GÜÇ ELEKTRONİĞİ EĞİTİM SETİ DENEY KİTABI KONU: PNPN DİYOT

Transkript

1 KONU: PNPN DİYOT Giriş: Shockley diyot yada 4 tabaka diyot olarak da bilinen PNPN DİYOT, tek yönlü çalışan yarıiletken anahtar elemanıdır. Sembolü ve görünüşü şekil 6.1 de ve karakteristik eğrisi şekil 6.2 de görülmektedir. Anot Katot Şekil 6.1: PNPN DİYOT un sembolü ve görünüşü I F I H V R V R I S V S V F I R Şekil 6.2: PNPN DİYOT un karakteristik eğrisi PNPN DİYOT un iletken olabilmesi için anot-katot uçları doğru polarmalandırılmalıdır. Doğru polarma gerilimi elemanı iletken yapan anahtarlama gerilimi (Switching voltage, V S) seviyesini aştığında eleman iletime geçerek akım geçirmeye başlar. İletime geçen PNPN diyot uçlarındaki gerilim birkaç volt seviyesine düşer. İletime geçen PNPN DİYOT un tekrar yalıtkan olabilmesi için, içinden geçen akımın tutma akımı (Holding current, I H) seviyesinin altına düşmesi gerekir.

2 KONU: PNPN DİYOT ELEKTRİKSEL KARAKTERİSTİKLER (TA = 25 C ) Karakteristik Sembol Min Typ Max Birim Forward Switching Voltage 1N5158, 1N5782, 1N5788 1N5159, 1N5783, 1N5789 1N5160, 1N5784, 1N5790 1N5779, 1N5785, 1N5791 1N5780, VS Volts Forward Switching Current 1N5158 thru 1N5160, 1N5779 thru 1N5781 1N5782 thru 1N5793 Is µa Forward Off-State Current (VF = 0.75 x Vs) IFM µa Reverse Current (VR = VRm) IRM µa Holding Current 1N5158 thru 1N5160, 1N5779 I H Forward On Voltage (IF = 150 madc) thru 1N5781 1N5782 thru 1N5787 1N5788 thru 1N5793 VF ma Volts Şekil 6.3: 1N5158 e ait karakteristik değerler Deney şeması: +12V R1 470 P1 47k PNPN 1N ma Volts R2 100

3 KONU: PNPN DİYOT DENEY MODÜLÜ DENEY BAĞLANTI PLANI

4 KONU: PNPN DİYOT İŞLEM BASAMAKLARI 1) ES modülünü ana üniteye bağlayın. 2) Deney bağlantı planını ES modülü üzerinde gerçekleştirin. 3) pinlerini kısa devre edin. 4) ma sembolü görülen pinler arasına dc ampermetre ve V sembolü görülen pinler arasına dc voltmetre bağlayın. 5) Devrenin +12V pinini modül üzerindeki +12V pinine bağlayın. GND devreye doğrudan geldiği için herhangi bir bağlantıya gerek yoktur. 6) Tüm bağlantıları yaptıktan ve kontrol ettikten sonra ana ünite üzerindeki güç anahtarını ON konumuna alın. 7) P 1 trimpotu yardımıyla PNPN diyot anot gerilimini (V A) birer volt aralıklarla artırıp, bu gerilimlere karşılık gelen anot akımını (I A) ölçün. Ölçüm sonuçlarını kaydedin. 8) Anot gerilimi, PNPN diyotun tetikleme seviyesine ulaştığında hızla düşecektir. Bu andan sonra da P 1 trimpotu yardımıyla SUS un anot gerilimini artırmaya ve ölçümlerinize devam edin. 9) Ölçüm sonuçlarını kullanarak SUS un karakteristik eğrisini çizin. 10) Devrenin enerjisini kesin. ÖLÇÜM SONUÇLARI VA (Volt) IA (ma) I A V A

5 Giriş: SCR ya da diğer adıyla tristör, tek yönlü çalışabilen yarıiletken anahtarlama elemanıdır. Sembolü ve görünüşü şekil 8.1 de ve karakteristik eğrisi şekil.2 de görülmektedir. Şekil 8.1: SCR nin sembolü ve görünüşü + I Anot + V TM on state I RRM at VRRM I H + V Reverse Blocking Region (off state ) Reverse Avalanche Region I DRM at V DRM Forward Blocking Region (off state ) Anot - SEMBOL PARAMETRE V DRM Peak Repetitive Off Stat Forward Voltage I DRM Peak Forward Blocking Current V RRM Peak Repetitive Off State Reverse Voltage I RRM Peak Reverse Blocking Current V TM Peak On State Voltage Holding Current I H Şekil 8.2: nin karakteristik eğrisi SCR anot, katot ve geyt olmak üzere üç terminale sahiptir. Anot ve katot yük akımının geçtiği main terminaller, geyt ise elemanın tetiklendiği kontrol ucudur. SCR nin iletken olabilmesi için, öncelikle main terminaller yani anot-katot doğru polarma edilmelidir. Bunun ardından geyt ucuna katottan daha poziti bir gerilim uygulanmalıdır. Bu iki şart sağlandığında, S hızla iletken olur ve akım geçirmeye başlar. Bu andan itibaren anot-katot gerilimi değişmediği sürece geyt

6 gerilimi kesilse dahi SCR iletimde kalmaya devam eder. Bunun sebebi, SCR içinden geçen tutma akımıdır. S akımı tutma akımı (Holding current, I H) altına düşmediği sürece eleman mühürlü olarak çalışmaya devam edecektir. I DRM I RRM dv/dt PARAMETRE KOŞ LLAR MIN TYP MAX BİRİM Repetitive peak off-state current Repetitive peak reverse current Critical rate of rise of off-state voltage V D = rated V DRM R GK = 1 k T C = 110 C 400 µa V R = rated V RRM I G = 0 T C = 110 C 1 ma I GT Gate trigger current V AA = 6 V R L = 100 t p(g) 20 µs µa V GT I H V TM Gate trigger voltage Holding current Peak on-state voltage V AA = 6 V R L = 100 T C = - 40 C t p(g) 20 µs R GK = 1 k V AA = 6 V R L = 100 t p(g) 20 µs R = 1 k V AA = 6 V R L = 100 T C = 110 C t p(g) 20 µs R GK = 1 k V AA = 6 V R GK = 1 k T C = - 40 C Initiating I T = 10 ma V AA = 6 V R GK = 1 k Initiating I T = 10 ma I TM = 5 A 1.7 V V D = rated V D R GK = 1 k T C = 110 C 10 V/µs V ma Şekil 8.3: T 1 6 a ait karakteristik değerler S her zaman bir yük ile birlikte kullanılmalıdır. Aksi durumda anot-katot arasından geçen akım sınırlanmadığı için eleman bozulacaktır. Diğer tara tan S hem dc hem de ac gerilim altında çalışabilmektedir. Ancak bu iki çalışma şekli arasında belirgin arklılıklar vardır. S1 +Vcc B1 LAMBA R1 SCR R2 Şekil 8. : nin d gerilimde al şmas

7 ekil.4 deki devre S nin dc gerilimde çalışmasına örnek olarak verilmiştir. Devrede SCR nin yükü olarak lamba kullanılmıştır. S 1 anahtarı kapatılarak devreye ener i verilir. Bu durumda S nin main terminalleri doğru polarma olmasına rağmen geyt tetiklemesi almadığından henüz yalıtkandır. S yalıtkan olduğu için lamba da sönüktür. B 1butonu SCR ye geyt tetikleme gerilimi uygulamak için kullanılmıştır. B 1 butonuna kısa süreli basıldığında, gerilim bölücü R 1 ve R 2 dirençleri üzerinden S nin geyt ucu katota göre daha poziti bir gerilim alır. Böylece S iletime geçerek lambanın yanmasını sağlar. B 1 butonu bırakılsa dahi SCR iletimde kalmaya ve lamba yanmaya devam eder. Ancak burada dikkat edilmesi gereken iki nokta vardır. Birincisi, R 1 ve R 2 dirençlerinin S yi tetikleyecek geyt gerilimi ve akımını sağlayacak değerde seçilmiş olmasıdır. İkinci önemli nokta ise, yük akımı yani lambadan geçen akımın S tutma akımı seviyesinin üzerinde bir değere sahip olmasıdır. S ac gerilim altında çalışırken sadece poziti alternanslarda iletken olabilir. Yani anot ucu katottan daha poziti gerilim aldığında ve uygun geyt tetiklemesi yapıldığında iletime geçer. Negati alternanslarda ise yalıtkan durumdadır ve akım geçirmez. ekil.5 de SCR nin ac gerilimde çalışmasına örnek bir devre görülmektedir. S1 LAMBA R1 AC SCR R2 Şekil 8.5: nin a gerilimde al şmas Devreye ac gerilim uygulandığında S kesimde ve lamba sönüktür. S 1 anahtarı S nin geyt tetiklemesini kontrol etmektedir. S 1 anahtarı kapatıldığında ac giriş geriliminin pozitif alternansında, hem SCR nin anot-katot uçları doğru polarma alacak hem de geyt ucuna katottan daha pozitif bir gerilim gelecektir. Pozitif alternans gerilimi SCR yi iletime götürecek kadar yükseldiğinde, S iletime geçerek lambanın yanmasını sağlar. S nin iletkenliği bu poziti alternansın sonuna kadar devam eder. Çünkü takip eden negatif alternansta hem SCR nin main terminalleri ters polarma olur hem de poziti geyt tetiklemesi oluşmaz. Sonuç olarak S ac besleme geriliminin poziti alternanslarında iletken ve negati alternanslarında yalıtkan olur. S 1 anahtarı açıldığında ise geyt tetiklemesi kesilen S sürekli yalıtkandır. Pozitif alternanslarda

8 S nin giriş geriliminin hangi değerinde iletime geçeceğinin 1 ve R 2 gerilim bölücü dirençlerinin değerleri belirleyecektir. Görüldüğü gibi S ac gerilim altında geyt ucundan kontrol edilen bir doğrultucu gibi çalışmaktadır. Deney şeması: SCR nin dc gerilimde çalışması +12V R1 1k ma P1 4.7k ma SCR TIC Volts Volts SCR nin ac gerilimde çalışması SCOP R1 1k AC 12V P1 SCR TIC k

9 DENEY MODÜLÜ DENEY BAĞLANTI PLANLARI SCR nin dc gerilimde çalışması

10 SCR nin ac gerilimde çalışması İŞLEM BASAMAKLARI 1) ES modülünü ana üniteye bağlayın. nin d gerilimde al şmas 2) Deney bağlantı planını ES modülü üzerinde gerçekleştirin. 3) Deney bağlantı planında görülen pinleri kısa devre edin. 4) ma sembolü görülen pinler arasına dc ampermetre ve V sembolü görülen pinler arasına dc voltmetre bağlayın. 5) Devrenin +12V pinini modül üzerindeki +12V pinine bağlayın. GND devreye doğrudan geldiği için herhangi bir bağlantıya gerek yoktur. 6) Tüm bağlantıları yaptıktan ve kontrol ettikten sonra ana ünite üzerindeki güç anahtarını ON konumuna alın. 7) Lamba sönük durumda iken SCR kesimdedir. Kesim durumundaki SCR nin geyt gerilimini (V G), geyt akımını (I G), anot-katot gerilimini (V A-K) ve anot akımını (I A) ölçün. Ölçüm sonuçlarını kaydedin. 8) P 1 trimpotu yardımıyla S geyt gerilimini lamba yanıncaya dek artırın. amba yandığı anda P 1 trimpotunu çevirme işlemini bırakın. Bu durumda SCR iletimdedir. 9) SCR yi iletime götüren geyt gerilimini (V G), geyt akımını (I G), anot-katot gerilimini (V A-K) ve anot akımını (I A) ölçün. Ölçüm sonuçlarını kaydedin. 10) P 1 trimpotunu ters yönde çevirerek lambanın durumunu ve S nin iletkenliğini gözlemleyin. 11) Devrenin enerjisini kesin. SCR nin a gerilimde al şmas 12) Deney bağlantı planını ES modülü üzerinde gerçekleştirin. 13) ğe varsa, devrenin +12V pinini modül üzerindeki +12V pini arasındaki bağlantıyı kesin.

11 14) Deney bağlantı planında görülen pinleri kısa devre edin. 15) Devre üzerinde bulunan A 1 ve A 2 pinlerini modül üzerindeki A 1 ve A 2 pinlerine bağlayın. 16) Tüm bağlantıları yaptıktan ve kontrol ettikten sonra ana ünite üzerindeki güç anahtarını ON konumuna alın. 17) P 1 trimpotunu lamba yanıncaya dek çevirin. amba yandığı anda P 1 trimpotunu çevirme işlemini bırakın. Bu durumda S iletimdedir. Osilaskopla lamba uçlarındaki sinyali ölçüp kaydedin. 18) P 1 trimpotunu ters yönde çevirerek S nin kesime giderek lambanın sönmesini sağlayın. Osilaskopla lamba uçlarındaki sinyali ölçüp kaydedin. 19) Devrenin enerjisini kesin. ÖLÇÜM SONUÇLARI nin d gerilimde al şmas ölçümleri SCR kesimde SCR iletimde VG (Volt) IG (ma) VA-K (Volt) IA (ma) SCR nin a gerilimde al şmas ölçümleri SCR iletimde iken lamba uçlarındaki sinyal

12 SCR kesimde iken lamba uçlarındaki sinyal