#09 Çift kaynaklı kırpıcı — iki seviyeli sınırlama

Aşağıda defterde yazılan bütün satırlar ve bunlara eşlik eden sesli anlatımın tam metni bulunur.

1. 1. Neden iki sınır?

   

   Tek diyot kolu → tek kırpma seviyesi

   Pozitif veya negatif tepe sınırlanır

   İki zıt şönt kol → iki ayrı eşik

   D1 üst sınırı, D2 alt sınırı belirler

   Çıkış bir gerilim penceresine hapsolur

   Sesli anlatım metni

   Tekrar hoş geldiniz. Önceki dört derste on iki farklı kırpıcı devreyi inceledik. Bu devrelerin her birinde tek diyot ve en fazla bir doğru gerilim kaynağı vardı. Dolayısıyla çıkışın yalnız bir tarafını sınırlayabiliyorduk: ya pozitif tepeyi ya da negatif tepeyi. Peki çıkışı aynı anda hem yukarıdan hem aşağıdan sınırlamak istersek ne yaparız? Çıkış düğümüne iki şönt kol bağlarız. Her kolda bir diyot ve bir DC kaynak bulunur. Birinci kol pozitif tepeyi, ikinci kol negatif tepeyi kırpar. Bu yapıya çift kaynaklı kırpıcı ya da iki seviyeli gerilim sınırlayıcı denir.

2. 2. Devreyi oku

   

   v_i → R → çıkış düğümü v_o

   D1 + V_DC1 → üst sınırlama kolu

   D2 + V_DC2 → alt sınırlama kolu

   İki kol aynı v_o düğümüne bağlıdır

   İki eşik arasında: D1,D2 OFF → v_o = v_i

   Sesli anlatım metni

   Devreyi soldan sağa okuyalım. Sinüzoidal giriş v i, seri R direncinden geçerek çıkış düğümüne ulaşır. D bir ve V DC bir üst sınırlama kolunu oluşturur. D bir, giriş yeterince pozitif olduğunda iletime geçecek yöndedir. D iki ve V DC iki ise ters yönlü ikinci şönt koldur; giriş yeterince negatife düştüğünde D iki iletime geçer. İki kol da aynı çıkış düğümüne ve aynı alt referans hattına bağlıdır. Giriş iki eşik arasında kaldığında iki diyot da kesimdedir; dirençten akım akmaz ve çıkış girişe eşit olur.

3. 3. Üç ideal bölge

   

   Geçişte: i_D = 0 ve v_D = 0

   v_i > +V₁ → D1 ON → v_o = +V₁

   −V₂ ≤ v_i ≤ +V₁ → ikisi OFF → v_o = v_i

   v_i < −V₂ → D2 ON → v_o = −V₂

   v_o = min(+V₁, max(−V₂, v_i))

   Sesli anlatım metni

   Şimdi ideal diyot modeliyle geçiş gerilimlerini bulalım. Geçiş anında diyot akımını sıfır, diyot gerilimini de sıfır alırız. Üst kolda Kirchhoff gerilim yasası, birinci geçiş gerilimini artı V bir olarak verir. Giriş artı V biri aşınca D bir iletime geçer ve çıkış artı V bire kilitlenir. Alt kolda aynı yöntem ikinci geçişi eksi V iki olarak verir. Giriş eksi V ikinin altına düştüğünde D iki iletime geçer ve çıkış eksi V ikiye kilitlenir. Böylece üç çalışma bölgesi oluşur. Giriş artı V birden büyükse çıkış artı V bir. Giriş eksi V iki ile artı V bir arasındaysa iki diyot da kesimde ve çıkış girişe eşit. Giriş eksi V ikiden küçükse çıkış eksi V iki. Kısaca çıkış; artı V bir ile, eksi V iki ve girişten büyük olanın küçük olanıdır.

4. 4. İdeal dalga şekli

   

   $V_{\mathrm{m}} = 10 V, V_{1} = 3 V, V_{2} = 2 V$

   Pozitif tepe +3 V'ta düzleşir

   Negatif tepe −2 V'ta düzleşir

   Orta bölgede çıkış sinüsü izler

   İdeal pencere: −2 V ≤ v_o ≤ +3 V

   Sesli anlatım metni

   İdeal çıkış dalga şeklini görelim. Giriş, tepe değeri on volt olan bir sinüs. V bir üç volt, V iki iki volt seçildiğinde pozitif tarafta çıkış üç voltun üzerine çıkamaz. Negatif tarafta ise eksi iki voltun altına inemez. İki seviye arasında çıkış sinüsü aynen izler. Sonuçta pozitif tepesi artı üç voltta, negatif tepesi eksi iki voltta düzleşen bir dalga elde ederiz. Çıkış penceresi eksi iki volt ile artı üç volt arasındadır. İki kaynak eşit olmadığı için bu pencere sıfıra göre simetrik değildir.

5. 5. Silisyum penceresi

   

   V_D = 0,7 V sabit düşüm

   $V_{\mathrm{T}}1 = V_{\mathrm{D}}C1 + V_{\mathrm{D}} = +3,7 V$

   $V_{\mathrm{T}}2 = -(V_{\mathrm{D}}C2 + V_{\mathrm{D}}) = -2,7 V$

   İki sınır da sıfırdan dışarı kayar

   Si pencere: −2,7 V ≤ v_o ≤ +3,7 V

   Sesli anlatım metni

   Şimdi sabit sıfır nokta yedi volt düşümlü silisyum modeline geçelim. V DC bir üç volt, V DC iki iki volttur. Üst koldaki diyodun iletime geçebilmesi için kaynak gerilimine bir diyot düşümü daha eklenir. Üst eşik üç artı sıfır nokta yedi, yani artı üç nokta yedi volttur. Alt kolda büyüklük yine kaynak artı diyot düşümüdür, fakat seviye negatiftir. Alt eşik, eksi parantez içinde iki artı sıfır nokta yedi, yani eksi iki nokta yedi volttur. Dolayısıyla silisyum çıkış penceresi eksi iki nokta yedi ile artı üç nokta yedi volt arasına genişler. Simetrik bir pencere istenirse iki DC kaynak eşit seçilmelidir.

6. 6. Yöntem özeti

   

   Genel: v_o = min(V_U, max(V_L, v_i))

   İdeal: V_U = +V₁, V_L = −V₂

   Si: V_U = V_DC1+V_D

   Si: V_L = −(V_DC2+V_D)

   Geçişi bul → bölgeleri sınayıp dalgayı çiz

   Sıradaki konu: kenetleyici devreler

   Sesli anlatım metni

   Yöntemi özetleyelim. Çift kaynaklı kırpıcı, çıkış düğümüne bağlanan zıt yönlü iki diyot koluyla iki ayrı sınırlama seviyesi oluşturur. İdeal modelde üst sınır artı V bir, alt sınır eksi V ikidir. Aradaki bölgede iki diyot da kesimdedir ve çıkış girişe eşittir. Silisyum modelinde üst sınır V DC bir artı V D; alt sınır ise eksi parantez içinde V DC iki artı V D olur. Her kırpıcı sorusunda güvenli yöntem aynıdır: geçiş anında akımı ve ideal diyot gerilimini sıfırla, eşik gerilimini bul, sonra giriş aralıklarında diyot durumlarını kontrol et. Böylece kırpıcı devreler serisini tamamladık. Bir sonraki konuda, tepeyi kesmek yerine dalganın tamamını yukarı veya aşağı kaydıran kenetleyici devrelere geçeceğiz.