YARIM DALGA DOĞRULTUCU

Elektrik devrelerinde alternatif akımı (AC) doğru akıma çevirme. Yarım dalga doğrultucunun tasarımı, grafiği ve ortalama gerilim değeri.

Termik ve hidrolik santraller gibi elektrik enerjisi üretim santrallerinden elde edilen akım alternatif akımdır. Bu akıma AC akım da denilmektedir. AC ifadesi İngilizcede "Alternative Current" kelimelerinin kısaltılmışıdır. Bu kelimelerin Türkçe karşılığı da alternatif akımdır.

Alternatif akımın doğru akımdan farkı üretecin her iki kutbunu da pozitif ve negatif olarak kullanmasıdır. Akım t süresince üretecin bir kutbundan çıkarken, t süresince ise diğer kutbundan çıkar. Buna bağlı olarak üretece bağlı olan alıcı veya alıcıların üzerinden akım t süresince bir yönden, t süresince ise diğer yönden giriş yapar.

Yukarıdaki şekilde bir AC gerilim kaynağı ve buna bağlı bir direnç görülüyor. Elektrik akımı üretecin A kutbundan çıkar belli bir değere kadar yükselir ve daha sonra azalarak sıfırlanır. Ardından B kutbundan çıkar ve negatif yönden belli bir değere kadar yükselir ve daha sonra azalmaya başlayarak tekrar sıfırlanır. Bu zaman dilimine bir periyot denir. Üreteç çalıştıkça bu periyot tekrarlanır. Bu şekildeki akım ve gerilime sinüsoidal akım ve sinüsoidal gerilim denir. Sinüsoidal gerilimin grafiği aşağıdadır.

Bu olay alternatif akım ile çalışan cihazları etkilemez, bu cihazlar alternatif akımda normal çalışmasını yapar. Çünkü bu cihazlara akımın hangi kutuptan gireceğinin bir önemi yoktur.

Ancak özellikle elektronik devrelerinde ve dijital devrelerde DC akım olmadan çalışma olmaz. Elektronik elemanlar doğru akım ile çalışmak zorundadır. Çünkü elektronik devre tasarımı bir bakıma mantık yürütme devreleridir ve bunlar da akımın giriş yönü baz alınarak tasarlanırlar. Dijital devreler ise 1 ve 0 esasına göre çalışan mantık devrelerinden oluşmuştur.

Elektrik üretim santrallerinden üretilen alternatif akım cihazlara kadar geldiğinde bu cihazların doğru akım ile çalışacak olan kısmını çalıştırabilmesi için bir doğrultma işleminin yapılması gerekir. Diyotları kullanarak bu doğrultma işlemi yapılır ve alternatif akım (AC) doğru akıma (DC) çevrilir. Bu işlemi yapan elektronik devrelerine doğrultucu adı verilir. 

Şehir şebekesi 220 V’tur. Elektronik kısmı bulunan cihazlara gelen şehir akımı, cihazdaki transformatörde gerekli olan gerilim değerine(5, 12, 24 V gibi) düşürülür. Daha sonra doğrultma işlemi yapılır.

3 tip doğrultucu devresinden söz edebiliriz. Yarım dalga doğrultucu, tam dalga doğrultucu ve köprü tipi tam dalga doğrultucu.

Yarım Dalga Doğrultucular

Şekilde görüldüğü gibi R direncinin pozitif kutbunun hangi tarafta olması isteniyorsa o tarafa bir diyot konularak yarım dalga doğrultucu elde edilmiş ve o yön pozitif kutup yapılmış olur.

Sistemin çalışması şu esasa dayanır. Alternatif akımın pozitif alternansında akım A noktasından çıkar. Bu durumda D1 diyodu doğru yönde kutuplanmış olur ve iletime geçer. Alternatif akımın negatif alternansında akım B kutbundan çıkar ve R direncinden geçerek diyoda gelir fakat diyodu geçemez, çünkü diyoda ters taraftan gelmektedir ve bu nedenle diyot kesimdedir, periyodun bu bölümünde akım geçişi olmaz, direnç üzerindeki gerilim 0 olur. R direnci üzerindeki gerilimin zamana bağlı grafiği ise aşağıdaki gibi olur.

Yarım dalga doğrultucu kullanırsak yukarıdaki gibi bir akım elde ederiz. 0 ile t1 aralığında akım transformatörün A kutbundan çıkarak diyota girmekte ve bu aralıkta diyot iletimde olmaktadır. t1 ile t2 aralığında akım transformatörün B kutbundan çıkmakta ve diyot kesime geçmektedir. Bu aralıkta dirençten akım geçemediğinden direnç üzerindeki gerilim 0 olmaktadır. t2 ile t3 aralığında akım tekrar transformatörün A kutbundan çıkmaktadır.

Şayet R direnci üzerindeki gerilimi bir DC voltmetre ile ölçecek olursak voltmetreden ortalama bir gerilim değeri okuruz. 

Gerilimin tepe değeri ve etkin değeri

Bir AC üreteçten çıkan gerilimin, çıkabildiği maximum voltaj noktasına o gerilimin maksimum değeri denir ve V_max veya V_tepe ile gösterilir. Bu gerilimin bir de DC karşılığı değeri vardır. Etkin değer dediğimiz bu değer tepe gerilimi √2  ye bölünerek bulunur. AC voltmetreler gerilimin etkin değerini gösterirler. Etkin değer V_eff  veya V_rms ile gösterilir.

Diyotlar üzerinde de bir gerilim oluşur bu gerilim silisyum diyotlarda 0,7 V’tur. Yani kaynaktan çıkan gerilimin 0,7 V’u diyotlar üzerinde harcanır. Aksi belirtilmedikçe bu 0,7 V hesaplamalarda dikkate alınır.

Üreteçten çıkan gerilim V_rms  ise direnç uçlarından alacağımız gerilim değeri aşağıdaki gibi olacaktır.

Burada diyotlar üzerindeki gerilimi de hesaba katarsak,

Örnek:

Aşağıdaki şekilde görülen transformatörün çıkış uçlarında okunan gerilim V_rms = 24 V’tur. Bu gerilimi DC ye çevirmek için yarım dalga doğrultucu kullanılmıştır. Devredeki R = 10 Ω luk direncin uçlarındaki gerilim değeri ne olur.

Çözüm:

Gerilimin tepe değerini bulalım.

V_tepe = V_rms.√2 

V_tepe = 24.√2

V_tepe = 33,9 ≅ 34 V

Bu gerilimin 0,7 V’u diyot üzerinde oluşacağından;

Direnç üzerinden okunan gerilime V_R dersek;

V_R = 10,6 V

Direnç üzerinden akan ortalama akım değeri;

I_R = 1,06 Amper

Örnek:

Aşağıdaki şekilde bir transformatörden çıkan gerilim 157 V’tur. Bu gerilimin R = 25 Ω luk direnç üzerindeki ortalama gerilim ve akım değeri ne olur.

Çözüm:

Bu soruda gerilimin tepe değeri verildiğinden V_tepe  gerilimini bulmak zorunda kalmayacağız. Aşağıdaki gibi direnç üzerindeki ortalama gerilimi bulabiliriz.

VR = 49,77

VR ≅ 50 V

Ortalama akım değeri I_R  ise

IR = 2 A bulunur.

Büyük gerilimlerde diyotlar üzerindeki gerilim sonuca pek etki etmez, ancak küçük voltajlarda bu gerilim değeri önemli bir parametredir. Örneğin 5 V luk lojik devrelerde.

Köprü Tipi Tam Dalga Doğrultucu

SANATSAL BİLGİ

30/04/201