Tam dalga yarım dalga doğrultucu
Trafolu güç kaynağı yapımı, bölüm 2
Giriş
Bu derste dönüştürücünün çıkışına bir doğrultucu ekleyeceğiz.
Tekrar
Önceki derste dönüştürücünün ne işe yaradığına bakmıştık. Dönüştürücü ("trafo") 230 V gerilimi alıp, makul seviyelere yaklaşık 20 V seviyelerine indiriyordu.
Dönüştürücünün çıkış gerilimi ise yaklaşık +20 V dan başlayıp -20 volta düşüyordu.
Saniyede 50 kez bu inme çıkmalar tekrarlanıyordu.
Multimetre ile dalgalı akım ölçülür mü?
Dönüştürünün çıkışında dalgalı akım ("AC") varken, multimetreyi doğru akım ("DC") ölçüm kademesine getirip ölçüm yapmak isterseniz gerilimi ölçemezsiniz.
Çünkü dönüştürücünün çıkışında dalgalı akım var.
Bunun için dalgalı akımı doğru akıma çevirmemiz gerekir.
Yarım dalga doğrultucu
Dalgalı akımı, doğru akıma çevirmek için yarım dalga doğrultucu kullanabiliriz.
Bunun için bir tane 1N4001 diyot kullandık.
Devreye üstte görüldüğü şekilde bağlıyoruz.
Diyotun eksi ucunda gri renkte bir şerit olduğunu görebilirsiniz.
Osiloskopla dalga şekline bakalım.
Görülebileceği üzere sinüs dalganın eksi kısmı uçmuş.
Doğru akım elde ettik mi?
Artık doğru akımımız var.
Bu tür doğru akım elektrik lambası ve belki motorlarda kullanılabilir. Diğer elektronik devreler için ise pek kullanışlı değildir.
Tekrar multimetre ile bir ölçüm yapalım.
Multimetreyi doğru akım kademesine getirdikten sonra ölçüm yaptığımızda gerilimi 5.76 V olarak ölçtük.
Ancak bu ölçüm doğru değil. Kullandığımız multimetre kare kök ortalamayı tam olarak ölçemiyor.
Ürettiğimiz bu tür bir doğru akımı tüm elektrik devrelerinde kullanamayız.
Tekrar doğru akım elde etmeye çalışalım
Sorunu çözebilmek için diyota seri bağlanmış, filtre görevi gören meksefe kullanabiliriz.
Devrenin daha iyi görülebilmesi aşağıdaki resmi ekliyoruz.
Meksefenin değerini 2200 uF ya da 1000 uF olarak kullanabilirsiniz. Gerilim değerinin takriben 25 V ve üstü olmasına dikkat ediniz.
Meksefenin artı bacağını, diyotun eksi ucuna bağlıyoruz. Meksefenin eksi bacağını ise şekildeki gibi kanal 1'in toprak ucuna bağlıyoruz.
Çıkışta yaklaşık 20 V kadar bir doğru akım elde ettik.
Ufak deney
Meksefenin artı ucunu timsah kablo denilen dişli kablo ile devreye bağlayıp, artı ucu takıp çıkartırsanız anlık olarak yarım dalganın çizgiye döndüğünü görebilirsiniz.
Multimetrenin DC kademesinde ölçüm yaptığımızda ise gerilimi 19,33 V olarak ölçtük.
Sonuç olarak sınırlamasız bir güç kaynağımız oldu.
Not : Eğer artının yanında eksi çıkışa da ihtiyacınız varsa, artı eksi çıkışlı, gerilim sınırlamalı güç kaynağı dersine bakabilirsiniz.
Yarım dalga doğrultucu nasıl çalışır?
Yarım dalga doğrultucunun çalışma şeklini anlamaya çalışalım.
İlk sargı üzerindeki gerilim artı değerde iken akım yeşil okla gösterilen şekilde akar. İkincil sargı üzerinde de yeşil okla gösterilen yönde hareket eder. Akım diyotun üzerinden geçerek dirence ulaşır.
Böylece giriş gerilimi çıkış gerilimini takip eder.
İlk sargı üzerindeki gerilim eksi iken, ana sargının üzerindeki akım kavuniçi ile gösterilen ok yönünde akar. İkincil sargı üzerinde ise akım akamaz.
Bunun nedeni diyot tek yönlü bir devre elemanıdır.
Elektriği sadece artı uçtan eksi uça geçirir. Eksi uçtan artı uca geçirmez.
Akım akmadığı için, bir gerilim de oluşmaz. Bu durumda direnç üzerinde 0 V gerilim vardır.
Böylece bu devir sürer gider.
Tam dalga doğrultucu
Tam dalga doğrultucunun devre şemasını aşağıda bulabilirsiniz.
4 tane diyot kullanılıyor.
Bu diyotlar 1N4001 ya da 1N4007 olabilir.
Dikkat ederseniz bir baklava dilimi var. Bu baklava dilimin alt ve üstüne AC gerilim giriyor.
Diyotların eksi uçlarının birleştiği yer artı uçtur. Kırmızı ile gösteriliyor.
İki diyodun artı ucunun birleştiği yer ise eksi uçtur.
Öncelikle devre şemasında direnci kullanmadan osiloskop çıktısına bakalım.
Böyle bir şeklin ortaya çıkmasının nedeni diyotların tam iletime geçmemesinden kaynaklanıyor.
Direnci takarak tekrar deneyelim.
Dalga sıklığı iki katına çıktı. Yani 100 Hz oldu.
İsminin neden tam dalga doğrultucu olduğunu da görebilirsiniz.
Yarım dalga doğrultucuda işaretin sadece yarısını, artı bölümünü kullanıyorduk.
Tam dalga doğrultucuda, giriş işaretinin eksi bölümünü de kullanıyoruz.
Söndürme direnci
Akla şöyle bir soru gelebilir. Devredeki bu direnç ne işe yarıyor?
Direncin değeri 2.2 K ohm olarak seçilmiş.
Direncin kullanılmasının nedeni, gücü çektiğinizde güç kaynağının kapanmasını isteriz.
Genelde bu devrelerde yukarıdaki gibi bir meksefe de kullanıyoruz.
Eğer direnç olmasa idi gücü çektiğimizde meksefe gerilimi tutmaya devam edecekti. Böylece güç kaynağı çok yavaş kapanacaktı.
Güç kaynağı çok yavaş kapandığında devre elemanlarına zarar vermek mümkündür.
Ya da uçlara dokunursanız bu gerilim sizi çarpabilir.
Bu dirence söndürme direnci diyebiliriz.
Buraya herhangi eski bir direnç takabilir miyiz?
Örneğin gerilimimiz 20 volt olsun. 20 volt gerilim 2.2 K dirençten geçiyor.
Bu da 9 miliamper akım yapar.
Güç $ P = I ^2* R $ dir.
Direnç üzerinde harcanan güç 0.18 W dir.
Bu durumda 1/4 W dirençlerden bir tanesini kullanabiliriz.
Eğer direnç 1K olsa idi geçen akım 20 mA olacaktı. Bu durumda direnç üzerinde harcanan güç 0.4 W olacaktı.
Bu yüzden çeyrek Watt'lık ve değeri 1 K olan direnç kullanamayız. Eğer kullanırsak direnç yanabilir.
Bu durumda yarım, hatta daha iyisi 1 W direnç kullanabiliriz.
Gücü kestiğimizde meksefe üzerindeki gerilim ne kadar zamanda boşalacak, bunun hesabını da yapabiliriz.
Meksefe dersinden hatırlayabileceğiniz üzere zaman sabiti $ \tau = R * C $ idi.
Kalemle ya da hesap makinesi ile hesap yaparsanız, zaman sabitini yaklaşık 7 saniye olarak bulabilirsiniz.
Zaman sabiti gerilimin tepe noktasından %37'sine düşmesine kadar geçen zamanı ifade ediyordu.
İki zaman sabiti sürede gerilim yaklaşık % 13'üne düşüyor.
Üç zaman sabiti süre geçtikten sonra ise nerede ise sönüyor.
Böylece meksefe gerilimi yaklaşık 20 saniyede sönecektir.
Eğer başka bir yük varsa bu süre daha da kısalacaktır.
Tam dalga doğrultucu nasıl çalışır?
Bu noktada biraz durup devrenin nasıl çalıştığını anlamaya çalışalım.
Giriş işaretinin ilk yarısında akım yeşille gösterilen yönde akıyor.
Akım yolculuğuna trafonun ikinci sargısından, bir yönüne hareket ederek başlıyor. İki ile gösterilen diyotun üzerinden geçiyor. Üç ile gösterilen direncin üzerinden geçtikten sonra, dört ve beş numaralı diyotun üzerinden geçiyor. Altı numara ile tekrar trafonun sargısına ulaşıyor.
Akım sadece mavi renkli diyotların üzerinden geçiyor.
Kahverengi diyotların üzerinden ise akım geçmiyor.
Akım iki numaralı yönde ilerlerken kahverengi diyotların üzerinden geçemez.
Diyotun devre şemasında | ile gösterilen ucu eksi uçtur. Üçgen bulunan diğer ucu ise artı uçtur.
Diyot elektriği sadece artı yönden eksi yöne geçirir. Eksi yönden artı yöne geçirmez.
Bu nedenle akım iki numaralı yönde ilerlerken kahverengi diyotların üzerinden geçemez.
Akım beş numaralı yönde ilerken gene kahverengi diyotların üzerinden akım geçmez.
Aslında bu sefer diyotların yönleri uygundur.
Ancak devre şemasında + ile gösterilen kısımdaki gerilim - ile gösterilen kısma göre daha yüksektir.
Direncin üst tarafındaki gerilimin daha yüksek olduğunu hemen görebilirsiniz.
Direncin üst tarafında yaklaşık 17 V gerilimi varken, eksi uçta ise yaklaşık 0,7 V gerilim vardır.
Akım sadece yüksek gerilimden alçak gerilime doğru hareket eder.
Bu nedenle akım beş yönünde hareket ederken, kahverengi ile gösterilen diyotların üzerinden akım geçmez.
Bu diyotlara köprü diyot deniliyor.
Neden köprü denildiğini artık anlamış olabilirsiniz.
Bir köprünün iki yakası gibi sadece mavi diyotlar akımı iletiyor.
Giriş işaretinin ikinci yarısında akım kavun içi ile gösterilen yönde akıyor.
Trafonun ikinci sargısından bir yönünde akmaya başlıyor. İki yönünde mavi diyot üzerinden geçiyor. Üç ile gösterilen yönde direnç üzerinden geçiyor. Dört ve beş yolunu takip ediyor.
Altı yönünde mavi diyot üzerinden geçiyor. Son olarak yedi yönünde trafonun ikincil sargısına ulaşıyor.
Burada da sadece mavi diyotlar akımı geçiriyorlar.
Kahverengi renkte olanlar ise geçirmiyor.
Yarım dalga doğrultucunun sıklığı 50 Hz idi.
Tam dalga doğrultucunun sıklığı ise 100 Hz dir.
Tekrar meksefeyi takarak çıkış gerilimine bakabiliriz.
Çıkış gerilimini yaklaşık 17.8 volt olarak ölçtük. Gerilimin bir miktar düşmesinin nedeni söndürme direnci olarak kullandığımız 1 W'lık 2.2 K değerinde dirençtir.
4700 uF 35 V'luk bir meksefe kullandık.
Ancak biraz kocaman. Baş parmağınızdan küçüktür.
Deneme kartına biraz zor takılıyor.
Deneme kartına takmak için timsah kablo kullanabilirsiniz.
Bir tanesi artı, diğeri eksi uca gelecek şekilde iki tane kabloyu U şeklinde bükerek deneme kartına takın.
Timsah kablonun dişli uçlarından bir tanesini artı uca, diğerini meksefenin artı ucuna tutturunuz.
İkinci kablonun dişli uçlarından bir tanesini eksi uca, diğerini meksefenin eksi ucuna tutturunuz.
Yorumlar