Elektronikte doğrultma, bir doğrultucu diyotun alternatif bir tam döngü AC giriş sinyalini yarım döngü DC çıkış sinyaline dönüştürdüğü bir işlemdir.
Tek bir diyot yarım dalga doğrultma üretir ve 4 diyotlu bir ağ tam dalga doğrultma üretir
Bu yazıda hem yarım dalga hem de tam dalga diyot düzeltme işlemlerini ve sinüs dalgası ve kare dalga gibi zamanla değişen fonksiyonlar aracılığıyla diğer özellikleri analiz edeceğiz. Anlamı, zamana göre büyüklüklerini ve polaritelerini değiştiren gerilimler ve akımlar aracılığıyla.
Hesaplamalardaki komplikasyonları en aza indirmek için silikon diyot mu yoksa Germanyum mu olduğunu göz ardı ederek diyotu ideal bir diyot olarak kabul edeceğiz. Diyodu, standart doğrultma yeteneklerine sahip standart bir doğrultucu diyot olarak ele alacağız.
Yarım Dalga Doğrultma
Bir diyota uygulanan zamanla değişen bir sinyali gösteren en basit diyagram aşağıdaki diyagramda gösterilmiştir:
Burada, T periyodunun, merkezi eksenin üstündeki ve altındaki bölümlerin veya tümseklerin ortalama değeri veya cebirsel toplamı olan dalga biçiminin bir tam döngüsünü ifade ettiği bir AC dalga biçimi görebiliriz.
Girişin yarısı değerinde bir DC çıkışı oluşturmak için zamanla değişen sinüsoidal AC sinyal girişi ile tek bir doğrultucu diyotun uygulandığı bu devre tipine yarım dalga doğrultucu denir . Bu devrede diyot doğrultucu olarak adlandırılır.
AC dalga formunun t = 0 → T/2 arasındaki periyodu boyunca, voltajın vi polaritesi, aşağıdaki şemada gösterilen yönde bir “basınç” oluşturur. Bu, diyotun AÇIK konuma gelmesini ve diyot sembolünün hemen üzerinde gösterildiği gibi bir polarite ile iletmesini sağlar.
Diyot tam olarak iletken olduğundan, diyotu kısa devre ile değiştirmek, yukarıdaki sağ taraftaki resimde gösterildiği gibi bir çıkış üretecektir.
Şüphesiz, üretilen çıktı, uygulanan giriş sinyalinin dalga biçiminin merkezi ekseninin üzerinde tam bir kopyası gibi görünmektedir.
T/2 → T periyodu sırasında, giriş sinyali vi’nin polaritesi negatif olur, bu da diyotun KAPALI olmasına neden olarak diyot terminalleri arasında bir açık devre eşdeğeri ile sonuçlanır. Bundan dolayı yük, T/2 → T periyodu boyunca diyot yolu boyunca akamaz, bu da vo’nun aşağıdaki gibi olmasına neden olur:
vo = iR = 0R = 0 V (Ohm Yasasını kullanarak). Yanıt aşağıdaki şemada görselleştirilebilir:
Bu şemada, diyottan gelen DC çıkışı Vo’nun, aşağıdaki formülle belirlenebilen tam giriş döngüsü için eksenin üzerinde net bir ortalama pozitif bölge ürettiğini görebiliriz:
Vdc = 0.318 Vm (yarım dalga)
Diyot yarım dalga doğrultma işlemi sırasında giriş vi ve çıkış vo voltajları aşağıdaki şekilde sunulmaktadır:
Yukarıdaki diyagramlardan ve açıklamadan, yarım dalga düzeltmesini, giriş döngüsünün yarısının çıkışında diyot tarafından ortadan kaldırıldığı bir süreç olarak tanımlayabiliriz.
Silikon Diyot Kullanmak
Doğrultucu diyot olarak bir silikon diyot kullanıldığında, VT = 0,7 V’luk bir ileri voltaj düşüşü özelliğine sahip olduğundan, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bir ileri önyargı bölgesi oluşturur:
VT = 0,7 V, diyotun başarılı bir şekilde AÇIK konuma gelmesini sağlamak için şimdi giriş sinyalinin en az 0,7 V olması gerektiği anlamına gelir. VT girişinin 0,7 V’den az olması durumunda diyotu AÇMA başarısız olur ve diyot Vo = 0 V ile açık devre modunda olmaya devam eder.
Diyot doğrultma işlemi sırasında iletken olurken, yukarıda bahsedilen 0,7 V’luk ileri düşüşe eşit, vo – vi voltaj farkı için sabit bir voltaj seviyesi taşıyan bir DC çıkışı üretir. Bu sabit seviyeyi aşağıdaki formülle ifade edebiliriz:
vo = vi – VT
Bu, eksenin üzerindeki ortalama çıkış voltajında bir azalmaya neden olarak diyottan doğrultulmuş çıktıda hafif bir net azalmaya neden olur.
Yukarıdaki şekle atıfta bulunarak, Vm’nin (tepe sinyal seviyesi) VT’den yeterince yüksek olduğunu düşünürsek, Vm >> VT, diyottan ortalama DC çıkış değerini aşağıdaki formülü kullanarak oldukça doğru bir şekilde değerlendirebiliriz.
Vdc ≅ 0.318(Vm – VT)
Daha doğrusu, giriş AC tepe noktası diyotun VT’sinden (ileri düşüş) yeterince yüksekse, diyottan doğrultulmuş DC çıkışını tahmin etmek için önceki formülü kullanabiliriz:
Vdc = 0,318 Vm
Yarım Köprü Doğrultucu için Çözülmüş Örnek
Sorun:
Çıkış vo’yu değerlendirin ve aşağıda gösterilen devre tasarımı için çıkışın DC büyüklüğünü bulun:
Çözüm: Yukarıdaki devre ağı için diyot, giriş sinyalinin negatif kısmı için AÇIK konuma gelecek ve vo aşağıdaki çizimde gösterildiği gibi olacaktır.
AC girişinin tam periyodu için DC çıkışı şöyle olacaktır:
Vdc = 0.318Vm = – 0.318(20 V) = – 6.36 V
Negatif işaret, problem altındaki diyagramda sağlanan işaretin tersi olan DC çıkışının polaritesini gösterir.
Problem #2: Diyotun bir silikon diyot olduğunu düşünerek yukarıdaki problemi çözün.
Bir silikon diyot durumunda, çıkış dalga biçimi şöyle görünür:
Ve DC çıkışı aşağıda açıklandığı gibi hesaplanabilir:
Vdc ≅ – 0,318(Vm – 0,7 V) = – 0,318(19,3 V) ≅ – 6,14 V
0,7 V faktörü nedeniyle çıkış DC voltajındaki düşüş yaklaşık 0,22V veya yaklaşık %3,5’tir.
Tam Dalga Doğrultma
Doğrultma için giriş olarak bir AC sinüzoidal sinyal kullanıldığında, DC çıkışı tam dalga doğrultma işlemi kullanılarak %100 seviyesine yükseltilebilir.
Bunu başarmak için en iyi bilinen ve kolay süreç, aşağıda gösterildiği gibi 4 diyotlu bir köprü doğrultucu ağı kullanmaktır.
Pozitif giriş döngüsü t = 0 ila T/2 periyodu boyunca ilerlediğinde, giriş AC sinyalinin diyot boyunca polaritesi ve diyottan çıkış aşağıda gösterildiği gibidir:
Burada, köprüdeki diyot ağının özel düzenlemesi nedeniyle, D2, D3 iletildiğinde, karşıt diyotlar D1, D4’ün ters kutuplu ve kapalı durumda kaldığını görebiliriz.
Bu düzeltme işleminden D2, D3 aracılığıyla üretilen net çıkış DC, yukarıdaki diyagramda görülebilir. Diyotların ideal olduğunu hayal ettiğimiz için çıktı vo = vin’dir.
Şimdi aynı şekilde giriş sinyali diyotları D1, D4’ün negatif yarı çevrimi için ve D2, D3 diyotları aşağıda gösterildiği gibi KAPALI duruma geçer:
Köprü doğrultucu çıkışının, AC girişinin hem pozitif hem de negatif yarı döngülerini, merkezi eksenin üzerinde iki DC yarı döngüsüne dönüştürdüğünü açıkça görebiliriz.
Eksenin üzerindeki bu bölge yarım dalga doğrultma için elde edilen bölgeden iki kat daha fazla olduğundan, DC çıkışı da aşağıdaki formül kullanılarak hesaplandığı gibi büyüklüğün iki katı olacaktır:
Vdc = 2(0.318Vm)
veya
Vdc = 0.636Vm (tam dalga)
Yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi, ideal diyot yerine bir silikon diyot kullanılırsa, Kirchhoff’un voltaj yasasını iletim hattına uygulamak bize aşağıdaki sonucu verecektir:
vi – VT – vo – VT = 0 ve vo = vi – 2VT,
Bu nedenle, çıkış voltajı tepe noktası vo şöyle olacaktır:
Vomax = Vm – 2VT
V >> 2VT olduğu bir durumda, ortalama değeri oldukça yüksek bir hassasiyetle elde etmek için önceki denklemimizi kullanabiliriz:
Vdc ≅ – 0.636(Vm – 2VT),
Yine, 2VT’den önemli ölçüde daha yüksek Vm’ye sahipsek, 2VT basitçe göz ardı edilebilir ve denklem şu şekilde çözülebilir:
Vdc ≅ – 0.636(Vm)
PIV (Tepe Ters Gerilim)
Bir diyotun bazen tepe ters voltaj (PRV) derecesi olarak da adlandırılan tepe ters voltajı veya (PIV) derecesi, doğrultucu devreleri tasarlanırken çok önemli bir parametre haline gelir.
Temelde diyotun aşılmaması gereken bir ters gerilim voltaj aralığıdır, aksi takdirde diyot zener çığ bölgesi adı verilen bir bölgeye geçerek bozulabilir.
Kirchhoff’un voltaj yasasını aşağıda gösterildiği gibi bir yarım dalga doğrultucu devresine uygularsak, bir diyotun PIV derecesinin doğrultucu girişi için kullanılan besleme girişinin tepe değerinden daha yüksek olması gerektiğini basitçe açıklar.
Tam köprü doğrultucu için de PIV derecelendirme hesaplaması yarım dalga doğrultucu ile aynıdır, yani:
PIV ≥ Vm, çünkü Vm, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bağlı yüke uygulanan toplam voltajdır.
Tam Köprü Doğrultucu Ağı için Çözülmüş Örnekler
Aşağıdaki diyot ağı için çıkış dalga biçimini belirleyin ve ayrıca ağdaki her diyot için çıkış DC seviyesini ve güvenli PIV’yi hesaplayın.
Çözüm: Pozitif yarım döngü için devre aşağıdaki şemada gösterildiği gibi davranacaktır:
Bunu daha iyi anlamak için aşağıdaki şekilde yeniden çizebiliriz:
Burada, vo = 1/2vi = 1/2Vi(maks) = 1/2(10 V) = 5 V
Negatif yarım döngü için, diyotların iletim rolü, aşağıda gösterildiği gibi bir vo çıkışı üretecek şekilde değiştirilebilir:
Köprüde iki diyotun olmaması, DC çıkışında şu büyüklükte bir azalmaya neden olur:
Vdc = 0,636(5 V) = 3,18 V
Bu, aynı girdiye sahip bir yarım köprü doğrultucudan elde edeceğimiz ile oldukça aynıdır.
PIV, 5 V olan R boyunca üretilen maksimum gerilime veya aynı girişle doğrultulmuş bir yarım dalga için gerekenin yarısına eşit olacaktır.
Bu makale buradan çevrilmiştir.
