Elektronik 1 · Elektronik Temelleri

#06 Öngerilimli seri kırpıcılar — geçiş gerilimi ve dört varyasyon

DC kaynak yönünden V_T'yi, diyot yönünden geçen bölgeyi bul; dört seri öngerilimli kırpıcıyı tek yöntemle çöz.

Soru

Öngerilimli seri kırpıcıların dört varyasyonuna ait giriş ve çıkış dalgaları ikiye iki düzende gösteriliyor. — Kaynak yönü V_T'nin işaretini, diyot yönü geçiş çizgisinin hangi tarafının iletileceğini belirler.

İdeal diyot, R_L yükü ve seri V öngerilim kaynağı içeren dört seri kırpıcı varyasyonunu çözün. Geçiş anında v_o = 0 ve v_D = 0 koşullarından V_T'yi bulun. Kaynak yönü 1 ve 2 ile pozitif/negatif diyot yönleri için ON bölgesini ve parçalı v_o(t) denklemlerini yazın. V_m = 10 V, V = 3 V örneğinde dört dalga şeklini karşılaştırın ve silisyum diyot düşümünün geçişe etkisini açıklayın.

Yazılı çözüm ve anlatım dökümü(çözümün tamamını gösterir)

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

1. Basitten öngerilimliye
Seri DC kaynak, ideal kırpma geçişini sıfırdan artı veya eksi V'ye taşır.
Basit seri kırpıcı: V_T = 0 V
Seri DC kaynak V eklenir
Kaynak yönü 1 → V_T = +V
Kaynak yönü 2 → V_T = −V
Diyot yönü: çizginin hangi tarafı geçer?
Sesli anlatım metni
Basit seri kırpıcıda yalnız diyot ve yük vardı; ideal diyot durum değiştirdiğinde giriş sıfırdan geçiyordu. Bu yüzden geçiş gerilimi V T sıfırdı. Şimdi diyotla aynı kola sabit V değerli bir D C kaynak ekliyoruz. Bu kaynak girişin biçimini üretmez; yalnız anahtarlama sınırını kaydırır. Kaynağın birinci yönünde ideal geçiş çizgisi artı V'dedir. Kaynak ters çevrilip ikinci yöne alındığında geçiş çizgisi eksi V'ye taşınır. Diyot yönü ise sinüsün geçiş çizgisinin altında mı yoksa üstünde mi iletileceğini belirler. İki kaynak yönü ile iki diyot yönü dört temel varyasyon oluşturur.
2. Geçiş gerilimini bul
Geçiş anı ON ve OFF çözümlerinin birleştiği sınırdır.
Geçiş anı: diyot iletimin eşiğinde
İdeal sınırda: v_D = 0 ve v_o = 0
KVL yaz → v_i = ±V
Pozitif kırpıcı: V_T'nin altını geçirir
Negatif kırpıcı: V_T'nin üstünü geçirir
Sesli anlatım metni
Geçiş gerilimi, diyodun ON ve OFF durumları arasındaki sınır giriş değeridir. İdeal diyot sınırındayken diyot gerilimini sıfır, seri yolun yeni açıldığı çıkışı da sıfır alırız. Bu iki koşulu devrenin çevre gerilim denklemine koyduğumuzda girişin artı V veya eksi V olması gerektiğini buluruz. İşareti D C kaynağın çizimdeki yönü verir. Kaynak dersin adlandırmasına göre pozitif seri kırpıcı, geçiş çizgisinin altındaki giriş bölgesini iletir ve üst tarafı sıfıra kırpar. Negatif seri kırpıcı ise çizginin üstündeki bölgeyi iletir; altındaki bölgeyi sıfırda tutar.
3. Varyasyon 3 — pozitif, yön 1
Varyasyon 3 geniş bir bölgeyi geçirir; yalnız artı tepenin üst kısmını kırpar.
Yön 1 → V_T = +V
Pozitif kırpıcı → ON: v_i ≤ +V
ON bölgesi: v_o = v_i − V
OFF bölgesi: v_i > +V → v_o = 0
V_m=10, V=3 → çıkış aralığı −13 V ile 0 V
Sesli anlatım metni
Varyasyon üçte D C kaynak birinci yöndedir; dolayısıyla ideal geçiş gerilimi artı V'dir. Diyot pozitif kırpıcı yönünde olduğundan giriş geçiş çizgisinin altında veya çizgiye eşitken iletir; yani v i küçük eşittir artı V bölgesi ON'dur. İletimde ideal diyot kısa devredir. Çevre denkleminden çıkış v o eşittir v i eksi V olur. Giriş artı V'yi aştığında diyot OFF olur ve seri yol açılır; çıkış sıfıra kırpılır. V m on ve V üç volt örneğinde iletilen dalga üç volt aşağı kayar; en küçük çıkış eksi on üç volt, en büyük çıkış sıfırdır.
4. Varyasyon 4 — negatif, yön 1
Varyasyon 4 yalnız artı V'nin üzerindeki küçük tepeyi geçirir.
Yön 1 → V_T = +V
Negatif kırpıcı → ON: v_i ≥ +V
ON bölgesi: v_o = v_i − V
OFF bölgesi: v_i < +V → v_o = 0
V_m=10, V=3 → çıkış aralığı 0 V ile +7 V
Sesli anlatım metni
Varyasyon dörtte kaynak yönü değişmediği için geçiş yine artı V'dir. Diyot ters çevrilmiştir. Artık geçiş çizgisinin üstündeki bölge, yani v i büyük eşittir artı V iletilir. ON durumunda D C kaynak aynı yönde olduğundan çıkış denklemi yine v i eksi V'dir. Giriş artı V'nin altında kaldığı sürece seri yol açık ve çıkış sıfırdır. On volt tepe ve üç volt öngerilimle yalnız pozitif tepenin yedi volta kadar yükselen küçük kısmı çıkışta görünür.
5. Varyasyon 5 — pozitif, yön 2
Varyasyon 5 yalnız eksi V'nin altındaki negatif tepeyi geçirir.
Yön 2 → V_T = −V
Pozitif kırpıcı → ON: v_i ≤ −V
ON bölgesi: v_o = v_i + V
OFF bölgesi: v_i > −V → v_o = 0
V_m=10, V=3 → çıkış aralığı −7 V ile 0 V
Sesli anlatım metni
Varyasyon beşte D C kaynak ters çevrilmiştir; ideal geçiş gerilimi eksi V olur. Pozitif kırpıcı geçiş çizgisinin altını ilettiği için v i küçük eşittir eksi V bölgesi ON'dur. Kaynak yönü ters olduğu için iletim denkleminde çıkış v i artı V olur. Giriş eksi V'nin üstüne çıktığında diyot kesime gider ve çıkış sıfırda kalır. On volt tepe ve üç volt öngerilimle yalnız negatif tepenin eksi yedi volta inen küçük bölümü çıkışa geçer.
6. Varyasyon 6 — negatif, yön 2
Varyasyon 6 geniş bir bölgeyi geçirir; yalnız negatif tepenin alt kısmını kırpar.
Yön 2 → V_T = −V
Negatif kırpıcı → ON: v_i ≥ −V
ON bölgesi: v_o = v_i + V
OFF bölgesi: v_i < −V → v_o = 0
V_m=10, V=3 → çıkış aralığı 0 V ile +13 V
Sesli anlatım metni
Varyasyon altıda kaynak ikinci yönde kalır ve geçiş gerilimi eksi V'dir. Negatif kırpıcı çizginin üstünü ilettiğinden v i büyük eşittir eksi V bölgesi ON'dur. İletimde çıkış v i artı V'dir; geçen dalga V kadar yukarı kayar. Giriş eksi V'nin altına indiğinde diyot kapanır ve negatif tepenin alt kısmı sıfıra kırpılır. On volt tepe ve üç volt öngerilimle en büyük çıkış artı on üç volttur; iletilen geniş bölge sıfırın altında çıkmaz.
7. Dört durumu tek tabloda gör
Yön 1: +V; yön 2: −V. Pozitif: çizginin altı; negatif: çizginin üstü.
Yön 1: V_T = +V; Yön 2: V_T = −V
Pozitif kırpıcı: v_i ≤ V_T bölgesini geçirir
Negatif kırpıcı: v_i ≥ V_T bölgesini geçirir
Yön 1 ON denklemi: v_o = v_i − V
Yön 2 ON denklemi: v_o = v_i + V
Sınırda ON ve OFF sonuçları v_o = 0'da birleşir
Sesli anlatım metni
Dört devreyi ezberlemek yerine iki karar kullan. Birinci karar kaynak yönüdür: yön bir artı V, yön iki eksi V geçişi verir. İkinci karar diyot yönüdür. Pozitif kırpıcı geçiş çizgisinin altındaki girişleri iletir. Negatif kırpıcı ise çizginin üstündeki girişleri iletir. Kaynak yönü bir olan varyasyon üç ve dörtte ON denklemi v o eşittir v i eksi V'dir. Kaynak yönü iki olan varyasyon beş ve altıda ON denklemi v o eşittir v i artı V'dir. Parçalı denklemin kontrolü kolaydır: v i V T'ye eşit olduğunda ON denklemi de OFF denklemi de sıfır çıkarmalıdır.
8. Silisyum ve çözüm kontrolü
İdeal diyot sınırı: v_D = 0
Silisyum modelinde sınır: |v_D| ≈ 0,7 V
V_T, diyot polaritesine göre yaklaşık 0,7 V kayar
Kontrol 1: sınırda v_o = 0
Kontrol 2: ON/OFF bölgeleri birbirini örtmemeli
Sonraki ders: diyotu yüke paralel bağla
Sesli anlatım metni
Bu dersteki dört temel sonuç ideal diyot içindir; geçiş hesabında v D sıfır alınmıştır. Sabit düşümlü silisyum modelinde iletimin sınırında diyotun ileri gerilimi yaklaşık sıfır virgül yedi volttur. Bu nedenle V T değeri diyotun anot-katot yönüne göre yaklaşık sıfır virgül yedi volt kayar. İşareti ezberlemek yerine çizimde v A eksi v K eşittir sıfır virgül yedi koşulunu kullan. Birinci kontrol, hesaplanan geçiş girişini ON denklemine koyduğunda çıkışın sıfır olmasıdır. İkinci kontrol, ON ve OFF giriş aralıklarının boşluk bırakmadan birleşmesi ve birbiriyle çakışmamasıdır. Sonraki derste seri kırpıcıdan paralel kırpıcıya geçecek; diyot iletimdeyken sinyali geçirmek yerine çıkışı şöntleyerek kırpacağız.