Elektronik 1 · Elektronik Temelleri
#05 Seri basit kırpıcılar — pozitif ve negatif kırpma
Diyot yönünden hangi alternansın geçeceğini belirle; pozitif ve negatif seri kırpıcıların parçalı çıkışını kur.
Soru
Tepe değeri V_m olan v_i = V_m sin(ωt) kaynağı, ideal diyot ve R_L yükünden oluşan seri basit kırpıcıları çözün. Pozitif ve negatif kırpıcı için her alternansta diyotun ON/OFF durumunu belirleyip v_o(t)'yi parçalı yazın. Diyot yönünün kesilen alternansı nasıl değiştirdiğini gösterin ve 0,7 V sabit düşümlü silisyum modelinde geçiş ile çıkış 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. Kırpıcı çözüm yöntemi
Kırpıcının adı, çıkıştan kaldırdığı alternansa göre verilir. Kırpıcı: dalganın bir bölümünü kaldırır
Seri kırpıcı: D ve RL aynı akım yolunda
D ON → kısa devre → giriş geçer
D OFF → açık devre → i = 0, vo = 0
Adı, kesilen alternans belirler
Sesli anlatım metni
Kırpıcı devre, giriş dalgasının seçilen bir bölümünü çıkıştan kaldırır ve kalan bölümü korur. Seri kırpıcıda diyot ile yük direnci aynı akım yolundadır. Bu yüzden diyotun açık veya kapalı olması çıkışı doğrudan belirler. İdeal diyot ileri kutuplanıp iletime geçtiğinde kısa devre kabul edilir; kapalı akım yolu oluşur ve uygun işaretle giriş yükte görünür. Diyot ters kutuplandığında yol açık devredir. Akım sıfır olduğundan yük gerilimi de i çarpı R L'den sıfır olur. Pozitif kırpıcı pozitif alternansı, negatif kırpıcı negatif alternansı keser. Çözümde önce giriş işaretini, sonra diyot durumunu ve en son çıkışı yazacağız.
2. Pozitif kırpıcı: v_i > 0
Pozitif alternansta seri yol açılır ve çıkış sıfırda kalır. Pozitif seri kırpıcı: pozitif yarıyı keser
vi > 0 → D ters kutuplu
D OFF → i = 0
vo = iRL = 0
Sesli anlatım metni
Önce pozitif seri basit kırpıcıyı inceleyelim. Adından beklendiği gibi girişin pozitif yarısını çıkıştan kaldıracaktır. Giriş sıfırdan büyükken çizimdeki diyot yönü nedeniyle anot, katoda göre daha düşük potansiyelde kalır ve diyot ters kutuplanır. İdeal diyot OFF durumunda açık devredir. Seri akım yolu kesildiği için yük akımı sıfırdır. Yük direncindeki çıkış i çarpı R L olduğundan bu alternans boyunca v o sıfırdır. Böylece pozitif yarı kırpılmış olur.
3. Pozitif kırpıcı: v_i < 0
Negatif alternans ideal diyot üzerinden değişmeden yüke geçer. vi < 0 → D ileri kutuplu
D ON → ideal kısa devre
vo = vi
vo = 0, vi ≥ 0; vo = vi, vi < 0
Sesli anlatım metni
Giriş negatif olduğunda kaynak polaritesi tersine döner. Bu kez diyot ileri kutuplanır. İdeal ON diyot üzerinde gerilim düşümü yoktur; kaynak ile yük arasında kapalı bir yol oluşur. Bu nedenle negatif alternans yükte aynı işaret ve büyüklükle görünür; v o eşittir v i'dir. Parçalı sonuç şudur: v i sıfır veya pozitifken çıkış sıfır; v i negatifken çıkış v i'ye eşittir. Dalga biçiminde yalnız negatif yarılar kalır.
4. Negatif kırpıcı: v_i > 0
Diyot yönü ters çevrilince pozitif alternans yüke ulaşır. Negatif seri kırpıcı: negatif yarıyı keser
vi > 0 → D ileri kutuplu
D ON → vo = vi
Pozitif alternans çıkışa geçer
Sesli anlatım metni
Şimdi diyot yönünü ters çevirerek negatif seri kırpıcıyı elde ederiz. Bu kez negatif yarı kesilecektir. Pozitif girişte diyodun anodu katoduna göre pozitiftir ve ideal diyot iletime geçer. İletimdeki ideal diyot kısa devre olduğundan pozitif giriş doğrudan yükte görünür; v o eşittir v i'dir. Böylece çıkış dalgası pozitif tepeyi izler ve bu yarım çevrim boyunca yük akımı vardır.
5. Negatif kırpıcı: v_i < 0
Negatif alternansta diyot açık devre olur ve çıkış sıfırdır. vi < 0 → D ters kutuplu
D OFF → i = 0
vo = 0
vo = vi, vi > 0; vo = 0, vi ≤ 0
Sesli anlatım metni
Negatif alternansta aynı diyot ters kutuplanır ve iletim yolu açılır. Seri devrede açık diyot yük akımını sıfıra indirir. Akım olmadığı için yük üzerindeki çıkış da sıfırdır; negatif alternans kırpılmıştır. Parçalı sonuç, v i pozitifken v o eşittir v i; v i sıfır veya negatifken v o eşittir sıfır biçimindedir.
6. Karşılaştırma ve silisyum
İdeal modelde geçiş sıfırdadır; silisyum düşümü geçişi yaklaşık 0,7 V kaydırır. Pozitif kırpıcı: + yarı kesilir, − yarı geçer
Negatif kırpıcı: − yarı kesilir, + yarı geçer
Silisyum negatif kırpıcı: vi > 0,7 V iken vo ≈ vi − 0,7
Silisyum pozitif kırpıcı: vi < −0,7 V iken vo ≈ vi + 0,7
Kontrol: geçen yarının işareti değişmez
Sesli anlatım metni
İki sonucu yan yana koyarsak pozitif kırpıcı artı yarıyı kesip eksi yarıyı geçirir. Negatif kırpıcı ise eksi yarıyı kesip artı yarıyı geçirir. Tek yapısal fark diyot yönüdür. Sabit sıfır virgül yedi volt düşümlü silisyum modelinde negatif kırpıcı ancak v i sıfır virgül yediyi aştığında iletir; iletimde v o yaklaşık v i eksi sıfır virgül yedidir. Pozitif kırpıcıda iletim, v i eksi sıfır virgül yedinin altına indiğinde başlar ve çıkış yaklaşık v i artı sıfır virgül yedi olur. Sonuç kontrolünde geçen alternansın işareti değişmemeli, yalnız diyot düşümü nedeniyle genliği küçülmelidir.
7. Sonuç ve kontrol listesi
1) Giriş alternansını seç
2) Anot-katot polaritesinden D durumunu bul
3) ON: vo giriş yolundan; OFF: vo = 0
Pozitif/negatif adı kesilen bölgeyi söyler
Sonraki ders: DC kaynakla kırpma seviyesini taşı
Sesli anlatım metni
Seri kırpıcı çözerken önce girişin pozitif mi negatif mi olduğunu seç. Ardından anot ile katot potansiyellerini karşılaştırıp diyodun ON veya OFF durumuna karar ver. Diyot ON ise kapalı çevrimden çıkış denklemini yaz; OFF ise seri akım ve çıkış sıfırdır. Devrenin pozitif veya negatif adı, ilettiği değil kırptığı bölgeyi söyler. Bu kural şekli hızlı kontrol etmeyi sağlar. Basit kırpıcının ideal geçiş seviyesi sıfır volttur. Sonraki derste seri kola bir D C kaynak ekleyip kırpma seviyesini sıfırın üstüne veya altına taşıyacağız.
Kaynak video: Electronics Basics #05 | Series Clipper Circuits: Positive and Negative Simple Clippers (5:39)