Anasayfa
Arama
Latest images
Kayıt Ol
Giriş yapYarım Dalga Doğrultmaç
1 sayfadaki 1 sayfası
Yarım Dalga Doğrultmaç
tarafından GoDFaTHeR Çarş. Mayıs 05, 2010 2:19 am
YARIM DALGA DOĞRULTMAÇ
Tüm elektronik cihazlar çalışmak için bir DC güç kaynağına (DC power
supply) gereksinim duyarlar. Bu gerilimi elde etmenin en pratik ve
ekonomik yolu şehir şebekesinde bulunan AC gerilimi, DC gerilime
dönüştürmektir. Dönüştürme işlemi Doğrultmaç (redresör) olarak
adlandırılan cihazlarla gerçekleştirilir.
Doğrultmaç veya DC Güç kaynağı (DC power supply) denilen
cihazlar,basitten karmaşığa doğru birkaç farklı yöntemle tasarlanabilir.
Bu bölümde en temel doğrultmaç işlemi olan yarım dalga doğrultmaç (Half
waverectifier) devresinin yapısını ve çalışmasını inceleyeceğiz.
Bu bölümü bitirdiğinizde; aşağıda belirtilen konular hakkında
ayrıntılı
bilgilere sahip olacaksınız.
Temel bir güç kaynağı sistemi
Transformatörler ve işlevleri
Yarım dalga doğrultmaç devresi
Rıpıl faktörü
Temel DC Güç Kaynağı (Power Supply)
Bilindiği gibi bütün elektronik cihazlar (radyo, teyp, tv, v.b gibi)
çalışmak için bir DC enerjiye gereksinim duyarlar. DC enerji, pratik
olarak pil veya akülerden elde edilir. Bu oldukça pahalı bir çözümdür.
DC enerji elde etmenin diğer bir alternatifi ise şehir şebekesinden
alınan AC gerilimi kullanmaktır. Şebekeden alınan AC formdaki sinüsoydal
gerilim, DC gerilime dönüştürülür.Dönüştürme işlemi için DC güç
kaynakları kullanılır.
Temel bir DC güç kaynağının blok şeması şekil-3.1’de görülmektedir.
Sistem; doğrultucu (rectifier), Filtre (filter) ve regülatör (regulator)
devrelerinden oluşmaktadır. Sistem girişine uygulanan AC gerilim;
sistem çıkışında doğrultulmuş ve DC gerilim olarak alınmaktadır.
[
Sistem girişine uygulanan AC gerilim (genellikle şehir şebeke
gerilimi), önce bir transformatör yardımıyla istenilen gerilim değerine
dönüş türülür.Transformatör,dönüştürme işlemiyle birlikte kullanıcıyı
şehir şebekesinden yalıtır.Transformatör yardımıyla istenilen bir değere
dönüştürülen AC gerilim,doğrultmaç devreleri kullanılarak doğrultulur.
Doğrultma işlemi için yarım ve tam dalga doğrultmaç (redresör)
devrelerinden yararlanılır. Doğrultulan gerilim, ideal bir DC gerilimden
uzaktır ve az da olsa AC bileşenler (rıpıl) içerir. Filtre devreleri
tam bir DC gerilim elde etmek ve rıpıl faktörünü minimuma indirmek için
kullanılır. İdeal bir DC gerilim elde etmek için kullanılan son kat ise
regülatör düzenekleri içerir. Sistemi oluşturan blokları sıra ile
inceleyelim.
TRANSFORMATÖRLER
Transformatörler, kayıpları en az elektrik makineleridir.
Transformatör; silisyumlu özel saçtan yapılmış gövde (karkas) üzerine
sarılan iletken sargılardan oluşur. Transformatör karkası üzerine
genellikle iki ayrı sargı sarılır. Bu sargılara primer ve sekonder adı
verilir. Primer giriş, sekonder çıkış sargısı olarak kullanılır.
Sargıların sarım sayısı spir olarak adlandırılır. Transformatörün primer
sargılarından uygulanan AC gerilim, sekonder sargısından alınır.
Şehir şebeke gerilimi genellikle 220Vrms/50Hz’dir. Bu gerilim
değerini belirlenen veya istenilen bir AC gerilim değerine
dönüştürülmesinde genellikle transformatörler kullanılır.
Transformatörlerin sekonder ve primer sargıları arasında fiziksel bir
bağlantı olmadığından, kullanıcıyı şehir şebekesinden yalıtırlar. Bu
durumda güvenlik için önemli
bir avantajdır.
Sekonder sargısından alınan AC işaretin,gücü ve gerilim değeri
tamamen
kullanılan transformatörün sarım sayılarına ve karkas çapına
bağıdır.Üreticiler ihtiyaca uygun olarak çok farklı tip ve modelde
transformatör üretimi yaparlar. Şekil-3.2’de örnek olarak bazı alçak
güçlü transformatörler görülmektedir.
Transformatörlerin primer ve sekonder gerilimleri ve güçleri
üzerlerinde etkin değer
(rms) olarak belirtilir. Primer sargıları genellikle 220Vrms/50Hz,
sekonderler sargıları ise farklı gerilim değerlerinde üretilerek
kullanıcıya sunulurlar. Şekil-3.3'de farklı sargılara sahip
transformatörlerin sembolleri ve gerilim değerleri gösterilmiştir.
Üç uçlu transformatörler doğrultucu tasarımında tasarruf sağlarlar.
Transformatör seçiminde; primer ve sekonder gerilimleri ile birlikte
transfomatörün gücüne de dikkat edilmelidir. Güç kaynağında kullanılacak
transformatörün toplam gücü; trafo üzerinde
ve diğer devre elemanlarında harcanan güç ile yükte harcanan gücün
toplamı kadardır. Transformatör her durumda istenen akımı vermelidir.
Fakat bir transformatörden uzun süre yüksek akım çekilirse, çekirdeğin
doyma bölgesine girme tehlikesi vardır. Bu nedenle transformatör hem
harcanacak güce, hem de çıkış akımına göre töleranslı seçilmelidir.
YARIM DALGA DOĞRULTMAÇ
Şehir şebekesinden alınan ve bir transformatör yardımıyla değeri
istenilen seviyeye ayarlanan AC gerilimi, DC gerilime dönüştürmek için
en basit yöntem yarım dalga doğrultmaç devresi kullanmaktır. Tipik bir
yarım dalga doğrultmaç devresi şekil-3.4’de verilmiştir. Şehir
şebekesinden alınan 220Vrms değere sahip AC gerilim bir transformatör
yardımıyla 12Vrms değerine düşürülmüştür.
Devrenin çalışmasını ayrıntılı olarak incelemek üzere şekil-3.5’den
yararlanılacaktır. Yarım dalga doğrultmaç devresine uygulanan giriş
işareti sinüsoydaldır ve zamana bağlı olarak yön değiştirmektedir.
Devrede kullanılan diyodu ideal bir diyot olarak düşünelim. Giriş
işaretinin pozitif alternansında; diyot doğru polarmalanmıştır.
Dolayısıyla iletkendir. Üzerinden akım akmasına izin verir. pozitif
alternans yük üzerinde oluşur. Bu durum şekil-3.5.a üzerinde ayrıntılı
olarak gösterilmiştir.
Giriş işaretinin frekansına bağlı olarak bir süre sonra diyodun
anoduna negatif alternans uygulanacaktır. Dolayısıyla giriş işaretinin
negatif alternansında diyot yalıtımdadır. Çünkü ters yönde
polarmalanmıştır ve üzerinden akım akmasına izin vermez. Açık devredir.
Dolayısı ile çıkış işareti 0V değerinde olur. Bu durum şekil-3.5.b
üzerinde ayrıntılı olarak gösterilmiştir.
Yarım dalga doğrultmaç devresinin çıkışında elde edilen işaretin
dalga biçimi şekil-3.6’da ayrıntılı olarak verilmiştir. Yarım dalga
doğrultmaç devresinin çıkışından alınan işaret artık AC bir işaret
değildir. Çünkü çıkış işareti, negatif alternansları içermez. Doğrultmaç
çıkışından sadece pozitif saykıllar alınmaktadır. Çıkış işareti bu
nedenle DC işarete de benzememektedir ve dalgalıdır. Bu durum istenmez.
Gerçekte doğrultmaç çıkışından tam bir DC veya DC gerilime yakın bir
işaret alınmalıdır.
Yarım dalga doğrultmaç devresinin çıkışından alınan işaretin DC
değeri önemlidir. Bu değeri ölçmek için çıkış yüküne (RL) paralel bir DC
voltmetre bağladığımızda şekil-3.6’daki işaretin ortalama değerini
ölçeriz. Yarım dalga doğrultmaç devresinin girişine uyguladığımız işaret
12Vrms değerine sahipti. Bu işaretin tepe değeri ise;
2.2 TAM DALGA DOĞRULTMAÇ
Basit ve ekonomik DC güç kaynaklarının yapımında yarımdalga
doğrultmaç devreleri kullanılır. Profesyonel ve kaliteli DC güç
kaynaklarının yapımında ise tam dalga doğrultmaç devreleri kullanılır.
Tam dalga doğrultmaç devreleri; orta uçlu ve köprü tipi olmak üzere iki
ayrı tipte tasarlanabilir.
Bu bölümü bitirdiğinizde; aşağıda belirtilen konular hakkında
ayrıntılı
bilgiler elde edeceksiniz.
Yarımdalga doğrultmaç ile tam dalga doğrultmaç
arasındaki farklar.
Tamdalga doğrultmaç devresinde elde edilen çıkış
işaretinin analizi
Orta uçlu tamdalga doğrultmaç devresinin analizi
Köprü tipi tamdalga doğrultmaç devresinin
analizi
Bir önceki bölümde yarım dalga doğrultmaç devresini incelemiştik.
Yarım dalga doğrultmaç devresinde şehir şebekesinden alınan sinüsoydal
işaretin sadece tek bir alternansında doğrultma işlemi yapılıyor, diğer
alternans ise kullanılmıyordu. Dolayısıyla yarımdalga doğrultmacın
çıkışından alınan gerilimin ortalama değeri oldukça küçüktür. Bu
ekonomik bir çözüm değildir. Tamdalga doğrultmaç devresinde ise
doğrultma işlemi, şebekenin her iki alternansında gerçekleştirilir.
Dolayısıyla çıkış gerilimi daha büyük değerdedir ve DC’ye daha yakındır.
Bu durum şekil-3.9 üzerinde ayrıntılı olarak gösterilmiştir.
örneğin tamdalga doğrultmaç girişine 17V tepe değerine sahip
sinüsoydal bir işaret uygulanmışsa bu durumda çıkış işaretinin alacağı
değer;
olarak elde edilir. Bu durum bize tamdalga doğrultmaç devresinin daha
avantajlı olduğunu kanıtlar.
TAMDALGA DOĞRULTMAÇ DEVRESİ
Tamdalga doğrultmaç devresi şekil-3.10’da görülmektedir. Bu devre
orta uçlu bir transformatör ve 2 diyot kullanılarak
gerçekleştirilmiştir. Transformatörün primer sargılarına uygulanan
şebeke gerilimi, transformatörün sekonder sargılarında tekrar elde
edilmiştir. Sekenderde elde edilen geriliminin değeri transformatör
dönüştürme oranına bağlıdır.
Transformatörün sekonder sargısı şekilde görüldüğü gibi üç uçludur ve
orta ucu referans olarak alınmıştır. Sekonder sargısının orta ucu
referans (şase) olarak alındığında sekonder sargıları üzerinde oluşan
gerilimin dalga biçimleri ve yönleri şekil-3.10 üzerinde ayrıntılı
olarak gösterilmiştir.
Orta uçlu tamdalga doğrultmaç devresinin incelenmesi için en iyi
yöntem şebeke geriliminin her bir alternansı için devreyi analiz
etmektir. Orta uç referans olarak alınırsa, sekonder gerilimi iki ayrı
değere (Vsek/2) dönüştürülmüştür. Örneğin; Vgiriş işaretinin pozitif
alternansında, transformatörün sekonder sargısının üst ucunda pozitif
bir gerilim oluşacaktır.
Bu durumda, D1 diyodu doğru polarmalandırılmış olur. Akım devresini;
trafonun üst ucu, D1 diyodu ve RL yük direnci üzerinden transformatörün
orta ucunda tamamlar. RL yük direnci üzerinde şekil-3.11’de belirtilen
yönde pozitif alternans oluşur. Akım yönü ve akımın izlediği yol şekil
üzerinde ayrıntılı olarak gösterilmiştir.
Şebekenin negatif alernansında; transformatörün sekonder sargılarında
oluşan gerilim düşümü bir önceki durumun tam tersidir. Bu durumda
şaseye göre; sekonder sargılarının üst ucunda negatif alternans, alt
ucunda ise pozitif alternans oluşur. Bu durum şekil-3.12 üzerinde
ayrıntılı olarak gösterilmiştir. Bu durumda D2 diyodu iletken, D1 diyodu
ise yalıtkandır. Akım devresini trafonun orta ucundan başlayarak D2
üzerinden ve RL yükü üzerinden geçerek tamamlar. Yük üzerinde
şekil-3.12’de belirtilen dalga şekli oluşur. Akım yolu ve gerilim
düşümleri şekil üzerinde gösterilmiştir.
KÖPRÜ TİPİ TAMDALGA DOĞRULTMAÇ
Tamdalga doğrultmaç devresi tasarımında diğer bir alternatif ise
köprü tipi tamdalga doğrultmaç devresidir. Köprü tipi tamdalga
doğrultmaç devresi 4 adet diyot kullanılarak gerçekleştirilir. Şehir
şebekesinden alınan 220Vrms/50Hz değere sahip sinüsoydal gerilim bir
transformatör kullanılarak istenilen değere dönüştürülür.
Transformatörün sekonderinden alınan gerilim doğrultularak çıkıştaki
yük (RL) üzerine aktarılır. Doğrultma işleminin nasıl yapıldığı
şekil-3.14 ve şekil-3.15 yardımıyla anlatılacaktır.
Şehir şebekesinin pozitif alternansında; transformatörün sekonder
sargısının üst ucunda pozitif alternans oluşur. D1 ve D2 diyodu doğru
yönde polarmalandığı için akım devresini D1 diyodu, RL yük direnci ve D2
diyodundan geçerek transformatörün
alt ucunda tamamlar. RL yük direnci üzerinde pozitif alternans
oluşur. Bu durum ve akım yönü şekil-3.14’de ayrıntılı olarak
gösterilmiştir.
Şebekenin negatif alternansında; bu defa transformatörün alt ucuna
pozitif alternans oluşacaktır. Bu durumda D3 ve D4 diyotları doğru yönde
polarmalanır ve iletime geçerler. Akım devresini; D4 diyodu, RL yük
direnci ve D3 diyodu üzerinden geçerek transformatörün üst ucunda
tamamlar ve RL yük direnci üzerinde pozitif alternans oluşur. Bu durum
ayrıntılı olarak şekil-3.15 üzerinde gösterilmiştir.
değerine eşit olur. Doğrultma işleminde tek bir alternans için iki
adet diyot iletken olduğunda diyotlar üzerinde düşen öngerilimler
dikkate alındığında RL yük direnci üzerinde oluşan çıkış gerilimin tepe
değeri;
2.3 DOĞRULTMAÇ FİLTRELERİ
Yarımdalga ve tamdalga doğrultmaç devrelerinin çıkışlarından alınan
doğrultmuş sinyal ideal bir DC sinyalden çok uzaktır. Doğrultucu
devrelerin çıkışından alınan bu sinyal, darbelidir ve bir çok ac bileşen
barındırır. Şehir şebekesinden elde edilen doğrultulmuş sinyal çeşitli
filtre devreleri kullanılarak ideal bir DC gerilim haline
dönüştürülebilir.
En ideal filtreleme elemanları kondansatör ve bobinlerdir. Bu bölümde
bitirdiğinizde aşağıda belirtilen konular hakkında ayrıntılı bilgiler
elde edeceksiniz.
Filtre işleminin önemi ve amaçlarını,
Kondansatör
ile gerçekleştirilen kapasitif
filtre işlemini
Rıpıl gerilimini ve rıpıl faktörünü
LC filtre
Π ve T tipi filtreler
DC Güç kaynağı tasarımı ve yapımında genellikle 50Hz frekansa sahip
şehir şebeke geriliminden yararlanılır. Bu gerilim tamdalga doğrultmaç
devreleri yardımıyla doğrultulur. Doğrultmaç çıkışından alınan gerilim
ideal bir DC gerilim olmaktan uzaktır. Çeşitli darbeler barındırır ve
100Hz’lik bir frekansa sahiptir. Bu durum şekil-3.17’de ayrıntılı olarak
gösterilmiştir.
Doğrultmaç çıkışından alınan gerilim, büyük bir dalgalanmaya sahiptir
ve tam bir DC gerilimden uzaktır. Filtre çıkışında ise dalgalanma oranı
oldukça azaltılmıştır. Elde edilen işaret DC gerilime çok yakındır.
Filtre çıkışında küçük de olsa bir takım dalgalanmalar vardır. Bu
dalgalanma “Rıpıl” olarak adlandırılır. Kaliteli bir doğrultmaç
devresinde rıpıl faktörünün minimum değere düşürülmesi gerekmektedir.
KAPASİTİF FİLTRE
Doğrultmaç devrelerinde filtrelemenin önemi ve işlevi hakkında
yeterli bilgiye ulaştık. Filtreleme işlemi için genellikle kondansatör
veya bobin gibi pasif devre elemanlarından faydalanılır. Doğrultmaç
devrelerinde, filtreleme işlemi için en çok kullanılan yöntem kapasitif
filtre devresidir. Bu filtre işleminde kondansatörlerden yararlanılır.
Kapasitif filtre işleminin nasıl gerçekleştirildiği bir yarım dalga
doğrultmaç devresi üzerinde şekil-3.18 yardımıyla ayrıntılı olarak
incelenmiştir. Kondansatör ile gerçekleştirilen filtre işlemi
şekil-3.18’de ayrıntılı olarak gösterilmiştir. Sisteme enerji
verildiğinde önce pozitif alternansın geldiğini varsayalım. Bu anda
diyot doğru polarmalandığı için iletkendir. Üzerinden akım akmasına izin
verir. Pozitif alternansın
ilk yarısı yük üzerinde oluşur. Devredeki kondansatörde aynı anda
pozitif alternansın
ilk yarı değerine şarj olmuştur. Bu durum şekil-3.18.a üzerinde
gösterilmiştir.
Pozitif alternansın ikinci yarısı oluşmaya başladığında diyot
yalıtımdadır. Diyot’un katodu anaduna nazaran daha pozitiftir. Çünkü
kondansatör giriş geriliminin tepe değerine şarj olmuştur. Kondansatör
şarj gerilimini şekil-3.18.b’de belirtildiği gibi yük üzerine boşaltır.
Şebekeden negatif alternans geldiğinde ise diyot ters polarma olduğu
için yalıtımdadır.
Kondansatörün deşarjı şehir şebekesinin negatif alternansı boyunca
devam eder. Şebekenin pozitif alternansı tekrar geldiğinde bir önceki
adımda anlatılan işlemler devam eder. Sonuçta çıkış yükü üzerinde oluşan
işaret DC’ye oldukça yakındır.
Çıkış işaretindeki dalgalanmaya “rıpıl” denildiğini belirtmiştik. DC
güç kaynaklarında rıpıl faktörünün minimum düzeyde olması istenir. Bu
amaçla filtreleme işlemi iyi yapılmalıdır. Kondansatörle yapılan
filtrreleme işleminde kondansatörün kapasitesi büyük önem taşır.
Şekil-3.19’de filtreleme kondansatörünün çıkış işaretine etkisi
ayrıntılı olarak gösterilmiştir.
Filtreleme işlemi sonunda elde edilen çıkış işaretinin dalga biçimi
bir miktar dalgalanma içermektedir. Bu dalgalanmaya rıpıl adı
verildiğini daha önce belirtmiştik. Filtrelemenin kalitesini ise “rıpıl
faktörü=rp” belirlemektedir. Rıpıl faktörü yüzde olarak ifade edilir.
Rıpıl faktörünün hesaplanmasında için şekil-3.21’den yararlanılacaktır.
LC FİLTRE
Doğrultmaç devrelerinde rıpıl faktörünü minimuma indirmek için bir
diğer alternatif bobin ve kondansatörden oluşan LC filtre devresi
kullanmaktır. Şekil-3.22’de LC filtre devresi görülmektedir. Bu filtre
devresinde bobinin endüktif reaktansı (XL) ve kondansatörün kapasitif
reaktansından (XC) yararlanılarak filtre işlemi gerçekleştirilir.
Π VE T TİPİ FİLTRE
LC tipi filtre devreleri geliştirilerek çok daha kaliteli filtre
devreleri oluşturulmuştur. Π ve T tipi filtreler bu uygulamalara iyi bir
örnektir. Rıpıl faktörünün minimuma indirilmesi gereken çok kaliteli
doğrultmaç çıkışlarında bu tip filtreler kullanılabilir. Şekil-3.23’de Π
ve T tipi filtre devreleri verilmiştir.
GERİLİM REGÜLASYONU
Doğrultmaç devrelerinden elde edilen çıkış geriliminin her koşulda
sabit olması ve dış etkenlerden bağımsız olması istenir.
Tüm elektronik cihazlar çalışmak için bir DC güç kaynağına (DC power
supply) gereksinim duyarlar. Bu gerilimi elde etmenin en pratik ve
ekonomik yolu şehir şebekesinde bulunan AC gerilimi, DC gerilime
dönüştürmektir. Dönüştürme işlemi Doğrultmaç (redresör) olarak
adlandırılan cihazlarla gerçekleştirilir.
Doğrultmaç veya DC Güç kaynağı (DC power supply) denilen
cihazlar,basitten karmaşığa doğru birkaç farklı yöntemle tasarlanabilir.
Bu bölümde en temel doğrultmaç işlemi olan yarım dalga doğrultmaç (Half
waverectifier) devresinin yapısını ve çalışmasını inceleyeceğiz.
Bu bölümü bitirdiğinizde; aşağıda belirtilen konular hakkında
ayrıntılı
bilgilere sahip olacaksınız.
Temel bir güç kaynağı sistemi
Transformatörler ve işlevleri
Yarım dalga doğrultmaç devresi
Rıpıl faktörü
Temel DC Güç Kaynağı (Power Supply)
Bilindiği gibi bütün elektronik cihazlar (radyo, teyp, tv, v.b gibi)
çalışmak için bir DC enerjiye gereksinim duyarlar. DC enerji, pratik
olarak pil veya akülerden elde edilir. Bu oldukça pahalı bir çözümdür.
DC enerji elde etmenin diğer bir alternatifi ise şehir şebekesinden
alınan AC gerilimi kullanmaktır. Şebekeden alınan AC formdaki sinüsoydal
gerilim, DC gerilime dönüştürülür.Dönüştürme işlemi için DC güç
kaynakları kullanılır.
Temel bir DC güç kaynağının blok şeması şekil-3.1’de görülmektedir.
Sistem; doğrultucu (rectifier), Filtre (filter) ve regülatör (regulator)
devrelerinden oluşmaktadır. Sistem girişine uygulanan AC gerilim;
sistem çıkışında doğrultulmuş ve DC gerilim olarak alınmaktadır.
[
Sistem girişine uygulanan AC gerilim (genellikle şehir şebeke
gerilimi), önce bir transformatör yardımıyla istenilen gerilim değerine
dönüş türülür.Transformatör,dönüştürme işlemiyle birlikte kullanıcıyı
şehir şebekesinden yalıtır.Transformatör yardımıyla istenilen bir değere
dönüştürülen AC gerilim,doğrultmaç devreleri kullanılarak doğrultulur.
Doğrultma işlemi için yarım ve tam dalga doğrultmaç (redresör)
devrelerinden yararlanılır. Doğrultulan gerilim, ideal bir DC gerilimden
uzaktır ve az da olsa AC bileşenler (rıpıl) içerir. Filtre devreleri
tam bir DC gerilim elde etmek ve rıpıl faktörünü minimuma indirmek için
kullanılır. İdeal bir DC gerilim elde etmek için kullanılan son kat ise
regülatör düzenekleri içerir. Sistemi oluşturan blokları sıra ile
inceleyelim.
TRANSFORMATÖRLER
Transformatörler, kayıpları en az elektrik makineleridir.
Transformatör; silisyumlu özel saçtan yapılmış gövde (karkas) üzerine
sarılan iletken sargılardan oluşur. Transformatör karkası üzerine
genellikle iki ayrı sargı sarılır. Bu sargılara primer ve sekonder adı
verilir. Primer giriş, sekonder çıkış sargısı olarak kullanılır.
Sargıların sarım sayısı spir olarak adlandırılır. Transformatörün primer
sargılarından uygulanan AC gerilim, sekonder sargısından alınır.
Şehir şebeke gerilimi genellikle 220Vrms/50Hz’dir. Bu gerilim
değerini belirlenen veya istenilen bir AC gerilim değerine
dönüştürülmesinde genellikle transformatörler kullanılır.
Transformatörlerin sekonder ve primer sargıları arasında fiziksel bir
bağlantı olmadığından, kullanıcıyı şehir şebekesinden yalıtırlar. Bu
durumda güvenlik için önemli
bir avantajdır.
Sekonder sargısından alınan AC işaretin,gücü ve gerilim değeri
tamamen
kullanılan transformatörün sarım sayılarına ve karkas çapına
bağıdır.Üreticiler ihtiyaca uygun olarak çok farklı tip ve modelde
transformatör üretimi yaparlar. Şekil-3.2’de örnek olarak bazı alçak
güçlü transformatörler görülmektedir.
Transformatörlerin primer ve sekonder gerilimleri ve güçleri
üzerlerinde etkin değer
(rms) olarak belirtilir. Primer sargıları genellikle 220Vrms/50Hz,
sekonderler sargıları ise farklı gerilim değerlerinde üretilerek
kullanıcıya sunulurlar. Şekil-3.3'de farklı sargılara sahip
transformatörlerin sembolleri ve gerilim değerleri gösterilmiştir.
Üç uçlu transformatörler doğrultucu tasarımında tasarruf sağlarlar.
Transformatör seçiminde; primer ve sekonder gerilimleri ile birlikte
transfomatörün gücüne de dikkat edilmelidir. Güç kaynağında kullanılacak
transformatörün toplam gücü; trafo üzerinde
ve diğer devre elemanlarında harcanan güç ile yükte harcanan gücün
toplamı kadardır. Transformatör her durumda istenen akımı vermelidir.
Fakat bir transformatörden uzun süre yüksek akım çekilirse, çekirdeğin
doyma bölgesine girme tehlikesi vardır. Bu nedenle transformatör hem
harcanacak güce, hem de çıkış akımına göre töleranslı seçilmelidir.
YARIM DALGA DOĞRULTMAÇ
Şehir şebekesinden alınan ve bir transformatör yardımıyla değeri
istenilen seviyeye ayarlanan AC gerilimi, DC gerilime dönüştürmek için
en basit yöntem yarım dalga doğrultmaç devresi kullanmaktır. Tipik bir
yarım dalga doğrultmaç devresi şekil-3.4’de verilmiştir. Şehir
şebekesinden alınan 220Vrms değere sahip AC gerilim bir transformatör
yardımıyla 12Vrms değerine düşürülmüştür.
Devrenin çalışmasını ayrıntılı olarak incelemek üzere şekil-3.5’den
yararlanılacaktır. Yarım dalga doğrultmaç devresine uygulanan giriş
işareti sinüsoydaldır ve zamana bağlı olarak yön değiştirmektedir.
Devrede kullanılan diyodu ideal bir diyot olarak düşünelim. Giriş
işaretinin pozitif alternansında; diyot doğru polarmalanmıştır.
Dolayısıyla iletkendir. Üzerinden akım akmasına izin verir. pozitif
alternans yük üzerinde oluşur. Bu durum şekil-3.5.a üzerinde ayrıntılı
olarak gösterilmiştir.
Giriş işaretinin frekansına bağlı olarak bir süre sonra diyodun
anoduna negatif alternans uygulanacaktır. Dolayısıyla giriş işaretinin
negatif alternansında diyot yalıtımdadır. Çünkü ters yönde
polarmalanmıştır ve üzerinden akım akmasına izin vermez. Açık devredir.
Dolayısı ile çıkış işareti 0V değerinde olur. Bu durum şekil-3.5.b
üzerinde ayrıntılı olarak gösterilmiştir.
Yarım dalga doğrultmaç devresinin çıkışında elde edilen işaretin
dalga biçimi şekil-3.6’da ayrıntılı olarak verilmiştir. Yarım dalga
doğrultmaç devresinin çıkışından alınan işaret artık AC bir işaret
değildir. Çünkü çıkış işareti, negatif alternansları içermez. Doğrultmaç
çıkışından sadece pozitif saykıllar alınmaktadır. Çıkış işareti bu
nedenle DC işarete de benzememektedir ve dalgalıdır. Bu durum istenmez.
Gerçekte doğrultmaç çıkışından tam bir DC veya DC gerilime yakın bir
işaret alınmalıdır.
Yarım dalga doğrultmaç devresinin çıkışından alınan işaretin DC
değeri önemlidir. Bu değeri ölçmek için çıkış yüküne (RL) paralel bir DC
voltmetre bağladığımızda şekil-3.6’daki işaretin ortalama değerini
ölçeriz. Yarım dalga doğrultmaç devresinin girişine uyguladığımız işaret
12Vrms değerine sahipti. Bu işaretin tepe değeri ise;
2.2 TAM DALGA DOĞRULTMAÇ
Basit ve ekonomik DC güç kaynaklarının yapımında yarımdalga
doğrultmaç devreleri kullanılır. Profesyonel ve kaliteli DC güç
kaynaklarının yapımında ise tam dalga doğrultmaç devreleri kullanılır.
Tam dalga doğrultmaç devreleri; orta uçlu ve köprü tipi olmak üzere iki
ayrı tipte tasarlanabilir.
Bu bölümü bitirdiğinizde; aşağıda belirtilen konular hakkında
ayrıntılı
bilgiler elde edeceksiniz.
Yarımdalga doğrultmaç ile tam dalga doğrultmaç
arasındaki farklar.
Tamdalga doğrultmaç devresinde elde edilen çıkış
işaretinin analizi
Orta uçlu tamdalga doğrultmaç devresinin analizi
Köprü tipi tamdalga doğrultmaç devresinin
analizi
Bir önceki bölümde yarım dalga doğrultmaç devresini incelemiştik.
Yarım dalga doğrultmaç devresinde şehir şebekesinden alınan sinüsoydal
işaretin sadece tek bir alternansında doğrultma işlemi yapılıyor, diğer
alternans ise kullanılmıyordu. Dolayısıyla yarımdalga doğrultmacın
çıkışından alınan gerilimin ortalama değeri oldukça küçüktür. Bu
ekonomik bir çözüm değildir. Tamdalga doğrultmaç devresinde ise
doğrultma işlemi, şebekenin her iki alternansında gerçekleştirilir.
Dolayısıyla çıkış gerilimi daha büyük değerdedir ve DC’ye daha yakındır.
Bu durum şekil-3.9 üzerinde ayrıntılı olarak gösterilmiştir.
örneğin tamdalga doğrultmaç girişine 17V tepe değerine sahip
sinüsoydal bir işaret uygulanmışsa bu durumda çıkış işaretinin alacağı
değer;
olarak elde edilir. Bu durum bize tamdalga doğrultmaç devresinin daha
avantajlı olduğunu kanıtlar.
TAMDALGA DOĞRULTMAÇ DEVRESİ
Tamdalga doğrultmaç devresi şekil-3.10’da görülmektedir. Bu devre
orta uçlu bir transformatör ve 2 diyot kullanılarak
gerçekleştirilmiştir. Transformatörün primer sargılarına uygulanan
şebeke gerilimi, transformatörün sekonder sargılarında tekrar elde
edilmiştir. Sekenderde elde edilen geriliminin değeri transformatör
dönüştürme oranına bağlıdır.
Transformatörün sekonder sargısı şekilde görüldüğü gibi üç uçludur ve
orta ucu referans olarak alınmıştır. Sekonder sargısının orta ucu
referans (şase) olarak alındığında sekonder sargıları üzerinde oluşan
gerilimin dalga biçimleri ve yönleri şekil-3.10 üzerinde ayrıntılı
olarak gösterilmiştir.
Orta uçlu tamdalga doğrultmaç devresinin incelenmesi için en iyi
yöntem şebeke geriliminin her bir alternansı için devreyi analiz
etmektir. Orta uç referans olarak alınırsa, sekonder gerilimi iki ayrı
değere (Vsek/2) dönüştürülmüştür. Örneğin; Vgiriş işaretinin pozitif
alternansında, transformatörün sekonder sargısının üst ucunda pozitif
bir gerilim oluşacaktır.
Bu durumda, D1 diyodu doğru polarmalandırılmış olur. Akım devresini;
trafonun üst ucu, D1 diyodu ve RL yük direnci üzerinden transformatörün
orta ucunda tamamlar. RL yük direnci üzerinde şekil-3.11’de belirtilen
yönde pozitif alternans oluşur. Akım yönü ve akımın izlediği yol şekil
üzerinde ayrıntılı olarak gösterilmiştir.
Şebekenin negatif alernansında; transformatörün sekonder sargılarında
oluşan gerilim düşümü bir önceki durumun tam tersidir. Bu durumda
şaseye göre; sekonder sargılarının üst ucunda negatif alternans, alt
ucunda ise pozitif alternans oluşur. Bu durum şekil-3.12 üzerinde
ayrıntılı olarak gösterilmiştir. Bu durumda D2 diyodu iletken, D1 diyodu
ise yalıtkandır. Akım devresini trafonun orta ucundan başlayarak D2
üzerinden ve RL yükü üzerinden geçerek tamamlar. Yük üzerinde
şekil-3.12’de belirtilen dalga şekli oluşur. Akım yolu ve gerilim
düşümleri şekil üzerinde gösterilmiştir.
KÖPRÜ TİPİ TAMDALGA DOĞRULTMAÇ
Tamdalga doğrultmaç devresi tasarımında diğer bir alternatif ise
köprü tipi tamdalga doğrultmaç devresidir. Köprü tipi tamdalga
doğrultmaç devresi 4 adet diyot kullanılarak gerçekleştirilir. Şehir
şebekesinden alınan 220Vrms/50Hz değere sahip sinüsoydal gerilim bir
transformatör kullanılarak istenilen değere dönüştürülür.
Transformatörün sekonderinden alınan gerilim doğrultularak çıkıştaki
yük (RL) üzerine aktarılır. Doğrultma işleminin nasıl yapıldığı
şekil-3.14 ve şekil-3.15 yardımıyla anlatılacaktır.
Şehir şebekesinin pozitif alternansında; transformatörün sekonder
sargısının üst ucunda pozitif alternans oluşur. D1 ve D2 diyodu doğru
yönde polarmalandığı için akım devresini D1 diyodu, RL yük direnci ve D2
diyodundan geçerek transformatörün
alt ucunda tamamlar. RL yük direnci üzerinde pozitif alternans
oluşur. Bu durum ve akım yönü şekil-3.14’de ayrıntılı olarak
gösterilmiştir.
Şebekenin negatif alternansında; bu defa transformatörün alt ucuna
pozitif alternans oluşacaktır. Bu durumda D3 ve D4 diyotları doğru yönde
polarmalanır ve iletime geçerler. Akım devresini; D4 diyodu, RL yük
direnci ve D3 diyodu üzerinden geçerek transformatörün üst ucunda
tamamlar ve RL yük direnci üzerinde pozitif alternans oluşur. Bu durum
ayrıntılı olarak şekil-3.15 üzerinde gösterilmiştir.
değerine eşit olur. Doğrultma işleminde tek bir alternans için iki
adet diyot iletken olduğunda diyotlar üzerinde düşen öngerilimler
dikkate alındığında RL yük direnci üzerinde oluşan çıkış gerilimin tepe
değeri;
2.3 DOĞRULTMAÇ FİLTRELERİ
Yarımdalga ve tamdalga doğrultmaç devrelerinin çıkışlarından alınan
doğrultmuş sinyal ideal bir DC sinyalden çok uzaktır. Doğrultucu
devrelerin çıkışından alınan bu sinyal, darbelidir ve bir çok ac bileşen
barındırır. Şehir şebekesinden elde edilen doğrultulmuş sinyal çeşitli
filtre devreleri kullanılarak ideal bir DC gerilim haline
dönüştürülebilir.
En ideal filtreleme elemanları kondansatör ve bobinlerdir. Bu bölümde
bitirdiğinizde aşağıda belirtilen konular hakkında ayrıntılı bilgiler
elde edeceksiniz.
Filtre işleminin önemi ve amaçlarını,
Kondansatör
ile gerçekleştirilen kapasitif filtre işlemini
Rıpıl gerilimini ve rıpıl faktörünü
LC filtre
Π ve T tipi filtreler
DC Güç kaynağı tasarımı ve yapımında genellikle 50Hz frekansa sahip
şehir şebeke geriliminden yararlanılır. Bu gerilim tamdalga doğrultmaç
devreleri yardımıyla doğrultulur. Doğrultmaç çıkışından alınan gerilim
ideal bir DC gerilim olmaktan uzaktır. Çeşitli darbeler barındırır ve
100Hz’lik bir frekansa sahiptir. Bu durum şekil-3.17’de ayrıntılı olarak
gösterilmiştir.
Doğrultmaç çıkışından alınan gerilim, büyük bir dalgalanmaya sahiptir
ve tam bir DC gerilimden uzaktır. Filtre çıkışında ise dalgalanma oranı
oldukça azaltılmıştır. Elde edilen işaret DC gerilime çok yakındır.
Filtre çıkışında küçük de olsa bir takım dalgalanmalar vardır. Bu
dalgalanma “Rıpıl” olarak adlandırılır. Kaliteli bir doğrultmaç
devresinde rıpıl faktörünün minimum değere düşürülmesi gerekmektedir.
KAPASİTİF FİLTRE
Doğrultmaç devrelerinde filtrelemenin önemi ve işlevi hakkında
yeterli bilgiye ulaştık. Filtreleme işlemi için genellikle kondansatör
veya bobin gibi pasif devre elemanlarından faydalanılır. Doğrultmaç
devrelerinde, filtreleme işlemi için en çok kullanılan yöntem kapasitif
filtre devresidir. Bu filtre işleminde kondansatörlerden yararlanılır.
Kapasitif filtre işleminin nasıl gerçekleştirildiği bir yarım dalga
doğrultmaç devresi üzerinde şekil-3.18 yardımıyla ayrıntılı olarak
incelenmiştir. Kondansatör ile gerçekleştirilen filtre işlemi
şekil-3.18’de ayrıntılı olarak gösterilmiştir. Sisteme enerji
verildiğinde önce pozitif alternansın geldiğini varsayalım. Bu anda
diyot doğru polarmalandığı için iletkendir. Üzerinden akım akmasına izin
verir. Pozitif alternansın
ilk yarısı yük üzerinde oluşur. Devredeki kondansatörde aynı anda
pozitif alternansın
ilk yarı değerine şarj olmuştur. Bu durum şekil-3.18.a üzerinde
gösterilmiştir.
Pozitif alternansın ikinci yarısı oluşmaya başladığında diyot
yalıtımdadır. Diyot’un katodu anaduna nazaran daha pozitiftir. Çünkü
kondansatör giriş geriliminin tepe değerine şarj olmuştur. Kondansatör
şarj gerilimini şekil-3.18.b’de belirtildiği gibi yük üzerine boşaltır.
Şebekeden negatif alternans geldiğinde ise diyot ters polarma olduğu
için yalıtımdadır.
Kondansatörün deşarjı şehir şebekesinin negatif alternansı boyunca
devam eder. Şebekenin pozitif alternansı tekrar geldiğinde bir önceki
adımda anlatılan işlemler devam eder. Sonuçta çıkış yükü üzerinde oluşan
işaret DC’ye oldukça yakındır.
Çıkış işaretindeki dalgalanmaya “rıpıl” denildiğini belirtmiştik. DC
güç kaynaklarında rıpıl faktörünün minimum düzeyde olması istenir. Bu
amaçla filtreleme işlemi iyi yapılmalıdır. Kondansatörle yapılan
filtrreleme işleminde kondansatörün kapasitesi büyük önem taşır.
Şekil-3.19’de filtreleme kondansatörünün çıkış işaretine etkisi
ayrıntılı olarak gösterilmiştir.
Filtreleme işlemi sonunda elde edilen çıkış işaretinin dalga biçimi
bir miktar dalgalanma içermektedir. Bu dalgalanmaya rıpıl adı
verildiğini daha önce belirtmiştik. Filtrelemenin kalitesini ise “rıpıl
faktörü=rp” belirlemektedir. Rıpıl faktörü yüzde olarak ifade edilir.
Rıpıl faktörünün hesaplanmasında için şekil-3.21’den yararlanılacaktır.
LC FİLTRE
Doğrultmaç devrelerinde rıpıl faktörünü minimuma indirmek için bir
diğer alternatif bobin ve kondansatörden oluşan LC filtre devresi
kullanmaktır. Şekil-3.22’de LC filtre devresi görülmektedir. Bu filtre
devresinde bobinin endüktif reaktansı (XL) ve kondansatörün kapasitif
reaktansından (XC) yararlanılarak filtre işlemi gerçekleştirilir.
Π VE T TİPİ FİLTRE
LC tipi filtre devreleri geliştirilerek çok daha kaliteli filtre
devreleri oluşturulmuştur. Π ve T tipi filtreler bu uygulamalara iyi bir
örnektir. Rıpıl faktörünün minimuma indirilmesi gereken çok kaliteli
doğrultmaç çıkışlarında bu tip filtreler kullanılabilir. Şekil-3.23’de Π
ve T tipi filtre devreleri verilmiştir.
GERİLİM REGÜLASYONU
Doğrultmaç devrelerinden elde edilen çıkış geriliminin her koşulda
sabit olması ve dış etkenlerden bağımsız olması istenir.
GoDFaTHeR- Farkımız*Tarzımız*
Mesaj Sayısı : 3016 Rep Sayısı : 455 Kayıt tarihi : 30/04/10-
1 sayfadaki 1 sayfası
Bu forumun müsaadesi var:
Bu forumdaki mesajlara cevap veremezsiniz