Elektronik 1 · Elektronik Temelleri
#07 Paralel basit kırpıcılar — pozitif ve negatif şönt diyot
Seri direnç ve şönt diyotla çıkışı sınırla; D ON ve OFF durumlarının seri kırpıcıdan neden ters çalıştığını gör.
Soru
Tepe değeri V_m olan v_i = V_m sin(ωt) kaynağı, seri R direnci ve çıkışa paralel ideal diyottan oluşan basit kırpıcıları çözün. Pozitif ve negatif paralel kırpıcı için her alternansta diyotun ON/OFF durumunu, v_o(t)'yi ve direnç akımını belirleyin. Sonuçları seri basit kırpıcılarla mekanizma bakımından karşılaştırın; 0,7 V silisyum modelindeki kırpma seviyelerini açıklayın.
Yazılı çözüm ve anlatım dökümü(çözümün tamamını gösterir)
Aşağıda defterde yazılan bütün satırlar ve bunlara eşlik eden sesli anlatımın tam metni bulunur.
1. Seriden paralele geçiş
Direnç seri, diyot çıkışa paraleldir; çıkış diyot uçlarından alınır. Seri kırpıcı: D, yük akım yolunun içindedir
Paralel kırpıcı: R seri, D çıkışa şönt
D ON → çıkış kısa devrelenir → vo = 0
D OFF → i = 0 → vR = 0 → vo = vi
Seri ve paralelde ON/OFF mekanizması ters
Sesli anlatım metni
Önceki seri kırpıcıda diyot yükle aynı akım yolundaydı. Diyot OFF olduğunda yol açılıyor ve çıkış sıfır oluyordu. Paralel kırpıcıda giriş ile çıkış arasına bir R direnci, çıkış düğümü ile referans arasına ise diyot bağlanır. Diyot çıkışa paralel, yani şönt durumdadır. İdeal diyot ON olduğunda çıkış düğümünü sıfır volta kısa devreler. Paralel yapıda kırpma ON durumunda gerçekleşir. Diyot OFF iken şönt kol açıktır. Yük olmadığı varsayımıyla direnç akımı ve direnç düşümü sıfır olur; çıkış girişe eşit kalır. Aynı çıkış dalgası elde edilebilse de mekanizma terstir: seri kırpıcı OFF iken, paralel kırpıcı ON iken kırpar.
2. Pozitif paralel: v_i > 0
Pozitif alternansta diyot iletir ve çıkış sıfıra sıkıştırılır. Varyasyon 7: pozitif paralel basit kırpıcı
vi > 0 → anot katottan pozitif
D ON → vo = 0
Direnç akımı: iR = vi / R
Sesli anlatım metni
Varyasyon yedi, pozitif paralel basit kırpıcıdır. Adı, pozitif alternansı kırpmasından gelir. Giriş pozitif olduğunda çıkış düğümündeki diyot anodu, referanstaki katoda göre pozitif olur. İdeal diyot iletime geçip çıkışı referansa kısa devreler; bu yüzden pozitif alternans boyunca v o sıfırdır. Kaynak yine de direnç ve ileten diyot üzerinden akım sürer. İdeal modelde bu akım i R eşittir v i bölü R'dir; direnç akımı sınırlar.
3. Pozitif paralel: v_i < 0
Negatif alternansta diyot OFF olur ve giriş dirençte düşüm olmadan çıkışa ulaşır. vi < 0 → D ters kutuplu
D OFF → şönt kol açık
iR = 0 → vR = 0
vo = vi
vo = 0, vi ≥ 0; vo = vi, vi < 0
Sesli anlatım metni
Negatif alternansta çıkış düğümü referansa göre negatifleşir ve aynı diyot ters kutuplanır. OFF diyot açık devredir; çıkış düğümünü toprağa bağlayan bir yol kalmaz. Çıkışın yüksüz olduğu ideal analizde direnç akımı sıfırdır. Dolayısıyla seri direnç üzerinde gerilim düşmez. Negatif giriş çıkışa aynen geçer ve v o eşittir v i olur. Parçalı sonuç, pozitif seri kırpıcıyla aynı dalga biçimidir: pozitif bölgede sıfır, negatif bölgede girişin kendisi.
4. Negatif paralel kırpıcı
Diyot ters çevrilince negatif alternans sıfıra şöntlenir. Varyasyon 8: negatif paralel basit kırpıcı
vi > 0 → D OFF → vo = vi
vi < 0 → D ON → vo = 0
vo = vi, vi > 0; vo = 0, vi ≤ 0
ON akımı negatif alternansta R tarafından sınırlandırılır
Sesli anlatım metni
Diyotu ters çevirdiğimizde varyasyon sekiz, yani negatif paralel basit kırpıcı elde edilir. Pozitif girişte diyot ters kutupludur. Şönt kol açık, direnç akımı sıfır ve çıkış girişe eşittir; pozitif yarı geçer. Negatif girişte referanstaki anot çıkıştaki katoda göre pozitif kalır; diyot iletir ve negatif alternansı sıfıra şöntler. Parçalı çıkış, v i pozitifken v i; v i sıfır veya negatifken sıfırdır. Yalnız pozitif yarı çıkışta görünür. Diyotun ON olduğu negatif alternansta kaynak akımı seri R direnci tarafından sınırlandırılır; bu direnç olmadan ideal kaynak kısa devre edilmiş olurdu.
5. İki dalga şeklini karşılaştır
Aynı diyot yönü aynı alternansı kırpar; yalnız ON/OFF mekanizması seri devreden farklıdır. Pozitif paralel: + yarı sıfır, − yarı giriş
Negatif paralel: − yarı sıfır, + yarı giriş
İdeal basit devrede VT = 0 V
Diyot yönü, kesilen alternansı seçer
Sesli anlatım metni
Pozitif paralel kırpıcıda pozitif yarı sıfırda, negatif yarı giriş dalgasıyla aynı kalır. Negatif paralel kırpıcıda bunun işaretçe aynası oluşur; negatif yarı sıfır, pozitif yarı girişe eşittir. Öngerilim kaynağı bulunmadığı ve diyot ideal olduğu için iki devrenin geçiş gerilimi sıfır volttur. Devrede tek değişiklik diyot yönüdür; bu yön hangi giriş polaritesinde şönt kolun ileteceğini ve dolayısıyla hangi yarının kırpılacağını seçer.
6. Seri ve paralel mekanizma
Seri kırpıcı: D OFF → kırpma
Seri kırpıcı: D ON → sinyal geçer
Paralel kırpıcı: D ON → kırpma
Paralel kırpıcı: D OFF → sinyal geçer
Aynı dalga, farklı akım yolu
Sesli anlatım metni
Seri kırpıcıda diyot OFF olduğunda kaynak ile yük arasındaki yol açılır; akım ve çıkış sıfır olur. Kırpma OFF durumundadır. Diyot ON olduğunda seri yol kapanır ve uygun diyot düşümü dışında giriş yüke ulaşır. Paralel kırpıcıda ise diyot ON olduğunda çıkış düğümü referansa çekilir; kırpma ON durumunda gerçekleşir. Diyot OFF olduğunda şönt yolu açılır ve seri dirençte akım olmadığı için giriş çıkışa geçer. Pozitif seri ve pozitif paralel kırpıcı aynı dalgayı üretebilir; fakat diyot durumları ve akım yolları birbirinin tersidir.
7. Silisyum kırpma seviyeleri
Sabit düşümlü modelde şönt ON iken çıkış ideal sıfır yerine yaklaşık ±0,7 V'ta tutulur. Pozitif paralel: D ON iken vo ≈ +0,7 V
İletim koşulu: vi > +0,7 V
Negatif paralel: D ON iken vo ≈ −0,7 V
İletim koşulu: vi < −0,7 V
ON akımı: iR ≈ (vi − vo) / R
Sesli anlatım metni
Gerçek silisyum diyotta pozitif paralel kırpıcı iletime geçtiğinde çıkış ideal sıfır yerine yaklaşık artı sıfır virgül yedi volta sıkıştırılır. Diyot, giriş çıkış düğümünü artı sıfır virgül yedinin üzerine itmeye çalıştığında iletir. İletim koşulu yaklaşık v i büyük artı sıfır virgül yedidir. Negatif paralel kırpıcıda diyot yönü ters olduğundan ON çıkış seviyesi yaklaşık eksi sıfır virgül yedi volttur. Giriş eksi sıfır virgül yedinin altına inmeye çalıştığında diyot iletir ve çıkışı bu seviyeye yakın tutar. İletimde direnç akımı, işaretleri koruyarak v i eksi v o bölü R ile bulunur. R, kaynak ile ileten diyot arasındaki akımı güvenli değerde sınırlar.
8. Sonuç ve sonraki adım
Topoloji: R seri, D çıkışa paralel
D ON: çıkış kırpılır; D OFF: giriş geçer
Pozitif yön + yarıyı; negatif yön − yarıyı kırpar
İdeal seviye 0 V; silisyum seviye yaklaşık ±0,7 V
Sonraki ders: paralel kola DC öngerilim ekle
Sesli anlatım metni
Özetle paralel basit kırpıcıda R girişle çıkış arasında seri, diyot çıkışla referans arasında paraleldir. Temel mekanizma şudur: diyot ON iken çıkış kırpılır, diyot OFF iken dirençte düşüm olmaz ve giriş geçer. Pozitif diyot yönü pozitif yarıyı, ters yön ise negatif yarıyı kırpar. Devrenin adı kesilen bölgeyi gösterir. Basit ideal devrede kırpma sıfır volttadır. Sabit düşümlü silisyum modelinde yönüne göre artı veya eksi sıfır virgül yedi volta kayar. Sonraki adımda paralel diyot koluna bir D C öngerilim kaynağı ekleyerek kırpma seviyesini istenen pozitif veya negatif değere taşıyacağız.
Kaynak video: Electronics Basics #07 | Parallel Simple Clippers: Positive and Negative Shunt Diode (6:48)