Bolum 1 - Temel Elektronik Devre Elemanları

1. BÖLÜM: TEMEL ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI 1.1. Dirençler Maddelerin akıma gösterdikleri zorluğa direnç denir. Bir maddenin direnci, maddenin yapısına, boyuna, kesit alanına ve ortam sıcaklığına bağlıdır. Direnç, R sembolü ile gösterilir. Şekil 1.1’de devre sembolü gösterilmiştir. Şekil 1.2’de da direncin genel görünümü gösterilmiştir.

R R Şekil 1.1. Direnç sembolü

(a) Direnç.

(b) SMD direnç. Şekil 1.2. Dirençlerin genel görünümü. Dirençlerin değerleri sabit olabileceği gibi değişken de olabilir. Şekil 1.3’de değişken değerli direncin (potansiyometre, pot) genel görünümü gösterilmiştir.

ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI, DR. İSMAİL TEKİN 1. BÖLÜM: TEMEL ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI

1

(a) Tek turlu potansiyometre (b) Çok turlu potansiyometre Şekil 1.3. Potansiyometrenin genel görünümü. Dirençler elektronik devrelerde çeşitli amaçlarla kullanılırlar: devreden akan akımı ve devrenin herhangi bir noktasındaki gerilimin değerini belirlemede, gerilim düşümü oluşturmada, devrenin kazanç değerini belirlemede, osilatör devrelerinde devrenin osilasyon frekansını belirlemede, filtre devrelerinde kesim frekansını belirlemede, gerilim ve akım bölmede kullanılırlar. Şekil 1.4a’da direncin akım sınırlayıcı olarak kullanılması gösterilmiştir. R direncinin değeri artıkça b’de görüldüğü gibi yükten (RL) akan akımın değeri (I) azalır. Yükten akan akımın değeri, I

R V I

RL 0

R

Şekil 1.4. Direncin akım sınırlayıcı olarak kullanılması. (1.1) şeklindedir. Şekil 1.5’de ise direncin akım bölücü olarak kullanılması gösterilmiştir. dirençlerinden akan akımlar, ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI, DR. İSMAİL TEKİN 1. BÖLÜM: TEMEL ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI

ve

2

IIN R1

I1

I2

R2

Şekil 1.5. Direncin akım bölücü olarak kullanılması

(1.2)

şeklinde ifade edilir. Şekil 1.6’da ise direncin gerilim bölücü olarak kullanılması gösterilmiştir. Direnç değerleri uygun değerlerde seçilerek istenen çıkış gerilimi elde edilebilir. Çıkış geriliminin değeri, + R1 VIN

VOUT R2

-

Şekil 1.6. Direncin gerilim bölücü olarak kullanılması. (1.3) şeklindedir. 1.1.1. Direnç çeşitleri Karbon film dirençler: En çok kullanılan direnç çeşididir. Silindir şeklindeki küçük bir seramiğin üzerine karbon biriktirilerek elde edilir. Genel görünümü Şekil 1.7’de gösterilmiştir. 10Ω ile 1M Ω arasında direnç değerleri elde edilebilir. Güç olarak ise ⁄ ile 2W arasındadır. Toleransları ise %5 civarındadır.


3

Şekil 1.7. Karbon film dirençler. Metal oksit film dirençler: Bu tip dirençler seramik çekirdeğin etrafına metal film sarılarak elde edilirler. Yüksek sıcaklıklara karbon film dirençlere göre daha dayanıklıdırlar. Dış yüzeyleri neme, kimyasallara ve aleve dayanıklı olacak şekilde yapılmıştır. 1Ω ile 200Ω arasında direnç değerleri elde edilebilir. Toleransları ise %5 civarındadır. Genel görünümü Şekil 1.8’de gösterildiği gibidir.

Şekil 1.8. Metal film dirençler. Hassas metal film dirençler: Yapı olarak metal film dirençlere benzerler. Seramik çekirdeğin etrafı metal film ile kaplanır ve sonra epoksi ile kaplanır. Özellikle ölçme cihazları, ses ve görüntü cihazları gibi hassas cihazlarda kullanılırlar. 10Ω ile 2M Ω arasında direnç değerleri elde edilebilir. Güç olarak ise ⁄ ile ⁄ W arasındadır. Toleransları ise %0,05 civarındadır. Genel görünümü Şekil 1.9’da gösterildiği gibidir.

Şekil 1.9. Hassas metal film dirençler.


4

Yüksek güçlü dirençler: Bu tip dirençler yüksek güç gerektiren devrelerde kullanılırlar. Isıyı etrafa yayması için dış yüzeyleri camsı emaye ya da alüminyumdan kaplanmıştır. Seramik çekirdek üzerine tel sarılarak yapılırlar. 0,1Ω ile 150kΩ arasında direnç değerleri elde edilebilir. Güç olarak ise 2 ile 500W arasındadır (bazı özel yapım dirençler daha da yüksek güçlerde çalışabilir). Toleransları ise %1 civarındadır. Genel görünümü Şekil 1.10’da gösterildiği gibidir.

Şekil 1.10. Yüksek güçlü dirençler. Sensör dirençler Fotodirençler (Light Dependent Resistor, LDR): Fotodirençler üzerilerine düşen ışık şiddeti değiştikçe değeri değişen dirençlerdir. Üzerine düşen ışık şiddeti arttıkça direnci düşer, ışık şiddeti azalınca direnci artar. Termistorler ve Thermoresistanslar (RTDs): Metallerin dirençleri sıcaklık ile doğru orantılıdır. Sıcaklık artıkça dirençleri artar. Bu özellikleri kullanılarak metallerden sıcaklık sensörleri yapılmıştır. Bunlara thermoresistans (Resistance Temperature Detectors, RTDs) denir. Endüstriyel uygulamalarda arasında bir thermoresistansın direncinin sıcaklıkla değişimi, (

)

(1.4)

şeklinde ifade edilebilir. Burada; metalin sıcaklığındaki direnci, metalik ısıtılmadan önceki direnci, metalin sıcaklık katsayısıdır. RTD’lerin sıcaklık ile direnç değişimleri çok yüksek değildir. Bu tip sensörlerde çoğunlukla Platin ve Nikel kullanılmaktadır ve ’de olacak şekilde üretilmişlerdir. Bu nedenle Platinden yapılanlar Pt100, Nikelden yapılanlar ise Ni100 olarak isimlendirilmektedir. katsayısı Platin için , ’dir. Pt1000 ise ’deki direnci olacak şekilde üretilmiştir. Şekil 1.11’de çeşitli RTD’lerin sıcaklık ile direnç değişimleri ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI, DR. İSMAİL TEKİN 1. BÖLÜM: TEMEL ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI

5

gösterilmiştir. Bu grafikte Nikelden yapılan RTD ile Platinden yapılan RTD karşılaştırıldığında Nikelin hissediciliği yüksek olmasına rağmen doğrusallığı daha düşüktür.

Şekil 1.11. RTD’lerin sıcaklık ile direnç değişimleri. Termistörler de sıcaklığa duyarlı dirençlerdir. Yarıiletkenden yapılırlar. Sıcaklık arttığında direnç değeri RTD’lere göre oldukça geniş bir aralıkta çok hızlı değişir. Dolayısıyla hissediciliği RTD’lere göre oldukça yüksektir. Ancak lineerliği RTD’lere göre oldukça düşüktür. Şekil 1.12’de thermistör ile RTD’nin dirençlerinin sıcaklıkla değişimi gösterilmiştir.

Şekil 1.12. Thermistör ile RTD’nin dirençlerinin sıcaklıkla değişimi Thermistörlerin NTC (negative temperature coefficient) ve PTC (positive temperature coefficient) olmak üzere iki türü vardır. NTC termistörlerde sıcaklık arttığında direnç değeri azalırken PTC (positive temperature coefficient) termistörlerde


6

ise direnç değeri artar. Şekil 1.13’de NTC ve PTC dirençlerinin sıcaklıkla değişimi gösterilmiştir.

Şekil 1.13. NTC ve PTC dirençlerinin sıcaklıkla değişimi. Varistör (Voltage Dependent Resistor, VDR): Varistörler, uçlarına uygulanan gerilim miktarı ile ters orantılı olarak direnç değerleri değişen elektronik devre elemanlarıdır. Genellikle metal oksit malzemelerden yapılırlar. Bundan dolayı MOV (Metal Oksit Varistor) olarak da adlandırılırlar. Çinko oksit (ZnO) ve silikon karbür (SiC) en çok kullanılan çeşitlerindendir. Üzerindeki gerilim yükseldikçe dirençleri azalır, üzerlerindeki gerilim azaldıkça dirençleri yükselir. VDR’ler devrelerin aşırı gerilimden korunmasında ve gerilim regülasyonu yapılmasında kullanılırlar. Özellikle kısa süreli aşırı gerilimlerden korumada etkilidirler. Sürekli yüksek gerilimlerden koruma yapamazlar. Koruyacağı devreye veya elemana paralel bağlanır. Devre sembolü Şekil 1.14a’da, kılıf tipleri ise Şekil 1.14b’de gösterilmiştir.

(a)

Disc

Radial leaded

Block

Axial leaded

(b) Şekil 1.14. Varistörün sembolü ve kılıf tipleri. ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI, DR. İSMAİL TEKİN 1. BÖLÜM: TEMEL ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI

7

Akım - gerilim ilişkisi, (1.5) şeklinde ifade edilebilir. Burada ve sabitler olup akım - gerilim karakteristiğinin nonlineerliğini gösterir. Şekil 1.15’de varistörün akım - gerilim karakteristiği gösterilmiştir.

Şekil 1.15. Varistörün akım - gerilim karakteristiği. Varistörlerin en önemli parametreleri, koruma gerilimi, maksimum akım, standby akımıdır. Ayrıca haberleşme hatlarında kullanıldığında iç kapasitesi de önemli bir parametre olur. 1.1.2. Dirençlerin etiketleri Dirençlerin üzerinde genel olarak dirençlerin değerleri, toleransları, sıcaklık katsayıları ve maksimum dayanabilecekleri güç değerleri kodlanır. Bu kodlama renk halkaları ile yapılabileceği gibi doğrudan da direncin üzerine yazılabilir. Dört ve beş renkli dirençlerde sadece dirençlerin değerleri ve toleransları, altı renkli dirençlerde ise dirençlerin değerleri, toleransları ve sıcaklık katsayıları kodlanır. Yüksek güçlü dirençlerde ise dirençlerin değerleri ve maksimum dayanabilecekleri güç değerleri Şekil 1.16’da gösterildiği gibi direnç üzerine doğrudan yazılır.


8

Şekil 1.16. Yüksek güçlü dirençlerin genel görünümü. Dört ve beş renkli dirençlerde ise dirençlerin değerleri şu şekilde kodlanmıştır. Dört renkli dirençlerde ilk iki renk rakamları, üçüncü renk onun kuvveti şeklinde çarpanı dördüncü renk de tolerans değerini verir. Tablo 1.1’de renklerin rakamsal karşılıkları, Tablo 1.2’de ise renklerin tolerans karşılıkları verilmiştir. Renk Rakam Çarpan Siyah 0 100 Kahverengi 1 101 Kırmızı 2 102 Turuncu 3 103 Sarı 4 104 Yeşil 5 105 Mavi 6 106 Mor 7 107 Gri 8 108 Beyaz 9 109 Altın 100,1 Gümüş 100,01 Tablo 1.1. Renklerin rakamsal karşılıkları. Renk Tolerans Gümüş ±%10 Altın ±%5 Kahverengi ±%1 Kırmızı ±%2 Yeşil ±%0,5 Mavi ±%0,25 Pembe ±%0,1 Tablo 1.2. Renklerin tolerans karşılıkları Örneğin dört renkli bir dirençte birinci renk turuncu (3), ikinci renk beyaz(9), üçüncü renk siyah (0), dördüncü renk altın ise bu direncin değeri 39.100=39Ω’dur. ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI, DR. İSMAİL TEKİN 1. BÖLÜM: TEMEL ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI

9

Toleransı ise ±%5’dir. beş renkli dirençlerde ise birinci renk sarı (4), ikinci renk gri (8), üçüncü renk mor (7), dördüncü renk kahverengi (1) ve besinci renk gümüi ise bu direncin değeri 487.101=4870Ω’dur. Toleransı ise ±%10’dur. Yüzey montaj (Surface Mount Device, SMD) dirençlerin değeri ise üç rakamla kodlanır. Örneğin SMD direnç üzerinde 334 yazılı ise bu direncin değeri dur. ’dan küçük dirençler ise ( ), ( ) şeklinde kodlanır. ’dan küçük dirençler ise , , şeklinde kodlanır. Hassas SMD dirençlerin değeri ise dört rakamla kodlanır. İlk üç rakam sayıyı meydana getirirken dördüncü rakam çarpandır. Örneğin SMD direncin üzerinde 1001 yazılı ise değeri ( ), 4992 yazılı ise değeri 4992 ( )’dur. SMD dirençlerin toleransları üzerlerine kodlanmamıştır. Eğer SMD direncin değeri üç rakamla kodlanmış ise genel olarak toleransı %5, dört rakamla kodlanmış ise %1’dir. Şekil 1.17’de SMD direncin genel görünümü gösterilmiştir. SMD dirençlerin ebatları dört rakamla sembolize edilir. Tablo 1.3’de SMD dirençlerin kılıf tipleri, ebatları ve maksimum çalışma güçleri gösterilmiştir.

L

102

W

Şekil 1.17. SMD direnç. Kılıf tipi 0201

Boyut (LxW), inch 0.024" x 0.012"

Boyut (LxW), mm 0.6mm x 0.3mm

Yükseklik 0.02"

Güç 1/20W

0402 0.04" x 0.02" 1mm x 0.5mm 0.02" 1/16W 0603 0.063" x 0.031" 1.6mm x 0.8mm 0.02" 1/16W 0805 0.08" x 0.05" 2mm x 1.25mm 0.02" 1/10W 1206 0.126" x 0.063" 3.2mm x 1.6mm 0.02" 1/8W 1210 0.126" x 0.01" 3.2mm x 2.5mm 0.02" 1/4W 1812 0.18" x 0.12" 4.5mm x 3.2mm 0.02" 1/3W 2010 0.2" x 0.10" 5.0mm x 2.5mm 0.03" 1/2W 2512 0.25" x 0.12" 6.35mm x 3.2mm 0.03" 1W Tablo 1.3. SMD dirençlerin kılıf tipleri, ebatları ve maksimum çalışma güçleri. 1.1.3. Değişken dirençler Yukarıda da söylendiği gibi dirençlerin değeri sabit olabileceği gibi değişken de olabilir. Değişken dirençler ilk üretildiklerinde gerilim bölücü olarak kullanıldıklarından ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI, DR. İSMAİL TEKİN 1. BÖLÜM: TEMEL ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI

10

genel olarak “potansiyometre” veya kısaca “pot” olarak adlandırılırlar. Reosta ve trimmerler de değişken dirençlerdir. Potansiyometreler genellikle düşük dc gerilimlerde kullanılırken reostalar genellikle yüksek ac gerilimlerde kullanılırlar. Trimmerler ise daha küçük yapılıdırlar. Şekil 1.18’de değişken dirençlerin genel görünümü gösterilmiştir.

Şekil 1.18. Değişken dirençler. Potlar genellikle üç uçlu olarak üretilirler. Şekil 1.19’da potun devre şeması gösterilmiştir. Ortadaki ayar ucu sağa ya da sola çevrildikçe örneğin A ve C uçları arasındaki direnç artarken B ve C uçları arasındaki direnç azalır. Her zaman toplam direnç değeri potun değerine eşit olur. Örneğin potun değeri ise A ve C uçları arasındaki direnç ise B ve C uçları arasındaki direnç ise 8 olur.

C A

B

Şekil 1.19. Potun devre şeması. Yukarıda açıklanan mekanik potansiyometrelerin doğruluğu oldukça düşüktür. Bir değeri ayarlandıktan sonra ayar değiştirildiğinde tekrar aynı değeri ayarlamak oldukça zordur. Günümüzde birçok uygulamada dijital potansiyometreler kullanılmaktadır. Dijital potlarda potun değeri kodlar ile belirlenmektedir. Örneğin 8 bitlik bir dijital pot ile 256 farklı değer yüksek doğrulukla ayarlanabilmektedir. Mekanik potlar birkaç bin kez ayarlandıktan sonra çoğu zaman bozulurken dijital potlar en 50000 kez programlanabilmektedir. Günümüzde televizyonun ses ve kontrast gibi bir çok ayarı dijital potlar ile yapılmaktadır. Şekil 1.20’de dijital potansiyometre entegresinin genel yapısı gösterilmiştir.


11

Şekil 1.20. Dijital potansiyometre. 1.2. Kondansatörler Kondansatörler, Şekil 1.21a’da gösterildiği gibi iki iletken levha arasına bir yalıtkan malzeme yerleştirilerek yapılırlar. Yalıtkan olarak hava, yağ, mika, plastik, seramik veya başka bir yalıtkan malzeme kullanılabilir. Şekil 1.21b’de ise devre sembolleri gösterilmiştir.

+

kutupsuz

kutuplu

+

kutuplu

değişken

(b)

(a) Şekil 1.21. Kondansatörün yapısı.

Kondansatörün kapasitesi, levhaların alanı ile doğru, levhalar arasındaki mesafe ile ters orantılı olup aşağıdaki gibi ifade edilir. (1.9) Burada, bağıl dielektrik sabiti olup genellikle şeklinde tanımlanır. levhalar arasında kullanılan yalıtkan malzemenin dielektrik sabitidir. ise boşluğun dielektrik sabitidir. ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI, DR. İSMAİL TEKİN 1. BÖLÜM: TEMEL ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI

12

Kapasitenin direnci üzerine uygulanan gerilimin frekansına bağlıdır. Dolayısıyla kapasitenin empedansından bahsedilir. Değer olan bir kapasitenin empedansı, (1.6) şeklinde ifade edilir. Burada uygulanan gerilimin frekansıdır. Eşitlikten de görüldüğü gibi uygulanan frekans ise, yani dc işaret ise kapasitenin empedansı sonsuzdur. Frekans ne kadar yüksek ise empedans o kadar düşüktür. Şekil 1.22’de gösterildiği gibi kapasitenin uçlarına bir gerilim kaynağı bağlandığında kaynağın pozitif ucuna bağlanan levha “+” yükle (Q yükü), negatif ucuna bağlanan levha ise “-” yükle yüklenir (bu durumda iken kondansatör devreden alınarak iki ucu kısa devre edilirse levhalardaki yükler dengeye gelir ve kapasite boşalır). Bu durumda kapasite “dolu” olarak ifade edilir. Levhalarda depolanan yük miktarı kondansatöre uygulanan gerilim ile doğru orantılıdır ve,

Şekil 1.22. Kapasitenin dolması (1.7) şeklinde ifade edilir. Burada C kondansatörün kapasitesi olup birimi Farad’dır. Farad değeri çok büyük olup kapasitelerin değeri genelde pF ile µF arasındadır. Tablo 1.4’de Farad’ın alt katları gösterilmiştir. Sembol Okunuşu Piko Farad Nano Farad Mikro Farad Mili Farad Tablo 1.4.

Değeri

1.2.1. Kondansatörün Dolup boşalması Şekil 1.23a’da gösterilen devrede anahtar “1” konumuna alınsın. Başlangıçta boş olan kapasite R direnci üzerinden dolmaya başlar. Devre elemanları üzerindeki gerilim ve devreden akan akımın yönü Şekil 1.23b’de gösterilmiştir. b’deki devreye Kirchhoff gerilim (KVL) yasasını uygularsak, ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI, DR. İSMAİL TEKİN 1. BÖLÜM: TEMEL ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI

13

(b)

(a) Şekil 1.23. Kondansatörün dolması.

(1.8) yazılabilir. Direnç üzerindeki gerilim, (1.9) şeklinde yazılabilir. Böylece (1.8) eşitliği, (1.10) şeklinde bir diferansiyel denklem olur. Bu diferansiyel denklemi çözmek için, (

)

(1.11)

şeklinde yazalım. Bu denklemi, (1.12) şeklinde yazıp her iki tarafın entegralini alırsak, ∫

∫

∫

∫

(

)|

(1.13)

|


14

(

)

(

(

)

)

Ters logaritma alınırsa (

), ⁄

⁄

(

)

olur. Devreden akan akım ise yukarıdaki ifadesinin türevi alınarak bulunabileceği gibi direnç üzerinde düşen gerilim bulunarak da bulunabilir. Direnç üzerinde düşen gerilim, (

⁄

)

⁄

(1.14)

olur. Buradan devreden akan akım ise, ⁄

(1.15)

olur. Konsansatör ve direnç üzerindeki gerilimin ve devreden akan akımın zamanla değişimi Şekil 1.24’de gösterilmiştir.

(c) (a) (b) Şekil 1.24. Kondansatörden akan akımın ve uçlarındaki gerilimin zamanla değişimi. Yukarıda elde edilen denklemlerden de görüldüğü gibi kapasitenin dolma süresi direnç kapasitenin elemanlarının değerinin çarpımına bağlıdır. Bu çarpıma devrenin zaman sabiti denir ve ile gösterilir. Direnci birimi , kondansatörün kapasitesi F alınırsa zaman sabitinin birimi saniye olur. Yukarıdaki eşitlikte alırsa ⁄ ( ) ( ) olur. Boş olan bir kapasite dolmaya başladıktan sonra kapasitenin tamamen dolduğu kabul edilir. Eğer kapasite başlangıçta boş değilse (başlangıçta üzerinde gerilimi olsun) bu durumda devrenin analizi (1.17) eşitliğinde entegralin sınırları 0’dan ’ye kadar değil, ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI, DR. İSMAİL TEKİN 1. BÖLÜM: TEMEL ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI

15

’dan ’ye kadar alınarak yapılır. Bu durumda kondansatör üzerindeki gerilim ve kondansatörden akan akım, (

⁄

)

(1.16) ⁄

olur. Şekil 1.23a’da gösterilen ve anahtar “1” konumuna alınarak R direnci üzerinden E gerilimine kadar dolan bir kapasitenin anahtar “2” konumuna alınarak boşalmasını inceleyelim. Bu durumda devre Şekil 1.25’de gösterildiği gibi olur. Devreye Kirchhoff gerilim (KVL) yasasını uygularsak,

Şekil 1.25. (1.17) yazılabilir. Direnç üzerindeki gerilim, (1.18) olduğundan, (1.19) olur. Bu diferansiyel denklemi çözmek için,

(1.20)


16

şeklinde yazalım. Bu denklemin her iki tarafının entegralini alırsak (anahtar “2” konumuna alındığında kapasite üzerindeki gerilim değeri olsun), ∫

∫

( )|

|

(1.21)

( ) ⁄

olur. Direnç üzerinde düşen gerilim, ⁄

(1.22)

olur. Buradan devreden akan akım ise, ⁄

(1.23)

olur. Kondansatör üzerindeki gerilimin ve devreden akan akımın zamanla değişimi Şekil 1.26’da gösterilmiştir. Şekilden de görüldüğü gibi kondansatörün tamamen boşalması için ’luk süre geçmesi gerekir. Yine şekilden görüldüğü gibi kondansatör boşalırken akımın yönü dolum sırasındakinin tam tersidir.

(b)

(a) Şekil 1.26. Kondansatörün boşalması. 1.2.2. Kondansatör çeşitleri

Elektrolitik kondansatörler: Elektrolitik kondansatörler yüksek kapasiteli kondansatörlerdir. Kapasiteyi artırmak için anot ve katot elektrotları arasındaki mesafe çok küçük yapılır. En önemli avantajları kapasitelerinin yüksek olması ve ucuz ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI, DR. İSMAİL TEKİN 1. BÖLÜM: TEMEL ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI

17

olmalarıdır. Dezavantajları ise kararlılıklarının düşük olması dolayısıyla ortam sıcaklıklarından çok fazla etkilenmesi, ömürlerinin kısa olması ve sızıntı akımlarının yüksek olmasıdır. Ortam sıcaklığı arttığında elektrolitik kurur ve hem ömrü azalır hem de değeri önemli oranda değişir. Bundan dolayı devreye yerleştirilirken çok fazla ısınan elemanlara yakın yerleştirilmemelidir. Ayrıca ters bağlantıda anot üzerindeki oksit tabakası kalkar ve geçen akımla elektrolit kimyasal reaksiyona uğrar ve ısınıp şişerek kondansatörü patlatır. Şekil 1.27a’da elektrolitik kondansatörün yapısı, b’de genel görünüşü gösterilmiştir. Anot ucu okside batırılmış alüminyum plakadan, katot ucu ise sadece alüminyum plakadan oluşur. Kapasiteyi artırmak için rulo şeklinde sarılır.

a) elektrolitik kondansatörün yapısı. b) genel görünüşü. Şekil 1.27. Elektrolitik kondansatör. Son yıllarda elektrolitik kondansatörler tantaldan yapılmaktadır. Böylece daha küçük hacimde daha büyük kapasite değerleri elde edilebilmektedir. Elektrolitik kondansatörlerin toleransları oldukça yüksektir. Alüminyum elektrolitik kapasitelerin toleransları ±%50 değerlerine kadar çıkabilmektedir. Tantal elektrolitik kondansatörlerin toleransları ise ±%5 ile ±%20 arasındadır. Elektrolitik kondansatörlerin kullanılırken dikkat edilmesi gereken bir diğer nokta kondansatörün çalışma gerilimidir. Kondansatörün çalışma gerilimi uçlarına uygulanacak gerilimin en az iki katı olmalıdır. Ayrıca kondansatör ac gerilimde kullanılacaksa ac işaretin maksimum değeri dikkate alınmalıdır. Şekil 1.27b’den de görüldüğü gibi elektrolitik kondansatörün negatif ucu yazı ile işaretlenmiştir. Değeri ve çalışma gerilimi üzerine yazılmıştır. Seramik kondansatörler: En çok kullanılan kondansatör çeşitlerindendir. İletken plakalar arasına seramik malzeme yerleştirilerek yapılır. Kutupsuzdur. Ucuz olmakla birlikte doğruluğu düşük, sıcaklığa duyarlılığı ise yüksektir. Genellikle kuplaş kapasitesi ve bypass kapasitesi olarak kullanılır. Değerleri ile arasında, çalışma gerilimleri ile arasında, çalışma gerilimleri ise ile arasındadır. Genel görünümü Şekil 1.28’de gösterildiği gibidir.


18

Şekil 1.28. Seramik kondansatörler. Mika kondansatörler: Doğruluğu oldukça yüksek kondansatörlerdir. Sızıntı akımları oldukça küçüktür. Düşük kapasite değerlerine sahip olup çoğunlukla yüksek frekanslarda kullanılır. Değeri gerilim değişimlerinden fazla etkilenmezler. Ortam sıcaklığından da fazla etkilenmezler. Değerleri ile 0 arasında, çalışma gerilimleri ile 2,5 arasında, çalışma gerilimleri ise ile arasındadır. Genel görünümü Şekil 1.29’da gösterildiği gibidir.

Şekil 1.29. Mika kondansatörler. Bunların dışında kağıt kondansatörler, yağ kondansatörler, cam kondansatörler de bulunmaktadır.

kondansatörler,

polyester

Değişken değerli kondansatörler: Değişken değerli kondansatörlerin hava değişmeli ve trimmer tipi olmak üzeri iki çeşidi vardır. Hava değişmeli tipi Şekil 1.30a’da gösterildiği gibi sabit ve döner alüminyum plakalardan oluşur. Plakalar birbiri içerisinden geçer ve birbirlerine temas etmezler. Ayar ucu çevrildiğinde paralel plakaların alanları değiştiğinden kondansatörün değeri değişir.

(b)

(a)

Şekil 1.30. Değişken değerli kondansatörler. ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI, DR. İSMAİL TEKİN 1. BÖLÜM: TEMEL ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI

19

Şekil 1.30b’de ise trimmer tipi değişken kondansatörün şekli gösterilmiştir. Bu tip kondansatörlerde paralel plaklar arasındaki mesafe değiştirilerek kondansatörün değeri değiştirilir. Değişken değerli kondansatörler genellikle akordlu devrelerde kullanılır. 1.2.3. Kondansatörün etiketi Kondansatörlerin değerleri kondansatörün tipine bağlı olarak değişik şekillerde etiketlenir. Elektrolitik ve tantal kondansatörlerin değeri Şekil 1.31a’da gösterildiği gibi doğrudan üzerlerine yazılırlar. Seramik kondansatörlerde ise ilk iki rakam rakamları üçüncü rakam ise onun kuvveti şeklinde çarpanı gösterilir. Sonuç pF cinsindendir. Kondansatörün toleransı ise harf ile kodlanmıştır. Örneğin Şekil 1.31b’deki seramik kondansatörün değeri ’dır. Toleransı ise ’dur. Şekil 1.31c’de harflerin tolerans karşılığı gösterilmiştir. Seramik kondansatörlerin değeri Şekil 1.31d’deki gibi de kodlanabilir.

(a)

(b)

(c)

(d) Şekil 1.31. Kondansatörlerin etiketleri. 1.2.4. Kondansatörlerin uygulama alanları Kondansatörün en sık kullanıldığı yerlerden biri doğrultma devreleridir. Kondansatör burada yarıl dalga sinüzoidal işaretten dc işaret elde etmede kullanılır.


20

Şekil 1.32. Doğrultma devresi. Kondansatörler ayrıca filtre devrelerinde kesim frekansını belirlemede frekans belirleyici eleman olarak kullanılır. Osilatör devrelerinde de osilasyon frekansını belirlemede sıkça kullanılırlar. Ayrıca Şekil 1.33’de gösterildiği gibi pasif türev alıcı olarak kullanılabilir. Bu devre darbeli işaretin yükselen ve düşen kenarlarından iğne darbeleri elde etmede kullanılır. Bu devre ile birlikte başka bir devre de kullanılarak darbeli işaretin yükselen ve düşen kenarlarından kısa süreli darbeler elde etme için kullanılabilir.

Şekil 1.33. Pasif türev alıcı. Besleme geriliminin ani değişmesi bazı entegrelerin zarar görmesine neden olabilir. Bunu önlemek için Şekil 1.34’de gösterildiği gibi besleme ile toprak arasına bir kondansatör bağlanabilir. Genelde besleme gerilimindeki değişim hızına bağlı olarak birden fazla kondansatör kullanılır.

Şekil 1.34. Besleme ile toprak arasına kondansatörün bağlanması.


21

Ayrıca kondansatörler dc işareti bloke etmek için de kullanılırlar. Eğer kondansatör iki devre veya eleman arasına seri bağlanırsa dc işaretin bir taraftan diğer tarafa geçmesini engeller. 1.3. Bobinler Bir iletken tel Şekil 1.35a’da gösterildiği gibi sarıldığından elde edilen elemana bobin denir. Şekil 1.35b’de de sembolü gösterilmiştir. Bobin özellikle radyo devrelerinde frekans ayarı yapmada, flüoresan lambalarda lamba ilk açıldığında çekilen akımı sınırlamada (balast devresinin bir parçası) ve güç devrelerinde kısa devre korumada kullanılır. Sembolü L, birimi de Henry’dir.

Şekil 1.35. Bobinin yapısı ve sembolü. Bobinli devrelerin analizine geçmeden önce elektromanyetik indüktansı biraz hatırlayalım. Şekil 1.36a’da gösterildiği gibi bir mıknatıs bir bobin içerisinden geçirildiğinde bobinin uçlarında bir gerilim indüklenir. Mıknatıs bobinin içerisine doğru ilerledikçe indüklenen gerilim pozitif yönde sapar. Bobinden dışarıya doğru çıktığında ise ters yönde azalır. İndüklenen gerilimin değeri mıknatısın hızı ile doğru orantılıdır. Eğer mıknatıs hareket etmezse ölçü aleti sıfır değerini gösterir. Mıknatısı hareket etmesi manyetik alanın değişmesine o da bir akımın akmasına neden olur. Şekil 1.36b’de gösterildiği gibi bir iletken bir manyetik alan içerisinden geçirildiğinde iletkenin uçlarında gerilim indüklenir. Eğer iletken sağ tarafa doğru ilerlerse iletkenin bize uzak ucu pozitif, sol tarafa doğru ilerlerse de negatif olur. Yine, ilerleme hızı ne karda yüksek ise indüklenen gerilim o karda fazla olur. Şekil 1.36c’de gösterilen yapıda birinci bobinin oluşturduğu manyetik alan (akım geçmesi ile) ikinci bobinde anlık gerilim indükler. Anahtar kapatıldığında ikinci bobinin uçlarında kısa süreli oldukça yüksek pozitif bir gerilim oluşur. Daha sonra zamanla azalarak üzerindeki gerilim sıfır olur. Anahtara açıldığında ise yine çok kısa süreli negatif bir gerilim oluşur ve zamanla gerilimin değeri sıfır olur. Şekil 1.36d’de gösterildiği gibi bir bobin üzerinden akım geçirildiğinde bobinin uçlarında kısa süreli bir gerilim indüklenir.


22

(b) (a)

(d) (c) Şekil 1.36. Elektromanyetik indüksiyon. Şekil 1.37a’da gösterildiği gibi bir ferromanyetik nüve etrafına iletken telde sarılmış bir bobinden bir akım aktığında bobinin uçlarında indüklenen gerilimin değeri,

(a) (b) Şekil 1.37. Nüveli ve nüvesiz bobin. (1.24)


23

şeklinde ifade edilebilir. Burada N bobinin sarım sayısı, manyetik akı yoğunluğudur. ’nin birimi Weber, zamanın birimi de saniye cinsinden alındığında bobinin uçlarında indüklenen gerilim değeri Volt cinsinden olur. Burada nüveden dolayı bütün manyetik alan çizgileri tüm sargılardan geçer. Bundan dolayı manyetik akı yoğunluğu olur. Faraday yasasına göre bir devrede manyetik alanın değişmesi ile gerilim indüklenir. Eğer bobinin içerisindeki ferromanyetik nüve çıkarılırsa (hava nüveli bobin, Şekil 1.37b) manyetik alan çizgilerinin tamamı tüm sargılardan geçmez. Dolayısıyla manyetik akı yoğunluğunu hesaplamak nüveli bobine göre zordur. Ancak manyetik akı yoğunluğu bobinden geçen akımla doğru orantılı olduğundan bobinin uçlarında elde edilen gerilim de akım değişimi ile doğru orantılı olur. Orantı sabitini L dersek indüklenen gerilim, (1.25) olur. L’ye bobinin öz indüktansı denir. Bir direnç ve bir bobin içeren devrede devreden akan akımı ve bobin üzerinde oluşan gerilimi hesaplayalım. Şekil 1.38’de gösterilen devrede, KVL’yi yazarsak,

Şekil 1.38. (1.26) olur.

( ⁄ ) ve

olduğundan, (1.2)

olur. Bu diferansiyel denklemi kondansatörlü devrelerin analizinde çözdüğümüz gibi çözersek devreden akan akımı, ( ⁄ )

(

(1.28)

)

olarak buluruz. Direnç üzerinde düşen gerilim, (

( ⁄ )

)


(1.29) 24

olur. Bobin üzerindeki gerilim ise, ( ⁄ )

(

)

( ⁄ )

olur. Yukarıdaki eşitliklerde ⁄ devrenin zaman sabitidir ( ⁄ akan akım ve direnç ve bobin üzerindeki gerilim, ⁄

(

⁄

(

(1.30) ). Böylece devreden

) )

(1.31)

⁄

Şekil 1.39’da devreden akan akım ve bobin üzerindeki gerilimin zamanla değişimi gösterilmiştir. Şekilden görüldüğü gibi yaklaşık sonra devrenin kararlı hala geldiği görülmektedir.

Şekil 1.39. Bobinden akan akım ve bobin üzerindeki gerilimin zamanla değişimi. Örnek: Aşağıda gösterilen devrede , ve L ’dir. t=0 anında anahtar kapatılıyor. Anahtar kapatıldığı andaki (t=0) beslemeden çekilen akımı (i) ve bobin üzerindeki gerilimi (vL) hesaplayınız.

Çözüm: Anahtar kapatıldığı anda bobinden akım akmaz ve bobin üzerindeki gerilim maksimumdur. Bobin üzerindeki gerilimin değeri devre elemanları belirler. Bu durumda bobin, üzerinden akım geçmediği ’dir. Dolayısıyla direnç üzerinde gerilim


25

düşümü olmadığından aşağıda gösterilmiştir.

’dur. Bobin üzerindeki gerilimin zamanla değişimi

Örnek: Örnek 1.15’de gösterilen devrede , ve L ’dir. t=0 anında anahtar kapatılıyor. anlarındaki devreden akan akımı ve bobin üzerindeki gerilimi hesaplayınız. Ayrıca kararlı haldeki akımı hesaplayınız. ⁄ Çözüm: Devrenin zaman sabiti, eşitliğinden devreden akan akımın ifadesi, ⁄

(

)

(

⁄

⁄

olarak bulunur. (1.31)

)

(

⁄

)

olur. anında

(

⁄

)

anında

(

⁄

)

anında

(

⁄

)

Benzer şekilde diğer zamanlar için de hesaplandığında, akımın zamanla değişimi aşağıdaki gibi olur.

Bobin üzerindeki gerilimin zamanla değişimi ise yine (1.54) eşitliğinden,


26

⁄

⁄

şeklinde olur. Yukarıdaki süreler için gerilimin değeri hesaplandığında zamanla değişimi aşağıdaki gibi bulunur.

Devre kararlı hale ulaştığında ise bobin üzerindeki gerilim sıfır, akım ise ⁄ ⁄ maksimum olur. olur. 1.5. Transformatörler Transformatörler manyetik kuplajlı, dört uçlu, ac gerilimi bir değerden başka bir değere dönüştüren düzeneklerdir. Giriş geriliminin uygulandığı sargı primer (primary) sargısı, çıkış geriliminin alındığı sargı da sekonder (secondary) sargısı olarak adlandırılır. Primer sargısına uygulana gerilimin oluşturduğu manyetik alan ikinci sargıda bir gerilim indükler. Primer ve sekonder sargıları birbirleri ile temas etmezler. Dolayısıyla primer ve sokonder tarafları elektriksel olarak izoledir. Düzgün bir manyetik alan çizgileri oluşması için sargılar üst üste yerleştirilmiş demir levhalara sarılmıştır. Şekil 1.40’da transformatörün yapısı gösterilmiştir.

Output current

Input current Copper wire

Source

Primary winding

Load

Secondary winding Iron core

Şekil 1.40. Transformatörün yapısı.


27

Transformatörler, tellerin sarıldığı nüvenin çeşidine göre demir nüveli, hava nüveli ve ferrit nüveli olmak üzere üçe ayrılırlar. Demir nüveli transformatörler genelde düşük frekanslarda (şebeke frekansı ve ses frekanslarında) kullanılırlar. Demir nüveli olarak adlandırılmakla birlikte saf demirden üretilmez. 0 ile %6 oranına kadar silikon, 0 ile %3 oranına kadar magnezyum ve 0 ile %0,5 oranına kadar da alüminyum içeren bir karışımdır. Genellikle transformatör çeliği, elektriksel çelik, laminasyon çeliği, silikon çeliği veya röle çeliği olarak da adlandırılır. Şekil 1.41’de elektronik cihazlarda kullanılan çeşitli tiplerdeki demir nüveli transformatörler gösterilmiştir.

Şekil 1.41. Elektronik cihazlarda kullanılan çeşitli tiplerdeki demir nüveli transformatörler Demir nüveli transformatörler de nüvenin yapısına göre nüve tipi ve kabuk tipi olmak üzere ikiye ayrılırlar. Şekil 1.42a’da görüldüğü gibi nüve tipinde primer ve sekonder sarımları nüvenin ayrı bacaklarına sarılmıştır. Yine Şekil 1.42b’de görüldüğü gibi kabul tipinde ise primer ve sekonder sarımları aynı bacağa sarılmışlardır. Leads Laminated core

Laminated core

Leads

Leads

(a)

Leads

(b) Şekil 1.42. Nüve tipi ve kabuk tipi demir nüveli transformatörler. ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI, DR. İSMAİL TEKİN 1. BÖLÜM: TEMEL ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI

28

Demir nüveli transformatörler üzeri frekanslarda histerisis ve Eddy akımlarından kaynaklanan kayıplar fazla olduğundan yüksek frekanslarda kullanılmazlar. Onun yerine hava nüveli ve ferrit nüveli transformatörler kullanılır. Ferrit esas itibariyle güçlendirilmiş demir oksit bileşiğidir. Örneğin en çok kullanılanlar magnezyum çinko demir oksit ( ) ve nikel çinko demir oksit ( ) ( )’dir. Ferrit transformatörler birkaç kHz’den birkaç yüz MHz kadara ( ) olan işaretlerde kullanılırlar. Özellikle radyo frekans devrelerinde sıkça kullanılırlar. Şekil 1.43’de bir ferrit nüveli transformatör örneği gösterilmiştir.

Şekil 1.43. Ferrit nüveli transformatör. Hava nüveli bobinlerde ise sarımlar plastik gibi mayetik olmayan malzemeler üzerine yapılır. Böylece nüve kayıpları az olur. Dolayısıyla frekanslarda kullanıma uygundur. Ancak endüktans değeri de küçük olur. Şekil 1.43’de bu üç tip transformatörün sembolleri gösterilmiştir.

(a) Demir nüveli

(b) Ferrit nüve

(c)Hava nüveli

Şekil 1.43. Transformatörün sembolleri. 1.5.1 Transformatör dönüştürme oranı Yukarıda da belirtildiği gibi transformatör ac gerilimler arasında dönüşüm sağlar. Primer sargısının sekonder sargısına oranı dönüştürme oranı olarak adlandırılır ve a ile gösterilir. Dönüştürme oranı sarım sayıları ile ayarlanabilir. Şekil 1.44’de gösterildiği gibi ideal bir transformatörde giriş ve çıkış gerilimleri arasındaki oran sarım sayıları ile aşağıdaki gibi ayarlanabilir. (1.32) ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI, DR. İSMAİL TEKİN 1. BÖLÜM: TEMEL ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI

29

Flux ip

is

vp

Np

Ns

Pin

vs Load

Pout

Şekil 1.44. İdeal transformatör. Giriş ve çıkış akımları arasındaki oran ise, (1.33) şeklindedir. Dolayısıyla ideal bir transformatörde primer tarafındaki güç sekonder tarafındaki güce eşittir. Yani primer tarafındaki gerilim sekonder tarafına örneğin 10 kat artırılarak dönüştürülmüşse sekonder tarafındaki akım primer tarafındaki akımın ⁄ ’udur. (1.34) Şekil 1.45’de gösterildiği gibi sekonder ucuna bağlanan bir yük primer tarafında görünen değeri kolayca bulunabilir. Buradan primer tarafından görülen direncin değeri,

vp

ip

is

RL

ip

vp

Reduce to

RL’

Şekil 1.45. Yansıyan empedans. (

(1.35)

)

şeklindedir. (1.32) ve (1.33) eşitliklerinden,

⁄

(

)

(1.36)

olur.


30

1.5.2. Transformatörlerin polaritelerinin belirlenmesi Transformatörler bazen seri ve paralel bağlanabilirler (özellikle güçlerinin yetmediği durumlarda). Transformatörler seri paralel bağlandıklarında polariteleri önemli olur. Transformatörlerin polariteleri Şekil 1.46’da gösterildiği gibi birer uçları ortak bağlanarak diğer uçları arasına bir voltmetre bağlanarak bulunabilir. Örneğin transformatörün giriş gerilimi 220V çıkış gerilimi 40V ise ve aşağıdaki bağlantılar yapıldığında voltmetrede giriş ve çıkış gerilimlerinin farkı ölçülüyorsa giriş ve çıkış işaretlerinin fazları aynı, giriş ve çıkış gerilimlerinin toplamı ölçülüyorsa giriş ve çıkış işaretleri zıt fazlı demektir. Jumper

Jumper

40V

220V

220V

40V

V 260V

V 180V

Şekil 1.46. Transformatörlerin giriş ve çıkışlarının polaritelerinin belirlenmesi. 1.5.3. Transformatör yağları Yüksek gerilim transformatörlerinde sarımlar arasındaki izolasyonu artırmak, ısınan nüveyi ve bobini soğutmak için petrol bazlı çok ince yağlar kullanılır. Kullanılmakta olan yağlar reçine, parafin ve hidrokarbon yağlardır. Bu yağlar ham petrolün rafine edilmesi ile elde edilir. Bunlar Poli Carbon Bifenil(PCB) yağlardır. En önemli özellikleri yanmaması, ısı transferini iyi yapabilmesi için viskozitesi düşük olması, içerisinde inorganik asit ve korozyon oluşturacak maddeler olmaması, patlama sıcaklığının çok yüksek olmasıdır. 1.5.4. Transformatör çeşitleri Orta uçlu transformatör: Transformatörün sekonder sargısına ilave bir uç eklenerek ortak uçlu transformatörler elde edilir. Böylelikle tek bir sargı ile üç farklı çıkış gerilimi elde edilebilir. Şekil 1.47’de orta uçlu transformatör örneği gösterilmiştir. 5V 20V 15V

Şekil 1.47. Orta uçlu transformatör.


31

Çok çıkışlı transformatörler: Çoğu transformatör sekonder tarafında birden fazla sargı kullanılarak çok çıkışlı olacak şekilde tasarlanır. Her bir farklı çıkış gerilimi için ayrı sargı kullanılır. Akım, gerilim transfer oranları her bir sargı için sarım sayıları ile ayarlanabilir. Çıkış sargıları Şekil 1.48’de gösterildiği gibi seri bağlanarak çıkış gerilimlerinin toplamı veya farkı elde edilebilir. Bu bağlama yapılırken çıkış gerilimlerinin polaritelerine dikkat etmek gerekir. Ayrıca aynı çıkış gerilimine sahip uçlar yüke verilen akımı artırmak için paralel de bağlanabilir.

Şekil 1.48. Çok çıkışlı transformatörlerin seri bağlanması. Oto transformatörleri: Şekil 1.49’da gösterildiği gibi tek sarımdan ve orta uçtan oluşan transformatörlerdir. Oto transformatörleri diğer transformatörlere göre daha ucuz, daha hafif, daha küçük, kaçak reaktansı küçük, kayıplar az olmasına rağmen primer ve sekonder uçları aynı sargı üzerinde olduğundan giriş ile çıkış arasında elektriksel izolasyon yoktur. Bu tip transformatörler çoğunlukla empedans dönüştürmek için kullanılırlar. A ve B uçlarına gerilimi uygulandığında her bir sargıdaki gerilim ⁄ olur. Sekonder uçları arasındaki gerilim ise, A N P- N S

IP

IS

VP

NS IP

B

VS

Load

C

IS

Şekil 1.49. Oto transformatörler. ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI, DR. İSMAİL TEKİN 1. BÖLÜM: TEMEL ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI

32

(1.37) olur. Buradan, (1.38) olur. Oto transformatörlerde çıkış sargısının ucu sargı boyunca herhangi bir noktadan alınabilecek şekilde tasarlanarak ayarlı oto transformatörler yapılmış olur. Bu tip transformatörlere varyak (variac) adı verilir. 1.6. Röleler Röleler elektriksek olarak açılıp kapatılabilen anahtarlardır. Genel olarak mekanik röle, reed röle ve yarıiletken röle olmak üzere üç tipi vardır. Mekanik rölenin genel yapısı Şekil 1.50’de gösterilmiştir. Mekanik röle temel olarak nüve üzerine sarılmış bobinden ve kontak uçlarından oluşur. Mekanik röleler hem dc he ac gerilimlerle tetiklenebilirler. Çalışma gerilimleri ve akımları oldukça yüksektir (yüzlerce Volt ve onlarca Amper mertebesinde). Anahtarlama hızları ise oldukça düşüktür (onlarca ms mertebelerinde). dc gerilimle tetiklenenlerin tetikleme gerilimi 6V, 12V veya 24V’dur. ac gerilimle tetiklenenlerin tetikleme gerilimi 110V veya 220V’dur. Rölenin kataloğunda tetikleme gerilimi, bobin direnci ve bobinden akan akımın değeri verilir.

Şekil 1.50. Mekanik röle. ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI, DR. İSMAİL TEKİN 1. BÖLÜM: TEMEL ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI

33

Şekil 1.51’de rölelerin sembolleri gösterilmiştir. Röleler tek kontaklı veya iki kontaklı olabilir (Single Pole Single Throw SPST, Single Pole Double Throw SPDT). Çift kontaklılar da tek bobinden tetiklenir.

Şekil 1.51. Rölelerin devre sembolleri. Şekil 1.52’de reed rölenin yapısı gösterilmiştir. Bu tip röleler esnek iki adet metalden oluşurlar. Etrafı bir bobin ile sarılmıştır. Bobinden akım geçtiğinde oluşna manyetik alan esnek metal uçları birbirine temas ettirir ve kontak sağlanmış olur. Bazı reed rölelerde bobin yoktur. Röle bir mıknatıs yaklaştırıldığında kontaklar bir birini çeker. Çalışma gerilimleri ve akımları mekanik röleye göre oldukça düşüktür. Örneğin üzerlerinden geçecek akım maksimum birkaç Amper mertebesindedir. Anahtarlama hızları ise mekanik röleden daha iyidir ve 0,2ms ile 2ms arasındadır.

Şekil 1.52. Reed röle.


34

Yarıiletken röleler adı üzerinde yarıiletkenlerden yapılırlar. Şekil 1.53’de yarıiletken röle örneği gösterilmiştir. Hem çalışma gerilimleri (onlarca, yüzlerce Volt) hem de çalışma akımları (onlarca, yüzlerce Amper) oldukça yüksektir. Anahtarlama hızları ve fiyatları mekanik rölelere göre çok çok yüksektir (ns mertebelerinde). Fiyatları ise mekanik rölelere göre oldukça yüksektir. Giriş gerilimindeki değişimler röleyi zarar verebilir. Bu da en önemli dezavantajıdır.

Şekil 1.53. Yarıiletken röle. Rölenin sürülmesi Şekil 1.54’de röle bobinin dc gerilim ile sürülmesi gösterilmiştir. Şekil 1.54a’da röle bobini npn tranzistör ile sürülmüştür. Burada giriş gerilimi olduğunda npn tranzistör iletime geçer ve röle bobininden akım geçer. Rölenin açık olan kontağı kapanır, kapalı olan kontağı da açılır. Tranzistör kesime gittiğinde bobin üzerinde çok büyük değerli anlık ters gerilimler oluşur. Bu gerilim tranzistörü bozabilir. Bunun için röle bobine tıkama yönünde bir diyot bağlanır. Bu diyot seçilirken ters bozulma geriliminin besleme geriliminin yaklaşık 10 katı olmasına dikkat edilir. direncinin değeri hesaplanırken bobinin kataloğundan yararlanılır. Örneğin DS2Y-S-DC12V tipi röle için katalogda tetikleme gerilimi 12V, bobin direnci (coil resistance) ve bobinden akan akım (nominal operating current ) olarak verilmiştir. Tranzistör iletime geçtiğinde bobinden geçen akım olmalıdır. Tranzistör iletime geçtiğinde doyumda olmalıdır. Yani doyum akımı, ( ) olur. Tranzistörü doyum sınırında kabul edip ve tranzistörün akım kazanının da minimum değerini alarak baz akımı, ( ( olur. Baz emetör çevriminden

) )

(1.39)

direncinin değeri,


35

(

)

(1.40)

olur. Şekil 1.54b’de röle bobini pnp tranzistör ile sürülmesi gösterilmiştir. Burada giriş gerilimi olduğunda pnp tranzistör iletime geçer ve röle bobininden akım geçer. Rölenin açık olan kontağı kapanır, kapalı olan kontağı da açılır. +12V RLY1

D1

VIN

R1 Q1

(a) rölenin npn tranzistör ile sürülmesi. +12V VIN

R1 Q1 RLY2

RLY2

D1

(b) rölenin pnp tranzistör ile sürülmesi. Şekil 1.54. röle bobinin dc gerilim ile sürülmesi Eğer röle ac gerilimle sürülüyorsa Şekil 1.55’de görüldüğü gibi bobine paralel seri RC devresi eklenir. Böylece bobin üzerinde oluşan ters gerilim kondansatör üzerinde tutulur. Burada kullanılacak kondansatörün çalışma gerilimi oldukça yüksek (yüzlerce Volt) mertebesinde olmalıdır.


36

Bolum 1 - Temel Elektronik Devre Elemanları

Recommend Documents