Elektronik dokuman V

TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU OTOMASYON ATÖLYESİ TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU ( V1 ) MEHMET TOSUNER 2013 1 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU ELEKTRONİK: Elektrik ve elektronik kelimelerini çoğunlukla beraber duyarsınız. Elektriğin neler içerdiğini bir önceki elektroteknik ünitesinde öğrendik. Peki Elektronik ne? Elektriğin aslında atomların son yörüngesinde dönen elektronların atomlar arası aynı yönde geçişi ile olduğunu öğrenmiştik. Bu elektronlar farklı madde atomlarında değişik davranışlar göstermektedir. Elektriğin, elektron bazında kontrolünün yapıldığı dala elektronik denir. Televizyonların, telefonların, bilgisayarların, evlerinizdeki melodili kapı zillerinin, otomobillerin kontrol ünitelerinin ve hobi robotlarının içlerinde elektronik elemanlarla yapılmış devreler vardır. Çok sayıda elektronik devre elemanı vardır. Bu elemanlardan gerek çalışma gerekse de yapı itibari ile birbirlerine benzeyenleri olduğu gibi çok farklı özelliklere sahip devre elemanları da bulunmaktadır. Bu ünitede biz kullanılan en temel elektronik devre elemanlarının çalışma prensibini, devreye nasıl bağlanacağını ve basit kontrollerini öğreneceğiz. Elektronik Devre Elemanları Direnç: Direnci bir önceki ünitede öğrenmiştik. Elektronik devrelerde direnç yandaki şekillerden herhangi biri ile gösterilmektedir. Burada dikdörtgen gösterimde şeklin içinin boş olmasına dikkat ediniz. Dikdörtgenin içi boyalı olması durumunda sembol bir dirence ait değil bobine ait olacaktır. Elektronikte en temel olarak iki tip dirençten bahsedebiliriz. Telli Dirençler: Vatlı direnç, taş direnç diye de anılırlar. Krom-Nikel, Nikel-Kadmiyum, Bakır-Nikel alaşımı veya direnç değeri çok yüksel metallerin tel haline getirilerek sarılması ve yalıtkan bir kılıf içerisine konması ile oluşur. ( Alaşım, bir metal elementin başka metaller ya da herhangi başka elementler ile homojen karışımıdır. ) Burada direnç içerisinden geçirilecek akım değerine göre telin kesiti belirlendikten sonra istenen direnç değerine göre telin uzunluğu belirlenir. Bu tip dirençler büyük güçlü uygulamalarda kullanılırlar. Bu noktada büyük güç kavramına bir açıklama getirmek faydalı olacaktır. Elektronikte kullanılan akım değerleri mA ve güç değerleri mW lar mertebesindedir. Elektronikte genellikle 2W ın üzerindeki değerler büyük güç olarak kabul edilir. Bu dirençler ise 1W tan başlayarak 8, 10, 16, 25, 40, 60W gibi güçlerde yapılmaktadır. Bu güç değerleri o direncin üzerinde oluşacak ısının, dirence zarar vermeyecek en büyük değeridir. Örneğin 20 Ω değerindeki bir direnç içerisinden 1A akım geçirildiğinde bu direnç üzerinde ısı şeklinde ortaya çıkacak güç: P = I 2 xR = 12 x 20 = 20W Olacaktır. Bu durumda direncin 25W lık seçilmesi uygun olacaktır. Bu dirençlerde içerideki tel dış kılıfla yalıtılmıştır ve dış kılıfları ısıya dayanıklı seramik malzemeden yapılmıştır. ( Taş direnç adını da bu seramik kılıftan dolayı almıştır. ) Büyük güçlü dirençlerde ise ısının daha kolay atılarak direnç hacminin küçültülmesi açısından direnç, tele temas etmeyen yalıtılmış alüminyum bir kılıf içerisine de konabilir. 2 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Direncin değeri ve gücü kılıf üzerine yazılmıştır. Karbon Dirençler: Adından da anlaşılacağı üzere karbondan yapılmıştır. Toz halindeki karbon ve reçinenin ısıtılarak eritilmesi yolu ile elde edilir. ¼, ½, 1, 2 W güçlerinde ve 0.1Ω - 22 MΩ aralığında standart değerlerde imal edilirler. Dış kılıf epoksi türevi yalıtkan bir maddeden yapılır. Karbon dirençlerin değeri üzerlerinde bulunan renkli halkalar ile belirlenir. Her renkli halka bant adını alır. Direnç renk kodları şu şekilde okunur: Bant renklerinin okunması direncin bir ucuna en yakın olan halkadan başlanır. 4 ve 5 bantlı dirençlere dikkatlice bakıldığında halkaların bir uca daha yakın olduğu çok net bir biçimde görülecektir. Direnç üzerindeki her halka renginin bir sayısal karşılığı vardır. Renk 1. band 2. band 3. band (çarpan) 4. band (tolerans) Isıl katsayısı 0 Siyah 0 0 ×10 Kahverengi 1 1 ×101 ±1% (F) 100 ppm 2 Kırmızı 2 2 ×10 ±2% (G) 50 ppm 3 Turuncu 3 3 ×10 15 ppm Sarı 4 4 ×104 25 ppm Yeşil 5 5 ×105 ±0.5% (D) Mavi 6 6 ×106 ±0.25% (C) Mor 7 7 ×107 ±0.1% (B) 8 Gri 8 8 ×10 ±0.05% (A) Beyaz 9 9 ×109 Altın ×0.1 ±5% (J) Gümüş ×0.01 ±10% (K) Boş ±20% (M) MEHMET TOSUNER 3 TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU 4 bantlı yani üzerinde 4 rengin olduğu dirençlerde 1. halka renginin sayı değeri, 2. halka renginin sayı değeri, 3. halka renginin çarpan değeri ve 4. halka renginin tolerans değeri alınır. Örnek direncimizin renkleri Sarı – Mor – Kırmızı – Gri şeklinde olsun bu direncimizin değeri şu şekilde hesaplanır. Sarı – Mor – Kırmızı – Gümüş → Sayı – Sayı – Çarpan – Tolerans Sarı – Mor – Kırmızı – Gümüş → Sarı ( 4 ) – Mor ( 7 ) – Kırmızı (102 = 100 ) – Gümüş ( ±10% ) Çarpanın 102 = 100 olması sayı değerinin yanına iki sıfırın atılması anlamına gelir. Bu direncin değeri: 4700 Ω ( 4,7 KΩ) dir ve toleransı ±10% dır Toleransı ±10% olması bu direncin değerinin 4230 ( 4700x0,9 ) - 5170 ( 4700x1,1 ) aralığında herhangi bir değerde olabileceği gösterir. 5 bantlı yani üzerinde 5 rengin olduğu dirençlerde 1. halka renginin sayı değeri, 2. halka renginin sayı değeri, 3. halka renginin sayı değeri, 4. halka renginin çarpan değeri ve 5. halka renginin tolerans değeri alınır. Örnek direncimizin renkleri Mavi – Gri – Siyah – Kırmızı - Altın şeklinde olsun bu direncimizin değeri şu şekilde hesaplanır. Mavi – Gri – Siyah – Kırmızı – Altın → Sayı – Sayı – Sayı – Çarpan – Tolerans Mavi – Gri – Siyah – Kırmızı – Altın → Mavi ( 6 ) – Gri ( 8 ) – Siyah ( 0 ) – Kırmızı (102 = 100 ) – Altın ( ±5% ) Bu direncin değeri: 68000 Ω ( 68 KΩ) dir ve toleransı ±5% dır Toleransı ±5% olması bu direncin değerinin 64600 ( 68000x0,95 ) - 71400 ( 68000x1,05 ) aralığında herhangi bir değerde olabileceği gösterir. 6 bantlı dirençler 5 bantlı dirençlerin sonuna direncin ısıl katsayısı konmuş halidir. O Örneğin ısıl katsayısı Kahverengi (100 ppm ) olan bir dirençte sıcaklığın her 1 C artışında direnç değeri -6 -6 100x1.10 = 0,0001 Ω azalmaktadır. (1ppm = 10 ) Direnç üzerindeki bant sayısı artması direnç değerinin daha küçük aralıklar ile seçilebilmesine olanak sağlamaktadır. Örneğin 105KΩ luk bir direnci 4 renk bandı ile değerlendirmeye çalışırsak; Kahve ( 1 ) – Siyah ( 0 ) – Sarı (104 = 10000 ) = 100 000 =100 KΩ Kahve ( 1 ) – Kahve ( 1 ) – Sarı (104 = 10000 ) = 110 000 =110 KΩ Gibi hatalı değerlendirmeler yapmış oluruz. 5 renk bandı ile değerlendirildiğinde; Kahve ( 1 ) – Siyah ( 0 ) – Yeşil ( 5 ) - Turuncu (103 = 1000 ) = 105 000 =105 KΩ Doğru değerlendirme yapılacaktır. Direnç renk kodlarının ezberlenmesinde SoKaKTa SaYaMaM GiBi tekerlemesinin sessiz harfleri kullanılabilir. Sessiz harfler sırası ile bize: “Siyah - Kahverengi - Kırmızı - Turuncu - Sarı - Yeşil - Mavi - Mor Gri – Beyaz” renklerini hatırlatmaktadır. Sayı değerleri de yine bu sıra ile “1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 - 8 - 9” şeklinde olmaktadır. Direnç renk kodlarına ait örnekler: 4 Bantlı Dirençler Sayı – Sayı = Mor (7), Yeşil (5) 1 Çarpan = Kahverengi (10 ) Tolerans = Altın (%5) Direnç değeri = 75x101 = 750 Ω Sayı – Sayı = Kahverengi (1), Siyah (0) 1 Çarpan = Kahverengi (10 ) Tolerans = Gümüş (%10) Direnç değeri = 10x101 = 100 Ω Sayı – Sayı = Beyaz (9), Kahverengi (1) Çarpan = Sarı (104) Tolerans = Altın (%5) Direnç değeri = 91x104 = 910 KΩ MEHMET TOSUNER 4 TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Sayı – Sayı = Kahverengi (1), Gri (8) Çarpan = Kırmızı (102) Tolerans = Altın (%5) Direnç değeri = 18x102 = 1.8 KΩ Sayı – Sayı = Kırmızı (2), Kırmızı (2) Çarpan = Sarı (104) Tolerans = Altın (%5) Direnç değeri = 22x104 = 220 KΩ 5 Bantlı Dirençler Sayı – Sayı - Sayı = Kahverengi (1), Siyah (0), Siyah (0) Çarpan = Kahverengi (101) Tolerans = Kahverengi (%1) Direnç değeri = 100x101 = 1 KΩ Sayı – Sayı - Sayı = Turuncu (3), Turuncu (3), Kırmızı (2) Çarpan = Kırmızı (102) Tolerans = Kahverengi (%1) Direnç değeri = 332x102 = 33.2 KΩ Sayı – Sayı - Sayı = Mavi (6), Gri (8), Kahverengi (1) Çarpan = Turuncu (103) Tolerans = Kahverengi (%1) Direnç değeri = 681x103 = 681 KΩ 6 Bantlı Dirençler Sayı – Sayı - Sayı = Kahverengi (1), Siyah (0), Siyah (0) Çarpan = Gümüş (0.01) Tolerans = Kırmızı (%2) Sıcaklık katsayısı = Kahverengi (100 ppm) -2 Direnç değeri = 100x10 = 1 Ω Üretici şirketlere göre bazı küçük değişiklikler olsa da karbon dirençlerin standart değerleri şu şekilde verilebilir: 1R0 1R2 1R5 2R2 2R7 3R3 3R9 4R7 5R6 6R2 6R8 7R5 8R2 9R1 10R 11R 12R 13R 15R 16R 18R 20R 22R 24R 27R 30R 33R 36R 39R 43R 47R 51R 56R 62R 68R 75R 82R 91R 100R 110R 120R 130R 150R 160R 180R 200R 220R 240R 270R 300R 330R 360R 390R 430R 470R 510R 560R 620R 680R 750R 820R 910R 1k 1k1 1k2 1k3 1k5 1k6 1k8 2k0 2k2 2k4 2k7 3k 3k3 3k6 3k9 4k3 4k7 5k1 5k6 6k2 6k8 7k5 8k2 9k1 10k 11k 12k 13k 15k 16k 18k 20k 22k 24k 27k 30k 33k 36k 39k 43k 47k 51k 56k 62k 68k 75k 82k 91k 100k 110k 120k 130k 150k 160k 180k 200k 220k 240k 270k 300k 330k 360k 390k 430k 470k 510k 560k 620k 680k 750k 820k 910k 1M 5 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Karbon direnç ailesinden olan bir diğer dirençte SMD dirençtir. ( İngilizce Surface Mount Device - Yüzeye Monte Edilebilen Eleman kelimelerinin kısaltmasıdır. ) Bu dirençler boyutları küçük elektronik devreler için tasarlanmış tel bacakları olmayan küçük yapıda dirençler olup elektronik devre yüzeyine direk montaj edilirler. Bu dirençler üzerinde renk kodları olmayıp üzerindeki sayılar ile değeri bulunur. Şekildeki direncin ilk iki sayının sayısal değeri 3. sayının ise çarpan değeri kullanılır. Üzerinde 472 yazan bu direncin değeri: 42x102 = 42x100 Ω = 4700Ω = 4.7 KΩ dur. SMD Direnç değerlerinin okunmasına birkaç örnek: 103 = 10 × 1,000 Ω = 10 KΩ 392 = 39 × 100 Ω = 3.9 KΩ 563 = 56 × 1,000 Ω = 56 KΩ 105 = 10 × 100,000 Ω = 1 MΩ 390 = 39 × 1 Ω = 39Ω 470 = 47 × 1 Ω = 47Ω 4R7 = 4.7Ω Bazı SMD dirençlerde 4 sayı vardır. Bu sayıların ilk 3 tanesi sayısal değeri 4. çarpan değerini verir. 4992 = 499 x 100 = 49.9 KΩ 1623 = 162 x 1,000 = 162KΩ 0R56 (R56) = 0.56Ω DİKKAT karıştırılmaması gereken noktalar: 330 = 33Ω dur yanlışlıkla 330Ω olarak değerlendirmeyiniz 1000 = 100Ω dur yanlışlıkla 1000 Ω olarak değerlendirmeyiniz EIA-96 kodlama sisteminde SMD direnç değerleri şu şekilde değerlendirilir: 1% Kod Değer Kod Değer Kod Değer Kod Değer Kod Değer Kod Değer 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 100 102 105 107 110 113 115 118 121 124 127 130 133 137 140 143 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 147 150 154 158 162 165 169 174 178 182 187 191 196 200 205 210 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 215 221 226 232 237 243 249 255 261 267 274 280 287 294 301 309 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 316 324 332 340 348 357 365 374 383 392 402 412 422 432 442 453 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 464 475 487 499 511 523 536 549 562 576 590 604 619 634 649 665 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 681 698 715 732 750 768 787 806 825 845 866 887 909 931 953 976 6 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU 2% Kod Değer Kod Değer 1 100 13 330 2 110 14 360 3 120 15 390 4 130 16 430 5 150 17 470 6 160 18 510 7 180 19 560 8 200 20 620 9 220 21 680 10 240 22 750 11 270 23 820 12 300 24 910 5% Kod Değer Kod Değer 25 100 37 330 26 110 38 360 27 120 39 390 28 130 40 430 29 150 41 470 30 160 42 510 31 180 43 560 32 200 44 620 33 220 45 680 34 240 46 750 35 270 47 820 36 300 48 910 Harf F E D C B A X veya R Y veya S Çarpan 100000 10000 1000 100 10 1 0.1 0.01 Toleransın %1 olduğu dirençlerde ilk iki değer sayı üçüncüsü harftir ve karşılıkları ilgili tablolardan bulunur. 22A = 165Ω 68C = 49900Ω (49.9KΩ) 43E = 2740000Ω (2.74MΩ) Toleransın %2 ve %5 olduğu dirençlerde ilk harf çarpan diğer iki değer sayıdır karşılıkları ilgili tablolardan bulunur. C31 = 18000Ω (18KΩ) Tolerans 5% D18 = 510000Ω (510KΩ) Tolerans 2% Elektronik devre şemalarında genellikle dirençlerin değerleri yanlarına yazılır veya devre üzerinde dirençlere R1, R2, R3 gibi etiketler verilerek bu dirençlerin değerleri liste halinde devre şeması ile birlikte verilir. Şema üzerinde güç değeri belirtilmediği sürece direnç 0,25W ( Çeyrek vat ) kullanılır. 7 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Karbon dirençlerde direnç değerinden başka direnç gücünden de bahsedilebilir. Telli dirençler kadar büyük güçlerde imal edilmeseler de karbon dirençler ¼, ½, 1 ve 2 vat güçlerinde imal edilirler. ( ¼ çeyrek, ½ yarım vat olarak isimlendirilir. ) Elektronik devre şekillerinde eğer direnç güç değeri direncin yanına yazılmamış ise ¼ çeyrek vatlık dirençler kullanılır. Güçlerine göre direnç boyutları Dirençleri içerisindeki maddeye göre ( Yapım şekline göre ) Telli ve karbon dirençler olarak temelde iki başlığa ayırdık fakat dirençler diğer özellikleri ile de sınıflandırılabilirler. Ayarlı Dirençler : Direnç değerinin elle ( manuel olarak ) değiştirilmesi istenen yerlerde ayarlı dirençler kullanılır. Bilgisayarınızın hoparlörünün sesini kıstığınızda aslında ayarlı bir direncin, direnç değerini değiştirmiş olursunuz. Ayarlı dirençlerin üç ucu bulunur ve bu uçlardan ikisi direncin baş ve son noktalarıdır. Üçüncü uç ise direnç üzerine temaslı ve gezebilen uçtur. Ayarlı direncin kolunun hareketi ile bu gezer uç, direnç üzerinde hareket eder ve bulunduğu noktanın baş veya son uca göre direnç boyu ile orantılı olarak direnç değeri de değişir. Gezer uç sabit bir uca yaklaştırıldığında boyu kısalacağı için direnç değeri küçülecek, bu sabit uçtan uzaklaştırıldıkça boyu uzayacağı için direnç değeri de büyüyecektir. Ayarlı dirençlerin genel sembolü ( Ra=Ayarlanan direnç değeri ) Örneğin değeri 100 Ω olan bir ayarlı direnç 0-100 Ω arasında istenen bir değere ayarlanabilmektedir. Direnç kolunun hareketi dairesel veya doğrusal olabilir. Ayarlı dirençlerde yine telli direnç veya karbon direnç şeklinde yapılırlar. Telli ayarlı Direnç ( Reosta ): Direnci yüksek bir telin ısıya dayanıklı bir zemin üzerine sarılması ve hareketli ucun bu sarımın üzerinde ilerletilmesi ile oluşturulmuştur. Büyük akım değerine sahip devrelerde kullanılırlar. 8 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Karbon ayarlı Direnç ( Potansiyometre ve Trimpot ): Direnç değeri karbon direnç üzerinde gezdirilen hareketli uç ile değiştirilir. Küçük akım değerlerinde ( mA ler mertebesinde ) kullanılırlar. Direnç değerinin çok sık değiştirilmesi istenen yerlerde ayarlı karbon direncin ayar ucu bir mil veya sürgü kolu şeklinde dışarı çıkarılmıştır. ( Dairesel hareketle ayarlananlarda mil, lineer hareketle ayarlananlarda sürgü kolu. ) Bu tip karbon ayarlı Dirençler Potansiyometre adını alırlar. Çıkarılan bu uç sayesinde direnç değeri istenildiği zaman kolayca değiştirilebilir. Ayrıca istenildiği taktirde potansiyometre ile devre arasındaki bağlantılar iletkenler ile sağlanarak potansiyometre devreden bağımsız olarak bulunduğu kutunun yüzeyine de montaj yapılabilir. Potansiyometre Potansiyometre uçlarının kablo aracılığı ile devreye bağlanması Potansiyometrenin kutu üzerine montajı Ayrıca bir skala vasıtası ile ayar değeri kontrol edilebilir. Direnç değerinin çok nadir değiştirildiği yerlerde, örneğin devrenin ilk yapılışında veya sonradan yapılacak kalibrasyonlarda direnç değeri ayarlanan devrelerde karbon ayarlı direnç olarak trimpot kullanılır. Trimpot temel yapı olarak potansiyometre ile aynıdır. Fakat trimpotta ayar trimpot üzerindeki vida yuvasıyla yapılır. Trimpot uçları ( ayakları ) direk olarak devre üzerine bağlıdır. ( Lehimlidir. Lehimleme işleminin nasıl olduğu uygulamalar kısmında anlatılacaktır. ) Trimpotun direnç değeri; üzerindeki yuvaya uygun bir tornavida vasıtası ile sağa sola çevrilmesi sureti ile ayarlanır. Bu çevirme sırasında trimpotların yapılarının narin olduğu unutulmamalı ve aşırı zorlanmamalıdır. Devre şemasında verilen ayarlı direncin potansiyometre mi yoksa trimpot mu olduğunu sembollerinden ayırırız. Potansiyometre sembolü Trimpot sembolü 9 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Potansiyometrelerde ve trimpotlarda çoğunlukla hareket miktarı ile direnç değerinin değişimi doğru orantılıdır. Bu tip ayarlı dirençlere lineer denir. Fakat ses amfileri gibi bazı devrelerde bu orantının logaritmik ( üstel ) olması istenebilir bu tip ayarlı dirençlere ise logaritmik adı verilir. Bazı devrelerde potansiyometre veya trimpotun aynı anda iki farklı devre parçasında ayarlama yapması istenir. Bu devrelerde aynı ayar milinden hareket alan üst üste iki ayarlı direnç kullanılır ki bu tip potansiyometre veya trimpotlara da stero denir. Foto Direnç : Üzerine düşen ışık şiddeti ile direnci değişen elemandır. Foto dirençlerin devre üzerinde gösteriminde iki farklı sembol kullanılabilir. Bu sembollerin her ikisi de foto direnç anlamına gelmektedir. Foto direncin, direnç değeri ışık şiddeti ile ters orantılıdır. Foto direnç karanlık ortamda iken direnci en büyük değerdedir ( MΩ mertebesinde ). Foto direncin üzerine düşen ışık miktarı arttıkça direnci en küçük değerine düşer ( Ω mertebesine ). Foto dirençler CdS (kadmiyum sülfür), CdSe (kadmiyum selinür) gibi ışığa duyarlı maddelerden yapılırlar. Yandaki grafikte bir foto direncin değerinin ışıkla nasıl değiştiği görülmektedir. 10 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Bu elemanlar LDR ( Light Dependet Resistance ) veya göz olarak da isimlendirilirler. Hava karardığında otomatik yanan sokak lambaları gibi ışığa duyarlı elektronik devrelerde kullanılırlar. Apartmanların merdiven boşluklarında kullanılan lambaları örnek verebiliriz. Foto direnç eleman Aşağıdaki resimde ışık kaynağı olan ledden çıkan ışık LDR üzerine düşmekte ve LDR nin direncinin küçük olmasını sağlamaktadır. Eğer bu ışık bir nedenle kesilecek olursa LDR ışık alamayacak ve direnç değeri yükselecektir. Yine benzer şekilde ledden çıkan ışık parlak bir cisimden yansıtıldığında LDR üzerine düşerek LDR nin direncinin küçük olmasını sağlamaktadır. Eğer bu cisim mat olacak olursa yansıyan ışık miktarı azalacak ve LDR nin direncinin büyümesi sağlanacaktır. Her iki sistemde de LDR nin bağlı olduğu elektronik devre ile istenilen işlem yaptırılabilmektedir. 11 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Her üretici şirket için ürün kodları farklı olsa da genel olarak LDR direnç değerlerini şu şekilde verebiliriz: Aydınlık Karanlık direnç değeri ( 10 Lüks ışık değeri ( MΩ ) için ) direnç değeri ( KΩ ) 5-10 0.5 10-20 1 20-30 2 30-50 3 50-100 5 100-200 10 Aydınlatma araçlarına göre ışık şiddetleri Aydınlatma aracı Işık şiddeti ( Lüks ) Ay ışığı 0.1 60W ampul 50 Floresan aydınlatma 500 Parlak güneş ışığı 30.000 Termistör: Bulunduğu ortamın sıcaklığı ile direnci değişen devre elemanıdır. Oksitlenmiş manganez, nikel, bakır veya kobaltın karışımından yapılır. NTC ve PTC olmak üzere iki tipi vardır. NTC: Negatif sıcaklık katsayılı dirençtir yani ısısı arttıkça direnç değeri düşer. NTC nin sembolü PTC: Pozitif sıcaklık katsayılı dirençtir yari ısısı arttıkça direnç değeri de artar. PTC nin sembolü Elektrik motorlarının ısı artışına bağlı korunmasında termistörler kullanılır NTC ve PTC nin ısıyla direnç değerinin değişimi. 12 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Termistörler, elektronik termostatlar gibi sıcaklığa bağlı çalışan devrelerde kullanılırlar. VARİSTÖR: Uçlarına uygulanan voltaj değerine bağlı olarak, direnci değişen elemandır ( Voltage Dependent Resistor ). Yapısı, esasta, silikon karpit veya titanyum oksit gibi maddelerin, çoğunlukta disk biçiminde preslenmemesi suretiyle elde edilir. Bağlantı terminalleri, diske bağlanarak, dışı plastik malzeme ile kaplanır. Gerilim değeri çalışma voltajını geçtiğinde direnci hızlı bir şekilde düşerek akım çekmeye başlar. Genellikle elektronik sistemlerin girişine paralel takılarak aşırı gerilimlerde devreye girmesi ve gerilimin daha da yükselmemesi amaçlanır. Etiket tip 1 : Katalog numarası üzerinde yazılıdır. Varistör kataloglarından ilgili numara seçilerek, elektriksel ve fiziksel değerler elde edilir. Etiket tip 2 : Üzerinde renkli bantlar vardır. Direnç renk kod’unda olduğu gibi her renk bir rakamı gösterir. Örneğin : Turuncu = 3, Kahve = 1, Siyah = 0'dır. Bant renkleri yukarıdan aşağıya; turuncu+kahve+siyah ise, bu varistör ilgili kataloglardan 310 tipi olarak bulunarak, elektriksel ve fiziksel özellikleri elde edilir. Varistör, devreye, iki yönde de bağlanabilir. Diğer bir ifade ile her iki yönde aynı elektriksel özellikleri gösterir. Bağlı olduğu devrede uçlarına gelen yüksek voltaj pikleri varistör üzerinden geçirilerek yok edilmeye çalışılır. Bu akım geçişi varistörü ısıtır. Bu piklerin sayısının artması yada yüksek değerli olması durumunda varistör bu ısıya dayanamaz ve delinir. Delinmesi durumunda çoğunlukla kısa devre olur ve sigortayı attırır. 13 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Kondansatörler: Elektroteknik ünitesinde kondansatörlerin elektrik enerjisini ( Elektrik yüklerini ) depo eden devre elemanları olduklarını görmüştük. Elektronikte de kondansatörler elektrik yüklerinin depolanması ve depolanan enerjinin kullanılması, şarj ve deşarj sürelerinden yararlanılarak zaman gecikmesi oluşturulması gibi birçok işlemin yapılmasında kullanılırlar. Kondansatörleri gerilim polaritelerine göre kutuplu ve kutupsuz diye ikiye ayırabiliriz. Kutuplu kondansatörlerde + ve – yüklenecek levhalar bellidir ve kondansatörün devreye bağlanması sırasında bu polariteye uygun bağlanması gerekmektedir. Ters polaritede bağlanması durumunda ise kondansatör zarar görecektir. Bu nedenle kutuplu kondansatörler sadece doğru akım devrelerinde kullanılabilirler. Kutupsuz kondansatörlerde ise herhangi bir polarite bulunmaz bu nedenle kutupsuz kondansatörler hem doğru hem de alternatif akımda kullanılabilirler. Kutuplu kondansatör sembolü ( Bu sembollerin herhangi biri ile gösterilir ) Kutupsuz kondansatör sembolü Kutuplu kondansatörün üzerinde genellikle – bacağı gösteren bir işaret bulunur ve bu işaretin gösterdiği bacak devre üzerinde kaynağın – ucuna bağlanır. Kutupsuz kondansatörlerde ise böyle bir işaret yoktur. Kondansatörlerin kapasite, gerilim gibi değerleri kondansatör üzerinde yazılı olabileceği gibi küçük kondansatörlerde yüzey küçük olduğu için kodlanmıştır. Kutuplu kondansatör Kutupsuz kondansatör Şekildeki kondansatörün kapasitesinin 470µF ve çalışma geriliminin 25V olduğu üzerinde yazmaktadır. Bu şekildeki kondansatörde ise kondansatör kapasite değeri sayılar ile kodlanmıştır. Bu kodlamanın okunmasına ait örnekler aşağıda verilmiştir. 102 : 1000 pF : 1nF 5p6 : 5,6 pF 68p : 68 pF 393 : 39000 pF : 39 nF 621 : 620 pF 1n8 : 1,8 nF 470n : 470nF : 0,47 μF .033 : 0,033 μF p68 : 0,68 pF n22 : 0.22 nF : 220 pF 14 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU 0.1p 0p1 8.2p 8p2 470p 470 veya 471 10n 103 0.22p 0p22 10p 10 veya 10p 560p 560 veya 561 22n 223 0.47p 0p47 22p 22 veya 22p 820p 820 veya 821 47n 473 1.0p 1p0 47p 47 veya 47p 1,000p (1n) 102 100n 104 2.2p 2p2 56p 56 veya 56p 2200p (2n2) 222 220n 224 4.7p 4p7 100p 100 veya 101 4700p (4n7) 472 470n 474 5.6p 5p6 220p 220 veya 221 8200p (8n2) 822 1u Tölerans Kod ±5% J ±20% M Tölerans Kod ±10% K ±2% Üzerinde renk kodları olan kutupsuz kondansatörlerin okunması: Okuma kondansatörün üstünden altına doğru yapılır. En alt gövde rengi çalışma gerilimini verir, kırmızı 250V, sarı 400V G Tölerans Kod ±1% F ±0.5% Renk D 105 Tölerans Kod ±0.25% C ±0.1% B 1. sayı 2. sayı 3. çarpan 4. tolerans Siyah 0 0 x1 ± 20% Kahverengi 1 1 x10 ± 1% Kırmızı 2 2 x100 ± 2% Turuncu 3 3 x1,000 ± 3% Sarı 4 4 x10,000 ± 4% Yeşil 5 5 ± 5% Mavi 6 6 x100,000 x1,000,00 0 Mor 7 7 Gri 8 8 x0.01 +80%,-20% Beyaz 9 9 x0.1 ± 10% Altın x0.1 ± 5% Gümüş x0.01 ± 10% Dirençlerde olduğu gibi kondansatörlerinde kapasite değerinin değiştirilmesi ( Ayarlanması ) istenebilir. Bu durumda devrede kapasiteleri değişen ayarlı diğer adı ile varyabl kondansatörler kullanılır. Bu kondansatörde plakanın biri sabit diğeri hareketlidir. Hareketli plakalar sabit plakaların tam üzerine getirilebilir veya üzerinden kaydırılabilir. Plakalar üst üste iken kapasite en büyüktür. Plakalar kaydırıldıkça kapasitede küçülecektir. Ayarlı kondansatör sembolü ( Bu sembollerin herhangi biri ile gösterilir ) Kondansatörlerin devre üzerinde kullanılması sırasında kondansatör üzerinde yazan gerilimin devre geriliminden büyük olması gereğidir. Aksi taktirde kondansatör dayanabileceği gerilimden daha yüksek bir gerilime maruz kalacak ve plakalar arası elektron geçişi diğer adı ile delinme meydana gelecektir. 15 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Yarı İletken : Elektrik akımını kolay ileten atomlara iletken, iletmeyen ( Zor ileten ) atomlara yalıtkan demekteyiz. Birde elektrik iletkenliği açısından ne tam bir iletken nede tam bir yalıtkan olan atomlar vardır. Bu atomlar ise yarı iletken olarak nitelendirilirler. Silisyum (si), germanyum (ge) ve karbon (ca) atomlarını buna örnek olarak gösterebiliriz. Bu yarı iletken atomlarının ortak özelliği son yörüngesinde 4 adet valans elektronu bulunmasıdır. Silisyum elektronik devre elemanlarında en çok kullanılan yarı iletkendir. Bu atomlar son yörüngesindeki 4 er adet valans elektronlarını ortak kullanacak şekilde kovelant bağ oluştururlar. Bu tip bir bağda atomlar arası elektron hareketini sağlamak (Elektrik akımı geçirmek) oldukça güçtür. Saf silisyum kovelant bağ içerisine 5 valans elektronuna sahip arsenik (As), fosfor (P), bizmut (Bi) gibi atomlar karıştırılacak olursa 4 valans elektronu, silisyumun 4 valans elektronu ile kovalent bağ oluşturur. Fakat 1 valans elektronu açıkta kalır. Bu açıkta kalan elektron iletkenliği artırır. Açıkta kalan bu elektrona serbest elektron denir. Bu tip maddelere N tipi madde adı verilir. 16 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Saf silisyum kovelant bağ içerisine 3 valans elektronuna sahip alüminyum (Al), bor (B) ve galyum (Ga) gibi atomlar karıştırılacak olursa 3 valans elektronu, silisyumun 3 valans elektronu ile ortak kovalent bağ oluşturur. Fakat silisyumun 1 valans elektronu ortak valans bağı oluşturamaz. Bu durumda 1 elektron noksanlığı meydana gelir. Buna “boşluk” veya “delik=hole” denir. Bu tip elektron almaya meyilli maddelere ise P tipi madde denir. Diyot : Üzerlerinden tek yönde akım geçiren devre elemanıdır. P ve N maddelerinin birleştirilmesinden oluşur. P ve N tipi maddelerin birleştirilmesi : P ve N maddesi şekildeki gibi birleştirildiğinde birleşim ( Jonksiyon ) noktasında N maddesindeki serbest elektronlar, P maddesinde fazla olan oyukları (boşluk=delik) doldurur. Birleşim noktasında oluşan bu yeni ve nötr kovelan bağ diğer elektronların olukları doldurmasını önleyen bir gerilim Seddi denen bölge oluşturur. Bu bölgenin geçilebilmesi için germanyum dan oluşan PN maddeye 0,3V silisyumdan oluşan PN maddeye 0,7V luk bir gerilim uygulanması gerekmektedir. 17 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Doğru polarite: Kaynağın negatif ucu N maddesine ( Katot olarak adlandırılır ), pozitif ucu ise P maddesine ( Anot olarak adlandırılır ) bağlanır. Kaynağın – polaritesi N maddedeki serbest elektronları birleşim ( jonksiyon ) bölgesine doğru iter. Yine benzer şekilde kaynağın + polaritesi P maddedeki oyukları birleşim bölgesine iter. Uygulanan gerilim yeterli seviyeye ulaşınca; N bölgesindeki elektronların ve P bölgesindeki oyukların engel bölgesini aşmasını sağlar. N bölgesinden ayrılan elektronların yerine kaynağın – polaritesi tarafından devamlı elektron sağlanır. Ters polarite: Kaynağın negatif ucu P maddesine ( Anot olarak adlandırılır ), pozitif ucu ise N maddesine ( Katot olarak adlandırılır ) bağlanır. Ters polaritede kaynağın negatif ucu, P maddedeki boşlukları kendine doğru çeker. Pozitif ucu ise N maddedeki elektronları kendine doğru çeker ve arada yalıtkan ( nötr ) bölge genişler. Ters polaritede diyot içerisinden bir elektron geçişi gerçekleşmez. PN maddelerin yönüne göre diyot sembolü PN maddesi Diyot sembolü ( Bu sembollerin herhangi biri ile gösterilir ) Diyotlar doğru polaritede ( Anot + / Katot - ) elektrik akımını geçiren, ters polaritede ( Anot - / Katot + ) elektrik akımını geçirmeyen devre elemanlarıdır. 18 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Çalışma gerilimleri, akımları gibi parametrelere bağlı olarak çok farklı kılıf ( gövde ) yapısında diyot bulunmaktadır. En çok kullanılan 1N4000 serisi diyotun anot + ve katot – bacakları yandaki şekilde verilmiştir. 19 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Ölçü aleti ile diyotun sağlamlık kontrolü: Bir diyotun sağlam olup olmadığını anlamak için ölçü aleti ile aşağıdaki ölçümler yapılmalıdır. Ölçü aleti Ω kademesinde en küçük değere yada ölçü aletinin özelliklerine göre diyot - buzzer kademesine alınır. Dijital ölçü aletlerinde: Dijital ölçü aletinin V-Ω ucu içerisindeki pilin + , COM ucu ise – polaritesine bağlıdır. Bu nedenle V-Ω ucuna bağlı kırmızı prop diyotun anot, COM ucuna bağlı siyah prop diyotun katot ucuna bağlandığında diyot doğru polaritede olduğu için ölçü aleti çok küçük bir direnç değeri ( Teorik olarak 0 Ω ) gösterir. Uçlar değiştirildiğinde ise V-Ω ucuna bağlı kırmızı prop diyotun katot, COM ucuna bağlı siyah prop diyotun anot ucuna bağlandığında diyot ters polaritede olduğu için açık devre .0L gösterir. Analog ölçü aletlerinde durum tersidir: Analog ölçü aletinin V-Ω ucuna bağlı kırmızı prop diyotun anot, COM ucuna bağlı siyah prop diyotun katot ucuna bağlandığında ölçü aleti çok büyük direnç ( Teorik olarak sonsuz ) gösterir. Uçlar değiştirildiğinde ise V-Ω ucuna bağlı kırmızı prop diyotun katot, COM ucuna bağlı siyah prop diyotun anot ucuna bağlandığında ölçü aleti çok küçük bir direnç değeri ( Teorik olarak 0 Ω ) gösterir. Yukarıdaki bilgi biraz kafa karıştırıcıdır. Bakımcılar diyotun sağlamlık kontrolünü yaparken ölçü aletinin iki ucu arasında diyotun iki ucunu değiştirerek ölçüm yaparlar. Ölçümün birinde yüksek direnç diğerinde düşük direnç okunursa diyot sağlamdır. Eğer her iki ölçümde düşük sayılabilecek direnç değeri ( MΩ dan küçük ) yada her iki ölçümde de yüksek sayılabilecek direnç değeri okunuyorsa diyot arızalıdır. Eğer diyotun üzeri kirlenmiş yada silinmiş ise anot-katot uçlarını bulmak için yukarıdaki bilgi kullanılabilir 20 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Serbest Döngü Diyotu: Kontaktör-röle, selenoid, motor gibi yüklerin transistör, triyak, tristör gibi yarı iletken elemanlar ile anahtarlandığı devrelerde serbest döngü diyotları kullanılır. Bir bobinde meydana gelen ters indüksiyon geriliminin değeri; V = - L( di ) dir dt ve akımdaki değişim ne kadar büyük olursa ( anahtarlama ne kadar hızlı olursa ) indüksiyon gerilimi o oranda yüksek olacaktır. Bobin devresinde kullanılan yarı iletken anahtarlama elemanı kesime gittiğinde bobin üzerindeki bu enerji yarı iletken anahtarlama elemanı üzerinden geçişini sürdürmek isteyecek ayrıca oluşan ters indüksiyon gerilimi yarı iletken eleman yalıtım geriliminin üzerine çıktığında delinmesine yani arızalanmasına neden olacaktır. Bu sorunu çözmek için endüktif yüklere kaynağa ters polaritede bağlanmış serbest döngü Diyotları kullanılır. Şekildeki devrede Transistör ( Yarı iletken anahtarlama elemanı ) iletimdeyken DC kaynak endüktif yük ( Bobin + Direnç ) üzerinden akım geçirir fakat Diyotdan ters polaritede olduğu için bir akım geçişi olmaz. Transistör kesime gittiğinde bobin üzerindeki enerji serbest döngü Diyodu üzerinden kısa devre olarak yine bobin üzerinde harcanacaktır. Karl Ferdinand Braun ( 1850 – 1918 ) Nobel Fizik Ödülü sahibi, Alman mucit ve fizikçi. Braun, radyo ve televizyon teknolojisinin gelişmesine önemli katkılarda bulundu ve Guglielmo Marconi ile 1909 Nobel Fizik Ödülü'nü paylaştı. 1897'de katot ışınlı tüpü ve katot ışınlı tüp osiloskobunu icat etti. Yüz yıl sonra yani günümüzde, CRT teknolojisi yavaş yavaş televizyon ve bilgisayar ekranlarında düz ekran teknolojisi (LCD, LED, Plazma gibi) ile yer değiştirdi. Radyonun gelişim sürecinde, telsiz telgraf ile de uğraştı. 1898'lerde, Kristal diyot doğrultucuyu icat etti. Sir John Ambrose Fleming ( 1849-1945) İngiliz elektrik mühendisi ve fizikçi. 1904 yılında ilk vakum tüpü diyotu icat etmiştir. Tüpler çeşitli boyutlarda metal, cam veya seramik kapsüllü elemanlardır. Tüplerin içindeki hava genellikle boşaltılmıştır. Bu sebepten tüplere boşluk (vakum) tüpü de denilir. Tüplerin yaygın olarak kullanıldığı dönemde, radyo alıcılarındaki cam tüplerin görünüşleri kullanıcılar tarafından lambaya benzetilmişti. Bu sebepten halk arasında tüpler, lamba olarak da bilinir. Diyotun iki terminali anot ve katottur. Katot ısıtıcı ile ısıtılır. Isınmış olan katottan anoda bir elektron akışı olması için katoda bir negatif gerilim uygulamak yeterlidir. Buna karşılık aynı gerilim ısıtılmamış olan anoda uygulandığında hiçbir elektron akışı olmaz. Bu sebepten, devreye alternatif akım uygulandığında, katottan anoda sadece dalganın negatif olduğu süre içinde elektron akışı olur. Doğrultma devreleri : Elektro teknik ünitesinde zamana bağlı olarak yönü değişen akıma alternatif akım. Zamana bağlı olarak yönü değişmeyen akıma doğru akım adını vermiştik. Özel elektronik devreler ile doğru akım alternatif akıma, alternatif akım doğru akıma dönüştürülebilir. Alternatif akımı, doğru akıma dönüştüren devrelere doğrultma devreleri adı verilir. Alternatif akım tam periyodu doğru akıma çevriliyorsa tam dalga, yarım periyodu doğru akıma çevriliyorsa yarım dalga doğrultma yapılmış denir. Hatırlatma: Alternatif akımda bir periyodun ilk yarısında ( + alternans ) akım kaynağın bir ucundan çıkıp yük üzerinden geçtikten sonra kaynağın diğer ucuna ulaşır. İkinci yarısında ise ( - alternans ) akımın kaynaktan çıktığı uç değişir, yani az önce dönüş yaptığı uçtan çıkar ve yüke gider. Kaynağın o an için akımın çıktığı ucu + polarite ile gösterilir. 21 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Yarım Dalga Doğrultma Devresi: Yarım dalga doğrultma devresinde seri bağlanmış bir adet diyot bulunur. Girişin + alternansında diyotun anot ucuna kaynağın + ucu, katot ucuna kaynağın – ucu ( Direnç üzerinden ) geleceği için diyot doğru polaritede olacak ve iletime geçerek üzerinden akım geçişine müsaade edecektir. Yani + alternans diyot çıkışındaki direnç üzerine uygulanmış olacaktır. – alternansta ise busefer kaynağın polaritesi değişecek ve diyotun anot ucuna kaynağın – ucu, katot ucuna kaynağın + ucu ( Direnç üzerinden ) geleceği için diyot ters polaritede olacak ve kesime gidecektir. Yani üzerinden akım geçişine müsaade etmeyecektir. Bu durumda – alternans diyot çıkışındaki direnç üzerine uygulanamayacaktır. Yarım dalga doğrultma devrelerinde giriş alternatif gerilimin sadece yarım periyodu ( + alternans ) çıkışa aktarılacaktır. Şekilden de görüleceği gibi çıkış gerilimi yön değiştirmediği için doğru akım olarak kabul edilse de tam bir doğru gerilimden oldukça uzaktır. Yarım dalga doğrultma devreleri bu kötü çıkış geriliminden dolayı pratik olarak kullanılmazlar. Bir fazlı yarım dalga doğrultma devresinde çıkış geriliminin değeri; Vor = Vm P Vef = Vm 2 220V 50Hz yarım dalga doğrultucunun çıkışındaki ortalama gerilim: Vm = Vef x1,41 = 220 x1,41 = 310V Vor = Vm 310 = = 98,7V P P 22 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Tam dalga doğrultma devresi : Tam dalga doğrultma devresi dört adet diyot ile yapılır. Girişin + alternansında D1 ve D2 diyotları doğru polaritede oldukları için iletime geçeceklerdir. Bu diyotların iletine geçmesi ile direnç üzerinden yönü yukarıdan aşağıda doğru olan bir akım geçecektir. D1 ve D2 diyotlarının doğru polaritede oldukları + alternansta, D3 ve D4 diyotları ters polaritede olacakları için kesimde olacaklar ve üzerlerinden herhangi bir akım geçişine müsaade etmeyeceklerdir. Girişin - alternansında bu sefer D3 ve D4 diyotları doğru polaritede oldukları için iletime geçeceklerdir. Bu diyotların iletine geçmesi ile direnç üzerinden yönü yine yukarıdan aşağıda doğru olan bir akım geçecektir. D3 ve D4 diyotlarının doğru polaritede oldukları – alternansta, D1 ve D2 diyotları ters polaritede olacakları için kesimde olacaklar ve üzerlerinden herhangi bir akım geçişine müsaade etmeyeceklerdir. Girişin + ve – alternanslarında diyotlar çift olarak devreye girerek çıkışa akım aktarmaktalar. Burada dikkat edilmesi gereken nokta her iki alternanstada çıkıştaki direnç üzerinden geçen akımın hep aynı yönde ( Yukarıdan aşağıya ) oluşudur. Dirençten geçen akımın yön değiştirmemesi nedeni ile çıkış gerilimine doğru bir gerilimdir diyebiliriz. Tam dalga doğrultmada elde edilen gerilim yarım dalga gerilime göre çok daha doğru gerilime yakındır. Tam dalga doğrultmada kullanılan dört adet diyotun yandaki şekilde verilen bağlantı yapısına köprü diyot adı verilir. Köprü diyot yapmak için dört adet ayrı ayrı diyot kullanılabileceği gibi bu bağlantının aynı kılıf içerisinde yapıldığı ve dışarıya sadece bağlantı uçlarının çıkarıldığı köprü diyot adındaki elemanlarda kullanılabilir. 23 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Yandaki resimde dört adet ayrı diyottan yapılmış köprü diyot görülmektedir. Yukarıdaki resimde ise tek bir kılıf içerisinde toplanmış köprü diyot ve diyotların kılıf içerisindeki bağlantıları gözükmektedir. Bir fazlı tam dalga doğrultma devresinde çıkış geriliminin değeri; Vor = 2Vm P Vef = Vm 2 220V 50Hz yarım dalga doğrultucunun çıkışındaki ortalama gerilim: Vm = Vef x1,41 = 220 x1,41 = 310V Vor = 2Vm 2 x 310 = = 197,4V P P DOĞRULTMA DEVRELERİNDE FİLTRELEME: Çıkış gerilimini doğru gerilime yaklaştırmak için doğrultma devrelerinde diyotlardan başka filtre elemanları kullanılır. Bu filtre elemanlarından en basit ve en çok kullanılanı kondansatördür. Şekildeki devrede çıkıştaki yüke paralel olarak bir adet kutuplu kondansatör bağlanmıştır. + alternasta diyot iletime geçecek ve yük üzerinden akım geçirecektir. Aynı zamanda kondansatörün üst ucu + alt ucu – olacak şekilde kaynak gerilimi değerinde şarj olacaktır. – alternansta diyot kesime gittiğinde kondansatör üzerinde şarj olan gerilim yük üzerinden deşarj olacaktır. ( Diyot kesimde olduğu için bu gerilim kaynak yönünde gidemeyecektir. ) Bu sayede diyot kesime gitse dahi aynı yönde yük üzerinden kondansatör bir miktar daha akım geçişini sürdürecektir. Kondansatörün kapasite değeri büyüdükçe depolayacağı enerji miktarı artacak buda çıkıştaki yük üzerinden geçireceği akım miktarı arttıracaktır.Yani kondansatör kapasite değeri büyüdükçe çıkıştan alınacak gerilim doğru akıma daha fazla benzetecektir. Tam dalga doğrultma devresinde ise filtrelemenin çıkışı çok daha düzgün bir doğru akıma yaklaştırdığı çok daha net bir şekilde görülebilmektedir. 24 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Yukarıda yapılan hesaplamalar doğrultucunun çıkışında filtreleme yapılmadığı durumlar içindir. En basit hali ile çıkışa bağlanacak bir kondansatör bu değerleri değiştirecektir. Çıkışta alınacak gerilimin değeri kondansatörün kapasitesine ve yükün değerine göre değişecektir. Bu nedenle doğrultucu çıkışlarının boşta ölçümü hatalı sonuçlar gösterecektir. Örneğin yarım dalga filtre olarak yüksek kapasiteli bir kondansatörün kullanıldığı doğrultucunun çıkışından yük olmadan voltmetre ile ölçümde Maksimum değere yakın bir değer okunacaktır. Çünkü kondansatör yarım periyotta çıkış alınca gerilimin tepe değeri ile şarj olacak ve çıkışta yük olmadığından deşarj olamayacak ve bu maksimum gerilim değerini koruyacaktır. Efektif değeri 220V olan bir şebekede bir fazlı yarım dalga yada tam dalga yüksek kapasiteli kondansatör ile filtrelenmiş doğrultucu çıkışında boşta ( Yük olmadan ) 220x1,41=310V a yakın bir değer ölçmek mümkündür. Bu nedenle diyotlu ve filtreli doğrultucuların çıkışlarında anma yükünde yada bu yüke yakın değerlerde ölçüm yapılmalıdır. ÜÇ FAZLI DOĞRULTMA DEVRELERİ : 3 FAZLI YARIM DALGA DOĞRULTMA Üç fazlı yarım dalga doğrultma devresinde çıkış geriliminin değeri; Vor = 3 3Vm 2P Vef = 0,84Vm Fazlar arası gerilim 380V 50Hz 3 fazlı yarım dalga doğrultucunun çıkışındaki ortalama gerilim: V fn = V ff 3 = 380 = 220V 3 Vm = Vef x1,41 = 220 x1,41 = 310V Vor = 3x 3 x 310 = 256V 2P 3 FAZLI TAM DALGA DOĞRULTMA Üç fazlı tam dalga doğrultma devresinde çıkış geriliminin değeri; Vor = 3Vm P Vef = 1,655Vm 25 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Fazlar arası gerilim 380V 50Hz 3 fazlı tam dalga doğrultucunun çıkışındaki ortalama gerilim: V fn = V ff 3 = 380 = 220V 3 Vm = Vef x1,41 = 220x1,41 = 310V Vor = 3x 310 = 296V P 3 fazlı tam dalga doğrultucunun çıkışından elde edilecek gerilimin grafiği şekildeki gibidir. Tam dalga doğrultmada eksi alternans diyotlar vasıtası ile artı altennansa taşındığı için elde edilen doğru gerilim artı ve eksi alternanslardaki gerilimleri toplamı olacaktır. Bu durumda doğru gerilim tepe değeri olarak 3Vm seviyesini görecektir. Fazlar arası gerilim 380V 50Hz 3 fazlı tam dalga doğrultucunun çıkışında 3Vm = 3 x 310 = 536V tepe değerine ulaşılacaktır. Bu doğrultucunun çıkışında kullanılacak filtreleme kondansatörleri bu değere uygun olmalıdır. Ayrıca yüksek değerli filtreleme kondansatör kullanılması durumunda üç fazlı doğrultucuların çıkışında girişten daha büyük gerilim değerleri elde etmek mümkün olmaktadır. En çok kullanılan diyotlar ve bu diyotlara ait akım gerilim değerleri tabloda verilmiştir. Bu tablodaki değerlerin okunmasına ait bir örnek verecek olursak; 1N4001 diyotunun üzerinden devamlı olarak geçirebileceği akım değeri 1A dir. Bu diyotun çalışacağı gerilim değeri 50 V tur. Eğer bu diyot doğrultma devresinde kullanılacak olursa doğrultulacak gerilimin maksimum değerinin 50V u aşmaması gerekmektedir. U ef = U m x0,707 = 50 x0,707 @ 35V (Maksimum ve efektif değer ile detaylı bilgi için elektroteknik ünitesine bakınız.) Yani 1N4001 diyotu ile en fazla 35 V lu alternatif akım doğrultulabilmektedir. Bu değerlerin üzerindeki akım ve gerilim değerlerinde ise diyot arızalanabilmektedir. Diyot arızalanmalarında diyot ya her iki polaritede de açık devre veya kısa devre olmaktadır. 26 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Zener Diyot: Doğru polaritede normal diyorlar gibi iletime geçerler ve üzerlerinden akım geçişine müsaade ederler. Ters polaritede ise zener gerilimine kadar üzerinden akım geçişine müsaade etmezler. Zener geriliminden daha büyük gerilimlerde ise ters polaritede iletime geçerek üzerinden akım geçirirler. Zener diyotlar elektronik devrelerde bu özelliliğinden dolayı zener gerilim değerinde gerilimi sabitlemek ( regüle etmek ) için kullanılırlar. Zener diyotlar gerilim sabitleyeceği devreye ters polaritede bağlanırlar. Zener diyot sembolü ( Bu sembollerin herhangi biri ile gösterilir ) Zener diyot Bu diyotların zener gerilimleri silisyum içerisine kayılan diğer katkı maddesinin miktarı ile ayarlanır. Şekildeki devrede köprü diyot çıkışına ters polaritede bağlanan zener diyot zener gerilimi olan 5V un üzerindeki gerilim değerlerinde iletime geçerek çıkış gerilimini 5V değerinde sabit tutmuştur. Giriş gerilimi 9-12,2 V aralığında değişen bir devrede 33Ω luk direnç üzerinde 6,2V sabit tutmak için gerekli zeneri hesaplayalım. Öncelikle 9V da zener olmadan çıkışta 6,2V elde edebilmek için seri bağlanması gereken direnç değerini hesaplayalım. U rs = 9 - 6,2 = 2,8V I= 6,2 = 0,188 A 33 Rs = 2,8 = 14,89 = 15W 0,188 15Ω giriş gerilimi 9V olduğu sürece çıkışta 6,2V gerilim sağlayacak ve zener devreye girmeyecektir. Gerilimin 12,2V a yükseldiğinde U s = 12,2 - 6,2 = 6V I= 6 = 0,4 A 15 0,4A in 0,188A IRL üzerinden geçeceği için I z = 0,4 - 0,188 = 0,212 A = 212mA 27 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Diyak: Diyak ters seri bağlı bir çift zenerden oluşmuştur diyebiliriz. Diyak kırılma gerilimine kadar üzerinden akım geçirmez. Kırılma geriliminin (24-36V) üzerindeki gerilimlerde kırılma geriliminin yaklaşık %80 ini tutarak çıkış verir diyağın tekrar kesime gidebilmesi için giriş geriliminin, diyakın kırılma geriliminin %80 inin altına düşmesi gerekir. Diyakın sağlamlık kontrolü: Diyakın ölçü aleti ile sağlamlık kontrolünde ölçü aleti her iki yönde yüksek direnç gösterecektir. ( Teorik olarak sonsuz ) Foto Diyot: Foto diyot kılıfları PN birleşim noktası dışarıdan ışık alacak şekilde şeffaf yapılmıştır. Foto diyot doğru polarite bağlandığında normal diyotlar gibi üzerinden akım geçişine müsaade eder. Ters polaritede ise PN birleşim yüzeyine düşen ışık miktarı ile orantılı akım geçirirler. Foto diyot sembolü ( Bu sembollerin herhangi biri ile gösterilir ) Foto diyot Foto diyot karanlık ortamda ters polaritede üzerinden akım geçişine müsaade etmez. Işık miktarı arttıkça diyot üzerinden geçen akımda bunla orantılı olarak artar. Foto diyotlar foto dirençler gibi ışığa bağlı çalışan devrelerde kullanılırlar. Buna örnek olarak çizgi izleyen robotları verebiliriz. Robot çizgi üzerinde gittiği sürece siyah çizgi ışık kaynağı olan ledden çıkan ışıkları foto diyota yansıtmayacak ve foto diyot üzerinden geçen akım miktarı küçük olacaktır. Robot çizgi üzerinden beyaz zemine çıktığında ise ledin ışıkları foto diyota yansıyacak ve diyottan geçen akım miktarını arttıracaktır. Buna bağlı olarak ilgili elektronik devre robotun tekrar çizgi üzerine dönmesini sağlayacaktır. 28 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Led Diyot: LED "Light Emitting Diode", Işık Yayan Diyot kelimelerinin kısaltmasıdır. Ledler ters polaritede üzerlerinden akım geçişine müsaade etmezken, doğru polaritede akım geçişine müsaade ederler ve bu akım geçişi sırasında led etrafına ışık yayar. Doğru polaritede enerji seviyeleri farklı elektron ve oyuklar birleşebilmek için enerjilerinin bir kısmını vermek zorundadırlar. Elektronlar bu enerjilerini ısı ve ışık biçiminde ortama verirler. Eğer diyot şeffaf bir plastik kılıfla kaplanırsa elektron oyuk birleşimi sırasında harcanan enerji ışık şeklinde ortama yayılır. Ledin rengini belirleyen yarıiletken madde içerisine katılan galyum, arsenit, alüminyum, fosfat, indiyum, nitrit gibi kimyasal maddelerdir. Led diyot sembolü ( Bu sembollerin herhangi biri ile gösterilir ) Ledler çok farklı kılıflarda üretilebilirler Yuvarlak led kılıfları 10-8-5-2mm çaplarında imal edilirler. Bunlar içerisinde en çok kullanılan led kılıfı 5mm olanıdır. Ayrıca son zamanlarda ledler şeritler halinde üretilerek dekoratif aydınlatmalar içinde kullanılmaktadır. 29 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Ledin bacaklarından hangisinin anot, hangisinin katot olduğunu bulabilmek için aşağıdaki noktalara dikkat edilir; Anot uzun bacak – Katot kısa bacak. Katot bacak tarafında kılıfta çentik var – Anot tarafında yok. Anot bayrağı küçük – Katot bayrağı büyük. Renklerine göre ledlerin çalışma gerilim aralıkları şu şekildedir: Kırmızı 1.63 ~ 2.03 V Yeşil 1.9 ~ 4.0 V Sarı 2.10 ~ 2.18 V Turuncu 2.03 ~ 2.10 V Mavi 2.48 ~ 3.7 V Menekşe 2.76 ~ 4.0 V Mor 2.48 ~ 3.7 V Beyaz = 3.5 V Morötesi (Ultraviyole ) 3.1 ~ 4.4 V Pratikte kabul edilen gerilim ve akım değerleri ise ; Kırmızı LED : ~1,8V - 15mA Sarı LED : ~2V - 15mA Yeşil LED : ~2,2V - 15mA Mavi LED : ~3V - 30mA Beyaz LED : ~3V - 30mA Bu gerilim değerlerinin üzerine çıkıldığında ise led bozulmaktadır. Devre gerilimimizin led geriliminden büyük olduğu durumlarda ledin önüne bir seri direnç bağlanarak led geriliminin üzerindeki gerilimin bu direnç üzerinde düşmesi sağlanır. Seri direnç bağlantısına ait örnekler: Kırmızı ledin 12V doğru akım devresine bağlanabilmesi için seri direncini hesaplayınız. Kırmızı ledin çalışma gerilimi 1,8V ve çalışma akımı 15mA dir. Direnç üzerinde düşecek gerilimin değeri =12 - 1,8 = 10,2 V Direnç içerisinden geçecek akım 15 mA ( 15.10-3 ) olacağına göre direncin değeri = 10,2 / 15.10-3 = 680 Ω -3 Direnç üzerindeki güç sarfiyatı = U x I = 10,2 x 15.10 = 0,153W çeyrek watlık ( 0,25W ) direnç yeterli olacaktır. Yeşil ledin 220V alternatif akım devresine bağlanabilmesi için seri direncini hesaplayınız. Yeşil ledin çalışma gerilimi 2,2V ve çalışma akımı 15mA dir. 220V efektif değerdir bu gerilimin maksimum değeri = 220 x 1,41 = 310,2V Direnç üzerinde düşecek gerilimin değeri 310,2 – 2,2 = 308V Direnç içerisinden geçecek akım 15 mA ( 15.10-3 ) olacağına göre direncin değeri = 308 / 15.10-3 = 20533Ω bu dirence en yakın standart direnç değeri 21K Ω Direnç üzerindeki güç sarfiyatı = U x I = 308 x 15.10-3 = 4,62W standart olan 5W direnç yeterli olacaktır. 30 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Çok renkli diyot : Aynı kılıf içerisine birbirinden farklı renkteki ledlerin yerleştirilmesi ile oluşurlar. Ortak anot veya ortak katotlu olabilirler. İstenilen renge ait ledler tek tek yakılabileceği gibi aynı anda birden fazla led yakılarak karışım renkleri elde edilebilir. 1 nolu bacak Mavi 2 nolu bacak Yeşil 3 nolu bacak Anot 4 nolu bacak Kırmızı Yedi parçalı gösterge ( seven segment displey ) : Sayısal elektronik uygulamalarında rakamları göstermek için kullanılırlar. 0-9 a kadar olan sayıları göstermek için yedi parça ledden oluşur. Displey kılıf içerisinde ledler ortak anotlu veya ortak katotlu bağlanabilirler. Kızılötesi (infrared) led: Gözle görülemeyen dalga boyunda ışık yayan led diyotlardır. Galyum arsenikten yapılmıştır. Televizyon kumandası ve gece görüşlü kameralarını kullanım alanlarına örnek verebiliriz. 31 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Transistörler: Transistör elektrik sinyallerinin yükselten veya elektronik olarak anahtarlama ( aç-kapa ) yapan devre elemanıdır. Çeşitli yapıda transistörler bulunmaktadır. BJT (Bipolar Jonksiyon Transistör), FET, MOSFET, UJT.. gibi. Bu transistörler içerisinde en çok kullanılanı BJT dir. BJT (Bipolar Jonksiyon Transistör - Çift kutuplu yüzey birleşimli transistör ): BJT ler P ve N maddelerinin PNP veya NPN şeklinde dizilimi ile yapılırlar. Her P ve N maddeden dışarıya bacaklar çıkarılmıştır ve bu bacaklar emiter, kollektör, beyz olarak isimlendirilirler. Transistörler doğru polaritede bağlandıklarında beyzden uygulanan akımla orantılı olarak emiter – kolektör arasından akım geçirirler. Beyz akımı ile emiter – kolektör akımları arasındaki orana beta akım kazanç katsayısı ( β ) adı verilir. Beyz bacağı transistorün kontrol bacağıdır. PN maddelerinin iki farklı dizilimi aynı zamanda bu transistörlerin tipini de vermektedir. NPN transistörler: Bu transistörlerin kolektör ucuna +, emiter ucuna – ve beyz ucuna + polarite uygulandığında transistör iletime geçerek kollektör-emiter uçları arasında akım geçirir. ( IC = β x IB ) PNP transistörler: Bu transistörlerin kolektör ucuna -, emiter ucuna + ve beyz ucuna - polarite uygulandığında transistör iletime geçerek emiter-kollektör uçları arasında akım geçirir. ( IC = β x IB ) 32 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Transistörün çalışma bölgeleri; kesim, doyum ve aktif bölge olarak adlandırılır. Kesim bölgesinde transistörün beyz bacağına herhangi bir polarite uygulanmaz ve beyz akımı 0 dır. Bu durumda transistör doğru polaritede bağlansa dahi iletime geçmez ve üzerinden akım geçirmez. ( IC = β x IB = β x 0 = 0 ). Aktif bölge transistörün yükselteç olarak kullanıldığı bölgedir ve beyz akımını beta akım kazanç katsayısı ( β ) kadar yükseltilerek emiter–kollektör bacakları arasından akım geçirilir. Bir noktadan sonra beyz akımı attırılsa da emiter-kollektör akımında bir artış olmaz bu nokta transistorün doyum noktasıdır ve transistörün emiter-kollektör bacakları bu noktadan sonra kapalı anahtarmış gibi davranır. Transistör kesimde Transistör doyumda Transistörlerin kesim ve doyum noktaları kullanılarak transistörler elektronik anahtarlama elemanı olarak kullanılırlar. Şekildeki devrede transistörün bacağına uygulanan küçük bir kare dalga gerilim ile bir ledin flaşör olarak yanıp sönmesi sağlanmıştır. Bu devrede başka bir devreden alınan 5V luk küçük bir gerilim ile transistör doyuma götürülmüş ve bacaklarına bağlı olan 12V luk röle çalıştırılmıştır. Transistör aktif bölgede çalışırken beyzine uygulanan giriş sinyalini yükselterek çıkışına vermektedir. 33 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Örnek : Beta akım kazanç katsayısı ( β ) 200 olan bir transistörde beyz akımı 100μA olması durumunda kolektörden geçen akımın değeri ne olacaktır. IC = β x IB = 200 x 100 = 20000μA = 20mA Transistörler plastik ve metal çok çeşitli kılıflarda imal edilirler. Küçük akımlı transistörler plastik kılıflarda yapılırken transistörün akım değeri büyüdükçe kılıf metal olarak yapılır. Ayrıca bu kılıflar üzerlerindeki ısıyı atmaları için alüminyum soğutuculara monte edilirler. Transistör kataloglarında transistörlerin tipi, akım, gerilim, beta akım kazanç katsayısı değerleri ve bacak isimleri verilir. Aşağıda örnek olarak çeşitli transistörlerin bacak isimlendirmeleri verilmiştir. BC237 BD139 2N3772 Transistörün sağlamlık kontrolü: Transistörün ölçü aleti ile sağlamlık kontrolünde ezberden uzak ve en anlaşılır şekli ile diyot eş değer devresi üzerinden diyot sağlamlık kontrolü yapıyormuşuz gibi düşünebiliriz. 34 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Örnek PNP transistör ölçümü Emiter –Kollektör arası her iki türlü ölçümde yüksek direnç gösterecektir. DARLİNGTON BAĞLANTI Darlington bağlantı aynı tür iki ya da üç BJT'nin birbirlerini sürmesi ile oluşturulan elektronik devre yapısıdır. Sidney Darlington tarafından 1953 yılında Bell Laboratuvarı'nda tasarlanmıştır. 1. transistörün emetör ucu, 2. transistörün beyz ucuna; 1. transistörün kolektör ucu, 2. transistörün kolektör ucuna bağlanır. Bu bağlantıda amaç yüksek akım kazanç katsayısı elde ederek küçük beyz akımları ile büyük emiter-kollektör akımlarını kontrol etmektir. Darlington bağlantıda akım kazancı, yaklaşık olarak her iki transistörün akım kazançları çarpımına eşittir. Örneğin 1. transistörün akım kazancı β1 = 50, 2. transistörün akım kazancı β2 = 80 ise Darlington bağlantının akım kazancı yaklaşık olarak β ~= β1 x β2 = 50 x 80 = 4000 'dir. Darlington bağlantı iki transistörü ayrı ayrı kullanarak yapılabileceği gibi, tek kılıf içerisinde hazır olarak sunulan darlington transitörlerde mevcuttur. William Bradford Shockley ( 1910 – 1989 ) ABD'li fizikçi ve mucittir. Shockley, John Bardeen ve Walter Houser Brattain ile birlikte transistörü icat etmiş ve 1956 Nobel Fizik Ödülü'nü kazanmalarını sağlamıştır. Shockley'in 1950-1960'larda yeni bir transistör tasarımını ticarileştirme girişimleri Kaliforniya'daki Silikon Vadisi'nin, elektronik yeniliklerin yuvası haline gelmesine yol açmıştır. Foto transistör: Foto transistörlerin beyz - kollektörün birleşim noktası dışarıdan ışık alacak şekilde şeffaf yapılmıştır. Kollektör ile emiter arasından geçen akım bu birleşim yüzeyine düşen ışık şiddeti ile orantılı olarak değişmektedir. Foto transistörlerde geçen akım miktarı beta akım kazanç katsayısı ile orantılı yükseldiği için akım değerleri foto diyotlara oranla çok daha yüksektir bu ise foto transistörlere bir avantaj sağlar. Foto transistörlerde beyz ucu üçüncü bacak olarak dışarıya çıkarılabilir bu durumda ışık alan mercek kapatılarak normal bir transistörmüş gibi kullanılabilir. Ama genellikle beyz ucu dışarıya çıkarılmadan iki bacaklı olarak imal edilirler ve kollektör-emiter akım kontrolü ışık şiddeti ile yapılır. Elektronik ev cihazlarının bir çoğunda alıcı olarak foto transistör kullanılmaktadır. Bu cihazların kontrolünde diğer ışık kaynakları ile karışmaması için kızılötesi ( infrared ) led ve foto transistör kullanılmaktadır. Foto transistör sembolü İki bacaklı foto transistör Üç bacaklı foto transistör 35 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Tristör ( SCR – Silikon Kontrollü Doğrultucu – Silicon Control Rectifier ) : Kontrollü bir diyottur diyebiliriz. Doğru polarmada yani Anod bacağına “+” Katod bacağına “-“ polarite bir gerilim verildiğinde iletime geçmek için Gate bacağından “+“ polaritede tetikleme gerilimi uygulanmasını bekler. Doğru polarite altında tetikleme verildiğinde iletime geçer ve kapalı bir anahtar gibi davranır. Bir kez iletime gittikten sonra Gate bacağından tetikleme gerilimi kesilse de iletimde kalmayı sürdürür. Kesime götürebilmek için üzerinden geçen akımın kesilmesi veya ters polaritede gerilim uygulanması gerekir. Ters polaritede ( Anot “-“ ve Katod “+” ) Gate bacağından tetikleme gerilimi verilse de iletime geçirilemez. . Tristörün sağlamlık kontrolü: Tristörün ölçü aleti ile sağlamlık kontrolünde; Dijital ölçü aletinin V-Ω ucuna bağlı kırmızı prop tristörün gate, COM ucuna bağlı siyah prop tristörün Katot ucuna bağlandığında ölçü aleti çok küçük bir direnç değeri ( Teorik olarak 0 Ω ) gösterir. Bunun dışındaki tüm ölçümlerde ölçü aleti çok büyük direnç ( Teorik olarak sonsuz ) gösterir. Triyak : Her iki polaritede de iletime geçebilen devre elemanıdır. İletime geçmesi için Gate bacağından A2 bacağına uygulanan gerilimle aynı polaritede bir tetikleme geriliminin verilmesi yeterlidir. Aynı polaritede kaldığı sürece tetikleme gerilimi kesilsede iletimde kalmayı sürdürür. Ters polaritede bir gerilim uygulandığında kesime gider ve iletime gitmek için tekrar Gate bacağından tetikleme gerilimi bekler. Bu çalışması ile Triyak ters paralel bağlı iki Tristöre benzetilebilir. Triyakın sağlamlık kontrolü: Triyakın sağlamlık kontrolünde A1-Gate uçları arasında ölçü aleti her iki yönde ölçümde düşük direnç ( Teorik olarak 0 Ω ), diğer tüm ölçümlerde yüksek direnç gösterecektir. ( Teorik olarak sonsuz ) Triyakla yapılan basit dimmer devresi: Bu devrede ayarlı direnç ( Potansiyometre ) ile triyakın iletim açısı yani triyakın periyotun hangi noktasında devreye gireceği ayarlanmaktadır. Triyakın iletimde olma zamanı büyütüp küçültülerek kontrol edilen gerilimin ortalama değeri yükseltilip küçültülebilmektedir. 36 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Mosfet : Alan etkili anahtarlama elemanı olarak da anılırlar. Bunun anlamı şudur; BJT ‘lerin iletime geçmesi için Base bacağına uygulanan tetikleme geriliminin çekmiş olduğu IB tetikleme akımı kontrol devresinden çekmektedir. Mosfetlerde ise Gate bacağına tetikleme gerilimi uygulandığında kontrol devresinden çekeceği akım ihmal edilebilecek kadar çok küçüktür. Bu nedenle kontrol Gate bacağından çekilen akımla değil Gate bacağına uygulanan gerilimle yapılır. Bu avantajının yanı sıra Drain – Source bacakları arasındaki gerilim düşümü BJT ye göre daha büyüktür. Bu nedenle kontrol ettiği devrede Mosfetin üzerindeki güç harcaması da büyük olmaktadır. 1980 ‘lerden sonra BJT lerin yerini alan Mosfet ‘ler 700 V u aşmayan birkaç Kw gücündeki ( Düşük ve orta güç ) devrelerde kullanılırlar. . GTO : Kontrol edilebilir Tristör olarak tanımlayabiliriz. Tristör den farklı olarak eğer Gate ucuna ters potansiyelde bir gerilim uygulanırsa ( Ters yönde Gate akımı geçirilirse ) GTO ‘nun Anod - Katod uçları doğru polarmada olsa dahi kesime götürülebilir. Bu avantajının yanı sıra iletimde Tristör ‘de Anod – Katod bacakları arasında 1.5V lar civarında olan gerilim düşümü GTO ‘da 3V ları geçmektedir. Bu ise GTO ‘nun kontrol ettiği devrede kendi üzerindeki güç harcamasının Tristör ‘den daha fazla olmasına neden olur. GTO 3KV ve 2KA e kadar büyük güç değerlerinde imal edilebilir. . IGBT : BJT ve Mosfet üstün yanlarının alındığı düşük güç sarfiyatına ve alan etkili kontrole sahip hibrit bir elemandır. 1990 ‘larda geliştirilen IGBT ‘ler yüksek güç değerlerinde imal edilebilirler. Optokuplör ( Optik Yalıtıcı ) : İki elektronik devre arasında elektriksel izolasyonu sağlar. Bazı durumlarda birbirlerinin çalışmalarını etkileyen fakat iki farklı gerilim seviyesine sahip iki devre arasında elektriksel bir bağın olmaması istenir bu gibi durumlarda optokuplörler kullanılırlar. Bu durumu bir örnekle açıklamaya çalışalım; Bir devrede 5V luk doğru gerilimle 220V luk alternatif gerilimde çalışan bir alıcıyı kumanda etmemiz gereksin. Alternatif gerilimde çalışan yükün kontrolünü triyakla yaptığımızda triyakın iletime geçmesi için 5V doğru gerilimi kullandığımızda triyakta oluşan bazı gerilim dalgalanmaları veya arızalarda 5V luk devremizde zarar görecektir. Bu nedenle iki farklı gerilimi birbirine elektriksel olarak karıştırmadan yükün kontrolünü optokuplör ile yapmamız gerekir. Optokuplör bize ışık ile iletim yapmamızı sağlar. Optokuplörde iki adet eleman vardır bunlardan birincisi ışık kaynağı olarak leddir. İkincisi ise ışığa duyarlı foto diyot, foto transistör, foto tristör, foto triyak elemanlarından herhangi biri olabilir. Birinci devreye bağlı led yandığında ikinci devreye bağlı foto eleman iletime geçecek ve istenen işlemi gerçekleştirecektir. Foto diyot - led Foto transistör - led Foto tristör - led Foto triyak - led Optokuplörler kılıf olarak iki tipte yapılırlar bunlardan birincisi kapalı ( entegre ) tip ikincisi ise açık ( yarık ) tiptir. Kapalı tip optokuplörlerde led ve optik eleman aynı kılıf içerisinde ve dışarıdan ışık alamayacak şekildedir. 37 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU Aşağıda 5V luk devre optokuplör aracılığı ile 36V luk elektrik motoruna kumanda etmiştir. Aşağıda optokuplörlerin kapalı kılıf içerisindeki yerleşim ve bacak bağlantılarına örnekler verilmiştir. Açık ( yarık ) tip optokuplörlerde led ve optik eleman arasında kılıf yarılmıştır. Ledin ışığının optik elemana ulaşması bu yarıl içerisine giren cisimler tarafından kesilebilmektedir. Diğer ışık kaynaklarının çalışmayı etkilememesi için kızılötesi (infrared) led ve foto eleman kullanılmaktadır. Bu tip optokuplörler U optokuplör, çatal izolatör gibi çeşitli isimlerle de bilinmektedir. Açık ( yarık ) tip optokuplörlere en bilinen örneği toplu farelerin içerisinden verebiliriz. Fare imleci bilgisayar ekranında yukarı aşağı ve sağa sola olmak üzere iki eksende hareket etmektedir. Fare içerisindeki top birbirine dik duran iki ayrı ruloyu hareketi sırasında döndürmektedir. Rulo uçlarındaki yarıklı diskler led ve optik eleman arasından ışığı kesip-vererek sinyal üretmektedir. Bu sinyali ise biz bilgisayar ekranında farenin hareketi olarak görmekteyiz. 38 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU KONTROLLÜ DOĞRULTMA DEVRELERİ: BİR FAZLI KONTROLLÜ DOĞRULTUCULAR: Çıkış geriliminin ayarlanması istenen yerlerde diyotlarla yapılan doğrultma isteneni vermeyecektir. Ayarlı bir DC çıkış, gerilimin periyot içerisinde yüke uygulama süresiyle elde edilir bunun içinde doğrultma işlemi kapı kontrollü bir yarı iletken eleman ile yapılmalıdır. Bu iş için en uygun olanı düşük fiyatı ve iletimde üzerindeki güç sarfiyatının az olması nedeni ile Tristör (SCR) dür. Tristörü kesime götürme zorluğu alternatif akımın diğer alternansa geçmesi ile ortadan kalkmaktadır. Şekildeki devrede tek Tristör ile yarım dalga kontrollü bir doğrultma yapılmıştır. Buradaki α açısı Tristörün tetiklenme açısı olup bu açının büyütülüp küçültülmesi ile bir altarnans içerisindeki DC akımın ortalama değeri ayarlanabilmektedir. Eğer tam dalga kontrollü bir doğrultucu kullanılacak olursa elde edilen DC akım biraz daha düzelecektir. Bu devrede de diyotla yapılan tam dalga doğrultmada olduğu gibi AC akımın “+” alternansında T1-T4 ve “–” alternansında T2-T3 tristörleri verilen α açısı ile iletime geçerek doğrultma işlemini gerçekleştirecektir. O O α açısının 0 ve 180 arasında değiştirerek en büyük ve en küçük DC çıkış gerilimini ayarlamak mümkün olacaktır. Şekilde 45O ve 135O ler için çıkış DC akım dalga şekli gözükmektedir. 39 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU ÜÇ FAZLI KONTROLLÜ DOĞRULTUCULAR: Eğer üç fazlı sistemlerde tam dalga doğrultma yapılacak olur ise bir periyot içerisinde bütün fazlara ait altı adet “+” alternans elde edilecek bu ise çıkış dalga şeklinin daha düzgün olmasını sağlayacaktır. Şekildeki devrede α O O O açısının 0 – 30 – 60 olması durumunda elde edilecek çıkış gerilimleri verilmiştir. Ortalama Vdc gerilimi kesik düz çizgiler ile gösterilmiştir. Gerilim Regülatör Entegreleri: Elektrikte regülasyon sabit değerde tutma anlamında kullanılmıştır. Gerilim Regülatörleri gerilim değerini sabit tutan devrelerdir. Alternatif akımı köprü diyotlar ve çıkışına bağladığımız filtre kondansatörü ile doğrultmuştuk. Bu doğrultma devresi yük değişimlerinden ve gerilim dalgalanmalarından etkilenerek bunu çıkışına yansıtır ve çıkış gerilimi belirli değer aralıklarında değişerek sabit kalmaz. Hassas elektronik devrelerin besleme gerilimlerinin devamlı sabit kalması istenir. Bu gibi durumlarda kendi içerisinde transistör, zener gibi elektronik elemanları bulunduran ve sadece bağlantı bacakları dışarıya çıkarılmış entegre regülatör elemanları kullanılır. Bu entegreleri 3 kısma ayırabiliriz. 1. Sabit Regülatörler 2. Ayarlanabilir Regülatörler 1- Sabit Regülatörler : Girişine verilen doğru gerilimi sabit polaritede çıkışına verirler. En çok kullanılanları 78 serisi entegrelerdir. +5V ile +24V arasında pozitif çıkış gerilimi verirler. Giriş çıkış toprak ( Şase ) olmak üzere üç adet bağlantı uçları bulunur. Aşağıda bu seri entegrelerin gerilim değerleri verilmiştir. 78XX serisi entegrenin çıkış akımı 1A, 78LXX serisi entegrenin çıkış akımı 100mA, 78MXX serisi entegrenin çıkış akımı 500mA, 78SXX serisi entegrenin çıkış akımı 2A, 78HXX serisi entegrenin çıkış akımı 5A 'dir. Gerilim Regülatörü Giriş Gerilim Aralığı (V) min. mak. Çıkış Gerilimi (V) 7805 6,4 9,6 5 7806 7,3 10,3 6 7808 9,6 12 8 7810 11 13,4 10 7812 13,1 15,2 12 7815 15,2 17,3 15 7818 17,5 19,5 18 7824 21,9 23,7 24 78 Serisi entegrenin bacakları Metal bağlantı noktası aynı zamanda toprak ucuna bağlıdır. 40 MEHMET TOSUNER TEMEL ANALOG ELEKTRONİK DERS NOTU 2- Ayarlanabilir Regülatörler : Girişine verilen doğru gerilim değerine kadar çıkışından ayarlanabilir gerilim alınır. En çok kullanılanları LM serisi entegrelerdir. 1,2 – 32V arasında ayarlanabilen çıkış gerilimi verirler. Giriş çıkış ayar olmak üzere üç adet bağlantı uçları bulunur. Entegre isimleri ve bu entegrelerden alınabilecek akım değerleri şu şekildedir. LM317T 1 A LM317K 1.5 A LM338 5 A LM350 3A Bacak bağlantıları LM317T 1 A LM317K Kaynaklar: Otomasyon Atölyesi Ders Notları – www.kumanda.org Mersin Üniversitesi Ders Notları 41 MEHMET TOSUNER