Doğrultucu

Doğrultucu veya redresör, bir ya da daha fazla yarı iletken elemandan (örneğin diyot) oluşan alternatif akımı doğru akıma çevirmek için kullanılan elektriksel bir devredir. AC' yi doğrultmak için tek bir diyot kullanıldığı zaman (dalga formunun negatif ya da pozitif tarafını bloklayarak) doğrultucu AC' yi DC' ye çeviren bir diyod olarak tanımlanır.

Doğrultma alternatif akımın (AC) doğru akıma (DC) döndürülmesi işlemidir. Bütün doğrultucular, tek bir diyot ile mümkün olan AC'yi DC'ye dönüştürme işlemini daha verimli yapabilmek için birden fazla diyotun belirli bir şekilde birbirine bağlanmasıyla yapılır. Doğrultma işlemi özel olarak yarı iletken diyotlar üzerinden gerçekleştirilir. Yarı iletken elemanlardan oluşan doğrultucular geliştirilmeden önce vakum tüpleri kullanılırdı.

Yarım dalga doğrultucu

AC gerilim önce bir trafoyla düşürülür sonra doğrultulur.

Yarım dalga doğrultucu kıyıcı devrelerin özel bir şeklidir. Yarım dalga doğrultmada, doğrultucunun kutupsallığına bağlı olarak AC dalganın pozitif ya da negatif yarı tarafı geçirilirken diğer yarısı engellenir. Giriş dalga formunun yalnızca bir yarısı çıkışa ulaştığından, güç transferi için kullanılması oldukça verimsizdir. Yarım dalga doğrultma, tek bir diyod aracılığı ile gerçekleştirilebilir.

Kondansatör ile doğrultma

Diyota ek olarak kondansatör kullanılırsa dalga DC'ye daha çok benzer.

Filtre kondansatörlerinin kapasitesi arttıkça dalgacık genliği düşer ve çıkış gerilimi DC gerilime yaklaşır.

Kondansatörler içlerinde biriktirdikleri enerjiyi yüke boşaltmak suretiyle doğrultucu devrelerinde de kullanılabilirler. En basit doğrultuculardan olan yarım dalga doğrultucuda yüke ulaşan gerilimin grafiği yandaki imgede görülür. Ancak DC gerilimle çalışan bir alet için elde edilen bu gerilim grafiği uygun değildir. Çünkü aletin istediği, bir pilden elde edilebilecek kadar düz ve pürüzsüz bir gerilimdir.

Yandaki şemada yarım dalga doğrultucuya bağlı bir yüke paralel kondansatör bağlanması örneği görülür. Gerilim artarken yük depolayan kondansatör, gerilimin düşmeye başlayınca, yani ifadesinde bulunan gerilimin türevi negatif değer alınca içindeki elektrik yükünü, yüke iletmeye başlar. Bu noktadan itibaren AC gerilim azalırken, kondansatör bir kaynak gibi davranır ve içindeki yükü önündeki empedans değerine göre boşaltır. Yüke iletilen gerilimin grafiği yandaki resimde üstteki gerilim grafiği haline gelir. İlk duruma göre bu grafik DC gerilime daha yakındır. Bu da DC gerilimle çalışan bir aletin düzgün şekilde çalışması için daha uygundur.

Kararlılığa ulaşmış bir kondansatörlü doğrultma devresi göz önüne alındığında, üstteki grafikte gerilimin bir maksimum ve bir minimum değerleri olduğunu görürüz. Bu iki değer arasındaki fark dalgacık (ripple) olarak adlandırılır. Bu dalgacıkların genliği ne kadar düşük olursa o kadar doğru gerilim değerini yaklaşılmış olur.

Doğrultucuda kullanılan kondansatörlerin kapasite değerleri de elde edilen gerilim grafiğini etkiler. Kapasiteleri farklı 3 kondansatör $\ (X=C<Y=3C<Z=6C)$ aynı doğrultucu devresine bağlandığında grafikte olduğu gibi kapasite değeri arttıkça yük geriliminin DC gerilime yaklaştığı görülür. Bunun nedeni ise kondansatörün kapasitesinin arttıkça depoladığı yük miktarının artması ve bu elektrik yükünün daha uzun süre yükü beslemesidir. Yani kısaca, doğrultucu kondansatörlerinin kapasite değerleri arttıkça, DC gerilime yaklaşım sağlanır ve dalgacık genliği düşer.

Tam dalga doğrultucu

AC gerilimi DC gerilime kayıpsız olarak dönüştüren doğrultuculardır.

İki diyotlu

Orta uçlu trafo ve iki diyot kullanılan doğrultucu

İki diyotlu tam dalga doğrultucuların kurulabilmesi için orta uçlu trafo gerekir. AC'nin her iki alternansının da alıcıdan tek yönlü olarak akıp geçmesi sağlanır.

Dört diyotlu

Dört diyot kullanan doğrultucu

Evlerde kullanılan dört diyotlu ve düzleyici kondansatörlü bir doğrultucu

Köprü tipi tam dalga doğrultmaç devresi diye de geçen bu devre AC'yi en iyi şekilde DC'ye dönüştüren devre olduğundan çok sık kullanılır ve her türlü elektronik aygıtın beslenme katında karşımıza çıkar.

Tepe kaybı

Tam dalga doğrultucularının önemli noktalarından biri giriş tepe voltajından çıkış tepe voltajına olan kayıptır. Bir diyot köprü devresindeki bu kaybın nedeni 0.7 volt civarında olan diyot eşik gerilimidir.Çıkış tepe değeri bu miktara eşit olan değer kadar giriş tepe değerinden düşük olur. Aynı zamanda diyotlar bu gerilimin altındaki değerlerde iletim yapmazlar dolayısıyla devre sadece her bir yarım döngünün bir kısmını geçirir bu da dalga formunu oluşturan kamburlar arasında sıfır gerilim parçalarının görülmesine neden olur.

Uygulamalar

Doğrultucuların ilk uygulamalarından biri genlik modülasyonlu radyo sinyallerinin bir diyot tarafından algılanmasıydı

Enerji iletimi

AC gerilimi basit bir transformatör tarafından bile kolaylıkla kontrol edilebildiğinden enerji iletiminde kullanılır. Yüksek gerilim enerji iletim hatları elektriği uzak mesafelere, indirgenmiş akım (ısı ve böylece enerji kayıpları azalmış olur) ile iletmek için kullanılır. Güç hedef noktaya vardığında indirgeme transformatörleri tarafından kontrol edilebilir gerilimlere düşürülür. DC gerilimi bir gerilim değerinden diğerine indirmek daha karmaşık bir yapı gerektirir. DC den DC ye gerilim çevirmenin bir yolu önce AC ye çevirip (evirici ismi verilen cihaz kullanılır) daha sonra bir transformatör ile gerilim değeri düşürülür ve son olarak DC ye doğrultma işlemi gerçekleştirilir. DC günlük yaşamda faydalanılan elektrik ve elektronik cihazların iç devrelerinde kullanılır. Bilgisayarlar, telefonlar, televizyonlar, saatler, sürekli aydınlatma vb. DC kullanacak şekilde tasarlanırlar.

Doğrultucu çıkışını düzleme

Yarım ve tam dalga doğrultucular DC çıkışının bir formunu üretmekte yeterli olsalar da hiçbirisi sabit DC gerilimi sağlayamaz. Doğrultulmuş AC kaynağından sabit DC elde etmek için bir düzleyici devre gereklidir. En basit şekliyle bunu gerçekleştirmek için bir depo sığaç ya da düzleyici sığaç doğrultucunun DC çıkışına konabilir. Buna rağmen hala bir miktar AC dalgacık kalacak ve elde edilen gerilim tamamen düz olmayacaktır.

Bu dalgacıklardan daha fazla kurtulmak için sığaç giriş filtresi kullanılabilir. Bu filtre bir choke ve ikinci bir filtre sığaç ile tümleşerek daha kararlı bir DC çıktı elde edilebilir. Choke akım dalgacıklarına yüksek bir empedans sunar.

Doğrultma Verimi

Doğrultma verimi bir doğrultucunun AC yi DC ye ne kadar verimli bir şekilde dönüştürdüğünü ölçer. DC çıkış gücünün AC giriş gücüne oranı olarak tanımlanır. Burada DC çıkış gücü ortalama akım ve gerilimin çarpımından ibarettir. Verimliliği hesaplamanın en kolay yolu $V_{DC}^{2} \over V_{AC}^{2}$ formülü ile verilebilir. Düzleme olmaksızın tam dalga doğrultucuların verimi $8 \over \pi ^{2}$ ya da %81, yarım dalga doğrultucuların ise $4 \over \pi ^{2}$ ya da %40.5 ‘ dir.

Özelleştirilmiş bir takım doğrultucular %90 verimin üstüne çıkabilmektedir.