Doğrultucu ve Kırpıcı Devreler: Yarım Dalga, Tam Dalga ve Temel Hesaplar
Doğrultucu ve kırpıcı devreler, elektronik laboratuvarının en temel konularındandır. Çünkü pek çok cihazın AC işareti önce kullanılabilir bir DC seviyeye dönüştürmesi, bazı uygulamalarda ise işaretin sadece istenen kısmını bırakıp geri kalanını kesmesi gerekir.
Laboratuvar föyünde özellikle yarım dalga doğrultucu, tam dalga doğrultucu, Si ve Ge diyot farkı, ortalama DC değer hesabı ve kırpıcı devre mantığı isteniyor. Bu yazı, o başlıkları ezber yerine mantıkla öğrenmek için hazırlandı.
AC sinyali neden DC’ye çevirmek zorundayız?
Birçok elektronik devre, özellikle mikrodenetleyiciler ve sayısal sistemler, kararlı bir DC besleme ile çalışır. Şebeke ve pek çok kaynak ise AC karakterlidir. Bu nedenle AC’yi doğrudan kullanmak yerine önce doğrultur, sonra filtreler ve gerekiyorsa regüle ederiz. Laboratuvarda görülen doğrultucu devreler, bu dönüşümün ilk basamağıdır.
Yarım dalga doğrultucu nasıl çalışır?
Yarım dalga doğrultucuda tek bir diyot kullanılır. Diyotun yönüne bağlı olarak giriş işaretinin ya pozitif alternansı ya da negatif alternansı yük üzerine aktarılır. Diğer yarı periyot ise kesilir. Bu yüzden çıkışta tam anlamıyla düz bir DC değil, darbeli bir DC elde edilir.
- Pozitif yarım dalga doğrultucu, pozitif alternansı geçirir ve negatif alternansı keser.
- Negatif yarım dalga doğrultucu, negatif alternansı geçirir ve pozitif alternansı keser.
- Diyot ideal değilse çıkış genliği eşik gerilimi kadar azalır.
Tam dalga doğrultucu nasıl çalışır?
Tam dalga doğrultucuda girişin hem pozitif hem negatif alternansları yük üzerinde aynı polaritede kullanılır. Bu sayede ortalama DC değer yarım dalga doğrultucuya göre daha yüksektir ve dalgalanma frekansı da iki katına çıkar. Laboratuvar föyünde hem köprü tipi hem de transformatörlü tam dalga yaklaşımı anlatılır.
| Devre tipi | Kullanılan alternans | Çıkışın genel özelliği |
|---|---|---|
| Yarım dalga | Sadece bir yarı periyot | Basit ama ortalama değeri düşüktür |
| Tam dalga | Her iki yarı periyot | Daha yüksek ortalama değer ve daha verimli kullanım |
Ortalama DC değer nasıl hesaplanır?
Laboratuvar föyünde verilen pratik bağıntılar, hızlı hesap yapabilmek için çok kullanışlıdır. Burada Vm giriş işaretinin tepe değeridir.
| Devre | İdeal diyot | Silisyum diyot | Germanyum diyot |
|---|---|---|---|
| Yarım dalga | VORT = 0.318·Vm | VORT = 0.318·(Vm – 0.7) | VORT = 0.318·(Vm – 0.3) |
| Tam dalga | VORT = 0.636·Vm | VORT = 0.636·(Vm – 0.7) | VORT = 0.636·(Vm – 0.3) |
Bu bağıntıları kullanırken önemli nokta şudur: laboratuvar yaklaşımı, diyot düşümünü sabit kabul eden pratik bir model kullanır. Gerçek devrede sıcaklık, akım ve diyot tipi sonucu küçük sapmalar oluşabilir.
Si ve Ge diyot kullanılırsa ne değişir?
Silisyum diyotların eşik gerilimi daha yüksek olduğu için düşük genlikli işaretlerde iletime daha geç başlarlar. Germanyum diyotlarda eşik daha düşük olduğundan küçük işaretlerin daha erken iletildiği görülür. Bu fark, özellikle sinüs ve üçgen işaretlerde iletim süresini de etkiler. Kare dalgada ise işaret eşik değerini aniden geçtiği için bu fark dalga şekli açısından daha az dramatik görünür.
Kırpıcı devre nedir?
Kırpıcı devreler, giriş işaretinin belli bir kısmını kesen devrelerdir. Amaç, işaretin sadece istenen bölgesini bırakmak ya da çıkışın belli bir seviyeyi aşmasını engellemektir. Diyot yükle seri ise seri kırpıcı, yükle paralel ise paralel kırpıcı adını alır.
- Pozitif kırpıcı devre, pozitif alternansın tamamını veya bir kısmını kesebilir.
- Negatif kırpıcı devre, negatif alternansın tamamını veya bir kısmını kesebilir.
- Diyotun yönü, hangi kısmın kesileceğini belirler.
- Eşik gerilimi nedeniyle kesme seviyesi ideal modelden biraz farklı olur.
Laboratuvarda en sık yapılan yorum hataları
- Çıkışın darbeli DC olduğunu unutup tam düz çizgi beklemek
- Si ve Ge diyotlar için aynı genlik sonucunu yazmak
- Ortalama değer ile tepe değeri karıştırmak
- Kırpıcı devre ile kenetleme devresini birbirine karıştırmak
Rapor için kısa sonuç
Doğrultucu devreler AC işareti tek polariteli darbeli bir yapıya dönüştürürken, kırpıcı devreler işaretin istenmeyen kısmını keser. Yarım dalga doğrultucuda tek alternans, tam dalga doğrultucuda ise her iki alternans kullanılır. Diyotun Si veya Ge olması, eşik gerilimi üzerinden hem çıkış genliğini hem de iletim süresini etkiler.
Doğrultucu devrelerin temeli diyot davranışıdır. Temel PN birleşimini tekrar etmek istersen diyot çalışma prensibi yazısına, gerilim sabitleme kısmını görmek istersen zener diyot ve regüle devreleri yazısına geçebilirsin.