#10 Kenetleyici devreler — DC seviye kaydırma

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

1. 1. Kırpıcıdan farkı

   

   Kırpıcı → dalganın bir bölümünü keser

   Kenetleyici → dalganın tamamını kaydırır

   Biçim ve V_pp korunur

   Yalnız DC seviye değişir

   Diğer adı: DC restorer

   Sesli anlatım metni

   Kırpıcı devrelerde dalganın bir bölümünü kesip çıkış biçimini değiştirmiştik. Şimdi kenetleyici devrelere geçiyoruz. Kenetleyici, dalgayı kesmez; dalganın tamamını yukarı veya aşağı kaydırır. Bu nedenle dalga biçimi ve tepeden tepeye gerilim korunur, yalnızca doğru gerilim seviyesi değişir. Kırpıcıyı makasa, kenetleyiciyi ise binayı bütünüyle başka kata taşıyan bir asansöre benzetebiliriz. Bu devrelere DC restorer, yani doğru gerilim seviyesini yeniden kuran devre de denir.

2. 2. Temel devre

   

   v_i → seri C → çıkış v_o

   Çıkıştan referansa: D ve R_L

   D ON → C şarj olur

   D OFF → C yükünü korur

   İyi kenetleme: RC ≫ T

   Sesli anlatım metni

   Temel kenetleyici devreyi soldan sağa okuyalım. Giriş işareti önce seri C kondansatöründen geçer. Çıkış düğümünden referans hattına bir diyot ve yük direnci bağlıdır. Kondansatör doğru gerilimi engeller, değişken bileşeni geçirir ve kaydırma için gerekli gerilimi depolar. Diyot bir yarı periyotta iletime geçerek kondansatörü şarj eder. Diğer yarı periyotta kesime gider; kondansatör yükünü korur ve bu gerilim girişe eklenerek bütün dalgayı kaydırır. İyi bir kenetleme için R çarpı C zaman sabiti işaret periyodundan çok büyük olmalıdır.

3. 3. Şarj ve kesim

   

   v_i = +V → D ON

   $v_{\mathrm{o}} = 0, V_{\mathrm{C}} = V$

   v_i = −V → D OFF

   $v_{\mathrm{o}} = v_{\mathrm{i}} - V_{\mathrm{C}} = -2V$

   Giriş [−V,+V] → çıkış [−2V,0]

   Sesli anlatım metni

   İdeal diyot ve artı V ile eksi V arasında değişen kare dalga için iki bölgeyi izleyelim. Giriş artı V olduğunda diyot iletimdedir. Çıkış sıfıra kenetlenir ve kondansatör V gerilimine kadar şarj olur. Giriş eksi V değerine geçtiğinde diyot ters polarmalanıp kesime gider. Kondansatör gerilimi yaklaşık V olarak kalır. Kirchhoff gerilim yasasından çıkış, giriş eksi kondansatör gerilimidir. Böylece eksi V eksi V, eksi iki V olur. Giriş artı V ile eksi V arasında değişirken çıkış sıfır ile eksi iki V arasında değişir. Her iki dalganın tepeden tepeye değeri iki V'dir; hiçbir parça kesilmemiş, yalnız DC seviye aşağı kaymıştır.

4. 4. İdeal çıkış

   

   Giriş: +V ile −V arası

   Çıkış: 0 ile −2V arası

   DC kayma = −V

   $V_{\mathrm{pp,in}} = V_{\mathrm{pp,out}} = 2V$

   Dalga kesilmez; yalnız taşınır

   Sesli anlatım metni

   Dalga şekillerini birlikte okuyalım. Giriş kare dalgası artı V ve eksi V seviyeleri arasındadır. İdeal kenetleyicide pozitif tepe sıfıra oturur, negatif tepe eksi iki V olur. Kaydırma miktarı kondansatör gerilimi V C'ye eşittir. Girişin ve çıkışın tepeden tepeye değeri iki V olduğu için şeklin ve genliğin korunduğunu doğrudan görebiliriz.

5. 5. Silisyum modeli

   

   $V_{\mathrm{m}} = 5 V, V_{\mathrm{D}} = 0,7 V$

   $V_{\mathrm{C}} = V_{\mathrm{m}} - V_{\mathrm{D}} = 4,3 V$

   $v_{\mathrm{o,max}} = +0,7 V$

   $v_{\mathrm{o,min}} = -5 - 4,3 = -9,3 V$

   $V_{\mathrm{pp,out}} = 10 V$

   Sesli anlatım metni

   Şimdi sabit sıfır nokta yedi volt düşümlü silisyum diyot kullanalım. Giriş artı beş ile eksi beş volt arasında değişsin. Artı beş voltta diyot iletimdedir ve kondansatör V m eksi V D, yani beş eksi sıfır nokta yedi eşittir dört nokta üç volta şarj olur. Bu sırada çıkış sıfır değil, artı sıfır nokta yedi volttur. Giriş eksi beş volta geçtiğinde diyot kesimdedir. Çıkış eksi beş eksi dört nokta üç, yani eksi dokuz nokta üç volt olur. Sonuçta çıkış artı sıfır nokta yedi ile eksi dokuz nokta üç volt arasında değişir ve on volt tepeden tepeye değer korunur.

6. 6. Öngerilimli kenetleme

   

   Giriş: +10 V ile −10 V

   Kenetleme referansı: V_bias = +5 V

   $v_{\mathrm{o,max}} = +5 V$

   $v_{\mathrm{o,min}} = 5 - 20 = -15 V$

   $Çıkış [+5,-15] V; V_{\mathrm{pp}}=20 V$

   Sesli anlatım metni

   Kenetleme seviyesini sıfırdan farklı bir değere taşımak için diyot koluna seri bir V bias doğru gerilim kaynağı ekleriz. Buna öngerilimli kenetleyici denir. Artı on ile eksi on volt arasında değişen kare dalga ve artı beş volt kenetleme referansı seçelim. Diyot, pozitif tepe artı beş volta ulaştığında iletime geçer; dolayısıyla çıkışın en büyük değeri artı beş volttur. Girişin tepeden tepeye değeri yirmi volt olduğundan çıkışın en küçük değeri beş eksi yirmi, yani eksi on beş volt olmalıdır. Çıkış artı beş ile eksi on beş volt arasında değişir. Öngerilim yalnız DC seviyeyi taşır; yirmi volt tepeden tepeye aralık korunur.

7. 7. Yöntem özeti

   

   D ON iken C referansa göre şarj olur

   D OFF iken V_C girişe eklenir/çıkarılır

   İdeal: tepe 0 V'a kenetlenebilir

   Silisyum: referans V_D kadar kayar

   Öngerilim: referans V_bias'a taşınır

   Kontrol: biçim ve V_pp korunmalı

   Sesli anlatım metni

   Özetleyelim. Kenetleyici devrede kondansatör, diyodun iletimde olduğu yarı periyotta şarj olur; diyot kesimdeyken depolanan gerilim dalganın tamamını kaydırır. İdeal modelde pozitif tepe sıfıra kenetlenebilir. Silisyum modelinde kenetleme seviyesi diyot düşümü kadar değişir. Seri DC kaynak eklenirse referans V bias seviyesine taşınır. Kontrol kuralımız her zaman aynıdır: ideal ve büyük R C varsayımında çıkışın tepeden tepeye değeri girişle aynı kalmalı; yalnız en büyük ve en küçük değerlerin ortak DC seviyesi değişmelidir.