Doğrultucu ve Köprü Diyot: Şebekeden DC Güç Kaynağına Giden Yol
Doğrultucu ve köprü diyot nasıl çalışır? Yarım dalga, tam dalga, filtre kapasitörü ve dalgalanma formülü ΔV ≈ I/(f·C), Vdc hesabı, diyot akım darbeleri, trafo seçimi, regülatör için minimum gerilim ve Schottky ile kayıp kazancı; canlı simülatörde dalgalanmayı ve akım darbelerini kendin gör.
BU YAZIDAN SONRA ŞUNU BİLECEKSİN
- Trafo, köprü, filtre ve regülatör zincirinin her bloğunun işini
- Çıkış gerilimini ve dalgalanmayı formülle kafadan tahmin etmeyi
- Büyük kapasitörün neden diyot ve trafo akımını sivriltiğini
- Regülatör girişi için minimum gerilimi doğrulama yöntemini
Hikâye: akımlar savaşından masa lambasına#
1880'lerde Edison doğru akımı, Westinghouse ve Tesla ise alternatif akımı savunuyordu. Alternatif akım kazandı; çünkü transformatörle gerilimi yükseltip kayıpsız ileterek şehirlere taşımak mümkündü. Ama bir sorun kaldı: evdeki her elektronik cihaz (radyo, sonra televizyon, bugün telefon şarj cihazı) doğru akımla çalışır. Şebekenin salınan akımını düz bir gerilime çevirecek bir çevirici gerekiyordu.
1897'de Leo Graetz, dört diyodu bir köprü düzeninde bağlayarak alternansın her iki yarısını da kullanmayı gösterdi: akım hangi yönde gelirse gelsin yüke aynı yönde ulaşır. Bugün 1 cent'e aldığın dört diyotluk köprü ve bir kapasitör, her şarj adaptörünün, her masa lambasının ve her bilgisayar güç kaynağının girişidir. Ve her mühendisin kartında, bir yerde bu zincir vardır.
Doğrultma: diyodun tek yönlü kapısı#
Yarım dalga: tek bir diyot alternansın yalnızca pozitif yarısını geçirir; negatifi keser. Basit ama yarı zaman boşa gider. Tam dalga köprü: dört diyot, her yarım periyotta iki tanesi iletir (biri gidiş, diğeri dönüş yolunda) ve çıkış her zaman pozitif olur. Köprüde akım iki diyottan geçtiği için 2 × Vf kadar gerilim kaybedersin (silisyumda yaklaşık 1,4 V).
Şebeke 50 Hz'dir; yarım dalgada çıkış 50 Hz, köprüde 100 Hz titrer (her yarım periyotta bir tepe). Bu fark dalgalanmayı yarıya indirir.
Filtre kapasitörü: dalgalanmayı yumuşatmak#
Doğrultucunun çıkışına bir kapasitör koyarsan tepeler arasında yükü o besler: tepede dolar, çukurda deşarj olur. Deşarj sırasında yük akımı I kapasitörden çekilir ve gerilim ΔV kadar düşer. Bu bir RC deşarjının yaklaşık doğrusal bölümüdür (RC ve RL yazısı): ΔV = I·t / C ve t ≈ 1/(2f) olduğundan:
Doğrultucu Tezgâhı: dalgalanma ve diyot akımı
CANLI SİMÜLATÖRYarım dalga ile köprüyü, silisyum ile Schottky'yi karşılaştır. Kapasitörü küçük ve büyük seçerek çıkış dalgalanmasını ve alttaki diyot akım darbelerini izle: kapasitör büyüdükçe çıkış düzleşir ama akım kısa ve sivri darbelere dönüşür.
Bu simülatör JavaScript ile çalışır; tarayıcında JavaScript kapalı görünüyor.
| Tür | Diyot sayısı | Kayıp | Nerede |
|---|---|---|---|
| Yarım dalga | 1 | Vf | küçük sinyal, çok düşük akım, algılama |
| Köprü (silisyum) | 4 | 2·Vf ≈ 1,4 V | şebeke adaptörleri, kaba güç |
| Köprü (Schottky) | 4 | 2·Vf ≈ 0,5-0,7 V | düşük gerilimli çıkış, verim kritik |
| Senkron doğrultucu | MOSFET | I²·R_DS(on) | anahtarlamalı kaynakların çıkışı, çok düşük kayıp |
Kendini sına#
9 Vrms bir trafonun köprü doğrultucusunda kapasitörün doluştuğu tepe gerilimi (silisyum diyotlarla) yaklaşık kaçtır?
9·√2 = 12,73 V; köprüde iki diyot düşümü 1,4 V → ≈ 11,3 V.
1 A yük, 4700 µF kapasitör, köprü (100 Hz) için dalgalanma yaklaşık kaçtır?
ΔV = I/(f·C) = 1/(100·4,7·10⁻³) = 2,13 V.
Filtre kapasitörünü çok büyütürsen diyot akımına ne olur?
Diyot yalnızca kapasitör dolarken iletir. Büyük C, iletim süresini kısaltır; aynı ortalama akımı geçirmek için tepe akım yükselir (ve trafo ile diyot ısınır).
Sık sorulan sorular#
Köprü diyot yerine dört ayrı diyot kullanabilir miyim?
Evet; aynı tür dört diyot aynı işi görür. Hazır köprü kompakt, eşleşmiş ve genellikle ısıyı atmak için tasarlanmıştır. Ayrı diyotta her birinin anma akımı ve gerilimi yeterli olmalıdır.
Diyot ters gerilimi (PIV) ne kadar olmalı?
Köprüde her diyot yaklaşık Vtepe taşır; güvenlik payıyla 2-3 katı seçilir (şebekedeki sıçramalar için). 12 Vrms trafo için 50 V yeterlidir, ama 1000 V'luk 1N4007 sorun çıkarmaz.
Neden kapasitör ESR'si ve ripple akımı önemlidir?
Diyot akımı darbelidir; elektrolitik kapasitörün içinden de aynı darbeler geçer ve I²·ESR kadar ısınır. Veri sayfasındaki ripple akım derecesini aşarsan kapasitör kurur ve ömrü kısalır.
Trafo seçerken neye bakmalıyım?
Gerilim (tepe değeri), akım (VA) ve regülasyon. Kapasitörlü doğrultucuda trafo akımı DC akımın 1,5-2 katı rms olduğundan VA değerini cömert seç. Çıkıştaki en düşük (çukur) gerilimi regülatör için kontrol et.
Neden bazı güç kaynaklarında Schottky doğrultucu kullanılır?
Vf'si düşüktür (0,3-0,4 V), düşük gerilimli çıkışlarda kaybı ve ısıyı ciddi azaltır; ayrıca ters toparlanma yükü olmadığından hızlıdır. Ters gerilimi ve kaçağı sınırlıdır; yüksek gerilimli şebeke girişinde silisyum kullanılır.
Köprü diyot ve kapasitörden sonra DC gerilim kaç volt olur?
Yaklaşık V_dc ≈ V_rms × √2 − 2 × V_f. 12 V AC (rms) bir trafo için 12 × 1,414 − 1,4 ≈ 15,6 V civarı tepe değeri bulunur; yük altında ripple nedeniyle ortalama biraz daha düşüktür.
Filtre kapasitörü kaç µF olmalı?
Tam dalga doğrultmada ripple ≈ I / (2 × f × C) (f şebeke frekansı). 50 Hz'de 500 mA yük ve 2200 µF için ≈ 0,5 / (100 × 0,0022) ≈ 2,3 V tepe-tepe ripple. Daha az ripple için kapasitör büyütülür ya da regülatör eklenir.
Bu sayfada cevabını bulabileceğin aramalar#
İnsanlar bu konuyu genelde şu kelimelerle arıyor; hepsinin cevabı yukarıdaki yazıda ve simülatörde var:
- doğrultucu devre
- köprü diyot nasıl çalışır
- köprü diyot devresi
- tam dalga doğrultucu
- yarım dalga doğrultucu
- doğrultucu filtre kapasitörü
- ripple dalgalanma hesaplama
- AC DC çevirme devresi
- trafo köprü diyot kapasitör
- DC güç kaynağı yapımı
- transformatörlü güç kaynağı
- köprü diyot gerilim düşümü
- filtre kondansatörü hesaplama
- doğrultucu simülatörü
- çıkış gerilimi tepe değeri √2
- şebeke gerilimi doğrultma
Kaynaklar ve ileri okuma#
Bu yazıyı yazarken ve ders çalışırken baktığım kaynaklar. Bölüm numaraları baskıya göre değiştiği için konu adıyla ararsın.
- Microelectronic Circuits Sedra, Smith"Rectifier Circuits": tepe doğrultucu, dalgalanma ve diyot tepe akımı.
- The Art of Electronics Horowitz, Hill"Power supplies": doğrultma, filtreleme ve trafo seçimi.
- Microelectronics Circuit Analysis and Design NeamenDiyot devreleri bölümünde doğrultucu analizi.
- Fundamentals of Power Electronics Erickson, MaksimovicDoğrultucu kayıpları ve senkron doğrultma (ileri okuma).
Bir yanlış, eksik ya da merak ettiğin bir şey mi var?
Bu notları öğrenirken yazıyorum; hata yaptıysam düzeltmek, eksik bıraktığım yeri tamamlamak isterim. İstediğin konuyu yaz, sıraya alayım. Bu devrelerin gerçek kart karşılıklarını da projelerimde bulabilirsin.