Diyot Kırpma Devreleri

Diyot kırma devreleri olarak da bilinen, diyot limitörü, giriş dalga formunu alt veya üst kısmını keserek, iki yarıyı alan bir dalga şekillendirme devresidir.

Giriş sinyalinin kırpılması, girişin düzleştirilmiş bir versiyonuna benzeyen bir çıkış dalga biçimi üretir. Örneğin, yarım dalga doğrultucu, sıfırın altındaki tüm voltajlar elimine edildiğinden bir kesme devresidir.

Ancak diyot kırpma devreleri, sinyal ve Schottky diyotları kullanarak bir giriş dalga biçimini değiştirmek veya çıkış voltajının asla belirli bir seviyeyi aşmamasını sağlamak için zener diyotları kullanarak aşırı voltaj koruması sağlamak için çeşitli uygulamalarda kullanılabilir. Daha sonra gerekirse voltaj sınırlama uygulamalarında diyot kırpma devreleri kullanılabilir.

Sinyal Diyotları eğitiminde, bir diyotun ileri polarizasyonlu olduğu zaman, voltajı sıkıştırarak akımın kendi içinden geçmesine izin verdiğini gördük. Diyot ters kutuplandığında, içinden akım geçmez ve terminallerindeki voltaj etkilenmez ve bu, diyot kırpma devresinin temel işlemidir.

Diyot kırpma devrelerine giriş voltajı herhangi bir dalga şekline sahip olabilse de, burada giriş voltajının sinüzoidal olduğunu varsayacağız.

Pozitif Diyot Kırpma Devreleri

diyot kırpma devreleri

Bu diyot kırpma devresinde, sinüzoidal giriş dalga formunun pozitif yarım döngüsü sırasında diyot ileriye doğru kutuplanmıştır (anot katottan daha pozitiftir). Diyotun ileri polarizasyonlu olması için, giriş voltajı büyüklüğünün +0.7 volttan (bir germanyum diyot için 0,3 volt) büyük olması gerekir.

Bu olduğunda diyotlar iletmeye başlar ve sinüzoidal dalga formu bu değerin altına düşene kadar kendi üzerindeki gerilimi 0,7V’de sabit tutar. Böylece diyot üzerinden alınan çıkış voltajı, pozitif yarım döngü sırasında asla 0,7 volt’u aşamaz.

Negatif yarım döngü sırasında, diyot ters kutuplanır (katot, anottan daha pozitiftir) ve akımın kendi içinden geçmesini engeller ve sonuç olarak, yüke değişmeden geçen sinüzoidal voltajın negatif yarısı üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Böylece diyot, giriş dalga formunun pozitif yarısını sınırlar ve pozitif kesme devresi olarak bilinir.

Negatif Diyot Kırpma Devreleri

diyot kırpma devreleri

Pozitif diyot kırpma devresinin tam olarak tam tersidir. Diyot, sinüzoidal dalga formunun negatif yarı çevrimi sırasında ileriye doğru eğimlidir ve pozitif yarı çevrimin ters polarizasyonda değiştirilmeden geçmesine izin verirken onu –0.7 volt ile sınırlar veya kırpar. Diyot, giriş voltajının negatif yarı döngüsünü sınırladığından, buna negatif kesme devresi denir.

Her İki Yarım Döngünün Kırpılması

diyot kırpma devreleri

İki diyotu gösterildiği gibi ters paralel bağlarsak, o zaman hem pozitif hem de negatif yarı döngüler, diyot D1 sinüzoidal giriş dalga formunun pozitif yarı döngüsünü keserken, diyot D2 negatif yarı döngüyü kestiği için kırpılır. Daha sonra diyot kırpma devreleri, pozitif yarım çevrimi, negatif yarım çevrimi veya her ikisini birden kesmek için kullanılabilir.

İdeal diyotlar için yukarıdaki çıkış dalga biçimi sıfır olacaktır. Bununla birlikte, diyotlar boyunca ileri yönlü voltaj düşüşü nedeniyle, gerçek kırpma noktası sırasıyla +0.7 volt ve –0.7 voltta gerçekleşir. Ancak bu ±0.7V eşiğini , sinüzoidal dalga formunun maksimum değerine ( VPEAK ) kadar istediğimiz herhangi bir değere yükseltebiliriz, ya seri olarak daha fazla diyotu birbirine bağlayarak 0,7 volt katları oluşturabiliriz.

Kutuplu/Polarlı Diyot Kırpma Devreleri

Farklı seviyelerde voltaj dalga biçimleri için diyot kırpma devreleri üretmek için, gösterildiği gibi bir kombinasyon kırpıcı üretmek için diyot ile seri olarak bir ön gerilim, VBIAS eklenir. Diyot, iletmek için yeterince ileri polarizasyonlu hale gelmeden önce, seri kombinasyonundaki voltaj VBIAS + 0.7V’den büyük olmalıdır. Örneğin, VBIAS seviyesi 4.0 volt olarak ayarlanmışsa, diyotun anot terminalindeki sinüzoidal voltajın ileriye doğru kutuplanması için 4.0 + 0.7 = 4.7 volttan büyük olması gerekir. Bu polarlı noktasının üzerindeki herhangi bir anot voltajı seviyesi kırpılır.

Pozitif Polarlı Diyot Kırpma

diyot kırpma devreleri

Benzer şekilde, diyot ve pil öngerilim voltajını tersine çevirerek, bir diyot, çıkış dalga formunun negatif yarım döngüsünü yürüttüğünde gösterildiği gibi –V BIAS  – 0.7V seviyesinde tutulur.

Negatif Polarlı Diyot Kırpma

diyot kırpma devreleri

Diyotlarınpolarlama voltajı değiştirilerek değişken bir diyot kırpma veya diyot sınırlama seviyesi elde edilebilir. Hem pozitif hem de negatif yarım döngüler kırpılacaksa, iki taraflı kırpma diyotu kullanılır. Ancak hem pozitif hem de negatif diyot kırpması içinpolarlama voltajının aynı olması gerekmez. Pozitif polarlama gerilimi bir seviyede, örneğin 4 volt ve negatif polarlama gerilimi, gösterildiği gibi örneğin 6 volt olabilir.

Farklı Polarlama Seviyelerinde Diyot Kırpma

diyot kırpma devreleri

Pozitif yarım döngünün voltajı +4,7 V’a ulaştığında, D1 diyotu +4,7 V’ta dalga biçimini iletir ve sınırlar. Diyot D2 , voltaj -6,7 V’a ulaşana kadar iletmez. Bu nedenle, +4,7 V’nin üzerindeki tüm pozitif voltajlar ve –6,7 V altındaki negatif voltajlar otomatik olarak kesilir.

Polarlı diyot kırpma devrelerinin avantajı, çıkış sinyalinin, gürültülü bir sensörden veya bir güç kaynağının pozitif ve negatif besleme raylarından bir giriş olabilecek giriş dalga biçiminin her iki yarım döngüsü için önceden ayarlanmış voltaj sınırlarını aşmasını önlemesidir.

Diyot kırpma seviyeleri çok düşük ayarlanmışsa veya giriş dalga biçimi çok büyükse, o zaman her iki dalga biçimi tepe noktasının ortadan kaldırılması, kare dalga biçimli bir dalga biçimi ile sonuçlanabilir.

Zener Diyot Kırpma Devreleri

Polarlı voltajının kullanılması, kırpılan voltaj dalga biçimi miktarının doğru bir şekilde kontrol edilebileceği anlamına gelir. Ancak voltaja dayalı diyot kırpma devrelerini kullanmanın ana dezavantajlarından biri, sorun olabilecek veya olmayabilecek ek bir emf güç kaynağına ihtiyaç duymalarıdır.

Ek bir emf kaynağına ihtiyaç duymadan taraflı diyot kırpma devreleri oluşturmanın kolay bir yolu zener diyotları kullanmaktır.

Bildiğimiz gibi, zener diyot, ters kutuplu arıza bölgesinde çalışmak üzere özel olarak üretilmiş başka bir diyot türüdür ve bu nedenle voltaj regülasyonu veya zener diyot kırpma uygulamaları için kullanılabilir. İleri bölgede, zener, iletim sırasında 0.7V’luk (700mV) bir ileri voltaj düşüşüne sahip sıradan bir silisyum diyot gibi davranır.

Ancak ters polarlama bölgesinde, zener diyotların kırılma gerilimine ulaşılana kadar gerilim bloke edilir. Bu noktada, zenerden geçen ters akım keskin bir şekilde artar, ancak zener voltajı, VZ , cihaz boyunca zener akımı, IZ değişse bile sabit kalır.

Ardından, gösterildiği gibi bir dalga biçimini kırpmak için bunları kullanarak bu zener eylemini iyi bir etkiye dönüştürebiliriz.

Zener Diyot Kırpma Devresi

diyot kırpma devreleri

Zener diyotu, polarlama gerilimi zener arıza gerilimine eşit olan bir polarlama diyot kırpma devresi gibi davranır. Bu devrede dalga formunun pozitif yarısı sırasında zener diyotu ters polarlanır, böylece dalga formu zener voltajı VZD1‘de kırpılır. Negatif yarım döngü sırasında zener, normal 0.7V bağlantı değeriyle normal bir diyot gibi davranır.

Bu fikri, gösterildiği gibi arka arkaya seri bağlı zener diyotları kullanarak bir dalga formunun her iki yarısını da kırpmak için zener diyotların ters voltaj karakteristiklerini kullanarak daha da geliştirebiliriz.

Tam Dalga Zener Diyot Kırpma Devresi

diyot kırpma devreleri

Tam dalga zener diyot kırpma devrelerinin çıkış dalga biçimi, önceki voltaj polarlama diyot kırpma devresininkine benzer. Çıkış dalga biçimi, zener voltajı artı diğer diyotun 0.7V ileri volt düşüşünde kırpılacaktır. Bu nedenle, örneğin, pozitif yarı döngü, zener diyotun, ZD1 artı ZD2‘den 0,7V’nin toplamında kırpılacaktır ve negatif yarı döngü için bunun tersi olacaktır.

Zener diyotları geniş bir voltaj aralığında üretilir ve yukarıdaki gibi her yarım döngüde farklı voltaj referansları vermek için kullanılabilir. Zener diyotları, 2,4 ila 33 volt arasında değişen VZ, tipik bir toleransla 1 veya 5’lik zener arıza voltajları ile mevcuttur.

Özetle

Diyotlar, doğrultucu olarak kullanılmalarının yanı sıra, belirli bir DC seviyesinde bir dalga formunun üstünü veya altını veya her ikisini de kırpmak ve bozulma olmadan çıkışa iletmek için de kullanılabilir. Yukarıdaki örneklerde dalga biçiminin sinüzoidal olduğunu varsaydık, ancak teoride herhangi bir şekilli giriş dalga biçimi kullanılabilir.

Diyot Kırpma Devreleri, genlik gürültüsünü veya voltaj yükselmelerini ortadan kaldırmak, voltaj regülasyonu veya yukarıda görüldüğü gibi dikdörtgen bir dalga formu elde etmek için sinüzoidal bir dalga formunun tepe noktalarının karesini almak gibi mevcut bir sinyalden yeni dalga formları üretmek için kullanılır.

Diyot kırpma devrelerinin en yaygın uygulaması, anahtarlama transistörünü ters voltaj geçişlerinden korumak için bir endüktif yük boyunca paralel olarak bağlanan bir volan veya serbest dönebilen diyotudur.