Gerilim Bölücü Devre

 Devrelerimizi kurarken bazı noktalarda güç kaynağımızın geriliminden daha düşük bir gerilime ihtiyaç duyarız. İhtiyaç duyulan gerilimi elde etmek için gerilim bölücü devreleri kullanırız. Gerilim bölücü devre seri bağlı iki direnç arasından çıkarılan bir uç gibi basit bir devredir. Falstad circuit online simülasyon devreleri arasında hazır bir voltaj bölücü devre bulunuyor.

Devrede güç kaynağı 10V gerilime sahip. Seri bağlı her direnç arasında gerilim bölünmüştür. Pratik olarak seri bağlı aynı değerde iki direnç gerilimi yarıya bölerken, aynı değerde seri bağlı ikiden fazla direnç devresinde gerilim direnç sayısına bölünür ve ilk dirençten itibaren gerilim kademeli olarak bölünür. Bunu yukarıdaki devremizde seri bağlı dört dirençte görebilirsiniz.

Devremizin toplam direnci 10V ve aynı değerde dört direnç seri olarak bağlı.

10 / 4 = 2,5v Her direnç üzerinde sırayla düşecek voltaj değeridir.

10 - 2,5 = 7,5v Birini direncin çıkışındaki dolayısıyla ikinci direncin girişindeki gerilim değeri.

7,5 - 2,5 = 5v İkinci direncin çıkışı dolayısıyla üçüncü direncin girişindeki gerilim değeri.

5 - 2,5 = 2,5v Üçüncü direncin çıkışı ve dördüncü direncin girişindeki gerilim değeri.

Kalan 2,5v da dördüncü direncin üzerinde sonlanarak toprağa ulaşıyor.

Ancak böyle devrelerde (aynı değere sahip dirençli) gerilimi hesaplamak kolay ve pratiktir. Ancak devrelerimizi biz tasarlayacağımız için elde etmek istediğimiz gerilimi sağlamak için dirençleri hesaplamamız gerekir. Bu hesaplamayı nasıl yapacağımızı bir örnekle açıklayalım.

Örnek 1- Devrede pilimiz 9v ve gerilim bölücü devre ile 1v çıkış elde etmek istiyoruz. Direnç değerlerimizi hesaplayalım.

Böyle bir devre tasarımında  hemen şu aklımıza gelmeli. Birinci direnç üzerinde 8v gerilimi alıp çıkışta 1v'tu bir çıkış yani bir telle uç yapıp kalan 1v'u da uygun bir dirençle pilin eksi ucuna göndermektir. Bu işin kolay yolu. R1 8Ohm ve R2 1Ohm seçeriz ve 1v elde ederiz.

Bu pratik çözüm yolunda göz ardı edilen bir durum var. Devre üzerinde akan akım çevreci mi olmalı yoksa önemli değil mi? Tabii ki de çevreci olacak ve pilimizi hemen tüketmek istemiyoruz. O halde VIR formülümüzün eksik oyuncusu I akım değeri de bizim için önemli. VIR hesabına göre 9v bir pile bağlı 9Ohm toplam direnç 1A akım çekecektir. Bu da pilimizin kısa sürede tükenmesine veya enerji israfına sebep olacaktır. Ancak 1A akım değerinde güce ihtiyacınız varsa tasarruf göz ardı edilebilir. Dirençlerin değerini arttırarak akım değerlerini küçültebiliriz.

Bu devrede her iki direnci 10 kat daha arttırırsak devreden akan akımı 10 kat küçültürüz. Bu durumda 80 ve 10Ohm seri bağlı dirençlerle akım 100mA'e, 800 ve 100Ohm dirençlerle akım 10mA'e düşecektir. Ohm Kanunu benim VIRRR diye adlandırdığım formül bir nevi devrelerin üstüne şekillendiği temel diyebiliriz.

Bir voltaj bölücünün bilinen formülü aşağıdaki gibidir.

Vçıkış = R2 / (R1 + R2) x Vgiriş

Formülü aşağıdaki gibi de yazabiliriz.

Vçıkış = (Vgiriş x R2) / (R1 + R2)

Çok fazla teoriler içinde kalmak elektronik öğrenme hevesinizin kaybolmasına neden olabilir. Çok basit devreler olsa da bu devreleri gerçekte kurup ölçümler yapmak ve teorideki mantığı gerçekle karşılaştırmak ilginizi ve hevesinizi arttıracaktır. Keşfetmek güzeldir. Elinizde bulunan bir pil, iki direnç ve multimetrenizle voltaj bölücü devreyi hemen deneyin. Elinizde delikli deney kartının olması da şart değil. İki direnci bacaklarını kıvırarak birbirine bağlayın doğal bir Vçıkış elde edeceksiniz. Kalan iki ucu da pilinizin iki çıkışına bağlayın. Korkmayın dirençler kutuplu değildir. İstediğiniz gibi bağlayın. Ancak unutmayın elde etmek istediğiniz voltaja göre R1 artı kutuba, R2 eksi kutuba bağlı olmalı. Uçları pilinize bir izole bant ile yapıştırabilirsiniz. Direnç değerlerinizi yüksek tutun. Kilo Ohmlar seviyesinde olsun ki yüksek akımla pilinizi kısa sürede bitirmeyin.

Uygulama

Atölyemde dirençler arasında hemen gözüme çarpan 82kOhm ile 820kOhm dirençleri birbirine seri olarak bağladım. 

Pilimin artı ucuna önce 820kOhm direnç gelecek şekilde bağladım. Ölçü aletimde orta anahtarı 20v kısmına çevirdim. Dirençlerin ortasından çıkan uca kırmızı probu, pilin eksi ucuna siyah probu bağladım.

Ekranda okuduğum değer 0,85v 850mV. Formüle uyguladığımızda

Vçıkış = (Vgiriş x R2) / (R1 + R2)

Vçıkış = (9 x 82.000) / (82.000 + 820.000) = 738 / 902 = 0,82v 

Bu durumda pilimizin değeri 9 volttan biraz yüksek olmalı. Hatırlarsanız önceki yazılarımda pilimin gerçek değerinin 9,24v olduğunu söylemiştim. Bu durum şunu gösteriyor ki elektronikte gerçekle teoride farklılıklar her zaman olabilir. Ancak sonuç asla şaşmaz.

Daha sonra dirençleri tersine çevirerek yani pilin artı ucuna 82kOhmluk direnç gelecek şekilde bağladım. Aynı şekilde ölçüm yaptım.

Bu ölçümde ise gerilim bölücü devremin çıkışından 8,49v çıkış aldım. Formüle yerleştirirsek. Bu arada pili tekrar kontrol ettim ve pilim yüksüz devrede 9,24v.

Vçıkış = (Vgiriş x R2) / (R1 + R2)

Vçıkış = (9,24 x 820.000) / (82.000 + 820.000) = 7.938 / 902 = 8,40v değerlerimiz birbirine yakın.

Gerçek devre ile teori arasındaki küçük farkın sebepleri, pilin yükte farklı değer alması, dirençlerin %5 toleranslarıdır.