Kare dalga üreteçleri-multiVİbratörler

2.8.2 Anahtarlamalı Gerilim Regülatör Çeşitleri:

Günümüzde pek çok farklı tip anahtarlamalı gerilim regülatörü tasarımı yapılabilmektedir. Bunların içerisinde en yaygın olarak kullanılanlar ise genellikle 3 tiptir. Bunlar;

• Aşağıya doğru (step-down veya buck) anahtarlamalı regülatör

• Yukarıya doğru (step-up veya boast) anahtarlamalı regülatör

• Yön çeviren (inverting veya boast) anahtarlamalı regülatör
a) Aşağıya doğru (step-down veya buck) anahtarlamalı regülatör:
Aşağı doğru anahtarlamalı regülatörlerin çıkışından alınan regüleli gerilim, regülesiz giriş geriliminden daha küçüktür. Şekil-2.23’de anahtarlamalı gerilim regülatörünün geliştirilmiş devresi ve devrede kullanılan transtörün kesim-doyum (on-off) aralıkları gösterilmiştir. Devrede kullanılan C kondansatörünün şarjı süresi t_ON, deşarj süresi ise t_OFF olarak şekil üzerinde tanımlanmıştır. Şekilden de görüldüğü gibi t_ON süresinin artırılması V₀ çıkış gerilimini artırmakta, t_OFF süresinin artırılması ise çıkış gerilimini azaltmaktadır. Transistör kesim veya doyum modunda anahtarlamalı çalıştırılarak t_ON ve t_OFF süreleri kontrol edilmektedir. Bu devrenin çıkış gerilimini formüle edersek;



Şekil 2.23 Aşağı doğru anahtarlamalı gerilim regülatörü ve gerilim dalga biçimleri
Devrede regülasyon işleminin nasıl gerçekleştirildiğini kısaca anlatalım. Regülatör çıkış geriliminin (V₀) herhangi bir sebeple azalması, R₃ direncinde oluşan gerilimin azalmasına dolayısıyla opamp’ın eviren girişindeki gerilimin azalmasına neden olur. Bu durumda opamp’ın çıkışı yükseleceğinden PWM bloğu vasıtasıyla t_ON süresi de artar ve regülatör çıkış gerilimdeki azalmaya izin verilmez. Devrede gerilim regülasyonu bu şekilde sağlanmış olur.
ÖDEV: Yukarıya doğru (step-up veya boast) anahtarlamalı ve yön çeviren (inverting veya boast) anahtarlamalı regülatör devrelerini araştırınız ve devre örnekleri veriniz.

2.8.1 Anahtarlamalı Tümdevre Gerilim Regülatör Devreleri

Anahtarlamalı gerilim regülatörlerinin tasarımının oldukça zor ve karmaşık olduğu belirtilmişti. Bu durumu dikkate alan pek çok tümdevre üreticisi firma, anahtarlamalı gerilim regülatörlerinde kullanılan bir veya birkaç bloğu tek bir tümdevre içerisinde kullanıcıya sunmuştur. Örneğin National Semiconductor firmasının geliştirmiş olduğu LM78S40 (Şekil 2.24) tümdevre bunlardan birisidir.

Şekil 2.24 Genel amaçlı anahtarlı gerilim regülatörünün iç yapısı ve pin bağlantıları

Şekil 2.24’de görüldüğü gibi bu tümdevre, anahtarlamalı regülatör sistemleri için gerekli olan aktif yapı bloklarını barındırmaktadır. Bu blokları kısaca; sıcaklık kompanzeli gerilim referansı, Aktif akım sınırlayıcılı ve darbe-peryot oranını kontrol eden osilatör devresi, hata kuvvetlendiricisi, yüksek akım-yüksek gerilim çıkış anahtarı, bir güç diyodu ve genel amaçlı bir opamp’dan oluşmaktadır.

Bu tümdevrenin bazı önemli özellikleri aşağıda sıralanmıştır.
• Yukarı doğru, aşağı doğru ve yön çeviren anahtarlama regülatörü olarak kullanılabilir.

• Çıkış gerilimi 1.25V ile 40V aralığında istenilen bir değere ayarlanabilir.

• Tümdevre tek başına ve harici güç transistorü kullanmadan 1.5A’e kadar tepe akımı verebilir.

• Düşük geçiş (standby) akımı düşüktür.

• 80dB civarında yük ve hat regülasyonuna sahiptir.
LM78S40 entegresi ile gerçekleştirilmiş step-up (yukarı) ve step-down tip anahtarlamalı gerilim regülatörü devreleri Şekil 2.25 ve Şekil 2.26’da verilmektedir. Üretici firma katologları kullanılarak gereksinimine uygun anahtarlamalı gerilim regülatörleri tasarlanabilir.


Şekil 2.25 Step-Up Anahtarlamalı gerilim Regülatörü (15V/70V)

Şekil 2.26 Step-down Anahtarlamalı Gerilim Regülatörü (15V/70V)

Bir LM 317K entegresi ile gerçekleştirilmiş basit bir anahtarlamalı regülatör devresi Şekil 2.27’de gösterilmektedir.

Şekil 2.27 LM 317K entegresi ile gerçekleştirilmiş bir anahtarlamalı regülatör devresi
ÖDEV: Şekil 2.27’deki devrenin çalışmasını anlatarak, ne tür bir anahtarlamalı regülatör devresi (devrenin bölümlerini şekil üzerinde göstererek) olduğunu belirtiniz.

3. AKTİF SÜZGEÇLER/FİLTRELER (ACTIVE FILTERS)
Filtrelerin başlıca işlevi, belirli bir frekans bandını geçirip diğerlerini zayıflatmasıdır. Pasif ve Aktif olmak üzere iki tip filtre tasarımı yapılabilir. Pasif filtre tasarımında; direnç, kondansatör ve bobin (self) gibi pasif devre elemanları kullanılır. Aktif filtrelerde ise pasif devre elemanlarına ilaveten transistör ve tümdevre gibi yarıiletken devre elemanları da kullanılır. Aktif filtrelerin pasif filtrelere nazaran bazı avantaj ve dezavantajları vardır. Bunlar aşağıda sıralanmıştır:

Aktif filtreler	Pasif filtreler
Aktif filtre devrelerinde tümdevre üretim teknolojisinden kaynaklanan sınırlamalar nedeniyle self (bobin) elemanı kullanılamaz. Bu eleman yerine negatif empedans dönüştürücülerden yararlanılarak kondansatörden self elde edilebilir.	Pasif filtre tasarımında bobin (self) elemanı kullanılır, bir sınırlama yoktur.
Aktif filtrelerde, filtrenin geçirgen olduğu frekanslarda herhangi bir zayıflatma olmaz. Çünkü aktif filtre tasarımında kullanılan opamp, filtre edilen işaretleri yükselterek çıkışına aktarabilir.	Pasif filtrede filtrenin geçirgen olduğu frekaslarda zayıflatma olur.
Aktif filtre devrelerinin çıkış empedansı çok düşük, giriş empedansı ise oldukça yüksektir. Bu nedenle, aktif filtrelerin girişlerine veya çıkışlarına bağlanacak devre veya devre elemanlarının etkilenmesi söz konusu değildir	Böyle bir durum pasif filtrelerde sözkonusu değildir.
Aktif filtrelerin her zaman besleme gerilimine gereksinimleri vardır.	Pasif filtreler herhangi bir besleme gerilimine gereksinim duymazlar.
Aktif filtre tasarımında kullanılan opampların band genişlikleri sınırlı olduğunda her frekansta aktif filtre tasarlamak oldukça zordur	Frekans bandı kullanılan bobin ve kapasite değerleri ile ayarlanabilir.