Elektronik Devreler - Hızlı Kılavuz
Elektronikte, farklı amaçlara hizmet eden farklı bileşenlerimiz var. Uygulamalara bağlı olarak birçok devrede kullanılan çeşitli elemanlar vardır.
Elektronik parçalar
Bir duvarı inşa eden bir tuğlaya benzer şekilde, bir bileşen, bir devrenin temel tuğlasıdır. BirComponent bir fikrin gelişmesine katkıda bulunan temel bir unsurdur. circuit yürütme için.
Her bileşenin birkaç temel özelliği vardır ve bileşen buna göre davranır. Amaçlanan devrenin yapımı için bunları kullanmak geliştiricinin sloganına bağlıdır. Aşağıdaki görüntü, farklı elektronik devrelerde kullanılan birkaç elektronik bileşen örneğini göstermektedir.
Sadece bir fikir edinmek için Bileşen türlerine bakalım. Ya olabilirlerActive Components veya Passive Components.
Aktif Bileşenler
Aktif Bileşenler, bir miktar dış enerji sağlamaya yönelik olanlardır.
Aktif Bileşenler, voltaj veya akım şeklinde enerji üretir.
Examples - Diyotlar, Transistörler, Transformatörler vb.
Pasif bileşenler
Pasif bileşenler, bağlandıklarında faaliyetlerine başlayanlardır. Çalışmaları için harici enerjiye gerek yoktur.
Pasif bileşenler, enerjiyi voltaj veya akım biçiminde depolar ve korur.
Examples - Dirençler, Kondansatörler, İndüktörler vb.
Ayrıca başka bir sınıflandırmamız var Linear ve Non-Linear elementler.
Doğrusal Bileşenler
Doğrusal elemanlar veya bileşenler, akım ve gerilim arasında doğrusal ilişkiye sahip olanlardır.
Doğrusal elemanların parametreleri akım ve gerilime göre değişmez.
Examples - Diyotlar, Transistörler, Transformatörler vb.
Doğrusal Olmayan Bileşenler
Doğrusal olmayan elemanlar veya bileşenler, akım ve gerilim arasında doğrusal olmayan bir ilişkiye sahip olanlardır.
Doğrusal olmayan elemanların parametreleri akım ve gerilime göre değiştirilir.
Examples - Dirençler, Kondansatörler, İndüktörler vb.
Bunlar, inşa edildikleri tercih edilen bir görevi tamamıyla yerine getirebilen çeşitli amaçlara yönelik bileşenlerdir. Farklı bileşenlerin böyle bir kombinasyonu,Circuit.
Elektronik devreler
Belirli bir amaca yönelik olarak belirli bir şekilde bağlandığında belirli sayıda bileşen, circuit. Devre, farklı bileşenlerden oluşan bir ağdır. Farklı devre türleri vardır.
Aşağıdaki görüntü, farklı elektronik devreleri göstermektedir. Bir karta bağlı bir grup elektronik devre olan Baskılı Devre Kartlarını gösterir.
Elektronik devreler, işlemlerine, bağlantılarına, yapılarına vb. Bağlı olarak farklı kategoriler altında gruplanabilir. Elektronik Devrelerin türleri hakkında daha fazla tartışalım.
Aktif Devre
Aktif bileşenler kullanılarak oluşturulan bir devreye Active Circuit.
Genellikle devrenin daha fazla güç çektiği ve bunu yüke ilettiği bir güç kaynağı içerir.
Çıkışa ek Güç eklenir ve bu nedenle çıkış gücü her zaman uygulanan giriş gücünden daha büyüktür.
Güç kazancı her zaman birlikten daha büyük olacaktır.
Pasif Devre
Pasif bileşenler kullanılarak inşa edilen bir devre, Passive Circuit.
Bir güç kaynağı içerse bile, devre herhangi bir güç çekmez.
Çıkışa ek Güç eklenmez ve bu nedenle çıkış gücü her zaman uygulanan giriş gücünden daha azdır.
Güç kazancı her zaman birlikten daha az olacaktır.
Elektronik devreler ayrıca şu şekilde sınıflandırılabilir: Analog, Digitalveya Mixed.
Analog Devre
Bir analog devre, içinde doğrusal bileşenlere sahip olan bir devre olabilir. Dolayısıyla doğrusal bir devredir.
Bir analog devre, sürekli voltaj aralığı olan analog sinyal girişlerine sahiptir.
Dijital Devre
Bir dijital devre, içinde doğrusal olmayan bileşenlere sahip bir devre olabilir. Dolayısıyla doğrusal olmayan bir devredir.
Yalnızca dijital sinyalleri işleyebilir.
Bir dijital devre, ayrık değerler olan dijital sinyal girişlerine sahiptir.
Karışık Sinyal Devresi
Karışık bir sinyal devresi, içinde hem doğrusal hem de doğrusal olmayan bileşenlere sahip bir devre olabilir. Bu nedenle, karışık sinyal devresi olarak adlandırılır.
Bu devreler, girdiyi işlemek için mikro işlemcilerle birlikte analog devrelerden oluşur.
Bağlantı türüne bağlı olarak, devreler şu şekilde sınıflandırılabilir: Series Circuit veya Parallel Circuit. Bir Seri Devre, seri olarak bağlanan bir devredir veparallel circuit bileşenleri paralel bağlanmış olan bir sistemdir.
Artık elektronik bileşenler hakkında temel bir fikrimiz olduğuna göre, devam edelim ve farklı uygulamalar için daha iyi devreler oluşturmamıza yardımcı olacak amaçlarını tartışalım. Bir elektronik devrenin amacı ne olursa olsun (işlemek, göndermek, almak, analiz etmek), süreç sinyaller şeklinde gerçekleştirilir. Bir sonraki bölümde, elektronik devrelerde bulunan sinyalleri ve sinyal türlerini tartışacağız.
Bir Signal"Üretildiği kaynakta bulunan veriler hakkında bazı bilgiler veren bir temsil" olarak anlaşılabilir. Bu genellikle zamanla değişir. Bu nedenle, bir sinyal birsource of energy which transmits some information. Bu, bir grafik üzerinde kolaylıkla gösterilebilir.
Örnekler
- Alarm, zamanın geldiğine dair bir sinyal verir.
- Bir ocak düdüğü, yemeğin piştiğini doğrular.
- Kırmızı ışık bazı tehlikelere işaret eder.
- Trafik sinyali hareket ettiğinizi gösterir.
- Sizin için bir arama sinyali veren bir telefon çalar.
Bir sinyal, bazı bilgileri ileten herhangi bir türde olabilir. Elektronik bir ekipmandan üretilen bu sinyale,Electronic Signal veya Electrical Signal. Bunlar genellikle zaman değişkenleridir.
Sinyal Türleri
Sinyaller, özelliklerine bağlı olarak Analog veya Dijital olarak sınıflandırılabilir. Analog ve Dijital sinyaller, aşağıdaki görüntüde gösterildiği gibi ayrıca sınıflandırılabilir.
Analog Sinyal
Zamanla değişen bir miktarı temsil eden sürekli bir zamanla değişen sinyal, bir Analog Signal. Bu sinyal, kendisini temsil eden miktarın anlık değerlerine göre zamana göre değişmeye devam eder.
Dijital sinyal
Olan bir sinyal discrete doğada veya hangisi non-continuous formda olarak adlandırılabilir Digital signal. Bu sinyalin, sanki belirli bir anda türetilmiş gibi, önceki değerlere dayanmayan ayrı ayrı gösterilen ayrı değerleri vardır.
Periyodik Sinyal ve Periyodik Sinyal
Modelini belirli bir süre boyunca tekrarlayan herhangi bir analog veya dijital sinyale, Periodic Signal. Bu sinyalin deseni tekrar tekrar devam ettirilir ve varsayılması veya hesaplanması kolaydır.
Modelini belirli bir süre boyunca tekrar etmeyen herhangi bir analog veya dijital sinyale, Aperiodic Signal. Bu sinyalin paterni devam ettirilir, ancak model tekrarlanmaz ve varsayılması veya hesaplanması o kadar kolay değildir.
Sinyaller ve Gösterimler
Arasında Periodic SignalsEn yaygın olarak kullanılan sinyaller Sinüs dalgası, Kosinüs dalgası, Üçgen dalga formu, Kare dalga, Dikdörtgen dalga, Testere dişi dalga formu, Darbe dalga formu veya darbe katarı vb. dalga formlarına bir göz atalım.
Birim Adım Sinyali
Birim adım sinyali, başlangıç noktasından X ekseni üzerindeki bir birime kadar bir birim değerine sahiptir. Bu çoğunlukla bir test sinyali olarak kullanılır. Birim adım sinyalinin görüntüsü aşağıda gösterilmiştir.
Birim adım işlevi şu şekilde gösterilir: $u\left ( t \right )$. Şu şekilde tanımlanır -
$$ u \ left (t \ right) = \ left \ {\ begin {matrix} 1 & t \ geq 0 \\ 0 & t <0 \ end {matrix} \ right. $$
Birim Darbe Sinyali
Birim dürtü sinyali, başlangıç noktasında bir birim değerine sahiptir. Alanı bir birimdir. Birim dürtü sinyalinin görüntüsü aşağıda gösterilmiştir.
Birim dürtü işlevi şu şekilde gösterilir: ẟ(t). Olarak tanımlanır
$$\delta \left ( t \right )=\left\{\begin{matrix} \infty \:\:if \:\:t=0\\0 \:\:if \:\:t\neq 0\end{matrix}\right.$$
$$\int_{-\infty }^{\infty }\delta \left ( t \right )d\left ( t \right )=1$$
$$\int_{-\infty }^{t }\delta \left ( t \right )d\left ( t \right )=u\left ( t \right )$$
$$\delta \left ( t \right )=\frac{du\left ( t \right )}{d\left ( t \right )} $$
Birim Rampa Sinyali
Birim rampa sinyalinin değeri, kaynağından üssel olarak artan bir değere sahiptir. Birim rampa sinyalinin görüntüsü aşağıda gösterilmiştir.
Birim rampa işlevi şu şekilde gösterilir: u(t). Şu şekilde tanımlanır -
$$\int_{0}^{t}u\left ( t \right ) d\left ( t \right )=\int_{0}^{t} 1 dt =t=r\left ( t \right )$$
$$u\left ( t \right )=\frac{dr\left ( t \right )}{dt}$$
Birim Parabolik Sinyal
Birim parabolik sinyalin değeri, kaynağında bir parabol gibi değişen değerlere sahiptir. Birim parabolik sinyalin görüntüsü aşağıda gösterilmiştir.
Birim parabolik işlevi şu şekilde gösterilir: $u\left ( t \right )$. Şu şekilde tanımlanır -
$$\int_{0}^{t}\int_{0}^{t}u\left ( t \right )dtdt=\int_{0}^{t}r\left ( t \right )dt=\int_{0}^{t} t.dt=\frac{t^{2}}{2}dt=x\left ( t \right )$$
$$r\left ( t \right )=\frac{dx\left ( t \right )}{dt}$$
$$u\left ( t \right )=\frac{d^{2}x\left ( t \right )}{dt^{2}}$$
Signum İşlevi
Signum işlevinin değeri, başlangıcından itibaren hem pozitif hem de negatif düzlemlerde eşit olarak dağıtılmıştır. Signum işlevinin görüntüsü aşağıda gösterilmiştir.
Signum işlevi şu şekilde gösterilir: sgn(t). Olarak tanımlanır
$$ sgn \ left (t \ right) = \ left \ {\ begin {matrix} 1 \: \: for \: \: t \ geq 0 \\ - 1 \: \: for \: \: t <0 \ end {matris} \ sağ. $$
$$sgn\left ( t \right )=2u\left ( t \right ) -1$$
Üstel Sinyal
Üstel sinyalin değeri, kaynağından üssel olarak farklılaşmaktadır. Üstel fonksiyon şu şekildedir -
$$x\left ( t \right ) =e^{\alpha t}$$
Üstel şekli şu şekilde tanımlanabilir: $\alpha$. Bu işlev 3 durumda anlaşılabilir
Case 1 -
Eğer $\alpha = 0\rightarrow x\left ( t \right )=e^{0}=1$
Case 2 -
$ \ Alpha <0 $ ise $x\left ( t \right )=e^{\alpha t}$ nerede $\alpha$negatiftir. Bu şekledecaying exponential.
Case 3 -
Eğer $\alpha > 0$ sonra $x\left ( t \right )=e^{\alpha t}$ nerede $\alpha$olumlu. Bu şekleraising exponential.
Dikdörtgen Sinyal
Dikdörtgen sinyal, kaynağından hem pozitif hem de negatif düzlemlerde dikdörtgen şeklinde dağıtılmış değerine sahiptir. Dikdörtgen sinyalin görüntüsü aşağıda gösterilmiştir.
Dikdörtgen işlevi şu şekilde gösterilir: $x\left ( t \right )$. Olarak tanımlanır
$$x\left ( t \right )=A \:rect\left [ \frac{t}{T} \right ]$$
Üçgen Sinyal
Dikdörtgen sinyalin değeri, kaynağından itibaren hem pozitif hem de negatif düzlemlerde üçgen şeklinde dağıtılmıştır. Üçgen sinyalin görüntüsü aşağıda gösterilmiştir.
Üçgen işlevi şu şekilde gösterilir:$x\left ( t \right )$. Olarak tanımlanır
$$x\left ( t \right )=A \left [ 1-\frac{\left | t \right |}{T} \right ]$$
Sinüzoidal Sinyal
Sinüzoidal sinyalin değeri, kaynağından sinüzoidal olarak değişir. Sinüzoidal sinyalin görüntüsü aşağıda gösterilmiştir.
Sinüzoidal fonksiyon, x (t) ile gösterilir. Şu şekilde tanımlanır -
$$x\left ( t \right )=A \cos \left ( w_{0} t\pm \phi \right )$$
veya
$$x\left ( t \right )=A sin\left ( w_{0}t\pm \phi \right )$$
Nerede $T_{0}=\frac{2 \pi}{w_{0}}$
Sinc İşlevi
Sinc sinyalinin değeri, aşağıda verilen denklemde olduğu gibi belirli bir ilişkiye göre değişir. Başlangıç noktasında maksimum değerine sahiptir ve uzaklaştıkça azalmaya devam eder. Bir Sinc işlevi sinyalinin görüntüsü aşağıda gösterilmiştir.
Sinc işlevi şu şekilde gösterilir: sinc(t). Şu şekilde tanımlanır -
$$sinc\left ( t \right )=\frac{sin\left ( \pi t \right )}{\pi t}$$
Dolayısıyla bunlar Elektronik ve Haberleşme alanında en çok karşılaştığımız farklı sinyaller. Sinyal analizini kolaylaştırmak için her sinyal matematiksel bir denklemde tanımlanabilir.
Her sinyal, daha önce bahsedildiği gibi belirli bir dalga şekline sahiptir. Dalganın şekillendirilmesi, sinyalde bulunan içeriği değiştirebilir. Her neyse, belirli bir devre için bir dalganın değiştirilip değiştirilmeyeceği tasarım mühendisi tarafından verilecek bir karardır. Ancak, dalganın şeklini değiştirmek için, daha sonraki birimlerde tartışılacak birkaç teknik vardır.
Bir Sinyal ayrıca bir sinyal olarak da adlandırılabilir. Wave. Grafikte gösterildiğinde her dalganın belirli bir şekli vardır. Bu şekil, zaman periyoduna göre değişen sinüzoidal, kare, üçgen vb. Farklı tiplerde olabilir veya zaman periyodu dikkate alınmaksızın rastgele bazı şekillere sahip olabilir.
Dalga Şekillendirme Türleri
İki ana dalga şekillendirme türü vardır. Onlar -
- Doğrusal dalga şekillendirme
- Doğrusal olmayan dalga şekillendirme
Doğrusal Dalga Şekillendirme
Bu doğrusal dalga şekillendirmede bir sinyali şekillendirmek için dirençler, kapasitörler ve indüktörler gibi doğrusal elemanlar kullanılır. Bir Sinüs dalgası girişinin bir sinüs dalgası çıktısı vardır ve bu nedenle sinüzoid olmayan girişler, doğrusal dalga şekillendirmeyi anlamak için daha belirgin bir şekilde kullanılır.
Filtering istenmeyen sinyali zayıflatma veya belirli bir sinyalin frekans bileşenlerinin seçilen kısımlarını yeniden üretme işlemidir.
Filtreler
Bir sinyali şekillendirme sürecinde, sinyalin bazı kısımları istenmeyen şekilde hissedilirse, bunlar bir Filtre Devresi kullanılarak kesilebilir. A Filter is a circuit that can remove unwanted portions of a signal at its input. Sinyalin gücündeki azalma süreci şu şekilde de adlandırılır:Attenuation.
Filtreleme tekniklerinde bize yardımcı olan birkaç bileşene sahibiz.
Bir Capacitor mülkiyeti var allow AC ve block DC
Bir Inductor mülkiyeti var allow DC fakat blocks AC.
Bu özellikleri kullanarak, bu iki bileşen özellikle engellemek veya izin vermek için kullanılır. AC veya DC. Filtreler bu özelliklere göre tasarlanabilir.
Dört ana filtre türünüz var -
- Alçak geçiş filtresi
- Yüksek geçiren filtre
- Bant geçiş filtresi
- Bant durdurma filtresi
Şimdi bu tür filtreleri ayrıntılı olarak tartışalım.
Alçak geçiş filtresi
Belirli bir değerin altında olan bir dizi frekansa izin veren bir Filtre devresi, Low pass filter. Bu filtre daha düşük frekansları geçer. RC ve RL kullanan bir düşük geçiş filtresinin devre şeması aşağıda gösterildiği gibidir.
Kondansatör filtresi veya RC filtre ve indüktör filtresi veya RL filtresi, düşük geçişli filtreler olarak işlev görür.
The RC filter- Kondansatör şönt içerisine yerleştirildiği için izin verdiği AC topraklanır. Bu, çıkışta DC'ye izin verirken tüm yüksek frekans bileşenlerini geçer.
The RL filter- İndüktör seri olarak yerleştirildiğinden, DC'nin çıkışa geçmesine izin verilir. İndüktör, çıkışta izin verilmeyen AC'yi bloke eder.
Düşük geçiş filtresinin (LPF) sembolü aşağıda verilmiştir.
Frekans tepkisi
Pratik bir filtrenin frekans tepkisi aşağıda gösterildiği gibidir ve ideal bir LPF'nin frekans tepkisi, elektronik bileşenlerin pratik hususları dikkate alınmadığında aşağıdaki gibi olacaktır.
Herhangi bir filtre için kesme frekansı kritik frekanstır $f_{c}$bunun için filtrenin sinyali zayıflatması (kesmesi) amaçlanmıştır. İdeal bir filtrenin mükemmel bir kesimi varken, pratik olanın birkaç sınırlaması vardır.
RLC Filtresi
RC ve RL filtreleri hakkında bilgi sahibi olduktan sonra, daha iyi bir yanıt elde etmek için bu iki devreyi eklemenin daha iyi olacağı fikrine sahip olabilirsiniz. Aşağıdaki şekil, RLC devresinin nasıl göründüğünü göstermektedir.
Girişteki sinyal, AC'yi bloke eden ve DC'ye izin veren indüktörden geçer. Şimdi, bu çıkış şöntteki kapasitörden tekrar geçirilir, bu da sinyalde mevcut olan kalan AC bileşenini topraklayarak çıkışta DC'ye izin verir. Böylece çıkışta saf bir DC var. Bu, her ikisinden de daha iyi bir düşük geçiş devresidir.
Yüksek geçiren filtre
Bir dizi frekansa izin veren bir Filtre devresi above a specified value olarak adlandırılabilir High pass filter. Bu filtre daha yüksek frekansları geçer. RC ve RL kullanan bir yüksek geçiş filtresinin devre şeması aşağıda gösterildiği gibidir.
Kondansatör filtresi veya RC filtre ve indüktör filtresi veya RL filtrelerin her ikisi de yüksek geçiş filtreleri olarak işlev görür.
RC Filtresi
Kondansatör seri olarak yerleştirildiği için DC bileşenlerini bloke eder ve AC bileşenlerin çıkışa izin verir. Bu nedenle, direnç boyunca çıkışta yüksek frekans bileşenleri görünür.
RL Filtresi
İndüktör şönte yerleştirildiğinde, DC'nin topraklanmasına izin verilir. Kalan AC bileşeni çıktıda görünür. Yüksek geçiş filtresinin (HPF) sembolü aşağıda verilmiştir.
Frekans tepkisi
Pratik bir filtrenin frekans tepkisi aşağıda gösterildiği gibidir ve ideal bir HPF'nin, elektronik bileşenlerin pratik hususları dikkate alınmadığında frekans tepkisi aşağıdaki gibi olacaktır.
Herhangi bir filtre için kesme frekansı kritik frekanstır $f_{c}$bunun için filtrenin sinyali zayıflatması (kesmesi) amaçlanmıştır. İdeal bir filtrenin mükemmel bir kesimi varken, pratik olanın birkaç sınırlaması vardır.
RLC Filtresi
RC ve RL filtreleri hakkında bilgi sahibi olduktan sonra, daha iyi bir yanıt elde etmek için bu iki devreyi eklemenin daha iyi olacağı fikrine sahip olabilirsiniz. Aşağıdaki şekil, RLC devresinin nasıl göründüğünü göstermektedir.
Girişteki sinyal, DC'yi engelleyen ve AC'ye izin veren kapasitörden geçer. Şimdi, bu çıkış şöntteki indüktörden tekrar geçer, bu da sinyalde bulunan kalan DC bileşenini topraklayarak çıkışta AC'ye izin verir. Böylece çıkışta saf bir AC'ye sahibiz. Bu, her ikisinden de daha iyi bir yüksek geçiş devresidir.
Bant Geçiş Filtresi
Bir dizi frekansa izin veren bir Filtre devresi between two specified values olarak adlandırılabilir Band pass filter. Bu filtre bir frekans bandından geçer.
Düşük ve yüksek frekansların birkaçını ortadan kaldırmamız gerektiğinden, belirli bir frekans setini seçmek için, bir BPF elde etmek için bir HPF ve bir LPF'yi kademelendirmemiz gerekir. Bu, frekans tepki eğrilerini gözlemleyerek bile kolayca anlaşılabilir.
Bir bant geçiş filtresinin devre şeması aşağıda gösterildiği gibidir.
Yukarıdaki devre ayrıca RL devreleri veya RLC devreleri kullanılarak da yapılabilir. Yukarıdakiler, basit anlaşılması için seçilen bir RC devresidir.
Bir bant geçiş filtresi (BPF) sembolü aşağıda verilmiştir.
Frekans tepkisi
Pratik bir filtrenin frekans tepkisi aşağıda gösterildiği gibidir ve ideal bir BPF'nin, elektronik bileşenlerin pratik hususları dikkate alınmadığında frekans tepkisi aşağıdaki gibi olacaktır.
Herhangi bir filtre için kesme frekansı kritik frekanstır $f_{c}$bunun için filtrenin sinyali zayıflatması (kesmesi) amaçlanmıştır. İdeal bir filtrenin mükemmel bir kesimi varken, pratik olanın birkaç sınırlaması vardır.
Bant Durdurma Filtresi
Bir dizi frekansı bloke eden veya zayıflatan bir Filtre devresi between two specified values olarak adlandırılabilir Band Stop filter. Bu filtre bir frekans bandını reddeder ve dolayısıyla şu şekilde de adlandırılabilir:Band Reject Filter.
Düşük ve yüksek frekansların birkaçını ortadan kaldırmamız gerektiğinden, belirli bir frekans kümesini seçmek için, bir BSF elde etmek için bir LPF ve bir HPF'yi kademelendirmemiz gerekir. Bu, frekans tepki eğrilerini gözlemleyerek bile kolayca anlaşılabilir.
Bir bant durdurma filtresinin devre şeması aşağıda gösterildiği gibidir.
Yukarıdaki devre ayrıca RL devreleri veya RLC devreleri kullanılarak da yapılabilir. Yukarıdakiler, basit anlaşılması için seçilen bir RC devresidir.
Bir bant durdurma filtresi (BSF) sembolü aşağıda verilmiştir.
Frekans tepkisi
Pratik bir filtrenin frekans tepkisi aşağıda gösterildiği gibidir ve ideal bir BSF'nin, elektronik bileşenlerin pratik hususları dikkate alınmadığında frekans tepkisi aşağıdaki gibi olacaktır.
Herhangi bir filtre için kesme frekansı kritik frekanstır $f_{c}$bunun için filtrenin sinyali zayıflatması (kesmesi) amaçlanmıştır. İdeal bir filtrenin mükemmel bir kesimi varken, pratik olanın birkaç sınırlaması vardır.
Alçak geçiren ve yüksek geçiren filtre devreleri birçok uygulamada özel devreler olarak kullanılır. Alçak geçiren filtre (LPF) birIntegratoryüksek geçiren filtre (HPF) ise bir Differentiator. Bu iki matematiksel fonksiyon ancak bir elektronik mühendisinin birçok uygulamadaki çabasını azaltan bu devrelerle mümkündür.
Entegratör olarak Düşük Geçişli Filtre
Düşük frekanslarda, kapasitif reaktans sonsuz olma eğilimindedir ve yüksek frekanslarda reaktans sıfır olur. Bu nedenle, düşük frekanslarda, LPF sonlu çıkışa sahiptir ve yüksek frekanslarda çıkış sıfırdır, bu da bir entegratör devresi için aynıdır. Bu nedenle alçak geçiren filtrenin birintegrator.
LPF'nin entegratör olarak davranması için
$$\tau \gg T$$
Nerede $\tau = RC$ devrenin zaman sabiti
O zaman C'deki voltaj değişimi çok küçüktür.
$$V_{i}=iR+\frac{1}{C} \int i \:dt$$
$$V_{i}\cong iR$$
$$Since \:\: \frac{1}{C} \int i \:dt \ll iR$$
$$i=\frac{V_{i}}{R}$$
$$ Since \:\: V_{0}=\frac{1}{C}\int i dt =\frac{1}{RC}\int V_{i}dt=\frac{1}{\tau }\int V_{i} dt$$
$$Output \propto \int input$$
Bu nedenle, büyük zaman sabitine sahip bir LPF, bir girişin integrali ile orantılı bir çıktı üretir.
Frekans tepkisi
Entegratör olarak çalışırken pratik bir alçak geçiren filtrenin Frekans yanıtı aşağıda gösterildiği gibidir.
Çıkış Dalga Formu
Entegratör devresine bir sinüs dalgası girişi verilirse, çıkış bir kosinüs dalgası olacaktır. Giriş bir kare dalga ise, çıkış dalga formu şeklini değiştirir ve aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi görünür.
Farklılaştırıcı Olarak Yüksek Geçişli Filtre
Düşük frekanslarda, bir farklılaştırıcının çıkışı sıfır iken, yüksek frekanslarda çıkışı bazı sonlu değerdedir. Bu, farklılaştırıcı ile aynıdır. Bu nedenle, yüksek geçiş filtresinin bir farklılaştırıcı olarak davrandığı söylenir.
RC HPF'nin zaman sabiti, giriş sinyalinin zaman periyodundan çok daha küçükse, devre bir farklılaştırıcı olarak davranır. Daha sonra, R üzerindeki voltaj düşüşü, C üzerindeki düşüşle karşılaştırıldığında çok küçüktür.
$$V_{i}=\frac{1}{C}\int i \:dt +iR$$
Fakat $iR=V_{0}$ küçük
$$since V_{i}=\frac{1}{C}\int i \:dt$$
$$i=\frac{V_{0}}{R}$$
$$Since \: V_{i} =\frac{1}{\tau }\int V_{0} \:dt$$
Nerede $\tau =RC$ devrenin zaman sabiti.
Her iki tarafta da farklılaşan,
$$\frac{dV_{i}}{dt}=\frac{V_0}{\tau }$$
$$V_{0}=\tau \frac{dV_{i}}{dt}$$
$$Since \:V_{0}\propto \frac{dV_{i}}{dt}$$
Çıkış, giriş sinyalinin diferansiyeliyle orantılıdır.
Frekans tepkisi
Farklılaştırıcı olarak çalışırken pratik bir yüksek geçiş filtresinin Frekans tepkisi aşağıda gösterildiği gibidir.
Çıkış Dalga formu
Farklılaştırıcı devresine bir sinüs dalgası girişi verilirse, çıkış bir kosinüs dalgası olacaktır. Giriş bir kare dalga ise, çıkış dalga formu şeklini değiştirir ve aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi görünür.
Bu iki devre çoğunlukla çeşitli elektronik uygulamalarda kullanılır. Bir farklılaştırıcı devresi, uygulanan giriş sürekli olarak değişme eğiliminde olduğunda sabit bir çıkış voltajı üretir. Bir entegratör devresi, uygulanan giriş voltajı sabit olduğunda, sürekli değişen bir çıkış voltajı üretir.
Dirençlerle birlikte, doğrusal olmayan elemanlar gibi diodesdoğrusal olmayan dalga şekillendirme devrelerinde gerekli değiştirilmiş çıktıları elde etmek için kullanılır. Doğrusal olmayan dalga şekillendirmede dalganın şekli zayıflatılır veya dalganın dc seviyesi değiştirilir.
Doğrusal olmayan elemanlar kullanılarak sinüzoidal girdiden sinüzoidal olmayan çıkış dalga formları üretme işlemine denir. nonlinear wave shaping.
Clipper Devreleri
Clipper devresi, rejects the part belirtilen giriş dalgası allowing the remainingporsiyon. Dalganın belirlenen kesme geriliminin üzerindeki veya altındaki kısmı kırpılır veya kesilir.
Kırpma devreleri, dirençler ve diyotlar gibi doğrusal ve doğrusal olmayan elemanlardan oluşur, ancak kapasitörler gibi enerji depolama elemanlarını içermez. Bu kırpma devreleri, avantajlı oldukları için birçok uygulamaya sahiptir.
Kırpma devrelerinin temel avantajı, genliklerde bulunan istenmeyen gürültüyü ortadan kaldırmaktır.
Bunlar, sinüs dalgalarını kırparak kare dalgalara dönüştürebildikleri için kare dalga dönüştürücüler olarak çalışabilirler.
İstenilen dalganın genliği sabit bir seviyede tutulabilir.
Diyot Makasları arasında iki ana tür vardır: positive ve negative clippers. Bu iki tür kesme makinesini sonraki iki bölümde tartışacağız.
Giriş sinyalinin pozitif kısımlarını zayıflatması amaçlanan Clipper devresi, bir Positive Clipper. Pozitif diyot kesme devreleri arasında aşağıdaki tiplere sahibiz -
- Pozitif Seri Kesme Makinesi
- Pozitif Seri Kırpma Makinesi $V_{r}$ (referans voltajı)
- Negatif ile Pozitif Seri Kırpma Makinesi $V_{r}$
- Pozitif Şant Kesme Makinesi
- Pozitif Şönt Kesme Makinesi Pozitif $V_{r}$
- Negatifli Pozitif Şönt Kesme Makinesi $V_{r}$
Bu türlerin her birini ayrıntılı olarak tartışalım.
Pozitif Seri Kesme Makinesi
Diyotun giriş sinyaline seri olarak bağlandığı ve dalga formunun pozitif kısımlarını zayıflatan bir Clipper devresi olarak adlandırılır. Positive Series Clipper. Aşağıdaki şekil, pozitif seri kesme makinesinin devre şemasını temsil etmektedir.
Positive Cycle of the Input- Giriş voltajı uygulandığında, girişin pozitif döngüsü, devredeki A noktasını B noktasına göre pozitif yapar. Bu, diyotu ters taraflı yapar ve dolayısıyla açık bir anahtar gibi davranır. Böylece, yük direncindeki voltaj, içinden akım geçmediği için sıfır olur ve dolayısıyla$V_{0}$ sıfır olacak.
Negative Cycle of the Input- Girişin negatif döngüsü, devredeki A noktasını B noktasına göre negatif yapar. Bu, diyotu öne doğru eğimli yapar ve dolayısıyla kapalı bir anahtar gibi davranır. Böylece, yük direncindeki voltaj, çıkışta tamamen göründüğü için uygulanan giriş voltajına eşit olacaktır.$V_{0}$.
Dalga biçimleri
Yukarıdaki şekillerde, dalga biçimleri gözlenirse, pozitif tepenin yalnızca bir kısmının kırpıldığını anlayabiliriz. Bunun nedeni V0 üzerindeki voltajdır. Ancak ideal çıktının böyle olması amaçlanmadı. Aşağıdaki rakamlara bir göz atalım.
İdeal çıktının aksine, pozitif döngünün bir bit kısmı, 0.7v olan diyot iletim voltajı nedeniyle pratik çıktıda mevcuttur. Bu nedenle, pratik ve ideal çıktı dalga formlarında bir fark olacaktır.
Pozitif Seri Kırpma Makinesi $V_{r}$
Diyotun giriş sinyaline seri olarak bağlandığı ve pozitif referans voltajı ile önyargılı olduğu bir Clipper devresi $V_{r}$ ve dalga formunun pozitif kısımlarını zayıflatan, şu şekilde adlandırılır: Positive Series Clipper with positive $V_{r}$. Aşağıdaki şekil, uygulanan referans voltajı pozitif olduğunda pozitif seri kesme makinesinin devre şemasını temsil etmektedir.
Girişin pozitif döngüsü sırasında, diyot ters eğilir ve çıkışta referans voltajı görünür. Negatif döngüsü sırasında, diyot öne doğru eğilir ve kapalı bir anahtar gibi davranır. Bu nedenle çıkış dalga formu yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi görünür.
Negatif ile Pozitif Seri Kırpma Makinesi $V_{r}$
Diyotun giriş sinyaline seri olarak bağlandığı ve negatif referans voltajı ile önyargılı olduğu bir Clipper devresi $V_{r}$ ve dalga formunun pozitif kısımlarını zayıflatan, şu şekilde adlandırılır: Positive Series Clipper with negative $V_{r}$. Aşağıdaki şekil, uygulanan referans voltajı negatif olduğunda pozitif seri kesme makinesinin devre şemasını temsil eder.
Girişin pozitif döngüsü sırasında, diyot ters eğilir ve çıkışta referans voltajı görünür. Referans voltajı negatif olduğu için, sabit genlikteki aynı voltaj gösterilir. Negatif döngüsü sırasında, diyot öne doğru eğilir ve kapalı bir anahtar gibi davranır. Bu nedenle, çıkışta referans voltajından daha büyük olan giriş sinyali görünür.
Pozitif Şant Kesme Makinesi
Diyotun giriş sinyaline şönt olarak bağlandığı ve dalga formunun pozitif kısımlarını zayıflatan bir Clipper devresi olarak adlandırılır. Positive Shunt Clipper. Aşağıdaki şekil, pozitif şönt kesme makinesinin devre şemasını temsil etmektedir.
Positive Cycle of the Input- Giriş voltajı uygulandığında, girişin pozitif döngüsü, devredeki A noktasını B noktasına göre pozitif yapar. Bu, diyotu öne doğru eğimli hale getirir ve dolayısıyla kapalı bir anahtar gibi davranır. Böylece, yük direncindeki voltaj, içinden akım geçmediği için sıfır olur ve dolayısıyla$V_{0}$ sıfır olacak.
Negative Cycle of the Input- Girişin negatif döngüsü, devredeki A noktasını B noktasına göre negatif yapar. Bu, diyotu ters eğimli hale getirir ve dolayısıyla açık bir anahtar gibi davranır. Böylece, yük direncindeki voltaj, çıkışta tamamen göründüğü için uygulanan giriş voltajına eşit olacaktır.$V_{0}$.
Dalga biçimleri
Yukarıdaki şekillerde, dalga biçimleri gözlenirse, pozitif tepenin yalnızca bir kısmının kırpıldığını anlayabiliriz. Bunun nedeni, üzerindeki voltajdır.$V_{0}$. Ancak ideal çıktının böyle olması amaçlanmadı. Aşağıdaki rakamlara bir göz atalım.
İdeal çıktının aksine, pozitif döngünün bir bit kısmı, 0.7v olan diyot iletim voltajı nedeniyle pratik çıktıda mevcuttur. Bu nedenle, pratik ve ideal çıktı dalga formlarında bir fark olacaktır.
Pozitif Şönt Kesme Makinesi Pozitif $V_{r}$
Diyotun giriş sinyaline şönt olarak bağlandığı ve pozitif referans voltajı ile önyargılı olduğu bir kesme devresi $V_{r}$ ve dalga formunun pozitif kısımlarını zayıflatan, şu şekilde adlandırılır: Positive Shunt Clipper with positive $V_{r}$. Aşağıdaki şekil, uygulanan referans voltajı pozitif olduğunda pozitif şönt kesici için devre şemasını temsil etmektedir.
Girişin pozitif döngüsü sırasında, diyot öne doğru eğilir ve çıkışta referans voltajından başka hiçbir şey görünmez. Negatif döngüsü sırasında, diyot ters taraflı hale gelir ve açık bir anahtar gibi davranır. Girişin tamamı çıktıda görünür. Bu nedenle çıkış dalga formu yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi görünür.
Negatifli Pozitif Şönt Kesme Makinesi $V_{r}$
Diyotun giriş sinyaline şönt olarak bağlandığı ve negatif referans voltajı ile önyargılı olduğu bir Clipper devresi $V_{r}$ ve dalga formunun pozitif kısımlarını zayıflatan, şu şekilde adlandırılır: Positive Shunt Clipper with negative $V_{r}$.
Aşağıdaki şekil, uygulanan referans voltajı negatif olduğunda pozitif şönt kesme makinesinin devre şemasını temsil eder.
Girişin pozitif döngüsü sırasında, diyot öne doğru eğilir ve çıkışta referans voltajı görünür. Referans voltajı negatif olduğu için, sabit genlikteki aynı voltaj gösterilir. Negatif döngüsü sırasında, diyot ters taraflı hale gelir ve açık bir anahtar gibi davranır. Bu nedenle, çıkışta referans voltajından daha büyük olan giriş sinyali görünür.
Giriş sinyalinin negatif kısımlarını zayıflatması amaçlanan Clipper devresi, bir Negative Clipper. Negatif diyot kesme devreleri arasında aşağıdaki tiplere sahibiz.
- Negatif Seri Kesme Makinesi
- Pozitif Negatif Seri Kesme Makinesi $V_{r}$ (referans voltajı)
- Negatif Seri Kesme Makinesi negatif $V_{r}$
- Negatif Şant Kesme Makinesi
- Negatif Şönt Kesme Makinesi pozitif $V_{r}$
- Negatif Şönt Kesme Makinesi, negatif $V_{r}$
Bu türlerin her birini ayrıntılı olarak tartışalım.
Negatif Seri Kesme Makinesi
Diyotun giriş sinyaline seri olarak bağlandığı ve dalga formunun negatif kısımlarını zayıflatan bir Clipper devresi olarak adlandırılır. Negative Series Clipper. Aşağıdaki şekil, negatif seri kesme makinesinin devre şemasını temsil etmektedir.
Positive Cycle of the Input- Giriş voltajı uygulandığında, girişin pozitif döngüsü, devredeki A noktasını B noktasına göre pozitif yapar. Bu, diyotu öne doğru eğimli hale getirir ve dolayısıyla kapalı bir anahtar gibi davranır. Böylece, çıktıyı üretmek için giriş voltajı yük direnci boyunca tamamen görünür.$V_{0}$.
Negative Cycle of the Input- Girişin negatif döngüsü, devredeki A noktasını B noktasına göre negatif yapar. Bu, diyotu ters taraflı hale getirir ve dolayısıyla açık bir anahtar gibi davranır. Böylece yük direncindeki voltaj sıfır olacak$V_{0}$ sıfır.
Dalga biçimleri
Yukarıdaki şekillerde, dalga biçimleri gözlenirse, negatif tepenin yalnızca bir kısmının kırpıldığını anlayabiliriz. Bunun nedeni, üzerindeki voltajdır.$V_{0}$. Ancak ideal çıktının böyle olması amaçlanmadı. Aşağıdaki rakamlara bir göz atalım.
İdeal çıktının aksine, 0.7v diyot iletim voltajı nedeniyle negatif döngünün bir bit kısmı pratik çıktıda bulunur. Bu nedenle, pratik ve ideal çıktı dalga formlarında bir fark olacaktır.
Pozitif Negatif Seri Kesme Makinesi $V_{r}$
Diyotun giriş sinyaline seri olarak bağlandığı ve pozitif referans voltajı ile önyargılı olduğu bir Clipper devresi $V_{r}$ ve dalga formunun negatif kısımlarını zayıflatan, şu şekilde adlandırılır: Negative Series Clipper with positive $V_{r}$. Aşağıdaki şekil, uygulanan referans voltajı pozitif olduğunda negatif seri kesme makinesinin devre şemasını temsil eder.
Girişin pozitif döngüsü sırasında, diyot yalnızca anot voltaj değeri diyotun katot voltaj değerini aştığında iletken olmaya başlar. Katot voltajı uygulanan referans voltajına eşit olduğundan, çıkış gösterildiği gibi olacaktır.
Negatif Seri Kesme Makinesi negatif $V_{r}$
Diyotun giriş sinyaline seri olarak bağlandığı ve negatif referans voltajı ile önyargılı olduğu bir Clipper devresi $V_{r}$ ve dalga formunun negatif kısımlarını zayıflatan, şu şekilde adlandırılır: Negative Series Clipper with negative $V_{r}$. Aşağıdaki şekil, uygulanan referans voltajı negatif olduğunda negatif seri kesme makinesinin devre şemasını temsil eder.
Girişin pozitif döngüsü sırasında diyot öne doğru eğilir ve çıkışta giriş sinyali belirir. Negatif döngüsü sırasında, diyot ters taraflı hale gelir ve bu nedenle davranmaz. Ancak uygulanan negatif referans voltajı çıkışta belirir. Dolayısıyla çıkış dalga formunun negatif döngüsü bu referans seviyesinden sonra kırpılır.
Negatif Şant Kesme Makinesi
Diyotun giriş sinyaline şönt olarak bağlandığı ve dalga formunun negatif kısımlarını zayıflatan bir Kesme devresi Negatif Şönt Kırpıcı olarak adlandırılır. Aşağıdaki şekil aşağıdakiler için devre şemasını temsil etmektedir:negative shunt clipper.
Positive Cycle of the Input- Giriş voltajı uygulandığında, girişin pozitif döngüsü, devredeki A noktasını B noktasına göre pozitif yapar. Bu, diyotu ters taraflı yapar ve dolayısıyla açık bir anahtar gibi davranır. Böylece, yük direncindeki voltaj, çıkışta tamamen göründüğü için uygulanan giriş voltajına eşittir.$V_{0}$
Negative Cycle of the Input- Girişin negatif döngüsü, devredeki A noktasını B noktasına göre negatif yapar. Bu, diyotu öne doğru eğimli yapar ve dolayısıyla kapalı bir anahtar gibi davranır. Böylece yük direncindeki voltaj, içinden akım geçmediğinden sıfır olur.
Dalga biçimleri
Yukarıdaki şekillerde, dalga biçimleri gözlenirse, negatif tepenin sadece bir kısmının kırpıldığını anlayabiliriz. Bunun nedeni, üzerindeki voltajdır.$V_{0}$. Ancak ideal çıktının böyle olması amaçlanmadı. Aşağıdaki rakamlara bir göz atalım.
İdeal çıktının aksine, 0.7v diyot iletim voltajı nedeniyle negatif döngünün bir bit kısmı pratik çıktıda bulunur. Bu nedenle, pratik ve ideal çıktı dalga formlarında bir fark olacaktır.
Negatif Şönt Kesme Makinesi pozitif $V_{r}$
Diyotun giriş sinyaline şönt olarak bağlandığı ve pozitif referans voltajı ile önyargılı olduğu bir kesme devresi $V_{r}$ ve dalga formunun negatif kısımlarını zayıflatan, şu şekilde adlandırılır: Negative Shunt Clipper with positive $V_{r}$. Aşağıdaki şekil, uygulanan referans voltajı pozitif olduğunda negatif şönt kesme makinesinin devre şemasını temsil eder.
Girişin pozitif döngüsü sırasında, diyot ters eğilir ve açık bir anahtar gibi davranır. Böylece, uygulanan referans voltajdan daha büyük olan giriş voltajının tamamı çıkışta görünür. Referans voltaj seviyesinin altındaki sinyal kesilir.
Negatif yarı döngü sırasında, diyot öne eğilince ve döngü tamamlandığında, çıktı mevcut değildir.
Negatif Şönt Kesme Makinesi, negatif $V_{r}$
Diyotun giriş sinyaline şönt olarak bağlandığı ve negatif referans voltajı ile önyargılı olduğu bir Clipper devresi $V_{r}$ ve dalga formunun negatif kısımlarını zayıflatan, şu şekilde adlandırılır: Negative Shunt Clipper with negative $V_{r}$. Aşağıdaki şekil, uygulanan referans voltajı negatif olduğunda negatif şönt kesme makinesinin devre şemasını temsil eder.
Girişin pozitif döngüsü sırasında, diyot ters eğilir ve açık bir anahtar gibi davranır. Böylece giriş voltajının tamamı çıkışta görünür$V_{o}$. Negatif yarı döngü sırasında, diyot öne doğru eğilir. Referans voltajına kadar olan negatif voltaj, çıkışa ulaşır ve kalan sinyal kesilir.
İki yönlü Kesme Makinesi
Bu, referans voltajlı pozitif ve negatif bir kesme makinesidir $V_{r}$. Giriş voltajı, iki referans voltajı ile giriş dalga formunun hem pozitif hem de negatif kısımları iki yönlü olarak kırpılır. Bunun için iki diyot$D_{1}$ ve $D_{2}$ iki referans gerilimi ile birlikte $V_{r1}$ ve $V_{r2}$ devreye bağlı.
Bu devre aynı zamanda bir Combinational Clipperdevre. Aşağıdaki şekil, çıkış dalga formu ile birlikte iki yönlü veya kombinasyonel bir kesme devresi için devre düzenlemesini göstermektedir.
Giriş sinyalinin pozitif yarısı sırasında, diyot $D_{1}$ referans voltajını yapar $V_{r1}$çıktıda görünür. Giriş sinyalinin negatif yarısı sırasında diyot$D_{2}$ referans voltajını yapar $V_{r1}$çıktıda görünür. Bu nedenle, her iki diyot da alternatif olarak her iki döngü sırasında çıktıyı kırpmak için hareket eder. Çıkış, yük direnci üzerinden alınır.
Bununla, büyük kesme devreleri ile işimiz bitti. Bir sonraki bölümde kıskaç devrelerini inceleyelim.
Bir Kıskaç Devresi, bir AC sinyaline bir DC seviyesi ekleyen bir devredir. Aslında sinyallerin pozitif ve negatif pikleri, kelepçeleme devreleri kullanılarak istenilen seviyelere yerleştirilebilir. DC seviyesi kaydırıldıkça, bir kıskaç devresi denirLevel Shifter.
Kıskaç devreleri, kapasitörler gibi enerji depolama elemanlarından oluşur. Basit bir kıskaç devresi, bir kapasitör, bir diyot, bir direnç ve gerekirse bir dc pilden oluşur.
Kelepçe Devresi
Bir Kelepçe devresi, bir diyot, bir direnç ve uygulanan sinyalin gerçek görünümünü değiştirmeden dalga formunu istenen DC seviyesine kaydıran bir kapasitörden oluşan devre olarak tanımlanabilir.
Dalga formunun zaman periyodunu korumak için, tau sürenin yarısından büyük olmalıdır (kondansatörün boşalma süresi yavaş olmalıdır.)
$$\tau = Rc$$
Nerede
- R, kullanılan direncin direncidir
- C, kullanılan kapasitörün kapasitansıdır
Kapasitörün şarj ve deşarj zaman sabiti, bir kelepçe devresinin çıkışını belirler.
Bir kıskaç devresinde, giriş sinyaline göre çıkış dalga formunda yukarı veya aşağı doğru dikey bir kayma gerçekleşir.
Yük direnci ve kapasitör dalga biçimini etkiler. Bu nedenle kapasitörün deşarj süresi yeterince büyük olmalıdır.
Girişte bulunan DC bileşeni, kapasitör bağlı bir ağ kullanıldığında reddedilir (bir kapasitör dc'yi bloke ederken). Bu yüzden ne zamandc olması gerekir restoredkenetleme devresi kullanılır.
Kelepçe Çeşitleri
Birkaç tür kelepçe devresi vardır, örneğin
- Pozitif Kelepçe
- Pozitif kıskaç $V_r$
- Negatif pozitif kıskaç $V_r$
- Negatif Kelepçe
- Pozitif ile negatif kıskaç $V_{r}$
- Negatif negatif kıskaç $V_{r}$
Onları ayrıntılı olarak inceleyelim.
Pozitif Kelepçe Devresi
Bir Kenetleme devresi DC seviyesini geri yükler. Sinyalin negatif zirvesi sıfır seviyesinin üzerine çıktığında, sinyalin olduğu söylenirpositively clamped.
Pozitif Kıskaç devresi, bir diyot, bir direnç ve bir kapasitörden oluşan ve çıkış sinyalini giriş sinyalinin pozitif kısmına kaydıran bir devredir. Aşağıdaki şekil, pozitif bir kelepçe devresinin yapısını açıklamaktadır.
Başlangıçta giriş verildiğinde, kondansatör henüz şarj edilmemiştir ve diyot ters yönlüdür. Çıktı bu noktada dikkate alınmaz. Negatif yarı döngü sırasında, tepe değerde, kondansatör bir plakada negatif ve diğerinde pozitif olarak yüklenir. Kondansatör artık en yüksek değerine şarj edildi$V_{m}$. Diyot öne doğru eğilimli ve yoğun bir şekilde hareket ediyor.
Bir sonraki pozitif yarı döngü sırasında, kapasitör pozitif Vm'ye yüklenirken, diyot ters önyargılı hale gelir ve devrede açılır. Şu anda devrenin çıkışı
$$V_{0}=V_{i}+V_{m}$$
Bu nedenle sinyal, yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi pozitif olarak kenetlenir. Çıkış sinyali girişteki değişikliklere göre değişir ancak giriş voltajını ekledikçe kondansatör üzerindeki yüke göre seviyeyi kaydırır.
Pozitif V r ile Pozitif Kelepçe
Pozitif bir kıskaç devresi, bazı pozitif referans voltajıyla önyargılıysa, bu voltaj, kelepçeli seviyeyi yükseltmek için çıkışa eklenecektir. Bunu kullanarak, pozitif referans voltajlı pozitif kelepçenin devresi aşağıdaki gibi oluşturulur.
Pozitif yarı döngü sırasında, çıkıştaki diyot aracılığıyla referans voltajı uygulanır ve giriş voltajı arttıkça, diyotun katot voltajı anot voltajına göre artar ve dolayısıyla iletimi durdurur. Negatif yarı döngü sırasında, diyot öne doğru eğilir ve iletmeye başlar. Kondansatör üzerindeki voltaj ve referans voltajı birlikte çıkış voltajı seviyesini korur.
Negatif Pozitif Kelepçe $V_{r}$
Pozitif bir kıskaç devresi, bazı negatif referans voltajıyla önyargılıysa, bu voltaj, kelepçeli seviyeyi yükseltmek için çıkışa eklenecektir. Bunu kullanarak, pozitif referans voltajlı pozitif kelepçenin devresi aşağıdaki gibi oluşturulur.
Pozitif yarım döngü sırasında, kapasitördeki voltaj ve referans voltajı birlikte çıkış voltajı seviyesini korur. Negatif yarı döngü sırasında, diyot, katot voltajı anot voltajından daha az olduğunda iletken olur. Bu değişiklikler çıkış voltajını yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi yapar.
Negatif Kelepçe
Negatif Kıskaç devresi, bir diyot, bir direnç ve bir kapasitörden oluşan ve çıkış sinyalini giriş sinyalinin negatif kısmına kaydıran bir devredir. Aşağıdaki şekil bir negatif kıskaç devresinin yapısını açıklamaktadır.
Pozitif yarı döngü sırasında, kapasitör en yüksek değerine kadar şarj edilir. $v_{m}$. Diyot ileriye dönüktür ve davranır. Negatif yarı döngü sırasında, diyot ters taraflı hale gelir ve açık devre olur. Şu anda devrenin çıkışı
$$V_{0}=V_{i}+V_{m}$$
Dolayısıyla sinyal, yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi negatif olarak kenetlenir. Çıkış sinyali girişteki değişikliklere göre değişir ancak giriş voltajını ekledikçe kondansatör üzerindeki yüke göre seviyeyi kaydırır.
Pozitif V r ile negatif kıskaç
Negatif bir kıskaç devresi, bazı pozitif referans voltajı ile önyargılıysa, bu voltaj, kelepçeli seviyeyi yükseltmek için çıkışa eklenecektir. Bunu kullanarak, pozitif referans voltajlı negatif kıskaç devresi aşağıdaki gibi oluşturulur.
Çıkış voltajı negatif olarak kenetlense de, uygulanan referans voltajı pozitif olduğu için çıkış dalga formunun bir kısmı pozitif seviyeye yükseltilir. Pozitif yarı döngü sırasında, diyot iletir, ancak çıkış uygulanan pozitif referans voltajına eşittir. Negatif yarım döngü sırasında, diyot açık devre gibi davranır ve kapasitör üzerindeki voltaj çıkışı oluşturur.
Negatif V r ile Negatif Kelepçe
Negatif bir kıskaç devresi, bazı negatif referans voltajıyla önyargılıysa, bu voltaj, kelepçeli seviyeyi yükseltmek için çıkışa eklenecektir. Bunu kullanarak, negatif referans gerilimli negatif kıskaç devresi aşağıdaki gibi oluşturulur.
Diyotun katodu, sıfırdan ve anot voltajından daha düşük olan bir negatif referans voltajı ile bağlanır. Bu nedenle diyot, sıfır voltaj seviyesinden önce pozitif yarı döngü sırasında iletken olmaya başlar. Negatif yarı döngü sırasında, kondansatör üzerindeki voltaj çıkışta görünür. Böylece dalga formu negatif kısma doğru kenetlenir.
Uygulamalar
Hem Clippers hem de Clampers için birçok uygulama vardır.
Clippers
- Dalga formlarının oluşturulması ve şekillendirilmesi için kullanılır
- Devrelerin sivri uçlardan korunması için kullanılır
- Genlik restoratörleri için kullanılır
- Voltaj sınırlayıcı olarak kullanılır
- Televizyon devrelerinde kullanılır
- FM vericilerinde kullanılır
Kelepçeler
- Doğru akım restoratörleri olarak kullanılır
- Bozulmaları gidermek için kullanılır
- Gerilim çarpanı olarak kullanılır
- Amplifikatörlerin korunması için kullanılır
- Test ekipmanı olarak kullanılır
- Temel sabitleyici olarak kullanılır
Kırpıcılar ve kelepçeler gibi dalga şekillendirme devrelerinin yanı sıra, bu bölümde tartışacağımız sınırlayıcılar ve voltaj çarpanları gibi diğer devreleri oluşturmak için diyotlar kullanılır. Diyotlar ayrıca daha sonra tartışılacak olan doğrultucular olarak bilinen başka bir önemli uygulamaya sahiptir.
Sınırlayıcılar
Bu makaslardan ve kelepçelerden geçerken sıklıkla karşılaştığımız bir diğer isim de sınırlayıcı devredir. Birlimiter Devre, çıkış voltajının önceden belirlenmiş bir değeri aşmasını sınırlayan devre olarak anlaşılabilir.
Bu, sinyalin belirtilen değerinin aşılmasına izin vermeyen aşağı yukarı bir kesme devresidir. Aslında kırpma, aşırı bir sınırlama boyutu olarak adlandırılabilir. Dolayısıyla sınırlama, düzgün bir kırpma olarak anlaşılabilir.
Aşağıdaki görüntü, sınırlayıcı devrelerin bazı örneklerini göstermektedir -
Bir sınırlayıcı devrenin performansı, transfer karakteristik eğrisinden anlaşılabilir. Böyle bir eğri için bir örnek aşağıdaki gibidir.
Alt ve üst sınırlar, sınırlayıcı özelliklerini gösteren grafikte belirtilmiştir. Böyle bir grafiğin çıkış voltajı şu şekilde anlaşılabilir:
$$V_{0}= L_{-},KV_{i},L_{+}$$
Nerede
$$L_{-}=V_{i}\leq \frac{L_{-}}{k}$$
$$ KV_ {i} = \ frac {L _ {-}} {k} <V_ {i} <\ frac {L _ {+}} {k} $$
$$L_{+}=V_{i}\geq \frac{L_{+}}{K}$$
Sınırlayıcı Türleri
Gibi birkaç sınırlayıcı türü vardır:
Unipolar Limiter - Bu devre sinyali tek bir şekilde sınırlar.
Bipolar Limiter - Bu devre sinyali iki şekilde sınırlar.
Soft Limiter - Bu devrede, girişte küçük bir değişiklik olsa bile çıkış değişebilir.
Hard Limiter - Giriş sinyalindeki değişiklikle çıkış kolayca değişmeyecektir.
Single Limiter - Bu devre, sınırlama için bir diyot kullanır.
Double Limiter - Bu devre sınırlama için iki diyot kullanır.
Gerilim Çarpanları
Bazı durumlarda voltajın çarpılması gereken uygulamalar vardır. Bu, diyotlar ve kapasitörler kullanılarak basit bir devre yardımı ile kolayca yapılabilir. Gerilim ikiye katlanırsa, böyle bir devreye Gerilim Katlayıcı denir. Bu, yüksek DC voltajları elde etmek için bir Voltaj Tripler veya bir Voltaj Dört Katlayıcı vb. Yapmak için genişletilebilir.
Daha iyi anlamak için, voltajı 2 faktörüyle çarpan bir devreyi düşünelim. Bu devre bir Voltage Doubler. Aşağıdaki şekil bir voltaj katlayıcının devresini göstermektedir.
Uygulanan giriş voltajı, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bir sinüs dalgası şeklinde olan bir AC sinyali olacaktır.
Çalışma
Voltaj çarpan devresi, giriş sinyalinin her yarım döngüsünün analiz edilmesiyle anlaşılabilir. Her döngü, diyotların ve kapasitörlerin farklı şekilde çalışmasını sağlar. Bunu anlamaya çalışalım.
During the first positive half cycle - Giriş sinyali uygulandığında kondansatör $C_{1}$ şarj edildi ve diyot $D_{1}$ileriye dönük. Diyot iken$D_{2}$ ters taraflı ve kapasitör $C_{2}$herhangi bir ücret almaz. Bu çıktıyı yapar$V_{0}$ olmak $V_{m}$
Bu, aşağıdaki şekilden anlaşılabilir.
Dolayısıyla, 0 ile $\pi$üretilen çıkış voltajı $V_{max}$. Kapasitör$C_{1}$ ileri yönlü diyot üzerinden şarj olur $D_{1}$ çıktı vermek için $C_{2}$şarj olmuyor. Bu voltaj çıkışta görünür.
During the negative half cycle - Bundan sonra, negatif yarı döngü geldiğinde, diyot $D_{1}$ ters taraflı ve diyot $D_{2}$önyargılı davranır. Diyot$D_{2}$ şarjı kapasitörden alır $C_{2}$bu işlem sırasında ücretlendirilir. Akım daha sonra kapasitörden geçer$C_{1}$hangi deşarj olur. Aşağıdaki şekilden anlaşılabilir.
Dolayısıyla $\pi$ -e $2\pi$, kapasitör üzerindeki voltaj $C_{2}$ olacak $V_{max}$. Kondansatör$C_{1}$Tamamen dolu olan, boşalmaya meyillidir. Şimdi her iki kapasitörden gelen voltajlar çıkışta birlikte görünür, bu da$2V_{max}$. Yani çıkış voltajı$V_{0}$ bu döngü sırasında $2V_{max}$
During the next positive half cycle - Kondansatör $C_{1}$ besleme ve diyottan şarj olur $D_{1}$önyargılı davranır. Kapasitör$C_{2}$ Deşarj ve diyotun bir yolunu bulamayacağı için şarjı tutar $D_{2}$ters taraflı olur. Şimdi, çıkış voltajı$V_{0}$ Bu döngünün voltajları, çıkışta birlikte görünen her iki kapasitörden de gerilimi alır. $2V_{max}$.
During the next negative half cycle - Bir sonraki negatif yarı döngü kapasitörün $C_{1}$ tekrar tam şarjından ve diyottan boşaltmak için $D_{1}$ önyargıyı tersine çevirmek için $D_{2}$ ileri ve kapasitör $C_{2}$voltajını korumak için daha fazla şarj etmek. Şimdi, çıkış voltajı$V_{0}$ Bu döngünün voltajları, çıkışta birlikte görünen her iki kapasitörden de gerilimi alır. $2V_{max}$.
Dolayısıyla çıkış voltajı $V_{0}$ olarak tutulur $2V_{max}$ devreyi bir voltaj ikiye katlayan hale getiren çalışması boyunca.
Gerilim çarpanları çoğunlukla yüksek DC gerilimlerin gerekli olduğu yerlerde kullanılır. Örneğin, katot ışın tüpleri ve bilgisayar ekranı.
Gerilim Bölücü
Voltajı çoğaltmak için diyotlar kullanılırken, voltajı bölmek için küçük bir ağa bir dizi seri direnç yapılabilir. Bu tür ağlar şöyle adlandırılırVoltage Divider ağlar.
Gerilim bölücü, daha büyük bir gerilimi daha küçük olana dönüştüren bir devredir. Bu, seri bağlanmış dirençler kullanılarak yapılır. Çıktı, girdinin bir kısmı olacaktır. Çıkış voltajı, sürdüğü yükün direncine bağlıdır.
Bir voltaj bölücü devresinin nasıl çalıştığını öğrenmeye çalışalım. Aşağıdaki şekil, basit bir voltaj bölücü ağ örneğidir.
Çıkış voltajı için bir ifade çizmeye çalışırsak,
$$V_{i}=i\left ( R_{1}+R_{2} \right )$$
$$i=\frac{V-{i}}{\left ( R_{1}+R_{2} \right )}$$
$$V_{0}=i \:R_{2}\rightarrow \:i\:=\frac{V_{0}}{R_{2}}$$
İkisini de karşılaştırarak,
$$\frac{V_{0}}{R_{2}}=\frac{V_{i}}{\left ( R_1 + R_{2} \right )}$$
$$V_{0}=\frac{V_{i}}{\left ( R_1 + R_{2} \right )}R_{2}$$
Bu, çıkış voltajının değerini elde etme ifadesidir. Bu nedenle çıkış voltajı, ağdaki dirençlerin direnç değerlerine bağlı olarak bölünür. Farklı çıkış voltajlarının farklı fraksiyonlarına sahip olmak için daha fazla direnç eklenir.
Gerilim bölücüler hakkında daha fazla bilgi edinmek için örnek bir problem verelim.
Misal
İki seri direnç 2kΩ ve 5kΩ olan 10v giriş voltajına sahip bir ağın çıkış voltajını hesaplayın.
Çıkış voltajı $V_{0}$ tarafından verilir
$$V_{0}=\frac{V_{i}}{\left ( R_1 + R_{2} \right )}R_{2}$$
$$=\frac{10}{\left ( 2 + 5 \right )k\Omega }5k\Omega$$
$$=\frac{10}{7}\times 5=\frac{50}{7}$$
$$=7.142v$$
Çıkış voltajı $V_0$ yukarıdaki sorun için 7.14v
Diyot, çeşitli uygulamalarda kullanılabilen iki terminalli bir PN bağlantısıdır. Bu tür uygulamalardan biri elektrik anahtarıdır. PN bağlantısı, ileri eğilimli olduğunda kapalı devre gibi davranır ve ters eğilimli olduğunda açık devre gibi davranır. Dolayısıyla, ileri ve ters taraflı durumların değişimi, diyotun bir anahtar olarak çalışmasını sağlar.forward olmak ON ve reverse olmak OFF durum.
Mekanik Anahtarlar Üzerindeki Elektrik Anahtarları
Elektrik anahtarları, aşağıdaki nedenlerden dolayı mekanik anahtarlara göre tercih edilen bir seçimdir -
- Mekanik anahtarlar metallerin oksidasyonuna meyillidir, oysa elektrik anahtarları yoktur.
- Mekanik anahtarlar hareketli kontaklara sahiptir.
- Elektrik anahtarlarından daha fazla strese ve gerilmeye eğilimlidirler.
- Mekanik anahtarların aşınması ve yırtılması genellikle çalışmalarını etkiler.
Bu nedenle bir elektrik anahtarı, bir Mekanik anahtardan daha kullanışlıdır.
Diyotun Anahtar Olarak Çalışması
Belirli bir voltaj aşıldığında, diyot direnci artar, diyot ters eğilimli hale gelir ve açık bir anahtar görevi görür. Uygulanan voltaj referans voltajın altında olduğunda, diyot direnci azalır ve diyotu öne doğru eğimli hale getirir ve kapalı bir anahtar görevi görür.
Aşağıdaki devre, bir anahtar görevi gören diyotu açıklamaktadır.
Bir anahtarlama diyotunda, P-bölgesinin hafifçe katkılı olduğu ve N-bölgesinin yoğun şekilde katkılı olduğu bir PN bağlantısı vardır. Yukarıdaki devre, pozitif voltaj ileri diyotu bastırdığında diyotun AÇIK hale geldiğini ve negatif voltaj ters diyotu önlediğinde KAPALI hale geldiğini sembolize eder.
Çalıyor
İleri akım ani bir ters voltajla o zamana kadar akarken, ters akım hemen KAPATILMAK yerine bir örnek için akar. Kaçak akım ne kadar yüksekse kayıp o kadar büyük olur. Diyot aniden ters çevrildiğinde ters akım akışı, bazen birkaç salınım oluşturabilir.RINGING.
Bu çınlama durumu bir kayıptır ve bu nedenle en aza indirilmelidir. Bunun için diyotun anahtarlama zamanları anlaşılmalıdır.
Diyot Değiştirme Süreleri
Önyargı koşullarını değiştirirken, diyot bir transient response. Bir sistemin denge konumundan herhangi bir ani değişikliğe tepkisine geçici tepki denir.
İleriden geriye ve geriye doğru önyargıya ani değişim devreyi etkiler. Bu tür ani değişikliklere yanıt vermek için geçen süre, bir elektrik anahtarının etkinliğini tanımlamak için önemli bir kriterdir.
Diyotun kararlı durumunu geri kazanmasından önce geçen süreye Recovery Time.
Diyotun ters taraflı durumdan ileri taraflı duruma geçmek için aldığı zaman aralığı olarak adlandırılır. Forward Recovery Time.($t_{fr}$)
Diyotun ileri taraflı durumdan ters taraflı duruma geçmek için aldığı zaman aralığı olarak adlandırılır. Reverse Recovery Time. ($t_{fr}$)
Bunu daha net anlamak için, voltaj bir anahtarlama PN diyotuna uygulandığında ne olduğunu analiz etmeye çalışalım.
Taşıyıcı Konsantrasyonu
Azınlık yük taşıyıcı konsantrasyonu, bağlantı noktasından uzakta görüldüğünde katlanarak azalır. Voltaj uygulandığında, ileri yönlü durum nedeniyle, bir tarafın çoğunluğu diğerine doğru hareket eder. Diğer tarafın azınlık taşıyıcıları olurlar. Bu yoğunlaşma kavşakta daha fazla olacaktır.
Örneğin, N-tipi düşünüldüğünde, ileri sapma uygulandıktan sonra N-tipine giren fazla delikler, N-tipi malzemenin halihazırda mevcut azınlık taşıyıcılarına eklenir.
Birkaç gösterimi ele alalım.
- P tipindeki çoğunluk taşıyıcılar (delikler) = $P_{po}$
- N tipindeki çoğunluk taşıyıcılar (elektronlar) = $N_{no}$
- P tipindeki azınlık taşıyıcıları (elektronlar) = $N_{po}$
- N tipindeki çoğunluk taşıyıcılar (delikler) = $P_{no}$
During Forward biased Condition- Azınlık taşıyıcıları kavşağa daha yakın ve kavşaktan daha az uzakta. Aşağıdaki grafik bunu açıklıyor.
P-tipinde aşırı azınlık taşıyıcı ücreti = $P_n-P_{no}$ ile $p_{no}$ (kararlı durum değeri)
N-tipinde aşırı azınlık taşıyıcı ücreti = $N_p-N_{po}$ ile $N_{po}$ (kararlı durum değeri)
During reverse bias condition- Çoğunluk taşıyıcıları, akımı kavşaktan geçirmez ve bu nedenle mevcut duruma katılmaz. Anahtarlama diyotu, ters yönde bir örnek için kısa devre gibi davranır.
Azınlık taşıyıcıları kavşağı geçecek ve adı verilen akımı yürüteceklerdir. Reverse Saturation Current. Aşağıdaki grafik, ters önyargı sırasındaki durumu temsil etmektedir.
Yukarıdaki şekilde, noktalı çizgi denge değerlerini ve düz çizgiler gerçek değerleri temsil etmektedir. Azınlık yük taşıyıcılarından kaynaklanan akım iletmek için yeterince büyük olduğundan, bu fazla yük kaldırılıncaya kadar devre AÇIK olacaktır.
Diyotun ileri önyargıdan ters önyargıya geçmesi için gereken süre denir Reverse recovery time ($t_{rr}$). Aşağıdaki grafikler diyot değiştirme sürelerini ayrıntılı olarak açıklamaktadır.
Yukarıdaki şekilden diyot akım grafiğini ele alalım.
Şurada: $t_{1}$diyot aniden AÇIK durumdan KAPALI duruma getirilir; Depolama süresi olarak bilinir.Storage timefazla azınlık taşıyıcı ücretini kaldırmak için gereken süredir. N'den P tipi malzemeye akan negatif akım, Depolama süresi boyunca önemli bir miktardır. Bu negatif akım,
$$-I_R= \frac{-V_{R}}{R}$$
Bir sonraki zaman periyodu transition time”(Kimden $t_2$ -e $t_3$)
Geçiş süresi, diyotun tamamen açık devre durumuna gelmesi için geçen süredir. Sonra$t_3$diyot, sabit durumda ters önyargı durumunda olacaktır. Önce$t_1$ diyot, kararlı durumda ileri önyargı koşulunda.
Yani, tamamen açık devre durumuna geçmek için geçen süre
$$Reverse \:\:recovery\:\: time\left ( t_{rr} \right )= Storage \:\:time \left ( T_{s} \right )+Transition \:\: time \left ( T_{t} \right )$$
KAPALI durumdan AÇIK durumuna geçilirken, Forward recovery time. Geri toparlanma süresi, İleri toparlanma süresinden daha fazladır. Bu Ters toparlanma süresi daha az yapılırsa bir diyot daha iyi bir anahtar görevi görür.
Tanımlar
Şimdi tartışılan zaman dilimlerinin tanımlarına bakalım.
Storage time - Diyotun ters taraflı durumda bile iletim durumunda kaldığı süreye Storage time.
Transition time - İletimsizlik durumuna geri dönerken geçen süre, yani kararlı durum ters önyargı olarak adlandırılır. Transition time.
Reverse recovery time - Diyotun ileri önyargıdan ters önyargıya geçmesi için gereken süreye Reverse recovery time.
Forward recovery time - Diyotun ters önyargıdan ileri önyargıya geçmesi için gereken süreye Forward recovery time.
Diyot anahtarlama sürelerini etkileyen faktörler
Diyot değiştirme sürelerini etkileyen birkaç faktör vardır, örneğin
Diode Capacitance - PN bağlantı kapasitansı önyargı koşullarına bağlı olarak değişir.
Diode Resistance - Diyotun durumunu değiştirmek için sunduğu direnç.
Doping Concentration - Diyotun katkılama seviyesi, diyot değiştirme sürelerini etkiler.
Depletion Width- Tükenme katmanının genişliği ne kadar dar olursa, geçiş o kadar hızlı olacaktır. Bir Zener diyotu, çığ diyotundan daha dar bir tükenme bölgesine sahiptir, bu da eskisini daha iyi bir anahtar haline getirir.
Uygulamalar
Diyot anahtarlama devrelerinin kullanıldığı birçok uygulama vardır, örneğin:
- Yüksek hızlı doğrultma devreleri
- Yüksek hızlı anahtarlama devreleri
- RF alıcıları
- Genel amaçlı uygulamalar
- Tüketici uygulamaları
- Otomotiv uygulamaları
- Telekom uygulamaları vb.
Bu bölüm, diyot devrelerinin başka bir bölümü ile ilgili yeni bir başlangıç sağlar. Bu, günlük hayatımızda karşılaştığımız Güç kaynağı devrelerine bir giriş sağlar. Herhangi bir elektronik cihaz, o elektronik cihazın çeşitli bölümlerine gerekli miktarda AC veya DC güç kaynağı sağlayan bir güç kaynağı biriminden oluşur.
Güç Kaynakları İhtiyacı
Bilgisayar, Televizyon, Katot ışınlı Osiloskop vb. Elektronik cihazlarda çok sayıda küçük bölüm bulunmaktadır ancak bu bölümlerin tümü aldığımız 230V AC beslemeye ihtiyaç duymamaktadır.
Bunun yerine, bir veya daha fazla bölüm 12v DC'ye ihtiyaç duyabilirken, bazıları 30v DC'ye ihtiyaç duyabilir. Gerekli dc voltajları sağlamak için, gelen 230v AC beslemenin kullanım için saf DC'ye dönüştürülmesi gerekir. Power supply units aynı amaca hizmet eder.
Pratik bir Güç kaynağı ünitesi aşağıdaki şekle benzer.
Şimdi bir güç kaynağı birimi oluşturan farklı bölümlerden geçelim.
Güç kaynağının parçaları
Tipik bir Güç kaynağı birimi aşağıdakilerden oluşur.
Transformer - 230v AC güç kaynağının düşürülmesi için bir giriş transformatörü.
Rectifier - Sinyalde bulunan AC bileşenlerini DC bileşenlerine dönüştürmek için bir Doğrultucu devresi.
Smoothing - Düzeltilmiş çıkışta mevcut varyasyonları düzeltmek için bir filtreleme devresi.
Regulator - Voltajı istenen çıkış seviyesine kadar kontrol etmek için bir voltaj regülatör devresi.
Load - Düzenlenmiş çıkıştan saf dc çıkışını kullanan yük.
Bir Güç Kaynağı Ünitesinin Blok Şeması
Bir Düzenlenmiş Güç kaynağı biriminin blok şeması aşağıda gösterildiği gibidir.
Yukarıdaki diyagramdan, transformatörün ilk aşamada mevcut olduğu açıktır. BASIC ELECTRONICS öğreticisindeki transformatörlerle ilgili konsepti zaten incelemiş olsak da, bir göz atalım.
Trafo
Bir transformatörde primary coil neye input verilir ve bir secondary coil hangi outputtoplandı. Bu bobinlerin her ikisi de bir çekirdek malzeme üzerine sarılır. Genellikle bir yalıtkan,Core transformatörün.
Aşağıdaki şekil pratik bir transformatörü göstermektedir.
Yukarıdaki şekilden, birkaç notasyonun yaygın olduğu açıktır. Bunlar aşağıdaki gibidir -
$N_{p}$ = Birincil sargıda dönüş sayısı
$N_{s}$ = İkincil sargıdaki dönüş sayısı
$I_{p}$ = Transformatörün primerinde akan akım
$I_{s}$ = Transformatörün sekonderinde akan akım
$V_{p}$ = Transformatörün primeri boyunca gerilim
$V_{s}$ = Transformatörün sekonderindeki gerilim
$\phi$ = Transformatörün çekirdeği etrafında bulunan manyetik akı
Bir Devredeki Trafo
Aşağıdaki şekil, bir transformatörün bir devrede nasıl temsil edildiğini gösterir. Transformatörün birincil sargısı, ikincil sargısı ve çekirdeği de aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.
Bu nedenle, bir devreye bir transformatör bağlandığında, giriş beslemesi birincil bobine verilir, böylece bu güç kaynağıyla değişen manyetik akı üretir ve bu akı, transformatörün ikincil bobinine indüklenir ve bu da değişken EMF'yi üretir. değişen akış. Akının değişken olması gerektiğinden, EMF'nin primerden sekondere aktarımı için, bir transformatör her zaman alternatif akım AC ile çalışır.
İkincil sargıdaki dönüş sayısına bağlı olarak, bir transformatör ya bir Step-up veya a Step-down trafo.
Yükseltici Transformatör
İkincil sargı, birincil sargıdan daha fazla sayıda dönüşe sahip olduğunda, transformatörün bir Step-uptrafo. Burada indüklenen EMF, giriş sinyalinden daha büyüktür.
Aşağıdaki şekil, yükseltici bir transformatörün sembolünü göstermektedir.
Basamaklı Transformatör
İkincil sargı, birincil sargıdan daha az sayıda dönüşe sahip olduğunda, transformatörün bir Step-downtrafo. Burada indüklenen EMF, giriş sinyalinden daha azdır.
Aşağıdaki şekil, aşağı inen bir transformatörün sembolünü göstermektedir.
Güç kaynağı devrelerimizde, Step-down transformerAC gücünü DC'ye indirmemiz gerektiğinden. Bu Step-down transformatörünün çıkışı güçte daha az olacak ve bu, adı verilen bir sonraki bölüme girdi olarak verilecektir.rectifier. Doğrultucular hakkında bir sonraki bölümde tartışacağız.
Bir AC'yi DC gücüne dönüştürme ihtiyacı ortaya çıktığında, kurtarma için bir redresör devresi gelir. Basit bir PN bağlantı diyotu, doğrultucu görevi görür. Diyotun ileri eğilimli ve ters eğimli koşulları, düzeltmeyi yapar.
Düzeltme
Alternatif bir akım, durumunu sürekli olarak değiştirme özelliğine sahiptir. Bu, alternatif bir akımın gösterildiği sinüs dalgasını gözlemleyerek anlaşılır. Pozitif yönde yükselir, pik pozitif bir değere gider, oradan normale düşer ve tekrar negatif kısma giderek negatif pike ulaşır ve tekrar normale döner ve devam eder.
Dalga oluşumundaki yolculuğu sırasında dalganın olumlu ve olumsuz yönlerde gittiğini gözlemleyebiliriz. Aslında tamamen değişiyor ve dolayısıyla alternatif akım adı.
Ancak düzeltme işlemi sırasında, bu alternatif akım, doğru akım DC'ye dönüştürülür. O zamana kadar hem pozitif hem de negatif yönde akan dalga, DC'ye dönüştürüldüğünde yönünü yalnızca pozitif yönde sınırlandıracaktır. Bu nedenle, aşağıdaki şekilde olduğu gibi, akımın sadece pozitif yönde akmasına ve negatif yönde direnmesine izin verilir.
Düzeltme yapan devreye bir Rectifier circuit. Bir doğrultucu devresi oluşturmak için bir doğrultucu olarak bir diyot kullanılır.
Doğrultucu devreleri türleri
Çıkışlarına bağlı olarak iki ana tip redresör devresi vardır. Onlar
- Yarım dalga Doğrultucu
- Tam dalga Doğrultucu
Yarım dalgalı bir doğrultucu devresi, giriş kaynağının yalnızca pozitif yarım döngülerini düzeltirken, Tam dalga doğrultucu devresi, giriş kaynağının hem pozitif hem de negatif yarım döngülerini düzeltir.
Yarım Dalga Doğrultucu
Yarım dalga doğrultucu adının kendisi, rectification sadece için yapılır halfdöngünün. AC sinyali, kullanıma göre yukarı veya aşağı adım atan bir giriş trafosu aracılığıyla verilir. Giriş voltajını düşürmek için çoğunlukla redresör devrelerinde bir düşürücü transformatör kullanılır.
Transformatöre verilen giriş sinyali, redresör görevi gören bir PN bağlantı diyotundan geçirilir. Bu diyot, AC voltajını, girişin yalnızca pozitif yarı döngüleri için darbeli dc'ye dönüştürür. Devrenin sonuna bir yük direnci bağlanır. Aşağıdaki şekil bir yarım dalga doğrultucunun devresini göstermektedir.
Bir HWR'nin Çalışması
T Giriş sinyali, gerilim seviyelerini düşüren transformatöre verilir. Transformatörden gelen çıktı, redresör görevi gören diyota verilir. Bu diyot, giriş sinyalinin pozitif yarım döngüleri için AÇIK hale gelir (iletir). Bu nedenle devrede bir akım akar ve yük direncinde bir voltaj düşüşü olur. Diyot, negatif yarı çevrimler için KAPALI hale gelir (iletmez) ve bu nedenle, negatif yarı çevrimler için çıktı,$i_{D} = 0$ ve $V_{o}=0$.
Dolayısıyla çıkış, giriş voltajının yalnızca pozitif yarım döngüleri için mevcuttur (ters kaçak akımı ihmal ederek). Bu çıkış, yük direnci üzerinden alınan titreşimli olacaktır.
Bir HWR'nin Dalga Formları
Giriş ve çıkış dalga formları aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.
Bu nedenle, bir yarım dalga doğrultucunun çıkışı, atımlı bir dc'dir. Yarım dalga doğrultucunun çıkışından elde edilen birkaç değeri anlayarak yukarıdaki devreyi analiz etmeye çalışalım.
Yarım Dalga Doğrultucu Analizi
Yarım dalgalı bir doğrultucu devresini analiz etmek için, giriş voltajı denklemini düşünelim.
$$v_{i}=V_{m} \sin \omega t$$
$V_{m}$ maksimum besleme voltajı değeridir.
Diyotun ideal olduğunu varsayalım.
- İleri yöndeki direnç, yani AÇIK durumda $R_f$.
- Ters yöndeki direnç, yani KAPALI durumdaki direnç $R_r$.
Akım i diyotta veya yük direncinde $R_L$ tarafından verilir
$i=I_m \sin \omega t \quad for\quad 0\leq \omega t\leq 2 \pi$
$ i=0 \quad\quad\quad\quad for \quad \pi\leq \omega t\leq 2 \pi$
Nerede
$$I_m= \frac{V_m}{R_f+R_L}$$
DC Çıkış Akımı
Ortalama akım $I_{dc}$ tarafından verilir
$$I_{dc}=\frac{1}{2 \pi}\int_{0}^{2 \pi} i \:d\left ( \omega t \right )$$
$$=\frac{1}{2 \pi}\left [ \int_{0}^{\pi}I_m \sin \omega t \:d\left ( \omega t \right )+\int_{0}^{2 \pi}0\: d\left ( \omega t \right )\right ]$$
$$=\frac{1}{2 \pi}\left [ I_m\left \{-\cos \omega t \right \}_{0}^{\pi} \right ]$$
$$=\frac{1}{2 \pi}\left [ I_m\left \{ +1-\left ( -1 \right ) \right \} \right ]=\frac{I_m}{\pi}=0.318 I_m$$
Değerini ikame etmek $I_m$, anlıyoruz
$$I_{dc}=\frac{V_m}{\pi\left ( R_f+R_L \right )}$$
Eğer $R_L >> R_f$, sonra
$$I_{dc}=\frac{V_m}{\pi R_L}=0.318 \frac{V_m}{R_L}$$
DC Çıkış Gerilimi
DC çıkış voltajı şu şekilde verilir:
$$ V_{dc}=I_{dc}\times R_L=\frac{I_m}{\pi}\times R_L$$
$$=\frac{V_m\times R_L}{\pi\left (R_f+R_L \right )}=\frac{V_m}{\pi\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}$$
Eğer $R_L>>R_f$, sonra
$$V_{dc}=\frac{V_m}{\pi}=0.318 V_m$$
RMS Akımı ve Gerilimi
RMS akımının değeri şu şekilde verilir:
$$I_{rms}=\left [ \frac{1}{2 \pi}\int_{0}^{2\pi} i^{2} d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}$$
$$I_{rms}=\left [ \frac{1}{2 \pi}\int_{0}^{2\pi}I_{m}^{2} \sin^{2}\omega t \:d\left (\omega t \right ) +\frac{1}{2\pi}\int_{\pi}^{2\pi} 0 \:d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}$$
$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{2 \pi}\int_{0}^{\pi}\left ( \frac{1-\cos 2 \omega t}{2} \right )d\left ( \omega t \right ) \right ]^{\frac{1}{2}}$$
$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{4 \pi}\left \{ \left ( \omega t \right )-\frac{\sin 2 \omega t}{2} \right \}_{0}^{\pi}\right ]^{\frac{1}{2}}$$
$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{4 \pi}\left \{ \pi - 0 - \frac{\sin 2 \pi}{2}+ \sin 0 \right \} \right ]^{\frac{1}{2}}$$
$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{4 \pi} \right ]^{\frac{1}{2}}=\frac{I_m}{2}$$
$$=\frac{V_m}{2\left ( R_f+R_L \right )}$$
Yük boyunca RMS voltajı
$$V_{rms}=I_{rms} \times R_L= \frac{V_m \times R_L}{2\left ( R_f+R_L \right )}$$
$$=\frac{V_m}{2\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}$$
Eğer $R_L>>R_f$, sonra
$$V_{rms}=\frac{V_m}{2}$$
Doğrultucu Verimliliği
Daha iyi bir çıktı için herhangi bir devrenin çalışmasında verimli olması gerekir. Yarım dalga doğrultucunun verimliliğini hesaplamak için, çıkış gücünün giriş gücüne oranı dikkate alınmalıdır.
Doğrultucu verimliliği şu şekilde tanımlanır:
$$\eta =\frac{d.c.power\:\: delivered \:\: to \:\: the \:\: load}{a.c.input \:\: power\:\:from\:\:transformer\:\:secondary}=\frac{P_{ac}}{P_{dc}}$$
Şimdi
$$P_{dc}=\left ( {I_{dc}} \right )^2 \times R_L=\frac{I_m R_L}{\pi^2}$$
Daha ileri
$$P_{ac}=P_a+P_r$$
Nerede
$P_a = power \:dissipated \:at \:the \:junction \:of \:diode$
$$=I_{rms}^{2}\times R_f=\frac{I_{m}^{2}}{4}\times R_f$$
Ve
$$P_r = power \:dissipated \:in \:the \:load \:resistance$$
$$=I_{rms}^{2}\times R_L=\frac{I_{m}^{2}}{4}\times R_L$$
$$P_{ac}=\frac{I_{m}^{2}}{4}\times R_f+\frac{I_{m}^{2}}{4}\times R_L =\frac{I_{m}^{2}}{4}\left ( R_f+R_L \right )$$
Her iki ifadeden $P_{ac}$ ve $P_{dc}$, yazabiliriz
$$\eta =\frac{I_{m}^{2}R_L/\pi^2}{I_{m}^{2}\left ( R_f+R_L \right )/4}=\frac{4}{\pi^2}\frac{R_L}{\left ( R_f+R_L \right )}$$
$$=\frac{4}{\pi^2}\frac{1}{\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}=\frac{0.406}{\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}$$
Yüzde doğrultucu verimliliği
$$\eta =\frac{40.6}{\lbrace1+\lgroup\: R_{f}/R_{L}\rgroup\rbrace}$$
Teorik olarak, bir yarım dalga doğrultucunun redresör verimliliğinin maksimum değeri, $R_{f}/R_{L} = 0$
Ayrıca, verimlilik aşağıdaki şekilde hesaplanabilir
$$\eta =\frac{P_{dc}}{P_{ac}}=\frac{\left (I_{dc} \right )^2R_L}{\left ( I_{rms} \right )^2R_L}=\frac{\left ( V_{dc}/R_L \right )^2R_L}{\left (V_{rms}/R_L \right )^2R_L} =\frac{\left ( V_{dc} \right )^2}{\left ( V_{rms} \right )^2}$$
$$=\frac{\left ( V_m/ \pi \right )^2}{\left ( V_m/2 \right )^2}=\frac{4}{\pi^2}=0.406$$
$$=40.6\%$$
Dalgalanma Faktörü
Düzeltilmiş çıktı, dalgacıklar şeklinde içinde bulunan bir miktar AC bileşeni içerir. Bu, yarım dalga doğrultucunun çıkış dalga biçimini gözlemleyerek anlaşılır. Saf bir dc elde etmek için bu bileşen hakkında bir fikrimiz olmalı.
Dalgalanma faktörü, düzeltilmiş çıktının dalgalılığını verir. İle gösteriliry. Bu, voltaj veya akımın ac bileşeninin etkin değerinin doğrudan değere veya ortalama değere oranı olarak tanımlanabilir.
$$\gamma =\frac{ripple \: voltage}{d.c \:voltage} =\frac{rms\:value\:of\: a.c.component}{d.c.value\:of\:wave}=\frac{\left ( V_r \right )_{rms}}{v_{dc}}$$
Buraya,
$$\left ( V_r \right )_{rms}=\sqrt{V_{rms}^{2}-V_{dc}^{2}}$$
Bu nedenle,
$$\gamma =\frac{\sqrt{V_{rms}^{2}-V_{dc}^{2}}}{V_{dc}}=\sqrt{\left (\frac{V_{rms}}{V_{dc}} \right )^2-1}$$
Şimdi,
$$V_{rms}=\left [ \frac{1}{2\pi}\int_{0}^{2\pi} V_{m}^{2} \sin^2\omega t\:d\left ( \omega t \right ) \right ]^{\frac{1}{2}}$$
$$=V_m\left [ \frac{1}{4\pi} \int_{0}^{\pi}\left ( 1- \cos2 \:\omega t \right )d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}=\frac{V_m}{2}$$
$$V_{dc}=V_{av}=\frac{1}{2\pi}\left [ \int_{0}^{\pi}V_m \sin \omega t \:d\left ( \omega t \right )+\int_{0}^{2\pi} 0.d\left ( \omega t \right )\right ]$$
$$=\frac{V_m}{2 \pi}\left [ -\cos \omega t \right ]_{0}^{\pi}=\frac{V_m}{\pi}$$
$$\gamma =\sqrt{\left [ \left \{ \frac{\left ( V_m/2 \right )}{\left ( V_m/\pi \right )} \right \}^2-1 \right ]}=\sqrt{\left \{ \left ( \frac{\pi}{2} \right )^2-1 \right \}}=1.21$$
Dalgalanma faktörü ayrıca şu şekilde tanımlanır:
$$\gamma =\frac{\left ( I_r \right )_{rms}}{I_{dc}}$$
Yarım dalga doğrultucudaki dalgalanma faktörünün değeri 1.21 olduğundan, çıkışta bulunan ac miktarının $121\%$ DC voltajının
Yönetmelik
Yükün içinden geçen akım, yük direncine bağlı olarak değişebilir. Ancak böyle bir durumda bile, bu yük direnci üzerinden alınan çıkış voltajımızın sabit olmasını bekliyoruz. Bu nedenle, voltajımızın farklı yük koşullarında bile düzenlenmesi gerekir.
DC yük akımındaki değişiklik ile DC çıkış voltajının değişimi şu şekilde tanımlanır: Regulation. Yüzde düzenlemesi aşağıdaki şekilde hesaplanır.
$$Percentage\:regulation=\frac{V_{no \:load}-V_{full\:load}}{V_{full\:load}} \times 100\%$$
Yüzde düzenlemesi ne kadar düşükse, güç kaynağı o kadar iyi olur. İdeal bir güç kaynağı sıfır yüzde düzenlemesine sahip olacaktır.
Trafo Kullanım Faktörü
Bir redresör devresinde yüke verilecek DC güç, bir devrede kullanılan transformatörün derecesine karar verir.
Dolayısıyla, trafo kullanım faktörü şu şekilde tanımlanır:
$$TUF=\frac{d.c.power\:to\:be\:delivered\:to\:the\:load}{a.c.rating\:of\:the\:transformer\:secondary}$$
$$=\frac{P_{d.c}}{P_{a.c\left ( rated \right )}}$$
Transformatör teorisine göre, sekonderin anma gerilimi olacaktır.
$$V_m/\sqrt{2}$$
İçinden akan gerçek RMS voltajı,
$$I_m/2$$
Bu nedenle
$$TUF=\frac{\left ( I_m/\pi \right )^2\times R_L}{\left ( V_m/\sqrt{2} \right )\times\left ( I_m/2 \right )}$$
Fakat
$$V_m=I_m\left ( R_f+R_L \right )$$
Bu nedenle
$$TUF=\frac{\left ( I_m/\pi \right )^2\times R_L}{\left \{ I_m\left ( R_f+R_L \right )/\sqrt{2} \right \}\times \left ( I_m/2 \right )}$$
$$=\frac{2\sqrt{2}}{\pi^2}\times \frac{R_L}{\left ( R_f+R_L \right )}$$
$$=\frac{2\sqrt{2}}{\pi^2} = 0.287$$
Tepe Ters Gerilimi
Ters öngerilimde bağlandığında bir diyot, kontrollü bir voltaj seviyesi altında çalıştırılmalıdır. Bu güvenli voltaj aşılırsa, diyot hasar görür. Bu nedenle, bu maksimum voltajı bilmek çok önemlidir.
Diyotun tahrip edilmeden dayanabileceği maksimum ters voltaj olarak adlandırılır. Peak Inverse Voltage. Kısacası,PIV.
Burada PIV, Vm'den başka bir şey değildir
Form faktörü
Bu, dalga formu üzerindeki tüm noktaların mutlak değerlerinin matematiksel ortalaması olarak anlaşılabilir. form factorRMS değerinin ortalama değere oranı olarak tanımlanır. İle gösterilirF.
$$F=\frac{rms\:value}{average\:value}=\frac{I_m/2}{I_m/\pi}=\frac{0.5I_m}{0.318I_m}=1.57$$
Tepe Faktörü
Düzeltmenin ne kadar etkili olduğunu bilmek için dalgalanmadaki tepe değerinin dikkate alınması gerekir. Zirve faktörünün değeri de önemli bir husustur.Peak factor tepe değerin RMS değerine oranı olarak tanımlanır.
Bu nedenle
$$Peak Factor=\frac{Peak\:value}{r.m.s\:value}=\frac{V_m}{V_m/2}=2$$
Tüm bunlar, bir redresör üzerinde çalışırken dikkate alınması gereken önemli parametrelerdir.
Hem pozitif hem de negatif yarı döngüleri düzelten bir Doğrultucu devresi, tüm çevrimi düzelttiği için tam dalga doğrultucu olarak adlandırılabilir. Tam dalgalı bir doğrultucu konstrüksiyonu iki tipte yapılabilir. Onlar
- Ortadan kılavuzlu Tam dalga doğrultucu
- Köprü tam dalga doğrultucu
Her ikisinin de avantajları ve dezavantajları vardır. Şimdi, hangisinin daha iyi olduğunu ve nedenini bilmek için bunların ikisinin de yapısını inceleyelim ve dalga biçimleriyle birlikte çalışalım.
Ortadan kılavuzlu Tam Dalga Doğrultucu
İstenilen çıkış voltajını elde etmek için trafosu sekonder bağlanan, alternatif olarak tüm çevrimi düzeltmek için iki diyot kullanan bir redresör devresi denir Center-tapped Full wave rectifier circuit. Transformatör, diğer durumlardan farklı olarak buraya merkezlenir.
Merkezleme transformatörünün özellikleri şunlardır:
Kılavuz çekme, ikincil sargının orta noktasında bir kurşun çekilerek yapılır. Bu sargı, bu şekilde iki eşit yarıya bölünür.
Kademeli orta noktadaki voltaj sıfırdır. Bu tarafsız bir nokta oluşturur.
Merkezden vurma, büyüklük olarak eşit ancak polarite açısından birbirine zıt olan iki ayrı çıkış voltajı sağlar.
Farklı voltaj seviyelerini elde etmek için bir dizi bant çekilebilir.
İki doğrultucu diyotlu merkez-tapalı transformatör, bir Center-tapped full wave rectifier. Merkeze vurulmuş tam dalga doğrultucunun devre şeması aşağıda gösterildiği gibidir.
CT-FWR'nin Çalışması
Merkeze kılavuzlu bir tam dalga doğrultucunun çalışması yukarıdaki şekilden anlaşılabilir. Giriş voltajının pozitif yarı döngüsü uygulandığında, trafo sekonderindeki M noktası N noktasına göre pozitif hale gelir. Bu diyot yapar.$D_1$ileri taraflı. Dolayısıyla güncel$i_1$ yük direncinden A'dan B'ye akar.Şimdi çıkışta pozitif yarı döngülerimiz var
Giriş voltajının negatif yarım döngüsü uygulandığında, trafo sekonderindeki M noktası N noktasına göre negatif olur. Bu, diyotu yapar. $D_2$ileri taraflı. Dolayısıyla güncel$i_2$ yük direncinden A'dan B'ye akar. Şimdi, girişin negatif yarım döngüleri sırasında bile çıkışta pozitif yarı döngülerimiz var.
CT FWR dalga formları
Ortadan kılavuzlu tam dalga doğrultucunun giriş ve çıkış dalga formları aşağıdaki gibidir.
Yukarıdaki şekilden, çıktının hem pozitif hem de negatif yarı döngüler için elde edildiği açıktır. Ayrıca, yük direnci üzerindeki çıkışın,same direction her iki yarım döngü için.
Tepe Ters Gerilimi
Yarım ikincil sargı boyunca maksimum voltaj $V_m$ikincil voltajın tamamı iletken olmayan diyot boyunca görünür. Dolayısıylapeak inverse voltage yarı ikincil sargı boyunca maksimum voltajın iki katıdır, yani
$$PIV=2V_m$$
Dezavantajları
Merkeze bağlı tam dalga doğrultucu için birkaç dezavantaj vardır, örneğin -
- Merkeze vurmanın konumu zor
- DC çıkış voltajı küçüktür
- Diyotların PIV değeri yüksek olmalıdır
Bir sonraki tür tam dalga doğrultucu devre, Bridge Full wave rectifier circuit.
Köprü Tam Dalga Doğrultucu
Bu, sadece girişin tam döngüsü sırasında çıkışı üretmekle kalmayıp, aynı zamanda merkez-kılavuzlu tam dalga doğrultucu devresinin dezavantajlarını ortadan kaldırmak için köprü şeklinde bağlanmış dört diyotu kullanan böyle bir tam dalgalı doğrultucu devresidir.
Bu devrede transformatörün herhangi bir merkez bağlantısına gerek yoktur. Dört diyot denir$D_1$, $D_2$, $D_3$ ve $D_4$köprü tipi bir ağ oluşturmada kullanılır, böylece diyotlardan ikisi bir yarım döngü için ve ikisi giriş kaynağının diğer yarım döngüsü için çalışır. Bir köprü tam dalga doğrultucunun devresi aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.
Bir Köprü Tam Dalga Doğrultucunun Çalışması
Daha iyi bir tam dalga çıkış tepkisi elde etmek için köprü devresine bağlı dört diyotlu tam dalga doğrultucu kullanılır. Giriş kaynağının pozitif yarı döngüsü verildiğinde, P noktası noktaya göre pozitif olur.Q. Bu diyotu yapar$D_1$ ve $D_3$ ileri taraflı iken $D_2$ ve $D_4$ters taraflı. Bu iki diyot artık yük direnci ile seri olacaktır.
Aşağıdaki şekil, bunu devredeki geleneksel akım akışı ile birlikte göstermektedir.
Dolayısıyla diyotlar $D_1$ ve $D_3$yük direnci boyunca çıktı üretmek için giriş kaynağının pozitif yarı döngüsü sırasında gerçekleştirin. Çıkışı üretmek için iki diyot çalıştığı için, voltaj, merkeze bağlı tam dalga doğrultucunun çıkış voltajının iki katı olacaktır.
Giriş beslemesinin negatif yarı döngüsü verildiğinde, P noktası noktaya göre negatif olur Q. Bu diyotu yapar$D_1$ ve $D_3$ ters taraflı iken $D_2$ ve $D_4$ileri taraflı. Bu iki diyot artık yük direnci ile seri olacaktır.
Aşağıdaki şekil, bunu devredeki geleneksel akım akışı ile birlikte göstermektedir.
Dolayısıyla diyotlar $D_{2}$ ve $D_{4}$yük direnci boyunca çıktı üretmek için giriş kaynağının negatif yarı döngüsü sırasında gerçekleştirin. Burada da çıkış voltajını üretmek için iki diyot çalışır. Akım, girişin pozitif yarım döngüsü sırasında olduğu gibi aynı yönde akar.
Köprü FWR Dalga Formları
Ortadan kılavuzlu tam dalga doğrultucunun giriş ve çıkış dalga formları aşağıdaki gibidir.
Yukarıdaki şekilden, çıktının hem pozitif hem de negatif yarı döngüler için elde edildiği açıktır. Ayrıca, yük direnci üzerindeki çıkışın,same direction her iki yarım döngü için.
Tepe Ters Gerilimi
Diyotlardan ikisi transformatörün sekonderine paralel olduğunda, transformatör boyunca maksimum sekonder voltaj, redresör devresinin PIV'sini oluşturan iletken olmayan diyotlarda görülür. Dolayısıylapeak inverse voltage ikincil sargı boyunca maksimum gerilimdir, yani
$$PIV=V_m$$
Avantajlar
Bir köprü tam dalga doğrultucunun birçok avantajı vardır, örneğin -
- Merkeze vurmaya gerek yok.
- DC çıkış voltajı, merkez kademeli FWR'nin iki katıdır.
- Diyotların PIV değeri, merkez vurucu FWR'nin yarı değerindedir.
- Daha iyi çıkış ile devrenin tasarımı daha kolaydır.
Şimdi tam dalgalı bir doğrultucunun özelliklerini analiz edelim.
Tam Dalga Doğrultucu Analizi
Tam dalgalı bir doğrultucu devresini analiz etmek için, giriş voltajını varsayalım. $V_{i}$ gibi,
$$V_{i}=V_m \sin \omega t$$
Akım $i_1$ yük direnci aracılığıyla $R_L$ tarafından verilir
$$i_1=I_m \sin \omega t \quad for \quad0 \leq \omega t \leq \pi$$
$$i_1=\quad0 \quad\quad\quad for \quad \pi \leq \omega t \leq 2\pi$$
Nerede
$$I_m=\frac{V_m}{R_f+R_L}$$
$R_f$ AÇIK durumda diyot direnci.
Benzer şekilde, mevcut $i_2$ diyot içinden akan $D_2$ ve yük direnci RL,
$$i_2=\quad\:0 \quad\quad\quad for \quad 0 \leq \omega t \leq \pi$$
$$i_2=I_m \sin \omega t \quad for \quad\pi \leq \omega t \leq 2\pi$$
Akan toplam akım $R_L$ iki akımın toplamıdır $i_1$ ve $i_2$ yani
$$i=i_1+i_2$$
DC veya Ortalama Akım
Bir DC ampermetrenin göstereceği ortalama çıkış akımı değeri şu şekilde verilir:
$$I_{dc}=\frac{1}{2\pi} \int_{0}^{2\pi} i_1 \:d\left ( \omega t \right )+\frac{1}{2\pi}\int_{0}^{2\pi}i_2 \:d\left ( \omega t \right )$$
$$=\frac{1}{2\pi\int_{0}^{\pi}}I_m \sin \omega t \:d\left ( \omega t \right )+0+0+$$
$$\frac{1}{2\pi} \int_{0}^{2\pi}I_m \sin \omega t\:d\left ( \omega t \right ) $$
$$=\frac{I_m}{\pi}+ \frac{I_m}{\pi} =\frac{2I_m}{\pi}=0.636I_m$$
Bu, yarım dalga doğrultucunun değerinin iki katıdır.
DC Çıkış Gerilimi
Yük boyunca DC çıkış voltajı,
$$V_{dc}=I_{dc}\times R_L = \frac{2I_mR_L}{\pi}=0.636I_mR_L$$
Dolayısıyla, dc çıkış voltajı, yarım dalga doğrultucunun iki katıdır.
RMS Akımı
Akımın RMS değeri şu şekilde verilir:
$$I_{rms}=\left [ \frac{1}{\pi}\int_{0}^{\pi} t^2 \:d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}$$
Akım iki yarıda iki aynı formda olduğundan
$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{\pi} \int_{0}^{\pi }\sin^2 \omega t\:d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}$$
$$=\frac{I_m}{\sqrt{2}}$$
Doğrultucu Verimliliği
Doğrultucu verimliliği şu şekilde tanımlanır:
$$\eta=\frac{P_{dc}}{P_{ac}}$$
Şimdi,
$$P_{dc}=\left (V_{dc} \right )^2/R_L=\left ( 2V_m/\pi \right )^2$$
Ve,
$$P_{ac}=\left (V_{rms} \right )^2/R_L=\left (V_m/\sqrt{2} \right )^2$$
Bu nedenle,
$$\eta =\frac{P_{dc}}{P_{ac}}=\frac{\left (2V_m/\pi \right )^2}{\left ( V_m/\sqrt{2} \right )^2}=\frac{8}{\pi^2}$$
$$=0.812=81.2\%$$
Doğrultucu verimliliği aşağıdaki şekilde hesaplanabilir -
DC çıkış gücü,
$$P_{dc}=I_{dc}^{2}R_L=\frac{4I_{m}^{2}}{\pi^2}\times R_L$$
AC giriş gücü,
$$P_{ac}=I_{rms}^{2}\left (R_f+R_L \right )=\frac{I_{m}^{2}}{2}\left ( R_f+R_L \right )$$
Bu nedenle,
$$\eta=\frac{4I_{m}^{2}R_L/\pi^2}{I_{m}^{2}\left ( R_f+R_L \right )/2}=\frac{8}{\pi^2}\frac{R_L}{\left ( R_f+R_L \right )}$$
$$=\frac{0.812}{\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}$$
Bu nedenle, Yüzde Verimlilik
$$=\frac{0.812}{ 1+\left ( R_f+R_L \right )}$$
$$=81.2\% \quad if\: R_f=0$$
Böylece, tam dalgalı bir doğrultucu, yarım dalga doğrultucunun iki katı verimliliğe sahiptir.
Dalgalanma Faktörü
Tam dalgalı bir doğrultucunun doğrultulmuş çıkış voltajının biçim faktörü şu şekilde verilir:
$$F=\frac{I_{rms}}{I_{dc}}=\frac{I_m/\sqrt{2}}{2I_m/\pi}=1.11$$
Dalgalanma faktörü $\gamma$ olarak tanımlanır (ac devre teorisi kullanılarak)
$$\gamma =\left [ \left ( \frac{I_{rms}}{I_{dc}} \right )-1 \right ]^{\frac{1}{2}}=\left ( F^2 -1\right )^{\frac{1}{2}}$$
$$=\left [ \left ( 1.11 \right )^2 -1\right ]^\frac{1}{2}=0.48$$
Bu, yarım dalga doğrultucunun 1,21 olan dalgalanma faktörüne göre büyük bir gelişmedir.
Yönetmelik
DC çıkış voltajı şu şekilde verilir:
$$V_{dc}=\frac{2I_mR_L}{\pi}=\frac{2V_mR_L}{\pi\left ( R_f+R_L \right )}$$
$$=\frac{2V_m}{\pi}\left [ 1-\frac{R_f}{R_f+R_L} \right ]=\frac{2V_m}{\pi}-I_{dc}R_f$$
Trafo Kullanım Faktörü
Yarım dalga doğrultucunun TUF'si 0,287'dir
Merkeze kılavuzlu bir doğrultucuda iki ikincil sargı vardır ve bu nedenle merkeze bağlı tam dalga doğrultucunun TUF'si
$$\left ( TUF \right )_{avg}=\frac{P_{dc}}{V-A\:rating\:of\:a\:transformer}$$
$$=\frac{\left ( TUF \right )_p+\left ( TUF \right )_s+\left ( TUF \right )_s}{3}$$
$$=\frac{0.812+0.287+0.287}{3}=0.693$$
Yarım Dalga ve Tam Dalga Doğrultucu
Tam dalga doğrultucunun farklı parametrelerinin tüm değerlerini inceledikten sonra, yarım dalga ve tam dalga doğrultucuların özelliklerini karşılaştırmaya ve karşılaştırmaya çalışalım.
Koşullar | Yarım Dalga Doğrultucu | Merkez Kılavuzlu FWR | Köprü FWR |
---|---|---|---|
Diyot Sayısı | $1$ | $2$ | $4$ |
Transformatör bağlantısı | $No$ | $Yes$ | $No$ |
Tepe Ters Gerilimi | $V_m$ | $2V_m$ | $V_m$ |
Maksimum Verimlilik | $40.6\%$ | $81.2\%$ | $81.2\%$ |
Ortalama / dc akım | $I_m/\pi$ | $2I_m/\pi$ | $2I_m/\pi$ |
DC gerilimi | $V_m/\pi$ | $2V_m/\pi$ | $2V_m/\pi$ |
RMS akımı | $I_m/2$ | $I_m/\sqrt{2}$ | $I_m/\sqrt{2}$ |
Dalgalanma Faktörü | $1.21$ | $0.48$ | $0.48$ |
Çıkış frekansı | $f_{in}$ | $2f_{in}$ | $2f_{in}$ |
Güç kaynağı blok şeması, redresör devresinden sonra bir filtre devresine ihtiyaç duyulduğunu açıkça açıklar. Bir doğrultucu, darbeli bir alternatif akımı, yalnızca bir yönde akan doğru akıma dönüştürmeye yardımcı olur. Şimdiye kadar, farklı tipte doğrultucu devreleri gördük.
Tüm bu doğrultucu devrelerin çıkışları bir miktar dalgalanma faktörü içerir. Yarım dalgalı bir doğrultucunun dalgalanma faktörünün, tam dalgalı bir doğrultucudan daha büyük olduğunu da gözlemledik.
Filtrelere Neden İhtiyacımız Var?
Sinyaldeki dalgalanma, bazı AC bileşenlerinin varlığını gösterir. Saf dc çıkışı elde etmek için bu ac bileşeninin tamamen kaldırılması gerekir. Yani, bir devreye ihtiyacımız varsmoothens düzeltilmiş çıktı saf bir dc sinyaline.
Bir filter circuit düzeltilmiş çıktıda bulunan ac bileşenini kaldıran ve dc bileşeninin yüke ulaşmasına izin veren bileşendir.
Aşağıdaki şekil bir filtre devresinin işlevselliğini göstermektedir.
İki ana bileşen, indüktör ve kapasitör kullanılarak bir filtre devresi oluşturulur. Temel Elektronik eğitiminde zaten çalıştık.
Bir indüktör sağlar dc ve bloklar ac.
Bir kapasitör izin verir ac ve bloklar dc.
Bu iki bileşeni kullanarak birkaç filtre oluşturmaya çalışalım.
Seri İndüktör Filtresi
Bir indüktör dc'ye izin verdiğinden ve ac'yi engellediğinden, adı verilen bir filtre Series Inductor Filterredresör ve yük arasında indüktör seri bağlanarak inşa edilebilir. Aşağıdaki şekil, bir seri indüktör filtresinin devresini göstermektedir.
Doğrultulmuş çıkış, bu filtreden geçirildiğinde, indüktör saf bir dc sağlamak için sinyalde bulunan ac bileşenlerini bloke eder. Bu basit bir birincil filtredir.
Şönt Kapasitör Filtresi
Bir kapasitör ac'nin içinden geçmesine izin verdiğinden ve dc'yi engellediğinden, adı verilen bir filtre Shunt Capacitor Filter aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi şönt bağlanmış bir kapasitör kullanılarak inşa edilebilir.
Düzeltilmiş çıkış, bu filtreden geçerken, sinyalde bulunan ac bileşenleri, ac bileşenlerine izin veren kapasitör aracılığıyla topraklanır. Sinyalde bulunan kalan dc bileşenleri çıkışta toplanır.
Yukarıda tartışılan filtre tipleri, bir indüktör veya bir kapasitör kullanılarak oluşturulur. Şimdi, daha iyi bir filtre yapmak için ikisini de kullanmayı deneyelim. Bunlar kombinasyonel filtrelerdir.
LC Filtresi
Hem indüktör hem de kapasitörün verimliliklerinin kullanılabileceği daha iyi bir çıktı elde etmek için hem indüktör hem de kapasitör kullanılarak bir filtre devresi oluşturulabilir. Aşağıdaki şekil bir LC filtresinin devre şemasını göstermektedir.
Bu devreye verildiğinde rektifiye edilmiş çıkış, indüktör DC bileşenlerinin içinden geçmesine izin vererek sinyaldeki ac bileşenlerini bloke eder. Şimdi, bu sinyalden, eğer varsa, birkaç ac bileşeni topraklanır, böylece saf bir dc çıkışı elde ederiz.
Bu filtre aynı zamanda Choke Input Filtergiriş sinyali ilk olarak indüktöre girdiğinde. Bu filtrenin çıktısı, öncekilerden daha iyi.
Π- Filtre (Pi filtresi)
Bu, çok yaygın olarak kullanılan başka bir filtre devresi türüdür. Girişinde kondansatör vardır ve bu nedenle aynı zamandaCapacitor Input Filter. Burada, iki kondansatör ve bir indüktör π şekilli ağ şeklinde bağlanmıştır. Paralel olarak bir kondansatör, ardından seri olarak bir indüktör, ardından paralel olarak başka bir kondansatör bu devreyi oluşturur.
Gerekirse, ihtiyaca göre birkaç özdeş bölüm de buna eklenebilir. Aşağıdaki şekil aşağıdakiler için bir devre göstermektedir:$\pi$ filtre (Pi-filter).
Pi filtresinin çalışması
Bu devrede, paralel olarak bir kapasitör, ardından seri olarak bir indüktör ve ardından paralel olarak başka bir kapasitör var.
Capacitor C1- Bu filtre kapasitör, dc'ye yüksek reaktans ve ac sinyaline düşük reaktans sunar. Sinyalde bulunan ac bileşenlerini toprakladıktan sonra, sinyal daha fazla filtreleme için indüktöre geçer.
Inductor L- Bu indüktör, DC bileşenlerine düşük reaktans sağlarken, herhangi biri C 1 kapasitöründen geçmeyi başarırsa ac bileşenlerini bloke eder .
Capacitor C2 - Şimdi, bu kapasitör kullanılarak sinyal daha da yumuşatılır, böylece sinyalde bulunan ve indüktörün bloke edemediği herhangi bir ac bileşenine izin verir.
Böylece yükte istenen saf dc çıkışını elde ederiz.
Bir güç kaynağı sisteminde yükten önceki sonraki ve son aşama Regülatör kısmıdır. Şimdi bir düzenleyicinin ne olduğunu ve ne yaptığını anlamaya çalışalım.
Elektroniğin elektrik gücünün kontrolü ve dönüşümü ile ilgilenen kısmı şu şekilde adlandırılabilir: Power Electronics. Bir regülatör, güç çıkışını kontrol ettiği için güç elektroniği söz konusu olduğunda önemli bir cihazdır.
Regülatör İhtiyacı
Bir Güç kaynağının, giriş voltajı değişimlerinden veya yük akımı değişimlerinden bağımsız olarak sabit bir çıkış voltajı üretmesi için, bir voltaj regülatörüne ihtiyaç vardır.
Bir voltage regulatorUygulanan giriş voltajındaki her türlü dalgalanma veya yük tarafından çekilen akımdaki herhangi bir değişiklik yerine sabit çıkış voltajını koruyan böyle bir cihazdır. Aşağıdaki görüntü, pratik bir düzenleyicinin neye benzediğine dair bir fikir vermektedir.
Düzenleyici Türleri
Düzenleyiciler, çalışmalarına ve bağlantı türlerine bağlı olarak farklı kategorilere ayrılabilir.
Depending upon the type of regulationregülatörler esas olarak hat ve yük regülatörleri olmak üzere iki türe ayrılır.
Line Regulator - Giriş hattı değişikliklerine rağmen çıkış geriliminin sabit olmasını düzenleyen regülatöre denir. Line regulator.
Load Regulator - Çıkış geriliminin sabit olmasını düzenleyen regülatöre, çıkıştaki yükteki değişikliklere rağmen, Load regulator.
Depending upon the type of connectioniki tip voltaj regülatörü vardır. Onlar
- Seri voltaj regülatörü
- Şönt voltaj regülatörü
Bunların bir devrede düzenlenmesi aşağıdaki şekillerde olduğu gibi olacaktır.
Diğer önemli regülatör türlerine bir göz atalım.
Zener Voltaj Regülatörü
Bir Zener voltaj regülatörü, çıkış voltajını düzenlemek için Zener diyot kullanan bir regülatördür. Zener diyotla ilgili ayrıntıları BASIC ELECTRONICS öğreticisinde zaten tartışmıştık.
Zener diyot arızada çalıştırıldığında veya Zener region, karşısındaki voltaj büyük ölçüde constant için large change of currentiçinden. Bu özellik, Zener diyotunugood voltage regulator.
Aşağıdaki şekil basit bir Zener regülatörünün bir görüntüsünü göstermektedir.
Uygulanan giriş voltajı $V_i$ Zener voltajının ötesine yükseltildiğinde $V_z$, daha sonra Zener diyotu arıza bölgesinde çalışır ve yük boyunca sabit voltajı korur. Seri sınırlayıcı direnç$R_s$ giriş akımını sınırlar.
Zener Voltaj Regülatörünün Çalışması
Zener diyot, yük değişikliklerine ve giriş voltajı dalgalanmalarına rağmen voltajı sabit tutar. Bu nedenle, bir Zener voltaj regülatörünün çalışmasını anlamak için 4 durumu ele alabiliriz.
Case 1 - Yük akımı ise $I_L$ artar, ardından Zener diyotundan geçen akım $I_Z$ seri direnç üzerinden akımı korumak için azalır $R_S$sabit. Çıkış voltajı Vo, giriş voltajı Vi'ye ve seri direnç üzerindeki voltaja bağlıdır.$R_S$.
Bu şu şekilde yazılabilir
$$V_o=V_{in}-IR_{s}$$
Nerede $I$sabittir. Bu nedenle,$V_o$ ayrıca sabit kalır.
Case 2 - Yük akımı ise $I_L$ azalır, ardından Zener diyotundan geçen akım $I_Z$ akım olarak artar $I_S$RS serisi direnç sayesinde sabit kalır. Akım olmasına rağmen$I_Z$ Zener diyotu sayesinde sabit bir çıkış voltajı sağlar $V_Z$yük voltajını sabit tutan.
Case 3 - Giriş voltajı $V_i$ artar, ardından mevcut $I_S$seri direnç RS artar. Bu, direnç boyunca voltaj düşüşünü artırır, yani$V_S$artışlar. Zener diyottan geçen akım$I_Z$ bununla birlikte, Zener diyotundaki voltaj artar $V_Z$ çıkış yük voltajını sabit tutarak sabit kalır.
Case 4 - Giriş voltajı azalırsa, seri dirençten geçen akım azalır ve bu da akımı Zener diyotundan geçirir. $I_Z$azalır. Ancak Zener diyot, özelliği nedeniyle çıkış voltajını sabit tutar.
Zener Voltaj Regülatörünün Sınırlamaları
Bir Zener voltaj regülatörü için birkaç sınırlama vardır. Onlar -
- Ağır yük akımları için daha az verimlidir.
- Zener empedansı, çıkış voltajını biraz etkiler.
Bu nedenle, bir Zener voltaj regülatörünün düşük voltaj uygulamaları için etkili olduğu düşünülmektedir. Şimdi, transistörler kullanılarak yapılan diğer voltaj regülatörlerine geçelim.
Transistör Serisi Voltaj Regülatörü
Bu regülatör, Zener regülatörüne seri olarak ve her ikisi de yüke paralel bir transistöre sahiptir. Transistör, çıkış voltajını sabit tutmak için kollektör yayıcı voltajını düzenleyen değişken bir direnç olarak çalışır. Aşağıdaki şekil, transistör serisi voltaj regülatörünü göstermektedir.
Giriş çalışma koşullarıyla, transistörün tabanından geçen akım değişir. Bu, transistörün temel yayıcı bağlantısındaki voltajı etkiler.$V_{BE}$. Çıkış voltajı, Zener voltajı tarafından korunur$V_Z$sabit olan. Her ikisi de eşit tutulduğundan, giriş kaynağındaki herhangi bir değişiklik, emitör baz voltajındaki değişiklik ile gösterilir.$V_{BE}$.
Dolayısıyla çıkış voltajı Vo şu şekilde anlaşılabilir:
$$V_O=V_Z+V_{BE}$$
Transistör Serisi Voltaj Regülatörünün Çalışması
Bir seri voltaj regülatörünün çalışması, giriş ve yük değişimleri için dikkate alınacaktır. Giriş voltajı artarsa, çıkış voltajı da artar. Ancak bu da, toplayıcı taban bağlantısındaki voltajı$V_{BE}$ Zener voltajı olarak azaltmak için $V_Z$sabit kalır. Yayıcı kollektör bölgesindeki direnç arttıkça iletim azalır. Bu, kollektör emitör bağlantısı VCE üzerindeki voltajı daha da artırır, böylece çıkış voltajını azaltır$V_O$. Giriş voltajı düştüğünde bu benzer olacaktır.
Yük değiştiğinde, yani yükün direnci azalırsa yük akımını artırır. $I_L$çıkış voltajı $V_O$ Emitör baz voltajını artırarak azalır $V_{BE}$.
Verici baz voltajındaki artışla $V_{BE}$iletim, yayıcı toplayıcı direncini azaltarak artar. Bu da yük direncindeki azalmayı telafi eden giriş akımını artırır. Yük akımı arttığında bu benzer olacaktır.
Transistör Serisi Voltaj Regülatörünün Sınırlamaları
Transistör Serisi Voltaj Regülatörleri aşağıdaki sınırlamalara sahiptir -
- Voltajlar $V_{BE}$ ve $V_Z$ sıcaklık artışından etkilenir.
- Yüksek akımlar için iyi bir düzenleme mümkün değildir.
- Güç dağılımı yüksektir.
- Güç dağılımı yüksektir.
- Daha az verimli.
Bu sınırlamaları en aza indirmek için transistör şönt regülatörü kullanılır.
Transistör Şönt Voltaj Regülatörü
Bir transistör şönt regülatör devresi, girişe seri olarak bir direnç ve tabanı ve toplayıcısı, yüke paralel olarak düzenleyen bir Zener diyot ile bağlanan bir transistörün bağlanmasıyla oluşturulur. Aşağıdaki şekil, bir transistör şönt regülatörünün devre şemasını göstermektedir.
Transistör Şönt Voltaj Regülatörünün Çalışması
Giriş voltajı artarsa, $V_{BE}$ ve $V_O$ayrıca artar. Ancak bu başlangıçta olur. Aslında ne zaman$V_{in}$ akım artar $I_{in}$ayrıca artar. Bu akım RS'den geçtiğinde voltaj düşüşüne neden olur$V_S$ seri direnç boyunca, aynı zamanda artan $V_{in}$. Ama bu yapar$V_o$azaltmak için. Şimdi bu azalma$V_o$sabit kalmasını sağlayarak ilk artışı telafi eder. Bu nedenle$V_o$sabit tutulur. Bunun yerine çıkış voltajı azalırsa, tersi olur.
Yük direnci azalırsa, çıkış geriliminde düşüş olmalıdır. $V_o$. Yükün içinden geçen akım artar. Bu, transistörün taban akımını ve kollektör akımını düşürür. Akım yoğun bir şekilde akarken, seri direnç üzerindeki voltaj düşer. Giriş akımı sabit olacaktır.
Görünen çıkış voltajı, uygulanan voltaj arasındaki fark olacaktır. $V_i$ ve seri voltaj düşüşü $V_s$. Bu nedenle, ilk düşüşü telafi etmek için çıkış voltajı artırılacak ve dolayısıyla sabit tutulacaktır. Yük direnci artarsa bunun tersi olur.
IC Düzenleyicileri
Voltaj Regülatörleri artık Entegre Devreler (IC'ler) şeklinde mevcuttur. Bunlar kısaca IC Düzenleyicileri olarak adlandırılır.
Normal bir regülatör gibi işlevselliğin yanı sıra, bir IC regülatörü, cihaza yerleşik termal kompanzasyon, kısa devre koruması ve aşırı gerilim koruma gibi özelliklere sahiptir.
IC düzenleyici türleri
IC düzenleyicileri aşağıdaki türlerde olabilir -
- Sabit Pozitif voltaj regülatörleri
- Sabit Negatif voltaj regülatörleri
- Ayarlanabilir voltaj regülatörleri
- Çift izleme voltaj regülatörleri
Şimdi bunları ayrıntılı olarak tartışalım.
Sabit Pozitif Voltaj Regülatörü
Bu regülatörlerin çıkışı belirli bir değere sabitlenmiştir ve değerler pozitiftir, bu da sağlanan çıkış voltajının pozitif voltaj olduğu anlamına gelir.
En çok kullanılan seri 7800 serisidir ve IC'ler, çıkış voltajları olarak sırasıyla + 6v, + 12v ve + 15v sağlayan IC 7806, IC 7812 ve IC 7815 vb. Olacaktır. Aşağıdaki şekil, sabit bir 10v pozitif düzenlenmiş çıkış voltajı sağlamak için bağlanan IC 7810'u göstermektedir.
Yukarıdaki şekilde, giriş kondansatörü $C_1$ istenmeyen salınımları ve çıkış kondansatörünü önlemek için kullanılır $C_2$ geçici yanıtı iyileştirmek için bir hat filtresi görevi görür.
Sabit Negatif Voltaj Regülatörü
Bu regülatörlerin çıkışı belirli bir değere sabitlenmiştir ve değerler negatiftir, bu da sağlanan çıkış voltajının negatif voltaj olduğu anlamına gelir.
En çok kullanılan seri 7900 serisidir ve IC'ler, çıkış voltajları olarak sırasıyla -6v, -12v ve -15v sağlayan IC 7906, IC 7912 ve IC 7915 vb. Olacaktır. Aşağıdaki şekil, sabit bir 10v negatif regüle çıkış voltajı sağlamak için bağlanan IC 7910'u göstermektedir.
Yukarıdaki şekilde, giriş kondansatörü $C_1$ istenmeyen salınımları ve çıkış kondansatörünü önlemek için kullanılır $C_2$ geçici yanıtı iyileştirmek için bir hat filtresi görevi görür.
Ayarlanabilir Voltaj Regülatörleri
Ayarlanabilir voltaj regülatörünün IN, OUT ve ADJ olmak üzere üç terminali vardır. Giriş ve çıkış terminalleri yaygındır, oysa ayarlanabilir terminal, çıkışın geniş bir aralıkta değişmesine izin veren değişken bir dirençle sağlanır.
Yukarıdaki şekil, yaygın olarak kullanılan bir LM 317 ayarlanabilir IC regülatörünü çalıştıran düzensiz bir güç kaynağını göstermektedir. LM 317, üç terminalli pozitif ayarlanabilir voltaj regülatörüdür ve 1,25v ila 37v arasında ayarlanabilir bir çıkış aralığı üzerinden 1,5A yük akımı sağlayabilir.
Çift İzlemeli Voltaj Regülatörleri
Bölünmüş besleme voltajlarına ihtiyaç duyulduğunda çift izleme regülatörü kullanılır. Bunlar eşit pozitif ve negatif çıkış voltajları sağlar. Örneğin RC4195 IC, + 15v ve -15v DC çıkışları sağlar. Bu, pozitif giriş + 18v ila + 30v arasında değişebilir ve negatif giriş -18v ila -30v arasında değişebilir gibi iki düzensiz giriş voltajına ihtiyaç duyar.
Yukarıdaki görüntü, çift izleme RC4195 IC regülatörünü göstermektedir. Ayarlanabilir dual-tacking regülatörleri, çıkışları iki nominal limit arasında değişen de mevcuttur.
Şimdiye kadar tartışılan konular, güç kaynağı ünitesinin farklı bölümlerini temsil ediyor. Bütün bu bölümler birlikteLinear Power Supply. Bu, giriş AC kaynağından DC elde etmenin geleneksel yöntemidir.
Doğrusal Güç Kaynağı
Doğrusal Güç Kaynağı (LPS), düşük dalgalanma ve düşük gürültüye sahip çıkış voltajını düzenlemek için seri dirençte çok fazla ısı yayan düzenlenmiş güç kaynağıdır. Bu LPS'nin birçok uygulaması vardır.
Doğrusal bir güç kaynağı, çıkış voltajını düzenlemek için daha büyük yarı iletken cihazlar gerektirir ve daha fazla ısı üreterek daha düşük enerji verimliliği sağlar. Doğrusal güç kaynakları, diğerlerinden 100 kata kadar daha hızlı geçici yanıt sürelerine sahiptir ve bu, belirli özel alanlarda çok önemlidir.
LPS'nin Avantajları
- Güç kaynağı süreklidir.
- Devre basittir.
- Bunlar güvenilir sistemlerdir.
- Bu sistem, yük değişikliklerine dinamik olarak yanıt verir.
- Çıkış voltajını düzenlemek için devre dirençleri değiştirilir.
- Bileşenler doğrusal bölgede çalıştığı için gürültü düşüktür.
- Çıkış voltajındaki dalgalanma çok düşük.
LPS'nin dezavantajları
- Kullanılan transformatörler daha ağır ve büyüktür.
- Isı dağılımı daha fazladır.
- Doğrusal güç kaynağının verimliliği% 40 ila 50'dir
- Güç, LPS devrelerinde ısı şeklinde boşa harcanmaktadır.
- Tek çıkış voltajı elde edilir.
Doğrusal Güç kaynağının farklı bölümlerinden zaten geçtik. Bir Doğrusal Güç Kaynağının blok şeması aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.
Yukarıdaki dezavantajlara rağmen, Doğrusal Güç Kaynakları düşük gürültülü amplifikatörlerde, test ekipmanlarında, kontrol devrelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ek olarak, veri toplama ve sinyal işlemede de kullanılırlar.
Basit düzenleme gerektiren ve verimliliğin önemli olmadığı tüm güç kaynağı sistemleri, LPS devreleri kullanılır. Elektrik gürültüsü daha düşük olduğundan, LPS, hassas analog devrelere güç sağlamak için kullanılır. Ancak Doğrusal Güç Kaynağı sisteminin dezavantajlarının üstesinden gelmek için Anahtarlı Mod Güç Kaynağı (SMPS) kullanılır.
Anahtarlamalı Mod Güç Kaynağı (SMPS)
Düşük verimlilik, dalgalanmaları azaltmak için yüksek değerli kapasitör ihtiyacı ve ağır ve maliyetli transformatörler gibi LPS'nin dezavantajları, Switched Mode Power Supplies.
SMPS'de kullanılan transistörün voltaj düşüşünü kontrol etmek için LPS'de kullanılan transistörün SMPS'deki transistörün bir controlled switch.
Çalışma
SMPS'nin çalışması aşağıdaki şekilden anlaşılabilir.
SMPS devresinin her aşamasında ne olduğunu anlamaya çalışalım.
Giriş Aşaması
50 Hz AC giriş besleme sinyali, herhangi bir transformatör kullanılmadan doğrudan redresör ve filtre devresi kombinasyonuna verilir. Bu çıkışın birçok varyasyonu olacaktır ve kondansatörün kapasitans değeri, giriş dalgalanmalarını idare edebilmek için daha yüksek olmalıdır. Bu düzenlenmemiş dc, SMPS'nin merkezi anahtarlama bölümüne verilir.
Anahtarlama Bölümü
Bu bölümde Güç transistörü veya MOSFET gibi varyasyonlara göre AÇIK ve KAPALI anahtarlama yapan bir hızlı anahtarlama cihazı kullanılır ve bu çıkış bu bölümde bulunan transformatörün primerine verilir. Burada kullanılan transformatör, 60 Hz besleme için kullanılanlardan farklı olarak çok daha küçük ve daha hafiftir. Bunlar çok verimlidir ve bu nedenle güç dönüştürme oranı daha yüksektir.
Çıkış Aşaması
Anahtarlama bölümünden gelen çıkış sinyali, gerekli DC voltajını elde etmek için tekrar düzeltilir ve filtrelenir. Bu, daha sonra bir geri besleme devresi olan kontrol devresine verilen regüle edilmiş bir çıkış voltajıdır. Geri besleme sinyali dikkate alınarak nihai çıktı elde edilir.
Kontrol ünitesi
Bu ünite, birçok bölümü olan geri besleme devresidir. Aşağıdaki şekilden bu konuda net bir anlayışa sahip olalım.
Yukarıdaki şekil bir kontrol ünitesinin iç parçalarını açıklamaktadır. Çıkış sensörü sinyali algılar ve kontrol ünitesine birleştirir. Sinyal diğer bölümden izole edilmiştir, böylece ani yükselmeler devreyi etkilememelidir. Bir referans voltajı, sinyali gereken sinyal seviyesi ile karşılaştıran bir karşılaştırıcı olan hata amplifikatörüne sinyal ile birlikte bir giriş olarak verilir.
Doğrama frekansını kontrol ederek, son voltaj seviyesi korunur. Bu, çıkışı kesme frekansının artırılıp artırılmayacağına karar vermeye yardımcı olan hata yükselticisine verilen girişlerin karşılaştırılmasıyla kontrol edilir. PWM osilatörü, standart bir PWM dalgası sabit frekansı üretir.
Aşağıdaki şekle bakarak SMPS'nin tam işleyişi hakkında daha iyi bir fikir edinebiliriz.
SMPS, çoğunlukla voltaj değiştirmenin bir sorun olmadığı ve sistemin verimliliğinin gerçekten önemli olduğu yerlerde kullanılır. SMPS ile ilgili dikkat edilmesi gereken birkaç nokta vardır. Onlar
SMPS devresi anahtarlama ile çalıştırılır ve bu nedenle voltajlar sürekli değişir.
Anahtarlama cihazı doygunluk veya kesme modunda çalıştırılır.
Çıkış voltajı, geri besleme devresinin anahtarlama süresi tarafından kontrol edilir.
Anahtarlama süresi, görev döngüsü ayarlanarak ayarlanır.
SMPS'nin verimliliği yüksektir, çünkü fazla gücü ısı olarak dağıtmak yerine, çıkışı kontrol etmek için sürekli olarak girişini değiştirir.
Dezavantajları
SMPS'de birkaç dezavantaj vardır.
- Yüksek frekans anahtarlamasından dolayı gürültü var.
- Devre karmaşıktır.
- Elektromanyetik parazit oluşturur.
Avantajlar
SMPS'nin avantajları şunları içerir:
- Verimlilik% 80 ila 90 kadar yüksektir
- Daha az ısı üretimi; daha az güç israfı.
- Besleme şebekesine azaltılmış harmonik geri besleme.
- Cihaz kompakt ve küçüktür.
- Üretim maliyeti azalır.
- Gerekli sayıda voltajın sağlanması için hüküm.
Uygulamalar
SMPS'nin birçok uygulaması vardır. Bilgisayarların anakartlarında, cep telefonu şarj cihazlarında, HVDC ölçümlerinde, akü şarj cihazlarında, merkezi güç dağıtımında, motorlu taşıtlarda, tüketici elektroniğinde, dizüstü bilgisayarlarda, güvenlik sistemlerinde, uzay istasyonlarında vb.
SMPS Türleri
SMPS, regüle edilmiş DC çıkış voltajını düzensiz bir DC veya AC voltajından elde etmek için tasarlanmış Anahtarlamalı Mod Güç Kaynağı devresidir. Dört ana SMPS türü vardır:
- DC'den DC'ye Dönüştürücü
- AC'den DC'ye Dönüştürücü
- Geri Döndür Dönüştürücü
- İleri Dönüştürücü
Giriş bölümündeki AC'den DC'ye dönüştürme kısmı, AC'den DC'ye dönüştürücü ve DC'den DC'ye dönüştürücü arasındaki farkı yaratır. Geri dönüş dönüştürücü, Düşük güç uygulamaları için kullanılır. Ayrıca SMPS tiplerinde ihtiyaca göre çıkış gerilimini azaltan veya arttıran Buck Converter ve Boost dönüştürücü bulunmaktadır. Diğer SMPS türleri arasında Kendinden salınımlı geri dönüş dönüştürücü, Buck artırıcı dönüştürücü, Cuk, Sepic vb.