Güç Kaynakları Güç kaynağı, genel tanımıyla, bir enerji üreticisidir. Bu enerji elektrik enerjisi olduğu gibi, mekanik, ısı ve ışık enerjisi de olabilir.

... konulu sunumlar: "Güç Kaynakları Güç kaynağı, genel tanımıyla, bir enerji üreticisidir. Bu enerji elektrik enerjisi olduğu gibi, mekanik, ısı ve ışık enerjisi de olabilir."— Sunum transkripti:

1 Güç Kaynakları Güç kaynağı, genel tanımıyla, bir enerji üreticisidir. Bu enerji elektrik enerjisi olduğu gibi, mekanik, ısı ve ışık enerjisi de olabilir. Konumuz elektronik olduğu için biz elektronik devreler için gerekligüç kaynağı olan Doğrultucular incelenecektir. Doğrultucu nedir? AC gerilimi DC gerilime çeviren güç kaynaklarıdır. Elektronikte kullanılan doğrultucuların yararlandığı .ac gerilim, şehir şebekesinden alınan 220 Volt 'luk gerilimdir. Bu gerilim Şekil 1.5 'de görüldüğü gibi sinüzoidal olarak değişir. İyi bir doğrultucudan beklenen, AC geriliminden, hiç dalgalanması olmayan ve istenilen değerde bir DC gerilim oluşturmaktır. Buradaki "+" ve "-" değerlendirilmesi kaynağın toprağa bağlanan ucu ile yapılmaktadır. Kaynağın (-) ucu toprağa (şaseye) bağlanırsa,besleme gerilimi (+) pozitif olarak kullanılır. Veya bunun tersi olur. Genellikle "-" negatif uç toprağa bağlanır.

2 Doğrultucuların Yapısı
Komple bir doğrultucu Şekil 1.5 'de gösterildiği gibi şu dört ana bölümden oluşmaktadır: 1) Transformatör: 220V; ihtiyaç duyulan AC gerilime dönüştürülmesini sağlar. 2) Doğrultma Devresi: AC gerilimi DC gerilime çeviren devredir. Bu DC gerilim, sinüzoidal değişimin tek yönlü halidir. Yani dalgalıdır. 3) Filtre Devresi: Dalgalanması mümkün olduğunca az DC gerilim oluşumunu sağlar. 4) Regülatör Devresi: Tam doğrultulmuş ve Regüle edilmiş DC gerilim oluşmasını sağlar.

3 Şekil 5.1 - Doğrultucunun bölümleri

4 Transformatörler Transformatörlerin elektronik alanındaki başlıca kullanım yerleri şöyle sıralanabilir: 1) Kuplaj için 2) Yükselteçlerde hoparlör çıkışı için 3) Empedans uygunluğunun sağlanması için 4) Güç kaynaklarında değişik gerilimler elde etmek için

5 Transformatörlerin Yapısı ve Çeşitleri
Yukarıda sıralanan elektronik devrelerde transformatör yalnızca monofaze olarak kullanılır. Monofaze transformatörde, daha sonra açıklanacağı gibi, ortada, saclar ile oluşturulan bir nüve (çekirdek) ve bunun üzerinde primer ve seconder sargıları vardır. Ayrıca, elektrik devrelerinde kullanılan trifaze ve çok fazlı transformatörlerde vardır. N1/N2=V1/V2=T=a=n=Ü Örnek: V1 = 220 V N1 = 1000 sipir V2=22V N2 = ? Çözüm: = 220/22=1000/N2 N2=100 Sipir.

6 Monofaze transformatör nedir?
Monofaze transformatör tek fazda çalışan transformatördür. Örneğin, Monofaze transformatörden 220V 'u istenilen gerilime çevirmek için yararlanılır. "Mono" nun kelime anlamı da "Tek" demektir Normal olarak şehir elektrik şebekesi üç fazlıdır. Fazlar, R, Ş, T olarak adlandırılır. Bu üç fazın her biri ile toprak arası 220V 'tur. Küçük işyerleri ve evlerde genelde tek faz kullanılır. Elektronikte de tek faz kullanılır.

7 Monofaze transformatörler iki gruba ayrılır: .
Çift sargılı transformatör. Tek sargılı (oto) transformatör. Çift sargılı transformatörler, oto transformatörlere göre çok daha fazla kullanılır. Bu nedenle monofaze transformatör denince genelde, çift sargılı transformatör anlaşılır.

8 Çift Sargılı Transformatör
Çift Sargılı Transformatörün Yapısı Çift sargılı transformatörler, Şekil 5.2 'de görüldüğü gibi, bir nüve (çekirdek) üzerine üst üste veya karşılıklı olarak oturtulan iki sargı vasıtasıyla gerilim değişimi sağlayan devre elemanıdır. Şekil Monofaze transformatörde sargıların nüveye oturtuluş biçimleri Transformatör nüveleri, Şekil 5.3 'de görüldüğü gibi, ,5 mm kalınlığındaki saclardan oluşur. Sacın malzemesi, histerezis kaybı az olan, kalıcı mıknatıs özelliği taşımayan ve kırılganlığı olmayan özel çeliktir. Sargılar ise, karkas adı verilen makaralara sarılır. Sacın E ve I şeklinde kesilmiş parçaları Şekil 5.3(a) 'da görüldüğü gibi iki yönlü olarak, bobin makarasının içerisine teker teker yerleştirilir. Bu şekilde oluşan nüvenin kesit görüntüsü Şekil 5.3 (b) 'de görüldüğü gibidir

9 Şekil 5.2 - Monofaze transformatörde sargıların nüveye oturtuluş biçimleri

10 Şekil Transformatör nüve saçlarının görüntüleri a) Saç elemanların nüveyi oluşturma biçimi b) Nüvenin kesit görüntüsü Nüvenin bu şekildeki saclardan oluşturulmasının nedeni, AC gerilimindeki değişim etkisiyle gelişen ve Fuko akımı adı verilen akımın yaratacağı ısınmayı önlemektir.                                                                                    Ş

11 Şekil 5.4 'te değişik transformatörlerin görüntüleri verilmiştir

12 Değişik transformatörlerin dış görüntüleri
a) doğrultucu transformatörü b) oto transformatör c ) çıkış transformatör d) şiltli (metal kapaklı) transformatör e) ses frekansı kuplaj transformatörleri f) şiltlerinden çıkartılmış hava nüveli transformatörler g ) ara frekans (IF) transformatörü

13 OTO TRANSFORMOTÖRERİN YAPISI
                                                                                                                                                                                OTO TRANSFORMOTÖRERİN YAPISI Oto transformatörde Şekil 5.5 'te görüldüğü gibi bir nüve üzerinde tek sargı vardır. Giriş bu sargının uçlarından yapılır Şekil Oto transformatör Çıkış iki şekilde olabilir. Belirli kullanım gerilimlerine ihtiyaç varsa, Şekil 3.46 'da görüldüğü gibi, sargının belirli noktalarından çıkış uçları alınır. Değişik gerilimlere ihtiyaç olursa, transformatör üzerinde bir hat boyunca iletkenlerin izolasyonu kazınır ve bu hat üzerinde gezdirilebilen bir uç sargılara temas ettirilir. Bu tür oto transformatörlere Varyak (Variac) adı verilmiştir.

14 Çift Sargılı Transformatörün Çalışma Prensibi
Şekil 5.6 'da görüldüğü ve yukarıda da açıklandığı gibi monofaze bir transformatörde genellikle iki giriş ucu ve iki de çıkış ucu mevcuttur. Bu uçlar giriş ve çıkış sargılarından alınmaktadır. İhtiyaca göre çıkış sargısı yine şekilde görüldüğü gibi birden fazlada olabilir. Bu sargılar teknik dilde aşağıdaki gibi adlandırılır:  Giriş sargısı: (Primer sargı)  Çıkış sargısı: (Sekonder sargı) Primer sargıya bir AC gerilim uygulandığında, sekonder sargı uçlarından da yine AC gerilimi alınır.

15 Gerilim İle Sarım Sayısı Bağıntısı
Primer ve sekonder sargılardaki gerilim değerleri, sargıların sarım sayılarıyla orantılıdır. Günlük hayatta, AC devrelerde ölçüm için kullanılan normal ölçü aletleri efektif değerleri ölçtüğü için, hesaplamalarda da genel olarak efektif değerler kullanılır.

16 Şekil 5.6 - Monofaze bir transformatörün prensip şeması

17 ÖRNEK 220V/2×12v 2Amper lik trafo sarılacaktır: Göbek kesit alanını
Primer ve sekonder sarım sayılarını hesaplayınız. Çözüm: S=1,15√P P=12×2=24 Watt S=1,15√24=1,15×5=5,75 cm² N=58,2/5,75=10 sipir 220×10=2200sp 12×10= /10=120+12=132sp Bulunur. Sekonder , daima %10 fazlası sarılır.

18 1. Bazı yayınlarda; Transformatöre uygulanan gerilim: U1 veya UP Transformatörün primer sargısında endüklenen gerilim: E1 Transformatör sekonderin den alınan gerilim: U2 vaye US Transformatörün sekonderin de endüklenen gerilim: E2 Transformatör kayıpsız kabul edilirse; U1=E1 ; U2=E2 'dir. Kayıplar dikkate alınırsa;  U1=E1+kayıp gerilimi,                                     U2=E2+kayıp gerilimi 'dir.

19 Transformotör hesabı S=C.√¯P S=Göbek kesit alanı cm²
C=0,7 ile 1,5 arası Genellikle 1,15 alınır. P=transformotör’ün primer gücü. volt başına sipir sayısı: n=.108/4,44.f.Φ[sipir] N=108/4,44.B.S B.S=Φ (maxwell B=Gaus olarak mağnetik endüksiyon (7000 – 14000)arasında Sonuçta: n= / S alınabilir.

20 Burada kullanılan semboller:
Primer taraf için ; Sekonder taraf için; Primer gerilimi :Ep Sekonder gerilimi :Es Primer sarım sayısı:Np Sekonder sarım sayısı:Ns Primer akımı :Ip Sekonder akım :Is Primer gücü :Pp Sekonder gücü :Ps Primer empedansı :Zp Sekonder empedansı :Zs

21 NP/NS = n değerine Transformasyon (Dönüştürme) Oranı denir.
Bir transformatörde gerilim değerleri ile sarım sayıları arasında şu bağıntı vardır VP/VS = NP/NS  NP/NS = n  değerine Transformasyon (Dönüştürme) Oranı denir.

22 Primer Sekonder Güç Bağıntısı
Teorik olarak bir transformatörün girişine hangi güç verilirse, çıkışından da aynı güç alınır. Giriş gücü PP ve çıkış gücü ise PS ise      =>     PP = PS  'dir... Ancak, transformatörün saclarındaki fuko akımından, histerisiz olayından ve sargıların endüktif reaktansından (XL) dolayı , giriş enerjisinin bir bölümü ısı enerjisine dönüşerek kaybolur. :

23 Kayıp nedenleri: Fuko akımları: Sacların içerisinde oluşan ve dairesel olarak dolaşan akımdır. Histeresiz olayı: Sacların mıknatıslanması olayıdır. Endüktif reaktans (XL): Sargı tellerinin Ac direncidir. Aslında, Ps çıkış gücü, PP giriş gücüne göre biraz küçüktür (PS<PP). Ancak, küçük güçlü transformatörlerde kayıplar ihmal edilebileceğinden PP=PS olarak kabul edilir.

24 Güç - Gerilim ve Akım Bağıntısı
Transformatörlere uygulanan gerilim; VP=VPm Sin ωt şeklinde sinüzoidal olarak değişen bir gerilimdir. Bu gerilim, primer sargıdan akıtacağı akım ile, sekonder sargıda oluşturacağı gerilim ve akımda yine sinüzoidal olarak değişir. Ancak, hesaplamalar efektif değerler üzerinden yapıldığından, güç bağıntıları şöyle yazılır: PP = IP . VP        ve       PS = IS . VS Bu bağıntıda, birimler şöyledir: V: Volt, I: Amper, P: Watt PP=PS kabul edildiğinden, IP.VP=IS,VS yazılabilir. Buradan da şu sonuç çıkar: VP/VS = IS/IP

25 Sargı Empedansları İle Gerilim ve Akım Bağıntıları
ZP: Primer sargı empedansı, ZS: Sekonder sargı empedansı olmak üzere gerilim şöyle ifade edilir: VP = IP . ZP       ve       VS = IS . ZS Bu değerler yukarıda yerine konulursa aşağıdaki eşitlikler elde edilir: IP.ZP / IS.ZS = IS/IP       Buradan,      I2S / I2P = ZP / ZS        veya      IS/ IP = √ZP / √ZS      olur. Bu eşitlikler gerilim cinsinden yazılırsa aşağıdaki gibi olur.. VP/VS = IS/IP  idi.     IS/IP = √ZP / √ZS    bulundu. Buradan  VP/VS = √ZP / √ZS      olur. Özet olarak yazılırsa transformatör bağıntıları şöyle olacaktır: PP =PS                 VP/VS = NP/NS = IS/IP = √ZP / √ZS

26 NOT: Burada şu iki hususa dikkat etmek gerekir.
Yukarıdaki bağıntıda  NP/NS  sabit bir değerdir. Diğer oranların da sabit olması gerekir. IS 'nin büyüklüğü transformatörün yük direncine bağlıdır. Yük direnci çok küçük olursa Is tolerans değerinin üzerinde büyür. Bu durumda yukarıdaki oranı sağlamak üzere IP 'de büyür. Transformatör anormal olarak ısınıp yanabilir. Kullanma sırasında bu duruma dikkat etmek gerekir. Transformatörün, sekonder uçları açık iken de uzun müddet çalıştırılması doğru değildir. Enerji sarfiyatı olmadığından yine ısınır. En ideal çalışma şekli; yük direncinin ZS empedansına eşit olmasıdır.

27 Verim: Yukarıda da belirtildiği gibi her transformatörde az veya çok, fuko, histerisiz ve sargı kayıpları vardır. Önceden belirtildiği gibi, küçük güçlü transformatörlerde bu kayıplar pek dikkate alınmaz ve PP = PS olarak kabul edilir. Ancak, bu tür kayıpların bilinmesi ve hassas hesaplamalarda dikkate alınması gerekir. Bu durumda transformatörün verimi söz konusu olacaktır. Verim: çıkış gücünün - giriş gücüne oranıdır. Formülü:     η = PS/PP      veya   %η = (PS/PP)*100    dür. Genelde verim:   η = %75 - %98    arasında değişir.

28 Örnek: Soru: Bir transformatörde giriş gerilimi VP:220V, çıkış gerilimi VS:20V, olsun (Bu değerler efektif değerlerdir). Transformatörün verimi %98 ve çıkış akımı IS:2A olduğuna göre, primer akımı nedir?

29 Çözüm: Giriş akımı sorulduğuna göre önce giriş akımını verecek bağıntıyıdüşünmek gerekir. Problemin veriliş tarzından, verim ve dolayısıylada da güç bağıntısı yoluyla çözüme gidileceği anlaşılmaktadır. Primer gücü: PP=VP*IP  'dir.    Buradan;    IP=PP/VP   olur. Bu bağıntıda VP bilinmektedir, PP 'de bulunursa IP'yi de bulmak mümkün olur. %η=PS/PP*100  idi. Bilinenler yerine konulursa:   98=(VS.IS/PP)*100 98=(20*2/PP)*100 olur. Yukarıdaki bağıntıdan;  PP=20*2*100/98 = 40,8 Watt  olarak bulunur. Bu değerler yukarıdaki IP bağıntısında yerine konulursa aşağıdaki değerler alde edilir. IP = PP/VP = 40,8/220 = 0,185Amper =185 miliAmper olarak bulunur...

30 Doğrultma ve Filtre Devreleri
Doğrultma devreleri AC gerilimi DC gerilime çevirmektedir. Doğrultma devreleri aşağıdaki gruplara ayrılır: Yarım dalga doğrultma devresi Tam dalga doğrultma devresi     a) İki diyotlu tam dalga doğrultma devresi.     b) Dört diyotlu (köprü) tam dalga doğrultma devresi.

31 Yarım Dalga Doğrultma Devresi
Yarım dalga doğrultma devresinde Şekil 5.8(a) 'da görüldüğü gibi yalnızca bir diyot kullanılır. AC gerilimin bir alternansının devre tamamlayıp, diğer alternansının devre tamamlaması haline yarım dalga doğrultma adı verilir.

32 Şekil 5.8 - Yarım dalga doğrultma devresi a) Devrenin kuruluşu b) Transformatör sekonder gerilimi

33 Şekil 5.8 - Yarım dalga doğrultma devresi
a) Devrenin kuruluşu b) Transformatör sekonder gerilimi c) RL yük direnci üzerindeki gerilim d) RL yük direnci üzerinden akan akım

34 Devrenin Çalışması:  Transformatör primer sargısına 220 Volt şehir gerilimi uygulansın Sekonderinde Şekil 5.8(b) 'deki gibi bir AC gerilim oluşacaktır.  Transformatör sekonder geriliminin pozitif alternansında (yarı periyodunda), şekilde işaretlenmiş olduğu gibi, sargının üst ucu pozitif (+) olsun,  Bu durum da, diyot doğru polarmalı olacağından, iletime geçer.  Şekil 5.8 (d) 'de görüldüğü gibi devreden darbeli bir akım akar.  Böylece transformatör sekonderinde üretilen AC gerilimin bir alternansı RL yüküne uygulanmış olur.  Diğer alternansta ise, transformatörün üst ucu "-" olacağından diyoda ters polarma uygulanacak ve diyot iletime geçmeyeceğinden devreden akım akmayacaktır. Şekil 5.8(c) ve (d).  Sonuçta RL yük direncinden, Şekil 3.8 (d) 'de belirtilmiş olduğu gibi hep aynı yönde fakat darbeli bir DC akım akmaktadır.  Akım pozitif (+) uçtan, negatif (-) uca doğru aktığı prensibine uygun olarak, RL üzerinde de akım yönünü belirten (+) ve (-) işaretleri konmuştur. Şekil 5.8(a)

35 NOT: Burada şu hususa dikkat etmek gerekiyor:
Şekil 5.8(a) transformatör sekonderinin bir ucu "+" diğer ucu "-" olarak gösterilmiştir. Aslında, transformatör sargısının bir ucu (+) iken diğer ucundaki gerilim Sıfırdır (0) Neden "+" ve "-" konuyor? Akım "+" dan "-" ye doğru akar, tanımı yerleşmiş olduğundan, bir benzetme olarak transformatör uçları da "+" ve "-" olarak işaretlenmektedir.

36 Yarım Dalga Doğrultma Devresindeki Gerilim ve Akım Bağıntıları
Şekil 5.8 'den takip edilirse: Bilindiği gibi, şehir gerilimi, Şekil 5.8(b) 'deki gibi alternatif bir gerilimdir. AC bir voltmetre ile ölçüldüğünde 220V ölçülür. Bu değer şehir geriliminin efektif değeridir. Normal ölçü aletleri efektif değer ölçer. AC gerilimin efektif değeri ile tepe (pik) değeri arasında şu bağıntı vardır: Vef = 0,707 Vm             Vm = (1 / 0,707)*Vef         veya        Vm = 1,41Vef Bu bağıntıya göre şehir geriliminin tepe değeri: VŞm = 220*1,41 = 285,7 Volt 'tur. Transformatör sekonderinde ölçülecek gerilim de yine efektif değerdir. Şekil 5.8(a) 'da bu değer: Vef = 12V olarak gösterilmiştir. R direnci uçları arasına bağlanan DC voltmetre ortalama değer ölçer. Buna "yük ortalama gerilimi (VLor)" diyelim: VLor = 0,45    VTef = 0,318VTm  'dir

37 Aslında, VLor değeri 0,45VTef değerinden biraz küçüktür
Aslında, VLor değeri 0,45VTef değerinden biraz küçüktür. Çünkü diyor üzerinde de biraz gerilim düşümü olmaktadır. Ama bu, küçük değerli bir gerilim olduğundan ihmal edilebilmektedir. VLor gerilimi ve RL yük direncine bağlı olarak, yükten, ILor gibi bir yük ortalama akımı akar. Bu akımın değerini, seri bağlanan bir DC ampermetreden okumak mümkündür. Yük ortalama akımı: ILor = VLor/RL  'dir. Dikkat edilmesi gereken şu iki noktaya dikkat edilmelidir: Diyodun dayanabileceği ters yön gerilimi Diyottan geçirilebilecek olan doğru yön akımı Örnek olarak, doğrultucularda en çok kullanılan 1N4001 diyodunu alalım. Bu diyodun ters yön gerilimi: 50V 'tur. Geçirilebileceği maksimum doğru yön akımı: 1000mA 'dir. 1N4001 diyodunun ters yön gerilimi, devrede iletimin olmadığı durumda diyoda gelen 12 VTsef gerilimine göre çok toleranslıdır. Doğru yön akımı da öyledir. Bu duruma daha küçük değerli bir diyotta seçilebilecektir. Seçimde çok kesin sınırlar yoktur. Tepe değerinin 2 - 2,5 katı değerlere sahip bir diyot yeterli olabilir.

38 Tam Dalga Doğrultma Devresi
Tam dalga doğrultmada, AC gerilimin iki alternansı da aynı yönde yük direncine uygulanmaktadır. Yani iki alternanstada çıkış devresinden akım akmaktadır. Bu işlem şu iki yöntemle gerçekleştirilir: İki diyotlu tam dalga doğrultma. Köprü tipi tam dalga doğrultma.

39 İki Diyotlu Tam Dalga Doğrultma

40 Şekil 5.9 - İki diyotlu tam dalga doğrultucu
Bu devre kuruluşunda alternansının birinde bir diyot, diğerinde ise diğer diyot iletime geçmektedir. Böylece yük direncine Şekil 5.9(a) 'da görüldüğü gibi her iki alternansın da gerilimi uygulanmış olmaktadır. Dolayısıyla, yük direnci üzerinde sürekli akım vardır. Şekil 5.9(b) 'de görüldüğü gibi, birinci alternansta D1 diyodu iletime geçerek devreyi tamamlamakta, ikinci alternansta ise, Şekil 5.9(c) 'de görüldüğü gibi D2 iletime geçmektedir. Böylece RL yük direncinden hep aynı yönde (+ 'dan - 'ye doğru) bir DC akımı akmaktadır. Buradaki "-" gerilim aslında, yukarıda açıklandığı gibi sıfır değerindedir.

41 Gerilim ve akım bağıntıları:
İki diyotlu tam dalga doğrultmaktaki, gerilim ve akım bağıntıları, yarım dalga doğrultmadakinin benzeridir. Tek fark DC geriliminin değerindedir. Burada da DC voltmetre aşağıda verilen ortalama değeri ölçer: DC gerilim: VLor = 0,9VTef = 0,637VTm,  ve DC akım: ILor = VLor/RL 'dir. İki diyotlu tam dalga doğrultucunun önemli bir dezavantajı vardır; Her alternansta transformatör sekonderinin bir yarısından yararlanılmaktadır. Bu durum da transformatörün boyutları büyüdüğünden maliyeti artmakta, çok yer kaplamakta ve çok ısınmaktadır.

42 Köprü Tipi Tam Dalga Doğrultma
Köprü tipi veya dört diyotlu tam dalga doğrultmalarda, Şekil 5.10 'da görüldüğü gibi köprü şeklinde kurulmuş dört diyottan yararlanılmaktadır. Bu tür doğrultucularda AC gerilim transformatör sekonderinin iki ucundan alınmaktadır. Devre, bir alternansta, D1, RL ve D2 üzerinden, diğer alternansta ise, D3, RL, D4 üzerinden tamamlanmaktadır. Böylece RL yük direncinden her iki alternansta da aynı yönde (+ 'dan - 'ye doğru) akım akmaktadır. Bu akım Şekil 5.10(a) 'da görüldüğü gibi darbeli bir akımdır. RL üzerindeki VL gerilim düşümü ve IL yük akımı, iki diyotlu doğrultuculardaki gibidir. Köprü diyotlara ait bilgiler genellikle üzerinde yazar. Örneğin: BC0C1500 yazan bir köprü diyot 40V, 1500mA 'lik doğrultucu demektir. Çoğunlukla da gerilim ve akımları üzerine doğrudan yazılır.

43 Köprü tipi doğrultucuların avantajları:
İki diyotlu tam dalga doğrultuculara göre daha küçük transformatör kullanılabileceğinden, maliyet, yer, ısınma bakımından avantaj sağlanır. Dört diyot bir gövde üzerinde hazırlandığından montaj kolaylığı olmalıdır.

44 Köprü tipi doğrultucu Şekil

45 Filtre Devreleri Filtre nedir?
Yukarıda görüldüğü gibi yalnızca diyotlar ile yapılan doğrultmalarda darbeli bir DC gerilim ve akım elde edilmektedir. Pil ve akümülatör gibi DC gerilim kaynaklarından alınan gerilim ise, düzgün bir değerdedir. Doğrultma devrelerinden de alınan darbeli gerilimi, mümkün olduğunca düzgün hale getirmek için bir takım devreler kullanılır. Bu devrelere Filtre Devre denir. "Filtre" yabancı kökenli bir kelime olup Türkçe karşılığı "süzme" dir. Başlıca Filtre Devreleri: Kondansatörlü Filtre Şok Bobinli Filtre pi (π) Tipi Filtre

46 Kondansatörlü Filtre ekil Ş Şekil
Şekil Kondansatörlü filtre ve gerilimdeki değişimler

47 Kondansatörlü filtrenin dezavantajları:
Diyottan bu şekilde darbeli akımın akışı diyodu yıpratacaktır. Bu durum, kondansatörlü filtre için önemli bir sakınca teşkil etmektedir. :

48 Kondansatörlü filtrenin avantajları
Kondansatörlü filtrenin şu iki avantajı vardır. Bir miktar ripl olsa da, düzgün bir DC gerilimin elde edilmesini sağlar. Kondansatörsüz hale göre büyük DC gerilim elde edilmesini sağlar. Şekil 5.11(a) çıkışında, gösterilmiş olduğu gibi anahtar kapalı iken, yani kondansatör devrede iken, voltmetre ile VCM=14V okunmaktadır. Bu değer AC gerilimin maksimum değeridir

49 AC gerilimin maksimumu şöyle bulunmaktadır:
Vm = Vef/0,707  =  10/0,707 =1,414*10 =14,14 =≈ 14Volt DC voltmetreden okunan değer, aslında tam 14 Volt değildir. Nedeni de, her ne kadar kondansatör tepe değerine şarj olsa da, bir taraftan da Şekil 3.52(c) de görüldüğü gibi, yük direnci üzerinden deşarj olmaktadır. Yani gerilimi Vr ripl gerilimi kadar düşmektedir. Voltmetre bu ani şarj ve deşarj olayını gereği gibi takip edemeyeceğinden orta noktalarda bir yerde duracaktır. Ancak Vr deşarj miktarı küçük olduğundan, Voltmetre 14V 'u gösteriyor denebilecektir. Çıkış gerilimi hassas olarak şöyle hesaplanır: Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi çıkış geriliminin, maksimum ve ortalama değerlerine, sıra ile VRLmak, VRLor diyelim. Ripl gerilimi de Vr olsun. VRLor = VRLmak - (Vr / 2) 'dir

50 Yük akımına (IRL), AC frekansına (f) ve kondansatör kapasitesine (C) bağlı olarak Vr ripl gerilimi şöyle hesaplanmaktadır: Vr = IRL / FCVRLmak değeri AC gerilimin Vm maksimum değerine eşittir. Bu durumda;VRLor = Vm - (IRL / 2FC) olur.Bu bağıntıda, C farad, IRL amper, f Herz olarak yazılır.Eğer, çıkışta kondansatör bağlanmamış olsaydı DC ölçü aleti ile, RL uçları arasında ölçülecek olan gerilim şu ortalama değerde olacaktı.Vor = 0,637 Vm bağıntısına göre: Vor = 0,637*14 = 9VoltVor = 9V değeri de, yine Şekil 5.11(a) 'da voltmetre üzerinde gösterilmiştir.

51 Şok Bobinli Filtre Şekil Şok bobinli filtre

52 Şok Girişli Filtrenin Üç Avantajı Vardır
Şok bobini, L self endüktansı nedeniyle, yukarıda da açıklandığı gibi, geciktirici etki yaptığından, akımdaki ani değişmeleri takip edememekte ve dalgalanmaları (ripl 'leri) önleyici etki yapmaktadır. Örneğin, Şekil 5.11(e) 'de gösterildiği gibi, kondansatörün şarjı sırasında diyotlara ani akım darbeleri gelmektedir. Şok bobini bu ani akım yükselişini kısmen yavaşlatarak darbe etkisini önlemektedir. Benzer şekilde yük tarafında bir kısa devre olması halinde gelecek akım darbesini de yumuşatır. Sonuçta, Transformatörün fazla ısınması önlenir. Diyotların yanma ihtimali azalır. 2. Çıkış gerilimini giriş gerilimine yaklaştırıcı etki yapar: Yukarıda açıklandığı gibi yalnızca kondansatör ile oluşturulan filtrede, yük direnci uçları arasındaki gerilim: VRL = 1,414 Vef Yani yük gerilimi, efektif geriliminin yaklaşık bir buçuk katı olmaktadır. Bu önemli bir farktır. Bu fark transformatör çıkış gerilimine göre devre kurmak isteyenleri yanıltabilir. Şoktaki gerilim düşümü bu farkı bir miktar azaltmaktadır. 3. Yük direncindeki gerilim dalgalanmalarını küçültücü etki yapar:

53 Şok bobini, yük direnci üzerindeki akım dalgalanmalarını şu iki yoldan küçültmektedir
Ani akım değişimlerini yavaşlatarak, RL 'den akan akımdaki değişimleri ve dolayısıyla da gerilim değişimlerini küçültür. Büyük akımda büyük gerilim düşümü ve küçük akımda küçük küçük gerilim düşümü yapmak suretiyle de RL yük direnci üzerindeki gerilim dalgalanmalarını küçültür. Şok bobinden sonra bağlanan kondansatör de, yukarıda açıklanan kondansatörlü filtrenin görevini yapmaktadır. Yani çıkış geriliminin sabit tutulmasında yardımcı olmaktadır. Şok bobinin "L" selfi ile kondansatörün "C" kapasitesi, yük direncinden akan IRL akımı, r dalgalanma katsayısı arasında şu bağıntı vardır. L = (√2 / 3r) * (I / ω 2C) ω:2πf Burada f:50Hz 'dir. C:Farad   I:Amper  L:Henry  'dir.

54 Şok Bobinli Filtrelerin Dezavantajları
Şok bobinin yukarıda sıralanan avantajlarının yanı sıra şu dezavantajları da vardır. Pahalıdır. Ağırdır. Çok yer tutar. Isınır. Bu nedenle küçük hacimli ve küçük güçlü elektronik sistemlerde kullanımı pek tercih edilmez. Bu halde şok yerine direnç kullanılır.

55 π (Pi) Tipi Filtre Yukarıda yapılan açıklamalardan da anlaşılacağı gibi, doğrultucu çıkışına bağlanan paralel kondansatör, yük direnci uçları arasındaki DC gerilimdeki dalgalanmaları (Ripl) azalmakta, çıkışa seri olarak bağlanan şok bobini ise yük direncinden akan akım dalgalanmalarını azaltmaktadır. Bu nedenle, Şekil 3.13 ve Şekil 5.14 'e benzer şekilde kondansatör ve şok bobinlerinin sayısının arttırılması oranında, çıkıştan alınan DC gerilim ve akımdaki dalgalanmalar da azalır.

56 Bunun nedeni: Bilindiği gibi, paralel bağlı kondansatörlerin kapasiteleri toplanır. Kondansatör kapasitesi büyüdükçe deşarjı yavaş olur. Şekil 5.13 'deki C1 ve C2 kondansatörleri paralel bağlı konumda olduğundan toplam kapasite artmaktadır. Dolayısıyla da RL üzerinden deşarj yavaş olduğundan çıkış gerilimindeki dalgalanma (ripl) azalmaktadır. Şekil 5.11(c) ve (d) Şu nedenle C1 ve C2 paralel bağlıymış gibi etkinlik göstermektedir. DC akımda L bobininin direnci ihmal edilebilecek kadar küçük olduğundan C1 ve C2 uçları bitişikmiş gibi düşünülebilmektedir. Ancak akım değişiminde bobin daha önce açıklandığı gibi görevini yapmaktadır.

57 Şekil Pi tipi filtre Şekilde görüldüğü gibi bağlantı şekli pi (π) harfine benzediği için "Pİ" TİPİ FİLTRE denmiştir. π tipi filtrenin şu dezavantajları vardır: C1 kondansatörünün şarjı sırasında diyotlardan darbeli bir akım geçmesine neden olur.

58 İki Şok ve İki Kondansatörlü Filtre
π tipi filtrenin dezavantajını gidermek için Şekil 5.14 'de görüldüğü gibi, C1 'den önce bir şok bobini daha konur. Avantajları: C1 'den kaynaklanan akım darbesi hafifler. İkinci L1 + L2 etkisiyle, çıkış akımındaki dalgalanma daha da azalır. Şekil İki şok ve iki kondansatörlü filtre devresi Böylece, çıkıştan, hem daha düzgün akım, hem de daha düzgün gerilim alınması sağlanır. Buna karşılık şu dezavantajları artacaktır: Maliyet yükselir. Ağırlık artar. Daha çok yer tutar. Daha çok ısınır. Şekil İki şok ve iki kondansatörlü filtre devresi

59 Regüle Devreleri Regüle devre ayarlı devre demektir. Bu deyim, bir doğrultucu için kullanılırsa: "Çıkış gerilimi veya akımını belirli bir değerde sabit tutan devre" anlamına gelir. Aynı zamanda "Regülasyon devresi" veya "Regülatör" deyimleri de kullanılır. Regüle devreler olarak şunlar incelenecektir:  Zener diyodun regülatör olarak kullanılması  Seri regülatör  Paralel (Şönt) regülatör  Entegre (IC) gerilim regülatörü

60 Zener Diyodun Regülatör Olarak Kullanılması
Zener diyotlu regülatörde, zener diyodun belirli bir ters gerilimden sonra iletime geçme özelliğinden yararlanılmaktadır. Zener diyot, yük direncine ters yönde paralel olarak bağlanmakta ve yüke gelen gerilim belirli bir değeri geçince zener diyot iletime geçerek devreden geçen akımı arttırmaktadır. Bu akım, devreye konan seri dirençteki gerilim düşümünü arttırdığından yüke gelen gerilim sabit kalmaktadır.

61 Seri Regületör Seri regülatör, yük akımını sabit tutmak için kullanılır. Bu tür bir uygulama bir veya iki transistörle gerçekleştirilebilmektedir. Transistör yük hattına seri bağlandığından, bu tür devreye seri regüle devresi veya seri regülatör denmiştir. Seri regülatör, "pozitif" veya "negatif" regülatör olarak kullanılır.

62 Pozitif Seri Regülatör
Şekil 5.15 'de zener diyotlu bir seri regülatör devresi verilmiştir. Devrenin pozitif gerilim regülatörü olarak çalışması için NPN transistör kullanılmıştır. Negatif tarafta topraklanmıştır.

63 Devrenin Çalışması: Şekil 5.15 'deki Regülatörde görüldüğü gibi, transistör ve RL yük direnci öyle seçilmiştir ki, VC=20V 'luk kollektör gerilimi ve VB=12V 'luk beyz geriliminde RL yük direnci üzerinden +11,4V 'luk çıkış alınmaktadır. Doğrultucu çıkışındaki +20V, C kondansatörünün etkisi nedeniyle AC gerilimin tepe değeridir. Kullanılan transistör NPN silikon transistör dür.

64 Zener diyodun seçimi: 11,4V 'luk çıkış için: VZ = 12V 'luk zener seçilir. Bunun nedeni; Şekilden takip edilirse, B beyz noktasının toprağa göre gerilimi, hem zener üzerinden, hem de transistör ve RL yük direnci üzerinden bir birine eşittir. Bu eşitlik şöyle yazılır: VB=VZ=VBE+VRL Silikon transistör de VBE = 0,6V olduğuna göre; değerler yerine konulursa; Vz = 0,6 +11,4 = 12V olur. Böylece giriş gerilimi yükselse de transistörün beyz gerilimi 12V 'ta sabit kalacak ve buna bağlı olarak, IB beyz ve IE emiter akımları sabit kalacaktır. Dolayısıyla da yük akımı sabit kalacaktır.

65 RB direncinin seçimi: Zener diyodun ters yönde iletime geçtiği anda, akıtabileceği akım değeri kataloglarında belirtilmiştir. Bu akıma göre RB direncinin değeri belirlenir. Örneğin: 12V, 1W 'lık 1N4742A zener diyodunun, ters iletimdeki akımı 21mA 'dir. Zener ters iletime geçtiğinde bu akım RB üzerinden devre tamamlanır.

66 Şekil 5.15 - Pozitif seri regülatör
Şekil 5.15 'e göre, doğrultucu çıkışındaki 20V ile, zener gerilimi 12V arasında 8V 'luk fark vardır. Bu durumda RB şöyle olmalıdır:   RB = VRB / IRB = 8/21*10-3 = 380 Ω

67 Regülasyon İşlemi: Transistör kollektörün de 20V bulunduğu sürece, transistör, R direnci üzerinden aldığı 21mA 'lik beyz akımı ile, "akım kumandalı" olarak çalışır. Giriş geriliminin herhangi bir nedenle 20V 'un üzerine çıkması halinde, B noktasındaki gerilim 12V 'u geçeceğinden zener diyot ters yönde iletime geçer. Bu durumda RB 'den geçen akım artar. Dolayısıyla da RB 'deki gerilim düşümü artar. Bu artış giriş gerilimindeki yükseliş kadar olacağından, transistörün Beyz Gerilimi 12V 'ta sabit kalır. Böylece transistör normal çalışmasına devam eder. Dolayısıyla da yük akımı ve yük gerilimi de sabit kalır. Ayrıca RS direnci de aşırı gerilim dalgalanmalarını önler.

68 NOT: Şekil 5.15 'deki transistörün çalışma şekli bir özellik göstermektedir. Şekle dikkat edilirse, transistör NPN olduğu halde emiter de +11,4V vardır. Beyz gerilimi +12V, emiter gerilimi ise +11,4V olduğu için beyz gerilimi emiter gerilimine göre daha pozitif olmaktadır. Dolayısıyla da beyz-emiter diyodu iletimi sağlayacak şekilde doğru polarılmış bulunmaktadır. Böylece transistör normal çalışır.

69 Negatif Seri Regülatör
Şekil 5.16 'da görüldüğü gibi PNP transistör kullanılır ve zener de ters bağlanırsa Şekil 5.15 'e göre ters yönde çalışan bir regülatör oluşur. Yani devre akımları ters yönde akmaktadır. Dolayısıyla çıkışta "+" ve "-" uçlar yer değiştirmiştir. Ancak çıkışta sabit gerilim elde etmek bakımından akım yönünün bir önemi yoktur. Burada önemli olan transistörün beyz geriliminin sabit tutulmasıdır. Şekil 5.16 'da beyz "-12V 'ta" sabit tutulmaktadır. Çıkışın "+" tarafı ortak uçtur. Yani toprak ucudur. Böylece, (-) gerilim çıkışlı bir regülatör, diğer bir deyimle Negatif Gerilim Regülatörü elde edilmiştir. Çalışma şekli pozitif regülatör ile aynı prensibe dayanır.

70 Şekil 5.16 - Negatif seri regülatör

71 Şönt (Paralel) Regületör
Paralel regülatörde "pozitif" ve "negatif" olarak ayrılabilirler. Burada "pozitif paralel regülatör devresi" ile ilgili örnekler verilecektir. Paralel regüle devreleri 1-20mV tölerans ile yük gerilimini sabit tutabilmektedir. Şekil 5.17 'de iki paralel regüle devresi verilmiştir. Şekil 5.17(a) 'da verilen devrede: Herhangi bir nedenle giriş gerilimi düşerse devreden akan akım azalacaktır. Dolayısıyla da RL yük direncinden akan akım da azalır. Bunun sonucunda da RL uçları arasındaki VL gerilim, küçüktür. Regüle devre bu düşüşü önleyerek, çıkış gerilimini sabit tutar.

72

73 Şekil 5.17 - Paralele regüle devreleri
Şöyle ki: Devre akımı azaldığında, transistörün RB ve RS dirençleri üzerinde gerilim düşümü küçüleceğinden, Rs gerilimine eşit olan VBE giriş gerilimi küçülür. Bu durumda IB beyz akımı düşer. Dolayısıyla IC kollektör akımı da düşer. Kollektör akımının azalması sonucu, besleme devresinden gelen akımın RL yükü üzerinden akan miktarı aynı oranda artacağından, yük akımı sabit kalır. Dolayısıyla da yük gerilimi sabit kalacaktır. Besleme gerilimi artarsa, yukarıdakinin tersi işlem ile yük akımı, dolayısıyla da yük gerilimi yine sabit kalacaktır.

74 Ayrıca devre akımının artması veya azalması halinde, R direncindeki gerilim düşümü de artacak veya azalacağından, çıkış geriliminin fazla değişmesinin önlenmesinde R direncindeki gerilim düşümü de etken olmaktadır. Şekil 5.17(b) 'de daha hassas çalışan bir regülatör devresi verilmiştir. Bu devrede de, besleme gerilimi düştüğünde Q1 'in beyz gerilimi düşecek ve dolayısıyla da IC1 kollektör akımı azalacaktır. Bunun sonucu Q2 'nin beyz ve kollektör akımları azalacaktır. Aynı oranda yük akımı artacağından yük gerilimindeki düşme önlenecek, yani sabit tutulacaktır. Giriş gerilimi yükselirse, yukarıdakinin tersi işlem ile Q2 kollektör akımı artacak ve aynı oranda RL akımı azalacağından RL 'deki gerilim yükselişi önlenecek yani sabit tutulacaktır. Çıkış geriliminin sabit kalmasında, yine R direncide etken olmaktadır. Q1 transistörünün kollektörü ile beyzi arasındaki zener diyot, kollektör-beyz arası gerilimin sabit kalmasını sağlamaktadır.

75 Entegre Gerilim Regületörleri
Entegre regülatörlerinin en önemli özellikleri küçük hacimli olmaları ve değişik giriş gerilimlerinde değişik çıkış gerilimi verebilmeleridir. Entegre gerilim regülatörlerini şu üç gruba ayırmak mümkündür: Pozitif Regülatörler Negatif Regülatörler Ayarlanabilir Regülatörler

76 Pozitif Entegre Regülatörü
Pozitif gerilim regülatörlerinde Şekil 5.19 'da görüldüğü gibi giriş ve çıkış gerilimleri toprağa göre pozitifdir. En çok kullanılan LM340 ve 78XX regülatörleri bu gruba girer. Şekil 5.18 'de LM340 regülatörünün ayak bağlantıları verilmiştir. Şekil LM340 Entegre regülatörü 1 nolu ayağı, Giriş 2 nolu ayağı, Toprak 3 nolu ayağı, Çıkış Giriş gerilimi: 3-20Volt Çıkış gerilimi: Volt (±)%4 olan tipleri vardır. Maksimum çıkış akımı: 1.5Amper 'dir. Şekil 5.19 'da, LM340 'lı bir regülatör devresi verilmiştir. Şekil LM340 Entegre regülatö

77 Şekil 5.19 - LM340 'lı regülasyon devresi
Çıkış akımı: IL = Vreq / RL ile hesaplanır. Giriş ve çıkış kondansatörleri filtre görevi yapıp dalgalanmayı önlemektedir.

78 78XX Regülatörü 78 serisi regülatörleri Tablo 5.3 'de gösterildiği gibi bir seri halindedir. Değişik giriş ve çıkış gerilim ve akımlarında çalışmaktadırlar. 78 'den sonra gelen iki rakam, regüleli çıkış gerilimini göstermektedir.

79 Tablo 5.3: Değişik 78XX regülatörleri
Şekil 5.20 'de 78xx regülatörünün ayak bağlantıları verilmiştir 1Nolu ayağı : Giriş 2 Nolu ayağı : Toprak 3 Nolu ayağı : Çıkış

80