Hassas güç kaynağı
Trafolu güç kaynağı yapımı, bölüm 4
Giriş
Bu bölümde Allah'ın izniyle sınırlamalı güç kaynağımızı hassas güç kaynağı yapmaya çalışacağız.
Sınırlamalı güç kaynağı
Öncelikle nerede kaldığımıza bakalım.
Basit sınırlamalı bir güç kaynağı yapmıştık.
Bir tane tam dalga doğrultucumuz var. Filtre için kullanılan bir meksefemiz var.
Zener diyot gerilim eşiğini ayarlamak için kullanılıyor.
Zenerin eksi ucu güç transistörünün ana ucuna bağlıdır.
Transistörün sal ucundan ise güç kaynağı gerilimini okuyorduk.
Transistörün ana ucunda 12 V , ana ve sal ucunda ise 0.7 V gerilim düşmesi olduğunu kabul edelim.
Bu durumda çıkışta, sal ucunda 11.3 V gerilim okumayı bekleriz.
Gerilimi multimetre ile ölçerek sonuçlara bakalım.
Ölçüm yapmadan önce iki tane 47 Ω dirençten oluşan yükümüzü çıkaralım.
Ölçümü yük olmadan yapıyoruz.
Şekilde görüldüğü gibi yük olmadan, multimetrenin bir ucunu transistörün sal ucuna diğer ucu ise eksi uca bağlayarak gerilimi ölçelim.
Bu şekilde gerilimi 11.93 V olarak ölçtük.
Gerilimi 11.3 V olarak tahmin ediyorduk. Ne olduğunu anlamaya çalışalım.
Zener diyodun üzerinden başlayıp üzerinde doğru gerilimin olup olmadığını anlamaya çalışalım.
Zener diyodun üzerinde 12.33 V gerilim var.
Transistörün ana ve salı arasında 0.6 V gerilim düşmesi olduğunu kabul edersek çıkışta 11.73 olması gerekirdi.
Çıkış gerilimine tekrar baktığımızda 11.93 olduğunu görüyoruz.
Çıkış geriliminin biraz yüksek olduğunu görebiliriz.
Ne olduğunu anlamak için transistörün ana ve salı arasındaki gerilime bakalım.
Gerilimin yaklaşık olarak sadece 0.09 V olduğunu görebiliyoruz.
Ana ve sal arasında az bir akım akıyor.
Bu da transistörün kapalı olduğunu gösteriyor.
Ana ve sal arasındaki gerilim yaklaşık yarım volt olduğu zaman transistör açık duruma geçecek.
Şimdi bir yük bağlayıp durumu gözlemleyelim.
Bundan da önce hızlıca osiloskoba bakalım.
Birinci kanal sınırlamasız gerilimi, ikinci kanal transistörün sal ucundaki çıkış gerilimini gösteriyor.
Her iki kanalın toprağını en alta kaydırdık.
Bunu yapmak için kanal düğmesinden bağlama ("Coupling") seçeneğini GND olarak seçiyoruz.
Artık giriş toprağa bağlandı. Çizgiyi nereye taşırsanız orası toprak, sıfır noktası kabul edilecek.
Dikey konumu ayarlayan düğmeleri kullanarak çizgiyi en alta taşıyoruz.
Girişi tekrar doğru akıma bağlamak için bağlama seçeneğini DC seçiyoruz.
Sarı renkte gösterilen sınırlamasız gerilim yaklaşık 17 volttur.
Yeşille gösterilen geriliminde yaklaşık 12 volt olduğunu görebilirsiniz.
Multimetre ile de çıkışı 11.92 V olarak ölçtük.
Şimdi iki tane 47 Ω dirençten oluşan yükümüzü takıp neler olacağını gözlemleyelim.
Giriş geriliminde bir miktar dalgalanma var.
Bu beklediğimiz bir durumdur.
Nedenine gelince meksefe hızlı doluyor ama yavaş boşalıyor.
Yükü takdığımızda giriş gerilimi neredeyse 13 volta geliyor. Yaklaşık 4 volt kaybediyoruz.
Çıkış gerilimini multimetre ile ölçtüğümüzde yük olmadan 11.92 V ölçtük. Yükü taktığımızda ise çıkış 11.23 volta düştü.
Zener üzerindeki gerilimi multimetre ile ölçelim.
Yük olmadan zener üzerinde 12.3 V okuduk. Yükü taktığımızda ise 11.9 volta düştü.
Yaptığımız tasarım çoğu amaç için yeterlidir. Diğer taraftan mükemmel bir sınırlayıcı değildir.
Bu nedenle çıkış gerilimini gözleyen, transistörün ana gerilimini sayesinde çıkış gerilimini zener diyotla aynı düzeyde tutan bir devre elemanına ihtiyacımız var.
İşlemsel yükselteç
Bu devre elemanına işlemsel yükselteç deniliyor.
İşlemsel yükselteç olarak LM358 kullanacağız.
Şemaya baktığımızda yonganın üzerinde 8 uç var.
Pakette iki adet işlemsel yükselteç var.
8 numaralı ucu güç kaynağının sınırlamasız ucuna bağlıyoruz. 4 numaralı ucu ise toprağa bağlayabiliriz.
Böylece işlemsel yükseltece güç verdik.
İşlemsel yükseltecin evirmeyen 5 numaralı, artı ucunu zener diyoda bağlıyoruz.
6 numaralı iksi ucu ise çıkışa yani transistörün salına bağlıyoruz.
7 numaralı çıkış ucunu ise transistörün ana ucuna bağlıyoruz.
İşlemsel yükselteç eksi ve artı uçları arasındaki gerilimi denk tutmaya çalışır.
Devreyi kurarken transistörün uçlarını hatırlamakta fayda var.
İşlemsel yükselteci yukarıda gösterildiği gibi bağladıktan sonra osiloskopla sonucu gözlemleyelim.
Yüksüz herhangi bir sıkıntı gözükmüyor.
Yükü bağladığımızda ise çıkış geriliminde bile dalgalanmalar gördük.
Çıkış gerilimi ise yaklaşık 11 volta düştü.
Sorunun neden kaynaklandığını anlamaya çalışalım.
Multimetre ile yüksüz giriş gerilimini yaklaşık 17.8 volt olarak ölçtük.
Yükü bağladığımızda ise giriş gerilimi 13.3 volta düştü.
İşlemsel yükseltecin çıkış gerilimi genellikle besleme gerilimi kadar olamıyor.
Örneğin girişte 12 volt varsa çıkış yaklaşık olarak en fazla 11 volta çıkabiliyor.
Çıkışta hemen hemen besleme gerilimi kadar çıkış gerilimi veren işlemsel yükselteçler de mevcuttur. Ancak fiyatları daha pahalıdır.
Çıkışta 12 volt alabilmek için, yüklü iken girişte tahmini 14 volt vermek yeterli olabilir.
Bu durumda daha güçlü bir trafo kullanmamız gerekirdi.
5.1 V zener kullanalım
12 volt yerine 5.1 volt zener diyot kullansak nasıl olurdu?
Bunu sınamak için basitçe zeneri 5.1 V bir zener ile değiştiriyoruz. Zenerin üzerinde BZX 85C5V1 yazıyor.
Zener'in elektriksel özelliklerine baktığımızda 45 mA akım çektiğini görebiliyoruz.
Güç kaynağının yüksüz gerilimini yaklaşık 18 V olarak ölçmüştük. Zener diyodun uçları arasında yaklaşık 5 V olacak.
O zaman direncin üzerinde 13 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 45 mA akım geçtiğini hesap edebiliriz.
Gerilimin 13 V olduğunu biliyoruz. Akımı 45 mA bulduk. Bunu ampere çevirirsek 0.045 A olur.
Direnci de gerilimi akıma bölerek bulabiliriz.
$ \displaystyle R = \frac {13}{0,045} = 288,88 $
Yakın bir değer olarak 330 Ω direnç kullanabiliriz.
Demek ki daha önce kullandığımız direnci değiştirmeye gerek yoktur.
Yüksüz iken çıkışta 5,15 V yüklü iken ise 5,11 V gerilim elde ettik.
Multimetre ile çıkışta yüksüz olarak 5,10 V, yüklü iken 5,02 V gerilim ölçtük.
Gerilim bölücü
İşlemsel yükseltecin eksi ucuna iki tane 22K dirençten oluşan gerilim bölücü takmayı deneyebiliriz.
Devremizin son hali aşağıdaki gibidir.
10 volt başarılı gibi gözüküyor. :)
Yüksüz 10.3 volt aldık.
Yükle 10.2 volt aldık.
Ayarlı güç kaynağı
Güç kaynağını ayarlı güç kaynağına çevirebiliriz. Böylelikle çıkış gerilimini ayarlanabilir.
Zener çıkışına basit bir gerilim bölücü eklenebilir.
Gerilim bölücü olarak bir potansiyometre kullanabiliriz.
3.3 volt da sık kullanılan bir gerilim olduğu için güç kaynağını potansiyometre ile ayarlamaya çalışalım.
Yükle de çıkış geriliminde düşme olmuyor.
Yapılabilecek geliştirmelerden bir tanesi zener akımını sınırlamak olabilir.
Hesapladığımız direnci çıkarıp yerine 1 K direnç takabiliriz.
Böylece bir kaç yüz milivolt ile 10 volt arası ayarlanabilen bir güç kaynağı geliştirmiş olduk.
Girişteki dalgalanmaları gidermek için 1000 uF yerine 15.000 uF meksefe kullanabiliriz.
Yorumlar