilmiştir.

3-6

2) Negatif alternans süresince, Vac2 giriş gerilimi Şekil 3.6(e)’de gösterilmiştir. Vac1’in üst ucu negatif, alt ucu pozitif olduğu için D2 diyodu iletimde, D1 diyodu ise kesimde olur. Şekil 3.6 (f)’de gösterilen eşdeğer devrede, RL üzerinden akan akımın yönü pozitif alternanstaki ile aynıdır. VO gerilimi de Şekil 3.6(g)’de gösterilmiştir. AC hat gerilimi

Şekil 3.6 Tam-dalga Doğrultucu Devresi

(4) Köprü Doğrultucu

Dört diyodun kullanıldığı köprü doğrultucu devresi, Şekil 3.7(a)’da gösterilmiştir. 1) Şekil 3.7(b)’de gösterilen VAC giriş geriliminin pozitif alternansında, D1

ve D2 diyotları iletimde, D3 ve D4 diyotları ise kesimde olur. Eşdeğer devre Şekil 3.7(c)’de ve VO çıkış gerilimi Şekil 3.7(d)’de gösterilmiştir.

2) VAC giriş geriliminin negatif alternansında, D1 ve D2 diyotları kesimde, D3 ve D4 diyotları ise iletimde olur. Eşdeğer devre ve VO çıkış gerilimi Şekil 2-3-1(c)’de gösterilmiştir.

3-15

Tam yük akımına göre yük akımı yüzdesi

(b) Gerilim Düzeltme Katsayısı Eğrisi

Şekil 3.17

3.3 KULLANILACAK ELEMANLAR

(1) KL-200 Lineer Devre Deney Düzeneği (2) Deney Modülü: KL-23002 (3) Ölçü Aletleri: 1. Osiloskop 2. Multimetre (4) Araç: Temel el araçları. (5) Malzemeler: KL-23002’de gösterildiği gibi.

3.4 DENEYLER

(3-1) Yarım-dalga doğrultucu devresi deneyi 3-1-1 Filtre kondansatörsüz yarım-dalga doğrultucu devresi

3-1-1-1 Deneyin Yapılışı: (1) KL-23002 modülünü, KL-200 Lineer Devre Deney Düzeneğine yerleştirin

ve c bloğunun konumunu belirleyin.

(2) a. Şekil 3.1(a)’daki devre ve 23002-blok c.1 bağlantı diyagramı yardımıyla kısa-devre klipslerini yerleştirin. b. Vac’ye 9V AC gerilim uygulayın. c. Sırasıyla, ACV kademesinde multimetre ve osiloskop kullanarak, V gerilimini ölçün ve Tablo 3-1(a)’ya kaydedin.

yüksüz

tam-yük noktası

tam-yük akımı

3-16

d. DCV kademesinde multimetre ve osiloskop kullanarak, OUT çıkış ucunu ölçün. Burada osiloskobun DCV kademesi Vdc’yi, ACV kademesi ise dalgalılığı ölçmek için kullanılacaktır. Sonuçları Tablo 3-1(a)’ya kaydedin.

Şekil 3.1(a)

Şekil 23002-blok c.1

3-1-1-2 Deney Sonucu: Tablo 3-1(a)’da gösterilmiştir.

3-1-2 Filtre kondansatörlü yarım-dalga doğrultucu devresi

3-1-2-1 Deneyin Yapılışı:

(1) a. Şekil 3.1(b)’deki devre ve 23002-blok c.2 bağlantı diyagramı

yardımıyla kısa-devre klipslerini yerleştirin (C6:220µF). b. Vac’ye 9V AC gerilim uygulayın. c. Sırasıyla, ACV kademesinde multimetre ve osiloskop kullanarak, Vac giriş gerilimini ölçün ve Tablo 3-1(a)’ya kaydedin. d. VR4 (VR1MΩ)’ü minimuma getirip, DCV kademesinde multimetre ve osiloskop kullanarak, OUT çıkış ucunu ölçün. Burada osiloskobun DCV kademesi Vdc’yi, ACV kademesi ise dalgalılığı (Vr) ölçmek için kullanılacaktır. Sonuçları Tablo 3-1(a)’ya kaydedin. e. VR4 (VR1MΩ)’ü maksimuma getirip, (1)-d adımını tekrarlayın.

3-17

(2) a. 23002-blok c.3 bağlantı diyagramı yardımıyla kısa-devre klipslerini yerleştirin (C6, C5 ile değişir ve RL 1KΩ olur). b. DCV kademesinde multimetre ve osiloskop kullanarak, OUT çıkış ucunu ölçün. Burada osiloskobun DC kademesi Vdc’yi, AC kademesi ise dalgalılığı ölçmek için kullanılacaktır. Sonuçları Tablo 3-1(a)’ya kaydedin.

3-1-2-2 Deney Sonucu: Tablo 3-1(a)’da gösterilmiştir.

Şekil 3.1(b)

Şekil 23002-blok c.2

Şekil 23002-blok c.3

3-18

(3-2) Tam-dalga doğrultucu devresi deneyi 3-2-1 Filtre kondansatörsüz tam-dalga doğrultucu devresi

3-2-1-1 Deneyin Yapılışı:

(1) KL-23002 modülünü, KL-200 Lineer Devre Deney Düzeneğine yerleştirin

ve c bloğunun konumunu belirleyin.

(2) a. Şekil 3.2(a)’daki devre ve 23002-blok c.4 bağlantı diyagramı yardımıyla kısa-devre klipslerini yerleştirin. b. Vac1 ve Vac2’ye sırasıyla 9V-0V ve 0V-9V AC gerilim uygulayın. c. ACV kademesinde multimetre ve osiloskop kullanarak, Vac1 ve Vac2 giriş gerilimlerini ölçün ve Tablo 3-1(b)’ye kaydedin. d. DCV kademesinde multimetre ve osiloskop kullanarak, OUT çıkış ucunu ölçün. Burada osiloskobun DC kademesi Vdc’yi, AC kademesi ise dalgalılığı ölçmek için kullanılacaktır. Sonuçları Tablo3-1(b)’ye kaydedin.

3-19

3-2-1-2 Deney Sonucu: Tablo 3-1(b)’de gösterin.

Şekil 3.2 (a)

Şekil 23002-blok c.4

3-2-2 Filtre kondansatörlü tam-dalga doğrultucu devresi

3-2-2-1 Deneyin Yapılışı:

(1) a. Şekil 3.2(b)’deki devre ve 23002-blok c.5 bağlantı diyagramı

yardımıyla kısa-devre klipslerini yerleştirin (C6:220µF). b. Vac1 ve Vac2’ye sırasıyla 9V-0V ve 0V-9V AC gerilim uygulayın. c. ACV kademesinde multimetre ve osiloskop kullanarak, Vac1 ve Vac2 giriş gerilimlerini ölçün ve Tablo 3-1(b)’ye kaydedin. d. VR4 (VR1MΩ)’ü minimuma getirip, DCV kademesinde multimetre ve osiloskop kullanarak, OUT çıkış ucunu ölçün. Burada osiloskobun DCV kademesi Vdc’yi, ACV kademesi ise dalgalılığı (Vr) ölçmek için kullanılacaktır. Sonuçları Tablo 3-1(b)’ye kaydedin. e. VR4 (VR1MΩ)’ü maksimuma getirip, d adımını tekrarlayın.

3-20

(2) a. 23002-blok c.6 bağlantı diyagramı yardımıyla kısa-devre klipslerini yerleştirin (C6, C5 ile değişir ve RL 1KΩ olur). b. DCV kademesinde multimetre ve osiloskop kullanarak, OUT çıkış ucunu ölçün. Burada osiloskobun DC kademesi Vdc’yi, AC kademesi ise dalgalılığı ölçmek için kullanılacaktır. Sonuçları Tablo 3-1(b)’ye kaydedin.

3-2-2-2 Deney Sonucu: Tablo 3-1 (b)’de gösterin.

Şekil 3.2 (b)

Şekil 23002-blok c.5

3-21

Şekil 23002-blok c.6

(3-3) Köprü doğrultucu devresi deneyi (1) 3-3-1 Filtre kondansatörsüz köprü doğrultucu devresi

3-3-1-1 Deneyin Yapılışı:

(1) KL-23002 modülünü, KL-200 Lineer Devre Deney Düzeneğine yerleştirin

ve c bloğunun konumunu belirleyin.

(2) a. Şekil 3.3(a)’daki devre ve 23002-blok c.7 bağlantı diyagramı yardımıyla kısa-devre klipslerini yerleştirin. b. Vac’ye 18V AC gerilim uygulayın. c. ACV kademesinde multimetre ve osiloskop kullanarak, Vac gerilimini ölçün ve Tablo 3-1(c)’ye kaydedin. d. DCV kademesinde multimetre ve osiloskop kullanarak, OUT çıkış ucunu ölçün. Burada osiloskobun DC kademesi Vdc’yi, AC kademesi ise dalgalılığı ölçmek için kullanılacaktır. Sonuçları Tablo3-1(c)’ye kaydedin.

3-3-1-2 Deney Sonucu: Tablo 3-1 (c)’de gösterin.

Şekil 3.3(a)