#08 Paralel polarmalı kırpıcılar — varyasyon 9–12

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

1. 1. Polarma neyi değiştirir?

   

   Paralel basit kırpıcı: D ON → v_o = 0

   D OFF → i_D = 0 → v_o = v_i

   D ile seri DC kaynak eklenir

   D ON → v_o = +V veya −V

   2 diyot yönü × 2 batarya yönü = 4 farklı devre

   Sesli anlatım metni

   Paralel basit kırpıcılarda diyot çıkışa paraleldi. Diyot iletime geçtiğinde çıkışı sıfıra kilitliyor, kesimdeyken çıkış giriş işaretini izliyordu. Şimdi aynı paralel yapıya, diyotla seri bir doğru gerilim kaynağı ekliyoruz. Böylece kırpma seviyesi sıfırdan farklı bir değere taşınıyor. Diyot iletimdeyken çıkış artık sıfır değil, bataryanın belirlediği artı veya eksi V seviyesinde tutuluyor. Bu nedenle devre bir gerilim sınırlayıcı gibi davranır. Diyotun iki yönü ve bataryanın iki yönü birlikte dört ayrı paralel polarmalı kırpıcı oluşturur. Dört devrenin aynı olmadığını özellikle göreceğiz.

2. 2. Geçişi bulma yöntemi

   

   Geçiş anı: i_D = 0 ve v_D = 0

   $i = 0 \to v_{\mathrm{R}} = 0 \to v_{\mathrm{o}} = v_{\mathrm{i}}$

   Batarya yönü 1 → referans +V

   Batarya yönü 2 → referans −V

   Diyot yönü → referansın hangi tarafında D ON?

   Sesli anlatım metni

   Her devrede önce geçiş noktasını bulalım. Anahtarlama anında diyot akımı sıfır, ideal diyot gerilimi de sıfır kabul edilir. Akım sıfır olduğundan seri R direnci üzerinde gerilim düşümü yoktur ve geçiş anında v o, v i'ye eşittir. Paralel koldaki Kirchhoff gerilim denklemi ise çıkışı bataryanın artı V veya eksi V seviyesine bağlar. Batarya yönü referans seviyesini; diyot yönü ise bu seviyenin üstünde mi altında mı iletime geçileceğini belirler. Diyot iletimdeyse çıkış referansa kilitlenir. Diyot kesimdeyse paralel koldan akım akmaz ve çıkış girişe eşit olur.

3. 3. Varyasyon 9

   

   VAR 9: pozitif D, batarya yönü 1

   v_i > +V → D ON → v_o = +V

   v_i ≤ +V → D OFF → v_o = v_i

   v_o = min(v_i,+V)

   İdeal: +3 V | Si: +V+V_D = +3,7 V

   Sesli anlatım metni

   Dokuzuncu varyasyonda diyot pozitif paralel kırpıcı yönünde, batarya ise birinci yöndedir. İdeal geçiş seviyesi artı V, yani örneğimizde artı üç volttur. Giriş artı üç voltun üzerine çıktığında diyot iletime geçer ve çıkışı artı üç volta kilitler. Giriş bu seviyenin altındayken diyot kesimdedir ve v o, v i'ye eşittir. Sonuç, pozitif tepesi artı üç voltta düzleşen bir sinüs dalgasıdır. Matematiksel olarak v o, v i ile artı V'nin küçüğüdür; yani bu devre artı V seviyesinde bir üst sınırlayıcıdır. Silisyum diyotta eşik artı V artı V D olur: üç voltluk batarya için artı üç virgül yedi volt.

4. 4. Varyasyon 10

   

   VAR 10: negatif D, batarya yönü 2

   v_i < −V → D ON → v_o = −V

   v_i ≥ −V → D OFF → v_o = v_i

   v_o = max(v_i,−V)

   İdeal: −3 V | Si: −V−V_D = −3,7 V

   Sesli anlatım metni

   Onuncu varyasyonda hem diyot hem batarya ters çevrilmiştir. İdeal geçiş seviyesi eksi V, yani eksi üç volttur. Giriş eksi üç voltun altına düştüğünde diyot iletime geçer ve çıkışı eksi üç volta kilitler. Giriş bu seviyenin üzerindeyken diyot kesimdedir ve çıkış giriş işaretini izler. Böylece sinüsün negatif tepesi eksi üç voltta kırpılır. v o, v i ile eksi V'nin büyüğüdür; devre eksi V seviyesinde bir alt sınırlayıcıdır. Silisyum diyot için geçiş eksi V eksi V D, yani eksi üç virgül yedi volttur.

5. 5. Varyasyon 11

   

   VAR 11: pozitif D, batarya yönü 2

   v_i > −V → D ON → v_o = −V

   v_i ≤ −V → D OFF → v_o = v_i

   v_o = min(v_i,−V)

   İdeal: −3 V | Si: −V+V_D = −2,3 V

   Sesli anlatım metni

   On birinci varyasyon kritik farkı gösterir. Diyot dokuzuncu varyasyondaki yönde, batarya ise ikinci yöndedir. Referans eksi V olsa da diyot bu referansın üstünde iletir. Giriş eksi üç voltun üzerindeyken çıkış eksi üç volta kilitlenir; giriş eksi üç voltun altına indiğinde diyot kesime gider ve yalnız negatif çukurun bu seviyenin altındaki kısmı aynen geçer. Dolayısıyla bu dalga onuncu varyasyonla aynı değildir. Devre eksi V seviyesinde bir üst sınırlayıcıdır ve v o, v i ile eksi V'nin küçüğüdür. Silisyum eşik eksi V artı V D olur; üç voltluk bataryada eksi iki virgül üç volttur.

6. 6. Varyasyon 12

   

   VAR 12: negatif D, batarya yönü 1

   v_i < +V → D ON → v_o = +V

   v_i ≥ +V → D OFF → v_o = v_i

   v_o = max(v_i,+V)

   İdeal: +3 V | Si: +V−V_D = +2,3 V

   Sesli anlatım metni

   On ikinci varyasyonda diyot ters yönde, batarya birinci yöndedir. Referans artı V, fakat ters diyot bu referansın altında iletime geçer. Giriş artı üç voltun altındayken çıkış artı üç volta kilitlenir. Giriş artı üç voltun üzerine yükseldiğinde diyot kesime gider ve yalnız pozitif tepenin bu seviyeyi aşan kısmı çıkışa geçer. Bu nedenle on ikinci varyasyon dokuzuncu varyasyonla aynı değildir. Devre artı V seviyesinde bir alt sınırlayıcıdır ve v o, v i ile artı V'nin büyüğüdür. Silisyum eşik artı V eksi V D, yani artı iki virgül üç volttur.

7. 7. Dört devrenin özeti

   

   VAR 9 → üst sınır +V | min(v_i,+V)

   VAR 10 → alt sınır −V | max(v_i,−V)

   VAR 11 → üst sınır −V | min(v_i,−V)

   VAR 12 → alt sınır +V | max(v_i,+V)

   Batarya referansı; D yönü üst/alt sınırı belirler

   Si eşikleri: +3,7; −3,7; −2,3; +2,3 V

   Sesli anlatım metni

   Dört devreyi tek tabloda toplayalım. Dokuzuncu varyasyon artı V'de üst sınırlayıcıdır: v o eşittir v i ile artı V'nin küçüğü. Onuncu varyasyon eksi V'de alt sınırlayıcıdır: v o eşittir v i ile eksi V'nin büyüğü. On birinci varyasyon eksi V'de üst sınırlayıcıdır; on ikinci varyasyon ise artı V'de alt sınırlayıcıdır. Batarya yönü referansın işaretini, diyot yönü hangi tarafın sınırlandığını belirler. İdeal modelde üç voltluk batarya için eşikler artı üç ve eksi üç volttur. Silisyum modelinde dört eşik sırasıyla artı üç virgül yedi, eksi üç virgül yedi, eksi iki virgül üç ve artı iki virgül üç volttur. Bu doğruluk tablosunu kullanırsanız diyotun iletim bölgesini ezberlemeden, devreyi her defasında güvenle çözebilirsiniz.