Konu Anlatımı
Güç Yükselteçleri ve Yük Direnci
Güç yükselteci, girişine gelen küçük sinyali besleme enerjisini kullanarak çok daha büyük bir çıkış gücüne dönüştüren son kademe devresidir. Ses yükselteci, motor sürücü, röle sürücü ve lamba kontrol devreleri bu sınıfa girer. Yükseltecin kalitesi yalnızca gerilim kazancıyla değil, yüke aktarabildiği güç ve verim değeriyle ölçülür.
Yük direnci, yükseltecin çıkışına bağlanan ve üzerinden akım geçen elemandır. Hoparlör bobini, röle bobini, motor sarması ya da öz dirençli bir eleman bu gruptadır. Yük direncinin büyüklüğü, çıkış akımının sınırını ve çıkış geriliminin ulaşabileceği en büyük değeri doğrudan belirler.
Bir transistörün üç çalışma bölgesi vardır: kesim bölgesi, etkin bölge ve doyum bölgesi. Kesimde taban akımı sıfıra yakındır ve transistör akımı geçirmez. Etkin bölgede kollektör akımı, taban akımının belirli bir katı olarak akar ve çıkış girişe orantılıdır. Doyumda ise kolektör-emetör gerilimi çok küçük bir değere çöker.
1. Ne Öğreneceğiz ve Ön Bilgi
Bu konuda yükselteç kavramını bir basamak daha ileri taşıyoruz. Ön bilgi olarak direnç bağıntısını, gerilim bölücüyü ve transistörün üç bölge kuramını bilmemiz gerekir. Ayrıca bir kademede çıkış gücünün yalnızca büyük gerilimle değil, büyük akımla elde edildiğini hatırlamak önemlidir.
- Direnç bağıntısı ve gerilim bölücü düzeni
- Transistörün kesim, etkin ve doyum bölgeleri
- Doğru çalışma noktası ve yük çizgisi kavramı
- Güç, verim ve ısı hesabının temelleri
Konunun sonunda, verilen bir kademenin çalışma noktasını yorumlayabilecek, yük direnci seçiminin sonuçlarını önceden kestirebilecek ve aşırı ısınma gibi riskleri tanıyabileceksiniz.
2. Temel Kavramlar ve Sınıflandırma
Güç yükselteçleri, girişe uygulanan sinyalin gücünü artırırken frekansını ve biçimini korumak zorundadır. Bu nedenle yükselteç zinciri genellikle öndüzen kuvvetlendirici, gerilim kazandırıcı ve son kademe şeklinde sıralanır. Her kademenin kazancı uygun aralıkta tutulmazsa toplam kazanç beklenen değerin çok altında kalır.
Çalışma sınıflarına göre yükselteçler Sınıf A, Sınıf B ve Sınıf C olarak adlandırılır. Sınıf A da transistör sürekli iletkendir ve doğrusallık en iyidir, ancak verim düşüktür. Sınıf B de her transistör çevrimin yalnızca yarısında iletken olur; verim artar, fakat çaprazlama bozulması görülür. Sınıf C de iletkenlik çok dar bir darbede gerçekleşir ve verim yüksektir.
| Özellik | Sınıf A | Sınıf B |
|---|
| İletkenlik süresi | Sürekli iletken | Yarım çevrim iletken |
| Çalışma noktası | Yük çizgisinin ortası | Doyum sınırına yakın |
| Verim | Düşük | Daha yüksek |
| Başlıca bozulma | Doyum ve kesim kırpılması | Çaprazlama bozulması |
Yük direnci seçimi, kademenin hangi sınıfta çalışacağını doğrudan etkiler. Emitter takipçisi Sınıf A bir kademe olarak yaygın biçimde kullanılır; çıkış empedansı düşük olduğu için düşük dirençli yükleri sürebilir ve yük bağlantısında DC seviyesi yükten ayrılmak isteniyorsa çıkış kondansatörü kullanılır.
3. Basit Örnek ve Adım Adım Çözüm
Bir ortak emitör kademesinde besleme gerilimi 12 V, emetör direnci 1 Ω üzerinden 1 A geçmektedir. Buradan emetör gerilimi 1 V bulunur. Transistör doyuma girerse kolektör-emetör gerilimi çok küçük kalır. Demek ki emetördeki 1 V, çıkışta kullanılabilir genliği 1 V kadar azaltır.
- Önce besleme geriliminden emetör gerilimi çıkarılır.
- Elde edilen değer çıkışta ulaşılabilen en büyük genliği belirler.
- Bu sınırın altında kalan giriş genliğiyle doğrusal çalışma sağlanır.
Aynı örnekte yük direnci 2 Ω seçilirse tam yükte çekilebilecek akım sınırlanır. Yük direnci büyütüldükçe akım azalır, buna karşılık çıkışta daha yüksek gerilim elde edilebilir. İki etki birlikte değerlendirildiğinde en büyük çıkış gücü belirli bir orta değerde elde edilir.
| Yük direnci | Çekilen akım | Çıkış gerilimi |
|---|
| 2 Ω | 5 A | 10 V |
| 4 Ω | 2,5 A | 10 V |
| 10 Ω | 1 A | 10 V |
Tablo, yük direnci ile çekilen akım arasındaki ters orantılı ilişkiyi gösterir. Akım çekme kapasitesi çıkış geriliminin ulaşabileceği en büyük değerden gelir; yani kademenin gücünü her ikisi birlikte sınırlar.
4. İleri Örnek ve Saha Uygulaması
Saha uygulamasında bir motor sarması, direncinin çok altındaki bir besleme gerilimiyle sürülmek istenir. Bu durumda doğrudan bağlantı kurulursa kademe akım sınırını aşar. Çözüm, çıkış ile yük arasına bir empedans dönüştürücü yerleştirmektir.
Dönüştürücü sonrasında kademenin verebildiği akım motorun ihtiyacıyla karşılaştırılır. Akım yeterli değilse ya daha büyük bir güç transistörü seçilir ya da birden çok kademe kullanılır. Isı hesabı da bu aşamada yapılır: transistörde kaybolan güç, gövde sıcaklığı ve ısı yutucu yüzey alanı birlikte değerlendirilir.
Başka bir saha uygulaması hoparlör sürücüsüdür. Hoparlörün öz direnci küçük olduğu için çıkışa doğrudan bağlanırsa akım sınırı zorlanır. Emitter takipçisi kullanmak çıkış empedansını düşürür, önceki sürücü kademeyi rahatlatır ve hoparlörü doğrudan sürebilir.
5. Karşılaştırma Tablosu ve Denetim
Güç yükselteci tasarımında denetim yapılmazsa tasarım aşamasındaki öngörü ile gerçek davranış arasındaki fark sonradan ortaya çıkar. En sık yapılan denetimler, çalışma noktasının iki sınır arasında ortada tutulması ve kaybolan gücün hesaplanmasıdır.
| Denetim konusu | Ölçülecek büyüklük | Kabul ölçütü |
|---|
| Çalışma noktası | Kollektör akımı ve gerilimi | İki sınırın ortasına yakın |
| Güç kaybı | Gerilim ile akım çarpımı | Kılıf sıcaklığı sınırının altında |
| Yük uyumu | Çekilen akım | Akım sınırının altında |
| Bozulma | Dalga biçimi | Kabul edilen değerin altında |
Denetimde ölçülen değerler kaydedilir. Kayıt sayesinde aynı devrenin farklı yüklerde nasıl davrandığı karşılaştırılabilir ve tasarım değişikliklerinin etkisi izlenebilir. Bu kayıt üretim ve bakım aşamalarında referans olarak kullanılır.
6. Sık Yapılan Hatalar, Özet ve Kendini Dene
En sık görülen hata, yük direncini yalnızca akım sınırına göre seçmektir. Oysa yük direnci hem akımı hem de çalışma noktasının konumunu belirler. İkinci sık hata, verimi kazançla karıştırmaktır; kazanç büyütülebilir ama verim beslemeden çekilen güce bağlıdır. Üçüncü hata ise ısıyı göz ardı etmektir.
Kendini denecek sorular şunlardır: emetör gerilimi neden çıkış genliğini sınırlar, yük direnci büyüdüğünde çıkış gücü neden bir tepe değerine ulaşır, Sınıf A kademede durgun hâlde neden güç tüketilir, ısı yutucu yüzey alanı neden sınırlayıcıdır ve geri besleme çıkış empedansını nasıl etkiler?
Temrin ve Uygulama Notları
1.56 L6203 ve L298 ile DC Motor Hız Kontrolü
L6203 en fazla 48 V giriş ve 5 A çıkış, L298 ise 46 V giriş ve 2 A çıkış sınırına sahiptir. PWM oranı arttıkça motor hızı artar; yön değişimi için giriş mantığı çevrilir.
1.57 MOSFET ile DC Motorun H Köprü Kontrolü
Köprüde Q2-Q3 ve A-C, B-D MOSFET çiftleri motorun yönünü belirler. Gate gerilimi yeterince yüksek değilse MOSFET iletime geçmez.
1.59 DC Çeviriciler ve 1.60-1.62 LM2576 Güç Kaynakları
MC34063 3 ile 40 V giriş aralığında çalışır; 600 mA çıkış verir, ek transistörle 1,5 A ulaşır. Akım arttıkça çıkış gerilimi düşer. LM2576-ADJ akım sınırlamalı ve 1,25 ile 24 V arası ayarlı güç kaynağında kullanılır.
1.52, 1.51, 1.54 Vumetre, Ses Güç Yükseltici ve Step Motor
LM3915 ile yanan LED sayısı ses şiddetiyle artar. 25 W ses yükseltecinde VOLUME, TREBLE ve BASS ayarları sinyali farklı frekanslarda etkiler. Step motorlar 90, 45, 18, 7,5 ve 1,8 derece adım açılarıyla bulunur.
Sınavda: sürücü entegrelerinin gerilim ve akım sınırları, MOSFET köprüde yön belirleme ve step motor adım açıları sorulabilir.
