Güç kaynağı gerilimini sınırlama
Trafolu güç kaynağı yapımı, bölüm 3
Giriş
Önceki derste tam ve yarım doğrultucu yapmıştık.
Bu derste gerilimi nasıl sınırlabileceğimize bakacağız.
Tam dalga doğrultucunun çıkışında hiç direnç bağlı olmadan gerilimi yaklaşık 19 V olarak ölçtük.
Sadece 2.2 K'lık bir direnç takarsak gerilim yaklaşık 18 V a düşüyor.
Sınırlayıcı ekleyelim
Öncelikle nerede kaldığımızı hatırlayalım.
Bir tane tam dalga doğrultucumuz vardı. Ucuna bir tane meksefe takmıştık.
Meksefenin değeri 1000 uF ya da büyük olabilir.
Meksefenin gerilim değerinin, güç kaynağı geriliminden yüksek olması gerekiyor.
Örneğin burada 20 V larla uğraştığımız için 25 V, 35 V ve üstü gerilime sahip meksefe kullanabilirsiniz.
Birazdan yapacağımız deneyde ufak tepeler görebilirsiniz. Dalgalanmanın daha iyi görülebilmesi açısından 1000 uF meksefe kullandık.
Güç kaynağının gerilimini 19 V ölçmüştük.
Burada sıfır noktasının en alta kaydığını görebilirsiiniz.
Bunu yapabilmek için kanal 1 menüden, kanal 1 'i toprağa bağlamamız gerekiyor.
Bağlama seçeneğini ("coupling") toprak ("gnd") olarak seçiyoruz.
Böylece girişler etkisiz hale geldi ve 0 V DC'ye bağlandı.
Bu sıfır voltu düğmelerle aşağı yukarı kaydırabiliriz.
En alta kaydırıyoruz. Tekrar kanal 1'i DC'ye bağlıyoruz.
Yük altında güç kaynağının durumunu sınamak için devreye iki tane seri bağlanmış 47 ohm ve 5W direnç takıyoruz.
Gerilim birden 13 voltlar seviyesine düştü.
Burada ufak bir hesap yapabiliriz.
İki direncin değeri toplamda 94 ohm yapar. Gerilimi 19 volt alalım.
Bu hesap makinesini kullanarak güç hesabı yaptırdığımızda gücü yaklaşık 3.8 Watt buldu.
Burada çeyrek Watt'lık direnç kullanırsak muhtemelen zarar görebilir.
Multimetre ile akımı 127 mA olarak ölçtük.
Hesap makinesinde gerilimi de 13 volt seviyesine getirirseniz yakın sonuç bulabilirsiniz.
Zaman aralığının 5 mili saniye olduğuna dikkat ediniz.
Neden gerilim sınırlamak istediğimizi anladınız mı?
Gerilimi güç kaynağına yük bindiğinde bile gerilimi sabit tutmak isteriz.
Dalgalanmalar olmadan, gerilimin ip gibi düz olması da arzu edilen özelliklerdendir.
Dalgalanmalara baktığımızda meksefenin yüklenip, yükünü boşaltmasından kaynaklanıyor.
Dikkat ederseniz yüklenme süresi kısa, yükünü boşaltma süresi ise daha uzun sürüyor.
Sınırlamasız bir güç kaynağı olduğu için bir miktar dalgalanma ve gerilim düşmesi görüyoruz.
Yapmak istediğimiz gerilimi sınırlamak.
Bunun bir kaç yolu var. İlk önce devreye paralel bir sınırlayıcı kullanacağız.
Zener diyotla tanışın
Aşağıda zener diyot ve mavi renkli devre simgesini görebilirsiniz.
Siyah bant bulunan uç eksi diğer uç ise artı uçtur.
Devremizde 1N4742 kullanacağız. Kullanacağımız zener, 12 Volt ve 1 Watt'lık tır.
Zener'in elektriksel özelliklerine baktığımızda 21 mA akım çektiğini görebiliyoruz.
Devre tasarımına bakalım.
Dikkat ederseniz zener ters takılıyor.
Güç kaynağının kutupları kırmızı artı ve siyah eksi ile gösterilmiş.
Yeşille gösterilen zenerin kutuplarının güç kaynağının kutuplarına zıt yönde olduğunu görebilirsiniz.
Deneme kartına takarken siyah bant bulunan tarafı üste gelecek şekilde takınız.
Zener diyoda seri olacak şekilde akım sınırlayan bir direnç takmamız gerekiyor.
Sorumuz şu. Bu direncin değeri kaç olacak?
Güç kaynağının yüksüz gerilimini yaklaşık 19 V olarak ölçmüştük. Zener diyodun uçları arasında 12 V olacak.
O zaman direncin üzerinde 7 V kaldı.
Gerilim formülü $ V = I * R $ idi.
Bu formülü direnç tek başına kalacak şekilde düzenlersek $ \displaystyle R = \frac {V}{I} $ olur.
Zenerin üzerinde geçen akım, direncin üzerinden de geçecek.
Direncin üzerinden 21 mA akım geçtiğini hesap edebiliriz.
Gerilimin 7 V olduğunu biliyoruz. Akımı 21 mA bulduk. Bunu ampere çevirirsek 0.021 A olur.
Direnci de gerilimi akıma bölerek bulabiliriz.
$ \displaystyle R = \frac {7}{0,021} = 333,33 $
Yakın bir değer olarak 330 Ω direnç kullanabiliriz.
Şimdi bazı ölçümler yapabilmek için ikinci kanalı zener diyotun üzerine bağlayalım.
Sonucu aşağıda görebilirsiniz.
Her iki işaretin toprağının en altta taşındığına dikkat ediniz.
Güç kaynağının sınırlamasız ucunda yaklaşık 17 V görürken, zener diyodun üzerinde yaklaşık 12 V görüyoruz.
Yükümüzü eskiden olduğu gibi meksefeye paralel bir şekilde bağlayacağız.
Normalde zenere paralel bağlamamız gerekirdi. Ama bağlamıyoruz.
Nedenini ileride izah etmeye çalışacağız.
İki tane seri 47 ohm ve 5W dirençten oluşan yükü meksefeye paralel bir şekilde bağlıyoruz.
Gördüğünüz gibi sınırlamasız güç kaynağı gerilimi düştü. Ayrıca dalgalanmalar arttı.
Zener diyodun üzerindeki gerilim ise değişmedi.
Eğer sınırlamasız gerilim kaynağı değeri 12 voltun altına düşerse, zener diyodumuz 12 volt vermeyecektir.
Ona vermediğimiz şeyi bize geri veremez.
Yüke seri bir multimetre bağlayarak akımı ölçebiliriz.
Yük üzerinden geçen akımı 130 mA olarak ölçtük.
Şimdi neden yükü zenere paralel bağlamadığımızı izah etmeye çalışalım.
Devreye baktığımızda zener ve akımı sınırlayan direncin toplam 19 V gerilimi olduğunu görebiliriz.
Zenerin üzerinde ise 12 V gerilim var.
Bu durumda ike tane 47 Ω dirençten oluşan yük üzerinde de 12 V gerilim olacak. Yük üzerinden de 130 mA akım geçiyor.
Zener üzerinden de 21 mA akım geçiyor.
Bu durumda akımı sınırlayan direncin üzerinden 151 mA akım akıyor olması lazım.
Düğüme giren akımların toplamı çıkanların toplamına eşit oluyordu.
Tekrar bu direnci hesaplayalım.
Direnç üzerindeki gerilimin 7 volt olması isteniyor.
Direnci gerilimi akıma bölerek bulabiliriz.
$ \displaystyle R = \frac {7}{0,151} = 46,357 $
47 Ω bir direnç kullanabiliriz.
Şimdi yükü çıkarırsak ne olacağına bakalım.
151 mA akım yük direncinin üzerinden geçiyor.
Bu akım zenerin üzerinden de geçecek ve muhtemelen zeneri yakacaktır.
Kullandığımız diyot sadece 1W'lık bir diyot.
Zener üzerinden geçen gücü $ \displaystyle P = V * I $ formülü ile hesaplayabiliriz.
Yani güç gerilim ve akımın çarpımına eşittir.
Zenerin gerilimi 12 volt üzerinden geçen akım 151 mA'dir. Bunu ampere çevirirsek 0.151 A olur.
Yük ayrıldığında zener üzerine düşen yükü hesaplarsak $ \displaystyle P = 12 * 0.151 = 1.81 W$ buluruz.
Kullandığımız zener sadece 1 Watt idi.
Acaba bu zener üzerinden en fazla ne kadar akım geçebilir? Bunu hesaplamaya çalışalım.
Yukarıdaki güç formülünü $ \displaystyle I = \frac {P} {V} $ şeklinde yazarsak akımı $ \displaystyle I = \frac {1} {12} = 0,083 $ buluruz.
Yani kullandığımız 12 V 1W'lık zener diyodun üzerinden 83 mA kadar akım geçebilir. Daha fazla akım geçirirsek zenere zarar verebiliriz.
Eğer bu şekilde kullanmak istiyorsak daha güçlü, örneğin 5 W gücünde bir zener kullanmak düşünülebilir.
Seri sınırlayıcı
Şimdi farklı bir sınırlayıcıya bakalım.
Burada kullandığımız yüke seri bağlanmış bir sınırlayıcı bir direnç var.
Eğer yükü değiştirirsek bu sınırlayıcı direnç de değerini değiştirerek gerilimi sabit tutuyor.
Bunu yapmak için TIP31C transistör kullanacağız.
Bu transistör 3A akıma çıkabiliyor.
Zener diyodun eksi ucunu, transistörün ana ucuna bağlıyoruz.
Bir transistörün ana ve sal uçları arasındaki gerilimi 0,7 volt kabul ediyoruz.
Eğer tranistörün uçlarının isimlendirilmesi size değişik geldi ise teknik terimlere karşılıklar konusuna bakabilirsiniz.
Zener diyodun eksi ucunda 12 V gerilim var.
Transistörün ana ve sal uçları arasında 0,7 V gerilim olduğunu varsayalım.
O zaman transistörün salında 11.3 V gerilim görmemiz lazım.
Akımdan bağımsız olarak bize bu gerilimi sağlayacak.
Kullandığımız transistörün uçlarını aşağıda görebilirsiniz.
Bu sefer yükü transistörün salına bağlayabiliriz.
İlk kanalı tekrardan sınırlamasız uçlara, ikinci kanalı ise transistörün salına bağlayalım.
İkinci aşamada ise yüke seri multimetre bağlayarak akımı ölçebiliriz.
Yükü bağladığımızda sınırlamasız gerilim yaklaşık 13 volta düştü.
Transistörün salındaki gerilim ise yaklaşık 11.24 volt civarında idi.
Yük üzerinden akan akımı ise 112 mA olarak ölçtük.
Böylece güç kaynağını tamamlamış olduk.
Sınırlamasız gerilim 12 voltun altına düşmediği sürece gerilim kaynağının arzu ettiğimiz gibi çalışacağını umabiliriz.
Böylece seri bir sınırlayıcı yapmış olduk.
Yükü azaltıp multimetre ile gerilimi ölçersek cüzi gerilim düşmeleri görebiliriz.
Bu oldukça iyi sayılabilir.
Eğer daha hassaslık istiyorsanız hassas bir gerilim kaynağına ihtiyacınız olabilir.
İleriki derste Allah nasip ederse bu konuya bakmaya çalışacağız.
Bir tane işlemsel yükselteç vasıtasıyla bu devreyi hassas sınırlayıcı yapmaya çalışacağız.
Yorumlar