endüstriyel elektronik

1. BÖLÜM: ENDÜSTRİYEL ELEKTRONİK UYGULAMALARI A. ISI VE IŞIK KONTROL ELEMANLARI 1. Isı kontrol elemanları Elektronik devrelerle sıcaklık kontrolü (denetimi) yapabilmek, ortam sıcaklığını belirlemek, alıcıları yüksek sıcaklıktan korumak vb. gibi amaçlar için ısı kontrol elemanları (sensörler ve transdüserler) kullanılır. a. Termistörler (ısıya duyarlı dirençler, ısıl dirençler) Ortam sıcaklığına bağlı olarak direnç değerleri değişen elemanlara termistör denir. Termistörler, nikel oksit, kobalt, manganez oksitleri, bakır, demir, baryum titanit vb. maddelerden yapılmış elemanlar olup, boncuk, disk, rondela vb. şeklinde üretilirler. Uygulamada kullanılan termistörler çeşitli direnç değerlerinde (10 W, 100 W, 500 W, 1000 W, 3000 W, 5 kW 10 kW, 20 kW) üretilmektedir.

PTC ve NTC örnekleri

I. PTC (positive temperature confient) Sıcaklık arttıkça direnç değerleri artan ve üzerinden geçirdikleri akımı azaltan elemanlara PTC denir. PTC'ler, otomatik ısı kontrol cihazlarında, sıcaklık ölçme aletlerinde, renkli TV'lerin tüplerinde dış manyetik alanlardan dolayı ortaya çıkan renk karışmalarının önlenmesinde vb. kullanılır. PTC'nin sağlamlık testi Ohmmetreyle yapılan ölçümde soğukta düşük direnç, ısıtıldığında ise yüksek direnç değeri görülmelidir. II. NTC (negative temperature confient) Yapı olarak PTC'ye benzer. Isındıkça direnci azalır ve üzerinden geçirebildiği akım artar. NTC'nin sağlamlık testi Ohmmetreyle yapılan ölçümde soğukta yüksek direnç, ısıtıldığında ise düşük direnç değeri görülmelidir.

R (W) NTC

PTC

T (°C)

Yandaki şekilde PTC ve NTC'nin dirençlerinin sıcaklığa bağlı olarak değişimini açıklayan eğriler verilmiştir.

PTC ve NTC sembolleri 1

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

PTC ve NTC'lerin direnç değerlerinin sıcaklığa göre değişim eğrileri

PTC ve NTC'lerin bazı kullanım alanları Isıya duyarlı devre yapımı, Demanyetizasyon (televizyon ekranlarında görüntü bozulmasının önlenmesi) işlemi, Sıcaklık ölçümü, Transistörlü devrelerde sıcaklık dengeleme, Ölçü aletlerinin korunması, Buzdolaplarında sıcaklık kontrolü, +12 V Zaman geciktirme, R3 Büyük güçlü elektrikli motorların ısıya 1 kW karşı korunması NTC 1-10 kW NTC termistörlü soğukta çalışan -T R2 L devre 1-10 kW 1-10 kW T2 Yandaki şekilde verilen devrede, ortam R1 soğukken NTC'nin direnci yüksek olacağından A T1 transistörünün beyzine bağlı olan potta BC547 gerilim oluşmaz ve T1 kesimde kalır. T1'in T1 kesimde olması A noktasındaki gerilimin P BC547 yüksek olmasına neden olur. A noktasının geriliminin yükselmesi T2'yi iletime sokar ve 10-100 kW led yanar. Ortam ısındığında NTC'nin direnci azalır ve İki transistör ve NTC'li soğukta çalışan devre pot üzerinde oluşan gerilim T1'i sürer. T1'in iletken olması A noktasındaki gerilimin düşmesine neden olur. A noktasının geriliminin düşmesi ise T2 transistörünü kesime sokar ve led söner.

Termokuplun yapısı

Yüksek sıcaklıkları ölçmede kullanılan termokupl örnekleri

b. Termokupllar (thermocouple, ısıl çift) Yüksek sıcaklığa sahip bir ortamın (fırın, ocak, kazan vb.) sıcaklık değerini klasik termometrelerle belirleyemeyiz. Bu gibi durumlarda kullanabileceğimiz iki eleman, termokupl temelli ölçme devresi ve direnç temelli (termorezistans) ölçme devresidir. Termokupl temelli ölçme sisteminde ısıyı gerilime çeviren bir yapı vardır. Direnç temelli ölçme sisteminde ise ısıya göre direnci değişen elemanlar mevcuttur. Direnç temelli ölçme sistemi daha çok düşük sıcaklıkların (-200 ilâ +850 °C) ölçülmesinde kullanılmaktadır. Termokuplun yapısı Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi bir uçları birbirine bağlanmış iki farklı metalin (demir ve 2


konstantan gibi) birleşim yüzeyleri ısıtılarak elektrik akımı elde etmede kullanılan cihazlara termokupl denir. Termokupllar -200°C ilâ +2000°C arasındaki sıcaklık ölçümlerinde kullanılan güvenilir ve ekonomik endüstriyel algılayıcılardır. Termokuplda oluşan elektrik akımı, birleşim noktasının sıcaklığına bağlı olup, metallerin farklı elektriksel ve termik özelliklerinden ileri gelir. Başka bir deyişle, yüksek sıcaklık olan bölümdeki elektronlar yüksek termik enerji içermekte ve bu elektronlar soğuk bölgeye doğru hareket etmektedir. Bu işlem sonucunda ise çıkış uçlarında mikrovolt ile milivolt düzeyinde bir gerilim doğmaktadır. silikon+cam elyaf+kalaylı bakır

kılıf silikon+silikon

Termokuplun aşınmayı önleyici kılıf içine konması

Termokuplun ürettiği gerilimin ölçme düzeneklerine ulaştırılmasında kullanılan yüksek sıcaklığa dayanıklı kablolara ilişkin örnekler

Termokuplların ölçüm yapan kısmı açık (çıplak) olarak fırın içine konmaz. Çünkü, oksidasyon (küflenme) ve diğer dış etkenler elemanı çabuk bozar. Bu nedenle ısıyı algılayan kısım, yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi içine oksidasyonu (küflenmeyi) önleyici gaz doldurulmuş koruyucu boru (kılıf) içine yerleştirilir. Termokuplun ısıya maruz kalan kısmını koruyan silindirik yapılı tüp 1200 °C'a kadar metalden, 1200 °C'ın üzerindeki sıcaklığın söz konusu olduğu yerlerde ise seramik malzemeden üretilir. Koruyucu tüplerin bağlandığı alüminyum dökümden üretilmiş kafa kısmında termokupl telleriyle kompanzasyon (dengeleme) kablosunun bağlantılarının yapıldığı terminaller bulunur. Termokuplda üretilen gerilimin, ölçümü yapan cihaza kadar ulaştırılmasında yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi özel yapılı kablolar kullanılır. Kullanılan kabloların yalıtkan tabakası ısıya dayanıklı silikon-kauçuk, cam elyafıasbest vb. gibi malzemelerden üretilir. ısıya dayanıklı kablolar Termokupl seçimi rastgele değil, ölçülecek olan sıcaklığın değeri gözönüne terminal kutusu alınarak yapılır. Şöyle ki; plastik üretim terminal bağlantı endüstrisinde sıcaklık 0 ilâ 400 °C terminal soketi kutusu arasında, demir çelik sanayiindeki sıcaklık ise 0 ilâ 1800 °C arasındadır. Bu sıcaklık bağlantı aracı farklılığı nedeniyle seçilecek termokupl da tutturma borusu ayrı tipte olacaktır. Örneğin düşük sıcaklıkların ölçümünde kromeldış koruyucu tüp konstantan, demir-konstantan, bakıriç koruyucu tüp konstantan ikilisiyle yapılmış termokupllar °C kullanılır. izolatör analog ya Yandaki şekilde termokuplun ölçme da dijital sistemine bağlanışı gösterilmiştir. yapılı termokupl gösterge

Termokuplun ölçme düzeneğine bağlanışının basit olarak gösterilmesi 3


Uygulamada kullanılan bazı termokupl tipleri Bakır-konstantan birleşimi termokupl Demir-konstantan birleşimi termokupl Nikel krom-nikel birleşimi termokupl Platin radyum-platin birleşimi termokupl Kromel-konstantan birleşimi termokupl Kromel-alumel birleşimi termokupl Çeşitli tip termokuplların kullanıldığı sıcaklıklar Termokupl tipi Sıcaklık Cu-CuNi -200 ilâ +300 °C Fe-CuNi -200 ilâ +800 °C NiCr-Ni 0 ilâ +1200 °C Termokuplların kullanım alanları Termokupllar uygulamada çok yüksek sıcaklıkların ölçülmesinde kullanılır. Yani, demir-çelik, çimento, seramik, cam, kimya, petrol, gıda, kâğıt vb. sektörlerde termokupllu sıcaklık ölçme düzeneklerine rastlarız..

bağlantı başlığı

koruyucu boru

Rezistans (direnç) tipi sıcaklık sensörleri Bütün metaller elektrik akımını az ya da çok iletir. İletkenlerin sıcaklıkla her birinin akıma karşı gösterdiği direnç değeri farklı olmaktadır. direnci Bir metalin akıma karşı gösterdiği direnç değeri, değişen eleman R = r.l / S [W] denklemiyle bulunur. (direnç) Denklemde, r (ro): Maddeye göre değişen özdirenç değeri, Rezistans tipi sıcaklık sensörünün yapısı l: Uzunluk, S: Kesit [mm2]'dir. Direnç değişimine göre sıcaklık ölçümünde kullanılan metaller genellikle, platin ve nikeldir. Bu metallerin avantajı direnç değişim karakteristiklerinin iyi olmasıdır. Başka bir deyişle platin, yüksek özdirence sahip olması nedeniyle değil, çalışmasındaki dengesi sebebiyle direnç termometrelerinde kullanılan standart bir metaldir. Platin ve nikelden yapılmış rezistans termometrelerin özellikleri şöyledir: PT100 Ölçme sahası -200 ilâ +550 C° Direncin değişimi (W/°C) 0,42...0,39...0,32 NI 100 Ölçme sahası Direncin değişimi (W/°C)

-60 ilâ +180 C° 0,47...0,55...0,81

Yarı iletken maddelerden yapılan ısıya duyarlı devre elemanları Yarı iletken temelli sıcaklık algılama sensör ve transdüserleri germanyum, silisyum gibi maddelerden üretilirler. Yapı olarak mercimek kondansatör ya da plastik gövdeli transistörlere benzerler. PTC, NTC, termokupl gibi elemanlarla çok düşük sıcaklık değişimlerini doğru olarak algılamak mümkün değildir. İşte bu noktadan hareketle hassas sıcaklık algılama işlemlerinde yarı iletkenlerden yapılmış kaliteli elemanlar kullanılır. 4


Vbesleme

kılıf 1

Vbesleme

Yarı iletkenden yapılmış ısıya duyarlı eleman örnekleri I. LM 35 (kılıf 1) Isıya bağlı olarak gerilim üretir. 55°C ilâ +l50°C'lık sıcaklıkların algılanmasında kullanılır. Her 1°C'lık sıcaklık artışında yaklaşık 10 mV üretir.

kılıf 2

Uçıkış

adj. şase

(ayar)

adj.

Vçıkış şase alt

(ayar)

alt

alt

alt

II. LM235 (kılıf 2) LM35 ve LM235 tipi sıcaklık algılayıcılarının ayaklarının dizilişi Isıya bağlı olarak gerilim üretir. 40°C ilâ +125°C'lık sıcaklıkların algılanmasında kullanılır. Her 1°C'lık sıcaklık artışında yaklaşık 10 mV üretir. Termistörlü sıcaklık kontrol devreleri Endüstriyel uygulamalarda sıcaklık derecesinin ölçülmesi için bir çok düzenek mevcuttur. Sıcaklık ölçümünde kullanılan bazı elemanlar: PTC, NTC, yarı iletken ısı sensörü, dıştan ısıtmalı bimetal, direnç teliyle ısıtmalı bimetal, kuyruklu (gazlı) termostat ve termokupldur. I. Dijital yapılı sıcaklık ölçme devresi Aşağıdaki şekilde verilen devrede sıcaklık, KTY10 adlı NTC termistörü tarafından algılanıp ICL 7106 entegresine elektrik sinyali olarak uygulanır. ICL 7106 entegresinin içinde analog/ dijital çevirici (ADC) ve display sürücü devreleri mevcuttur. Bu sayede ortam sıcaklığı göstergede (display) okunabilir. Devrede kullanılan R1 trimpotu devre için referans gerilim KTY10 (NTC)

1,5 k 150 k

ICL 7106

100 nF

100 k

R1 R2

S

10 nF 220 nF

100 k 220 k

100 k 470 k

100 k

100 pF

5,6 k

9V

100 nF

IC 4030 3,5 hâneli standart LCD display

Dijital yapılı sıcaklık ölçme devresi 5


ayarını yapar ve "mV/°C" oranını belirler. R2 trimpotu giriş düzeyini ayarlamaya yarar. Devrenin doğru çalışabilmesi için R1 ve R2 trimpotları çok hassas ayarlanmalıdır. Sıcaklık ölçme devresi -40 ilâ +125 °C arasındaki değerleri ölçebilir. Devrenin harcadığı enerjinin minimum seviyede olabilmesi için LCD gösterge kullanılmıştır. Devrede ledli display (anodu şase tip yedi parçalı gösterge) kullanılmak istenirse ICL 7107 entegresi kullanılmalıdır. Bu iki entegrenin ayak bağlantıları tamamen aynıdır. II. Sıcaklığı gerilime çeviren devre Aşağıdaki şekilde verilen devrede ortam ısındıkça NTC'nin direnci azalır ve üzerinde oluşan gerilim düşer. Bunun sonucunda op-ampın 2 numaralı girişinin gerilimi azalır. 741'in 3 numaralı girişinin gerilim değeri sabit olduğundan, iki giriş ucu arasındaki gerilim farkı büyür. Giriş gerilimleri arasındaki farkın büyümesi çıkış geriliminin seviyesini yükseltir. Çıkışın yükselmesi ise tetiklenen sistemde (ampermetre, voltmetre, analog-dijital çevirici vb.) değişikliğe neden olur.

470 W 10 k

100 nF

+12 V

zener diyot 6,8 V

10 k 680 W

10 k 100 k 100 k

7 -2 741

10k

-T°

4

Vçıkış 0,5 V/°C

680 k

+3

6

1-10k

-

Sıcaklığı gerilime çeviren devre

Dijital yapılı sıcaklık ölçme aygıtı

III. Dijital yapılı sıcaklık ölçme aygıtı Santigrad (°C) cinsinden sıcaklık ölçümü için üretilmiş cihazdır. Prob içindeki sensör NiCrNi tipidir. Ölçme sınırları, 0-1200 °C arasında değişmektedir. Not: Yukarıdaki şekilde görülen aygıt, Meter firmasınca üretilen D145MF model portatif sıcaklık ölçme cihazı için geçerlidir. Motor ve transformatör gibi aygıtların aşırı sıcaktan korunması Üç fazlı asenkron motorların büyük güçlü ve pahalı modellerinin arızalanmasını (sargılarının yanmasını) önlemek için termistörlerden de yararlanılır. Korunacak motorun statorunun oyuklarına yerleştirilmiş olan sargıların arasına konulan termistörler yüksek sıcaklık oluşması durumunda elektronik devreyi çalıştırarak motorun durmasını sağlar.

sargı oyuklarına konulan termistör

stator Isıya duyarlı elemanın stator oyuğuna yerleştirilmesi

6


I. Termistörlü (PTC, NTC) motor koruma rölesi Termistörlü motor koruma rölesinde alıcıya kumanda eden kontaktörün devre dışı edilmesini sağlayan sistem elektronik yapılı bir devredir. Küçük güçlü ve ucuz tipdeki motorlarda termistörlü koruma rölesi yoktur. Bu yöntem daha çok büyük güçlü, hassas ve pahalı motorların korunmasında kullanılmaktadır. c. Termostatlar Isı etkisiyle kontakların konum değiştirmesini sağlayan cihazlara termostat denir. Bu elemanlar, ısıtma, soğutma, havalandırma vb. yerlerde sıcaklık derecesini istenilen değerde tutmak amacıyla kullanılırlar.

elektronik devreli röle

M

AA

I

0

M

M

3xPTC Mp

Termistörlü motor koruma rölesinin devreye bağlantısı

ayar düğmesi

Direkt ısıtmalı, bimetalli termostat

Mekanik yapılı (bimetalli) oda termostatı

Termostatlar kullanıldıkları yere göre üçe ayrılır: I. Oda termostatı, II. Sıvı termostatı, III. Katı madde termostatı Oda termostatları ortam sıcaklığının sabit tutulmasını kontrol etmede kullanılırlar. Bunlar, gazlı, bimetalli ya da elektronik yapılı olabilir. Sıvı termostatları akışkan özellikli (sıvı) maddelerin sıcaklığının kontrol edilmesinde kullanılır. Yapıları oda termostatlarıyla hemen hemen aynıdır. Katı madde termostatları alternatör ve pahalı tip motorların sargılarının yüksek sıcaklıklardan korunmasında, sıcaklık ölçme, kontrol cihazlarında vb. kullanılırlar. Mekanik yapılı termostatlar yapıları bakımından üçe ayrılır. Bimetalli termostatlar Isıtıldığında genleşme katsayıları farklı olan iki ince metal plaka birbirine yapıştırılarak bimetal elde edilir. Birbirine yapıştırılmış olan metalleri A ve B olarak adlandıralım. Bu birleşime ısı verdiğimiz 7


bimetal

bimetal

şebekeden

şebekeden

soğuk durum

sıcak durum

kontak kontak

ısıtıcı direnç

bimetal

alıcıya

(a)

alıcıya

bimetal

(b)

(c)

(ç)

a. Direkt ısıtmalı tip bimetalin yapısı b. Endirekt ısıtmalı tip bimetalin yapısı c. Endirekt ısıtmalı bimetalin görünüşü ç. Bimetalin soğuk ve sıcak ortamdaki davranışı

bimetal

bimetal

kontak

ısı sıcaklık ayar vidası

V

alıcı

alıcı V Bimetalin ısı ile bükülüşü

Bimetalli termostatlarda ısı ayarını yapabilmek için bir düğme (ayar vidası) mevcuttur. Bu vida saat ibresi yönünde çevrildiği zaman, düğmenin uç kısmı bimetale yaklaşır. Bu da bimetalin daha yüksek sıcaklıkta devreyi açmasına neden olur.

lamba2

lamba1

bimetal

zaman genleşme katsayısı yüksek olan metal fazla uzamak ister. A ve B birbirine yapışık olduğundan çok uzayan metal kısa kalan metalin üzerine doğru eğilir. İşte bu prensip, maliyeti ucuz, termostatların yapılmasını sağlamıştır. Yukarıdaki "a" şeklinde ütü, elektrik sobası, saç kurutma makinesi vb. gibi cihazlarda kullanılan direkt ısıtmalı tip bimetalli termostatın yapısı verilmiştir. Bu modelde bimetal dışardan gelen ısıyla bükülerek kontakların konumunu değiştirmektedir. Yukarıdaki "b" ve "c" şekillerinde termik aşırı akım rölelerinde kullanılan endirekt ısıtmalı tip bimetalli termostat (ya da termik aşırı akım rölesi) verilmiştir. Bu tip termostatlarda bimetal küçük güçlü bir ısıtıcının içine yerleştirilmiştir. Alıcının çektiği akım normal sınırlar içindeyken rezistans az ısındığından bimetal bükülmez. Alıcının çektiği akım artacak olursa rezistanstan geçen akımın artması bu elemanda oluşan sıcaklığı artırır. Bunun sonucunda bimetal bükülerek kontaklarını konumunu değiştirir. kontaklar

R Mp

ısıtıcı Bimetalli oda termostatının

devreye bağlanışı Yandaki şekilde bimetalli oda termostatının iç yapısı ve devreye bağlantısı verilmiştir. Bu eleman oda sıcaklığını istenilen değerde tutmak için kullanılır. Termostatlı ısıtıcı çalıştırıldığı zaman, ortam soğukken alıcı çalışmaya başlar. Bu sırada termostat üzerindeki birinci lamba yanar. Ortam sıcaklığı istenen değere yükseldiğinde bimetal bükülerek kontakların konumunu değiştirir.

8


Gazlı (körüklü, kuyruklu) termostatlar Gazlı termostatlar hızlı genleşen gazın bulunduğu hazne, körük ve kontaklardan oluşur. Termostatın haznesi, sıcaklığı kontrol edilecek bölgeye monte edilir. Hazne içinde R-12, N2 ya da başka bir gaz bulunur. Ortam soğuyunca gazın hacmi azalır. Esnek yapılı körük içeri çekilerek kontakların konumunu değiştirir. Ortam ısınınca ise gaz genleşerek körüğü şişirir ve kontaklar tekrar eski konumuna gelir. Yandaki şekilde gazlı (kuyruklu) termostatlar kullanılarak soğutucunun kontrolüne ilişkin şema verilmiştir.

kontaklar

kontaklar körük

gaz haznesi

gaz haznesi

gaz haznesi kontak uçları

gaz haznesi Gazlı (kuyruklu) termostatların yapısı

buzdolabının buzluk bölümü

gazlı termostatın körük ve kontak bölümü

gaz

220 V

Civa tüplü bimetalli haznesi termostatlar Yandaki şekilde motor görüldüğü gibi bu tip Gazlı termostatın soğutucu motorunu kontrol edişi termostatlar içerisinde kontaklar ve civa bulunan bimetal şerit cam tüp ile spiral şeklindeki bimetalden oluşur. Ortam soğukken spiral biçimindeki bimetal kıvrılarak civanın iki kontaklar açık kontağı birbirine Cam tüplü ve bimetalli termostatın yapısı bağlamasını sağlar. Bu durumda cam hazneden akım geçer. Ortam ısındığında bimetalden yapılmış spiral açılarak cam hazneyi dikey hâle getirir. Bu durumda civa akarak akım geçişini sona erdirir. 2. Işık kontrol (fotoelektrik) elemanlarının tanıtılması ve incelenmesi İnsan gözü, dalga boyu 380 nanometreden 780 nanometreye kadar olan elektromanyetik dalgaları ışık olarak algılar. Gözün en yüksek duyarlılığı yeşil ile sarı renkleri arasındadır. Ultraviyole (mor ötesi), ve enfraruj (kızıl ötesi) ışınlar ise insan gözü tarafından algılanamaz. Aydınlatma şiddeti kavramı Işık akısının, dikey olarak aydınlanan yüzeye oranına aydınlatma şiddeti denir. Aydınlatma 9


alternatif akım

radyo dalgaları

enfraruj ışınlar

ultraviyole ışınlar ışık

röntgen ışınları

gamma ışınları

kozmik ışınlar

şiddetinin birimi lux'tür. (Lux: ışık, parlaklık)

a. LDR'ler (light dependent resistance, fotodirenç) Işıkta az direnç, karanlıkta yüksek direnç gösteren devre elemanlarına LDR denir. Başka bir deyişle aydınlıkta LDR'lerin üzerinden geçen akım artar, karanlıkta ise azalır. Elektromanyetik ışınlar ve dalga boyları LDR’lerin karanlıktaki dirençleri yaklaşık 1 MW aydınlıktaki R (W) dirençleri ise 100 W ile 5 kW 1 MW düzeyindedir. 10 kW Yandaki şekilde LDR'lerin 100 W ışık direncinin ışığa göre değişimine şiddeti ilişkin eğri verilmiştir. 1 10 100 lux LDR'ler, CdS (kadmiyum sülfür), CdSe (kadmiyum selinür), LDR sembolleri LDR'nin direncinin ışığın şiddetine göre değişim eğrisi selenyum, germanyum ve silisyum vb. gibi ışığa karşı çok duyarlı maddelerden üretilmektedir. LDR yapımında kullanılan madde, algılayıcının hassasiyetini ve algılama süresini belirlemekte, oluşturulan yarı iletken tabakanın şekli de algılayıcının duyarlılığını LDR örnekleri etkilemektedir. LDR'ye gelen ışığın odaklaşmasını sağlamak için üst kısım cam ya da şeffaf plastikle kaplanmaktadır. LDR'ler çeşitli boyutlarda üretilmekte olup, gövde boyutları büyüdükçe güç değeri yükselmekte ve geçirebilecekleri akım da artmaktadır. Uygulamada yaygın olarak kullanılan bazı LDR tipleri: LDR03, LDR05, LDR07, OPR60... LDR'ler, endüstriyel kumanda sistemlerinde, otomatik gece lambalarında, dijital sayıcılarda, brülörlerde, kanın renk yoğunluğunu belirleyen tıbbî cihazlarda, flaşlı fotoğraf makinelerinde, hareket dedektörlerinde, zil butonlarında vb. kullanılırlar. b. Fotodiyotlar (photodiode, ışığa duyarlı diyot) Üzerine ışık düştüğünde iletken olarak katot ucundan anot ucuna doğru akım geçiren elemanlardır. Fotodiyotlar doğrultmaç diyotlarına benzerler. Tek fark fotodiyotların birleşim yüzeyinin aydınlatılmış (ışık alabiliyor) olmasıdır. Bu elemanlar devreye ters bağlanırlar ve ışık ile ters yöndeki sızıntı akımlarının artması suretiyle kontrol yaparlar. Bu kontrol, ışıkla yarı iletkenin kristal yapısındaki bağların bazı noktalarda kopması sonucu elektron ve oyukların hareketiyle doğan akımın çoğalmasıyla olur. Fotodiyotlarda mercekli kısma gelen ışığa göre katotdan anota doğru akan düşük değerli akım değişir. Geçen akım, ışığın şiddetine bağlı olarak 100 mA-150 mA, gerilim ise 0,14-0,15 10


40

R

ışık

Iters (mA-mA)

35

mercek

30

10 kW K

gövde

25 20 15

P-N eklemi

-

V = 12 V A

10

ışık şiddeti

5

lüks (lux) 5

Fotodiyodun yapısı

K A

10 15 20 25

30 35 40

Işığa bağlı olarak fotodiyodun üzerinden geçen akımın eğrisi

K

BPW 34 BP104

BPX633 BPW 43

A

Fotodiyot sembolleri

Çeşitli fotodiyotlar

volt arasında değişmekte olup çok küçüktür. Fotodiyotların çalışma hızı son derece yüksektir (yaklaşık 1 ns ile 0,2 ms). Bu hızlı davranışları ve boyutlarının küçük olması sayesinde fiber optik kabloyla veri iletiminde kullanılmaktadırlar. Bu elemanlar, hem bir gerilim üreteci hem de ışık algılayıcı olarak kullanılabilir. Fotodiyotlar enfraruj ışınlara karşı da duyarlıdır. Bunu sağlamak için, diyodun gövdesindeki alıcı kısmın merceği renkli cam ya da plastikten yapılarak normal ışınların + etkide bulunması önlenir. + Yaygın olarak kullanılan fotodiyot tipleri: BPW12, BPW20, BPW30, BPW33, BPW34, BPW63, BPW65. Fotopil sembolleri

c. Fotopiller (solar cell, fotosel, güneş pili, photo voltaic cell) Güneş enerjisini (gün ışığını) elektrik enerjisine dönüştüren elemanlara fotopil denir. Fotopillerin yapısı ve çalışması şöyledir: Foton absorblanmasıyla (emilmesiyle) oluşan yük taşıyıcılar çoğunlukta oldukları bölgelere sürüklenirler. Birleşim yüzeyinden "I" akımı geçer ve N tipi madde eksi (-), P tipi madde ise artı (+) yüklenmiş olur. I akımı, birleşim yüzeyinin ileri yönde kutuplaşmasına ve birleşimin gerilim settinin alçalmasına neden olur. Dış devre açık Fotopiller ve fotopil paneli ise (alıcı yoksa) P’den N’ye akım geçer ve birleşim yüzeyindeki gerilim setti tekrar yükselir ve P bölgesi eksi (-), N bölgesi artı (+) yüklenir. Sonra tekrar foton absorblanarak olay devam eder. Dış devreden akım çekilirse P-N birleşim yüzeyindeki potansiyel, elektronları daha yüksek 11


potansiyele çıkaran batarya (pil) rolü ışık şeffaf yalıtkan yüzey oynamaktadır. ince metal ızgara Enerjisi yeterli bir ışık demeti P-N kadmiyum (fosfor karışımlı) birleşim yüzeyine düşürülecek olursa, selenyum (bor karşımlı) foton, elektronlarla karşılaşıp enerji gövde verebilir. Serbest hâldeki elektronlar valans Fotopilin yapısı elektronlarının ancak 1/10 4 'ü kadar olduğundan, bu ihtimal zayıftır. Foton, muhtemel (olası) valans elektronu ile karşılaşır ve ona enerjisini bırakarak iletkenlik bandına çıkarır. Valans bandına çıkan elektron arkasında bir boşluk (artı yük) bırakır. Sonuç olarak P tipi bölge artı (+), N tipi bölge eksi (-) yüklenerek bir elektriksel potansiyel farkının oluşmasına Güneş pili paneliyle çalışan televizyon yol açar. Bu da elektrik akımını doğurur. Foton akısı, birim yüzeyden, birim zamanda geçen foton sayısı olarak tanımlanır. Işık ışınları (fotonlar) fotopil üzerine düştüğünde küçük yarı iletken temelli hücrelerde yaklaşık 0,4-0,5 V ve 8-100 miliamperlik akımın oluşmasını sağlarlar. Güneş pilleriyle 3 V gerilim elde etmek isteniyorsa 6 tanesi birbirine seri olarak bağlanır. Sistemden alınan akım yükseltilmek istendiğinde ise, elemanlar paralel bağlanır. Yüksek gerilim ve akım elde etmek için yapılmış güneş enerjisi panellerinde yüzlerce güneş pili seri-paralel bağlı durumdadır. Güneş pili üzerine düşen ışığın şiddeti bir noktadan sonra artırılsa da (örneğin 4000 lux’ten sonra) alınan gerilim sabit kalmaktadır. Bu elemanlar, güneş ışığıyla çalışan, saat, radyo, TV, hesap makinesi, otomobil, sokak lambası, uydu vericisi, uçak vb. gibi aygıtlarda kullanılmaktadır. ç. Fototransistörler (phototransistor) Beyz ucuna ışık düştüğünde C-E fotodiyot C arasından akım geçişini sağlayan elemanlardır. Fotodiyotlardan farklı olarak ışık ışıkla üretilen akımı yükseltme yaparlar. Bu özellikleri sayesinde fotodiyotlardan çok B üstündürler. Üç yarı iletkenin birleşiminden oluşan E fototransistörlerin C-B uçları arasına Fototransistör sembolleri Fototransistörün yapısı bağlanmış olan fotodiyoda yandaki şekilde görüldüğü gibi ışık enerjisi (foton) gelebilmesi için beyz ucunun bulunduğu kısma mercek şeklinde cam yerleştirilmiştir. Mercek, ışığın içeriye odaklanarak girmesini sağlamaktadır. Fototransistörler iki ya da üç bacaklı olarak üretilir. Üç bacaklı olan modellerde mercek boyanacak olursa eleman normal transistör hâline geçer. Mercek boyanmaz ve beyz ucu da devreye bağlanacak olursa beyze iki etki söz konusu olacağından C-E arasından geçen akımın miktarındaki değişme daha fazla olur. İki bacaklı fototransistörlerde (kullanım kolaylığı bakımından) beyz ucu dışarıya çıkarılmaz. Bu elemanlar, TV, video, müzik seti, klima gibi cihazların uzaktan kumanda devrelerinde, gün ışığına duyarlı olarak çeşitli aygıtların ve alarm sistemlerinin çalıştırılmasında vb. kullanılmaktadır. Fotodiyotların üzerinden geçirebildiği akım mikroamper (mA) düzeyindedir. 12


Fototransistörler ise miliamper düzeyinde bir akım geçişini mümkün kılarlar. Akımın büyük olması başka bir devreyi çalıştırmada Fototransistör örnekleri Darlington fototransistör sembolü (sürmede) kolaylık sağlar. Bazı fototransistörler: BP103B, BPW40, SFH309, BPY62-2, BPX99... BP103B tipi fototransistörün karakteristik özellikleri: Kolektör-emiter gerilimi (VCE): 35 V, Kolektör akımı (IC): 100 mA, Kolektör-emiter sızıntı akımı (ICEO): 5 nA. Darlington fototransistörler Bir fototransistör ile normal transistörün arka arkaya bağlanmasıyla elde edilen devre elemanlarına darlington fototransistör denir. Bu elemanların ışığa karşı duyarlılıkları normal fototransistörlere oranla çok fazladır. Işık kontrollü devre örnekleri I. Kaskad bağlantılı karanlıkta çalışan devre Yandaki şekilde verilen devrede LDR'ye ışık gelince direnci azalır ve üzerinden geçirdiği akım artar. LDR'den geçen akımın pot üzerinde oluşturduğu gerilim T1 transistörünü iletime sokar. T1 iletime geçince A noktasındaki gerilim azalır ve T2 kesime gider. Ortam karardığında LDR akım geçirmez. T1 kesime gider. A noktasının gerilimi yükselir. T2 iletime geçer ve led yanar. Not: Led yerine röle bağlanacağı zaman 1 kW'luk R3 direnci iptal edilir.

+12 V 1k

R3

R2

led

10 k

10 k A

R1

T2

T1 BC547

P 100 k

BC547

-

Kaskad bağlantılı karanlıkta çalışan devre

+12 V

II. Darlington bağlantılı karanlıkta çalışan devre Yandaki şekilde verilen devrede ortam karardığında LDR'nin direnci artar. Direncin artması bu eleman üzerinde oluşan gerilimin yükselmesine neden olur. LDR'de düşen gerilimin yükselmesi T1 ve T2 transistörlerini iletime sokar. İletime geçen transistörler röleyi çalıştırır. Ortam aydınlandığında LDR'nin direnci düşer. Üzerinde oluşan gerilim azalır. Transistörler kesime gider. Pot ile devrenin ışığa duyarlılık derecesi değiştirilebilir.

470 k

P röle

1N4001

R 33 k

T1 T2 2x BC547

Darlington bağlantılı karanlıkta çalışan devre

13


III. Fotodiyotlu basit devre Yandaki şekilde verilen devrede fotodiyoda ışık geldiğinde üzerinden geçirdiği akım artar. Bundan dolayı transistörün beyzine giden akım azalır ve bu eleman kesime gider. Transistörün kesime gitmesiyle Vçıkış gerilimi maksimum olur. Ortam karardığında ise fotodiyot kesime, transistör iletime geçeceğinden Vçıkış gerilimi en düşük (minimum) değere iner. Çıkışa bir led ya da röle bağlanacak olursa karanlıkta çalışan devre elde edilir. IV. Fototransistörlü basit ışığa duyarlı devre Yandaki şekilde verilen devrede ortam aydınlıkken fototransistör iletimde olduğundan Vçıkış gerilimi çok küçüktür Ortam karardığında fototransistör kesime gider ve Vçıkış gerilimi maksimum değere yükselir. Çıkışa (A-B arasına) bir led bağlanacak olursa ışıkta çalışan devre elde edilir.

+12 V 22 kW

1k

BC237 Vçıkış

fotodiyot

-

Fotodiyotlu ışığa duyarlı devre fototransistör

+12 V 1k A Vçıkış

B -

Fototransistörlü basit V. Fototransistörlü ışığa duyarlı devre ışığa duyarlı devre Yandaki şekilde verilen devrede fototransistöre ışık geldiğinde bu eleman iletime geçerek BC547 transistörünü iletime sokar. BC547 iletim + 9-12 V olunca röle çeker ve lamba yanar. Fototransistöre gelen ışık kesildiğinde röle ilk hâline geri döner. R1 trimpotuyla devrenin çalışması istenen aydınlık şiddetinin değeri ayarlanabilir. Görüldüğü üzere verilen devre gün ışığına duyarlı olarak çalışmaktadır. Bu 100 k-470 k devrenin sadece enfraruj ışınlara karşı duyarlı olmasını istersek fototransistörün Fototransistörlü basit ışığa duyarlı devre mercek kısmını koyu renk şeffaf plastik ile kapatmamız gerekir. Bunu yaptığımız zaman fototransistör sadece enfraruj diyotlu + 9-12 V vericiler tarafından yayılan ışınları algılar. 220 W 220 W Örneğin bir odaya alarm kurmak için ne 10 k 10 k yapmamız gerektiğini düşünelim. Bu işlem yapılırken odanın bir tarafına yandaki şekilde 470 n 470 n verilen enfraruj diyotlu verici devresi monte edilir. Bu vericinin tam karşısındaki duvara ise fototransistörlü devre yerleştirilir. İki devre arasına bir cisim girdiği anda fototransistöre gelen enfraruj ışınlar kesilir. Bu ise, fototransistörün BC547 transistörünü kesime sokmasına yol açar. Kesime Astable multivibratörlü basit enfraruj verici devresi giden BC547 rölenin kontaklarının konumunu değiştirir ve yanmakta olan lamba söner. 14


Arka sayfada verilen astable multivibratörlü enfraruj verici devresinde transistörler sırayla iletim kesim olarak A noktasında kare şeklinde bir sinyal oluşturur. A noktasında oluşan sinyal sayesinde enfraruj diyot belli frekansta bir ışın yayar. Enfraruj ledin yaydığı ışının frekans değeri P ile değiştirilebilir. d. Optokuplörler (optik kuplaj, optoizolatör, optik bağlaç) Işık yayan eleman ile ışık algılayan elemanın aynı gövde içinde birleştirilmesiyle elde edilen elemanlara optokuplör denir. Bu elemanlarda ışık yayan eleman olarak led, enfraruj led kullanılırken, ışık algılayıcı olarak fotodiyot, fototransistör, fototristör, fototriyak vb. gibi elemanlar kullanılır. Optokuplörler daha çok, ışık yoluyla iki ayrı özellikli devre arasında elektriksel (galvanik) bağlantı olmadan irtibat kurulmasını sağlayan devrelerde kullanılır. Şöyle ki; düşük gerilimle Uygulamada kullanılan bazı çalışan bir devre ile yüksek gerilimli bir güç optokuplörlerin iç yapısı devresine optokuplör aracılığıyla kumanda edilebilir. Optokuplörler 2000 V - 5000 V'luk gerilimlere dayanıklı olduğundan en hassas kontrol sistemlerinde güvenle kullanılır. Burada verilen voltaj (gerilim) değerleri iki ayrı özellikli devrenin birbiri arasında akım geçişinin olabilmesi için uygulanması gereken değeri belirtir. Şöyle ki; kumanda devresi 5 V ile çalışsın. Bu devrenin tetikleme akımı göndermesiyle enfraruj led ışın yayarak karşısında bulunan ışığa duyarlı elemanı tetikler. Tetiklenen eleman ise iletime geçerek yüksek voltajlı devrenin çalışmasını sağlar. Optokuplörler, TV, bilgisayar, PLC cihazı, fotokopi makinesi vb. gibi cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

yarık enfraruj led

fotodiyot

fototransistör

fototransistör

yüzeyden yansıyan sinyallerle çalışan optointerraptır

fototransistör

enfraruj diyod

delikli diskin optointerraptır yarığındaki hareketi

ışın

yansıtıcı yüzey Optointerraptırların yapısı 15


e. Optointerraptırlar (optointerrupter, açık tip optokuplör) Optointerraptırlar optokuplörlere çok benzeyen devre elemanlarıdır. Tek fark, ışık yayan eleman ile ışığı algılayan eleman arasına bir cisim girmesi mümkün olacak şekilde (açık gövdeli) dizayn edilmiş olmalarıdır. Bu elemanlarda ışık yayan elemana akım uygulandığında oluşan ışık, algılayıcıya ulaşır. Algılayıcının çıkışında maksimum değerde akım oluşur. Araya bir cisim girdiğinde ışık geçişi sona ereceğinden algılayıcı elemanın çıkış akımı da sıfır olur. Optointerraptırlar, bilgisayar faresi (mouse), robot kontrol devresi, fotokopi makinesi vb. gibi cihazlarda kullanılmaktadır. B. TRANSİSTÖR UYGULAMALARI 1. Transistörlü anahtarlama devrelerinin incelenmesi ve uygulanması Üç yarı iletkenin birleşiminden oluşmuş devre elemanına transistör denir. Bu elemanın, Beyz (B), emiter (E) ve kolektör (C) olmak üzere üç ayağı vardır. NPN ve PNP olmak üzere iki tipte yapılan transistörler, küçük değerli beyz akımına bağlı olarak C-E arasından büyük akım geçişine izin verirler.

B C E Yüzey temaslı transistörlerin yapısının basit olarak gösterilmesi

NPN

PNP

NPN ve PNP transistör sembolleri

Transistör örnekleri

Transistör kelimesi, transfer (aktarma) ve resistor (direnç) sözcüklerinin kısaltılmasıyla ortaya çıkmıştır. Transistörlerin ayak adlarının anlamları: Emiter (emitter): Yayıcı, Kolektör (collector): Toplayıcı, Beyz (base): Taban, giriş, kontrol şeklindedir.

beyz (B)

beyz (B)

NPN tipi transistörlerin yapısı NPN transistör yapılırken iki adet N tipi özelliğe sahip yarı iletken malzemenin arasına ince bir katman hâlinde P tipi malzemeden beyz tabakası yerleştirilmiştir. Araya yerleştirilen beyz tabakası iki büyük tabaka arasındaki elektron - oyuk geçişini kontrol etme bakımından görev yapmaktadır. kolektör (C) kolektör (C) Transistörleri musluğa (vana) benzetmek mümkündür. Musluk, akan sıvıyı denetler (ayarlar). Transistör ise N geçen akımı denetler. Bu özelliği P sayesinde küçük akımlar aynı biçimde olmak kaydıyla büyütülebileceği gibi, P N küçük bir akım ile büyük bir alıcının çalışması da sağlanabilir. N P PNP tipi transistörlerin yapısı PNP transistör yapılırken iki adet P tipi emiter (E) emiter (E) özelliğe sahip yarı iletken malzemenin PNP transistörlerin NPN transistörlerin arasına ince bir katman hâlinde N tipi yarı iletken yapısı

16


yarı iletken yapısı

malzemeden beyz tabakası yerleştirilmiştir. Araya yerleştirilen beyz tabakası iki büyük tabaka arasındaki elektron - oyuk geçişini kontrol etme bakımından görev yapmaktadır.

yük direnci

Yükselteç olarak kullanılan transistörler Transistörler kullanılarak teyplerin okuyucu kafası, mikrofon vb. gibi düzeneklerin ürettiği zayıf elektrik sinyalleri güçlendirilebilir. DC polarma Örneğin mikrofon Cçıkış Cgiriş RB direnci T ses dalgalarını, içindeki mini bobin sayesinde elektrik sinyallerine NPN TR Vçıkış çeviririr. Bu sinyaller Yükseltilecek V çok küçük değerli CC sinyal buradan olduğundan hoparlörü uygulanır. Yükseltilmiş besleyemez (süremez). Vgiriş sinyal buradan İşte bu nedenle araya alınır. transistörlü (ya da entegreli) yükselteç Transistörlerin yükselteç olarak devresi konulur. kullanılışının basitçe gösterilmesi Aşağıdaki şekilde NPN transistörün yükselteç olarak çalıştırılmasına ilişkin temel devre verilmiştir. Not: Transistörlü yükselteç devreleri hakkında ek bilgi alabilmek için temel elektronik kitabına bakınız. Anahtar (on-off elemanı) olarak kullanılan transistörler Transistörün kesim (yalıtım) ve doyum (tam iletim) durumunda olması, elemanın anahtarlama yapıcı olarak çalıştırılmasıdır. Aktif bölgedeki çalışma ise yükselteç devrelerinde geçerlidir. Anahtarlama elemanı olarak kullanılacak transistörün açma kapama (on-off) zamanlarının çok kısa olması gerekir. Özellikle yüksek frekanslı devrelerde, zaman rölelerinde, periyodik çalışan sistemlerde, dijital düzeneklerde açma kapama sürelerinin kısa olması çok önemlidir. Alıcıları mekanik anahtarlarla ve şalterlerle çalıştırıp durdururuz. Yük (Ry) büyüdükçe yüksek akımlı anahtar (şalter) kullanmak gerekir. Bu ise devrede hem çok yer kaplar hem de maliyeti artırır. İşte bu nedenle uygulamada, transistör, tristör, triyak vb. gibi elemanlar kullanılarak küçük bir anahtarla büyük alıcılara kumanda edilebilmektedir. Büyük akımın geçtiği şalterlerin olumsuz yönleri I. Şalter açılıp kapatılırken büyük fiziksel kuvvet gerekir. II. Açılıp kapanma esnasında gürültü, kıvılcım, ark olur. III. Kontaklar ark nedeniyle belli bir süre sonra geçirgenliğini kaybeder (bozulur). Yandaki şekilde verilen devrede S mini anahtarıyla L alıcısı (led, lamba, ısıtıcı, motor vb.) çalıştırılabilir. Şöyle ki; S kapatılınca transistörün beyzine küçük bir akım gider. Bu akım transistörün C-E uçları arasından yüksek değerli bir akım geçmesine neden olur. Bu sayede L alıcısı çalışmaya başlar. Aslında anahtarlama işlemi yalnızca alıcı çalıştırmayla sınırlı değildir. Şöyle ki; bazı devrelerde osilasyonlu (salınımlı) 17


S

+ 5-12 V 330 W

33 kW

L NPN BC547 10 kW

Transistörün anahtar olarak çalıştırılması

S 22 kW

+

12 V

Transistörlü röle ve kontaktör kumandası Transistörlerle sadece DC ile çalışan alıcıları besleyebiliriz. Yani AC ile çalışan bir motoru transistöre bağlamak mümkün değildir. Ancak araya yandaki şekilde görüldüğü gibi bir röle ya da DC kontaktör bağlanırsa, transistör ile her türlü alıcıya kumanda edilebilir.

12 V röle

sinyaller elde edebilmek için transistörlü aç kapa (on-off) yapıcı devreler kullanılır. Yani transistör, C-E arasından geçen akımı sürekli verir keser. Bu işleme de anahtarlama denir.

-

NPN BC547

T BC547

+ -

5-12 V

R1 3,3kW

S R2 1 kW

Transistörün ayarlı direnç olarak kullanılması

+12 V 100 k 10-33 k T2 NPN

10-33 k C

-T NTC

220-1000 W

Transistörlü ısı alarm devresi Yandaki şekilde verilen iki transistörlü, kaskat bağlantılı ısıya duyarlı devrede ortam ısındığında NTC'nin direnci azalır. Direnci azalan NTC üzerinde oluşan gerilim küçülür. Küçülen gerilim T1 transistörünün kesime gitmesine neden olur. T1 kesime gidince bu elemanın C noktasındaki gerilim yükselir ve T2 iletime geçer. Ortam soğuduğunda T1 iletim, T2 ise kesim olur.

L

P 10-100 kW

Transistörlerin ayarlı direnç (reosta) olarak kullanılması Büyük güçlü alıcıların akım ayarı, yüksek akımlı ve büyük gövdeli reostayla yapılabilir. Fakat reosta hem çok yer kaplar, hem de ek bir enerji tüketir. Ancak, pot ve transistör temeli üzerine kurulu devrelerle daha iyi akım kontrolü yapmak mümkündür. Yandaki şekilde verilen devrede P’nin değeri değiştirildikçe beyze giden tetikleme akımı değişir ve buna bağlı olarak C’den E’ye geçen akım ayarlanarak L’nin gücü kontrol edilmiş olur.

5-12 V

Transistörle rölenin çalıştırılması

T1 NPN

Transistörlü ısı alarm devresi

+12 V 100 k 10-33 k 10-33 k

LDR

T2 NPN C

220-1000 W

Transistörlü ışık alarm devresi Yandaki şekilde verilen iki transistörlü, kaskat bağlantılı ışığa duyarlı devrede ortam aydınlandığında LDR'nin direnci azalır. Direnci azalan LDR üzerinde oluşan gerilim küçülür. Küçülen gerilim T1 transistörünün kesime gitmesine neden olur. T1 kesime gidince bu elemanın C noktasındaki gerilim yükselir ve T2 iletime geçer. Ortam karardığında T1 iletim, T2 ise kesim olur.

T1 NPN

Transistörlü ışık alarm devresi 18


220-1000 W

Transistörlü hırsız alarm devresi +12 V Yandaki şekilde verilen devrede ince tel kopuk değilken 10-47 k T1 iletimdedir. T1 iletimdeyken T2 transistörünün E-B uçları arasında pencerenin iç kısmına oluşan gerilim çok düşüktür. Bu bağlanmış ince tel T1 NPN nedenle PNP tipi T2 transistörü BC547 kesimde kalır. Başka bir deyişle T2 PNP T1 iletimdeyken T2'nin E-B BC308 ekleminden akım geçmez. Penceredeki ince tel kopunca 10-47 k siren T1 kesime gider. T1'in kesim olmasıyla birlikte T2'nin E-B Transistörlü hırsız alarm devresi ekleminden küçük değerli bir polarma akımı geçmeye başlar ve T2 iletim olur. T2 iletim olunca röle çeker, led söner, siren çalmaya başlar. Devrenin 12 V'luk beslemesi kesilene kadar sirenin çalması devam eder. 2. Transistörlü zaman gecikme devresinin incelenmesi ve uygulanması a. R-L zaman sabitesi hesabı Bir bobin ya da kondansatöre gerilim uygulandığı ya da uygulanmış olan gerilim kesildiği zaman devrenin akımında hemen yükselme veya düşme olmaz. Akımın kararlı (sabit) hâle gelmesi belli bir zaman sonra olur. Geçici rejim adı verilen bu olay doğrusal değil logaritmik (eğrisel) özellik taşır. Başka bir deyişle üzerinden 3 A geçirebilen bir bobine akım uygulanır uygulanmaz bu elemandan geçen akım anında 3 A olamaz. Bobinin etrafında oluşan manyetik alan geçen akıma ters yönde bir kuvvet oluşturduğundan 3 A düzeyine belli bir süre sonra erişilir. Akımın 0 A'den 3 A'e ulaşması için geçen süre bobinin indüktans (L) değerine bağlı olarak değişim gösterir. İndüktans (endüktans, induktance, self) Öz indükleme EMK'sı, Lenz kanununa göre kendisini oluşturan manyetik kuvvet çizgilerindeki değişikliğe karşıdır. Bobinden geçen akımdaki herhangi bir değişikliğe bobinin karşı koyma yeteneğine bobinin öz indüktansı ya da indüktansı denir. İndüktans L ile gösterilir. Birimi Henry (Henri, H)'dir. Bir bobinde saniyede 1 A'lik akım değişikliği, 1 V'luk EMK (elektromotor kuvvet) indüklüyorsa, bobinin indüktansı 1 H'dir. Henry (H) biriminin ast katları, milihenry (mH), mikrohenry (mH), nanohenry (nH), pikohenry (pH) şeklindedir. Henry (H) biriminin üst katları, kilohenry (kH), megahenry (MH), gigahenry (GH) şeklindedir. Uygulamada en çok milihenry (mH) ve mikrohenry (mH) değerine sahip bobinlerle karşılaşılmaktadır. kH, MH ve GH’lik indüktans değerine sahip bobin uygulamada yoktur. Bobinlerin birimleri 1000'er 1000'er büyür ve küçülür. Örnek: 1 H kaç mH'dir. Çözüm: 1000 mH 19


Örnek: 220 mikrohenry kaç milihenry'dir. Çözüm: 0,22 mH N sarımlı bir bobinin indüktans değeri, L = N.

denklemiyle hesaplanır..

Denklemde, L: Bobinin indüktansı, N: Bobinin sarım sayısı, Df : Manyetik alandaki değişim (Weber,, Wb), D i: Akımdaki değişim (A)'dir.. A

Bobinli devrede akımın yükselişi Yandaki şekilde bobinli bir DC devresi görülmektedir. Devrede bobin bulunmasaydı anahtar kapatılınca geçecek akım, I=

V R

i

-

R

eşitliğiyle bulunacaktı.

Devrede bobin olduğu için akım

L

+

V

DC ile beslenen R - L seri devre

V R

değerine belli bir zaman sonra ulaşacaktır. Bu gecikmenin

nedeni, anahtar kapatılınca devreden geçecek olan akıma, bobin indüktansının karşı i koymasıdır. Bu karşı koyma bobinde indüklenen öz indüksiyon EMK'sıyla V I= R sağlanmaktadır. t (s) Öz indüksiyon EMK'sı kendisini oluşturan anahtarın kapatıldığı an 5t akımın yükselmesini önlemeye çalışacak ve DC ile beslenen R - L seri akım yandaki şekilde görüldüğü gibi bir süre devrede akımın yükseliş eğrisi sonra normal (anma) değerine ulaşacaktır. Yukarıdaki L-R seri devredeki EMK (gerilim) denklemi Kirşof'un gerilim kanununa göre göre yazılırsa bu değer, direnç uçlarındaki gerilimle indüktans uçlarındaki gerilimin toplamına eşit olur. Yani, V = i.R + vL ya da V = i.R + L.

Di 'dir.. Dt

Bu denklemde R, L, V sabit olduğuna göre akımın zamanla değişeceği görülür. V = i.R + L.

Di denkleminden i'nin formülünü, i = Dt

V R

.(1 - e

R - .t L

) şeklinde çıkarabiliriz.

Denklemde, i: Herhangi bir andaki devre akımı (A), V: Üretecin EMK'sı (V), R: Bobinin direnci (W), t: Zaman (saniye, s), L: Bobinin indüktansı, (H)e: Doğal (tabii, Neper) logaritmadır. (Neper logaritmanın tabanı e = 2,718'dir.) Bu denklem yukarıdaki şekilde verilen eğrinin matematiksel karşılığıdır.

V R

R - .t L

i = .(1 - e ) şeklindeki akım denkleminde devresinin zaman sabitesi (t) denir. t=

L R

R L

'nin tersi olan

şeklindeki zaman sabitesi denkleminin birimi saniye (s)'dir..

20


L R

ifadesine seri R - L

Not: Grek (Yunan) alfabesinde kullanılan ‘t’ harfi tau şeklinde okunur. Bazı kitaplarda ‘t’ simgesi ‘T’ ile gösterilmektedir. Ancak bu doğru değildir. Çünkü ‘T’ periyodun gösterilmesinde de kullanıldığından karışıklığa yol açılmış olmaktadır. Bobinli bir devrede, L, R’ye göre küçükse zaman sabitesi de küçük olur. Devrenin zaman sabitesinin küçük V R

olması akımın da

değerine (maksimum değer) kısa zamanda ulaşacağını gösterir..

L, R’ye göre büyükse zaman sabitesi de büyük olur. Devrenin zaman sabitesinin büyük V R

olması akımın da

i=

V R

.(1 - e

R - .t L

değerine (maksimum değer) uzun zamanda ulaşacağını gösterir..

) denkleminde zaman sıfır (t = 0) olduğunda akım ise sıfır (i = 0) olacaktır..

Zaman sonsuz (t = ¥) olduğundaysa akım (i = I = t=

L R

i=

V R

şeklindeki zaman sabitesi, i = .(1 - e

1 - .t t

V R

.(1 - e

) elde edilir..

V R

R - .t L

u

) değerini alalacaktır.. ) denkleminde yerine yazılırsa, e-u u

e-u

u

e-u

u

e-u

u

1 eşitlikleri de t kullanılarak, i = I.(1-e-u ) denklemi yazılabilir. Burada I =

V R

ile u =

e-u üstel fonksiyon değerinin bulunabilmesi için yandaki çizelgede verilen hazır cetvel ya da trigonometrik işlevli hesap makinesi kullanılır. Örnek: Gerilimi (EMK’sı) DC 12 V olan bir üretecin uçlarına yandaki şekilde görüldüğü gibi direnci 3 W, indüktansı 2 H olan bobin bağlanmıştır. a. Devrenin zaman sabitesini (t) bulunuz. b. Devre akımının denklemini yazınız. c. Akımın ilk andaki (t = 0 s) değerini bulunuz. ç. Akımın 1 saniye sonra alacağı değeri bulunuz. d. Akımın maksimum (

V R

Üstel fonksiyon cetveli A V 12 V

L R

-

) değerini alma zamanını bulunuz.

Çözüm a. t =

+

2 3

= = 0,66 s

b. Devre akımının denklemi, 21


i

L 2H R 3W

e-u

u

e-u

i=

V R

.(1 - e

R - .t L

)=

12 .(1 3

- e

3 - .t 2

) = 4.(1 - e

-1, 5. t

)

c. t = 0’da, i = 4.(1 - e

-1, 5. t

) = 4.(1 -

e -1, 5.0 ) = 4.(1 - e 0 ) = 4.(1 - 1) = 4.(0) = 0 olur..

ç. t = 1 olduğunda, i = 4.(1 - e

-1, 5. t

) = 4.(1 -

e -1,5.1) = 4.(1 - e - 1 , 5 )

u = 1,5 olduğundan e -1,5 üstel fonksiyonunun üstel değeri arka sayfadaki çizelgeden 0,2231 olarak bulunup i = 4.(1 - e -1,5 ) denkleminde yerine konulursa, i = 4.(1 - 0,2231) = 4.(0,7769) = 3,1076 A bulunur. V 12 d. Devre akımının değeri 3 = 4 A’dir. Bu değer,, i = 4.(1 - e R yerine konulduğunda elde edilen, -1, 5. t

-1, 5. t

4 = 4.(1 - e ) eşitliğinde e gerektirir. Buradan t = ¥ s bulunur..

-1, 5. t

) denkleminde i'nin

= 0 olması gerekir ki bu da -1,5t = ¥ (sonsuz) olmasını

-1, 5

Not: e değerinin “e” tabanına göre logaritmasının bilgisayarda bulunan hesap makinesiyle tespit etmek için, Başlat/ Programlar/Donatılar/Hesap Makinesi komutlarına tıklanarak Hesap Makinesi uygulaması açılır. Görünüm menüsünden Bilimsel komutuna tıklanarak gelişmiş özellikli hesap makinesinin arayüzünün açılması sağlanır. -1,5 rakamı girildikten sonra “Inv (invert, tersi)” kutucuğu işaretlenip “ln” tuşuna basılırsa 0,2231 sonucu görüntülenir.

Bilgisayarda bulunan hesap makinesinin kullanıcı arayüzü

Bobinli devrede akımın azalışı A a Yandaki şekildeki devrede sürekli olarak "I" b R akımı geçerken anahtar açılacak olursa akım + i V azalmaya başlar ve bu sırada bobinde akımın L azalmasını önleyecek yönde bir öz indükleme EMK’sı oluşur. Bu öz indükleme EMK’sı Bobinli, DC beslemeli devrenin açılması üretecin EMK’sıyla aynı yöndedir. Devre anahtarı açıldığında akımın azalması yalnız devrenin R direncine ve bobinin L indüktansına bağlı olmayıp, devrenin açılışı ile de ilgilidir. Devre anahtarı çok anî açılırsa çok yüksek bir öz indükleme EMK’sı oluşur. Bu EMK, anahtar uçlarında kıvılcımın (ark, şerare) oluşmasını ve akımın kısa bir süre daha geçmesini sağlar. İndüktif özellikli olan bobin devresine 22


bağlı olan anahtar ark nedeniyle daha kısa sürede eskir. Öz indükleme EMK’sının yüksek olduğu hâllerde bobinin tellerinin yüzeyindeki yalıtkan tabaka da bozulabilir. Bobin içeren alıcıların akımın kesilmesi anında kısa süreli olarak ürettikleri yüksek EMK’nın başka alıcılara (özellikle yarı iletkenlerden yapılan elektronik devre elemanlarına) zarar vermesini önlemek için akım kesilir kesilmez bobin uçları şekil de görüldüğü gibi bir tel parçası ya da direnç üzerinden kısa devre edilir. Devrede anahtar “a” konumundan “b” konumuna getirildiğinde sağdaki gözün gerilim Di düşümleri toplamı, i.R + L = 0 olur.. Dt Bu denklemin çözümünden akımın denklemi, i = I. e Denklemde, i: Akımın herhangi bir t anındaki değeri (A), I: Anahtarın açıldığı andaki akım değeri (A)’dir.

t=

L R

i = I. e

R - .t L

olarak bulunur..

zaman sabiti denklemi yukarıdaki formülde yerine konularak, 1 - .t t

ve u =

t olduğundan, i = I.e-u yazılabilir.. t i

Yandaki şekilde görüldüğü gibi bobinli devre açıldığı anda akım

V R

değerindedir. Zaman

geçtikçe sıfıra doğru düşmektedir. Bobin bulunmayan omik dirençli bir devrenin açılması hâlindeyse akım anîden sıfıra iner. Sonuç olarak bobinin indüktansı, anahtarın kapatılması anında akımın hemen

V R

I=

V R 5t

t (s)

anahtarın açıldığı an

DC ile beslenen R - L seri devrede akımın azalış eğrisi

değerine çıkmasını önlüyorsa, anahtarın açılması anında

da akımın hemen sıfıra düşmesini önlemektedir. Başka bir deyişle anahtarın açılmasından sonra akımın bir süre daha sürmesi, bobinde depolanmış olan enerjinin boşalmasından başka bir şey değildir. Hatırlatma Bobine akım uygulandığı zaman bu elemanın etrafında belli bir şiddette elektromanyetik alan oluşur. Alanın büyüklüğü elemandan geçen akıma, sarım sayısına, nüvenin şekli ve cinsine göre değişir. Bobinin akımı kesildiği anda elemanın çevresinde bulunan manyetik alan çok hızlı bir şekilde maksimum hâlden minimum hâle doğru değişim gösterir. Değişken manyetik alan bobinin içindeki elektronlara kuvvet uygulayarak akım oluşturur. Başka bir deyişle akımın kesilmesi manyetik alanın azalmaya başlamasına, o esnada da bobinde öz indükleme EMK’sının doğmasına sebep olur. Örnek: Üzerinden 15 A akım geçen bir bobinin omik direnci 2 W, indüktansı ise 0,2 H’dir. Bobin uçları kısa devre edildikten 0,5 saniye sonra akımın değeri ne olur? Hesaplayınız. Çözüm Bobinin zaman sabitesi, 23


t=

L 0,2 = = 0,1 s 2 R 1 - .t

-

1

.0 ,5

- 10.0 , 5

= 15.e -5 i = I.e t = 15.e 0,1 = 15.e u = 5 olduğundan üstel fonksiyon cetvelinden ya da hesap makinesi kullanılarak, e-u = e-5 = 0,006738 bulunup, i = 15.0,006738 = 0,10107 A olarak hesaplanır. b. R-C zaman sabitesi hesabı Kondansatör (kapasitör, sığa, capacity, meksefe) İki iletken levha arasına konulmuş yalıtkan plakadan oluşan pasif devre elemanına kondansatör denir. Kondansatörün sembolü (simgesi) C, birimi farad (F)’dır. Farad çok büyük bir birim olduğundan daha çok milifarad (mF), mikrofarad (mF), nanofarad (nF) ve pikofarad (pF) kapasitelere sahip kondansatörler kullanılır. Kilofarad (kF), megafarad (MF), gigafarad (GF) gibi değerlere sahip kondansatörler Kodansatör birimlerinin birbirine dönüşümü uygulamada (pratikte) olmadığından kondansatörlerin üst katları yok sayılır. Örnek:22 mF’lık kondansatör kaç nanofarad (nF)’dır. Çözüm: 22 000 nF Örnek: 330 pF’lık kondansatör kaç mikrofarad (mF)’dır. Çözüm: 330.10-6 mF = 0,00033 mF Kondansatörlerin bazı kullanım alanları şunlardır: Diyotlu doğrultmaç devrelerinde çıkıştan alınan salınımlı sinyallerin filtre edilip düzgünleştirilmesi (süzülmesi) İndüktif özellikli alıcıların akımla gerilim arasında faz farkı oluşturarak şebekeden reaktif (kör) güç çekmesinin önlenmesi (kompanzasyon) Yükselteç devrelerinde mikrofon ve hoparlöre doğru akım gitmesinin önlenmesi (kuplaj işlemi) Bas ve tiz seslerin elde edilmesi için yapılan pasif ya da aktif filtreler Rezonans devreleri Osilatör devreleri Anahtar, şalter, röle gibi aç-kapa yapan elemanların kontaklarında oluşan arkın (kıvılcımın) azaltılması Kondansatörün dolması (şarjı) Bir kondansatörün levhaları arasında yalıtkan madde (dielektrik) olduğundan, elemana DA uygulanırsa devreden sürekli olarak akım geçişi olmaz. Sadece kondansatör dolana kadar kaynaktan akım çekilir. Çekilen akımın miktarı kondansatörün kapasite değerine bağlıdır. C üzerinde biriken elektrik yüklerinin potansiyel farkı (gerilimi) üretecin gerilimine eşit olduğu anda çekilen akım sıfır (0) olur. 24


Boş bir kondansatör üretece bağlandığı anda R A ortaya çıkan elektriksel olaya kondansatörün dolması (şarjı) denir. + + V Yanda verilen devrede A anahtarı C i kapatıldığında devreden geçen akımın ve eleman uçlarındaki gerilimin değişim eğrisi Kondansatörün dolması yandaki şekildeki gibi olur. Eleman dolduğunda akım sıfıra iner, gerilim ise maksimum değere i ulaşır. Kondansatörün önüne hiç direnç bağlanmasa bile dolması belli bir zaman alır. Çünkü C’ye C’nin çektiği V akımın azalışı seri bağlı direnç yokken de kondansatörün I= R bağlantı uçlarının, plakalarının gösterdiği belli bir omik direnç söz konusudur. 5t t (s) Sonuç olarak kondansatörün dolma zamanı anahtarın kapatıldığı an a (a) tamamen önüne konan omik dirence bağlı olmaktadır. Eğer kondansatörün önüne çok i yüksek değerli bir direnç bağlanacak olursa bu elemanın dolma zamanı da ona göre uzar. Yandaki devrede A anahtarı kapatılarak C’ye V C’nin geriliV gerilimi uygulandığında C hemen dolamaz. minin artışı Burada dolma zamanını uzatan eleman R 5t direncidir. Öte yandan kondansatörün kapasite t (s) (b) b değerinin büyüklüğü de dolma zamanının anahtarın kapatıldığı an belirlenmesinde etken durumundadır. Yani Kondansatörün dolması anında akımın ve gerilimin değişim eğrileri büyük kapasiteli kondansatör daha geç dolmaktadır. Kondansatörün dolması (ya da boşalması) için geçen zamana zaman sabitesi (time constant) denir. Zaman sabitesi t (tau) harfiyle gösterilir. R - C seri devrede denklemi, t = R.C, birimi saniye (s)’dir. Denklemde, R: Kondansatöre seri bağlı direncin değeri (W), C: Kondansatörün kapasite değeri (F), t: Zaman sabitesi (s)’dir. Kondansatörle yapılan deneyler sonucunda bu elemanın, t (zaman sabitesi) I (şarj akımı) V (şarj gerilimi) 1 t sonra % 36,8 % 63,2 2 t sonra % 13,5 % 86,5 3 t sonra % 4,98 % 95,02 4 t sonra % 1,83 % 98,17 5 t sonra % 0,67 % 99,33 şeklinde tepki gösterdiği görülmüştür. Verilen değerlerden görüldüğü gibi bir C, kendisine uygulanan gerilimin tamamına hemen hemen 5 t (zaman sabitesi) süresinde şarj olmaktadır.

25


Yandaki şekilde bir kondansatörün şarj ve deşarj eğrileri birlikte verilmiştir.

U V R-C seri devrede akımın artış eğrisi

Not: Pratikte kullanılan kondansatörler hiç bir zaman uygulanan gerilimin tamamına şarj olamaz. Bunun nedeni kondansatör plakaları arasındaki çok küçük değerli olan sızıntı akımıdır. Ancak aradaki fark çok çok küçük olduğundan anlatımlarda C’nin % 100 olarak dolduğu kabul edilir.

R-C seri devrede akımın azalış eğrisi

55tt

t (s)

Kondansatörün 5 t’luk zaman içinde dolduğunu ve boşaldığını gösteren eğriler

Örnek: 30 kW (30000 W)’luk bir direnç 0,2 mF (0,2.10-6 F)’lık bir kondansatör seri olarak bağlanmış ve bu devreye DC 10 V uygulanmıştır. Kondansatörün gerilimi kaç saniye sonra uygulanan gerilimin seviyesine ulaşır hesaplayınız. Çözüm Zaman sabitesi, t = R.C = 30000.0,2.10-6 = 6.10-3 s = 6 ms Kondansatörün dolma zamanı (DZ), DZ = 5.t = 5.6.10-3 = 30.10-3 s = 30 ms Örnek: 1 mF’lık kondansatör ile 1 kW’luk direnç bir anahtar üzerinden 100 V’luk DA kaynağına seri olarak bağlanmıştır. Anahtar kapandıktan 2 ms sonra C üzerindeki gerilim kaç volttur. Çözüm Devrenin zaman sabitesi, t = R.C = 1.103.1.10-6 = 1.10-3 s = 1 ms 2 ms, zaman sabitesinin 2 katı olduğundan, C 2t süresinde kaynak geriliminin % 86’sına şarj olacaktır. 100 V’un % 86’sı, 100.

= 86 V

Kondansatör şarj olurken herhangi bir andaki gerilim ve akım değerlerini bulmada kullanılan denklemler Kondansatörün akımıyla eleman uçlarındaki gerilimin değişim miktarı arasındaki ilişki,

Dv denklemiyle ifade edilir.. Dt R-C seri devre için Kirşof’un gerilim kanununa göre yazılacak denklem, V = i.R + v şeklinde olur. i = C.

V = i.R + v denkleminde “i” yerine i = C.

Dv Dv eşitliği konulursa, V = R.C. + v elde Dt Dt

edilir. Denklemde, i: Herhangi bir andaki akım,C: Kondansatörün kapasitesi (F),

Dv : Gerilimin Dt

zamana göre değişimi (volt/saniye, V/s), R: Devre direnci (W), V: Üreteç gerilimi (V), v: Kondansatörün uçları arasındaki gerilim (V)'dir. 26


V = R.C.

Dv + v denklemindeki zaman sabitesi, t = R.C formülünde yerine konularak Dt -

t

işlem yapılırsa, kondansatör uçlarındaki gerilim, v = V.(1 - e t ) denklemiyle hesaplanabilir.. Logaritma bilgisi Bir sayının logaritmasını bulmak, o sayının ait olduğu sayı sisteminde tabanın kaçıncı kuvveti olduğunu belirlemektir. Desimal (on tabanlı) sayı sisteminde kullanılan logaritmaya adî logaritma denir. Örneğin, Log10 = 1, Log100 = 2, Log1000 = 3'tür. Tabanı 2,718 olan Neper logaritması ise "Ln" ile gösterilir. Bir sayının Neper logaritma değeri bulunurken 2,718'in kaç katı olduğu belirlenir. Örneğin; Ln3 = 1,09, Ln5 = 1,60, Ln10 = 2,3, Ln100 = 4,605'tir. Başka bir ifadeyle: 3 = e1,09, 5 = e1,6, 10 = e2,3, 100 = e4,605'tir. Logaritma hesapları için ya hazır logaritma cetvelleri ya da hesap makinesi kullanılır.

i = C.

t Dv ve v = V.(1 - e t ) eşitliklerinden yararlanılarak devrenin akımını hesaplamada Dt t

V -t . e denklemi elde edilebilir.. R

kullanılan, i = Eşitlikteki

V R

değeri anahtar kapatıldığı andaki akım değeridir..

Örnek: Kapasitesi 1 mF (1.10-6 F) olan bir kondansatöre seri olarak 2000 W’luk direnç bağlanmış ve devreye DC 12 V uygulanmıştır. a. R - C seri devrenin zaman sabitesini bulunuz. b. Gerilim ve akımın denklemlerini yazınız. c. Anahtar kapandıktan 0,0015 s (1,5 ms) sonraki gerilim ve akım değerlerini hesaplayınız. Çözüm a. R - C seri devrenin zaman sabitesi, t = R.C = 2000.1.10-6 = 0,002 s b. Gerilimin denklemi, -

t

v = V.(1 - e t ) = 12.(1 - e Akımın denklemi,

-

t 0, 002

) = 12.(1 - e -500. t )

t

i=

t V -t - 500. t . e = 12 . e 0, 002 = 0,006. e 2000 R

27


c. Anahtar kapatıldıktan t = 0,0015 s sonraki gerilim ve akım değerleri, -

t

-

t

v = V.(1 - e t ) = 12.(1 - e 0, 002 ) = 12.(1 - e -500. t ) = 12.(1 = 12.(1 - 0,4724) = 6,3312 V

e - 500.0 ,0015 )

= 12.(1 - e -0, 75 )

t

i=

t V -t - 500. t . e = 12 . e 0 ,002 = 0,006. e = 0,006. e -500 .0 , 0015 = 0,006. e -0, 75 = 0,006.0,4724 2000 R

= 0,0028344 A

A

Kondansatörün boşalması (deşarjı) Dolu bir kondansatörün levhaları şekil 9’daki + gibi bir direnç üzerinden ya da tel parçasıyla C V i R kısa devre edilerek birbirine bağlanacak olursa, eksi (-) yükler (elektronlar) diğer levhaya doğru giderek oyuklarla (artı yüklerle) birleşirler. Bu Kondansatörün boşalması (deşarjı) işlem sonucunda plakalar yüksüz (nötr) hâle uv gelir. Yani kondansatör boşalır. Yandaki şekilde anahtar açıkken kondansatörün üzerindeki elektrik yüklerinin V potansiyel farkının (geriliminin) V olduğunu 5t t (s) kabul edelim. Anahtarın kapatılmasıyla R direnci üzerinden boşalan kondansatörün anahtarın kapatıldığı an (a) a gerilimi sıfıra doğru düşer. Gerilimin düşmesi anahtarın kapatıldığı an devre akımını da aynı şekilde düşürür. t (s) 5t Kondansatör uçlarındaki gerilimin ve V boşalma akımının zamanla olan değişimlerine I= R ilişkin logaritmik eğriler yandaki şekilde görüldüğü gibidir. i Kondansatörün dolma zamanı 5t kadar b sürerken boşalma zamanı da 5t sürmektedir. O Kondansatörün boşalması anında nedenle dolma zamanıyla ilgili denklemler akımın ve gerilimin değişim eğrileri aynen boşalma zamanı için de geçerlidir. Kondansatörün boşalması anında gerilimin değişmesine ilişkin denklem, v = V. e

-

t R .C

= V.. e

-

t t

Kondansatörün boşalması anında akımın değişmesine ilişkin denklem, t

i=-

t

V - R .C V .e = - . e t şeklindedir.. R R

Özet olarak, dolu bir kondansatörün uçları birleştirildiğinde geçen akım, daha önce kondansatörde depo edilen enerjinin boşalmasının bir sonucudur. Örnek: Kapasitesi 2 mF (1.10-6 F) olan bir kondansatöre seri olarak 6000 W’luk direnç bağlanmış ve devreye DC 12 V uygulanmıştır. a. Kondansatörün geriliminin değişiminin denklemini yazınız. 28


b. Kondansatörün akımının değişiminin denklemini yazınız. c. Kondansatörün uçları direnç üzerinden kısa devre edildikten 0,018 saniye (s) sonra gerilim ve akımın değerini hesaplayınız. Çözüm a. Kondansatörün geriliminin değişiminin denklemi, v = V. e

-

t R .C

= V.. e

-

t t

= 12. e

-

t 6000.2.10-6

= 12. e

-

t 0 , 012

= 12. e

- 83, 33. t

b. Kondansatörün akımının değişiminin denklemi, t

t

t

t

- 83, 33. t -6 12 V . e 6000.2.10 = -0,002. e 0,012 = -0,002. e i = - . e R .C = -V.. e t = 6000 R

c. Kondansatörün uçları direnç üzerinden kısa devre edildikten 0,018 s sonra gerilim ve akımın değeri, v = 12. e

- 83, 33. t

i = -0,002. e

= 12. e

- 83, 33. t

-83, 33.0 , 018

= -0,002. e

= 12. e -1, 4999 = 12.0,2231 = 2,6772 V

-83, 33.0 , 018

= -0,002. e -1,4999 = -0,002.0,2231 = 0,0004462 A

Kondansatörlerin çalışma voltajı Kondansatörlerin kapasitesinin yanında çalışma voltajı (gerilimi) da çok önemlidir. Uygulamada kullanılan kondansatörler standart voltaj değerlerindedir. 12 V’ta çalışan bir elektronik devrede 10 V’luk kondansatör kullanmak doğru değildir. Özellikle elektrolitik tip kondansatörler aşırı gerilim altında çalıştıklarında ısınarak patlarlar. Kondansatörlerin standart voltaj değerleri: 3-6,3-10-16-25-35-50-63-100-160- 250-350-400450-630-1000 V... şeklindedir. AC çalışma gerilimi belli olan bir devreye bağlanacak kondansatörün çalışma voltajı: VC = Vetkin.1,41 denklemiyle bulunur. (Vetkin = Vşebeke = Vefektif) Örnek: 12 V çıkışlı bir doğrultmaç (DC güç kaynağı) devresinde kullanılacak filtre kondansatörünün çalışma gerilimi kaç volt olmalıdır? Çözüm VC = Vetkin.1,41 = 12.1,41 = 16,92 V Bu sunuca göre kullanılacak kondansatörün çalışma gerilimi en az 16 V ya da 25 V olmalıdır. Bazı kondansatörlerin maksimum çalışma voltajı DC cinsinden, bazılarınınki ise AC cinsinden belirtilir. Örneğin, 250 V DC, 400 V AC gibi. Bu noktadan hareketle, üzerinde 250 V DC yazan bir kondansatörü 220 V AC devrede kullanamayız. Çünkü, 220 V’luk AC’nin maksimum gerilim değeri, Vmaks = Vet.1,41 = 220.1,41 = 310,2 V’tur. Bu nedenle AC 220 V’luk devreye bağlanacak kondansatör en az 350 - 450 V’luk olmalıdır. Bazı kondansatörlerin üzerinde 250 V değerinin yanında ~ (alternans) işareti bulunur. Bu işaret kondansatörün 220 V’luk alternatif akıma dayanabileceğini belirtir. 29


Üzerinde 100 V DC- (ya da =) yazan bir kondansatör ise en fazla 63 V’luk AC gerilime dayanabilir. Ek bilgi: Etkin (efektif, RMS) değer Sinüsoidal biçimli olan alternatif akım, alternatörün devir sayısına bağlı olarak belli frekansta bir gerilim üretir. Türkiye'de kullanılan iki kutuplu alternatörler dakikada 3000, saniyede 50 devir yaptığından ürettikleri alternatif akımın frekansı da 50 Hz'dir. Alternatif akım sıfır ekseninin iki yanında pozitif ve negatif değerler alır. AC üretecinin verebildiği en yüksek gerilim değerine maksimum gerilim denir. Örneğin, evlerde kullanılan 220 V’luk gerilimin maksimum değeri 310,2 V’tur. Maksimum gerilimin 0,707 rakamıyla çarpılmasıyla elde edilen değere etkin değer denir. Etkin değer, alternatif akımın doğru akım eş değeri olarak da tanımlanabilir. Özet olarak 100 V’luk AC'nin yaptığı etkiyi 70,7 V’luk DC yapabilmektedir. Ölçü aletleri elektriğin etkin değerini ölçerler. Kondansatörler AC'nin maksimum değerine kadar dolar. 220 V’luk şebekeye bağlanan bir kondansatör en fazla 310,2 V’a şarj olur. İşte bu nedenle, AC besleme geriliminin maksimum değeri hesaplanarak kondansatör seçimi yapılır. Kondansatör bağlantıları Kondansatörler devrede kullanılırken çeşitli şekillerde bağlanır. Şimdi bunları inceleyelim. Paralel bağlantı Paralel bağlantıda toplam (eşdeğer) kapasite Kondansatörlerin paralel bağlanması artar, çalışma gerilimi aynı kalır. Paralel bağlı C devresinde toplam (eşdeğer) kapasiteyi hesaplamada kullanılan denklem, CT = C1 + C2 + ... + Cn şeklindedir. Paralel bağlı kondansatör devresinde tüm kondansatörlerde aynı değerde gerilim vardır. VT = V1 = V2 = Vn Örnek: C1 = 22 mF, C2 = 47 mF CT =? Çözüm: CT = C1 + C2 = 69 mF Birden fazla kondansatör paralel bağlandığında devreye uygulanabilecek maksimum gerilim, paralel bağlı kondansatörlerin çalışma gerilimi en düşük olanının gerilim değerini aşmamalıdır. Örneğin; paralel bağlı olan iki kondansatörden birinin çalışma gerilimi 16 V, diğerinin çalışma gerilimi ise 25 V olsun. Bu devreye uygulanacak maksimum gerilim 16 V olabilir. Seri bağlantı Seri bağlantıda toplam kapasite azalır, çalışma gerilimi yükselir. Şöyle ki; 10 mF ve 16 V’luk iki kondansatör seri bağlandığında toplam kapasite 5 mF olurken, çalışma gerilimi 32 V olur. Seri bağlantıda toplam (eşdeğer) kapasiteyi hesaplamada kullanılan denklem,

Kondansatörlerin seri bağlanması

30


şeklindedir.. Yalnızca iki kondansatör seri bağlıysa bu durumda toplam kapasite, denklemiyle bulunabilir.. Örnek: Seri bağlı devrede C1 = 10 mF, C2 = 10 mF, CT = ? Çözüm 1 1 1 = + = 1 + 1 = 2 CT C1 C2 10 10 10

10 = 5 mF 2 Birden çok kondansatör seri bağlandığında devreye uygulanabilecek maksimum gerilim ise seri bağlı kondansatörlerin çalışma gerilimlerinin toplamına eşittir. VT = VC1 + VC2 + VC3 + ... + VCn [V] CT=

Karışık (seri - paralel) bağlantı Hesaplama yapılırken paralel bağlı olan kısımlar seri hâle indirgenir. Daha sonra seri devrenin toplam kapasitesi bulunur. Örnek: Yandaki şekilde verilen devrede Kondansatörlerin karışık bağlanması C1=20 mF, C2=10 mF, C3 = 10 mF'dır. Toplam kapasiteyi (CT) bulunuz. Çözüm: İlk önce paralel bağlı C2 ve C3 kondansatörleri seri hâle indirgenir. CT1 = C2 + C3 = 20 mF Sonra C1 ve CT1 'in toplamı bulunur. =

1 1 2 + = 20 20 20

20

CT = = 10 mF 2 c. Transistörlü merdiven ışık otomatiği devreleri Çok katlı yapılarda merdiven boşluklarını istenilen süre kadar aydınlatmak için geliştirilmiş cihazlara merdiven ışık otomatiği denilmektedir. Merdiven ışık otomatiklerini yapı bakımından şöyle sınıflandırabiliriz. Mekanik yapılı Bunların içinde motor ve yay düzeneği vardır. Butona basılınca kontak kapanır, lambalar yanar. Ayarlanan süre sonunda ise söner. Mekanik yapılı ışık otomatikleri uygulama alanından kalkmıştır. Elektronik yapılı Bu tip otomatiklerin içinde çeşitli biçimlerde dizayn edilmiş elektronik devreler mevcuttur.

31


L

C2

10 k 470 mF

6/25 A

0

BC547

220/12 V 4W trafo

0 R B L

470 mF

C1

1N4001

1N4001

60 W

B

100 k

I. Tek transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi Yandaki şekilde verilen devrede butona basıldığında yarım dalga doğrultmaç devresinin çıkışındaki DC 12 voltluk gerilim nötr (0) hattı üzerinden geçerek C2 kondansatörünü doldurur. Dolan C 2 transistörü sürer. Röle çeker ve lamba yanar. C 2 boşalınca transistör kesime gider. Lamba söner. C2'ye paralel bağlı olan pot ile C 2 'nin boşalma zamanı ayarlanabilir.

R

Tek transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi

lamba faz nötr

12 V

C1

C2

10 W

4,7 k

buton

BC547

10-22 k zaman ayarı

470 k

5,6 k

T2

BC547

T1

5,6 k 1N4001

İki transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi

II. İki transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi Üstteki şekilde butona basıldığında trafo çalışmaya başlar. Sekonderde oluşan AC diyot tarafından DC'ye çevrilir. İlk anda C2 boş olacağından T1 kesimde olur. T1 kesimde olduğu için T2 iletime geçer. T2 iletken olunca röle çeker. Röle iki kontağını da kapatır. Birinci kontak lambayı besler. İkinci kontak trafonun primerine gelen akımın sürekli olmasını sağlar. Bir süre sonra C2 dolar. T1 iletken, T2 kesim olur. Röle kontaklarını açar ve lamba söner. III. PNP transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi Yandaki şekilde verilen devre tesisata bağlandıktan sonra butona basılırsa C 2 dolar. C 2 'nin gerilimi PNP transistörü sürer, röle çeker ve lambalar yanar. C2 boşalınca lambalar söner. 100 kW'luk pot ile lambaların yanma zamanı ayarlanabilir.

12 V

220 V

Elektronik merdiven ışık otomatiği

PNP transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi 32


1,5 k

R 2 27 k-270 k BC547

R4

T1

100 k

C2

2,7 k

470 mF

R1

T2 BC308

IV. NPN ve PNP transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi Yandaki şekilde verilen devrede butona basıldığında A noktasındaki doğru akım C2'yi şarj eder. Dolan C2, T1'i sürer. T1'in iletime geçmesi PNP tipi T2 transistörünün beyz ucunun eksi (-) alarak iletime geçmesine neden olur. T2 iletime geçtiğinde ise röle lambayı/lambaları çalıştırır. C2 boşaldığında lambalar söner.

R3

2,7 k

A 1000 mF16 V

C1

klemensler buton

lamba

V. Transformatörsüz 220 V merdiven ışık otomatiği NPN ve PNP transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi devresi Trafolar devrede çok yer kapladığından ve maliyeti artırdığından trafosuz tip merdiven ışık otomatikleri geliştirilmiştir. Trafosuz tip otomatiklerde gerilimin düşürülmesi için AC 220 V'luk girişe 220-470 nF/350 V'luk kondansatörler seri olarak bağlanmaktadır. Bu sayede gerilimin büyük bir bölümü kapasitif reaktansı (XC) yüksek olan kondansatör üzerinde düşmekte, 12-48 V'luk kısmı ise zaman rölesi devresine gitmektedir.

lamba

100-330 nF 400 V

1N4007

faz

250 W

C2 nötr C1

T2

BC308

BC308

T1 33-100 mF 100 V

1N4007

buton

5,6 k

470 mF / 25 V

5,6 k

27 k

470 k 5,6 k 1N4001

12 V röle

Transformatörsüz merdiven ışık otomatiği devresi

Yukarıdaki şekilde verilen devrede 100-330 nF'lık kondansatör direnç görevi yaparak gerilimi düşürür. Butona basıldığında devre nötr alarak çalışmaya başlar. C2 dolunca T1 iletime, T2 kesime gider ve lamba söner.

33


R1

100 k

470 k

100 k 10 k

1k

BT136

10 k 2,2-10 k BC308 BD135

BC547

6,8 k/1 W

BC547 C1

1000 mF 16 V

10 k

1k

10 k

1N4007

12 V 470 nF

47 mF/16 V

1A sigorta

lamba

R Mp

buton

B

Şekil 6.18: Transistör ve triyaklı merdiven ışık otomatiği devresi

VI. Transistör ve triyaklı merdiven ışık otomatiği devresi Yukarıdaki şekilde verilen devrede B'ye basıldığında C1 kondansatörünün iki ucuna da eksi (-) gideceğinden bu eleman deşarj olur ve P ile R1 üzerinden tekrar dolmaya başlar. C dolana kadar T1 kesimdedir. T1'in kesimde olması nedeniyle T2 ve T3 de kesimde kalır. T3'ün kesimde olması T4'ün iletim olmasını sağlar. T4 iletken olduğu anda triyakın G ucuna eksi (-) gider ve bu elemanın A1-A2 uçları arasından geçen akım lambaları çalıştırır. C dolduğu anda T1, T2, T3 iletime geçer. T3 iletken olduğunda T4 kesime gider ve lambalar söner.

1N4001

ç. Zaman gecikmeli çalışan (turn-on tipi) devreler I. Tek transistörlü, alıcıyı gecikmeli olarak çalıştıran (turn-on tipi) zamanlayıcı devresi Yandaki şekilde verilen devrede besleme 5,6-47 kW gerilimi devreye uygulandığında R ve P üzerinden geçen akım C'yi doldurmaya başlar. C'nin gerilimi belli bir seviyeye (0,6-0,7 V) geldiğinde transistör L iletime geçerek, rölenin bobinin AC ya da DC mıknatıslanmasına yol açar. Röle bobinin 10-470 kW mıknatıslanmasıyla palet çekilir ve kontaklar BC547 konum değiştirerek lambayı çalıştırır. B'ye basıldığında C boşalacağından lamba söner. Devrenin besleme gerilimi devam edecek olursa 10-1000 mF/16 V B'den elimizi çektikten bir süre sonra lamba tekrar yanar. Tek transistörlü turn-on tipi zaman rölesi Devredeki elemanların görevleri: R direnci: Potun değeri sıfır yapıldığında transistörün beyzini aşırı akıma karşı korur. Pot (P): Devrede kondansatörün dolma zamanını ayarlar. Yani gecikme süresini belirlememizi sağlar. Kondansatör (C): Devrenin gecikmeli olarak çalışmaya başlamasını sağlar. Transistör: Beyz ucuna gelen küçük değerli akımı ile kolektör-emiter uçları arasından daha yüksek bir akım geçirerek röleyi çalıştırır. Röle: Bobini enerjilendiğinde kontakları konum değiştirir ve yüksek akımlı bir alıcının kumanda edilmesini sağlar. 34


Diyot: Rölenin bobinin oluşturduğu yüksek değerli indüksiyon gerilimlerinin transistörü bozmasını engeller. Yani, yüksek değerli gerilimlerin rölenin kendi bobini üzerinden dolaşmasını sağlar. Not: Devrede röle yerine led ya da 12 V'luk flamanlı lamba da bağlanabilir. Eğer alıcı olarak led kullanılacaksa, lede seri olarak 470 W-1 kW'luk seri bir direnç bağlanmalıdır.

10-470 kW

1N4001

d. Zaman decikmeli duran (turn-of tipi) devreler I. Tek transistörlü alıcıyı bir süre çalıştırıp durduran (turn-off tipi) zamanlayıcı devresi Yandaki şekilde verilen devrede B'ye +12 V basılınca C dolar. Butondan elimizi çektiğimizde C'nin üzerinde biriken elektrik yükünün akımı R direncinden B geçerek transistörü tetikler. İletime geçen L 5,6-47 kW transistör röleyi çalıştırır. AC ya da DC Bir süre sonra kondansatör R plakalarındaki elektrik yükü biteceğinden BC547 transistör kesime gider, röle ilk konumuna döner ve lamba söner. 10-1000 mF/16 V Devredeki elemanların görevleri: R direnci: Butona basıldığı anda Tek transistörlü turn-off tipi zaman rölesi transistörün beyzine yüksek akım gitmesini engeller. Yani, beyz ucunu yüksek akıma karşı korur. Pot (P): Kondansatörün boşalma zamanını ayarlar. Yani, alıcının çalışma süresini belirlememizi sağlar. Kondansatör (C): Devrenin bir süre çalışmasını sağlar.

100 k-470 k

II. Darlington bağlantılı, uzun zaman gecikmeli turn-on tipi zaman rölesi devresi Transistörlerin ard arda bağlanmasıyla daha güçlü, hassas +12 V ve yüksek kazançlı transistörler 1 k-10 k yapılabilir. L 220 V Yandaki şekilde verilen turn-on tipi zaman rölesi devresinde S T1 anahtarı kapatıldığında R1 ve P T2 üzerinden geçen akım C'yi 47 k-470 k BC547 doldurmaya başlar. C'nin gerilimi BC547 belli bir seviyeye geldiğinde T1 transistörü iletime geçer. T 1 iletime geçince T2 de iletime geçer ve röle çalışır. Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turn-on tipi zaman rölesi devresi B'ye basılırsa C boşalacağından devre başa döner. Yani alıcı bir süre çalışmaz. Belli bir zaman geçtikten sonra tekrar çalışmaya başlar.

35


III. İki transistörlü kaskad bağlantılı turn-off tipi zaman rölesi Yandaki şekilde verilen devrede B'ye basılınca C dolar ve T1'i tetikler. T1'in iletime geçmesiyle R3 direnci üzerinde bir gerilim oluşur. R3'te oluşan gerilim T2 transistörünü sürerek ledi çalıştırır. C boşalınca T1 ve T2 kesime gider, led söner.

1 kW

10-22 kW

10-470 kW

R2

R4

BC547

10 kW

T1 T2 BC547

10-22 kW

10-1000 mF/16 V

R1 R3

-

İki transistörlü kaskad bağlantılı turn-off tipi zaman rölesi

B

P

R1

R2 1 MW

1N4001

10-1000 mF/16 V

+12 V

10-470 kW

IV. Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turn-off tipi zaman rölesi devresi Yandaki şekilde verilen devrede B'ye basıldığında kondansatör (C) boşalır ve yeniden dolmaya başlar. Bu sırada P ve R1 üzerinde oluşan polarma gerilimi T1 transistörünü sürer. İletime geçen T1 ise T2'yi sürer ve röle çalışır. Kondansatör tam olarak dolunca akım çekmez. Kondansatörün akım çekmemesi nedeniyle P ve R1 üzerinde gerilim düşümü olmaz ve transistörler kesime gider.

+12 V B

L T1

BC547 BC547

T2

10-22 kW

Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turn-off tipi zaman rölesi devresi

10-470 kW

V. Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turn-off tipi zaman rölesi devresi Yandaki şekilde verilen devrede B'ye basıldığında kondansatör (C) dolar. L 1N4001 220 V Butondan elimizi çektiğimizde C'nin üzerinde biriken elektrik yükünün akımı T1 R direncinden geçerek T 1 ve T 2 transistörünü tetikler. İletime geçen T2 100 k-500 k T2 BC547 transistörü röleyi çalıştırır. Bir süre BC547 sonra kondansatör plakalarındaki 100-470 mF elektrik yükü biteceğinden transistörler kesime gider, röle ilk konumuna döner ve lamba söner. Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli Devrede T1 transistörünün beyzine turn-off tipi zaman rölesi devresi bağlanan direncin değeri çok büyük olduğundan beyz ucu çok küçük bir akım çeker. Bu sayede kondansatör çok uzun sürede boşalır. VI. Schmitt trigger (tetiklemeli) bağlantılı turn-off tipi zaman rölesi devresi Transistörlerin schmitt tetiklemeli bağlanması kısaca şöyle açıklanabilir: Rölelere uygulanan gerilim hemen sıfır ya da maksimum değere ulaşmazsa, rölenin bobininin oluşturduğu mıknatıslık yetersiz olacağından, kontaklar titreşir. İşte bu durum röleli devrelerde hiç istenmez. 36


1N4001

1,8 kW

390 W

33 W

10-470 mF

33-47 W

10-470 kW

270 W

10-33kW

Çünkü titreşim şerareye +12 V (kıvılcım) sebep olarak rölenin R1 R2 kontaklarının çabuk bozulmasına neden olur. Röle A kontaklarındaki titreşimi en az R4 R3 P değere indirmek için L transistörler schmitt (şimit) tetiklemeli olarak bağlanır. BC547 BC547 T1 Schmitt tetiklemeli turn-off T2 zaman rölesi devresi şöyle B C çalışır: Yandaki şekilde verilen B R5 R6 devreye enerji uygulandığında C henüz boş olduğundan T1 Schmitt tetiklemeli turn-off tipi zaman rölesi devresi kesimdedir. Dolayısıyla T1'in kolektör ucundaki (A noktası) gerilimin değeri şaseye göre maksimum seviyededir. Bundan dolayı T2 hemen iletime geçerek röleyi sürer ve alıcı çalışır. R1 ve pot üzerinden şarj olmaya başlayan C, bir süre sonra dolarak T1’i iletime sokar. İletime giren T1’in kolektöründeki (A noktası) gerilim azalırken emiterine bağlı olan R3 direncinde (B noktası) düşen gerilim yükselir. Bu da T2 transistörünün (iki elektriksel etki sebebiyle) hızlıca kesime gitmesine neden olur. Şöyle ki; I. T1'in kolektöründeki gerilim düşerek T2'yi kesime götürür. II. T1 ve T2’nin emiterlerinin bağlı olduğu R5 direncinde oluşan gerilim, T2'nin beyz akımını azaltıcı etki yapar. (Negatif geri besleme) Devrede bulunan B butonuna basılacak olursa C boşalacağından, T1 hemen kesime gider. Bu da T1'in kolektör (A noktası) geriliminin yükselmesine neden olarak T2'yi iletime sokar. Sonuç olarak schmitt tetikleme yöntemi, rölenin çok hızlı olarak iletim ya da kesime gitmesini sağlar. e. Transistörlü flip-flop (multivibratör) devreleri Bilgileri çıkışa aktarırken çıkışlardan birisini lojik 1, ötekini lojik 0 yapan devrelere multivibratör (MV) denir. Multivibratörler bilgi saklamada, sayıcılarda, kare (ya da dikdörtgen) dalga üreteçlerinde vb. yaygın olarak kullanılır. Multivibratör devreleri ilk önceleri tamamen transistörlerle yapılıyordu. Ancak günümüzde bu devreler entegrelerle yapılmaktadır. k

I. Transistörlü kararsız (astable) flip-flop (multivibratör) devresi Yandaki devrede ilk anda T2'nin iletken olduğunu varsayalım. Bu durumda, L 2 çalışırken, C 2 , T 2 transistörü üzerinden eksi (-) alıp ters olarak, C1 ise, T2’nin beyzi üzerinden

22 k

22 k

Q

k

Q

BC547

BC547

NPN

NPN

Kararsız multivibratör (flip-flop) devresi 37


VCE1 VCE2

VBE1

VBE2

T1 T2

5,6-22 k

+5-12 V

Kararsız multivibratör devresinin çeşitli noktalarındaki dalga şekilleri

4,7-22 k BC547

BC547

1k Tek kararlı multivibratör

flamanlı lamba

flamanlı lamba

+5...12 V

II. Monostable (tek kararlı) multivibratör Bu tip devreler alıcıyı belli bir süre çalıştırabilmektedir. Yani tek kararlı devrelerde çıkışa bağlı alıcının çalışma süresi geçici bir durum arz etmektedir. Başka bir deyişle bu devreler, uygulanan tetikleme palsinden sonra belirli bir süre devam eden tek pals üretirler. Yandaki şekilde verilen devreye DC uygulanınca ilk anda T2 transistörü iletken olur. L yanar. R6 direnci üzerinde oluşan gerilimin geri besleme etkisiyle T1 iletime geçemez. T2 iletimdeyken C kondansatörü T2'nin B-E eklemi üzerinden geçen akımla şarj olur. Bir süre sonra butona basılırsa T1 iletime geçer. C'de biriken elektrik yükünün akımı T2'nin B-E eklemini ters yönde polarize eder ve T 2 kesime gider. C bir süre sonra boşalacağından T2 tekrar iletime geçer.

2,2 k

doğru olarak şarj olmaya başlar. Bir süre sonra dolan C2, T1’i iletime sokar. T1 iletime geçince doğru şarj olan C1'in akımı T2’yi hızlıca kesime sokar. T1’in iletime geçmesi L1’i çalıştırır. L1 çalışırken biraz önce boşalan C1 bu kez ters, C2 ise doğru polariteli olarak dolmaya başlar. C1 dolunca T2 ’yi sürer. C2 üzerinde birikmiş olan elektrik yükü ise T1 'i kesime sokar. Devre bu şekilde çalışmasını sürdürür. Ledlerin yanma süresi R2, R3 ya da C1, C2’nin değerleri değiştirilerek ayarlanabilir. Özetlersek, kararsız multivibratörlerde T1 ve T2 transistörleri direnç ve kondansatör ikilisiyle sürekli olarak iletim kesime sokulduğundan devre çıkışları sürekli konum değiştirir. Bu tip devreler çalışabilmek için, herhangi bir tetikleme palsine gerek duymazlar. Devrenin Q ve çıkışlarına osilaskop bağlanacak olursa kare dalga şeklinde sinyaller görülür.

1,5 k 4,7 k III. Bistable (iki kararlı) multivibratör Bistable tip multivibratörlerde transistörlerden biri kesimdeyken diğeri doyumda beklemektedir. Dışarıdan giriş (S ve S R) uçlarına tetikleme sinyali uygulandığında R 1k 1k ise devredeki transistörler konum değiştirmektedir. İki kararlı multivibratör devresi Yandaki şekilde verilen devrede S'ye basılınca T1 kesime gider. Q noktasında oluşan yüksek değerli polarma gerilimi T2'yi tetiklemeye noktasının gerilimi azaldığından T1 kesinlikle iletime başlar ve L2 yanar. T2 iletimdeyken 38


geçemez. R'ye basılırsa T2 kesime gider. noktasında oluşan yüksek değerli polarma gerilimi T1'i tetikler ve L1 yanar. Bu devrede iki transistörün de aynı anda iletime geçmesi mümkün değildir. Yani devrenin Q ve noktalarında iki durum vardır. Bunlar, 1 ve 0 bilgilerini saklayan noktalar olarak tanımlanır.. Not: Devrede L1 ve L2 lambalarının yerine 1 kW'luk dirençler bağlanabilir. f. Ayarlanabilir flaşör (periyodik çalıştırma) devreleri Endüstriyel üretim süreçlerinde bazı makinelerin periyodik olarak çalışması istenir. İşte bu gibi durumlar için mekanik ya da elektronik yapılı sistemler geliştirilmiştir. I. Alıcıyı aralıklı (periyodik) olarak çalıştıran devre Alıcıyı aralıklı (periyodik) olarak çalıştıran devre Yandaki şekilde verilen devre astable multivibratör (flip flop) temellidir. Devrenin çalışmasını basit olarak açıklayacak olursak: İlk anda T1'in iletimde olduğunu varsalım. Bu durumda C1 şarj olmaya başlar. C1 dolunca T2'yi sürer. T2 iletimdeyken bu kez de C2 dolmaya başlar. C2 dolduğunda T1 iletime geçer. Görüldüğü gibi devre sürekli olarak konum değiştirmektedir. Örnek olarak verilen devrede T2 transistörünün kolektörüne röle bağlı olduğuna göre alıcı aralıklı olarak çalışıp durmaktadır. Alıcının çalışma zamanını değiştirmek istersek C1, C2, R2, R3'ten herhangi birisinin değerini değiştirmemiz gerekir. g. Entegreli zamanlayıcılar I. 555 entegreli turn-off tipi zaman rölesi devresi Yandaki şekilde verilen devre alıcının 1 s-15 dakika süreli olarak çalışmasını sağlar. Butona basıldığında röle çalışır. Bir süre sonra C kondansatörü deşarj olduğundan röle eski konumuna döner. Devrenin çalışma zamanı, T = 1,1.R.C [s] denklemiyle bulunur. Denklemde, R: Direnç (ohm), C: Kondansatör (farad) cinsindendir.

C

555 entegreli turn-off tipi zaman rölesi devresi

39


ğ. Op-amp ile yapılan zamanlayıcılar Op-amplarda 2 giriş ucu bulunmaktadır. (+) giriş ile (-) giriş, uygulanan sinyalleri kıyaslar ve buna göre çıkış verir. Eğer, (+) girişin gerilimi (-) girişin geriliminden biraz büyük olursa op-amp çıkış vererek röleyi sürer.

+12 V

220 kW

1N4001

L

470 kW

II. 555 entegreli periyodik olarak çalışan röle devresi Yanda verilen şekilde kullanılan kondansatör ve dirençlerin değerine göre entegrenin çıkışının konum değiştirme zamanı ayarlanabilir.

220 V

555

10 mF

-

555 entegreli periyodik olarak çalışan röle devresi

100 mF

I. 741 op+ ampıyla yapılan +12 V turn-off tipi B 1N4001 zaman rölesi 100 k devresi Yandaki şekilde BC547 10-470 k k 100-500 verilen devrede +3 butona basıldığı -2 anda kondansatör 10 k 100C mF besleme gerilimi 1,5 k 100 k kadar bir değere şarj olur. Bunun sonucunda 3 Op-amplı turn-off tipi zaman rölesi devresi numaralı (+) girişin gerilimi 2 numaralı (-) girişin geriliminden yüksek olacağından op-amp çıkış verir ve röle çeker. C'nin üzerindeki gerilim pot üzerinden yavaş yavaş boşalmaya başlar. Bu değer 2 numaralı girişin geriliminden aşağı değere düştüğü anda op-amp kesime gider. Not: Op-ampın 2 numaralı eksi (-) girişinin gerilimi iki adet gerilim bölücü direnç ile besleme geriliminin yarısına düşürülmüştür. h. Dijital entegreli zamanlayıcı devreleri Lojik (mantık) kapı entegreleri kullanılarak da çeşitli zamanlayıcılar yapılabilmektedir. Bu devrelerin tam olarak anlaşılabilmesi için dijital elektronik konularını bilmek gerekir.

I. VEDEĞİL (NAND) kapılarıyla yapılan flip-flop devresi VEDEĞİL kapısının iki girişine de lojik 1 yani 5 V geldiğinde çıkış uçlarının gerilimi 0 V olur. İki girişe de lojik 0 uygulandığında ise çıkış 5 V olur. Devrenin çalışma ilkesi: N1 kapısının çıkışının 0 V olduğunu kabul edelim. Bu durumda led1 yanar. N1 kapısının çıkışının 0 V olabilmesi için R2 direnci üzerinde lojik 1 sinyalinin bulunması gerekir. Bu da ancak C1 kondansatörü şarj olurken mümkün olur. 40


C1 kondansatörü tam olarak dolduğu anda R 2 üzerinden R 1 270 W C1 led1 akım geçmeyeceğinden, bu led2 elemanda 0 V görülür. R2'nin 100 mF geriliminin 0 V olması N 1 100 mF kapısının çıkışını lojik 1 V 5V N2 yapar ve led1 söner. C2 N1 N1'in çıkışının 1 olması C2 R3 R2 kondansatörünün şarj olmaya Devrede 7400 VEDEĞİL lojik 3,3 k 3,3 k başlamasına yol açar. Bu ise R3 kapı entegresi kullanılmıştır. üzerinde bir gerilim oluşturur. R3 üzerinde oluşan gerilim ise VEDEĞİL kapılı flip flop devresi N2'nin çıkışını lojik 0 V yapar. N2'nin çıkışının 0 V olmasıyla led2 çalışır. Devre bu şekilde çalışmasını sürdürür. Devrede led yerine düşük akımlı 5 V'luk mini röleler kullanılırsa periyodik çalışan bir sistem oluşturulabilir. (Bu durumda, ledlere seri bağlı 270 W'luk direnç iptal edilmelidir.)

R1 100 kW

I. NPN transistör ve tristörlü gecikmeyle çalışan (turn-on tipi) zaman rölesi devresi Yandaki şekilde verilen devrede S anahtarı kapatılınca C dolmaya başlar. C’nin gerilimi 0,6-0,7 V düzeyine ulaşınca transistör iletime geçer. R3 üzerinde oluşan gerilim tristörü tetikler, lamba yanar. Pot ile L’nin çalışmaya başlama zamanı ayarlanabilir.

470 k

P

+12 V

ı. Tristörlü zamanlayıcı devreleri S

47 W R2

C 100 mF

47 W R3

Transistör ve tristörlü turn-on tipi zaman rölesi devresi

41


AC ya da DC

BC547

MCR100 TIC106

L

3. JFET (FET)’lerin yapısı ve karakteristiği Transistör (BJT, bipolar junction transistor) hakkında temel bilgi Transistör B (beyz) ucuna uygulanan akıma göre C (kolektör)-E (emiter) uçları arasından geçen akımı kontrol eder. Başka bir deyişle transistör çalışabilmek için belli bir IB akımına gerek duyar. İşte bu nedenle transistörlere akım kontrollü aktif devre elemanı denir. Yandaki şekilde NPN ve PNP tipi transistör PNP NPN sembolleri verilmiştir. Şekil 1: NPN ve PNP transistör sembolleri

JFET (FET)’ler G (gate, geyt, kapı) ucuna uygulanan ters polariteli gerilimin değerine göre D (drain, dreyn, oluk)-S (source, sors, kaynak) uçları arasından geçen akımı kontrol edebilen elemanlara ise JFET (junction field effect transistor, birleşim yüzeyli alan etkili transistör) denir. JFET’lerin özellikleri TV, video, kamera, bilgisayar, kesintisiz güç kaynağı, anten yükselteci, verici, alıcı vb. gibi hassas yapılı elektronik devrelerde yaygın olarak kullanılan JFET’lerin bazı özellikleri şunlardır: Giriş empedansları 100 MW dolayında olup çok yüksektir. Transistörün (BJT) giriş empedansı ise çok düşük olup 2 kW dolayındadır. Radyasyon (ışınım) etkisi yoktur.. Anahtar olarak kullanıldıklarında kontrol edilmeleri kolaydır. Yani D-S uçları arasından geçen akım küçük bir VGG polarma (ön gerilimleme) voltajıyla denetlenebilir. Transistörlerden daha az gürültülü (parazitsiz) çalışırlar.. Sıcaklık değişmelerinden daha az etkilenirler.. Gövde boyutları transistörlerden daha küçüktür.. Giriş empedanslarının yüksek, elektrotlar (ayaklar) arası kapasitenin (sığanın) düşük olması nedeniyle yüksek frekanslı elektronik devrelerde yaygın olarak kullanılırlar. Bant genişlikleri (çalışabildikleri frekans aralığı) dardır.. Alan etkili transistör çeşitleri Alan etkili transistörler iki gruba ayrılır: I. JFET (junction field effect transistor, birleşim yüzeyli alan etkili transistör), II. MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor, metal oksit yarı iletken alan etkili transistör) JFET’lerin yapısı P ve N tipi iki yarı iletkenin birleşmesinden oluşan JFET’lerin D, S, G adlı üç ayağı vardır. N kanal P kanal Şekil 2’de N ve P kanallı JFET sembolleri, Şekil 2: JFET sembolleri şekil 3’te ise N kanallı JFET’in yarı iletken iç yapısı verilmiştir. JFET’te D-S arasındaki kanal maddesi büyük, kapı (G) maddesi ise küçüktür. N kanallı JFET ile P kanallı JFET arasında bir fark yoktur. Sadece ID akımının yönü terstir. 42


Bu bölümde, anlaşılması daha kolay olduğu için N kanallı JFET’lerin çalışması açıklanacaktır.

B F2

G

45

SD JFET’lerin çalışma ilkesi Şekil 4’te görüldüğü gibi N kanallı JFET’in G ucu ters, D-S uçları ise doğru polarılmıştır. JFET’in D ucuna bağlanmış olan RD, yük direnci olarak görev yapmaktadır. G-S uçları arasına bağlanmış olan VGG Şekil 3: N kanallı JFET'in yarı iletken iç yapısı kaynağı JFET’in G-S uçları arasındaki yarı iletkenleri ters polarır. Bilindiği gibi P-N RD ID eklemine ters polarma uygulandığında birleşim (junction, jonksiyon) bölgesinde, elektron ve oyuk bakımından fakirleşmiş bir bölge (alan) oluşur. Fakirleşmiş alanın genişliği şekil 5’te VDD görüldüğü gibi G ucuna uygulanan ters polarma G geriliminin değeri artırıldıkça artar. JFET’in G-S uçlarına ters polarma uygulandığı için G ucundan hiç akım geçişi VGG olmaz. İşte bu nedenle JFET’ler gerilim kontrollü eleman olarak tanımlanırlar. S Transistörlerin B ucu akım çektiği için bu elemanlar akım kontrollüdür. Şekil 4’te verilen devrede ilk anda VGG Şekil 4: N kanal JFET'in polarılması geriliminin 0 (sıfır) volt olduğunu varsayalım: D Bu durumda VDD kaynağı, RD direnci ve D-S uçları arasından belli bir akım geçirir. RD VGG kaynağının gerilimi 0 (sıfır) voltken G geçen akım JFET’in D-S uçlarının ve RD’nin + P P VDD direnç değeri tarafından sınırlanır. N Şekil 6’da verilen deney bağlantı şemasında VGG G ucu şaseye bağlıyken (VGG = 0 V) VDD + S kaynağının gerilimi 0 volttan itibaren artırılacak olursa ID akımı da şekil 7’de görüldüğü gibi artmaya başlar. Akımın doğrusal (lineer) olarak Şekil 5: JFET’in G-S uçları arasına ters olarak bağartış gösterdiği A-B noktaları arasındaki bu lanan VGG kaynağının gerilim değeri arttıkça fakirleşmiş bölge genişler. (JFET’in akım geçiren kanalı daralır.) kısma “omik bölge” denir. JFET’e uygulanan VDD gerilimi doğrusal bir şekilde artırılmaya devam edilirse ID akımının şekil 7’de görüldüğü gibi doğrusal olarak artmadığı görülür. Şekil 6’da VDD gerilimi 0 V’tan 4 V’a doğru artırıldığında ID akımın şekil 7’de görüldüğü gibi doğrusala yakın düzgünlükte arttığı görülür. VDD gerilimi 4 volttan itibaren artırılsa bile ID akımındaki artış durur. ID akımının artışının durduğu noktaya doyum (saturasyon, kıstırma, pinch-off) noktası denir. Doyum noktası kritik gerilim değeri olarak da adlandırılır ve VP ile gösterilir. JFET’in G ucuna uygulanan ters polarma gerilimi VGG=0 voltken D-S uçları arasından geçen ID akımı, VDD gerilimi artırılsa bile belli değerde sabitleşir. Akımın sabit olduğu bu değere IDSS 43


ID D

G S V

mA

+

+

+

V

+

-

VDD VDS

-

VGS

-

Şekil 6: JFET’in G ucuna uygulanan gerilim 0 V’ken ID akımının ve VDS geriliminin değişiminin incelenebilmesi için kurulan deney bağlantı şeması

ID (mA) IDSS 1

C B JFET’in kırılma (bozulma) noktası omik bölge

0,5

JFET’in saturasyon (doyum, kıstırma, pinch-off) bölgesi

0 A

JFET’lerin elektriksel karakteristikleri

-

BF245

0-15 V

(D-S uçları arasından geçen doyum akımı) denir. JFET’in D-S uçları arasından geçen akım, VDS uçları arasındaki gerilim artırılmaya devam etmesine karşın pek fazla artmaz. Şekil 7’de verilen karakteristik eğride doyum (pinch-off) bölgesi olarak adlandırılan bölgede JFET’ten geçen IDSS akımı hemen hemen aynı değerde kalır. Şekil 6’da verilen deney bağlantı şemasında VDD kaynağının gerilim değeri artırılarak D-S uçları arasındaki VDS gerilimi yükseltilecek olursa ID akımı yüksek bir değere çıkar. ID akımının aşırı artması ise JFET’in bozulmasına yol açar. Şekil 7’deki karakteristik eğrisinde kırılma (breakdown, bozulma) noktası (C) olarak gösterilen bu değeri JFET’e uygulamamak gerekir.

VP 4 V

8V

12 V

15 V V DS (V)

Şekil 7: JFET’in G-S uçları arasına uygulanan gerilim 0 V’ken D-S uçları arasına bağlanan VDD kaynağının gerilim değeri 0’dan itibaren artırıldığında I D akımının karakteristik eğrisi

0 - -2 V

0-15 V

I. JFET’in çıkış (VDS-ID) karakteristiği JFET’in G ucu şekil 6’da görüldüğü gibi şaseye bağlıyken VDS kaynağının gerilim değeri ID belli bir noktaya ulaştığında D-S uçları - mA + BF245 D + arasından belli büyüklükte bir akım geçer. Buna G + IDSS akımı denir. V VDD G ucuna uygulanan VGS ters polarma gerilimi S - V VGG DS şekil 8’de görüldüğü gibi artırıldığında (örneğin V V GS -1 V yapıldığında) I D akımı şekil 9’da + + görüldüğü gibi azalır. VGG kaynağıyla G ucuna uygulanan ters Şekil 8: JFET’in G ucuna uygulanan gerilim 0 volttan polarma gerilimi biraz daha artırıldığında yüksekken ID akımının ve VDS geriliminin değişiminin incelenebilmesi için kurulan deney bağlantı şeması (örneğin -1,5 V yapıldığında) ID akımı şekil 9’da görüldüğü gibi daha da azalır. VGS=-2 V yapıldığında ise ID akımı 0 A düzeyine iner. Sonuç olarak VGG kaynağıyla G ucuna uygulanan ters gerilim -0,5, -1, -1,5, ..., -2 V şeklinde artırılmaya devam edilirse ID akımı 0 A düzeyine doğru iner. ID akımının azalmasının nedeni kanal bölgesinin iletkenliği sağlayan elektronlar ve oyuklar bakımından fakirleşmiş bir hâle gelmesidir. Kanal bölgesinin fakirleşmiş hâle gelmesini sağlayan etken ise bilindiği gibi G-S uçları arasının ters polarmalanmış olmasıdır. b. JFET’in transfer (VGS-ID) karakteristiği JFET’in transfer karakteristiği, sabit bir VDS gerilimi altında VGS geriliminin değişimine göre ID akımının değişimini gösterir. Başka bir deyişle VDS gerilimi sabitken G ucuna uygulanan ters polarma (VGG) gerilimi artırıldıkça ID akımı şekil 10’da görüldüğü gibi IDSS değerinden 0 mA değerine doğru iner. 44


ID (mA)

denklemiyle

ID akımının değeri, bulunur.

0,5

Şekil 10’da verilen karakteristik eğrisinden şu sonuçlara (yargılara) varmak mümkündür: I. VGS gerilimi 0 V’ken JFET’ten maksimum düzeyde bir akım geçişi olmaktadır. Bu akım IDSS (saturasyon, doyum) akımı olarak nitelenir. II. JFET’in G ucuna uygulanan ters polariteli VGS gerilimi V GG ile 0 V’tan itibaren artırıldığında D-S uçları arasından geçen ID akımı IDSS değerinden daha küçük bir değere inmektedir. III. JFET’in G-S uçları arasına uygulanan ters polarma gerilimi belli bir düzeye (VP değerine) ulaştığında D-S uçları arasından geçen ID akımı 0 (sıfır) seviyesine inmektedir. JFET’in Transfer karakteristiğiyle ilgili örnekler Örnek: Bir JFET’in VP gerilimi -3 V, IDSS akımı 10 mA’dir. Buna göre, a. VGS gerilimi 0 voltken ID akımını, b. VGS gerilimi -1 voltken ID akımını, c. VGS gerilimi -3 voltken ID akımını bulunuz. Çözüm a.

=

b.

=

c.

=

VGS = 0 V

1

kıstırma (sabit akım, pinch-off) bölgesi

omik bölge

Şekil 10’da verilen transfer karakteristiği eğrisinde herhangi bir -VGS gerilimi değerinde

VGS = -1 V VGS = -1,5 V

0

VGS = -2 V 12 V 8V

VP 4 V

=

b.

=

VDS (V)

Şekil 9: JFET’in G-S uçları arasına uygulanan gerilim -1 voltken D-S uçları arasına bağlanan VDD kaynağının gerilim değeri 0 V’tan itibaren artırıldığında ID akımının değeri IDSS değerinin altına iner.

IDSS

ID (mA) 1 0,8 0,6 0,4 0,2

-V GS (V)

VP -2

-1,5

-1

-0,5

0

Şekil 10: N kanal JFET’in transfer karakteristiği

Örnek: Bir JFET’in VP gerilimi -4 V, IDSS akımı 20 mA’dir. Buna göre, a. VGS gerilimi 0 voltken ID akımını, b. VGS gerilimi -2 voltken ID akımını, c. VGS gerilimi -4 voltken ID akımını bulunuz. Çözüm a.

15 V

5 mA

45


c.

=

JFET’lerin elektriksel parametreleri (büyüklükleri) JFET’e uygulanan gerilimlerin değiştirilmesiyle bu elemanın gösterdiği tepkiye parametre (büyüklük) denir. Elektronik devre elemanı üreten firmalar kataloglarda her JFET için parametre değerlerini bildirirler. Örnek olarak BF245 adlı JFET’in bazı özellikleri aşağıda verilmiştir. VDSmaks = ± 30 V VGSmaks = - 30 V gm = 5,5.10-3 (mho, Siemens, S) IDSS = 10 mA

B F2

45

GS D

JFET’lerin özellikleri açıklanırken kullanılan bazı teknik parametrelerin (büyüklüklerin) anlamları şöyledir: I. D-S doyma akımı (IDSS) G-S eklemi (jonksiyonu) kısa devre edildiğinde (yani G ucuna 0 V uygulandığında) D-S uçları arasından geçen maksimum akımdır. II. G-S kapama gerilimi (kritik gerilim, VP) D-S kanalının tamamen kapandığı (hiç akım geçirmediği) gerilim değeridir. Bu değer VGS-off (VGS-kesim) ile de gösterilir. III. G-S kırılma gerilimi (BVGSS) Bu parametre belirli bir akımda D-S kısa devreyken ölçülür. Uygulamada bu değerin üzerine çıkılması hâlinde JFET bozulur. IV. D-S kırılma gerilimi (VDSmaks) JFET’in D-S uçları arasına uygulanabilecek maksimum gerilim değerini bildirir. Bu değerin üzerinde bir gerilim JFET’i bozar. V. Geçiş iletkenliği (gm) JFET’ler sabit akım elemanı olduğundan D ucundaki gerilimin değişimi ID akımında pek bir değişikliğe yol açmaz. ID akımı genellikle G m V =15 V ucuna uygulanan gerilimle kontrol edilir. Bu nedenle JFET’lerin en önemli 6.0 parametrelerinden biri ID akımındaki değişime g 5.0 göre G voltajının değişimidir. Bu parametre mV 4.0 geçirgenlik (transkondüktans, 3.0 transconductance) olarak tanımlanır. Yandaki şekilde BF245 adlı JFET’in geçiş 2.0 iletkenliği karakteristik eğrisi verilmiştir. 1.0 Geçirgenlik, VDS gerilimi sabitken ID akım 0 0,1 1 10 100 mA değişiminin G-S arası gerilim değişimine I oranıdır. DS

m

D

46


gm =

DI D DVGS

(VDS = sabit)

Geçirgenlik, direncin tersi olduğu için birimi (mho, mo) ya da Siemens (S) ile ifade edilir..

gm=

2.I DSS VP

æ VGS çç1 è VP

ö ÷÷ ø

ve gm=

2.I DSS VP

ID I DSS

denklemleri kullanılarak JFET’in geçirgenlik değeri

hesaplanabilir. Örnek: Bir JFET’in VGS gerilimi 0 V’tan -0,6 V’a kadar değiştiğinde ID akımı 1 mA’den 0,2 mA’e doğru bir azalma (değişim) göstermektedir. JFET’in geçirgenliğini (transkondüktansını) bulunuz. Çözüm DI D

gm= DV = GS

(1.10 -3 - 0,2.10 -3 ) 0,8.10 -3 = = 1,33.10 - 3 ohm = (0,6 - 0) 0,6

1,33 m (milimho)

Örnek: Bir JFET’in IDSS akımı 10 mA, VP gerilimi -6 V, VGS gerilimi -1 V olduğuna göre JFET’in iletkenliğini (transkondüktansını) bulunuz. Çözüm gm =

2.I DSS VP

æ VGS çç1 è VP

ö ÷÷ ø

= 2.10.10 -6

-3

-1 ö æ -3 ç1 ÷ = 3,33.10 .0,834 è -6ø

= 2,78.10-3

= 2,78 m

VI. D-S iletim direnci (rds) Bu büyüklük, belirli bir G-S gerilimi ve ID akımında ölçülen gerilim D-S iletim direnci, JFET’in anahtar olarak kullanılmasında önem taşır. Bu değer on ile bir kaç yüz arasında değişir.

47


4. MOSFET’lerin yapısı ve karakteristiği JFET’lere göre daha üstün özelliklere sahip olan MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor, metal oksit tabakalı alan etkili transistör)’lerde G ucu gövdeden tamamen yalıtılmıştır. O nedenle MOSFET’lerin giriş empedansı (Zgrş, Zin) çok N kanallı P kanallı yüksek olup 1014 W dolayındadır. MOSFET MOSFET Bant genişliği ve çalışma frekansı JFET’lere Şekil 11: Azaltan kanallı MOSFET sembolleri oranla daha yüksek olan MOSFET’ler entegre yapımında ve hassas elektronik devrelerin üretiminde kullanılmaktadır. Hassas yapılı olan MOSFET’lerin G ucundaki ince silisyum (silikon) oksit tabakası N kanallı insan bedenindeki statik elektrik yüküyle bile P kanallı MOSFET MOSFET delinebilir. O nedenle bu elemanlara el ile dokunmadan bedendeki durgun (statik) Şekil 12: Çoğaltan kanallı MOSFET sembolleri elektrik yükünün boşaltılması gerekir. Ayrıca MOSFET’lerin lehimlenmesinde düşük güçlü (fazla ısınmayan) ve topraklı havyalar kullanılmalıdır. Şekil 11’de azaltan kanallı, şekil 12’de ise çoğaltan kanallı MOSFET sembolleri verilmiştir. MOSFET çeşitleri Uygulamada kullanılan MOSFET çeşitleri şunlardır: a. Azaltan kanallı (depletion tipi, D-MOSFET) MOSFET, b. Çoğaltan kanallı (enhancement tipi, endüksiyon tipi, E-MOSFET) MOSFET MOSFET’lerin yapısı I. Azaltan kanallı MOSFET’ler Şekil 13’te yapısı verilen azaltan kanallı MOSFET’te G ucu N tipi kanal maddesinden silisyum oksit ve silisyum nitrat tabakalarıyla ayrılmıştır. Azaltan kanallı MOSFET’in G ucuna uygulanan gerilim 0 voltken, D-S uçlarına bir gerilim uygulandığında N tipi kanaldan belli değerde bir akım (IDSS) geçişi olur. G ucuna uygulanan ters polarma geriliminin değeri artırıldıkça D-S kanalından geçen akım (ID) azalır.

metal

silisyum nitrat silisyum oksit

P SS substrate (SS, bulk, alt katman) Şekil 13: Azaltan kanallı MOSFET'in yapısı

II. Çoğaltan kanallı MOSFET’ler Şekil 14’te yapısı verilen çoğaltan kanallı MOSFET’te D-S uçları arasında kanal maddesi yoktur. G ucuna herhangi bir gerilim uygulanmadığında D-S uçları arasından bir akım geçişi olmaz. G ucunun bağlı olduğu metal parça ile P tipi gövde (substrate) bir kondansatör özelliği gösterir. Bilindiği gibi iki iletken ve bir yalıtkan “kondansatörü” oluşturur. Çoğaltan kanallı MOSFET’in G ucuna (+) polariteli gerilim uygulandığında kapasite özelliğinden dolayı P tipi 48


gövdeye bağlı iki N maddesinin arasında şekil 15’te görüldüğü gibi (-) yükler toplanır. D-S uçları arasındaki bölgede toplanan (-) yükler P tipi maddenin içinde az sayıda bulunan azınlık taşıyıcılardır. D-S uçları arasında biriken (-) yükler doğal bir kanal oluşumunu sağlar. Bu sayede D-S uçları arasından akım geçişi başlar. G ucuna uygulanan (+) polariteli gerilimin değeri artırıldıkça D-S uçları arasında biriken (-) yükler çoğalır ve ID akımı da artar. Çoğaltan kanallı MOSFET’in G ucuna gerilim uygulanmadığı zaman D-S arasından akım geçişi olmaz. MOSFET karakteristikleri I. N tipi, azaltan kanallı MOSFET’lerin karakteristikleri Şekil 16’da N tipi, azaltan kanallı MOSFET’in deney bağlantı şeması verilmiştir. Bu devre kullanılarak şekil 17’de verilen ID-VDS statik karakteristik eğrisi ve şekil 18’de verilen transfer karakteristik eğrisi elde edilebilir. Şekil 17’de verilen ID-VDS statik karakteristik eğrisi incelenecek olursa MOSFET’in G ucunun polarma gerilimi negatif (-) ve pozitif (+) polariteli olarak uygulanmıştır. VGS gerilimi negatif polariteli olarak artırıldıkça D-S uçları arasından geçen ID akımı azalmaktadır. Negatif polariteli VGS gerilimi belli bir VP değerine ulaştığında D-S uçları arasından geçen ID akımı 0 (sıfır) değerine iner. ID akımının 0 A değerine inmesini sağlayan VGS gerilimine kıstırma (pinch-off) gerilimi (VP) denir. Şekil 17’de kesik çizgiyle gösterilen “k” eğrisine kadar her bir eğri VP (pinch-off) gerilimine ulaşıncaya kadar ID akımı da artar. Bu değerden sonra gerilim artsa bile ID akımı sabit kalır. Azaltan kanallı MOSFET’lerin D-S uçları arasından geçen akımın herhangi bir V GS değerindeki miktarını bulmak için kullanılan denklem JFET’lerde olduğu gibi, şeklindedir. Buna göre azaltan kanallı MOSFET’ler JFET’lerle aynı biçimde

metal


SS substrate (SS, bulk, alt katman) Şekil 14: Çoğaltan kanallı MOSFET'in yapısı metal


- -- - - -- - -- - - -- -

SS substrate (SS, bulk, alt katman) Şekil 15: Çoğaltan kanallı MOSFET’te D-S uçları arasında (-) yüklerin toplanışı

RD +

RG

-

+ Şekil 16: N tipi, azaltan kanallı MOSFET’in devre bağlantı şeması ID (mA)

gerilim kontrollü direnç bölgesi

k

gerilim kontrollü akım kaynağı bölgesi

VGS = 1 V VGS = 0 V VGS = -1 V VGS = -2 V

VDS (V) Şekil 17: N tipi, azaltan kanallı MOSFET’in ID-V DS karakteristik eğrisi

49


çalışırlar.

ID (mA)

II. N tipi, çoğaltan kanallı MOSFET’lerin karakteristikleri Şekil 19’da N tipi, çoğaltan kanallı MOSFET’in deney bağlantı şeması verilmiştir. Bu bağlantı şeması kullanılarak şekil 20’de verilen ID-VDS statik karakteristik eğrisi ve şekil 21’de verilen transfer karakteristiği eğrisi elde edilebilir. Şekil 20’de verilen ID-VDS statik karakteristik eğrisi incelenecek olursa MOSFET’in G ucuna uygulanan VGS polarma gerilimi artırıldıkça DS uçları arasından geçen ID akımı artmaktadır. Çoğaltan kanallı MOSFET’lerde VGS gerilimi şekil 21’de görüldüğü gibi VT eşik gerilim değerini aşıncaya kadar ID akımı akmaz. Eşik geriliminden büyük (pozitif polariteli) VGS gerilimlerinde D-S uçları arasından geçen ID akımı artar. Çoğaltan kanallı MOSFET’lerin transfer karakteristiğinin denklemi, ID = k.(VGS-VT)2 şeklindedir. Bu denklemde “ k” değeri MOSFET’in yapısıyla ilgili bir değer olup tipik olarak 0,3 mA/V2 değerindedir. Çoğaltan kanallı MOSFET’te VGS = 0 V durumunda hiç ID akımı geçmeyeceğinden IDSS değeri de olmayacaktır. Çoğaltan kanallı MOSFET’ler küçük boyutlu olduklarından daha çok entegre (tümleşik devre, yonga, çip, chip) yapımında kullanılırlar. MOSFET parametreleri JFET parametrelerinde açıklanan D-S doyma akımı (IDSS), G-S kıstırma (pinch-off) gerilimi (VP), geçiş iletkenliği (gm), D-S iletim direnci (rds) MOSFET’ler için de geçerlidir. MOSFET’lerin ID akımını bulmada kullanılan denklemler:

IDSS

-V GS (V)

VP

+V GS (V)

Şekil 18: N tipi, azaltan kanallı MOSFET’in transfer karakteristiği eğrisi

RG

+

+

-

Şekil 19: N tipi, çoğaltan kanallı MOSFET’in deney bağlantı şeması

Şekil 20: N tipi, çoğaltan kanallı MOSFET’in ID-V DS karakteristik eğrisi (mA) IIDD (mA)

ID = k.(VGS-V T)2

ve I D = k.(V GS -V T) 2 şeklindedir. MOSFET’lerin geçiş iletkenliğini (g m ) bulmada kullanılan denklem, gm = 2.k.(VGS-VT) şeklindedir. 50

VT

VGS (V)

Şekil 21: N tipi, çoğaltan kanallı MOSFET’in transfer karakteristiği eğrisi


MOSFET’lerle ilgili örnek sorular Örnek: Azaltan kanallı MOSFET’te IDSS akımı 12 mA, VP gerilimi -3 V’tur. ID akımını, a. VGS = 0 V, b. VGS = -2 V için hesaplayınız. Çözüm 2

a.

=12.10-3. æç1 - - 3 ö÷ =12.10-3 A

b.

= 12.10-3. æçè1 - - 3 ö÷ø = 12.10-3.0,111= 1,33.10-3 A = 1,33 mA

0

è

ø

-2

2

Örnek: Azaltan kanallı MOSFET’in IDSS akımı 12 mA, VP gerilimi -6 V’tur. ID akımını, a. VGS = -3 V, b. VGS = -6 V değerleri için hesaplayınız. Çözüm 2

=12.10-3. çæ1 - - 3 ö÷ =3.10-3 A = 3 mA

a.

è

-6ø

Örnek: N tipi, çoğaltan kanallı MOSFET’in eşik gerilimi VT = 3 V’tur. a. VGS = 3 V, b. VGS = 5 V değerlerinde ID akımını bulunuz. Not: k=0,3 mA/V2 = 0,3.10-3 A/V2 olarak kabul edilecektir. Çözüm a. ID = k.(VGS-VT)2 = 0,3.10-3.(3-3)2 = 0 A b. ID = k.(VGS-VT)2 = 0,3.10-3.(5-3)2 = 1,2.10-3 A = 1,2 mA Örnek: Eşik gerilimi VT = 5 V olan N tipi, çoğaltan kanallı MOSFET’in geçiş iletkenliğini, a. VGS = 6 V, b. VGS = 8 V değerlerine göre hesaplayınız. Not: k=0,3 mA/V2 = 0,3.10-3 A/V2 olarak kabul edilecektir. Çözüm a. gm = 2.k.(VGS-VT)=2.0,3.10-3.(6-5) = 0,6.10-3 = 0,6 m b. gm = 2.k.(VGS-VT)=2.0,3.10-3.(8-5) = 1,8.10-3 = 1,8 m Örnek: Azaltan kanallı MOSFET’in IDSS akımı 12 mA, VP gerilimi -4 V, VGS gerilimi 0 volttur. Buna göre MOSFET’in geçiş iletkenliği (gm) değerini bulunuz. Çözüm JFET’lerdeki gm = gm =

2.I DSS VP

æ VGS çç1 è VP

2.I DSS æ VGS ö ç1 ÷ VP çè VP ÷ø

denklemi azaltan kanallı MOSFET’ler için de geçerlidir..

ö 2.12.10-3 æ 0 ö ÷÷ = ç1 ÷ 4 4ø è ø

= 6.10-3 = 6 m 51


JFET ve MOSFET’lerin polarılması (ön gerilimlenmesi) JFET’lerin polarılması (ön gerilimlenmesi) I. Sabit (fixed) DC üreteçli polarma +V DD Şekil 22’de N kanallı, şekil 23’te ise P kanallı JFET’in sabit polarma yöntemiyle polarılmasına RD (ön gerilimlenmesine) ilişkin devre şemaları Vçıkış BF245 C2 C1 verilmiştir. Vgiriş Yukarıda verilen iki devre şeması yükselteç VDS (amplifikatör) olarak kullanılabilir. RG Yükseltilecek sinyal C1 kuplaj (bağlaşım) V GG - VGS + kondansatörü aracılığıyla JFET’in G ucuna uygulanır. Yükseltilmiş sinyal ise JFET’in D ucuna bağlı C2 kuplaj kondansatörü üzerinden Şekil 22: N kanallı JFET’in sabit polarması alınır. İki devrede de S ucu ortak (şase) olarak -V DD kullanıldığı için bunlara S (source) ucu şase RD (ortak) yükselteç adı verilir. Vçıkış JFET’li, S ucu şase yükselteçler yapı olarak C1 C2 transistörlü emiteri şase yükselteçlere benzerler. Vgiriş S (source) ucu şase yükselteçlerde G-S uçları RG VGG kaynağıyla ters polarılır. VGG kaynağı VDS + VGS JFET’e polarma gerilimi sağlayarak D ucundaki V GG VD geriliminin VDD geriliminin yarısı (V2 ) kadar + olmasını sağlar. Bilindiği gibi bir yükselteç devresinin düzgün (distorsiyonsuz, kırpılmamış) Şekil 23: P kanallı JFET’in sabit polarması çıkış veren bir devre olarak çalışabilmesi için D ucundaki gerilimin VDD geriliminin yarısı kadar olması gerekir. S ucu şase yükselteç devresinde G ucu akım çekmediği için RG direnci üzerinde gerilim düşümü oluşmaz. Buna göre VGG geriliminin tümü G-S uçları arasında görülür. Yani, VGG = VGS’dir. ID akımının bulunmasında kullanılan denklem ise, DD

şeklindedir.. Şekil 22 ve 23’te verilen yükselteç devrelerinde ID akımının RD direnci üzerinde oluşturduğu gerilim, VRD = ID.RD denklemiyle hesaplanır. Sabit polarmalı JFET’li yükseltecin çıkış bölümünün denklemleri, VDD = VRD + VDS VDD = ID.RD + VDS VDS = VDD - ID.RD ID =

VDD - VDS RD

şeklinde yazılabilir..

52


Örnek: Yanda verilen S ucu şase (ortak) N kanal JFET’li, sabit polarmalı yükselteç devresinde, a. ID akımını, b. VDS gerilimini bulunuz. Not: Devrede IDSS = 10 mA (0,01 A), VP = - 5 volttur.

VDD

+10 V

1,8 kW

C2 0,1mF

Vçıkış

C1 0,1mF

BF245

Vgiriş

680 kW -

2V

VGS

VDS

+

-

Çözüm: JFET’in G ucu hiç akım çekmediğinden VGG kaynağının geriliminin tümü G-S uçları arasında düşer. RG direnci üzerinde hiç gerilim düşümü olmaz. VGS = VGG = -2 V a.

= 0,01.(1-

-2 2 ) -5

= 0,0036 A = 3,6 mA b. VDS=VDD-ID.RD=10-(0,0036.1800) =10-6,48 = 3,52 V

-12 V 2 kW C1 0,1mF

C2 0,1mF

Vçkş

BF245

Vgrş

Örnek: Yanda verilen S ucu şase (ortak) P kanal JFET’li, sabit polarmalı yükselteç 1,5 MW VDS VGS devresinde, + 3V a. ID akımını bulunuz. b. VDS gerilimini bulunuz. Not: Devrede IDSS = 10 mA (0,01 A), VP = 6 volttur. Çözüm: JFET’in G ucu hiç akım çekmediğinden VGG kaynağının geriliminin tümü G-S uçları arasında düşer. RG direnci üzerinde hiç gerilim düşümü olmaz. VGS = VGG = +3 V a.

3 6

= 0,01.( 1- )2 = 0,0025 A = 2,5 mA

b. VDS=VDD-ID.RD=12-(0,0025.2000) = 7 V II. Kendinden (sıfır, self, RS dirençli) polarma Bu yöntemde VGG kaynağı kullanmaya gerek yoktur. G-S uçlarının ters polarma işlemini RS direnci üzerinde oluşan gerilim sağlar. Şekil 24’teki devrede, VG=0 V, VRS=ID.RS olduğundan, VGS = VG-VS = 0-ID.RS VGS = -ID.RS olur. +V DD Örneğin, ID= 2 mA, RS = 1 kW ise VGS = -ID.RS = -2.10-3.1.103= -2 V olur. RD C 2

Görüldüğü gibi JFET’in S ucuna bağlanan R S direnci sayesinde G-S uçlarına gelen gerilimin polaritesinin ters olması sağlanmaktadır.

C1

Vçkş

Vgrş

RG

RS

Şekil 24: Kendinden (sıfır) polarmalı JFET devresi

53


Şekil 24’teki devrede, çıkış bölümünün denklemi ise şöyle yazılabilir: VDD = ID.RD + VDS + ID.RS VDD = ID.(RD + RS) + VDS III. Gerilim bölücü dirençli (ideal) polarma Gerilim bölücü dirençlerle yapılan polarma devresinde, şekil 25’te görüldüğü gibi bir tek üreteç (VDD) vardır. +V DD G ucuna gelen polarma gerilimi RG1 ve RG2 RD RG1 gerilim bölücü dirençleri tarafından belirlenir. Vçkş Devrede G noktasındaki gerilim şu şekilde C1 C2 G bulunur: Vgrş Polarma dirençlerinin toplam değeri, RG2 RS RT = RG1 + RG2 Şekil 25: Gerilim bölücü dirençli polarma Polarma dirençlerinden geçen akım, IT = VDD/RT G noktasındaki gerilim, VG = IT.RG2 JFET’in G-S uçları arasındaki gerilim, VGS = VG-VRS = VG-ID.RS Gerilim bölücü dirençli polarma devresinin çıkış kısmının denklemi Kirşof’un gerilim kanununa göre, VDD = ID.RD + VDS + ID.RS ya da VDD = ID.(RD +RS) + VDS şeklinde yazılabilir. ID akımını bulmak için, VDD = ID.(RD+RS) + VDS denkleminden ID değeri çekilecek olursa, eşitliği bulunur.. Devrenin çıkışından alınan gerilim ise, VD = VDD - ID.RD denklemiyle hesaplanır. + 10 V

Örnek: Yanda verilen devrede VP = - 4 V, IDSS = 8 mA (0,008 A), VRS = 3 V olduğuna göre, ID ve VDS değerlerini bulunuz. Çözüm: VRS değeri 3 V olduğuna göre ID akımını, ID = VRS /RS denklemiyle bulabiliriz. ID = VRS/RS = 3 / 1000 = 0,003 A = 3 mA

2,2 kW

2,2 MW C1 0,1mF

Vgrş

ID akımı bulunduktan sonra VRD gerilimi de bulunabilir. VRD = ID.RD = 0,003.2200 = 6,6 V VDD geriliminin denklemi, VDD = VRD + VDS + VRS şeklinde yazılabilir. 54


270 kW

C2

BF245

0,1mF

G

1 kW

Vçkş

Bu denklemeden VDS çekilerek, VDS = VDD - VRD - VRS eşitliği yazılabilir. VDS = VDD - VRD - VRS VDS = 10 - 6,6 - 3 = 10 - 9,6 = 0,4 V bulunur.

+ 20 V 2,2 kW

Örnek: Yanda verilen N kanal JFET’li, S ucu şase yükselteç 910 kW Vçkş BF245 devresinde VP = -3,5 V, IDSS = 10 mA (0,01 A), VDS = 9,11 V 0,1mF 0,1mF G Vgrş olduğuna göre, a. ID, b. VGS c. VD değerlerini bulunuz. 1,1 kW Çözüm 110 kW a. Devrede VDS gerilimi belli olduğuna göre dirençler üzerinde düşen toplam gerilimi bulabiliriz. RD ve RS dirençleri üzerinde düşen gerilim, VRD + VRS = VDD - VDS =20-9,11 = 10,89 V’tur. Buna göre devrenin çıkış kısmından geçen ID akımının değeri, ID = =

VDD -V DS 20 - 9,11 = 2200 + 1100 R D + RS 10,89 =0,0033 A=3,3 mA olarak bulunur.. 3300 VGS

b.

= 0,0033=0,01.(1-- 3,5)2

0,0033 0,01

VGS

= (1-- 3,5)2 VGS

0,33 = (1-- 3,5)2 =

VGS

= (1-- 3,5) VGS

0,57 = (1-- 3,5) VGS - 3,5

= 1 - 0,57

VGS - 3,5

= 0,43

VGS = -3,5.0,43 = -1,505 V c. VD=VDD-ID.RD = 20-(0,0033.2200) = 20-7,26=12,74 V MOSFET’lerin polarılması I. Sabit polarma MOSFET’lerin sabit polarması JFET’lerin sabit polarmasında açıklandığı gibidir. Şekil 22 ve şekil 23’e bakınız. II. Sıfır polarma Şekil 26’da verilen sıfır polarma devresinde tek kaynaklı besleme yöntemi kullanılmaktadır. 55


+V DD RD C2

C1

Vçkş

Vgrş RG

RS

Şekil 26: Sıfır polarmalı azaltan kanallı MOSFET’li yükselteç devresi

Örnek: Yanda verilen sıfır polarmalı, S ucu şase, azaltan kanallı MOSFET’li yükselteç devresinde IDSS = 9 mA (0,009 A), VP = - 4 V’tur. Devrenin ID akımını ve VD gerilimini bulunuz. Çözüm VGS = VG - VS = 0 - 0 = 0 V

+ 15 V 1,2 kW

Vçkş Vgrş

50 MW

MOSFET’in G ucunun polarma gerilimi RG ve RS dirençleri ile oluşturulmaktadır. Şöyleki; MOSFET’in G ucu akım çekmediğinden RG direnci üzerinde bir gerilim düşümü oluşmaz. Yani, VRG = 0 volttur. VRG = 0 V olduğu için MOSFET’in G ucunda da 0 V görülür. RS direnci üzerinde düşen VRS geriliminin değeri, VRS =ID.RS denklemiyle bulunur. VGS geriliminin denklemi, VGS = VG - VRS olduğuna göre, VGS = 0 - VRS VGS = -VRS = -ID.RS şeklinde yazılabilir.

denkleminde VGS = 0 V olduğu için ID = IDSS = 0,009 A = 9 mA çıkar. VD = VDD - ID.RD = 15 - (0,009.1200) = 4,2 V III. Gerilim bölücü dirençli (ideal) polarma MOSFET’lerin gerilim bölücü dirençli polarması şekil 27’de görüldüğü gibi JFET’lerdekiyle aynıdır. Örnek: Yanda verilen azaltan kanallı MOSFET’li, gerilim bölücü dirençli, S ucu şase yükselteç devresinde VRS gerilimi 3,9 volttur. Buna göre VGS, ID ve VDS değerlerini bulunuz. Çözüm Polarma dirençlerinin toplam değeri, RGT = RG1 + RG2 = 47 000 000 + 10 000 000 = 57 000 000 W = 57 000 kW Polarma dirençleri üzerinden geçen toplam akım,

+VDD RD RG

Vgrş

RG


RS

+12 V 1,3 kW 47 MW

Vgrş

MOSFET’in G ucundaki polarma gerilimi, VG = IGT.RG2 = 0,21.10-6 . 10.10+6 = 2,1 V MOSFET’in G ucundaki gerilim aşağıdaki denklemle de bulunabilir: 56

Vçkş

Şekil 27: Gerilim bölücü dirençli polarmalı azaltan kanallı MOSFET’li yükselteç

0,1mF

10 MW

12 IGT = VDD = = 0,21.10-6 A 57 000 000 RGT

C2

C1

Vçkş 0,1mF

1,3 kW

VG=

VDD 12 .10000000 = 2,1 V .R = RG1 + RG2 G2 47000000 + 1000000

VGS = VG - VRS = 2,1 - 3,9 = -1,8 V VRS = ID.RS olduğuna göre, buradan ID’yi çekersek, ID =

VRS yazılabilir.. RS

ID = 3,9/1300 = 0,003 A = 3 mA bulunur. ID akımı bulunduğuna göre VRD gerilimini bulabiliriz. VRD = ID.RD = 0,003.1300 = 3,9 V VDD, VRD, VRS değerleri belli olduğuna göre, VDD =VRD + VDS + VRS eşitliği kullanılarak VDS değeri bulunabilir. VDS =VDD - VRD - VRS = 12-3,9-3,9) = 4,2 V

57


ID (mA)

ID (mA)

VGS=0 V

IDSS

VGS=0 V

IDSS

VGS=-0,5 V VGS=-1 V VGS=-1,5 V VDS (V)

0

Şekil 28: VGS=0 V’ken JFET’in VDS-ID karakteristik eğrisi

VGS=-2 V

0

VP

VDS (V)

VP

Şekil 29: VGS gerilimi artırıldıkça JFET’ten geçen ID akımının azalışına ilişkin karakteristik eğri

JFET'le ilgili deneyler ID =f(VGS)

I. JFET’in özelliklerinin incelenmesi Bu deneyde, gerilim kontrollü aktif devre elemanı olan JFET’in bazı elektriksel özellikleri incelenecektir. JFET’in G ucuna uygulanan VGS geriliminin değeri 0 voltken D-S uçları arasından şekil 28’deki karakteristik eğride görüldüğü gibi maksimum değerde ID akımı akar. VGS=0 V’ken JFET’in D-S uçları arasından geçen akıma IDSS akımı denir. VDS gerilimi 0 V’tan itibaren artırılırken ID akımı da artar. VDS gerilimi belli bir değere ulaştığında ID akımının artışı durur. ID akımının durduğu noktadaki VDS gerilimi değerine VP (pinch-off gerilimi) denir. JFET’e uygulanan gerilim, bu elemanın dayanabileceği VDSmaks değerinin üzerine çıkarılacak olursa JFET bozulur. BF245 tipi JFET için VDSmaks değeri ± 30 V’tur. JFET’in G-S uçları arasına uygulanan ters polarma gerilimi artırıldıkça D-S uçları arasından geçen akım şekil 29’da verilen karaktersitik eğrideki gibi azalır. Deneyde kullanılan BF245 tipi JFET’in elektriksel özellikleriyle ilgili karakteristik eğrileri şekil 30’da verildiği gibidir. Şekil 30’da verilen karakteristik eğrilerden yararlanılarak BF245 tipi JFET’in çeşitli akım, gerilim değerleri bulunabilir. Örneğin şekil 31’de verilen devrelerde ID akımını şekil 30b’ye bakarak belirleyebiliriz. Şekil 31’de VGG kaynağı -1 V olan devrede VGS=-1 V ve VDS=10 V’tur. Bu durumda şekil

100 mA

VDS =15 V

10 mA

1 mA

0,1 mA 0

1

2

-VGS

3V

(a) ID =f(VGS)

VGS =0 V

10 mA

VGS =-1 V

5 mA

VGS =-1,5 V 0 0

5

10

15 V

VDS

(b) rds

VDS = 0 V

f= 1 kHz

100 kW

10 kW

1 kW

100 W 0

1

2

3

(c) Şekil 30: BF245 tipi JFET’in elektriksel karakteristik eğrileri

58


-VGS

4V

30-b’deki grafikten ID=4,3 mA bulunur.

BF245 +

Şekil 31’de VGG kaynağı 0 V olan devrede VGS=0 V ve VDS=10 V’tur. Bu durumda şekil 30-b’deki grafikten ID=9,7 mA bulunur.

VGG

BF245

VDD

1V

VDD

+

10 V

10 V

+

Şekil 31: VGG=-1 V ve VGG=0 voltken ID akımının karakterisitik eğriye bakarak belirlenmesi

Görüldüğü üzere VGG kaynağının değeri 0 voltken I D akımı 9,7 mA, VGG kaynağının değeri -1 V olduğunda ise ID akımı 4,3 mA olmaktadır. Yani G ucuna uygulanan ters polariteli gerilim artırıldıkça D-S uçları arasından geçen ID akımı azalmaktadır. JFET’in çıkış karakteristiğini (VDS-I D ) çıkarmak için şekil 32’de verilen devre kurulduktan sonra çizelge 1’de verilen değerlere göre ID akımı ölçülmelidir. ID akımları ölçüldükten sonra VGS’nin 0, 0,5, -1, -2 V değerleri için şekil 33’te verilen çıkış karakteristiği çizilebilir. Çıkış karakteristiğinde görülen eğrilere göre BF245 tipi JFET’in, VP gerilimi yaklaşık 2 volttur. VGS=0 voltken D-S arasından geçen IDSS akımı yaklaşık 6,8 mA’dir. VGS gerilimi -2 V olduğunda ID akımı 0 A olmaktadır.

mA ID

BF245

+

VDD

-

VGG

+

Şekil 32: JFET’in çıkış karakteristiğini çıkarmak için kullanılan deney bağlantı şeması

Şekil 33’e bakarak BF245 tipi JFET’in hangi aralıklarda “gerilim kontrollü direnç” ve “gerilim kontrollü akım kaynağı” olarak çalıştığı da belirlenebilmektedir. Çizelge 1: JFET’in çıkış karakteristiğini çizebilmek için farklı VDS ve VGS değerlerine göre bulunan ID akımları

Çizelge 1’deki değerlere bakarak herhangi bir VDS değerine göre BF245 tipi JFET’in transfer karakteristiğini de çizebiliriz. Burada örnek olarak VDS değerini 10 V kabul edip transfer karakteristiğini çizelim. VDS = 10 V olduğunda, VGS = 0 V için ID = 6,8 mA, VGS = -0,5 V için ID = 5,2 mA, VGS = -1 V için ID = 1,7 mA, VGS = -2 V için ID = 0

ID

gerilim kontrollü direnç olarak çalışma bölgesi

VGS=0 V

7 gerilim kontrollü akım kaynağı olarak çalışma bölgesi

6 5

VGS=-0,5 V

4 3 2

VGS=-1 V

1

0 1

2

VP 3 4

5

6 7

8

9

VGS=-2 V 10 11 12 13 14 15 VDS

Şekil 33: JFET’in çıkış karakteristiği

II. JFET’in DC açıdan incelenmesi Transistörlerde olduğu gibi, bir JFET’e giriş sinyali uygulamadan önce onu DC ile uygun 59


biçimde polarmak (ön gerilimlemek) gerekir. JFET’lerin G-S uçları arasının mutlaka ters polarılması gerekir. Yani N kanal JFET’in G ucuna (-), P kanal JFET’in G ucuna ise (+) gerilim uygulanmalıdır. Şekil 35-a’da tek dirençli sıfır (self) polarma, şekil 35-b’de ise gerilim bölücü dirençli (ideal) polarma devresi verilmiştir. Şekil 35-a’daki devrede, VG=0 V, VRS=ID.RS olduğundan, VGS = VG-VRS = 0-ID.RS VGS = -ID.RS olur. Eğer ID= 2 mA, RS = 1 kW ise VGS = -ID.RS = -2.10-3.1.103= -2 V olur.

IDSS

ID (mA) 6,8

5,2

VP -V GS (V)

-2

1,7 -1

-0,5

0

Şekil 34: BF245 tipi, N kanallı JFET’in transfer karakteristiği

+20 V (+10 V)

BF245

VDD

VDD RD 2,2 k (1 k)

RD

RB1 BF245

Görüldüğü gibi JFET’in S ucuna bağlanan RS RS direnci sayesinde G ucuna gelen gerilimin RG RB2 RS 1k polaritesinin ters olması sağlanmaktadır. 270 k (2,2 k) Şekil 35-a’daki devrede, çıkış bölümünün (a) (b) denklemi ise şöyle yazılabilir: Şekil 35: a. Sıfır (self) polarmalı, b. Gerilim VDD = ID.RD + VDS + ID.RS bölücü dirençli polarmalı JFET devresi VDD = ID.(RD + RS) + VDS Şekil 35-b’deki devrede JFET’in G noktasına gelen polarma geriliminin değeri, VG =

VDD .R denklemi kullanılarak hesaplanabilir.. R G1 + R G2 G2

RS direnci üzerinde düşen gerilimin denklemi, VRS = ID.RS’dir. JFET iki adet gerilim bölücü direnç ile DC gerilimle polarıldığında düzgün çalışmanın gerçekleşebilmesi için, VGS = VG-VRS £ 0 koşulunun gerçekleşmesi gerekir. Bu koşulu sağlamak için VRS VG olacak biçimde direnç seçilmelidir. Şekil 35-a’da verilen sabit polarmalı, S ucu ortak JFET’li devrenin I D -V GS transfer ID (mA) karakteristiği şekil 36’da verildiği gibidir. 9 8 I JFET’in VGS gerilimi R S direncinin değeri DSS 7 değiştirilerek ayarlanmaktadır. 6 5 Şekil 35-a’da verilen deney devresinde 4 VDD=20 V olarak uygulandıktan sonra yapılan 3 ölçümde I D =1,2 mA, V DS =16,2 V olarak 2 belirlenmiştir. 1 -V GS (V) 0 AVOmetre volt kademesine alınarak yapılan -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 ölçümlerde VG = 0 V, VRS = 1,2 V olarak Şekil 36: Sabit polarmalı N kanal saptanmıştır. Buna göre VGS’nin -1,2 V olduğu JFET’in transfer karakteristiği anlaşılır. Deney devresindeki RD direncinin değeri 1 kW yapıldığında, ID = 1,2 mA, VGS = -1,2 V, VDS = 17,6 V olarak ölçülmüştür. RD’nin azalması ID akımını pek değiştirmemiştir. Çünkü RD’nin VGS üzerinde pek etkisi yoktur. 60


RD’nin azalması sadece VDS’nin artmasına yol açmıştır. Çünkü, VDD = ID.RD + VDS + ID.RS eşitliğinde herşey aynıyken RD’nin küçülmesi VDS’nin büyümesine neden olur. Deney devresindeki RD direncinin değeri 1 k, RS = 2,2 k yapıldığında, ID = 0,63 mA, VGS = -1,38 V, VDS = 18 V olarak ölçülmüştür. RS’nin büyütülmesi VGS’nin artmasına, ID’nin ise azalmasına yol açmıştır. Sonuç olarak şekil 35-a’da verilen sıfır polarmalı, 20 V beslemeli devrede RD ve RS dirençlerinin değeri değiştirilerek JFET’in çalışma noktasını kontrol altında tutmak mümkündür. RD’nin değişmesi ID’yi etkilememekle birlikte VDS gerilimini değiştirmektedir. RS’nin değişmesi ise hem ID’yi, hem de VDS’yi etkilemektedir. Deney devresindeki RD direncinin değeri 2,2 kW, RS = 1 kW, VDD = 10 V yapıldığında, ID = 1,1 mA, VGS = -1,2 V, VDS = 6,4 V olarak ölçülmüştür. VGS’de ve ID’de önemli bir değişim olmamıştır. VDD’nin 10 V yapılması değişmesi, devrenin çalışma noktasının değişmesine neden olmuştur. Bu değişim VDS’nin değişmesinden kaynaklanmıştır.

grş(t-t)

Av=

Vçkş(t - t) 0,8 = = 1,6 olarak bulunur.. Vgrş(t - t) 0,5 61


BF245

BF245

BF245

III. JFET’in AC açıdan incelenmesi Transistörde olduğu gibi JFET’e de üç biçimde giriş sinyali uygulanabilir. Bunlar, S ucu (kaynağı) ortak bağlama, VDD VDD VDD D ucu (oluğu) ortak bağlama, RD RD RD R R V R G ucu (kapısı) ortak bağlama şeklindedir.. B1 B1 çkş B1 V çkş Yaygın olarak kullanılan devre S ucu ortak bağlantı olduğundan diğer (G ucu ortak ve D V çkş R R RS R B2 B2 RS V B2 grş ucu ortak) bağlantıların üzerinde ayrıntılı olarak V grş V grş durulmayacaktır. a. S ucu ortak b. D ucu ortak c. G ucu ortak Şekil 37-a ve b’de verilen şemalarda RS Şekil 37: JFET’in yükselteç olarak kullanılması direncine paralel olarak C S adlı dekuplaj durumunda yapılan bağlantı şekilleri kondansatörü bağlanırsa AC özellikli sinyaller RS üzerinden değil CS üzerinden geçer. Bu +15 V VDD (+20 V) sayede AC sinyallerin R S üzerinde gerilim RD 2,2 k düşümü oluşturarak yükseltecin kazancını (5,6 k) 0,1 mF düşürmesi önlenir. V çkş C1 C2 Şekil 38’de verilen S ucu ortak yükselteç BF245 devresinin girişine genlik değeri tepeden tepeye V =0,5 V 0,1 mF 5 kHz 0,5 V, frekansı 5 kHz olan sinüsoidal biçimli R RS G + CS bir sinyal uygulandığında çıkıştan girişe göre 270 k 1k 10 mF 180° faz farklı, genlik bakımından daha büyük (Vçkş(t-t) = 0,8 V) bir sinyal alınır. Şekil 38: JFET’li, S ucu ortak yükselteç devresi Bu değerlere göre yükselteç devresinin gerilim kazancı,

Devredeki RD direnci 5,6 k yapıldığında yükseltecin çıkış gerilimi Vçkş(t-t) = 2 V olmaktadır. Bu değere göre devrenin gerilim kazancı, Av=

Vçkş(t - t) Vgrş(t - t)

=

2 = 4’e yükselir.. 0,5

Devredeki RD direnci 2,2 k yapıldığında ve RS direncine paralel olarak 10 mF’lık kondansatör bağlandığında yükseltecin çıkış gerilimi Vçkş(t-t) = 3 V olmaktadır. Bu değere göre devrenin gerilim kazancı, Av=

Vçkş(t - t) Vgrş(t - t)

=

3 = 6 olur.. 0,5

RS direncine paralel olarak 10 mF’lık bir kondansatör bağlandığında yükseltecin gerilim kazancı 1,6’dan 6’ya yükselir. MOSFET'le ilgili deneyler

Çift kapılı MOSFET’ler konverter, karıştırıcı (mikser) ve AGC (Automatic Gain Control, OKK, Otomatik Kazanç Kontrol) devrelerinde kullanılır.

3N211

I. MOSFET’in DC açıdan çalışmasının incelenmesi G ucu kanal maddesinden yalıtılmış olan MOSFET’lerin çalışma ilkesi JFET’lere çok benzer. Azaltan (depletion) kanallı MOSFET’lerde G ucuna uygulanan polarmanın değeri 0 voltken D-S arasından belli değerde bir akım geçişi olur. Çoğaltan (enhancement) kanallı MOSFET’lerde G ucuna uygulanan polarmanın değeri 0 voltken D-S arasından akım geçişi olmaz. G ucunun polarma gerilimi belli bir VP değerine ulaştığında ID akımı artmaya başlar. Uygulamada tek ve çift kapılı MOSFET’ler D 3N211 D G2 G1 kullanılmaktadır. Şekil 39’da çift kapılı, G2 G2 MOSFET’lerin sembolleri verilmiştir. G1

S

a. çoğaltan tip

G1 b. azaltan tip

S

D

S

c. ayakların dizilişi

Şekil 39: Çift kapılı, N kanallı MOSFET sembolleri ve iki kapılı MOSFET’in ayaklarının dizilişi

MOSFET’leri statik elektrik yüklerinin zararlarından korumak için şu önlemler alınmalıdır: Özel ambalajında muhafaza edilmelidir.. Bacakları, devre dışındayken birbiriyle irtibatlı (bağlı) hâlde olmalıdır.. MOSFET’e dokunulmadan önce beden topraklanarak vücutta birikmiş statik elektrik yükleri boşaltılmalıdır. MOSFET’e dokundurulacak her el takımı topraklı olmalıdır.. Çift kapılı MOSFET’lerde kullanılmayan kapı (G) varsa bu mutlaka doğrudan veya 1 kW’luk direnç üzerinden toprağa ya da VDD kaynağına bağlanmalıdır. Çift kapılı MOSFET’lerin polarılması şekil 40-a-b’de verilen bağlantı yöntemlerinden birisi kullanılarak gerçekleştirilir. Şekil 40-a’da verilen azaltan kanallı, S ucu ortak MOSFET’li devreye 12 voltluk besleme gerilimi uygulandığında VDS = 8,3 V ölçülmüştür. Devrede RS üzerinde oluşan gerilim G ucunu ters polarmaktadır. 62


RD direnci 1 kW yapıldığında, ID akımı 1,555 mA ölçülür. Artış oldukça az (0,01 mA)’dır. (İdeal MOSFET’te herhangi bir artış olmaz. Çünkü RD’nin VGS gerilimi üzerinde etkisi yoktur.) VDS = 10,08 V ölçülür. RD’nin küçülmesi sonucu ID’de önemli değişiklik olmayınca VRD gerilimi RD’nin küçüldüğü oranda küçülür ve dolayısıyla fark D-S arasında görülür.

+12 V VDD

+12 V VDD

3N211 G1 R

470 k

G2

R G2

G1

RS 270 W (100 W)

G

RS 270 W (100 W)

270 k (100 k)

(a)

RD = 2,2 kW, RS = 100 W yapıldığında, ID = 2,57 mA ölçülür. Çünkü RS küçülünce VGS’nin negatifliği azalır ve ID artar.

3N211

2,2 k (1k)

G2

RD 2,2 k

R G1

RD

(b)

Şekil 40: Çift kapılı, N kanallı, azaltan tip MOSFET’in polarılma yöntemleri

Şekil 40-b’de verilen çift kapılı, azaltan kanallı, iki kapısı ayrı ayrı polarılan, S ucu ortak MOSFET’li devreye 12 voltluk besleme gerilimi uygulandığında, ID = 2,7 mA, VDS = 6,5 V, VG2S=3,73 V, VG1S=-0,6 V ölçülmüştür. Bu sonuçlara göre G2-S arası düz, G1-S arası ters polarılmıştır. RG2 direnci 100 kW yapılarak G2-S arasındaki pozitif polarma azaltıldığında, ID = 2,78 mA olarak ölçülmüştür. RG2 direnci 270 kW, RS = 100 W yapılarak ID akımı ölçüldüğünde 4,27 mA olarak ölçülmüştür. Artışa G1-S arasındaki ters polarmanın azalması neden olmuştur.

G2 C1

0,1 mF

çkş

3N211

Vgrş(t-t) =100 mV 1-3000 kHz

II. MOSFET’in AC açıdan çalışmasının incelenmesi Çift kapılı MOSFET’in kapılarından birine AC giriş sinyali uygulanır. Diğerine ise DC polarma yapılır. Şekil 41’de verilen devrenin AC gerilim + 12 V kazancı RD ile doğru, RS ile (CS yoksa) ters VDD orantılıdır. Ayrıca g m (transkondüktans) 2,2 k RG1 RD (1 k) değerinin de gerilim kazancı üzerinde etkisi 470 k C2 vardır. V G1

0,1 mF 56 k RG2 270 k

RS 1k (0,5 k)

+

CS 47 mF

Şekil 41: Çift kapılı, N kanallı, azaltan tip MOSFET’li, S ucu ortak yükselteç devresi

63


Devrenin elemanlarının değerlerine göre gerilim kazancı değerleri aşağıdaki çizelgede verilmiştir.

Çizelge 2: Çift kapılı MOSFET’li yükseltecin kazanç değerleri

Çizelgede görüldüğü gibi RD’nin artırılması gerilim kazancının artmasına neden olmaktadır. RS direncine paralel olarak CS kondansatörü kullanılmadığı zaman yükseltecin kazancı düşmektedir. Şekil 41’de verilen devrenin girişine uygulanan sinyalin frekansı 1 kHz ile 3000 kHz arasında değiştirilse bile çıkış geriliminin değeri pek değişme göstermez. İşte bu özellik sayesinde MOSFET’ler kararlı çalışma istenen RF (radyo frekans) yükselteç devrelerinde tercih edilir.

64


C. Operasyonel amplifikatörler (op-amp, işlemsel yükselteçler) Çok yüksek kazançlı DC yükselteçlere opamp denir. Op-amp her türlü elektronik 741 devrenin (zamanlayıcı, kare/üçgen dalga üreteci, ses frekans yükselteci, transdüserli/ sensörlü devre, lojik kapı, filtre vb.) yapımında kullanılabilir. İşlemsel yükselteçler 1940'lı yıllardan beri bilinmekle beraber, yaygın olarak 1960'lı yılların sonuna doğru kullanım alanına girmiştir. Op-amp sembolü ve yaygın olarak kullanılan Giriş sinyali DC iken kazancı çok yüksek 741 adlı op-ampın ayaklarının dizilişi olan op-ampın çıkışından alınan gerilimin değeri geri besleme (Rgb) direnci kullanılarak istenilen seviyeye ayarlanabilir. Op-ampların yapısı Op-amplar, plastik ya da metal gövdeli olarak üretilir. Bu elemanların gövdelerinin içinde bulunan yükselteç sayısı bir ya da birden çok olabilmektedir. Örneğin, 741 adlı op-ampta 1 adet, 747 adlı op-ampta 2 adet, LM324 adlı opampta 4 adet işlemsel yükselteç vardır. Op-ampların artı (+) ve eksi (-) olmak üzere iki girişi ve bir çıkış ucu bulunur. Bu 747 adlı op-ampın ayaklarının dizilişi elemanlarda NC ile gösterilen uçlar boştadır. (Hiç bir yere bağlı değildir.) Op-amplar konusunu iyice öğrenen teknik eleman bir çok devrenin tasarımını en az malzeme kullanarak yapabilir. Op-ampların kazancı (AK, AV) Girişlere uygulanan gerilimlerin seviyeleri arasındaki farkın yükseltme miktarıyla çarpımına kazanç denir. Şöyle ki; op-ampın kazancı 100.000, giriş uçlarına uygulanan gerilimlerin farkı 1 mV ise geri besleme direnci (Rgb) bağlı değilken çıkışta 100.000 mV görülür. Devre anlatımlarında, Op-ampların (+) giriş ucuna faz çevirmeyen (evirmeyen, non-inverting) giriş, (-) giriş ucuna ise faz çeviren (eviren, inverting) giriş denir. Op-ampların çıkış ucu bir adettir. Yük, çıkış ucu ile devrenin şase (toprak, ground, gnd.) ucu arasına bağlanır. Alıcıda oluşan çıkış geriliminin seviyesi op-amp besleme geriliminden 0,1-2 V daha düşüktür. Çıkışta görülemeyen 0,1-2 voltluk gerilim, op-ampın iç elemanları üzerinde düşmektedir. Op-amplarda alıcıya giden akım ise 10-100 mA dolayındadır. Alıcı akımının yüksek seviyelere çıkmaması için genelde 1-10 kW'luk direnç çıkış ucu ile alıcı arasına seri olarak bağlanır. Op-ampların DC ile beslenmesi Op-ampların beslemesi pozitif çıkışlı ya da simetrik (+, 0, -) çıkışlı DC üreteçleriyle yapılır. Uygulamada en çok simetrik kaynaklı besleme yöntemi kullanılır. 65


Simetrik güç kaynağı basit olarak şekil 13'te görüldüğü gibi birbirine seri bağlı iki pil (üreteç) ile elde edilebilir. Şöyle ki; pillerin üst ve alt ucu (+) ve (-)'yi oluşturken, birleşim noktaları ise şase (toprak, ground, gnd.) görevi yapar. Op-ampların beslenmesinde en çok ±5, ±9, ±12, ±15 ve ±18 voltluk simetrik çıkışlı DC (DA) üreteçleri kullanılır.

VCC

741

VCC

Op-ampın simetrik çıkışlı DC güç Op-ampların bazı özellikleri kaynağıyla beslenişi Op-ampın bazı elektriksel özellikleri şunlardır: Gerilim kazancı 45.000-200.000 arasındadır.. Giriş direnci (empedansı) 0,3-5 MW arasındadır.. Çıkış empedansı 50-100 W arasındadır.. Bant genişliği 1 MHz dolayındadır.. Çıkış akımı (Içıkış) 10-100 mA dolayındadır.. Giriş uçlarına 0 V uygulandığında çıkış uçlarında da 0 V oluşmaktadır.. Karakteristikleri sıcaklıkla çok az değişmektedir.. Giriş uçlarının çektiği akım sıfıra yakındır..

Geri besleme direnci kullanılmaması durumunda op-amp kazancı (açık çevrim kazancı) Op-ampların çıkışından giriş ucuna doğru geri besleme yapılmazsa kazanç çok yüksek olur. Bu değer 200.000 gibi yüksek rakamlara ulaşabilir. Örneğin, (+) girişe Vgrş1 = 4 mV, (-) girişe Vgrş2 = 1 mV uyguladığımızı varsayalım. Op-amp bu iki gerilimi kıyaslar. Aralarında ne kadarlık fark olduğunu belirler. Daha sonra bunu 45.000 - 200.000 kez büyütür. Bizim kullandığımız op-ampın kazancının 100.000 olduğunu kabul edelim. Buna göre yükseltecin çıkışında, Vçkş = (Vgrş1 - Vgrş2).Kazanç = (4-1).100000 = 300.000 mV'luk gerilim oluşur. Görüldüğü üzere geri besleme elemanları kullanılmazsa çok yüksek kazançlı yükselteç devresi elde edilir. Bu ilk anda iyi bir özellik gibi görülebilir. Ancak bir çok devrede bu kadar yükseltme (kazanç) olması istenmez. Giriş sinyalini geri besleme direnci kullanmadan çok yüksek değere çıkarmayı istemeyişin nedenini şöyle açıklayabiliriz: (+) girişe 5 V, (-) girişe 2 V'luk sinyal uyguladığımızı varsayalım. Geri besleme direnci kullanmadığımızda op-amp iki sinyalin farkını belirler (bu 3 V'tur) ve 3 V'u 100.000 kez yükseltmek ister. Yükseltme hesabına göre çıkışın 3.100000=300000 V olması imkânsızdır. Çünkü yükseltecin besleme gerilimi en fazla 36 V olabilmektedir. O hâlde bu örnekte verilen devrede girişe uygulanan gerilimler en çok 34-36 V seviyesine çıkarılabilir. Bu ise çıkış sinyalinde distorsiyon (bozulma, kırpılma) olması sonucunu doğurur. O nedenle, op-ampların kazancı teorik bir değerdir. Uygulamada daha düşük kazançlı olarak çalıştırılan yükselteçler kullanılmaktadır.

66


Op-amplarda off-set gerilimi (Vio) Op-amp ne kadar kaliteli yapılırsa yapılsın, giriş uçları boşta olduğu hâlde bile çıkışlarında belli bir gerilim oluşabilir. Yüksek kaliteli Vçkş ölçme, kontrol ve kumanda devrelerinde bu durum istenmeyen sonuçlar yaratır. İşte bu sakıncayı gidermek için off-set (sıfırlama) ayarı yapılır. Yanda verilen devrede görüldüğü gibi Op-ampın off-set ayarının yapılışı yükseltecin 1 ve 5 numaralı ayakları arasına ayarlı bir direnç bağlanır. Daha sonra bu direncin orta ucuna üretecin eksi (-) ucundan besleme yapılır. Ayarlı direncin mili çevrilerek çıkışın 0 V olması sağlanır. Sıcaklığın, giriş off-set gerilimi üzerinde etkisi vardır. Transistör tekniğiyle üretilen opamplarda sıcaklığın 1 °C artması, giriş off-set gerilimini 5-10 mV artırır. 741 adlı op-ampın Vio değeri yaklaşık 1 mV'tur. Op-ampların iç yapısındaki devre katları İçinde 20'nin üzerinde transistör bulunduran op-ampların iç yapısını tamamen bilmek, pratik uygulamalarda pek bir fayda sağlamaz. O nedenle op-ampın iç devreleri kısaca açıklanacaktır. Op-ampın içinde bulunan devreler üç kısımdır. +VCC

fark yükselteci katı Vgrş1

Vçkş

Vgrş2

off-set

-V CC off-set

kazanç katı

çıkış katı

Vgrş1 fark yükselteci katı

kazanç katı

çıkış katı

Vçkş

Vgrş2 Op-ampın iç yapısı

I. Fark yükselteci (dif-amp) katı: Giriş sinyallerinin uygulandığı kattır. (+) ve (-) şeklinde iki giriş söz konusudur. 67


II. Kazanç katı: Fark yükseltecinden gelen sinyalleri yükselten kattır. III. Çıkış katı: Yükü besleyebilmek için gerekli akım ve gerilimin alındığı kattır. Op-ampların bant genişliği kazanç (A ) Alçak frekanslı ya da DC gerilimlerde opampın kazancı en yüksek düzeyde (yaklaşık 45.000-200.000) iken, giriş sinyalinin frekansı yükseldikçe kazanç düşmektedir. Giriş sinyalinin frekansı Bu yaklaşıma göre frekans ile bant 1 MHz oldugenişliğinin (BG, BW) çarpımı daima eşittir. ğunda A =1 olur. Yani, Kazanç x bant genişliği = 106 Hz olarak Op-ampın bant genişliği-kazanç karakteristiği kabul edilebilir. Bu açıklamalardan sonra op-amplar için maksimum kazancın, giriş sinyalinin DC olması durumunda elde edilebileceği ifade edilebilir. Yanda op-ampların "bant genişliği-frekans karakteristiği" verilmiştir. V

V

Op-amp parametreleri I. Op-ampların giriş polarma akımı (Ib) Her iki girişten op-amp devresine akan akımların ortalama değeridir. Vio (off-set) gerilimi gibi, çıkışta istenmeyen DC seviye oluşumuna yol açar. Yandaki şekilde Vgrş = 0 voltken op-ampın akım yönleri verilmiştir. Burada Ib = I1 + I2 olmaktadır. Ib=

Vb Vçkş - Vb + R1 R gb

I2

I1

Vçkş

Ib Vb

Vgrş=0 V'ken op-ampın akım yönleri

olur..

Vb'nin çok küçük olduğu gözönüne alınırsa, Vçkş = Ib.Rgb şeklinde yazılabilir. Giriş polarma akımının çıkışta yol açacağı off-set gerilimi oluşumunu en az (minimum) düzeye indirmek için yandaki şekildeki "a", "b"deki bağlantı yöntemleri kullanılabilir. 741 adlı op-ampın Ib akımı değeri yaklaşık 30 nA'dir.

Rgb

R1 Vgrş

Rp

Vçkş Rp

Rgb

R1

Rp =

R 1.R gb R 1 + R gb

Vgrş

Vçkş

Giriş polarma akımının çıkışta yol açacağı off-set gerilimini azaltmak için kullanılan bağlantı şekilleri

II. Op-ampların giriş off-set akımı (Iio) Vçkş=0 V olduğunda her iki giriş polarma akımı arasındaki farktır ve çıkışta, Vçkş = R2.Iio kadar ek bir off-set geriliminin oluşmasına yol açar. 741 adlı op-ampın IİO değeri yaklaşık 7 nA'dir. III. Op-ampların giriş empedansı (Zgrş) Op-amplarda iki adet giriş empedansı vardır. 68


Fark giriş empedansı: (+) ve (-) giriş arasında ölçülen toplam empedanstır. Fark giriş geriliminin değişiminde, polarma akımının değişimi ölçülüp oranlanarak giriş empedansı belirlenir. Ortak mod giriş empedansı: Girişlerle toprak arasında ölçülür. 741 adlı op-ampın Zgrş değeri yaklaşık 2 MW'dur. IV. Op-ampların çıkış empedansı (Zçkş) Çıkıştan bakıldığında görülen empedanstır. Değeri düşüktür. 741 adlı op-ampın Zçkş değeri yaklaşık 75 W'dur.

Zgrş

Zgrş

Op-ampların giriş empedansı

Zçkş

Op-ampların çıkış empedansı

V. Op-ampların çıkış kısa devre akımı (Iosc) Op-amp devresinden çekilebilecek maksimum akımdır. 741 adlı op-ampın IOSC akımı değeri yaklaşık 25 mA'dir. VI. Geri besleme direnci yokken gerilim kazancı (AVO) Op-amp devresine dışarıdan herhangi bir geri besleme sağlanmadığı zamandaki çıkış geriliminin, giriş gerilimine oranına denir. 741 adlı op-ampın AVO değeri yaklaşık 200.000'dir. VII. Ortak mod tepki oranı (common mode rejection ratio, CMRR) Op-amp devresinin her iki girişine de ortak uygulanan sinyali kabul etmeme özelliğidir. Bu değer her iki girişe aynı anda uygulanan sinyalin, çıkış sinyaline oranına eşittir. 741 adlı op-ampın CMRR değeri yaklaşık 90 dB'dir. VIII. Kanal ayırımı Bazı op-amp entegrelerinde birden çok op-amp bir arada bulunabilir. Örneğin 747 op-ampında iki adet birbirinden bağımsız op-amp vardır. Bu tür entegrelerde op-ampların birinin girişine uygulanan sinyal, diğerinin çıkışında çok küçük de olsa bir sinyal oluşturur. Bu sinyal ne kadar küçük ise kanal ayrımı o kadar iyidir. Genellikle dB cinsinden oran ifadesi kullanılır. 741 adlı op-ampın kanal ayırımı değeri yaklaşık 120 dB'dir. IX. Slew rate Op-ampın bant genişliğiyle ilgili bir parametredir. Bu değer, V/ms (volt/mikrosaniye) cinsinden ifade edilir. Op-ampın ne kadar çabuk durum değiştireceği hakkında bilgi verir. V/ ms değeri ne kadar büyükse op-amp o kadar geniş bantlıdır ve girişine uygulanan, hızlı değişen sinyalleri bozmadan yükseltip çıkışa aktarma yapılabilir. 741'in slew rate değeri yaklaşık 0,5 V/ms'dir.

69


Op-amplı uygulama (deney) devreleri I. Op-amplı gerilim izleyici (voltage follower) devresi Çıkış empedansı yüksek olan bir devrenin düşük empedanslı bir devre ile uyumlu çalışmasını sağlamak için kullanılan devredir.

Vçkş Vgrş Op-amplı gerilim izleyici devresi

Yandaki şekilde görülen bağlantıda giriş empedansı (Zgrş) yaklaşık 100 MW, çıkış empedansı (Zçkş) yaklaşık 0,1 W kadardır. Devrenin bant genişliği ise 1 MHz dolayındadır. Gerilim izleyici devresinde giriş empedansının çok yüksek olması, girişe bağlanan sisteme fazla bir yük binmesini engeller. Yani, girişdeki devreden çok çok az bir akım çekilir. Öte yandan çıkış ucu ise alıcıya maksimum düzeyde bir akım gönderebilir. Yükseltecin çıkışından (-) girişe yapılan köprü (bağlantı) sayesinde devrenin çıkış gerilimi giriş gerilimine eşit düzeyde olur. Yani, Vgrş =Vçkş'dır. V

Devrenin kazancı ise Av= Vçkş denklemine göre 1 olacaktır.. grş

Günümüzde sadece gerilim izleyici olarak kullanılmak üzere yapılmış op-amplar da mevcuttur. Örneğin LM110 adlı op-ampın çıkışı ile (-) girişi arasındaki bağlantı entegrenin içinden yapılmıştır. LM110'un bazı özellikleri şunlardır: Giriş empedansı: 106 MW Giriş akımı: 1 nA Çıkış empedansı: 0,75 W Bant genişliği: 10 MHz Kazancı: 0,9997 (yaklaşık 1) Not: Dıştan bağlantı yapılarak gerilim izleyici olarak çalıştırılan op-amplı devrelerin karakteristik özellikleri de LM110'a benzer. Not: x noktasındaki Vx gerilimi

V olarak kabul edilir. Bu II. Op-amplı faz çeviren (eviren, in- 0noktaya zahîrî toprak da denir. verting, ters çevirici, tersleyen) yükselteç devresi Girişe uygulanan AC ya da DC özellikli x sinyalleri 180° ters çeviren devredir. Yandaki Vgrş şekilde verilen op-amplı faz çeviren yükselteç devresinde giriş sinyali (-) uçtan uygulanır. Op-amplı faz çeviren yükselteç devresinde kazanç, Op-amplı faz çeviren yükselteç R gb Av = denklemiyle hesaplanır.. R1 Op-ampın çıkış ucundaki gerilimin bulunmasında kullanılan denklem ise, Vçkş = -Av.Vgrş şeklindedir.

Vçkş

devresi

Yukarıda verilen iki denklemde kullanılan eksi (-), girişe uygulanan sinyallerin ters çevrildiğini belirtmektedir. 70


Op-ampın (+) ve (-) giriş uçları arasındaki potansiyel fark 0 volttur. Bunu şu şekilde açıklamak mümkündür: Op-ampın giriş empedansı çok yüksek olduğundan (+) ve (-) uçlarından akım akmadığı kabul edilirse, (+) ve (-) giriş uçları arasındaki gerilim farkı da 0 V olacaktır. Bu nedenle op-amplarda devreye giren akım, op-ampa girmez şeklinde bir kabul yapılarak hesaplama yapılır. Op-ampın girişi akım çekmediği için faz çeviren yükselteç devresinde "x" noktasının şaseye göre potansiyel farkı Vx = 0 V olarak kabul edilebilir. Başka bir deyişle "x" noktası "zahirî toprak" olarak nitelenir. Bu nedenle, Igrş=Igb eşitliği yazılabilir. Bu denkleme göre girişten gelen akım Rgb direnci üzerinden akacaktır. R1 direnci üzerinden akan Igrş akımının denklemi, Vgrş - Vx 'tir. Vx gerilimi 0 V olduğundan R1

Igrş = Igrş =

Vgrş

olur..

R1

Rgb direnci üzerinden geçen akımın denklemini ise, Igb=

Vx - Vçkş R1

=

- Vçkş R gb

şeklinde yazmak mümkündür..

Igrş = Igb olduğuna göre, Vgrş R1

=

- Vçkş R gb

yazılabilir. Bu eşitlikte içler dışlar çarpımı yapılırsa,

-Vçkş.R1 = Vgrş.Rgb elde edilir. Bu eşitlik, Vçkş Vgrş

=-

R gb R1

şeklinde yazılabilir. Denklemde çıkış geriliminin giriş gerilimine oranı

yükseltecin kazancını (AV) vereceği için, =AV =

R gb R1

eşitliği bulunur..

Op-amplı faz çeviren yükselteç devresinde R1=Rgb olarak seçilirse kazanç 1'e eşit olur. Yani bu durumda yükselteç sadece faz çevirme (polarite değiştirme) işlemi yapar. Örnek: Vgrş = +0,5 V, R1 = 10 kW, Rgb = 100 kW, Vçkş = ? Çözüm AV = -

Rgb R1

= 100/10 = -10

Vçkş = -Av.Vgrş = -10.0,5 = -5 V

71


III. Op-amplı faz çevirmeyen (evirmeyen, non-inverting) yükselteç devresi Yandaki şekilde verilen devrede giriş ile çıkış Vçkş sinyalleri aynı fazlıdır (polaritelidir). Faz Vgrş çevirmeyen yükseltecin giriş ucunun empedansı (direnci) yaklaşık 100 MW olup çok yüksektir. Bu nedenle girişe bağlanan sinyal kaynağından (sinyal jeneratörü, mikrofon vb.) akım çekilmez. Op-amplı faz çevirmeyen yükselteç devresi İdeal bir op-ampın giriş empedansı sonsuz ohm olduğundan, (+) ve (-) giriş uçları arasından geçen akım 0 A olur. Akımın geçmediği bir yerde gerilim düşümü oluşmayacağından (+) ve (-) giriş uçları arasındaki potansiyel fark 0 V olarak kabul edilebilir. İşte bu nedenle Vgrş gerilimi R1 direnci üzerinde düşen gerilime eşit olur. R1 direncinden geçen akımı bulmayı sağlayan denklem, Vçkş

IR1 = R + R şeklindedir.. 1 2 R1 direnci üzerinde oluşan gerilim ise, VR1 = IR1.R1 denklemiyle bulunur. Op-ampın giriş uçlarının özelliğinden dolayı R1 üzerinde düşen VR1 gerilimi Vgrş gerilimine eşit olacağından, Vgrş = VR1 Vgrş = IR1.R1 Vgrş = Vgrş Vçkş

Vçkş R1 + R2

=

.R1 yazılabilir. Bu denklemde eşitliğin her iki tarafını Vçkş'a bölersek,

R1 R 1 + R gb bulunur..

Kazanç, Av = Av =

R1 + Rgb R1

Av =1+

R gb R1

Vçkş Vgrş

=

olduğundan,

R1 R gb + R1 R1

denklemi bulunur..

Op-amplı faz çevirmeyen yükselteç devresinde çıkış geriliminin değeri ise, Vçkş = Vgrş.[1+(

)] ya da Vçkş = Vgrş.AV denklemleriyle hesaplanabilir.

Örnek: R1 = 1 kW, Rgb = 10 kW, Vgrş = 2 V Çözüm a. Vçkş = Vgrş.[1 + (

a. Vçkş=? b. AV=?

)] = 2.[(1 + (10 / 1)] = 22 V

72


) = 1 + (10/1) = 111

b. AV = 1 + (

Ya da, AV = Vçkş/Vgrş = 22/2 = 11 IV. Op-amplı faz çeviren toplayıcı yükselteç (summing amplifier) devresi Girişe uygulanan sinyalleri (gerilimleri) topladıktan sonra yükselten ve yükseltiği sinyali ters çeviren devredir. Yandaki şekilde verilen devrede görüldüğü gibi toplanacak sinyaller op-ampın (-) girişine uygulanmaktadır. Vçkş x Faz çeviren toplayıcı yükselteç devresinde Vg1 toplanacak gerilim sayısı istenildiği kadar Vg2 artırılabilir. Yani (-) girişe uygulanan sinyal sayısı 2 adet olabileceği gibi 10 adet de olabilir. Yandaki şekilde verilen devrede op-ampın Op-amplı faz çeviren toplayıcı yükselteç devresi (-) girişi akım çekmediğine göre, Igb = IR1+IR2 eşitliği yazılabilir. Dirençler üzerinden geçen akımların denklemleri, IR1=

IR2= Igb=

Vg1 - Vx R1 Vg2 - Vx R2

,

,

Vx - Vçkş

şeklindedir..

Rgb

Yandaki şekilde "x" ile gösterilen noktanın şaseye göre potansiyel farkı (gerilimi) 0 V olduğundan dirençler üzerinden geçen akımların denklemleri, IR1=

Vg1 R1

, IR2=

Vg 2 R2

, Igb= -

Vçkş Rgb

eşitlikleri bulunur. Igb = IR1+IR2 eşitliğine akımların denklemleri yazılacak olursa,

-

Vçkş Rgb

=

Vg1 Vg 2 + ortaya çıkar. Bu denklemden Vçkş ifadesi çekilirse, R1 R2

Vçkş = -Rgb.(

Vg1 Vg 2 + ) R1 R2

Faz çeviren toplayıcı yükselteç devresinde girişe bağlanan R1, R2, R3, ... , Rn birbirine eşit olarak seçilirse denklem, 73


Vçkş = - .(Vg1+Vg2+...+Vgn) şeklinde yazılabilir. Faz çeviren toplayıcı yükselteç devresinin çıkış gerilimini hesaplamada kullanılan denklemlerdeki (-) işareti, giriş ile çıkış gerilimleri arasında 180°'lik faz farkı olduğunu belirtir. Örnek: Faz çeviren toplayıcı yükselteç devresinde Vg1 = + 1 V, Vg2 = -3 V, Rgb = 220 kW, R1 = 100 kW, R2 = 200 kW Vçkş =? Çözüm: Vçkş = -Rgb.( =(

Vg1 Vg2 1 + - 3 ) = ( - 220000 + 660000 ) + ) = -220000.( R1 R2 100000 200000 100000 200000

- 22 66 + )= -2,2 +3,3 =1,1 V 10 20

Örnek: Faz çeviren toplayıcı yükselteç devresinde Vg1 = + 2 V, Vg2 = + 3 V, Rgb = 10 kW, R1 = 10 kW, R2 = 10 kW Vçkş =? Çözüm: Vçıkış = - .(Vg1+ Vg2) = - 10000 .(2+3) = -5 V 10000

V. Op-amplı fark yükselteci (difference amplifier) devresi Girişlere uygulanan sinyallerin farkını bulup sonra bu farkı yükselten devredir. Yandaki şekilde verilen fark yükselteci devresinin çıkış gerilimini bulmada kullanılan denklemler çıkarılırken şu yöntem izlenir: Önce (+) giriş ve buraya bağlı dirençler yok sayılarak (-) girişe gelen sinyalin ters çevrildiği düşünülüp buraya gelen sinyale göre çıkış gerilimini hesaplamada kullanılan denklem, Vçkş == -

R gb R1

Vçkş

Vg2

Vg1

Op-amplı fark yükselteci devresi

.Vg1 ya da Vçkş = -AV.Vg1

şeklinde yazılabilir. Daha sonra (-) giriş ve buraya bağlı dirençler yok sayılarak (+) girişe gelen sinyalin ters çevrilmediği düşünülüp buraya gelen sinyale göre çıkış gerilimini hesaplamada kullanılan denklem, Vçkş = (1+

).Vg2 ya da Vçkş = AV.Vg1

şeklinde yazılabilir. Ancak Yandaki şekilde görüleceği gibi op-ampın faz çevirmeyen (+) girişine uygulanan sinyal R3 direnci üzerinde oluşan Vx gerilimi kadardır. R3 direnci üzerinde oluşan Vx gerilimi, Vx = I.R3 ile bulunur. 74


R3 direncinden geçen akımın bulunmasında kullanılan denklem ise, I=

Vg2 R2 + R3

şeklindedir..

Bu denklem, Vx = I.R3 eşitliğinde I'nın yerine konulursa, Vx =

Vg2 R2 + R3

.R3 bulunur..

Op-amp faz çevirmeyen yükselteç olarak çalıştığında R3 direnci üzerindeki Vx gerilimini, gerilim kazancı (AV) kadar yükseltecektir. O hâlde, Vçkş = (1+ Vçkş = (1+

R gb R1

R gb R1

).Vg2 şeklindeki denklem, ).Vx olarak değiştirilebilir..

Bu denklemde Vx değerinin yerine yukarıdaki Vçkş = (1+

R gb R1

).(

Vg2 R2 + R3

.R3 değeri yazılacak olursa,

V2 .R ) eşitliği bulunur.. R 2 + R3 3

Fark yükseltecinin iki girişi için bulunan denklemler birleştirilecek olursa, Vçkş == -

R gb R1

.Vg1 + (1+

R gb R1

).(

Vg2 R2 + R3

.R3)

Op-amplı fark yükselteci devresinde R1=R2=R3=Rgb olursa, Vçkş == -

R gb R1

.Vg1 + (1+

Vçkş = -1.V1 + (1+1).( Vçkş = -V1 + (2).(

Vg2 2

R gb R1

Vg2 2

).(

Vg2 R2 + R3

.R3)

.1)

)

Vçkş = -Vg1 + Vg2 Vçkş = Vg2 - Vg1 denklemi yazılabilir. Bu denkleme göre fark yükselteci devresinde kullanılan dirençlerin tümünün değeri aynı olduğunda girişe uygulanan gerilimlerin farkı çıkışta görülür. Op-amplı fark yükselteci devresinde R1=R2 ve R3=Rgb olarak belirlenirse, Vçkş == -

R gb R1

.Vg1 + (1+

R gb R1

).(

Vg2 R2 + R3

.R3) 75


Vçkş == Vçkş == Vçkş == Vçkş =

R gb R1 R gb R1 R gb R1

R gb R1

.Vg1 +(

1

+

R gb

1 R1

(R1 )

).(

(1)

R gb

).Vg2

R 1 + R gb

.Vg1 + .Vg1 +

.Vg2 R gb R1

.Vg2

.(Vg2-Vg1) eşitliği bulunur..

Örnek: Şekil 25'te verilen fark yükselteci devresinde R1 = 10 kW, R2 = 10 kW, Rgb = 33 kW, R3 = 20 kW, Vg1 = 1 V, Vg2 = 2 V olduğuna göre çıkış gerilimini (Vçkş) bulunuz. Çözüm Vçkş == -

R gb R1

.Vg1 + (1+

R gb R1

).(

Vg2 .R ) = 2,43 V R2 + R3 3

Örnek: Şekil 25'te verilen op-amplı fark yükselteci devresinde R1 = 10 kW, R2 = 10 kW, Rgb = 33 kW, R3 = 33 kW, Vg1 = 1 V, Vg2 = 2 V olduğuna göre çıkış gerilimini (Vçkş) bulunuz. Çözüm Vçkş =

R gb R1

.(Vg2-Vg1) =

33 .(2-1) 10

= 3,3 V

VI. Op-amplı karşılaştırıcı (kıyaslayıcı, komparatör) devresi Girişlerine uygulanan gerilimlerin farkını alarak yükseltme yapan devredir. Vg1 Bu tip bağlantıda Yandaki şekilde görüldüğü Vçkş gibi geri besleme direnci yoktur. Karşılaştırıcı olarak kullanılan op-amplı devre simetrik çıkışlı güç kaynağıyla Vref beslendiğinde, zener I. (+) girişe uygulanan gerilim (-) girişe diyot uygulanan gerilime eşit ise, çıkış gerilimi 0 V Op-amplı karşılaştırıcı devresi olur. II. (+) girişe uygulanan gerilim (-) girişe uygulanan gerilimden büyük ise, çıkış gerilimi pozitif yönde maksimum değerde olur. III. (+) girişe uygulanan gerilim (-) girişe uygulanan gerilimden küçük ise, çıkış gerilimi negatif yönde maksimum değerde olur. Not: Op-ampların karşılaştırıcı özelliğinden yararlanılarak sıcaklık, ışık, ses, dokunma ile ilgili devreler yapılabilir. Örnek: Yandaki şekilde verilen op-amplı kıyaslayıcı devresinde (-) girişe uygulanan Vref gerilimi 3 V, (+) girişe uygulanan Vg1 gerilimi ise +5 V olduğuna göre Vçkş gerilimi ne olur 76


yazınız. Çözüm: Vg1>Vref olduğundan Vçkş gerilimi yaklaşık +12 V olur. Not: Aslında Vçkş gerilimi 10-12 V olur. 1-2 V'luk gerilim op-ampın içinde düşer. VII. Op-amplı integral alıcı (zaman gecikmeli) devre Yandaki şekilde verilen op-amplı devre, girişine uygulanan kare dalgayı üçgen dalga hâline getirir. Matematik dersinde açıklanan integral, bir eğrinin altında kalan alandır. Başka bir deyişle kare dalganın integrali üçgen dalgadır. Op-amplı integral alıcı devresinde C 1 kondansatörüne paralel bağlı olan R gb Vgrş direncinin görevi giriş uçları arasındaki off-set 10 kHz geriliminin op-ampı doyuma sokmasını önlemektir. Op-amplı integral alıcı devresindeki R 2 Op-amplı direncinin görevi ise giriş polarma akımlarının eşit olmamasından kaynaklanabilecek off-set Vgrş geriliminin etkisini ortadan kaldırmaktır. Op-amplı integral alıcı devresinin, girişine + uygulanan kare dalgayı üçgen dalgaya çevirebilmesi için, I. fgiriş ³ fc=

olmalıdır. Yani, girişe

100 k

R gb 10 nF

Vçkş

integral alıcı devre

+

+ -

Vçkş

uygulanan kare dalga şeklindeki sinyalin + + + frekansı kritik frekans (fc) değerinden büyük ya da kritik frekans değerine eşit olmalıdır. II. Devrenin zaman sabitesi (t = R1.Cgb) ile girişe uygulanan kare dalga şeklindeki sinyalin İntegral alıcı devrenin girişine uygulanan kare dalganın çıkıştan üçgen dalga olarak alınışı periyodu birbirine eşit ya da yakın bir değerde olmalıdır. Eğer yukarıda belirtilen koşullar sağlanmamışsa girişe uygulanan kare dalga biçimli sinyalin integrali alınamaz ve çıkışta üçgen biçimli dalga oluşmaz. Bu durumda devre faz çeviren yükselteç gibi çalışır. Örnek: Yandaki şekilde verilen integral alıcı devrede Rgb = 100 kW, Cgb = 10 nF, R1 = R2 = 10 kW'dur. Devrenin girişine 10 kHz'lik bir kare dalga uygulanırsa çıkıştan üçgen dalga alınabilir mi? Hesaplayınız. Çözüm İntegral alıcı devrenin kritik frekans değeri, fc=

=

1 =159,2 2.3,14.100.103.10.10-9

Hz

I. fgiriş ³ fc 77


Devrenin girişine uygulanan kare dalganın periyodu, Tgrş = 1/fgrş = 1/10000 = 0,0001 s = 0,1 ms Devrenin zaman sabitesi, t = R.Cgb=10.103.10.10-9 = 0,1 ms II. Devrenin zaman sabitesi ile girişe uygulanan kare dalga şeklindeki sinyalin periyodu birbirine eşit çıkmıştır. Bu sonuçlara göre devrenin girişine uygulanan kare dalga çıkıştan üçgen dalga olarak alınır. Yani devre integral alıcı olarak çalışır. Op-amplı integral alıcı devresinde herhangi bir süre sonra çıkıştan alınan üçgen dalganın gerilim değerini hesaplamak için, Vçkş = -[

].Vgrş.t

ya da Vçkş = -( ).Vgrş.t denklemleri kullanılır..

Yukarıda verilen denklemlerde, t: Saniye, t = R.C zaman sabitesidir. Örnek: İntegral alıcı devresinde R1 = 10 kW, C1 = 100 nF Vg1 = 0,2 V ise, 10 ms sonra çıkış gerilimi ne olur? Hesaplayınız. Çözüm t = R1.C1 = 10.103.100.10-9 = 1.10-3 s 1 ).0,2.10.10-3 = -2 V 1.10 - 3

Vçkş = -( ).Vgrş.t = -(

VIII. Op-amplı türev (differentiator) devresi Girişine uygulanan üçgen dalgayı kare dalgaya çeviren devredir. Yandaki şekilde verilen devrenin, girişine uygulanan üçgen dalgayı kare dalgaya çevirebilmesi için, I. fgiriş fc=

Vx Vgrş

Vçkş

1 mF

220-1000 W

olmalıdır. Yani, girişe

uygulanan kare dalga şeklindeki sinyalin frekansı kritik frekans (fc) değerinden küçük ya da kritik frekans değerine eşit olmalıdır. II. Devrenin zaman sabitesi (t = Rgb.C1) ile girişe uygulanan üçgen dalga şeklindeki sinyalin periyodu birbirine eşit ya da yakın bir değerde olmalıdır. Eğer yukarıda belirtilen koşullar sağlanmamışsa girişe uygulanan üçgen dalga biçimli sinyalin türevi alınamaz ve çıkışta kare biçimli dalga oluşmaz. Bu durumda devre faz çeviren yükselteç gibi çalışır. Örnek: Yandaki şekilde verilen devrede

Op-amplı türev alıcı devre

+Vgrş +

+ -V grş +Vçkş + -

-

-V çkş Türev alıcı devrenin girişine uygulanan üçgen dalganın çıkıştan kare dalga olarak alınışı

78


girişe 1 kHz'lik üçgen dalga uygulandığında çıkıştan kare dalga alınabilir mi? Hesaplayınız. Çözüm fc=

=

1 = 1592,3 Hz 2.3,14.1.103.100.10 -9

fgrş=1 kHz = 1000 Hz fc = 1592,3 Hz fgrş fc koşulu sağlanmıştır.. Türev alıcı devrenin zaman sabitesi, t = Rgb.C1=10.103.100.10-9 = 1 ms Türev alıcı devrenin girişine uygulanan üçgen dalganın periyodu, Tgrş = 1/fgrş = 1/1.103 = 1 ms Girişe uygulanan üçgen dalganın periyoduyla, devrenin zaman sabitesi birbirine eşittir. Bu sonuçlara göre devrenin girişine uygulanan üçgen dalga çıkıştan kare dalga olarak alınır. Yani devre türev alıcı olarak çalışır. Op-amplı türev alıcı devresinde herhangi bir süre sonra çıkıştan alınan kare dalganın gerilim V değerini hesaplamak için, Vçkş = -Rgb.C1.( grş ) denklemi kullanılır.. t Örnek: Rgb = 10 kW, C1 = 100 nF, Vgrş = 4 voltken 8 ms sonra çıkış gerilimi kaç volt olur? Hesaplayınız. Çözüm: Vçkş = -Rgb.C1.(

Vgrş t

4

) = -10.103.100.10-9.( 8.10 -3 ) = - 0,5 V

IX. Op-amplı doğrultmaç (redresör, doğrultucu) devreleri Op-amplı hassas yarım dalga doğrultmaç devresi Sadece diyotlarla yapılan doğrultmaç R devreleriyle milivolt düzeyinde DC çıkış veren Vçkş devreler yapılamamaktadır. Çünkü 1N4001 olarak bilinen silisyumdan yapılmış diyodun Vgrş iletime geçebilmesi için en az 0,6 V (600 mV)'a x gerek vardır. Buna göre, 1N4001 ile yapılan V doğrultmacın 600 mV'un altında DC gerilim vermesi mümkün değildir. (Germanyumdan R yapılmış diyotların iletime geçme gerilimi ise 0,2 V dolayındadır.) Op-amplı hassas yarım dalga doğrultmaç devresi İşte bu nedenle op-amplar kullanılarak düşük voltajlı DC üreteçleri yapılmaktadır. Yandaki şekilde verilen devre, düşük voltajlı AC gerilimleri DC'ye çevirebilir. Bu devrenin giriş sinyali op-ampın (-) girişinden uygulandığı için faz çeviren karşılaştırıcı yükselteç gibi çalışır. Bu tür çalışmada, 2

ref

3

79


Vgrş > Vref ise Vx = -V Vgrş < Vref ise Vx = +V olur. Vgrş sinyalinin pozitif alternansında çıkış geriliminin polaritesi (-) olur. Yani "x" noktasının gerilimi 0'dan küçük olur. Bu durumda D1 diyodu kesimde kalırken, D2 diyodu iletime geçer. D2 iletime geçince çıkıştan girişe negatif geri besleme olur. Op-ampın faz çeviren (-) girişinin potansiyeli yaklaşık 0 V olduğundan "x" noktasında -0,6 V görülür. Vgrş sinyalinin negatif alternansında çıkış geriliminin polaritesi (+) olur. Yani "x" noktasının gerilimi 0'dan büyük olur. Bu durumda D1 diyodu iletime geçerken, D2 diyodu kesime gider. D1 iletime geçince R2 direnci üzerinden devrenin girişine geri besleme olur. Aynı zamanda çıkıştan girişle aynı genlikte ancak ters fazlı bir DC gerilim alınır. Op-amp kullanılarak yapılan yarım dalga doğrultmaç devresiyle girişe uygulanan mikrovolt düzeyindeki AC sinyalleri bile doğrultmak mümkündür. R4

-2

10 k R1 -2 10 k

741

osilaskop kanal 1

+3 R3

R6

10 k

R2

Vgrş

Vgrş

D1 +12 V 7 6 4 -12 V

R5 5 k

Vç1

741 +3

1N4001

10 k +12 V 7 6

Vçkş

4 osilaskop -12 V kanal 2

R7 1N4001

D2

3.2 k (2.2+1 k)

5.6 k Op-amplı tam dalga doğrultmaç devresi

Op-amplı tam dalga doğrultmaç devresi Devre, op-amplı yarım dalga doğrultmaç ile op-amplı faz çeviren toplayıcı yükselteç devresinin birleşiminden oluşmuştur. Giriş sinyali pozitif polariteli olduğunda birinci op-ampın çıkışı 0 V olur. İkinci op-ampın girişine R4 üzerinden gelen pozitif polariteli sinyal yükseltilip ters çevrilerek negatif yönlü olarak çıkışa aktarılır. Giriş sinyali negatif polariteli olduğunda birinci op-ampın çıkışı pozitif maksimum olur. Birinci op-ampın çıkışından gelen pozitif polariteli sinyal ile R4 direnci üzerinden gelen negatif polariteli sinyal ikinci op-amp tarafından toplanır. Dikkat edilirse bu anda ikinci op-ampın girişine pozitif ve negatif polariteli iki sinyal gelmektedir. Birinci op-ampın çıkışından gelen pozitif polariteli sinyal, R4 direnci üzerinden gelen negatif polariteli sinyalden büyüktür. (R4 direnci R5'ten büyük seçildiği için.) Dolayısıyla toplayıcı olarak çalışan ikinci op-ampın girişine pozitifliği fazla olan bir sinyal uygulanmış olacaktır. İşte bu sayede op-ampın çıkışından yine negatif polariteli bir sinyal alınır. X. Op-amplı aktif alt geçiren (low pass) ve üst geçiren (high pass) filtre devreleri Yalnızca direnç, kondansatör ve bobin kullanılarak yapılan filtrelere pasif filtre denir. Bu tip devreler basit yapılıdır ancak, kendilerine uygulanan sinyalleri bir miktar zayıflatırlar. Bu 80


istenmeyen bir durumdur. Not: Pasif filtreler temel elektronik kitabında açıklanmıştır. Op-amplar kullanılarak yapılan aktif filtrelerde ise giriş sinyallerinde zayıflama değil yükselme olmaktadır. Op-amplı aktif filtrelerin iyi yönleri şunlardır: Filtrenin geçirgen olduğu frekanslarda herhangi bir zayıflama olmaz. Çünkü devredeki op-amp, giriş sinyallerini yükselterek çıkışa aktarır. Pasif süzgeçlerde ise ise süzgecin geçirgen olduğu frekanslarda az da olsa sinyal zayıflaması olmaktadır. Aktif filtrelerde bobin kullanılmadığından, üretilmeleri kolaydır.. Aktif filtrelerin giriş empedansı çok yüksek, çıkış empedansı çok düşük olduğundan, girişe ve çıkışa bağlı olan devrelerin sinyallerinde bozulma olmaz. Op-amplı aktif filtrelerin olumsuz yönleri ise şunlardır: Pasif filtreler DC besleme kaynağına gerek duymaz. Aktif filtrelerde (süzgeçlerde) ise DC besleme kaynağına gerek vardır. Aktif filtrenin yapısındaki op-ampın bant genişliği sınırlı olduğundan her frekansta çalışabilen filtre yapmak zordur. Op-amplı alçak (low) frekansları geçiren aktif filtre devresi Yandaki şekilde verilen devrede op-amp faz çevirmeyen yükselteç olarak çalışmaktadır. Bu devrenin kesim frekansı, fc=

1 2π R1R 2 C1C2

C2 Vgrş 2 V(t-t) 100 Hz 10 kHz

Vçkş R2

R1

denklemiyle hesaplanabilir..

Devrede R 1 =R 2 , C 1=C 2 seçildiğinde denklem,

Rb

C1

Ra

AV 1,5 1,25

1 fc= 2pR C 1 1

şeklinde yazılabilir..

1 0,75

Aktif filtrenin geçirgen olduğu bölgede frekans karakteristiğinin düz olabilmesi için opampın kazancı 1,58 olmalıdır. Buna göre, AV=1+

0,50

BG (BW)

0,25

f (kHz)

fc 0,1 0,2

0,5

1

1,5

2

5

10

Op-amplı alçak frekansları geçiren filtre devresi ve devrenin kazancının giriş sinyalinin frekansı yükseldikçe azalışını gösteren eğri

Rb =1,58 Ra

Buradan da, Rb =0,58 olmalıdır.. Ra

Op-amplı alçak frekansları geçiren devrede girişe tepeden tepeye genliği 2 V, frekansı 100 Hz olan bir AC sinyal uygulandığında çıkıştan tepeden tepeye değeri 3 V, frekansı 100 Hz olan bir sinyal alınır. Giriş sinyalinin frekansı 100, 200, 500, 1000, 1500, 2000, 5000 ve 10000 Hz yapılarak çıkış geriliminin değeri ölçüldüğünde, frekans yükseldikçe gerilim değerinin aşağıdaki çizelgede görüldüğü gibi 0,08 V, kazancın ise 0,04 seviyesine indiği görülür.

81


Örnek: Alçak frekansları geçiren aktif filtre devresinde R1=R2=1 kW, C1=C2=0,1 mF, Ra=10 k, Rb=5,6 kW olduğuna göre, a. Devrenin kesim frekansını bulunuz. b. Devrenin hangi frekans aralığındaki sinyalleri çıkışa aktardığını yazınız. c. Devrenin karakteristiği "geçirgen olduğu frekans aralığında" düzgün müdür? Çözüm 1

a. fc= 2pR C = 1

1

1 =1,6 kHz 2.3,14.1.103.0,1.10-6

b. Bu sonuca göre devre 0-1,6 kHz arasındaki frekansa sahip giriş sinyallerini çıkışa aktarır. c.

Rb =0,56 Ra

» 0,58 olduğundan, devre geçirgen olduğu bölgede düzgün bir karakteristiğe

sahiptir. Op-amplı yüksek (high) frekansları geçiren aktif filtre devresi Yüksek frekansları geçiren filtre devresi, alçak frekansları geçiren filtreye çok benzer. Sadece direnç ve kondansatörler yer değiştirmiştir. Yüksek frekansları geçiren devrede giriş sinyalinin frekansı 100, 500, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000, 5000 ve 10000 Hz yapılarak çıkış geriliminin değeri ölçüldüğünde, frekans yükseldikçe gerilim değerinin aşağıdaki çizelgede görüldüğü gibi 2,9 V, kazancın ise 1,5 seviyesine çıktığı görülür.

Vgrş

Vçkş

2 V(t-t) 100 Hz 10 kHz

AV 1,5

1

BG (BW) 0,50

f (kHz) 0 1

2

3

4

5

10

Op-amplı yüksek frekansları geçiren filtre devresi ve devrenin kazancının giriş sinyalinin frekansı yükseldikçe artışını gösteren eğri

Örnek: Yandaki devrede R1=R2=1 kW, C1=C2=0,1 mF, Ra=10 kW, Rb=5,6 kW olduğuna göre, a. Devrenin kesim frekansını bulunuz. b. Devrenin hangi frekans aralığındaki sinyalleri çıkışa aktardığını belirtiniz. 82


Çözüm 1

a. fc= 2pR C = 1

1

1 =1,6 kHz 2.3,14.1.103.0,1.10-6

b. Bu sonuca göre devre 1,6 kHz ile op-amp özelliklerinin (slew-rate parametresinin) belirlediği üst sınır arasındaki frekans bandını geçirir. XI. Op-amplı voltaj (gerilim) regülatörü devresi Yanda verilen devrede Vgrş gerilimi 0 V'tan Vgrş itibaren artırılırsa çıkışta oluşan gerilim de artış gösterir. R2 Çıkış gerilimi 3 V'un altındayken zener diyot R Vçkş yalıtımdadır. Çıkışta oluşan gerilimin değeri 3 voltu geçince zener diyot iletime geçerek üzerinde hep 3 V'luk gerilim düşümü oluşturur. R3 R1 İşte bu 3 V'luk zener diyot gerilimi op-ampın R 3 numaralı (+) girişi için referans gerilimi (Vref) görevini yapar. Op-ampın çıkış gerilimi, V1 noktasının Op-amplı voltaj regülatörü devresi gerilimi 3 V oluncaya kadar yükselir. Yükseliş, V1'in gerilimi 3 V olunca durur. Çünkü, op-amp çıkışının daha fazla yükselerek V1 geriliminin +3 V'un üzerine çıkması durumunda eksi (-) girişin gerilimi artı (+) girişin geriliminden daha pozitif olacağından kıyaslayıcı olarak çalışan op-ampın çıkışı hemen düşüşe geçer. V1 noktasının gerilimi 3 V'un altına düşecek olursa op-amp yine kıyaslayıcı olarak çalışmaya başlar ve çıkışı hemen 3 V düzeyine yükseltir. s1

s2

Şekil 35'te verilen op-amplı gerilim regülatörü devresinde Vçkş gerilimini R1 ve R2 dirençlerinin değerini değiştirerek ayarlamak mümkündür. Rs1 ve Rs2 dirençleri ise op-ampın girişlerini korumak için kullanılmıştır. XII. Op-amplı logaritmik yükselteç devresi Yanda verilen devreye dikkat edilirse faz çeviren yükseltece benzediği görülür. Tek fark, geri besleme direnci yerine NPN tipi bir transistörün bağlanmış olmasıdır. Bu bağlantı sayesinde T1 transistörünün B-E birleşimindeki polarma gerilimden yararlanılarak logaritma işlemi yapılmaktadır. Logaritmik yükselteçler, analog esaslı bilgisayarlarda matematiksel işlemler yapmada kullanılmaktadır. Transistörün B-E eklemindeki gerilimin denklemi, Vçkş = VBE = (60 mV).Log (

IC

Vçkş Vgrş

Op-amplı logaritmik yükselteç devresi

) şeklinde yazılabilir..

83


Denklemde IC =

Vgrş

'dir..

R1

Içkş akımı sabit olup oda sıcaklığında 1.10-13 A dolayındadır. Logaritmik yükselteçte, Vgrş gerilimindeki ve dolayısıyla IC akımındaki doğrusal değişimler, çıkışta ve B-E ekleminde logaritmik bir artışa neden olmaktadır. Yukarıda verilen denklemdeki logaritma 10 tabanlıdır. Vgrş geriliminde 10 katlık bir artış olduğunda kolektör akımı da 10 kat artar. Log 10 = 1 olduğundan çıkışta da 10 kat artış olur. Vgrş gerilimi 100 kat artırıldığında çıkışta, 60.2 = 120 mV'luk artış gerçekleşir. Örnek: R1= R2 = 5,6 k, Vgrş = 0,056 V olduğunda, a. Vçkş gerilimini bulunuz. b. Vgrş 10 kat artırılarak 0,56 V, 100 kat artırılarak 5,6 V yapılırsa Vçkş ne olur? Bulunuz. Çözüm a. Vçkş=VBE=(60 mV).Log ( IC=

Vgrş R1

IC I çkş

)

0,056

= 5,6.103 =0,01 mA = 1.10-5 A

Vçkş = (60 mV).log (

1.10 -5 ) 1.10-13

= (60 mV).Log 108

log 108 = 8 olduğundan, Vçkş = 480 mV olur. b. Vgrş= 0,56 V yapıldığında, IC=

Vgrş R1

0,56

= 5,6.103 =0,1 mA = 1.10-4 A

Vçkş=(60 mV).log (

1.10-4 ) 1.10-13

= (60 mV).Log 109

log 109 = 9 olduğundan, Vçkş = 540 mV olur. Giriş 5,6 V yapıldığında ise, IC=

Vgrş R1

5,6

= 5,6.103 =1 mA = 1.10-3 A

Vçkş= (60 mV).log (

1.10 -3 1.10-13

) = (60 mV).Log 1010

log 1010 = 10 olduğundan, Vçkş = 600 mV olur.

84


XIII. Op-amplı kare dalga üreteci (astable multivibratör) devresi Yanda verilen devrede op-amp kıyaslayıcı (karşılaştırıcı) olarak çalışmaktadır. İlk anda (+) girişteki gerilimin daha pozitif olduğunu varsayalım. Bu durumda Vçkş gerilimi pozitif maksimum değerdedir. B noktasının gerilimi, VB =

Vçkş R1 + R2

Vçkş

C

.R2 kadardır..

Bu sırada C kondansatörü R gb direnci Op-amplı kare dalga üreteci devresi üzerinden dolmaktadır. Kondansatörün A noktasındaki gerilim B noktasının gerilimine eşit olduğunda Vçkş gerilimi eksi (-) polariteli olur. Çıkışın eksi (-) polariteli olması A noktasında ve kondansatör üzerinde bulunan gerilimi de eksi (-) polariteli yapar. (Çıkış gerilimi Rgb üzerinden girişe geri besleme yapmaktadır.) Kondansatöre bir öncekinin tersi polaritede bir gerilimin gelmesi bu elemanı deşarj etmeye başlar. Kondansatör belli bir sürede deşarj olduktan sonra bu kez bir öncekinin tersi polaritede tekrar şarj olmaya başlar. Kondansatörün gerilimi A noktasındaki gerilime eşit olduğu anda opamp çıkışı tekrar konum değiştirir. Devre bu şekilde çalışmasını sürdürür. Şekil 37'de verilen devrenin çıkışına led, röle, lamba gibi alıcılar bağlanarak periyodik çalışan sistemler oluşturulabilir. XIV. Op-amplı gerilim kontrollü osilatör devresi Yandaki "a" ve"b" şekillerinde verilen op-amplı gerilim kontrollü, testere dişi biçiminde sinyal üreten osilatör devresinde geri besleme elemanı olarak PUT ve kondansatör kullanılmıştır. PUT adlı elemanın A ucuna uygulanan 10 k gerilim G ucuna uygulanan gerilimden 0,6-0,7 2N6027 G R2 PUT V fazla olduğunda A'dan K'ya doğru akım Vp A K geçirir. Örneğin PUT'un G ucuna 2 V 7,5 V C uygulanmışsa, A ucuna uygulanan gerilim 2,6 1-10 nF R1 + V olduğunda A'dan K'ya akım geçişi olur. 741 100 k Gerilim kontrollü osilatör devresinin çıkış Vçkş Vgrş 1-3 V geriliminin seviyesi PUT'un iletime geçme + değerine ulaştığında kondansatör üzerinde (a) +15 V biriken elektrik yükü A-K uçları arasından R 3 10 k geçerek boşalır ve devre resetlenir (sıfırlanır). C'nin boşalması PUT'un A ucuna gelen gerilimi 2N6027 +7,5 V PUT düşüreceğinden bu eleman kesime gider. PUT kesime girince C tekrar dolmaya başlar. PUT'un -15 V R 4 10 k C sürekli olarak iletim ve kesim olması çıkışta 1-10 nF R1 68 k testere dişine benzer bir sinyalin oluşmasını +15 V sağlar. Vgrş 100 k 741 Vçkş Yandaki "a" şeklinde gerilim kontrollü R -15 V osilatör devresinde giriş ucuna negatif gerilim 2 10 k uygulandığından çıkıştan pozitif polariteli (b) testere dişine benzer bir sinyal alınır. Başka bir Op-amplı gerilim kontrollü osilatör devreleri deyişle devre integral alıcı gibi çalışır. 85


A

B RX 49 MC R 100

A

A K

G

GA

G K

K

A G

AKG

K

G

G A

K K

A

K

yalıtkan

G Tristör sembolleri

Çeşitli tristörler

Tristörün yarı iletken iç yapısı

Ç. Tristörler (thyristör, SCR, silicon controlled rectefier) 1. Tristörlerin yapısı ve çalışma karakteristiği İki yarı iletken ile diyotlar, üç yarı iletken ile transistörler, dört yarı iletken ile ise tristörler yapılmıştır. Tristör kavramı, thyratron (gazlı triyod) ve transistör sözcüklerinin birleşiminden ortaya çıkmıştır. PNPN şeklinde birleştirilmiş olan dört yarı iletkenden çıkarılan anot (A), katot (K) ve gate (G) uçları olan tristör, doğru ve alternatif akımda çalışabilen bir “güç kontrol” elemanıdır. Tristörlerin iletime geçirilebilmesi için G ucuna kısa süreli olarak akım (sinyal) uygulamak yeterlidir. Tetikleme akımı uygulandığında tristör saniyenin 1/1000'i kadarlık bir sürede iletime geçer. Tristör kesimdeyken A-K uçlarının direnci çok yüksektir. İletim anında ise A-K arası direnç 0,2 W gibi çok düşük bir düzeye iner. Tristör iletimdeyken A-K arasından geçen akımın maksimum değere çıkmaması için devreye mutlaka yük bağlanması gerekir. Yüksüz çalıştırma yapılırsa aşırı akım geçişi olur ve eleman bozulur. Uygulamada kullanılan tristörlerin akımları 0,1 ile 3000 A, gerilimleri 10 ile 5000 V arasında değişmektedir. AC gerilim ile çalıştırılan tristörlü devrelerde, G ucuna gelen tetikleme akımına bağlı olarak A’dan K’ya geçen akım değişir. (Diyotlar ise A’dan K’ya doğru geçen akımı denetleyemezler.) Herhangi bir alıcıya uygulanan enerji ayarlı bir transformatörle (varyak) ya da yük devresine seri olarak bağlanan bir reosta (ayarlı direnç) ile kontrol edildiğinde büyük bir güç kaybı ortaya çıkar. Aynı zamanda bu elemanlar hem fazla yer kaplar, hem de pahalıya mal olurlar. Güç kontrolünde tristör kullanıldığında ise, hem güç kaybı azalır, hem de maliyet düşer. Tristörler, demir çelik endüstrisinde, kaynak makinelerinde, yüksek güçlü redresörlerde, motorların devir kontrollerinde, akü şarj cihazlarında, aydınlatma, ısıtma donanımlarında vb. kullanılır. Tristörlerin doğru ve ters polarma durumundaki elektriksel karakteristik eğrileri Endüstriyel donanımlarda yaygın olarak kullanılan elemanlardan biri olan tristörlerin doğru ve ters yönlü gerilimlere karşı davranışını anlayabilmek için arka sayfada verilen karakteristik eğriyi incelemek gereklidir..

86


Karakteristik eğrilerdeki kavramların açıklanması: I. Ters polarmada bozulma (kırılma, delinme) gerilimi: Tristörün ters yönlü olarak uygulanan gerilime dayanabildiği son noktadır. II. Ters polarmada kesim bölgesi: Tristörün ters yönlü polarmada kesimde olduğu gerilim aralığıdır.

+I (A) doğru polarmada iletim bölgesi

tutma akımı

doğru polarmada iletime geçme noktası

ters polarmada bozulma (kırılma) gerilimi -V (V) ters polarmada kesim bölgesi

doğru polarmada kesim bölgesi -I (A)

+V (V)

Tristörün iletim ve kesim durumundaki davranışlarını gösteren karakteristik eğriler

III. Doğru polarmada kesim bölgesi: Tristörün doğru polarma altında kesimde kaldığı bölgedir. IV. Doğru polarmada iletime geçme noktası: Tristörün iletime geçtiği değerdir. V. Tutma akımı: Tristörün iletime geçtikten sonra iletimde kalmasını sağlayan anot-katot arası akım değeridir. Tristörün iletime geçebilmesi için gereken koşullar şunlardır: I. Anot ucuna artı (+), katot ucuna eksi (-) gerilim uygulanmalıdır. II. Tristörün A-K uçları arasından geçen akım en az tutma akımı kadar olmalıdır. III. G ucuna uygulanan polarmanın gerilim ve akım değeri tristörün kataloğunda verilen değerde olmalıdır. Yani G ucuna uygulanan tetikleme akımı çok küçük olursa eleman çalışmaz. Tetikleme akımı büyük olduğunda ise tristör bozulur. Tristörlerin sağlamlık testi AVOmetre komütatörü ohm kademesine getirilerek (x1 kW konumu) yapılan ölçümde, AK: kW-kW (büyük ohm - büyük ohm), A-G: W - kW (küçük ohm-büyük ohm), K-G: W - kW (küçük ohm-büyük ohm) olacak şekilde değerler okunuyorsa eleman sağlamdır. 2. Tristör tetikleme devreleri ve kapı (G) kontrolü (Tristörleri tetikleme yöntemleri) a. G ucuna kısa süreli akım (pals) uygulayarak tetikleme Bu yöntemde G ucuna kısa süreli olarak tetikleme akımı uygulanarak A - K arasının iletken olması sağlanır. Tetikleme sinyali ise,

87


S1 L

S2

V

R BRX49 MCR100

VG

AC ya da DC

I. Bağımsız DC üretecinden sağlama Yandaki şekilde verilen bu yöntemde S1 anahtarı kapatıldığında lamba yanmaz. S2 anahtarı kısa süreli olarak kapatılıp açılırsa tristörün davranışı şöyle olur: V gerilimi AC ise S2 açıldığı anda tristör tekrar kesime gider ve lamba söner. V gerilimi DC ise S2 açılsa bile tristör sürekli olarak iletimde kalır.

AC ya da DC

II. Ana besleme kaynağından sağlama Tristörün DC üreteç ile tetiklenmesi Yandaki şekilde verilen devrede S anahtarı kapatıldığı anda direnç üzerinden geçen küçük değerli akım tristörü sürer. Devre DC ile besleniyorsa S anahtarı açılsa bile L tristör iletimde kalır. Devre AC ile besleniyorsa S anahtarı açıldığında tristör kesime gider. Devrede kullanılan diyot, 1-22 k BRX49 MCR100 tristörün G ucundan ters yönde akım dolaşmasını önler. Yani bu eleman tristörü koruma amacıyla bağlanmıştır. G ucuna uygulanan akımın minimum değeri önemli bir husustur. Yani G ucuna rastgele akım uygulanırsa eleman bozulur. Teknik bilgi kataloglarında her tristörün Tristörün ana besleme kaynağından tetiklenmesi geyt ucuna uygulanacak akım (IGmin) belirtilir. Örneğin iletime geçebilmesi için G ucuna 10 mA uygulanması gereken bir tristöre 5 mA uygulanırsa A - K arası iletken olmaz. Ya da G akımı 10 miliamperin çok üzerinde olursa eleman bozulabilir. Tristörün G ucuna uygulanacak tetikleme akımının katalogda verilmiş olan sınırın üzerine çıkmaması için tetikleme ucuna seri olarak direnç bağlanır. Direncin kaç ohm olması gerektiğini bir örnekle açıklayalım.

b. Tristörlerin izolasyon (pals, darbe) transformatörleriyle tetiklenmesi Birbirinden yalıtılarak (bağımsız) çalışması istenen devrelerde tetikleme palsi ile tristör arasına yandaki şekildegörüldüğü gibi dönüştürme oranı 1:1 olan minik boyutlu bir pals transformatörü bağlanır. Pals devresinin primerden dolaştırdığı akımın yarattığı manyetik alan sekonder sargılarında V2 gerilimini oluşturur. V2 gerilimi tristörün G ucunu tetikleyerek tristörü sürer. Bu yönteme manyetik kuplajlı tetikleme de denir.

88


AC ya da DC

Örnek: Bir tristörün G tetikleme akımı katalogdan bakılarak 10 mA olarak belirlenmişir. Tristör DC 12 voltluk bir devrede kullanıldığına göre G ucuna seri bağlanması gereken direncin değerini hesaplayınız. (Vgeyt = 1 V) Çözüm IG = 10 mA = 0,01 A R = (Vşebeke-Vgeyt) / IG = (12-1) / 0,01=1100 W

R BRX49 MCR100

V2

pals trafosu

pals üreteci

V1

Tristörün pals trafosuyla tetiklenmesi

+5-12 V S 220 W

c. Tristörlerin optokuplör ile tetiklenmesi Yandaki şekilde görülen devrede S anahtarı kapatıldığında enfraruj diyot ışık yayarak fototransistörü sürer. İletime geçen fototransistör ise tristörü tetikleyerek röleyi çalıştırır. Görüldüğü üzere kumanda devresiyle güç devresi optokuplör sayesinde birbirinden elektriksel bakımdan yalıtılmıştır.

+12 V

optokuplör

R1

L

R2 4N25

1-10 kW

BRX49 MCR100

Tristörün optokuplörle tetiklenmesi

ç. A-K uçları arasına yüksek gerilim uygulayarak tetikleme G ucu boştayken A-K arasına uygulanan gerilim artırılırsa tristörün içindeki transistörlerden akan sızıntı akımlarının değerleri yükselerek A-K arasının iletken hâle gelmesine yol açabilir. Pratikte tercih edilen bir yöntem değildir. Çünkü, tristöre kataloglarda belirtilen dayanma gerilimlerinden yüksek gerilim uygulamak sakıncalıdır. d. Yüksek sıcaklık ile tetikleme SCR’nin sıcaklığı artırılırsa P-N eklemlerinden geçen sızıntı akımları yükselir. Bu da elemanın A-K arasının iletken olmasına yol açar. Uygulamada tercih edilen bir yöntem değildir. 3. Tristörün DC'de kullanılması Tristörlerin iç yapısındaki 4 yarı iletken ard arda bağlı iki transistör gibi davranır. Bunları yandaki şekilde görüldüğü gibi T 1 ve T 2 ola rak A A A + A PNP adlandırırsak, T 2 ’nin T1 tetikleme ucuna (G ucu) G G G G küçük değerli bir pozitif (+) T2 + akım uygulandığında C-E NPN arası iletken olur ve T1 ’in - K K K K beyz ucuna eksi (-) ulaşır. Tristörün yarı iletken iç yapısı Tristörün transistör eşdeğeri ve T1’in beyzinin eksi (-) alması tristörü DC ile çalıştırma bu transistörün de iletken olmasına yol açar. T1 iletken olunca emiterinden kolektörüne doğru akan akım T2’nin B ucuna tetikleme akımı gelmesine yol açar. Bunun sonucunda dışardan uygulanan IG tetikleme akımı kesilse bile T2 iletimde kalır. T2’nin iletimde kalması ise T1’in iletimde olmasını sağlar. Özetlersek: G ucuna gelen kısa süreli polarma (tetikleme, uyartım) akımı tristörün sürekli olarak A’dan K’ya doğru akım geçirmesine yol açar. Tristörün DC ile bir kez tetiklendikten sonra sürekli olarak çalışıyor vaziyette kalabilmesi için bir koşul vardır. O da, elemandan geçen akımın tutma akımından fazla olmasıdır. Uygulamada kullanılan tristörlerde tutma akımı modele göre 2 mA-200 mA arasında değişebilmektedir.

89


4. Tristörün AC'de çalışması ~ ~ A PNP Yandaki şekilde T2’nin tetikleme ucuna (G) uygulanan T1 L küçük değerli akım bu elemanın C-E uçları arasından akım geçmesini sağlar. T2’nin C'den E'ye akım geçirmesi üzerine T2 G ~ T1’in B ucu eksi (-) polarma alır ve iletime geçerek T2 ’yi NPN tetiklemeye başlar. Pozitif yönlü alternans maksimum değere ~ K ~~ yükselir ve tekrar sıfır (0) değerine iner. İşte tam bu sırada Tristörün AC'de çalışması tristörün anot (A) ucuna gelen akım 0 değerine indiği için T1 ve T2 kesime girer ve alıcı çalışmaz olur. G’ye pozitif tetikleme sinyali verilince tristör yeniden iletime geçer. Görüldüğü üzere pozitif alternansın her 0 V değerine inişinde tristör kesime girmektedir. İşte bu nedenle AC ile çalışan devrelerde kullanılan tristörün G ucuna sürekli olarak tetikleme sinyali uygulamak gerekir. T2 transistörünün G ucuna negatif sinyal geldiğinde bu transistör iletime geçemez. T2 kesimde kalınca T1'de kesimde kalır. T1 ve T2'nin kesim olması alıcı üzerinden akım geçmemesine neden olur. Yani negatif alternansta L çalışmaz. 5. Tristörlü faz kontrol devreleri Tristörler kullanılarak endüstriyel amaçlı bir çok devre yapılabilmektedir. Yüksek akım çeken endüstriyel sistemlerin doğru akım gereksinimi diyotlarla değil tristörlerle karşılanır. Çünkü diyotlar, alıcıya giden akımı ayarlayamazlar. Tristörler ise G ucuna uygulanan tetikleme sinyalinin şekline göre A’dan K’ya geçen akımı kolayca ayarlayabilirler. Ayrıca tristörlerin harcadığı öz güç (disipasyon gücü) diyot ve transistörlere nazaran daha az olmaktadır. Tristörlü doğrultmaç devrelerinde çıkışın düzgün DC olması için, alıcı akımının düşük olduğu devrelerde filtre olarak kondansatör kullanılırken, büyük akımlı devrelerde ise sac nüveli bobinlerden yararlanılır. TIC106 AC 220 V

I. SCR’li yarım dalga doğrultmaç devresi Yandaki şekilde verilen devrede potun direnç değerini değiştirmek sûretiyle C’nin dolma zamanı ayarlanır. Bu da SCR’nin tetiklenme açısını (zamanını) kontrol ederek alıcıya giden gerilim ve akımın değerini kontrol eder. Tristörün G ucuna giden akımın değerine bağlı olarak alıcıya giden sinyallerin kırpılma durumu değişir. G akımı pot, direnç ya da kondansatörün değeri değiştirilerek ayarlanabilir.

1k

1N4001 S

AC 12 V

1k

1 mF Ry

Tristörlü bir fazlı yarım dalga doğrultmaç devresi

V, I trafonun sekonderindeki AC sinyal t (s)

V, I +

+

t (s)

tristörün çıkışındaki DC sinyal Tristörlü bir fazlı yarım dalga doğrultmaç devresinde giriş ve çıkış sinyalleri

90


SCR1

A

TIC106

1k AC 12 V 1k

AC 220 V

II. Orta uçlu trafolu, tam dalga kontrollü doğrultmaç devresi Yandaki şekilde verilen devrede iki adet tristör kullanılmaktadır. Trafonun sekonder sarımının A noktasının polaritesi pozitif olduğunda SCR1, B noktasının polaritesi pozitif olduğunda ise SCR2 iletime geçer.

Ry

1N4001

1k AC 12 V 1k

B

Tristörün G ucuna giden akımın değerine bağlı olarak alıcıya giden sinyallerin kırpılma durumu yandaki şekilde görüldüğü gibi değişir. Geyt (G) akımı dirençlerin değeri değiştirilerek ayarlanabilir.

1N4001

SCR2

TIC106

Tristörlü orta uçlu trafolu bir fazlı tam dalga doğrultmaç devresi

V, I

trafonun sekonderindeki AC sinyal

t (s)

III. Üç fazlı doğrultmaçlar Üç fazlı AC’nin doğrultulmasında ve çıkış akımının kolayca kontrol edilmesinde kullanılan devrelerdir. 3 fazlı doğrultmaçlarda SCR’leri tetiklemede kullanılan devreler, şekli fazla karışık göstermemek için genelde blok şema olarak ifade edilir. Böyle bir şema ile karşılaşıldığında kutu biçiminde çizilmiş kısımda, UJT, PUT, SUS, diyak vb. gibi elemanlarla yapılmış tetikleme devrelerinin bulunduğu bilinmelidir.

V, I +

+

+

t (s)

tristörlerin çıkışındaki DC sinyal Tristörlü orta uçlu trafolu bir fazlı tam dalga doğrultmaç devresinde giriş - çıkış sinyalleri tristörler R

+

S T

üç fazlı trafo

SCR’li üç fazlı yarım dalga doğrultmaç devresi Yandaki şekilde verilen tristörlü üç fazlı yarım dalga doğrultmaç devresi Tristörlü üç fazlı yarım yapı olarak tristörlü yarım dalga doğrultmaç devresine benzer. Bu devrede AC’nin sadece pozitif alternansları alıcı üzerinden geçer. Mp

tetikleme devresi dalga doğrultmaç devresi

UJT tetiklemeli üç fazlı tam dalga doğrultmaç devresi Arka sayfada verilen devrede P2 üzerinden geçen akım C'yi doldurmaya başlar. C'nin gerilimi 6-9 V olduğunda UJT iletime geçer. R7 üzerinde oluşan gerilim tristörleri iletime sokar. P2 potuyla çıkış geriliminin değeri ayarlanabilir.

91


R4 6,8 kW / 2 W

R8 33 k

R5

3x1N4007

TIC106D R1

R2

R3

27 W

27 W

27 W

10 k P1

0-220 V

+

3x1N4007

100 k

P2

390 W

R6

Ry

470 W 2N2646

20 V R7

100 nF

100 W

-

UJT tetiklemeli, tristörlü üç fazlı tam dalga doğrultmaç devresi

+12 V

6. Tristörleri durdurma devreleri (yalıtma, kesime sokma yöntemleri) a. Seri anahtarla durdurma DC ya da AC ile çalışan küçük akımlı devrelerde +12 V S1 kullanılan tristörleri S1 L +12 V durdurmak için kullanılan S2 L yöntemdir. Yandaki şekilde verilen şemada S1 anahtarı R R S2 açıldığı anda alıcının akımı 1k 1k kesilir. BRX49 MCR100

-

BRX49 MCR100

-

b. Paralel anahtarla Tristörün seri anahtarla Tristörün paralel anahtarla (buton) durdurma durdurulması durdurulması DC ile çalışan tristörlü devrelerin durdurulmasında kullanılır. Yandaki şekilde verilen şemada S2 anahtarı kapatılınca tristörden geçen akım anahtar üzerinden geçmeye başlar. Bu da tristörün içinde bulunan T1 ve T2 transistörlerini kesime sokar. S2 anahtarını açsak bile tristör iletime geçemez.

92


+12 V S1 R1 1k -

L 10 mF

c. Kondansatör ile kapasitif durdurma I. Buton kumandalı (manuel) kapasitif durdurma DC ile çalışan tristörlü devrelerin durdurulmasında kullanılan yöntemdir. Yandaki şekilde verilen devrede S1’e basılınca tristör (SCR) iletime geçer. A-K arasının iletken olmasıyla birlikte C kondansatörü R2 üzerinden artı (+), SCR üzerinden eksi (-) alarak yavaş yavaş dolmaya başlar. S2 butonuna basıldığı anda C üzerinde biriken elektrik yükü tristörün katoduna uygulanmış olur. Tristör tam iletimdeyken A-K uçları arasında düşen gerilimin değeri çok az (0,6-2,4 V) olduğu için, kondansatörden gelen ters yönlü polarma

R2 1k

- +

C

S2 BRX49 MCR100

Tristörün kapasitif (buton kumandalı) durdurulması

7. Tristörlü uygulama devreleri a. Tristörlerin anahtar (şalter) olarak kullanılması Yandaki şekilde verilen devrede S anahtarı bir kez kapatılıp açılırsa tristör iletme geçerek L'nin sürekli olarak yanmasını sağlar. Devrenin besleme gerilimi AC olursa alıcı, S kapalı olduğu sürece çalışır. Devrede kullanılan tristörün gücü artırılarak çok yüksek akım çeken alıcılar minik bir anahtarla çalıştırılabilir.

L

-

R1

R3

R2 1k

S1

10 mF

II. İki tristörlü otomatik kapasitif durdurma DC ile çalışan tristörlü devrelerin durdurulmasında kullanılan yöntemdir. Yandaki şekilde verilen devrede S1 ’e basılınca SCR1 iletime geçer. SCR1'in iletken olmasıyla C kondansatörü R2 üzerinden yavaş yavaş dolmaya başlar. Bir süre sonra S2 butonuna basılınca SCR2 iletime geçer. SCR2'nin iletime geçmesiyle C üzerinde biriken elektrik yükü SCR2 üzerinden geçip SCR1 ’i ters yönlü olarak polarır. Ters polarma ise SCR1 ’i kesime sokarak lambayı söndürür.

+12 V

gerilimi, A-K uçları arasından akım geçişini durdurur. 1k

+

S2

C

1k

BRX49

SCR1 MCR100 SCR 2

-

İki tristörlü otomatik kapasitif durdurma devresi

+12 V S R 1k

L BRX49 MCR100

Tristörün anahtar olarak kullanılması

b. Tristörlerle motorların dönüş MCR100 AC 12 V yönünün değiştirilmesi Mp SCR1 Sabit kutuplu DC motorlarda devir yönünün R değişmesi için besleme uçlarının yer değiştirmesi S1 yeterli olmaktadır. Bu kuraldan hareketle DC 1N4001 motora seri olarak birbirine ters paralel iki tristör bağlanıp devir yönü kontrolü yapılabilir. 1k 1k 1N4001 Yandaki şekilde verilen devrede besleme DC motor S2 gerilimi AC'dir. Bu gerilim direkt olarak motora uygulanırsa alıcı çalışmaz. Devrede bulunan SCR2 tristörler tek yönde akım geçirdiğinden, AC MCR100 besleme gerilimi DC'ye çevrilir. İlk önce S1 Tristörlerle DC motorun devir yönünün anahtarını kapatarak SCR 1 'in G ucunun değiştirilmesine ilişkin devre örneği tetiklenmesini sağlayalım. Bu durumda motor üzerinden sağdan sola doğru bir akım geçişi olur ve DC motor belli bir yönde dönmeye başlar. Daha sonra S1 anahtarını açıp S2 anahtarını kapatalım. S2'nin kapanmasıyla SCR2 iletime geçer. SCR2'nin iletken olmasıyla DC motor üzerinden soldan sağa doğru bir akım geçişi olur ve motor önceki dönüş yönünün zıttı yönde dönmeye başlar. c. Tristörlerle motorların devir sayısını değiştirme (tristörlerle yapılan AC faz kontrol devreleri) AC özellikli sinyaller sürekli olarak yön değiştirirler. Yani akım pozitif tepe ile negatif tepe arasında değişim gösterir. Akımın sıfır değerinden geçtiği anlarda tristör kesime girer. Ayrıca bir tristör sadece pozitif alternansları geçirdiğinden bir periyodun sadece 180°'lik kısmı alıcı 93


üzerinden dolaşır. İşte 180°'lik pozitif alternansın başlangıcı ile bitişi arasında tristörün hangi açıda (anda) iletime geçeceğinin tetikleme devresi yardımıyla belirlenmesine faz kontrolü denir. Faz kontrolü yapılırken G ucuna bağlanan direnç fazla azaltılırsa aşırı akım geçişi olacağından tristör bozulur. Bu durumu önlemek için G ucuna gitmesi gereken akım hesap yoluyla belirlenir. Geyt (G) direncinin minimum değerini bulmada kullanılan denklem: Rgeyt = (Vşebeke - Vgeyt) / Igeyt [W] Denklem şöyle de yazılabilir: Rg = (VŞ - VG) / IG [W] Örnek: Besleme gerilimi Vşebeke = 12 V olan bir tristörün tetiklenme gerilimi VG = 2 V, tetiklenme akımı ise IG = 20 mA = 0,02 A'dir. G ucuna bağlanması gereken direncin (RG) değerini bulunuz. Çözüm: Rg = (12 - 2) / 0,02 = 500 W 8. Tristörlerle yapılan yarım ve tam dalga faz kontrol devreleri I. Tristörlü yarım dalga kontrollü dimmer devresi Devre, AC’nin pozitif sinyallerini kontrol ettiği için yarım dalga dimmer olarak anılmaktadır. Yandaki şekilde verilen devreye AC uygulandığında pot ve R üzerinden geçen akım C’yi şarj etmeye başlar. C’nin BRX49 gerilimi yaklaşık 0,6-2 V'luk değeri aşınca tristör iletime MCR100 geçer ve L yanar. Potun direnç değeri büyütülürse C geç dolacağından tristör geç iletime geçer. L’nin üzerinden geçen akım azalır. Potun değeri çok fazla artırılırsa C hiç dolamadan alternans biteceğinden L hiç yanmaz. Tristörlü yarım dalga Potun direnç değeri küçültülürse C çabuk dolacağından kontrollü dimmer devresi tristör hemen iletime geçer. L’nin üzerinden geçen akım çoğalır. V Yandaki şekilde görüldüğü gibi yarım dalga dimmer devresi negatif alternansları tamamen kırpmakta, pozitif alternansları ise istenilen miktarda kırparak alıcıya vermektedir. Tristörlerin G ucu sadece pozitif polariteli akımlarda tetiklenir. Negatif polariteli sinyaller G ucunu ters polarize edeceğinden tristör yalıtkan kalır. Negatif polariteli sinyallerin tristörün G-K arası eklemini zorlamaması (bozmaması) için G'ye seri olarak koruma amaçlı diyot (1N4001-1N4007 vb.) Yarım dalga kontrollü dimmerde giriş ve çıkış sinyalleri bağlanır. Yarım dalga kontrollü dimmer (kısıcı) devresi uygulamada pek kullanılmaz. Çünkü bu devre ile alıcıyı tam güçte çalıştırmak mümkün değildir. Çünkü, tristör AC'nin sadece pozitif alternansının geçmesine izin vermektedir. II. Tristörlü tam dalga kontrollü dimmer devresi Devre, AC’nin pozitif ve negatif sinyallerini kontrol ettiği için tam dalga dimmer olarak anılmaktadır.

94


Yandaki şekilde verilen devreye AC uygulandığında pot ve direnç üzerinden geçen akım C’yi şarj etmeye başlar. C’nin gerilimi yaklaşık 0,6-2 V'luk değeri aşınca tristör iletime geçer, L çalışır. Potun direnç değeri büyütülürse C geç dolacağından, tristör geç iletime geçer. L’nin üzerinden geçen akım azalır. Potun direnç değeri küçültülürse C çabuk dolacağından tristör çabuk iletime geçer. L’nin üzerinden geçen akım çoğalır. Bu devreyle DC ya da AC ile çalışması gereken alıcıların gücü kontrol edilebilir. Eğer alıcı DC ile çalışıyorsa, köprü diyotların çıkışına (tristörün anoduna, A-B arası) bağlanır. Alıcı AC ile çalışıyorsa köprü diyotlardan önce (devrenin girişine, C-D arası) bağlanır.

BRX49 MCR100

Tristörlü tam dalga kontrollü dimmer devresi

Yandaki şekilde görüldüğü gibi tam dalga dimmer devresi negatif alternansları diyotlar aracılığıyla doğrultarak tristöre vermektedir. Tristör ise G ucuna gelen polarma gerilimine göre pozitif yönlü alternansları kırpmaktadır.

V

Tam dalga kontrollü dimmerde giriş çıkış sinyalleri

Not: Tam dalga kontrollü dimmer devresinde diyotlardan sonra filtre kondansatörü kullanılmadığı için tam doğru akım yoktur. Buna göre diyotların çıkışındaki gerilim sıfır ile pozitif maksimum arasında değişmektedir. Tam dalga dimmer işte bu sayede çalışabilmektedir. 9. Tristörlü invertör (konvertisör) devreleri I. İki tristörlü DC-AC konvertisör devresi Yandaki şekilde verilen devrede, SCR'leri tetiklemede kullanılan pals +12 V üreteci, UJT'li, 555'li, transistörlü AC SCR 1 tetikleme palslerini kararsız (astable) multivibratörlü vb. üreten devre N1 olabilir. + N3 C DC besleme ile çalışan devrede N2 tristörler C kondansatörüyle SCR 2 durdurulmaktadır (kesime sokulmaktadır). Şekilde pals devresi V,I tristörleri sırayla iletime geçirir. SCR1 çıkış sinyali iletime geçince C üzerinde birikmiş olan t (s) + + elektrik yükü SCR2'yi kesime sokar. C boşaldıktan sonra bu kez diğer yönde şarj olur. SCR 2 'ye tetikleme gelince bu İki tristörlü DC-AC konvertisör eleman iletime geçer. SCR 2 iletime geçince C üzerindeki elektrik yükü SCR1'i kesime sokar. Devre bu şekilde çalışmasını sürdürür. Orta uçlu olarak sarılmış olan trafolar primerden geçen akımların iki yönlü olarak akması sekonderde AC gerilim oluşturur. 95


10. Işığa duyarlı tristör kontrol devreleri I. LDR ve tristörlü karanlıkta çalışan devre Yandaki şekilde verilen devrede ortam karardığında LDR'nin direnci artar ve üzerinde düşen gerilim büyür. LDR üzerinde oluşan gerilim tristörü sürerek lambayı çalıştırır. Ortam aydınlanınca LDR'nin direnci azalır. LDR üzerinde oluşan gerilim azalınca tristör iletime geçemez.

220k-1MW

220 V/15 W lamba

AC 220 V

11. UJT (unijonksiyon transistör, tek eklemli transistör) ve tristörlü yük kontrol devreleri UJT, yandaki şekilde görüldüğü gibi iki yarı iletkenin birleşiminden oluşmuş tetikleme elemanıdır. UJT'nin ayakları E, B1, B2 şeklinde adlandırılmıştır.

BRX49 MCR100

LDR ve tristörlü karanlıkta çalışan devre (gece lambası)

B2

B2 E

UJT'de E ucuna uygulanan pozitif gerilimin değeri 6-9 V olduğunda B2'den B1'e doğru akım geçişi olur.

P N

B1 B1

Başka bir deyişle UJT'nin E ucundaki gerilim E-B1 eklem bölgesinde düşen gerilimden 0,2-0,7 V fazla olduğunda B2'den B1'e doğru akım geçişi olur. UJT'nin iç yapısı, kolay anlaşılması için yandaki şekilde görüldüğü gibi diyot ve dirençlerle ifade edilebilir. Bu yaklaşıma göre RB1 ve RB2 ilk anda akıma yüksek direnç gösterir. E ucunun gerilimi RB1 üzerinde oluşan gerilimden 0,2-0,7 V fazla olunca E ucundaki diyot iletime geçer. Bunun sonucunda da RB2, RB1 dirençlerinin değeri hemen en düşük seviyeye iner. UJT, dimmer, zamanlayıcı, osilatör vb. devrelerinde kullanılmaktadır.

UJT'nin yarı iletken yapısı

UJT sembolü

B2 RB2 E

D

VBB RB1

VE

B1 UJT'nin diyot-direnç eşdeğeri

E B2

B1

B2 E B1

2N2646 2N2647 2N4870 2N4871

Bazı UJT'lerin ayaklarının dizilişi

96


a. UJT'li pals üreteci (gevşemeli osilatör) Yandaki şekilde verilen devreye DC uygulanınca pot ve R1'den geçen geçen akım kondansatörü doldurmaya başlar. C'nin gerilimi 6-9 V arası bir değere ulaşınca UJT aniden iletken olur. B2'den B1'e doğru geçen akım R3 üzerinde gerilim oluşmasını sağlar. Emitere bağlı olan C çok küçük kapasiteli olduğundan hemen deşarj olarak devrenin başlangıç noktasına dönmesine neden olur.

R1 22-100 k

R2 100-220 W

+12 V

P 100-470 k V (V) t (s)

C 1 mF

2N2646

+ çıkış

R3 100-220 W

1

47 W R2

470 k

c. UJT ve tristörlü gecikmeyle çalışan (turn-on tipi) zaman rölesi devresi Yandaki şekilde verilen devrede S anahtarı kapatılınca C dolmaya başlar. C’nin gerilimi 6-9 V düzeyine ulaşınca UJT aniden iletime geçer. R3 üzerinde oluşan gerilim tristörü tetikler, lamba yanar. Pot ile L’nin çalışmaya başlama zamanı ayarlanabilir.

P

2N2646

12 V flamanlı lamba

+12 V

4x1N4001

AC 12-15 V

b. UJT ve tristörlü tam dalga kontrollü dimmer (kısıcı) devresi UJT'li pals osilatörü devresi Yandaki şekilde verilen devre AC sinyallerin pozitif ve negatif 12 V flamanlı alternanslarını lamba kontrol eder. R 4 1k 9,1 V Devrede, köprü 47 W bağlı diyotlar 2N2646 470 k AC'yi DC'ye BRX49 MCR100 çevirir. Fakat bu + tam DC değildir. UJT R3 1 mF Sürekli olarak sıfır 47 W ile tepe değer arasında UJT ve tristörlü tam dalga dimmer devresi değişmektedir. Ön dirençle korunmakta olan zener diyot UJT için gereken sabit besleme gerilimini sağlar. UJT'li L S pals üreteci ise tristörü tetikler. R 100 kW

BRX49 MCR100

UJT C 1 mF

47 W R3

UJT ve tristörlü turn-on zaman rölesi devresi

12. Tristörlerin korunması Her tristörün çalışma gerilim ve akımıyla ilgili karakteristik değeri kataloglarda bildirilir. Teknik verilere bakmadan yapılan devrelerin düzgün çalışması mümkün değildir. Bir tristör, aşırı akım, yüksek tetikleme akımı, yüksek ters A-K gerilimi gibi nedenlerle bozulur. Kataloglarda VR (Vreverse) olarak verilen değer, tristöre ters olarak uygulanabilecek 97


maksimum gerilimi belirtir. VF, (Vforward) ise ileri yönde uygulanabilecek maksimum gerilimi bildirir. Ters dayanma gerilimi aşılacak olursa elemandan geçen sızıntı akımları aniden yükselerek arızaya neden olur. Sonuç olarak, tristörlerin devrede uzun süre görev yapabilmesi için karakteristik değerlerinin uygun olup olmadığına çok dikkat edilmelidir. 13. Uygulamada kullanılan bazı tristörlerin özellikleri TIC106M: 600 V/3,2 A, İletimde tutma akımı: 8 mA, Tetiklenme akımı: 0,2 mA TIC126D: 400 V/7,5 A, İletimde tutma akımı: 40 mA, Tetiklenme akımı: 20 mA, İletimdeyken A-K arasında düşen gerilimin değeri: 1,4 V BRX49: 400 V/0,8 A, Kısa süreli olarak geçirebileceği akım: 6 A, Tetiklenme akımı: 20 mA TIC106D: 400 V/3,2 A TIC116E: 500 V/5 A BRX49: 400 V/0,8 A 14. Silisyum (silikon) anahtarlarının incelenmesi a. PUT’lar (programlanabilen UJT'ler) Dört yarı iletkenin birleşiminden oluşmuş, yapı olarak tristöre benzeyen, tek yönde akım geçiren tetikleme elemanlarına PUT denir. PUT'ların ayakları, A, K, G şeklinde adlandırılmıştır. Bu elemanların iletime geçme geriliminin değeri G ayağına bağlanan iki adet gerilim bölücü polarma direnciyle değiştirilebilir. PUT'ların iletken olabilmesi için A-K arasına uygulanan gerilim G ucunun geriliminden 0,6 volt daha fazla olmalıdır. Yani, VAK > VG + 0,6 V İletime geçme noktası değiştirilebilen (programlanabilen) PUT’lar, UJT’lerden daha üstündür. Besleme gerilimleri DC 40 volta kadar yükseltilebilir. Ayrıca PUT’ların ürettiği palslerin genlik değeri de UJT'lere oranla daha yüksektir.

Vçıkış

PUT’lu pals üreteci devresi Yandaki şekilde verilen devre şemasında R1 ve R2 gerilim bölücü dirençleri aracılığıyla PUT’un G ucuna

C 100 nF

PUT sembolü

98


K

R3 100 W

10-100 k

10-100 k

Hatırlatma: Gerilim bölme Kirchhoff'un gerilim yasasına göre seri bağlı dirençler üzerine düşen gerilimlerin toplamı devreye uygulanan gerilime eşittir. Örneğin 1 kW'luk üç adet direnci seri olarak bağlayıp 12 V uygulayalım. Bu durumda dirençlerin üzerindeki gerilimler voltmetre ile ölçülecek olursa her bir direnç üzerinde 4 voltluk gerilim düşümü olduğu görülür. Buna göre VT=VR1+VR2+VR3 denklemi söz konusudur. Aynı şekilde birbirine seri bağlı iki direncin üzerinde düşen gerilimlerin toplamı da besleme R4 100-470 k gerilimine eşittir. İşte bu özellikten 2N6027 yararlanılarak yüksek değerli gerilimler seri dirençlerle küçük parçalara A G ayrılabilmektedir.

PUT'lu pals (darbe) üreteci

sabit bir polarma gerilimi uygulanır. 100 kW'luk direnç (R4) üzerinden geçen akım ise kondansatörü şarj etmeye başlar. C üzerinde biriken yükün gerilim değeri G ucundaki gerilimden 0,6 V fazla olduğu anda PUT iletime geçer. R3 üzerinde testere dişine benzeyen gerilim oluşur. G ucuna polarma gerilimi sağlayan R1 ve R2’nin değeri değiştirilirse PUT’un iletime geçme düzeyi ayarlanabilir (programlanabilir). Örneğin PUT’lu darbe üreteci devresi 12 V ile çalışsın. Gerilim bölücü dirençler ise, R1 = R2 = 100 kW olsun. Bu durumda PUT’un G ucundaki polarma gerilimi VG = 6 V olur. Dolayısıyla, kondansatörün gerilimi 6,6 V'u aştığı anda PUT iletime geçerek R3 üzerinde palsler oluşturmaya başlar. anot (A)

anot (A) geyt (G)

R 15 kW

geyt (G)

6,8 V

katot (K)

katot (K) SUS sembolü

SUS'un transistör eşdeğeri

SUS'un tetiklenme gerilimi değerinin zener diyot ile değiştirilmesi

b. SUS’lar (silicon unidirectional switch, silikon tek yönlü anahtar) Tek yönde akım geçiren tetikleme elemanlarına SUS denir. SUS'ların ayakları A, K, G şeklinde adlandırılmıştır. G ucu anoda yakın olan yarı iletkenden çıkarıldığı için bu elemanlar anot kapılı tristörlere Vters benzerler. SUS’un iletime geçirilme yöntemleri şunlardır: I. G ucuna eksi (-) tetikleme uygulayarak. II. SUS’un anoduna şaseye göre 7,4-7,5 V arası bir gerilim uygulayarak. SUS’un daha düşük gerilimlerde tetiklenmesi SUS'un istenirse G-K arasına şekilde görüldüğü gibi dışardan zener diyot ya da direnç eklenir. G-K arasına bağlanan 3 V'luk bir zener diyot SUS’un iletime geçme geriliminin yaklaşık 3,7 volta inmesine neden olur. G-A ve G-K uçları arasına eşit değerli iki direnç eklenirse (örneğin 33 kW ya da 100 kW) SUS’un tetiklenme gerilimi yaklaşık 4 V olur.

I (mA)

Vileri

I (mA)

elektriksel karakteristik eğrisi

+12 V R1 10 k

P 100 k

SUS’lu pals üreteci devresi Yandaki şekilde verilen devrede R1 ve P'den geçen akım C'yi doldurmaya başlar. C'nin gerilimi 7,4-7,5 V olunca SUS iletime geçerek R y üzerinde gerilim oluşturur. C küçük kapasiteli olduğundan hemen boşalır, SUS kesime gider. Ardından C tekrar dolmaya başlar.

G A

100 nF -

C

2N4987 K

Ry

SUS'lu pals üreteci devresi

99


SUS ve tristörlü tam dalga kontrollü dimmer Yandaki şekilde verilen devrede R1 ve P üzerinden şarj olan kondansatörün gerilimi yaklaşık 7,4-7,5 V olunca SUS iletime geçerek tristörü sürer. Tristörün iletime geçme anı potun değerine bağlı olarak değişir ve lambanın verdiği ışık pot ile ayarlanmış olur.

12 V flamanlı lamba AC 12 V

4x1N4001 R1 1-10 kW TIC106D P 10-100 kW G 2N4987 A

K 1-10 kW

100 nF

c. SBS’ler (silicon bidirectional switch, silikon iki yönlü anahtar) İki yönde akım geçirebilen tetikleme elemanıdır. Birbirine ters paralel bağlı iki SUS’tan oluşmuştur. G ucu hem (+) hem de (-) polarma ile tetiklenebilir. Tetiklenme gerilimi 6-10 V arasında değişir. Darbe üreteci olarak triyakların tetiklenmesinde vb. kullanılır. 2N4991 tip SBS’nin bazı elektriksel özellikleri: Tetikleme gerilimi yaklaşık: 6 - 10 V, tetikleme akımı: 0,5 mA.

SUS ve tristörlü tam dalga dimmer devresi

Idoğru (mA)

Vdoğru (V)

Vters (V)

(mA) IIters (mA)

SBS sembolü

SBS'lerin elektriksel karakteristik eğrisi

SBS ve triyaklı dimmer devresi Yandaki şekilde verilen devrede R ve P'den geçen akım C'yi doldurmaya başlar. C'nin gerilimi SBS'nin iletime geçme değerine yükseldiğinde bu eleman akım geçirerek triyakı sürer. 470 k

ç. SCS'ler (iki kapılı tristörler) P ve N tipi dört yarı iletken maddenin birleştirilmesiyle elde edilmiş, iki tetikleme ucu olan elemanlara SCS denir. SCS'de G1 kapısı artı (+) polariteli akımla, G2 kapısı ise eksi (-) polariteli akımla tetiklenir. SCS’yi yalıtım durumuna sokmak için ise G1 kapısına eksi (-) ya da G2 kapısına artı (+) yönlü akım uygulamak yeterli olmaktadır. Başka bir deyişle SCS, kapılarından herhangi katot geyt birine doğru polarmalı gerilim uygulanarak iletime, ters polarmalı gerilim uygulanarak ise kesime SCS sokulabilmektedir.

100


SBS ve triyaklı dimmer

anot geyt

A

K

sembolü

SCS'nin yarı iletken yapısı

SCS'li sıcaklık alarm devresi Yandaki şekilde verilen devrede ortam sıcaklığı artınca NTC'nin direnci azalır. Pot üzerinde oluşan gerilim SCS'yi sürer. Rölenin kontakları konum değiştirir. Ortam sıcaklığı azalsa bile röle çalışmaya devam eder. B butonuna basıldığında ise SCS kesime giderek röleyi ilk konumuna getirir.

A

K

SCS'nin transistör eşdeğeri

SCS örneği

100 kW

15. Diyaklar (diak, diac) İki yönde de akım geçirebilen tetikleme elemanına diyak denir. Diyak sözcüğü alternatif akımda kullanılan diyot anlamına gelmektedir. Diyak aslında tetikleme (G) ucu olmayan iki tristörün birleşiminden oluşmuştur.

470 k

SCS'li sıcaklık alarm devresi

Diyak örneği

Diyakın yarı iletken yapısı

iletime geçme değeri

V (V) iletime geçme değeri

V (V)

I (A) Diyakın elektriksel karakteristik eğrisi

1N4007

R 100-470 kW

a. Diyaklı pals üreteci (pals osilatörü) Yandaki şekilde verilen devreye DC ya da AC uygulandığında R ve P’den geçen akım C’yi doldurmaya başlar. C’nin gerilimi yaklaşık olarak 20-50 V olduğunda diyak iletkenleşir. R y üzerinde bir gerilim oluşur. Küçük kapasiteli olan C hemen boşalacağından diyak tekrar kesime gider ve devre başa döner. Pot ile C’nin dolma zamanı ayarlanabilir. Potun değerine bağlı olarak çıkıştan alınan palslerin frekansı değişir. Devrenin çıkışından alınan sinyaller osilaskopla incelenecek olursa testere dişine

I (A)

P 100-470 kW

Diyak, bir sinyali (akımı) belli bir seviyeye kadar bloke eder (geçirmez). Başka bir deyişle diyak, herhangi bir ucuna uygulanan gerilim 2050 V olduğunda aniden iletkenleşen elemandır. Diyaklar, SCR ve triyaklı devrelerde çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Uygulamada kullanılan bazı diyakların iletime geçme değerleri şöyledir: BR100: 28..36 V, DB4: 35...45 V

AC 220 V

Diyak sembolleri

V (V)

çıkış sinyali t (s)

BR100

100 nF/400 V

Ry 100 W

Diyaklı pals (testere dişi sinyal) üreteci devresi

101


benzer palslerin oluştuğu görülür. AC 220 V

220 kW-470 kW b. 220 V'ta çalışan diyaklı flaşör devresi BR100 R1 Yandaki şekilde verilen devreye AC 220 V 1-10 mF C uygulandığında R 1 direnci üzerinden yavaş 1N4007 led yavaş şarj olan C’nin gerilimi 20-50 V olduğunda diyak iletime geçerek ledi çalıştırır. C'nin led üzerinden boşalmasıyla diyak tekrar Diyaklı flaşör devresi kesim durumuna geçer ve devre başa döner. Devrede kullanılan 1N4007 diyodu, ledi negatif alternanslara karşı korur.

R2 100820 W

Diyakların sağlamlık testi: Ohmmetreyle yapılan diyak ölçümde her iki yönde de yüksek direnç (200-500 kW) göstermelidir. 16. Dört tabaka (shockley, PNPN, 4D) diyotlar Dört yarı iletkenin birleşmesinden oluşmuş elemanlardır. Bu elemanlar doğru polarma altında çalışırken uçlarına uygulanan gerilim iletim seviyesine ulaşıncaya kadar, ters A K polarmalanmış normal diyot gibi Dört tabaka (4D) diyot Dört tabaka (4D) diyodun çalışır. Uygulanan gerilim yükselerek, sembolleri yarı iletken iç yapısı iletim gerilimi seviyesine ulaştığında ise, diyot aniden iletime geçerken, eleman I (A) üzerinde düşen gerilim de azalmaya Imaks iletkenlik (50mA/5A) bölgesi başlar. Gerilim, belirli bir değere azaldıktan sonra, tekrar yükselmeye başlar. Bu noktadaki gerilime tutma tutma Itutma noktası negatif gerilimi denir. (1mA/50mA) direnç Dört tabaka diyot, tutma geriliminden bölgesi sonra, gerilimini ve akımını artırarak düz polarmalı normal diyot gibi çalışır. Başka bir anlatımla, dört tabaka diyotlar, kesim bölgesi 15 mA/35 mA V (V) başlangıçta ters polarmalı normal diyotlar gibi, tutma geriliminden sonra ise düz Vtutma Vçalışma 0,5 V/1,2 V 20 V/200 V polarmalı normal diyotlar gibi çalışır. Bu iki çalışma noktası arasında gerilim Dört tabaka diyodun elektriksel karakteristik eğrisi düşerken akımın arttığı bir karakteristik gösterirler. Yandaki şekilde 4D diyotların elektriksel karakteristik eğrisi verilmiştir. Dört tabaka diyotların iletim gerilimleri 10-100 V arasında, iletim akımları ise 1-50 mA arasında değişmektedir. Bu tip diyotlar, tristör, triyak gibi elemanların tetiklenmesinde, pals jeneratörlerinde, rölesiz telefon sistemlerinde, AC sinyalleri kırpma devrelerinde vb. kullanılır. Dört tabakalı diyot örnekleri: 1N5159, 1N5160, 1N5779, 1N5780, 1N5793...

102


Neon lamba sembolü

R1 AC ya DC

Dört tabaka diyotla yapılan pals osilatörü Yandaki şekilde verilen devreye akım uygulandığında kondansatör R1 direnci üzerinden şarj olmaya başlar. C’nin gerilimi PNPN diyodun tetiklenme gerilimi seviyesine ulaştığında eleman iletime geçerek Ry üzerinde gerilim oluşturur. Devrede kullanılan kondansatör küçük değerli olduğundan çabucak deşarj olarak PNPN diyodun kesime gitmesine neden olur. PNPN diyot kesime gittiğinde C yeniden dolmaya başlar. Devre bu şekilde çalışmasını sürdürerek Ry üzerinde palsler oluşturur. Palslerin frekansı R 1 direncinin değeri değiştirilerek ayarlanabilir.

PNPN diyot C

V (V)

Ry

çıkış sinyali t (s)

Dört tabaka diyotlu pals üreteci devresi

Neon lamba örnekleri

17. Neon lambalar Flamansız, soğuk katotlu gazlı lambalara neon lamba denir. Neon lambalar cam gövde içindeki gazın özelliğine göre kırmızı, yeşil, sarı, turuncu vb. renklerde ışık yayarlar. Bu lambaları çalıştırmak için uygulanması gereken gerilim cam gövde içindeki gazın (argon, helyum, sodyum vb.) cinsine ve elektrotlar arasındaki mesafeye bağlıdır. Örneğin lamba içinde neon gazı varsa, 21,5 V uygulandığında gaz iyonize olarak turuncu ışık verir. Neon lambaların ateşleme gerilimleri modeline göre 90 V'a kadar çıkar. 220 V ile neon lamba çalıştırılacağı zaman 1/4 W gücünde 100-150 kW'luk direnç lambaya seri bağlanır. Neon lambalar, karakteristik olarak diyaklara benzediklerinden, tristör ve triyakların tetiklenmesinde, elektrik enerjisinin olup olmadığını gösteren pano tipi göz lambalarında, kontrol kalemlerinde, gece lambalarında, ışıklı anahtarlarda vb. kullanılır. Küçük boyutlu tip neon lambaların akımı 0,6 mA iken, duya monte edilerek kullanılan neon lambaların akımı 1,9-2,5 mA dolayındadır. Neon lambalı pals üreteci devresi Yandaki şekilde verilen devreye AC uygulandığında diyot, R1 ve P üzerinden geçen akım C'yi doldurmaya başlar. C'nin gerilimi neon lambanın iletime geçme gerilimi seviyesine ulaşınca bu eleman iletime geçer ve çıkıştaki direnç üzerinde gerilim oluşur. Küçük kapasiteli olan C hemen boşalacağından neon lamba kesime gider ve devre başlangıç noktasındaki durumuna dönmüş olur. Sonuçta çıkıştaki direnç (R2 ) üzerinde testere dişine benzer palsler oluşur.

V,I 470 k

Neon lambalı pals üreteci

103


A2

A2 A1

A2

G

G A1

A1

Triyak sembolleri

G Triyakın yarı iletken iç yapısı

Çeşitli triyaklar

D. TRİYAKLAR (TRIAC, TRİAK) 1. Triyakların yapısı ve çalışması Sekiz yarı iletkenin birleşiminden oluşmuş, iki yönde de akım geçirebilen güç kontrol elemanlarına triyak denir. Triyakların ayakları A1-A2-G (T1-T2-G ya da MT1-MT2-G) şeklinde kodlanmıştır. G ucu A1-A2 arasından geçen akımı denetler. A2 ucu ise yükün bağlandığı uçtur. iletim bölgesi

+I (A)

iletime geçme noktası

A2 -V (V) kesim bölgesi

G

+V (V) kesim bölgesi

A1

iletime geçme noktası iletim bölgesi

Triyakın tristör eşdeğeri

tutma akımı

-I (A)

Triyakın elektriksel karakteristik eğrisi

Triyak, iki adet tristörün ters paralel bağlanmış hâline benzetilebilir. Triyak DC’de çalışırken G ucu bir kez tetiklendiğinde A2-A1 arası sürekli, AC’de çalışırken ise G ucu tetiklendiği sürece A2-A1 arası iletken kalır. Triyak AC beslemeli devrelerde kullanılırken G ucuna bağlanan diyak, UJT, PUT, SUS, SBS, neon lamba gibi elemanlarla tetiklenme açısı (anı) daha iyi ayarlanabilir. Bu sayede A2A1 arasından geçen akım kontrol edilerek alıcının istenilen güç değerinde çalışması sağlanabilir. Triyakların tetiklenmesi Triyakların alıcıyı çalıştırabilmesi için G ucuna belli bir tetikleme akımı vermek gerekir. Tetikleme akımı (IG) ise çeşitli şekillerde sağlanabilir. Vşebeke

BT136

I. DC üreteç ile tetiklemesi Yandaki şekilde verilen devrede görüldüğü gibi bu yöntemde triyakın geyt akımı bir DC üretecinden sağlanır.

alıcı

A2

G

A1

R

VG 1-2 V Triyakın DC üreteç ile tetiklenmesi

104


alıcı

R A2

10-82 k BT136

II. G ucunun ana besleme kaynağına bağlı direnç üzerinden tetiklenmesi Yandaki şekilde verilen şemada görüldüğü gibi geyt ucu küçük akımlarla çalıştığından akım sınırlayıcı R direnci üzerinden tetikleme yapılır. R direncinin tam doğru olarak seçilebilmesi için, R = (Vşebeke - VG) / IG [W] denklemi kullanılır. G ucuna bağlanan R direncinin değeri büyütüldükçe tetikleme akımı küçüleceğinden triyak, daha geç iletime geçecek, bu ise alıcının gücünü azaltmamızı sağlayacaktır.

Vşebeke

G

A1

Triyakın ana besleme kaynağından tetiklenmesi

+

alıcı

A2 DC 12 V

Triyakların çalışma modları (durumları) a. Mod I (+) Yandaki şekilde görüldüğü gibi triyakın G ucu (+), A2 ucu (+), A1 ucu (-) gerilimle tetiklenir. Bu durumda A2’den A1’e akım geçişi olur. Mod I (+) çalışma biçimi tristörün çalışmasının aynısıdır. Bu modda triyak tam iletimdedir.

G

BT136

Örnek: Besleme gerilimi (Vşebeke) 12 V olan bir devrede kullanılan triyakın G ucunun iletime geçme gerilimi (VG) 1 volttur. G ucunun çektiği akım (IG) 1 mA (0,001 A) olduğuna göre, G ucunu aşırı akıma karşı korumak için kullanılması gereken direncin değerini bulunuz. Çözüm: R = (12-1)/0,001 = 11/0,001 = 11000 W

A1

R DC 1-2 V

b. Mod II (-) Triyakın mod I (+) olarak çalıştırılması Triyakın G ucu (-), A2 ucu (+), A1 ucu (-) gerilimle tetiklenir. Bu durumda A2’den A1’e doğru akım geçişi olur. Mod II (-) tipi çalışmada mod I (+)'ya oranla daha yüksek tetikleme gerilimine ihtiyaç vardır.

c. Mod III (+) Triyakın G ucu (+), A2 ucu (-), A1 ucu (+) gerilimle tetiklenir. Bu durumda A1’den A2’ye doğru akım geçişi olur. Mod III (+) modunda G ucuna uygulanan polarma akımı Mod I (+) yöntemindeki akımdan daha yüksek olmalıdır. ç. Mod III (-) Triyakın G ucu (-), A2 ucu (-), A1 ucu (+) gerilimle tetiklenir. Bu durumda A1’den A2’ye doğru akım geçişi olur. Yukarıda açıklanan çalışma şekilleri içinde I (+) ve III (-) modlarında çalışma çok iyi olup, alçak güçlü devrelerde tercih edilir. Bu modlarda tetiklenen triyakın iletime geçmesi için G ucuna verilmesi gereken akımlar küçüktür. I (-) ve III (+) modlarında çalıştırılan triyaklarda tetikleme akımı ile A1-A2 arasından geçen akımların yönleri birbirine zıttır. Bu da verimi düşürür. O nedenle bu iki yöntem pek kullanılmaz. Triyakların kesime sokulması Çalışmakta olan bir triyakı durdurabilmek için çeşitli yöntemler kullanılır. 105


Triyak DC ile çalışıyorsa kesime sokma şekilleri I. Seri anahtarla (devre akımı kesilerek) II. Paralel anahtarla III. Kapasite (kondansatör) ile Triyak AC ile çalışıyorsa kesime sokma şekilleri I. Seri anahtarla II. G'nin tetikleme akımı kesilerek III. Triyakın A2-A1 uçları arasından geçen yük akımını tutma akımının altına indirerek Ek bilgi: Tutma akımı Her triyakın taşıyabileceği maksimum akım değeri bellidir. Bunun yanında triyakların üzerinden geçen akım belli bir alt değere indirilirse eleman birden kesime gider. Örneğin 10 A taşımakta olan bir triyaktan geçen akımı sıfıra doğru azaltırken akım mA seviyesine indiğinde aniden sıfır olur. İşte triyakın kesime girdiği bu ana tutma akımı denir. 2. Triyakın sağlamlık testi Ohmmetre uçları A2 - A1 arasına bağlanır. 100 W - 10 kW arası değere sahip direncin bir ucu G ucuna, diğer ucu ölçü aletinin problarından herhangi birine değdirilir. Bu durumda triyakın A2 - A1 arası gösterdiği yüksek direnç sıfıra doğru azalırsa elemanın sağlam olduğu anlaşılır. Ohmmetre ile yapılan ölçüm her zaman doğru sonuç vermeyebilir. Bundan dolayı basit devreler kurularak sağlamlık testi yapmak daha doğrudur. 3. Triyaklı faz kontrol devreleri Triyaklar kullanılarak lamba, AC seri motor, ısıtıcı vb. gibi alıcıların üzerinden geçen akımın miktarı kolayca ayarlanabilmektedir. Bilindiği gibi triyaklar G uçları tetiklendiğinde her iki yönde de akım geçirebilirler. Bunun yanında G uçlarına uygulanan tetikleme sinyalinin zamanı değiştirilerek A1 - A2 uçları arasından geçen akımın değeri kontrol edilebilmektedir. alıcı 15-100 W AC 220 V 100-470 k

22-56 k

BT136

a. Triyaklı basit dimmer (kısıcı) devresi Yandaki şekilde verilen dimmer devresinde kullanılan pot ile C’nin dolma zamanı ayarlanabilmektedir. Buna bağlı olarak da C'nin üzerinde oluşan gerilim sonucunda iletime geçen diyak triyakı sürmektedir.

BR100

A2 A1

G 100 nF/400 V

Devrede potun değeri küçültülürse, C hemen dolar, diyak çabuk iletime geçerek triyakı tetikler ve alıcıdan yüksek değerli bir akım geçer.

Triyaklı basit dimmer devresi

Potun değeri büyültülürse C geç dolar, diyak gecikmeli olarak iletime geçip triyakı geç tetikleyeceğinden alıcıdan düşük değerli bir akım geçer. Verilen dimmer devresinde alıcı eğer omik (akkor lamba, halojen lamba, ısıtıcı vb.) özellikli ise çalışma gayet düzgün olur. Alıcı eğer indüktif (bobin, trafo, motor vb.) özellikli ise triyaktan geçen akım ile gerilim arasında bir miktar faz farkı olacağından, triyak iletime geçtiği anda üzerinde yüksek gerilim oluşturabilir. 106


Bu yüksek gerilim ise triyakı tekrar iletken durumuna geçirir. İşte bu sakıncayı ortadan kaldırmak için triyakın A2-A1 uçları arasına paralel olarak yandaki şekilde görüldüğü gibi R ve C bağlanır.

Triyaka R-C filtrenin bağlanışı

V,I A2

t (s)

A1

AC 220 V

BT136 BT138

c. Triyaklı AC seri (üniversal) motor hız kontrol devresi Yandaki şekilde verilen parazit önleyici bobin devre ile AC seri motorların devir ayarı yapılabilir. 100 mH AC seri L S motor 22-56 kW Potun değeri 100-470 kW değiştirildikçe kondansatörlerin dolma BR100 1-22 kW zamanı değiştiğinden triyakın tetiklenme anı da C1 C2 değişir. Bu ise motordan 22-100 nF/400 V geçen akımı ayarlayarak Triyaklı AC seri motor hız kontrol (dimmer) devresi hızı değiştirir.

100 W

Triyaklı dimmer devresinde alıcı üzerinden geçen kırpılmış sinyalin şekli

100 nF/400 V

kalite dimmer devresi

100 nF 400 V

parazit önleyici R-C filtre

AC 220 V

BT136

b. Triyaklı geri uç etkili iyi kalite dimmer devresi Yandaki şekilde verilen dimmer devresinde iki adet kondansatör kullanıldığından pot 15-100 W az çevrilmesine 22-56 kW alıcı rağmen lambanın R1 ışığının aniden 100-470 kW P azalması ya da 1-22 kW G çoğalması sorunu ortadan kalkar. Yani R2 BR100 C1 ışığın şiddeti düzgün 22-100 nF/400 V C 2 bir biçimde azalıp Triyaklı geri uç etkili iyi çoğalır.

100 W

Devrede triyakın düzgün olarak çalışabilmesi ve yakında bulunan radyo, TV gibi cihazların parazitik sinyallerden etkilenmemesi için iki adet filtre kullanılmıştır. Motora seri bağlanan bobin yüksek frekanslı sinyalleri üzerinden geçirmeyerek bastırır. Triyaka paralel bağlanan R-C filtre ise yüksek frekanslı sinyalleri kendi üzerinden geçirerek triyakın bu tür sinyallerden olumsuz etkilenmesini engeller.

107


+12 V

4. Triyaklı uygulama devreleri a. Triyakları anahtar ya da şalter olarak kullanma ile ilgili devreler

1k -

BT136

L

2 1N4007

AC 220 V

Triyakın anahtar olarak kullanılması

S 1

BT136

R

I. Triyakın basit anahtar olarak kullanılması Yandaki şekilde verilen devrede S anahtarı bir kez kapatılıp açılırsa triyak iletme geçerek L'nin sürekli olarak yanmasını sağlar. Devrenin besleme gerilimi AC olursa alıcı, S kapalı olduğu sürece çalışır. Devrede kullanılan triyakın gücü artırılarak çok yüksek akım çeken alıcılar mini bir anahtarla çalıştırılabilir. II. Triyakın iki kademeli anahtar olarak kullanılması Yandaki şekilde verilen devrede S anahtarı, 1 konumundayken alıcı tam güçte çalışır. Anahtar 2 konumuna alındığında G ucuna sadece pozitif alternanslar gittiğinden triyak tek yönde akım geçirir. Alıcı üzerinden besleme geriliminin yarısı geçtiğinden L yarım güçte çalışır.

L

S

22-56 kW Triyakın iki kademeli anahtar (şalter) olarak kullanılması

AC 220 V

c. Triyaklı AC motor hız kontrol devresi Yandaki şekilde verilen triyaklı motor hız kontrol devresi 500-2000 W arası güce sahip üniversal motorların devir sayısını istenilen şekilde ayarlayabilir. Devrede potun direnç değeri düşürülürse C daha çabuk dolar ve diyakı iletime sokar. İletime geçen diyak triyakı tetikleyerek motor üzerinden yüksek değerli bir akım dolaştırır. Bu sayede motor hızlı döner. Potun değeri büyütüldüğünde ise motorun devir sayısı azalır.

L

33-100 kW

BT136

diyak LDR

Triyaklı karanlıkta çalışan devre

500-2000 W

M

10-33 kW 100-470 kW pot

BR100

BT138

I. Triyaklı karanlıkta çalışan devre Yandaki şekilde verilen devrede ortam karardığında LDR’nin direnci artar. Üzerinde düşen gerilim yükselir. Diyak iletime geçerek triyakı tetikler ve lamba yanar. Aydınlık ortamda L söner.

AC 220 V

b. Triyak ile ışık kontrol devreleri

A2 A1

G 100 nF/400 V

5. Triyak ve tristörlerin karşılaştırılması Triyaklı AC seri motor hız kontrol devresi Endüstriyel sistemlerde ve çeşitli elektronik cihazlarda sıkça karşımıza çıkan tristör ve triyakın birbirinden en önemli farkı, tristörün tek yönde, triyakın ise iki yönde akım geçirebiliyor olmasıdır. Tristörler, yüksek güçlü doğrultmaçlarda, kaynak makinelerinde, vinçlerdeki DC ile çalışan motorların hızının kontrolünde vb. karşımıza çıkar. 108


Triyaklar ise ışık şiddetini kontrol eden devrelerde, merdiven ışık otomatiklerinde, AC motor kontrol devrelerinde, ışık, ısı kontrol devrelerinde vb. kullanılır. Tristör kullanılarak triyak yapmak mümkündür. Şöyle ki; iki adet tristörün A-K uçları birbirine ters paralel olarak bağlandığında iki yönde de akım geçirebilen bir triyak elde edebilirir. Ancak bu yöntem uygulamada kullanılmaz. 6. Tristör ve triyakların korunması a. Parazitik gerilimlerin oluşmasına karşı yapılan koruma Tristör ve triyaklar indüktif özellikli alıcıları kontrol etmede kullanıldıklarında, iletim ve kesime gittikleri anlarda yük olarak kullanılan bobinlerin uçlarında besleme geriliminin yaklaşık üç katı genliğe sahip, yüksek frekanslı gerilim oluşur. Bobinin etrafında oluşan manyetik alanın yarattığı yüksek indüksiyon gerilimi kısa bir süre içinde oluşmasına rağmen tristörün bozulmasına yol açabilir. Öte yandan bobinin oluşturduğu gerilim radyofrekans (RF) paraziti olarak şebekeye bağlı diğer alıcıları (radyo, TV vb.) olumsuz etkileyebilir. Bobinli alıcılardan kaynaklanan parazitik (istenmeyen) sinyaller tristör, triyak gibi elemanların istenildiği anda durdurulmasına da engel olur. Parazitik sinyalleri yok etmek için, I. Tristör ve triyakın iki ana ucu (A-K ve A2-A1) arasına R-C (direnç-kondansatör) bağlanır II. Yüke seri olarak bobin (indüktans) bağlanır. III. Tristörlü devrelerde indüktif yüke (röle, motor vb.) ters paralel olarak diyot bağlanır. b. Aşırı geyt akımına karşı koruma Tristör ve triyakların geyt akımlarının hangi düzeyde olması gerektiği kataloglarda belirtilmiştir. Devre üretimi yapılırken katalog verileri göz önüne alınarak G’ye uygun değerli direnç bağlantısı yapılır. c. Aşırı sıcağa karşı koruma Tristör ve triyaklar çalışırken ısınır. Elemanın gövde sıcaklığı 130 °C'ın üzerine çıktığında bozulma söz konusu olabilir. Devre çalışırken ısı ortadan kaldırılmazsa gövde sıcaklığı daha da artarak elemanları çabucak tahrip edebilir. O nedenle çok ısınan elemanların gövdesine alüminyum soğutucular bağlanır. Eğer soğutucu, devrenin şasesine bağlıysa eleman ile soğutucu arasına amyanttan yapılmış yalıtkan plakanın konulması gerekir. Tristör ve triyakların gövdelerindeki ısıyı dağıtmak için kullanılan alüminyum plakalar ısının iyi emilebilmesi için elektroliz yöntemiyle siyahlaştırılır. (Siyah eloksal yapılır.) Alüminyum plakanın et (cidar) kalınlığı soğutulacak elemanın özelliğine göre 3-10 mm arasında değişir. Plakanın yeterli olmadığı durumda ise üfleyici mini fanlar kullanılır. Not: Aşırı ısının oluşmaması için yapılması gereken ilk iş, elemandan katalogta verilen değerin üzerinde akım geçirmemektir. 7. Tristör ve triyak seçimi Herhangi bir devrede kullanılan tristör ya da triyak DC ile çalışacaksa, elemanın maksimum dayanma gerilimi ile devrenin besleme gerilimi birbirine yakın değerde olabilir. Örneğin BT136 triyakı DC 400 V'luk gerilimlere kadar dayanabilir. Tristör ya da triyak AC ile beslenen bir devrede çalışacaksa, elemanın maksimum dayanma 109


gerilimi AC besleme geriliminden % 40-45 fazla olmalıdır. Çünkü AC'de tepe değer (maksimum değer) gerilimi söz konusudur. Şöyle ki; voltmetreyle 220 V olarak ölçtüğümüz AC değer aslında etkin değerdir. Bu değerin bir de maksimum değeri vardır. 220 V'luk AC gerilimin maksimum değeri: Vmaks = Vetkin.1,41 = 220.1,41 = 310,2 V'tur. Buna göre 220 V'luk bir devrede kullanılacak tristör ya da triyak gibi elemanların maksimum dayanma gerilimleri 310,2 V olmalıdır. Piyasada ise yaygın olarak 30-50-100-200-300-400500-600-700-800...V gibi sınıflandırmalar söz konusu olduğundan kullanacağımız elemanın dayanma gerilimi en az 400 V olmalıdır. Kaç amperlik eleman seçeceğiz sorusuna gelince Bu değer tamamen kullanacağımız alıcının çektiği akıma bağlıdır. Örneğin 220 V'luk tristörlü devrede 100 W gücünde bir lambayı alıcı olarak seçelim. Bu eleman 220 V altında yaklaşık olarak, I=P/V = 100/220 = 0,45 A çeker. Buna göre doğru olan BRX49 (400 V/0,8 A) adlı elemanı seçmektir. Devrede Uygulamada kullanılan geçirebileceği maksimum akım: 30 A, TIC106D (400 V/3,2 A) adlı bazı triyakların özellikleri İletimde tutma akımı: 30 mA, Çalışma modlarına göre triyakın tetiklenmesi için 400 V/4 A tristörü de seçebiliriz. Ancak bu -BT136: uygulanması gereken akım değerleri: 5 mA -BT137: 400 V/6 A, Kısa süreli olarak 5 mA - 5 mA - 10 mA maksimum akım: 55 A, durumda maliyet artar. Çünkü geçirebileceği -TIC236D: 400 V/12 A İletimde tutma akımı: 20 mA, Çalışma yüksek akımlı elemanlar düşük modlarına göre triyakın tetiklenmesi için -TIC253D: 400V/20 A -BTA06-200: 200 V/6 A uygulanması gereken akım değerleri: 25 akımlı olanlardan daha pahalıdır. mA-60 mA-25 mA-60 mA -BTA06-400: 400V/6A -TIC206D: 400 V/4 A, Kısa süreli olarak

-BTA13-400: 400V/13A

E. Kuadraklar (quadrac, ditriac) Diyak ve triyakın bir gövde içerisinde birleştirilmesiyle yapılmış elemanlara kuadrak denir. Bu elemanlar geyt tetikleme gerilim seviyesi yüksek olan triyak gibi düşünülebilir. Devre üretiminde kuadrak kullanımı montaj kolaylığı sağlar ve cihazda kullanılan eleman sayısı daha az olur. Kuadrak sembolü

b. Kuadrakların sağlamlık testi AVOmetre ile yapılan ölçümde elemanın üç ucu arasında yapılacak altı ölçümün sonuçları da yüksek ohm (50 kW-200 kW) çıkmalıdır. c. Bazı kuadrakların akım ve gerilim değerleri Q4003LT: 400 V/3 A Q4004LT: 400 V/4 A

110


Kuadrak örneği

100-470 k

a. Kuadraklı karanlıkta çalışan devre Yandaki şekilde verilen devrede ortam karardığında LDR'nin direnci artar ve üzerinde düşen gerilim büyür. LDR üzerinde düşen gerilim 20-50 V arası değere ulaştığına kuadrak iletime geçerek lambayı yakar. Ortam aydınlandığında LDR'nin direnci azalır ve üzerinde düşen gerilim düşer. Bu ise kuadrakı kesime sokar.

A1 A2 G

Kuadraklı karanlıkta çalışan devre

F. Fototristör ve fototriyaklar 1. Fototristörler (LASCR) G ucuna ışık geldiğinde A ucundan K ucuna doğru tek yönde akım geçiren devre elemanıdır. Fototristör uygulamada çok az kullanıldığından kısaca anlatılmıştır. Çünkü, ışığa duyarlı devrelerin büyük bir bölümü LDR ya da fototransistör kullanılarak yapılmaktadır. Şekil 1.6'da verilen basit devrede fototristöre ışık geldiğinde A-K arası iletken olur, röle kontağını kapatır ve lamba yanar. Ortam karardığında lamba sönmez. Çünkü DC ile beslenen devrelerde tristör bir kere iletken hâle geçtikten sonra besleme kesilene kadar bu durumunu korur. 2. Fototriyaklar G ucuna ışık geldiğinde A 1 -A 2 uçları arasından her iki yönde de akım geçirebilen devre elemanıdır. Fototriyak uygulamada az kullanılmaktadır.

ışık

cam

A katot

kapı ucu G

G K ışığa duyarlı bölge

Fototristör sembolü

silisyum çekirdek

Fototristörün yapısı

+12 V

A L G

K

röle Fototristörlü ışıkta çalışan devre

A2

G

A1

Fototriyak sembolü

111


çıkış

G. GÜÇ ÇEVİRİCİLER (KONVERTİSÖR, KONVERTER, İNVERTÖR) AC’yi DC’ye dönüştüren devrelere doğrultmaç denilirken, DC’yi AC’ye çeviren devrelere ise güç çevirici (konvertisör, konvertör, invertör) denir. Konvertisörler, osilatör devresi, trafo ve trafo çıkış ünitelerinin birleşiminden oluşur. çıkış DC’yi, AC'ye çeviren devreler osilatör ünitesi transistörlü, tristörlü ya da entegreli olabilir. Konvertisör devresinin blok şeması Osilasyonlu sinyalleri yükseltip alçaltmaya yarayan transformatör nüveleri ise, alçak frekanslı olarak üretilen (50 Hz-1 kHz) devrelerde çelik sacdan, yüksek frekanslı (1 kHz ve üzeri) devrelerde ise ferritten yapılır. Çünkü, yüksek frekanslarda çelik saclar büyük kayıplara ve ısınmalara yol açmaktadır. Ferrit nüve ise yüksek frekanslı manyetik kuvvet çizgilerini daha iyi geçirerek verimi yükseltmektedir. Konvertisörlerin kullanım alanları AC’nin depolanması mümkün olmadığından, bu gerilim redresörlerle doğrultularak akümülatörlere doldurulur. Daha sonra konvertisörlerle AC’ye çevrilerek alıcılar çalıştırılır. Yolcu otobüslerinde bulunan TV'lerin, seyyar flüoresan lambalı el fenerlerinin (ışıldak), kesintisiz güç kaynaklarının çalıştırılmasında vb. konvertisörler kullanılır. Konvertisör devrelerinin çıkışından Transistörlü konvertisör devresi örneği alınan gerilimin frekansının ayarlanabilir olması da ayrı bir üstünlüktür. Frekansın değişmesi AC ile çalışan motorların devir sayısını doğrudan etkilediğinden, devir ayarı yapılmak istenen yerlerde bu tip cihazlar kullanılmaktadır. AC’nin yükseltilip alçaltılma şekli AC sinyaller transformatörlerle yükseltilir ya da alçaltılır. Yani trafolar zamana göre yönü ve şiddeti değişen akımlarla çalışırlar. DC'yi yükseltmek için bu akımın AC sinyal hâline getirilmesi gereklidir. Çünkü transformatörler tek yönlü olarak akan bir akımda çalışmaz. Konvertisörlerin çalışma ilkesi trafo S Çalışma gerilimi 220/12 V olan bir trafonun primerine önce yandaki şekildeki gibi DC bir gerilim + V2 V1 uygulandığını varsayalım. Bu durumda sekonder V V sarımın uçlarına bağlı olan voltmetre hiç bir gerilim - 220 V 12 V değeri göstermez. Eğer DC üreteç ile primer sargısı arasına bağlı olan S anahtarı hızlı biçimde açılıp Konvertisörün çalışma ilkesinin basit kapatılırsa voltmetre ibresi sapmaya başlar. anahtarlama devresiyle açıklanması Bunun nedeni: S kapatılınca geçen akım sıfırdan maksimum değere doğru yükselir. Anahtar açılınca ise geçen akım maksimum değerden sıfıra doğru düşer. İşte primerden geçen akımın yükselip alçalması bu sargının etrafında oluşan 112


manyetik alanın da değişken olmasını sağlar. Değişken manyetik alan ise trafo nüvesi üzerinden dolaşarak sekonder sargılarında AC gerilim oluşturur. Sekonder sargısına bir ampermetre, voltmetre ya da osilaskop bağlanacak olursa S anahtarının açılıp kapanması sırasında oluşan sinyaller görülebilir. S hızlı kapatılıp açılırsa oluşan sinyalin frekansı ve gerilim değeri de yüksek olur. Ancak, oluşan sinyal sinüsoidal biçimli değildir. Yukarıda anlatılan anahtarlı “ilkel” yöntem uygulamada kullanılmaz. Onun yerine aynı işlemi otomatik olarak yapan transistör, tristör ya da entegreli devreler geliştirilmiştir. AC-AC, DC-AC ve DC-AC-DC (DC-DC) konvertisörler Uygulamada kullanılan konvertisörlerin çıkışından alınan gerilimin şekli isteğe göre AC ya da DC olabilmektedir. Şimdi giriş çıkış gerilimine göre yapılan sınıflandırmaları inceleyelim. a. AC-AC konvertisörler Devrede girişe uygulanan AC akım diyotlarla DC'ye çevrildikten sonra aküler şarj edilir. Daha sonra bu akım konvertisöre uygulanarak AC'ye çevrilir. Kesintisiz güç kaynakları bu prensibe göre çalışmaktadır. b. DC-AC konvertisörler Bu tip devrelerde giriş akımı aküden alınarak konvertisöre uygulanır ve çıkıştan AC elde edilir. Taşıtlarda bulunan TV'lerin çalıştırılmasında kullanılan konvertisörler bu prensibe göre çalışmaktadır.

DC-DC konvertisör

+12 V R1

N1

AC

c. DC-AC-DC (DC-DC) konvertisörler Bu tip devrelerde giriş akımı aküden alınarak konvertisöre uygulanır. Konvertisörün çıkışından alınan AC akım diyotlarla tekrar DC'ye çevrilerek çalıştırılmak istenen alıcıya uygulanır. 12 V'luk DC'nin 24 V'luk DC'ye çevrilmesinde kullanılan devreler bu prensibe göre çalışmaktadır.

1. Transistörlü konvertisörler N3 T a. Tek transistörlü DC-AC konvertisör N2 R2 Yaandaki şekilde verilen devreye DC uygulanınca R1 ve R2 dirençleri üzerinden alınan polarma akımı N2 üzerinden geçerek transistörün beyz ucuna ulaşır. V,I çıkış sinyali Bobin, akımın geçişine indüktif reaktans gösterdiğinden t (s) + + beyzden geçen akım bir süre sonra tepe değere ulaşır. Beyz akımının sıfırdan maksimuma yavaş yavaş artarak ulaşması sonucu kolektörden emitere geçen akım da yavaş yavaş artar. Bu da N1 bobininden geçen akımın Tek transistörlü AC-AC yarattığı manyetik alanın değişken olmasını sağlar. N1 konvertisör devresi bobininin manyetik alanı güçlü olduğundan N 2 bobininin üzerinde etki yaparak N2 üzerinde oluşan E2 zıt EMK gerilimini yok eder. Bu da N2 bobininden geçen akımın biraz daha artmasına yol açar. IB akımının artması ise IC akımını daha fazla artırır. Ancak, bobinlerden ve transistörden geçen akımlar maksimum değere ulaşarak sabit akım hâline gelirler. 113


Not: Devrenin çıkışına doğrultmaç devresi eklenirse DC-DC konvertisör yapılmış olur.

AC 220 V

Akımların sabit hâle gelmesi, oluşan manyetik alanların da sabit olmasını sağlar. N1 bobininin alanının sabitleşmesi bu alanın N2 üzerinde yaptığı bozucu etkinin ortadan kalkmasına neden olur. N2’nin oluşturduğu alanın etkisinin ortadan kalkması ise N1’den geçen akımın normal değerine doğru düşmesine yol açar. N2’den geçen IB akımının azalması, transistörün IC akımının azaltmasına neden olur. IC akımı azalırken N1 bobininin üzerinde önceki alanın tersi yönde bir manyetik alan oluşturur. Ters yönlü manyetik alan çok güçlü olduğundan bu, N2 bobininin üzerinde oluşan zıt EMK gerilimini artırıcı etki yapar. E2 zıt EMK geriliminin artması ise IB akımını sıfır değerine doğru azaltır. IB’nin sıfır değerini alması IC akımını da sıfır yapar. Bu sayede devre başa dönmüş olur. Yukarıda anlatılan durumlar sırayla tekrar tekrar oluşur. N2 ve N1 bobinlerinden geçen akımların sürekli olarak çoğalıp azalması bu bobinlerin etrafında değişken manyetik alanlar meydana getirdiğinden sekonder sarımında (N3) AC’ye benzeyen gerilim oluşur.

b. İki transistörlü DC-AC konvertisör devresi Yandaki şekilde verilen devreye DC 1-10 k 1-10 k uygulandığında ilk anda N 2 ve R 1 direnci üzerinden geçen akımla T1 transistörünün iletime geçtiğini varsayalım. R1'den gelen akım N1 'den geçerken hemen maksimum değere ulaşamaz. (Maksimum değer ancak 5 t'luk V,I zaman sonra olur.) N 2 'den geçen akım çıkış sinyali maksimum değere doğru yükselirken, T1 iletime t (s) + + geçtiği için, N1 bobininden de yüksek değerli bir akım akmaya başlar. N1'den geçen akımın yarattığı değişken manyetik alan, N3 bobininde İki transistörlü DC-AC konvertisör devresi bir gerilim indükler. Bunun yanında N 2 bobininde oluşan manyetik alanı da zayıflatarak N2 sarımından geçen akımı daha yüksek bir seviyeye çıkarır. N1 ve N2 sarımlarından geçen akımlar doyma (maksimum) noktasına ulaşınca N1'in etrafında oluşan manyetik alan durgunlaşır. N1'in alanının durgunlaşması sekonderde oluşan gerilimi sıfıra indirir. Bunun yanında N1'in yarattığı alanın N2 bobininde yaptığı baskı ortadan kalkar ve N2'nin akımı azalmaya başlar. N2'nin akımı azalırken bu kez de N1 üzerinde az öncekinin tersi yönde bir manyetik alan kuvveti doğar. N1'de doğan ters manyetik kuvvet N2 üzerinde bu kez yine etkide bulunarak N2'den geçen akımı sıfır değerine doğru bastırır. N2'den geçen akımın sıfıra inmesi N1'den geçen akımı da sıfır yapar. Bu şekilde devre başa dönmüş olur. Ardından N1 üzerinden geçen küçük değerli akım T2 transistörünü sürer. Devre biraz önce anlatıldığı şekilde çalışmasını sürdürür. c. Astable (kararsız) multivibratörlü basit DC - AC konvertisör Aşağıda verilen devrede C1 ve C2 kondansatörleri sayesinde sırayla iletim ve kesime giren transistörler trafonun primer (N1 ve N2) sargılarından sırayla akım geçmesini sağlar. Primer sarımlarından geçen zıt yönlü akımlar sekonder sarımında AC özellikli bir gerilim oluşturur. Aşağıda verilen devre deneysel amaçlıdır. Trafo 220/2x12 V'luk olabilir. Sekonderde oluşan gerilim tam sinüsoidal değildir. Ancak AC ile çalışan sistemlerde kullanılmaya uygundur. 114


Alınan AC’nin frekansını R2 ve R3 ’e seri bağlanacak potlarla ayarlamak mümkündür.

AC N3 2x12/12 V 4 W 220 W-1k

N

220 W-1k

N

1 2 ç. 12 V DC / 220 V AC R2 R3 R4 R1 +12 V konvertisör devresi 0,1-1 mF 0,1-1 mF 10 -100k 10 -100k Aşağıda verilen devrenin multivibratör (flip-flop) kısmı 40C2 C1 60 Hz arası frekansta kare dalga BD135 BD135 üretir. Multivibratör devresinin A ve B noktalarından alınan kare T2 T1 dalgalar sürücü transistörlerini tetikler. Sürücü transistörleri ise güç transistörlerini besler. Güç Astable multivibratörlü basit DC-AC konvertisör devresi transistörleri trafonun primer sargılarından (N1 ve N2) yönü sürekli değişen bir akım dolaştırır. N1 ve N2'den geçen akımlar ise sekonderde AC özellikli bir gerilim doğurur. Devrede çıkış katındaki transistörlerin ve trafonun gücü devreden alınmak istenilen güce göre değiştirilebilir. Çıkışta bulunan birbirine paralel bağlı nF değerli üç kondansatör elde edilen AC'nin sinüsoidale benzemesine yardımcı olur. Çıkış transistörlerinin soğutuculu olması verimi artırır. Bu konvertisör devresiyle akkor lamba, mini motor vb. çalıştırılabilir. 20 A + 12 V güç transistörü

BD135 470 W

A

sürücü transistör

10 k 470 W

8,2 k

B

1W BD241

N1

çıkış 220 V

N2

BD135 sürücü transistör 100 W

2x1N4148 BC547

5A

100 W

8,2 k

1 mF

1 mF

4x2N3055

12 V/220 V 50-250 W trafo

120 W

1W

BC547

BD241

güç transistörü

3x150 nF/400 V

12 V DC - 220 V AC konvertisör devresi

2. Tristörlü konvertisörler a. İki tristörlü DC - AC konvertisör devresi Aşağıda verilen devrede, SCR'leri tetiklemede kullanılan pals üreteci, UJT'li, 555'li, transistörlü astable (kararsız) multivibratörlü vb. olabilir. DC besleme ile çalışan devrede tristörler C kondansatörüyle durdurulmaktadır. Pals devresi tristörleri sırayla iletime geçirir. SCR1 iletime geçince C üzerinde birikmiş olan elektrik yükü SCR2'yi kesime sokar. C boşaldıktan sonra bu kez diğer yönde şarj olur. SCR2'ye tetikleme gelince bu eleman iletime geçer. SCR2 iletime geçince C üzerindeki elektrik yükü SCR1'i kesime sokar. Devre bu şekilde 115


çalışmasını sürdürür. Orta uçlu olarak sarılmış olan primerden geçen akımların iki yönlü olarak akması sekonderde AC gerilim oluşturur.

+12 V tetikleme palslerini veren devre

N3 N2

SCR 2

L

V,I

çıkış sinyali

+

+

t (s) -

-

İki tristörlü DC-AC konvertisör

1N4001 DC

1k 8

4

trafo

AC

7 6

555

470 mF

a. 555 entegreli küçük güçlü DCDC konvertisör devresi Yandaki şekilde verilen devre deneysel amaçlı olup düşük akımlı (50-100 mA) ve küçük güçlüdür. Ayarlı direnç kullanılarak 555'in çıkışından istenilen frekansta bir kare dalga elde edilir. 3 numaralı ayaktan alınan kare dalga ile iletim kesim yapılan transistör trafonun primerinden değişken bir akım geçirir. Bu akımın oluşturduğu manyetik alan +5-12 V sekonderde AC'ye benzeyen bir gerilim oluşturur. Sekondere bağlanan doğrultmaç devresi ise yükseltilmiş 100 k çıkışı tekrar DC'ye çevirir. Devrede kullanılan elemanlar değiştirilerek çıkışın akım gerilim değerlerini istenilen seviyeye yükseltmek mümkündür.

N1 +

C

3. Entegreli konvertisörler

AC

SCR 1

3

2

10 k

1

1N4001

BC547 BD135

1n

Şekil 7.8: 555 entegreli DC-DC konvertisör


AC

330 nF 400 V

10-47 W

BD135

10-47 W

1N4007

10 n

BD135

1N4007

b. 555 entegreli küçük güçlü DC - AC konvertisör devresi Yandaki şekilde verilen DC-AC +12 V 220/2x12 V trafo 12 V 12 V konvertisör 47 k devresinde 555 10 k 4 8 entegresi kare 10 k 7 3 dalga üretir. 100 k 555 Entegrenin 3 5 220 p numaralı ucundan 6 alınan kare dalga 10 k 1 2 27 V transistörleri sürekli olarak 1-470 n iletim ve kesime sokar. 555 entegreli DC-AC konvertisör Transistörlerin iletim kesim olması trafonun 12 V'luk sarımlarından değişken akım geçişini başlatır. Trafonun primer sarımlarından geçen değişken akımlar değişken manyetik alan oluşturur. Primerde oluşan değişken manyetik alan ince kesitli çok sarımlı sekonder sarımında yüksek 116

AC gerilim oluşturur. Not: Devre deneysel amaçlıdır. 4. Elektronik devreli flaşlar Cisimlerin görüntülerinin optik yolla ışığa duyarlı filmlere aktarılmasıyla elde edilen resimlere fotoğraf denir. Fotoğrafçılıkta cismin görüntüsünü net bir şekilde ışığa duyarlı materyale aktarabilmek için yeterli düzeyde ışık kaynağına gerek duyulur. İşte fotoğraf çekimi esnasında kullanılan yapay ışık üreteçlerine flaş denir. Flaşlarda, havası alınmış ve asal gazlar doldurulmuş bir cam gövde içine karşılıklı olarak yerleştirilmiş iki elektrotlu lambalar kullanılır. Lamba 300-400 V civarındaki gerilimlerle çalışır. Ayrıca, elemanın ışık yaymaya başlayabilmesi için gövdeye üçüncü bir elektrot (yardımcı elektrot) daha yerleştirilir. Bu elektrot tüp boyunca uzanmakta ve kenardaki elektrotlara yakın mesafede bitmektedir. Lambaya gerilim uygulanınca deşarj başlamakta, elektrotlar arasında oluşan elektron hareketinin etkisiyle yüksek bir ışık doğmaktadır. Yüksek bir ışık yayan flaşlar fotoğraf çekilirken 1/500 - 1/5 s kadar çalışır. Flaşlarda lambanın çalışmasını sağlayan yüksek DC gerilim, konvertisörlere benzer devrelerle üretilip kondansatörlere doldurulmakta ve fotoğraf makinesindeki çekme butonuna (deklanşör) basıldığı anda kondansatörün yükü flaş lambasının elektrotlarına uygulanmaktadır.

2x1N4007

TR1

R4

1k

C3 R3

470 k S2

250 V

P1 R1 22 W

C2

flaş lambası

250 V

3-9 V

yardımcı elektrot

1k

deklanşör butonu

220 mF C 1

220 mF/800 V

R2

500 V

470 k neon lamba

TR3 C4 10 nF

TR2 S1

elektrotlar flaş lambası örneği

+ 3-9 V

cam gövde

Flaş devresi

Yukarıda verilen devrede transistörlü basit osilatör devresi ile girişe uygulanan DC gerilim yüksek frekanslı bir AC'ye çevrilerek trafonun primer sargılarına uygulanır. TR1 trafosunun primerinden geçen değişken akımlar sekonder sargısında yüksek değerli bir AC oluşturur. Sekonderden alınan yüksek gerilim diyotlar tarafından doğrultularak flaşın çalışabilmesi için gereken yüksek DC elde edilir. Neon lamba ışık yaydığında flaşın çalışmaya hazır olduğu anlaşılır. 117


Deklanşör butonuna dokunulunca TR3 trafosunun primer akımı çok hızlı olarak sıfır değerine ineceğinden bu elemanın sekonder sarımında yüksek değerli bir gerilim oluşur. Bu gerilim flaş lambasının orta elektrodunu (yardımcı elektrot) etkileyerek iyonizasyona neden olur. Tüp içindeki gazın iyonlaşması ise kenarlardaki iki uç arasından akım geçişini başlatır ve geçen akım yüksek bir ışık meydana getirir. 5. SMPS sistemli güç kaynakları (switching mode power supply, anahtarlamalı güç kaynağı, KGK) Bilgisayar, TV, video, müzik seti, tıbbî cihaz vb. gibi gelişmiş yapılı elektronik sistemlerin çalıştırılmasında anahtarlamalı güç kaynakları kullanılmaktadır. SMPS esaslı devrelerin çalışma ilkesi I. Girişe uygulanan AC gerilim DC'ye çevrilir. II. DC enerji anahtarlama (aç kapa) yapan transistörlü devreye uygulanır. III. Transistörlü anahtarlama (osilatör) devresi sayesinde DC sinyal 15-70 kHz arası frekanslı kare dalgaya dönüştürülür. IV. Kare dalga switch mode (siviç mod) adlı trafonun primerine uygulanır. V. Switch mode (siviç mod) trafosunun primerinden dolaşan akım sekonder sargılarında gerilim indükler. Sekonderden alınan yüksek frekanslı AC gerilim doğrultmaç devresiyle doğrultulur. VI. Şebeke gerilimi azalınca osilatör devresinin oluşturduğu kare dalgalı sinyallerin frekansı otomatik olarak yükselir. Sinyalin frekansının yükselmesi switch mode (siviç mod) trafosunun çıkışının geriliminin aynı seviyede kalmasını sağlar. VII. Şebeke gerilimi artınca anahtarlama transistörlü devrenin oluşturduğu kare dalgalı sinyallerin frekansı otomatik olarak azalır. Sinyalin frekansının azalması siviç mod trafosunun çıkışının aynı seviyede kalmasını sağlar. VIII. Sekonder sargısından çekilen akım aşırı yükselirse geri besleme devresi sayesinde osilatör devresinin oluşturduğu sinyallerin frekansı sıfıra düşer. Frekansın sıfıra düşmesi primer sargıda oluşan alanın sabit olmasına sebep olarak çıkışı sıfır seviyesine indirir. Osilatör çıkışındaki sinyalin sıfır olması, trafonun çıkış vermemesine neden olur. Çünkü trafolar DC benzeyen akımlarla çalışmazlar. IX. Anahtarlamalı güç kaynaklarında trafonun sekonderi tek kademeli olarak sarılırsa bir tek gerilim alınır. Çok kademeli sarım yapıldığında ise, 5, 9, 12, 24...V gibi çeşitli gerilimler alınabilir. SMPS esaslı güç kaynaklarının iyi yönleri I. Şebeke gerilimiyle devrenin şasesi arasında yalıtkanlık sağlanır. Yani devrenin tek hattına dokunulduğunda bedenden akım dolaşımı olmaz. II. Trafoya uygulanan sinyalin frekansı yüksek olduğundan küçük nüveli trafoyla alıcı beslenebilir. III. Bu tip devreler şebeke geriliminin 160-260 V arasında değişmesine rağmen çıkıştan hep aynı gerilimi verirler. Aynı zamanda yük herhangi bir nedenle aşırı akım çekecek olursa çıkış 0 V olur ve alıcı korunur. IV. Verimleri % 85 dolayında olup çok yüksektir.

118


AC giriş

D1

N1 köprü diyot

N3

T1

optokuplör

R2

L1 T2

C1

R1

R5

D2 N4

+12 V SCR

R3 R4

Z1

C1

Z2

+5 V

C2

osilatör (anahtarlama)

devresi

N2

C3 D3 -5 V

optokuplör T3

N5

N6

D4

C4

-12 V

trafo

Anahtarlama (SMPS) esasına göre çalışan güç kaynaklarına ilişkin devre örneği

SMPS esaslı devre örneği Yukarıdaki şekilde verilen devrede şebekeden alınan AC gerilim doğrultularak osilatör devresi yardımıyla 25-35 kHz'lik sinyal hâline getirilir ve küçük nüveli trafonun primer sargısına uygulanır. Trafonun primer sargılarına seri bağlı durumda olan T1 transistörü iletimdeyken N 1 sargısından akım geçer. T1 kesime gidince ise N1 sargısının akımı sıfır değerine iner. Akımın azalıp çoğalmasından dolayı ortaya çıkan değişken manyetik alan, sekonderde gerilim indükler. İndüklenen gerilimin değeri sarımların sipir sayılarına göre +5, +12, +24 V şeklinde değişir. Güç kaynağındaki regüle devresinin çalışma ilkesi Yukarıdaki şekildeki devrede T2 transistörü karşılaştırıcı olarak +5 V devresinde görev yapmaktadır. R2 direnci ve Z1 zener diyodu +12 V devresinden bir referans gerilimi almakta ve bu referans, T2 transistörünün beyzine uygulanmaktadır. T2’nin emiteri R5 direnciyle -5 V'luk gerilime bağlıdır. T2 iletime geçince kolektöründen geçen akım L1 ledinden geçecektir. L1 ledi primer devresinde bulunan T3 fototransistörüyle aynı gövde içinde olup optokuplör olarak çalışmaktadır. +5 V ile +12 V çıkışları arasındaki 7 V'luk gerilim farkında oluşacak değişim, L1 ledinin vereceği ışığın şiddetinin değişmesine yol açar. Sistemdeki entegreleri besleyen -5 V'luk gerilim, fazla akım çekilmesinden ötürü azalırsa +12 ile +5 V arası gerilim farkı artar ve ledin ışığının şiddeti çoğalır. Ledin ışığının artması ise optokuplörün diğer parçası durumunda olan T3 fototransistörden geçen akımı artırır. Bu kontrol mekanizması sayesinde yapılan geri besleme T1 transistörünün iletimini artırıp, trafonun primerine daha çok akım gitmesini sağlarlar. Trafonun primerine gelen akımın artması dolayısıyla sekonderde oluşan akım ve gerilim de artarak, çıkış için gerekli düzeltmenin yapılması sağlanır. Devreye uygulanan şebeke gerilimi yükselirse: Şebekede oluşan ani gerilim artışı +12 V çıkışında kendini gösterir. Z2 zener diyodu iletime geçip SCR’nin G ucuna tetikleme akımı gönderir. SCR iletime geçerek +12 V ile toprağı kısa devre eder. Bu olay, kontrol devresinin osilatörünü durdurup girişi kapatmasına, dolayısıyla 119


çıkış geriliminin kesilmesine neden olur. Çok kısa zaman aralığında oluşacak bu kesilme, kondansatörler aracılığıyla bilgisayarlardaki RAM (geçici) belleklerin korunmasını sağlayabilir ise de akım kesilmesi uzun sürdüğünde bilgisayarın çalışması anormalleşebilir. Fakat bilgisayarın hassas devreleri yüksek voltajın ortaya çıkaracağı sakıncaya karşı korunmuş olur. (Gerilim normale dönene kadar bazı SMPS modellerinin içinden klik-klik sesleri duyulur.) Özet olarak, SMPS’lerde şebeke gerilimi, önce DC’ye, sonra yüksek frekansa çevrilip bir trafoya verilmekte, istenen gerilimler regüle ve koruma devrelerinden geçirilerek alıcıya aktarılmaktadır. 6. Kesintisiz güç kaynakları (KGK, UPS) Tıbbî cihaz, bilgisayar gibi anî enerji kesilmelerinde çalışma sistematiği çok kolay bozulabilen araçları şebeke akımı kesildikten sonra belli bir süre daha çalıştırabilmek için yapılmış devrelere kesintisiz güç kaynağı denir. Bu cihazlar, Doğrultmaç + regülatör + akü şarj devresi + akümülatör + konvertisör + filtre + doğrultmaç devresinin birleşiminden oluşur. KGK'ların güçleri watt cinsinden değil VA Kesintisiz güç kaynağı örnekleri cinsinden belirtilir. Çünkü alıcıların hepsi omik tip değildir. İndüktif özellikli alıcılar çektikleri enerjinin bir kısmını reaktif güç olarak harcar. Bu nedenle 250 VA'lik bir KGK ile indüktif (bobinli) özellikli bir alıcı beslenecek olursa, KGK'nın verebileceği aktif güç 250 W'tan % 10-40 kadar daha az olur. KGK, bilgisayarın olumsuz enerji koşullarından korunması için gürültüyü (şebekedeki dalgalanmalar) filtrelemenin yanı sıra AC kesintisi sırasında düzenli enerji sağlama yoluyla bilgi aktarma işlemlerinin devamlılığına imkân vererek veri hatalarını önleyen bir cihazdır. KGK’ların işlevinin anlaşılmasındaki en büyük yanlışlardan biri jeneratörlerle karıştırılmalarıdır. Şu bilinmelidir ki KGK (UPS) kesinlikle jeneratör değildir. KGK’ların kullanım amacı elektrikler kesildikten sonraki 5-30 dakika içinde acil işlemleri tamamlamak için kullanıcıya zaman kazandırmaktır. Yani KGK’lar, jeneratörler gibi uzun süreli enerji sağlamazlar ve kullanım amaçları da zaten bu değildir. KGK’ların yararları Ülkemiz enerji açısından oldukça sorunludur. Her ne kadar sık elektrik kesintileriyle karşılaşmasak da uzun süreli yüksek ya da düşük gerilim, anî voltaj sıçramaları ve frekans değişiklikleri gibi sorunlarla sık sık karşılaşmaktayız. Yeterli koruması bulunmayan cihazlar bu durumlarda şu sorunlarla karşılaşılır: Güç kartları yanabilir.. Ekranlar bozulabilir.. Sabit diske yazarken elektrikler kesilirse tüm bilgiler yok olabilir.. Bilgisayarda kurulu yazılımlar bozulup kullanılamaz hâle gelebilir.. Karşılaşılan tüm bu sorunların giderilmesi, arızaların onarılması için katlanılan maddî kayıplar KGK’ya verilecek tutarın çok üzerinde olabilir. İyi bir KGK ise sadece elektrik kesildiğinde enerji sağlamakla kalmaz, sayılan bu sorunları da çözer. Şebeke koşullarının yetersiz olduğu yerlerde ise KGK kesinlikle bir lüks değil, ihtiyaçtır. 120


KGK'larda bulunan elemanların görevleri I. Redresör: Aküyü şarj etmek amacıyla alternatif akımı doğru akıma çevirir. II. Akü: Elektrik enerjisini depolar ve kesinti anında devreye girerek enerji verir. III. Konvertisör: Akü çıkışındaki doğru akımı alternatif akıma çevirir. IV. Yüksek gerilim bastırıcı devresi: Şebekeden kaynaklanabilecek anlık yüksek gerilimleri bastırarak cihazlar için tehlikeli olmayacak seviyelere indirir. V. Filtre devresi: Şebekeden ya da elektronik düzeneklerden kaynaklanabilecek bozuk işaretleri (gürültü) süzerek temiz bir çıkış işareti verir. VI. Otomatik voltaj regülatörü (OVR): Voltajı regüle eder. Düzensiz şebeke gerilimine neden olan unsurlar şunlardır: I. Doğal afetler Fırtına, yıldırım ve elektrik şokları, tayfun, deprem gibi doğal afetler enerji sorunlarına yol açar. II. Kötü kablolu tesisatlar ve çevredeki indüktif tip alıcılar Endüstriyel alanların, ya da tesislerin çevresinde motor, kaynak makineleri ya da diğer makinelerin kullanılması sonucu ortaya çıkan çok yüksek ya da alçak geçiş voltajları ve gürültüler. KGK satın alırken dikkat edilmesi gereken noktalar şunlardır: Elektrik kesilmesinde yeterli bir süre enerji sağlamalı ve voltaj düşmesi sorununu çözebilmelidir. İstikrarlı enerji ve filtreleme sağlayabilmeli, anlık voltaj yükselmelerini bastırabilmeli ve gürültüyü (elektriksel parazitleri) bastırabilmelidir. Aşırı yüklemeye, akü zayıflamasına karşı korumalar içermeli, ışıklı ya da sesli uyarı vermelidir. Giriş voltajının en az ± % 10’luk değerlerini regüle edebilmelidir.. Şebeke enerjisi kesildikten sonraki dayanma süresi en az 5-30 dakika arasında olmalıdır.. TÜV, UL, CSA, EMI, FCC gibi güvenlik onayları olmalıdır.. Seçilecek KGK’nın gücü cihaza bağlanacak aygıtların toplam gücünün 1,25 katı olmalıdır.. Teknik servis desteği bulunmalıdır.. Yüksek kaliteli KGK'da bulunması gereken özellikler şunlardır: Transfer (devreye girme) süresi çok kısa olmalıdır.. Voltaj regülatörleri sayesinde giriş geriliminde ± % 25’lik bir değişiklik olması durumunda düzenli çalışmalıdır Voltaj sıçramalarına karşı koruma ve fıltreleme yapabilmelidir.. Giriş frekansının ± % 5 arasındaki değerlerini regüle edebilmelidir.. Çıkış voltajı sabit olmalıdır.. Mükemmel çıkış frekans regülasyonu ± % 0,5 Hz olmalıdır.. Aküsü kuru tip olmalı ve bakım istememelidir.. Akü kullanıldığında, zayıfladığında ya da aşırı yük uygulandığında sesli uyarı vermelidir.. Aşırı yük seviyesi % 130 olduğunda şebekeye transfer, % 150 olduğunda kapanma özelliği bulunmalıdır. 121


Şebekeyle eş zamanlı düzgün bir sinüsoidal dalga üretmelidir.. KGK kullanırken dikkat edilmesi gereken noktalar şunlardır: KGK'lar temiz, tozdan uzak ve havadar bir ortamda kullanılmalıdır.. KGK'lara kesinlikle lazer yazıcı ya da fotokopi makinesi bağlanmamalıdır. Bu cihazlar özellikle ilk açıldıklarında fazla akım çektiklerinden KGK’ya zarar verebilirler. Cihaz kullanılmadan önce kullanma kılavuzu mutlaka okunmalıdır.. Cihaz mutlaka topraklı prize bağlanmalı ve bağlanmadan önce toprak hattı kontrol edilmelidir. Cihaza kesinlikle besleyebileceğinden fazla yük bağlanmamalıdır.. Bazı elektronik aygıtların görünür güç (S) değerleri şu şekildedir: 15''-17'' renkli ekran: 80 - 150 VA A Belgegeçer (faks): 50 - 200 VA A Vurmalı yazıcı: 100 - 150 VA A Tarayıcı: 10 - 200 VA A Yazar kasa: 50 - 100 VA A Çok işlevli (multimedya özellikli) bilgisayar: 500 VA A

122


Ğ. Yarı iletken (solid state, SSR, kuru tip) röleler Son yıllarda yaygınlaşmaya bir fazlı yarı iletken röle başlayan röle çeşididir. Tamamen yarı iletken temelli elektronik devre elemanları kullanılarak üretilen bu röleler modern sanayi tesislerinde gittikçe artan oranda kullanılmaya başlamıştır. Sessiz çalışmaları, ark oluşturmamaları, etrafa istenmeyen manyetik alanlar yaymamaları, güç harcamalarının düşük oluşu, maliyetlerinin kontaktörlerle hemen hemen aynı düzeyde olması, yarı bir fazlı yarı iletken röle iletken rölelerin iyi yönleri olarak sıralanabilir.

üç fazlı yarı iletken röle

D C be s le me

Yarı iletken röle örnekleri

fototransistör DC besleme

yük led

DC besleme

tetikleme devresi

çıkış devresi R-C filtre

giriş devresi

led

H. Civa kontaklı röleler Otomasyon sistemlerinde kullanılan basit yapılı röle çeşididir. Cam muhafaza içinde bulunan kontakların konum değiştirmesi için rölenin gövdesinin yatay hâle getirilmesi gerekir. Yatay hâle gelme işlemi, ısınan bimetalin bükülmesi, mekanik kolların hareketi vb. ile sağlanabilmektedir.

triyak

tristör

R

U S çıkış

Yarı iletken rölelerin çalışma ilkesi Bir lambaya enerji uygularsak ışık yayar. Bu ışık, LDR, fotodiyot, fototransistör, fotodiyak gibi ışığa duyarlı elemanların iletime geçmesini sağlar. Işığa duyarlı elemanın üzerinden geçirdiği akım ile tristör ya da triyak tetiklenecek olursa yüksek akım çeken alıcı çalışmaya başlar. İşte bu prensip yarı iletken rölelerde kullanılmaktadır. Yandaki şekilde bir ve üç fazlı yarı iletken rölelerin yapısı görülmektedir.

fotodiyak

V T

W Bir ve üç fazlı yarı iletken rölelerin yapısı

civa

cam tüp

kontaklar kapalı

bimetal şerit

cam tüp

cam tüp

civa

kontaklar açık

kontaklar kontaklar kapalı

Civa kontaklı röleler

123


kontaklar açık

I. Elektronik devreli yaklaşım anahtarları (proximity switch) Metal gövdeli ya da yalıtkan özellikli nesneleri dokunma (temas) olmadan algılayarak bir alıcıyı çalıştıran aygıtlara yaklaşım anahtarı denir. Mekanik yapılı sınır anahtarları fiziksel temas ile konum değiştirirken elektronik yapılı yaklaşım anahtarlarının değme olmadan algılama yapabilmesi endüstriyel otomasyon sistemlerinde önemli bir kolaylık sağlamaktadır. Elektronik devreli yaklaşım anahtarlarının üstünlükleri şunlardır: Mekanik bir etki (kuvvet) gerekmeden anahtarlama işlemi sağlanabilir.. Anahtarlama frekansı yüksektir.. Anahtarlama olduğunda kıvılcım (ark) oluşmaz. Nem, kir, oksitlenme gibi sorunlar nedeniyle arıza oluşmaz. Anahtarlama anında kontak sıçraması oluşmadığı için birden fazla pals çıkışı söz konusu olmaz.

1: Ferrit nüve (çekirdek) 2: Sarım 3: Muhafaza 4: Elek tromanyetik alan

Resim 1: Elektronik devreli yaklaşım anahtarları

Şekil 1: İndüktif yaklaşım anahtarının etrafında oluşan elektromanyetik alan

algılama mesafesi

1. İndüktif (endüktif) yaklaşım anahtarları (sensörleri) Metal gövdeli cisimler sensöre yaklaştığında çıkışı konum değiştiren (elektriksel olarak) aygıtlara indüktif yaklaşım anahtarı denir. Bu elemanlar iletken malzeme içerisinde girdap akımı kayıplarının neden olduğu bir rezonans devresinin kalite faktöründeki değişikliğin fiziksel etkisinden yararlanarak çalışırlar. Cihazın devresinde yer alan L-C osilatörü 1 kHz ile 1 MHz arasında değişen yüksek frekanslı bir elektromanyetik alan oluşturur. Eğer bir iletken cisim oluşan elektromanyetik alan içine girerse, indüksiyon nedeniyle cisim içinde girdap akımları doğar ve osilatör devresinin çektiği akımın artmasına yol açar. Bu yöntem primer ve sekonder sargıları olan bir trafo gibi düşünülebilir. İndüktif yaklaşım anahtarının algılayıcı bölümüne yaklaşan cismin oluşturduğu etki, yaklaşan cismin uzaklığı, konumu, boyutları, şekli, iletkenliği ve manyetik alana karşı tepkisi (geçirgenliği) gibi unsurlara göre değişiklik gösterir. Sensöre yaklaşan iletken cismin sensör kısmı ledli gösterge gövde oluşturduğu elektriksel değişiklik op-amp'lı ya da lojik devreler kullanılarak başka bir alıcıyı indüktif yaklaşım anahtarının gövdesi sürebilecek (kontrol bağlantı kabloları devre elemanları ekranlayıcı edebilecek) hâle getirilebilir. Şekil 2: İndüktif yaklaşım Şekil 3: İndüktif yaklaşım anahtarının algılama mesafesi anahtarının iç yapısı İndüktif yaklaşım 124


anahtarı tüm iletken cisimleri algılayabilir. Bu aygıtın algılayıcı kısmı birkaç mikrowatt düzeyinde güce sahip olduğundan çevreye yaydığı yüksek frekanslı elektromanyetik alanın etrafta yer alan başka devrelere zararı olmamaktadır. İndüktif yaklaşım anahtarı şekil 3'te görüldüğü gibi gövde, bağlantı kabloları, devre kartı, ferrit nüveli sargıdan oluşur. 2. Kapasitif yaklaşım anahtarları (sensörleri) Yalıtkan ve metal olmayan cisimleri yakın mesafeden algılayan aygıttır. Gıda, plastik, kimya, inşaat vb. gibi sektörlerde kullanılan otomasyon aygıtlarının kontrol edilmesinde kullanılan bu elemanlar çok önemli görevler yaparlar. Bir kondansatörün elektrik alanına yaklaşan cismin neden olduğu kapasite (sığa) değişikliğinin algılanması esasına göre çalışan bu anahtarların çıkışında başka bir alıcıyı sürebilecek akım gerilim oluşur. Başka bir deyişle, elektromanyetik alan 1: Ko mpanz asyon elekt rodu 2: Etkin elektrot 3: Gövde 4: Topraklama elektrodu içine yaklaşan bir nesnenin yarattığı 0,1 pF'lık küçük kapasite 5: Elektromanyetik alan değişimleri elektronik devreler tarafından algılanarak çıkış Şekil 4: Kapasitif yaklaşım anahtarının yapısı sinyali elde edilir. Sensörün devresinde kullanılan kullanılan kompanzasyon elektrodu kondansatörün değeri öyle bir şekilde seçilmiştir led ayar potansiyometresi gövde ki bir cisim algılama aralığına girdiğinde kapasite hafifçe artış gösterir ve osilasyon koşulu gerçekleşir. Yani osilatör yüksek genlikte salınmaya başlar. İndüktif yaklaşım anahtarlarında olduğu gibi düşük ve yüksek devre toprak salınım genliği arasındaki fark ya da bozulan bağlantı kablosu etkin elektrot elektrodu salınım elektronik devre tarafından Şekil 5: Kapasitif yaklaşım anahtarının parçaları değerlendirilip sayısal (dijital) çıkışa çevrilir. Normal çevre koşullarında ve açık alanda, etkin yüzey üzerinde nem ile toz birikmesi söz konusu olur. Bu nedenle kapasitif yaklaşım anahtarlarında birleştirilmiş iki elektroda ek olarak nemin ya da kirlenmenin oluşturacağı kapasite değişimlerini kompanze etmek (dengelemek) için devreye bir de kompanzasyon elektrodu eklenmektedir. Kapasite değişikliğinin büyüklüğü şu etkenlere bağlıdır: Etkin yüzey önündeki cismin uzaklığı ve konumu Cismin boyutları ve şekli Cismin dielektrik katsayısı Kapasitif yaklaşım anahtarı, plastik, cam, seramik ya da su, yağ gibi maddeleri algılayabilir. Yalıtkan maddenin topraklanmış ya da topraklanmamış olması algılama üzerinde bir değişiklik yapmaz. Sensörün gövdesi üzerinde yer alan bir potansiyometre (trimpot) yardımıyla ince ayar yapılarak belirli cisimleri algılaması sağlanabilir. Dielektrik katsayısına bağlı olarak kapasitif yaklaşım anahtarı iletken olmayan ya da iyi iletken olmayan tüm maddeleri algılayabilir. Belirleyici olan uzaklıktır. Hedef cismin yüzeyinin biçimi önemli değildir. Sensörün harcadığı enerji çok az olduğundan ortaya çıkan statik elektriklenme çevrede bulunan kişi ya da devrelere hiç bir zarar vermez. 125


yük iki biçimde de bağlanabilir


yaklaşım sensörü

-

+ besleme

+ besleme


yük

yük -

a. İki kablolu yaklaşım anahtarı


yük

b. Üç kablolu yaklaşım anahtarı


+ besleme

yük

c. İki kablolu yaklaşım anahtarı

Şekil 6: Kapasitif yaklaşım anahtarının parçaları

3. Yaklaşım anahtarı tipleri Uygulamada iki, üç ya da dört kablolu yaklaşım anahtarları mevcuttur. Şekil 6'da yaklaşım anahtarlarının bağlantı şekilleri verilmiştir. Günümüzde kullanılan otomasyon sistemlerinin önemli bir bölümü PLC (programlanabilir lojik kontrol) aygıtlarıyla kurulmaktadır. Bu aygıtların giriş (input) uçlarına elektronik devreli yaklaşım anahtarları bağlandığı zaman kumanda sistemi çok düzgün çalışmaktadır. Mekanik anahtar, buton, sınır anahtarı gibi giriş birimleri hassas ve hızlı çalışmaya uygun değildir. Şekil 6-a-b-c'de yük alt kısma bağlanırsa sensörün çıkışı lojik 1 olduğunda çalışması söz konusu olur. Yük üst kısma bağlandığında ise çıkış lojik 0 olduğunda yük üzerinden akım geçişi olur.

diyot

diyot

a. Üç kablolu yaklaşım anahtarlarının paralel bağlanması 2-30 adette üç kablolu yaklaşım + besleme anahtarını paralel + + 1. sensör n. sensör + 2. sensör bağlayarak kumanda çıkış çıkış çıkış sistemi kurmak mümkündür. Sensörlerin çıkışlarına bağlanan doğrultmaç diyotları (örneğin 1N4001, 1N4002 gibi) Şekil 7: Üç kablolu yaklaşım anahtarlarının paralel bağlanması sensör çıkışlarının birbirini etkilememesini sağlamaktadır (şekil 7).

diyot

4. Elektronik devreli yaklaşım anahtarlarının seri ya da paralel bağlanması Otomasyon devrelerinin girişine bağlanan yaklaşım anahtarları seri ya da paralel bağlanarak kullanılabilir.

yük

b. Üç kablolu yaklaşım anahtarlarının seri bağlanması Üç kablolu yaklaşım anahtarları seri olarak bağlandığında üzerlerindeki 1-2,5 V’luk gerilim düşümleri toplanır. Bu gerilim düşümünden sonra da yükün sorunsuz olarak çalışması sağlanmalıdır. Ayrıca ilk yaklaşım anahtarı diğer tüm anahtarların çektiği akımı karşılayabilmelidir. Alt kısımdaki yaklaşım anahtarlarının çalışma gerilimleri açılıp kapatıldığı için gecikme zamanının (birkaç 100 ms’ye kadar) söz konusu olacağı göz önüne alınmalıdır. Bu hususlara dikkat edilirse 2-10 adet yaklaşım anahtarı seri bağlanarak otomasyon sistemleri kurulabilir (şekil 8). 126


+ besleme + besleme 1. sensör

+

1. sensör

çıkış -

2. sensör

2. sensör + çıkış -

n. sensör n. sensör

+ çıkış -

yük -

yük -

Şekil 8: Üç kablolu yaklaşım anahtarlarının seri bağlanması

Şekil 9: İki kablolu yaklaşım anahtarlarının seri bağlanması

c. İki kablolu yaklaşım anahtarlarının seri bağlanması Normal olarak iki kablolu yaklaşım anahtarlarının şekil 9'daki gibi seri bağlanması önerilmez. Çünkü yaklaşım anahtarları üzerindeki gerilim toplanarak yük üzerine uygulanan gerilimi azaltır. İndüktif özellikli yükler (röle, bobin vb.) anahtarlandığı zaman faz farkından dolayı sorunlar ortaya çıkabilir. 2-3 adet iki kablolu yaklaşım anahtarı seri bağlanarak kumanda sistemi tasarlanabilir . + besleme 1. sensör n. sensör 2. sensör ç. İki kablolu yaklaşım anahtarlarının paralel bağlanması İki kablolu anahtarlar paralel bağlandığında kaçak akımları toplanır. Kaçak akımların toplamı yük için gerekli olan en az akımın çok yük altında olmalıdır. Ayrıca bir yaklaşım anahtarı anahtarladığında (on-off işlemi) diğer Şekil 10: İki kablolu yaklaşım anahtarlar üzerindeki çalışma gerilimini anahtarlarının paralel bağlanması kaldırır ve bu anahtarlar kendi konumlarını gösteremez. İki kablolu yaklaşım anahtarlarının 2-10 adedini paralel bağlayarak kumanda devresi tasarlamak mümkündür (şekil 10).

5. Elektronik devreli yaklaşım anahtarlarının bazı kullanım alanları Mekanik yapılı sınır anahtarları (limit switch) fiziksel temas olmadan anahtarlama işlemini yapamazlar. Ayrıca bunların çalışma hızı, ömrü, hassasiyeti düşüktür. O nedenle elektronik devreli yaklaşım anahtarlarının uygulama alanı her geçen gün genişlemektedir. 127


a

c

b

ç

e

d

f

g Şekil 11

Şekil 11-a’da üretim bandında borunun gelişi indüktif yaklaşım anahtarı tarafından algılanmaktadır. Şekil 11-b’de dairesel hareketin hızı ya da dönme açısı indüktif yaklaşım anahtarı tarafından algılanmaktadır. Şekil 11-c’te indüktif iki adet yaklaşım anahtarı ile hareketin istenilen aralıkta olması sağlanmaktadır. Şekil 11-ç'de şişelerin metal kapaklarının takılıp takılmadığı indüktif yaklaşım anahtarlarıyla denetlenmektedir. Şekil 11-d'de iki adet kapasitif yaklaşım anahtarıyla silonun (deponun) içindeki yalıtkan maddenin (örneğin buğday) seviyesi ölçülmektedir. Şekil 11-e'de yürüyen bant üzerindeki cam kapasitif yaklaşım anahtarı tarafından algılanmaktadır. Şekil 11-f'de tankın içindeki sıvının seviyesi iki adet kapasitif yaklaşım anahtarıyla denetlenmektedir. Şekil 11-g'de deponun dolup dolmadığı bir adet kapasitif yaklaşım anahtarıyla denetlenmektedir.

128


6. İndüktif yaklaşım anahtarlarının algılama mesafesi Bu tür aygıtların algılama mesafesi cihaz içindeki bobinin boyutuyla orantılıdır. Daha uzak algılama mesafesi için daha büyük boyutlu türler kullanılır. En uygun hedef indüktif sensörün çapına eşit ya da algılama mesafesinin üç katı büyüklükte olmalıdır. Bu ölçütlerden (kriterlerden) en büyük olanı, hedefin büyüklüğ olarak seçilir. Hedef kalınlığı minimum (en az) 1 mm'dir. Kullanım kılavuzlarında verilen algılama mesafesi genellikle yumuşak çelik içindir. Eğer farklı bir nesne algılanacaksa algılama mesafesi "düşürme faktörü" ile çarpılır.

Örnek: İndüktif yaklaşım anahtarının çapı: 18 mm. Algılama mesafesi (Sn): 5 mm ise alüminyum folyo hedefin büyüklüğü en az ne olmalıdır? Çözüm: 3 x algılama mesafesi = 3x5 = 15 mm < 18 mm. Hedef nesne en az 18x18x1 mm boyutlarında olmalıdır. Örnek: İndüktif yaklaşım anahtarının çapı: 18 mm. Algılama mesafesi (Sn): 20 mm ise alüminyum hedefin büyüklüğü en az ne olmalıdır? Çözüm: Gerçek algılama mesafesi = Nominal algılama mesafesi x 0,4 =,8 mm 3 x gerçek algılama mesafesi = 3x8 = 24 mm > 18 mm. Hedef nesne en az 24x24x1 mm boyutlarında olmalıdır. İ. Optik sensörler (algılayıcılar) İndüktif ve kapasitif yaklaşım anahtarlarına ek olarak otomasyon sistemlerinde optik (ışın) esaslı sensörler de yaygın olarak kullanılmaktadır. İndüktif ve kapasitif yaklaşım anahtarları en fazla 10 cm (100 mm) uzaklıktaki nesneleri algılayabilirken optik esaslı algılayıcılarla birkaç metrelik uzaklıktaki nesneler bile algılanabilmektedir. Uygulamada kullanılan optik algılayıcılar üç farklı yapıdadır. Bunlar, karşılıklı yansıtıcılı, yansıtıcılı ve cisimden yansımalı olarak sıralanabilir. verici

alıcı

cisim

Şekil 12

1. Karşılıklı optik algılayıcılar Bu yöntemde verici olarak enfraruj diyot, alıcı kısımda ise fototransistör (ya da fotodiyot) 129


kullanılır. Verici ile alıcı arasına mat ya da yarı mat bir cisim girdiğinde fototransistör kesime gider. Fototransistörün normal gün ışığından etkilenmemesi için mercek koyu renkli bir cam ya da fiberglas ile kapatılır. Şekil 12’de taşıt üretim bandında karşılıklı algılayıcının taşıtı algılayışına ilişkin çizim verilmiştir. prizmatik yansıtıcı

2. Yansıtıcılı (reflektörlü) optik algılayıcılar verici Bu yöntemde verici olarak enfraruj diyot, alıcı kısımda ise fototransistör (ya da fotodiyot) kullanılır. Şekil 13'te görüldüğü gibi vericiden yayılan enfraruj ışınlar yansıtıcı özellikli, prizmatik yüzeyli plakadan geri dönerek alıcı fototransistöre ulaşır. Yansıtıcı olarak düz bir plaka kullanılırsa geriye dönen ışınları fototransistöre ulaştırmak Şekil 13 için çok hassas konumlandırma yapmak gerekir. İşte bu nedenle prizmatik yüzeyli yansıtıcı kullanılarak gelen ışınla aynı doğrultuda dönen ışın elde edilebilir. 3. Cisimden yansımalı optik algılayıcılar Bu tip optik algılayıcılarda verici ve alıcı aynı gövde üzerine monte edilmiştir. Vericinin yaydığı ışınlar cisme çarpıp geri dönerek alıcı devresinin konumunun değişmesini sağlar. Özellikle şeffaf ve pürüzsüz yüzeyli nesnelerin algılanmasında cisimden yansımalı algılayıcılar kullanılmaktadır. Şekil 14'te cisimden yansımalı algılayıcı ile kopan kâğıdın algılanışına ilişkin çizim verilmiştir.

cisim

Şekil 14

130


P 10-100 kW

flamanlı lamba

10 kW-100 kW

J. Endüstriyel elektronikle ilgili temrinler (uygulamalar, deneyler, gözlemler) Uygulama 1: Transistörün anahtar (on-off, aç-kapa elemanı) olarak kullanılmasını sağlayan devre Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. + İşlem basamakları 5-12 V S 1. Devreyi defterinize çiziniz. 220-560 W 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli L bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board (deney tahtası), deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench (Multisim) / Proteus (ISIS) / Circuit Maker vb. yazılımlarından birini NPN kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. BC547 10 kW BC237 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. Sorular Transistörün anahtarlama (on1. Devrenin çalışma ilkesini açıklayınız. off, aç-kapa) elemanı olarak 2. Devreyi PNP tipi transistör kullanarak çiziniz. kullanılmasına ilişkin devre 3. Devrenin baskı devresini (PCB) elle ya da bilgisayar ortamında (Board Maker, Eagle, Proteus/ARES vb. kullanarak) çiziniz. 4. Devrede transistörün beyzine bağlı olan direncin görevi nedir? Yazınız. 5. Ohmmetreyle ledin sağlamlık testi nasıl yapılır? Açıklayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 2: Transistörün ayarlı direnç (akım ve gerilim ayarlayıcı) olarak kullanılmasını sağlayan devre Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. R1 +5-12 V 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3,3kW L 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board (deney tahtası), deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench (Multisim) / Proteus (ISIS) / Circuit Maker vb. T yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında BC547 S oluşturunuz. R2 1 kW 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. Sorular Transistörün ayarlı direnç 1. Devrenin çalışma ilkesini açıklayınız. olarak kullanılması 2. Devreyi PNP tipi transistör kullanarak çiziniz. 3. Devrenin baskı devresini (PCB) elle ya da bilgisayar ortamında (Board Maker, Eagle, Proteus/ARES vb. kullanarak) çiziniz. 4. Devrede transistörün beyzine bağlı olan ayarlı direncin (potun) görevi nedir? Yazınız. 5. Transistörün ohmmetreyle sağlamlık testi nasıl yapılır? Açıklayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 3: 7812 adlı regülatör entegresiyle yapılmış +12 V çıkışlı DC güç kaynağı devresi Amaç: DC güç kaynağı devreleriyle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. 131


7812

çıkış +12 V

4x1N4001

+ -

C3 100 nF

şase C2 100 nF

AC 12 V

C 470-1000 m F

trafo (220/12V/4-10 W)

AC 220 V

giriş

-

7812'li +12 V sabit çıkışlı güç kaynağı devresi

132


+5-12 V

220-560 W

BC547

P=10-470 k

R1=1-33 k

İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board (deney tahtası), deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench (Multisim) / Proteus (ISIS) / Circuit Maker vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devrede kullanılan 7812 adlı regülatör entegresinin özelliklerini temel elektronik kitabına bakarak öğreniniz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Devrede kullanılan kondansatörün görevi nedir? Açıklayınız. 2. Köprü diyodun sağlamlık testinin ohmmetreyle nasıl yapıldığını açıklayınız. 3. Zener diyot nedir? Açıklayınız. 4. Transistörün ohmmetreyle tipi nasıl tespit edilir? Açıklayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 4: Transistör ve NTC'li sıcakta çalışan devre Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. Devrenin çalışma ilkesi: Ortam sıcaklığı arttığında NTC'nin direnci azalır. NTC'den geçen akımın artması pot üzerinde oluşan gerilimi artırır. Pot üzerinde oluşan gerilim NPN transistörü sürer ve led yanar. Ortam soğuduğunda NTC'nin direnci yükselir, transistör kesime gider. Pot ile devrenin sıcaklığı algılama hassasiyeti ayarlanabilir. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board (deney tahtası) ya da deney seti üzerine kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. NTC L 5. Devreyi sökünüz. 1-10 k -T Sorular 1. Devreyi PNP tipi transistör kullanarak çiziniz. 3. NTC nedir? Açıklayınız. NPN 4. Devrede ledin önüne bağlı olan direncin görevi nedir? Yazınız. 5. Ohmmetreyle NTC'nin sağlamlık testi nasıl yapılır? Transistör ve NTC'li sıcakta çalışan devre Açıklayınız.

133


+5-12 V

BC547

220-560 W

R1 = 1-10 k

P = 10-470 k

Uygulama 5: Transistör ve PTC'li sıcakta çalışan devre Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. Devrenin çalışma ilkesi: Ortam sıcaklığı arttığında PTC'nin direnci yükselir. Direncin yükselmesi bu eleman üzerinde oluşan gerilimi de artırır. PTC üzerinde oluşan gerilim NPN transistörü sürer ve led yanar. Ortam soğuduğunda PTC'nin direnci azalır, transistör kesime gider. Pot ile devrenin sıcaklığı algılama hassasiyeti ayarlanabilir. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. L 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board (deney tahtası) ya da deney seti üzerine kurunuz. PTC 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. NPN 1-10 k 5. Devreyi sökünüz. +T Sorular 1. PTC nedir? Açıklayınız. Transistör ve PTC'li 2. Devrede kullanılan ayarlı direncin görevi nedir? Yazınız. sıcakta çalışan devre 3. Ohmmetreyle PTC'nin sağlamlık testi nasıl yapılır? Açıklayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 6: Ledin AC 220 V ile çalıştırılabilmesini sağlayan devre Amaç: Ledin çeşitli gerilim değerlerinde çalıştırılabilmesiyle ilgili bilgi beceri kazanmak. Devreyle ilgili ön bilgi: Devrede kullanılan sabit direnç gerilim bölme işlemi yapar. Başka bir deyişle 220 V'luk gerilimin yaklaşık 218 V'u direnç üzerinde, 2 V'luk kısmı ise led üzerinde düşer. Lede ters paralel bağlı 1N4007 (1000 V, 1 A) adlı doğrultmaç diyodu negatif alternansların led üzerinden değil kendü üzerinden geçmesini sağlayarak ledin bozulmasını önler. Lede seri bağlanması gereken direnci değeri, Rö = (Vşebeke - Vled) / Iled denklemiyle hesaplanabilir. Denklemde Iled akımı değeri 0,01 A (10 mA), Vled gerilim değeri 1,5-2,2 V arasında bir değer alınabilir. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board (deney tahtası), deney seti üzerine Ledin AC 220 V ile kurunuz. Ya da Electronic Workbench (Multisim) / Proteus (ISIS) / çalıştırılabilmesini sağlayan devre Circuit Maker vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Ohmmetreyle doğrultmaç diyodunun sağlamlık testi nasıl yapılır? Açıklayınız. 2. Doğru akım ve alternatif akım kavramlarını açıklayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 7: İki transistör ve NTC'li (kaskad bağlantılı) soğukta çalışan devre Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz.

+

BC547

P=10-470 k

R1=10-33 k

+2-3 V

2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde +12 V çalıştırınız. R3 5. Devreyi sökünüz. 1 kW Sorular NTC 1. Devrenin çalışma ilkesini açıklayınız. -T 1-10 kW R2 2. Devreyi PNP tipi transistörler kullanarak L 1-10 kW çiziniz. 1-10 kW T2 _____________________________________________________________________ R1 A Uygulama 8: LDR'li ışıkta çalışan BC547 devre T Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve 1 beceri kazanmak. P BC547 İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 10-100 kW 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. İki transistör ve NTC'li soğukta çalışan devre 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. LDR Sorular LDR led L 1. Devrenin çalışma L ilkesini açıklayınız. 2. Devreyi PNP tipi R1 transistör kullanarak çiziniz. NPN 3. Ohmmetreyle NPN LDR'nin sağlamlık testi P nasıl yapılır? Açıklayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 9: İki transistör ve LDR'li LDR'li ışıkta çalışan devre (kaskad bağlantılı) karanlıkta çalışan devre Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve +12 V beceri kazanmak. R3 1k İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 10 k led R2 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 10 k A T2 R1 5. Devreyi sökünüz. T1 Sorular BC547 1. Devrenin çalışma ilkesini açıklayınız. P BC547 _____________________________________________________________________ 100 k

Kaskad bağlantılı karanlıkta çalışan devre

134


Uygulama 10: Darlington bağlantılı karanlıkta çalışan devre Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Devrenin çalışma ilkesini açıklayınız.

+12 V 470 k

P röle

1N4001

R 33 k

T1 T2 2x BC547

Darlington bağlantılı karanlıkta çalışan devre

_____________________________________________________________________ Uygulama 11: Fototransistörlü ışığa duyarlı devre Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. + 9-12 V 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde BPW14 ya da herhangi bir çalıştırınız. fototransistör 5. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Devrenin çalışma ilkesini açıklayınız. 100 k-470 k 2. Fotodiyot nedir? Açıklayınız. 3. Fotopil nedir? Açıklayınız. Fototransistörlü basit ışığa duyarlı devre 4. Ohmmetreyle fototransistörün sağlamlık testi nasıl yapılır? Açıklayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 12: Optokuplörlü kumanda devresi Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. Devrenin çalışma ilkesi: Optokuplörler elektronik devrelerde (TV, PLC cihazı, bilgisayar vb.) yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu elemanların sağladığı en önemli avantaj iki ayrı devreyi birbirinden elektriksel olarak yalıtmasıdır. Yani kumanda devresi, güç devresinden hiç etkilenmez. Kumanda devresinde ortaya çıkan elektriksel değişiklikler ışığa dönüşür ve güç devresini kontrol eden ışık algılayıcı elemanı sürer. Verilen devrede S anahtarı kapatıldığında enfraruj diyot ışın yayar. Bu ışınlar fototransistörü sürer. İletime geçen fototransistör ise BC547'yi tetikleyerek rölenin çalışmasını sağlar. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. 135


1N4001

Sorular +5-12 V 1. Optokuplör (optik bağlaç) +5-12 V nedir? Açıklayınız. S TIL111 2. Optointerraptır (yarıklı ya da optik bağlaç) nedir? 220 W 4N25 Açıklayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 13: Kopmayla L NPN çalışan alarm devresi Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri 10-33 k BC547 kazanmak. Devrenin çalışma ilkesi: Optokuplörlü kumanda devresi Devrede ince tel kopartıldığı zaman T1’in kolektöründen geçen akım T2’nin A +12 V beyzinden geçmeye başlar ve T2 iletime geçerek röleyi çalıştırır. Röle kontağını kapattığı zaman ince tel alarm çalışmaya başlar. İşlem basamakları zil BC547 1. Devreyi defterinize çiziniz. 12 V 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. BC308 T 3. Devreyi kurunuz. 10 k T 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 10 k 5. Devreyi sökünüz. Sorular Kopmayla çalışan alarm devresi 1. Röleye ters paralel bağlanan diyodun görevi nedir? Açıklayınız. 2. Transistörlerde beta (b) akım kazancı nedir? Açıklayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 14: Hırsız alarm devresi Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. Devrenin çalışma ilkesi: Yandaki şekilde verilen devrede ince tel kopuk değilken T1 iletimdedir. T1 iletimdeyken T2 transistörünün E-B uçları arasında oluşan gerilim çok düşüktür. Bu nedenle PNP tipi T2 transistörü kesimde kalır. Başka bir deyişle T1 iletimdeyken T2'nin EB ekleminden akım geçmez. Penceredeki ince tel kopunca +12 V T1 kesime gider. T1'in kesim olmasıyla birlikte T2'nin E-B ekleminden küçük değerli bir 10-47 k polarma akımı geçmeye başlar ve pencerenin iç kısmına T2 iletim olur. T2 iletim olunca bağlanmış ince tel T1 röle çeker, led söner, siren NPN çalmaya başlar. Devrenin 12 V'luk T2 beslemesi kesilene kadar sirenin PNP çalması devam eder. İşlem basamakları 10-47 k 1. Devreyi defterinize çiziniz. siren 2. Devrede kullanılan elemanları Hırsız alarm devresi temin ediniz. 1

220-1000 W

2

136


3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Röleye ters paralel bağlanan diyodun görevi nedir? Açıklayınız. 2. Transistörlerde beta (b) akım kazancı nedir? Açıklayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 15: Dokunmayla çalışan röle devresi Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. Devrenin çalışma ilkesi: Dokunma uçlarına parmak değdirildiğinde T1, T2 ve T3 iletime geçerek röleyi çalıştırır. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. Dokunmayla çalışan röle devresi 5. Devreyi sökünüz. _____________________________________________________________________ Uygulama 16: Transistörlü DC motor hız kontrol devresi Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri +3-12 V kazanmak. Devrenin çalışma ilkesi: Devrede potun değeri değiştirildikçe transistörün beyzine giden akım değişir. Buna bağlı olarak DC beslemeli mini motorun devir sayısı artar ya da azalır. İşlem basamakları BC237 BC547 10-470 k 1. Devreyi defterinize çiziniz. BD135 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. Transistörlü, DC motor 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. hız kontrol devresi 5. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Sabit mıknatıslı DC beslemeli mini motorların yapısını ve çalışmasını açıklayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 17: Optokuplör tetiklemeli transistörlü devre Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. Devrenin çalışma ilkesi: Devrede S anahtarı kapatılınca optokuplörün fototransistörü iletime geçer. T1 kesim, T2 iletim olur. Röle çeker ve lamba yanar. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz.

137


+12 V

1N4001 S

1-10 k

1-10 k BC547

220-470 W

1-10 k 1-10 k

BC547

4N25 Optokuplör ile tetiklemeli transistörlü devre

B

+

+2-3 V

Uygulama 18: Bir süre çalışıp duran led (turn-off zaman rölesi) devresi Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. L L

B

138


1N4001

BC547

100 k

470 mF

BC547

Dev renin çalışma P = 10-470 k R1 ilkesi: B'ye basıldığında C şarj olur. C'nin gerilimi NPN NPN P C transistörü tetikler. İletime C = 10-1000 mF geçen transistör ledi yakar. Bir süre sonra C Bir süre çalışıp duran led (turn-off zaman rölesi) boşalacağından transistör kesime gider ve led söner. Devre 2-3 V ile çalışır. 9 V ile besleme yapılacağı zaman lede seri olarak 220-1000 ohmluk direnç bağlanmalıdır. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. Ya da Electronic Workbench (Multisim) / Proteus (ISIS) / Circuit Maker vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Devrenin çalışma ilkesini açıklayınız. 2. Devreyi PNP tipi transistör kullanarak çiziniz. 3. Devredeki potun görevi nedir? Yazınız. L 1N4001 B 60 W 4. R-C zaman sabitesi nedir? C1 Açıklayınız. _____________________________________________________________________ 0 220/12 V Uygulama 19: Tek transistörlü 4W R 10 k C2 merdiven ışık otomatiği devresi trafo B 470 mF Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili L 6/25 A bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 0 R 1. Devreyi defterinize çiziniz. Tek transistörlü merdiven ışık otomatiği devresi R1 = 1-10 k

10-470 kW

1N4001

2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. Ya da Electronic Workbench (Multisim) / Proteus (ISIS) / Circuit Maker vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Devrenin çalışma ilkesini açıklayınız. 2. Devredeki potun görevi nedir? Yazınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 20: Tek transistörlü turn-on tipi (alıcıyı bir süre sonra çalıştıran) zaman rölesi devresi Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve 5,6-47 kW beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. L 3. Devreyi kurunuz. Ya da Electronic WorkAC ya da DC 10-470 kW bench / Proteus (ISIS) / Circuit Maker vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar BC547 ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. 10-1000 mF/16 V Sorular 1. Devrenin çalışma ilkesini açıklayınız. Tek transistörlü turn-on tipi zaman rölesi 2. Devredeki potun görevi nedir? Yazınız. 3. Devredeki butonun (B) görevi nedir? Yazınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 21: Tek transistörlü turn-off tipi (alıcıyı bir süre çalıştırıp durduran) zaman rölesi devresi Not: Verilen devre 18. uygulamayla aynı +12 V özelliktedir. Tek fark, bu uygulamada röle kullanılmış olmasıdır. Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi B ve beceri kazanmak. L İşlem basamakları 5,6-47 kW AC ya da DC 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin R BC547 ediniz. 3. Devreyi kurunuz. Ya da Electronic 10-1000 mF/16 V Workbench / Proteus (ISIS) / Circuit Maker vb. yazılımlarından birini kullanarak Tek transistörlü turn-off tipi zaman rölesi bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Devrenin çalışma ilkesini açıklayınız.

139


140


10-22 kW

10-1000 mF/16 V

1 kW

10-470 kW

10-22 kW

100 k-470 k

Uygulama 22: Darlington bağlantılı, uzun zaman 1 k-10 k gecikmeli turn-on tipi zaman rölesi devresi L 220 V Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. T1 İşlem basamakları T2 1. Devreyi defterinize çiziniz. 47 k-470 k BC547 2. Devrede kullanılan elemanları BC547 temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) / Circuit Maker vb. yazılımlarından Darlington bağlantılı, uzun zaman gecikmeli turn-on tipi zaman rölesi devresi birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Devrenin çalışma ilkesini açıklayınız. ___________________________________________________________________ Uygulama 23: İki transistörlü kaskad bağlantılı turn-off tipi zaman rölesi Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi +12 V ve beceri kazanmak. Devrenin çalışma ilkesi: Devrede B'ye R2 R4 B basılınca C dolar ve T1'i tetikler. T1'in iletime geçmesiyle R3 direnci üzerinde bir gerilim BC547 10 kW oluşur. R3'te oluşan gerilim T2 transistörünü T1 sürerek ledi çalıştırır. C boşalınca T1 ve T2 T2 R1 kesime gider, led söner. BC547 İşlem basamakları R3 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. İki transistörlü kaskad bağlantılı 3. Devreyi kurunuz. Ya da Electronic turn-off tipi zaman rölesi Workbench / Proteus (ISIS) / Circuit Maker vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. ___________________________________________________________________ Uygulama 24: Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turn-off tipi zaman rölesi devresi - I Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. Devrenin çalışma ilkesi: Devrede B'ye basıldığında kondansatör (C) boşalır ve yeniden dolmaya başlar. Bu sırada P ve R1 üzerinde oluşan polarma gerilimi T1 transistörünü sürer. İletime geçen T1 ise T2'yi sürer ve röle çalışır. Kondansatör tam olarak dolunca akım çekmez. Kondansatörün akım çekmemesi nedeniyle P ve R1 üzerinde gerilim düşümü olmaz ve transistörler kesime gider. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz.

B

P

R1

bağlantılı uzun zaman gecikmeli turn-off tipi zaman rölesi devresi - II

R2 1 MW

1N4001

10-1000 mF/16 V

+12 V

10-470 kW

2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) / Circuit Maker vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. ___________________________________________________________________ Uygulama 26: Darlington

L T1

BC547 BC547

T2

10-22 kW

Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli turn-off tipi zaman rölesi devresi - I

10-470 kW

Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. Dev renin çalışm a ilkesi: Devrede B'ye basıldığında kondansatör (C) dolar. Butondan elimizi L 1N4001 220 V çektiğimizde C'nin üzerinde biriken elektrik yükünün akımı R direncinden T1 geçerek T1 ve T2 transistörünü tetikler. İletime geçen T2 transistörü röleyi 100 k-500 k T2 BC547 çalıştırır. Bir süre sonra kondansatör BC547 plakalarındaki elektrik yükü 100-470 mF biteceğinden transistörler kesime gider, röle ilk konumuna döner ve lamba söner. Darlington bağlantılı uzun zaman gecikmeli Devrede T1 transistörünün beyzine turn-off tipi zaman rölesi devresi - II bağlanan direncin değeri çok büyük olduğundan beyz ucu çok küçük bir akım çeker. Bu sayede kondansatör çok uzun sürede boşalır. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) / Circuit Maker vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. ___________________________________________________________________ Uygulama 27: Schmitt trigger (tetiklemeli) bağlantılı turn-off tipi zaman rölesi devresi Ön bilgi: Transistörlerin schmitt tetiklemeli bağlanması kısaca şöyle açıklanabilir: Rölelere uygulanan gerilim hemen sıfır ya da maksimum değere ulaşmazsa, rölenin bobininin oluşturduğu mıknatıslık yetersiz olacağından, kontaklar titreşir. İşte bu durum röleli devrelerde hiç istenmez. Çünkü titreşim şerareye (kıvılcım) sebep olarak rölenin kontaklarının çabuk bozulmasına neden olur. Röle kontaklarındaki titreşimi en az değere indirmek için transistörler schmitt (şimit) tetiklemeli olarak bağlanır. Devrenin çalışma ilkesi: Yandaki şekilde verilen devreye enerji uygulandığında C henüz boş olduğundan T1 kesimdedir. Dolayısıyla T1'in kolektör ucundaki (A noktası) gerilimin değeri 141


1,8 kW

390 W

1N4001

33-47 W

33 W

10-470 mF

10-470 kW

270 W

10-33kW

şaseye göre maksimum +12 V seviyededir. Bundan dolayı T2 R1 R2 hemen iletime geçerek röleyi sürer ve alıcı çalışır. R1 ve pot A üzerinden şarj olmaya başlayan R4 R3 P C, bir süre sonra dolarak T1’i L iletime sokar. İletime giren T1 ’in kolektöründeki (A BC547 BC547 T1 noktası) gerilim azalırken T2 emiterine bağlı olan R 3 B C direncinde (B noktası) düşen B R5 R6 gerilim yükselir. Bu da T 2 transistörünün (iki elektriksel Schmitt tetiklemeli turn-off tipi zaman rölesi devresi etki sebebiyle) hızlıca kesime gitmesine neden olur. Şöyle ki; I. T1'in kolektöründeki gerilim düşerek T2'yi kesime götürür. II. T1 ve T2’nin emiterlerinin bağlı olduğu R5 direncinde oluşan gerilim, T2'nin beyz akımını azaltıcı etki yapar. (Negatif geri besleme) Devrede bulunan B butonuna basılacak olursa C boşalacağından, T1 hemen kesime gider. Bu da T1'in kolektör (A noktası) geriliminin yükselmesine neden olarak T2'yi iletime sokar. Sonuç olarak schmitt tetikleme yöntemi, rölenin çok hızlı olarak iletim ya da kesime gitmesini sağlar. Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) / Circuit Maker vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. ___________________________________________________________________ Uygulama 28: Transistörlü kararsız multivibratör (flip-flop) devresi Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 22 k 22 k k k 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. Q Q 5. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Devrenin çalışma ilkesini NPN NPN açıklayınız. 2. Devreyi PNP tipi transistör kullanarak çiziniz. 3. Devrenin baskı devresini (PCB) Kararsız multivibratör (flip-flop) devresi 142


+5-12 V

İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz.

5,6-22 k

2,2 k

Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak.

4,7-22 k

elle ya da bilgisayar ortamında (Board Maker, Eagle, Proteus/ARES vb. kullanarak) çiziniz. _____________________________________________________________________ Uygulama 29: Transistörlü tek kararlı (monostable) multivibratör (flip-flop) devresi

BC547

BC547 1k Tek kararlı multivibratör

Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz.

flamanlı lamba

flamanlı lamba

+5-12 V

Sorular 1. Devrenin çalışma ilkesini açıklayınız. 2. Devreyi PNP tipi transistör kullanarak çiziniz. 3. Devrenin baskı devresini (PCB) elle ya da bilgisayar ortamında (Board Maker, Eagle, Proteus/ARES vb. kullanarak) çiziniz. _____________________________________________________________________ Uygulama 30: Transistörlü iki kararlı (bistable) multivibratör (flip-flop) devresi

1,5 k 4,7 k

S

1k

R

1k

İki kararlı multivibratör devresi

Sorular 1. Devrenin çalışma ilkesini açıklayınız.

_____________________________________________________________________ Uygulama 31: Alıcıyı aralıklı olarak çalıştıran devre Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 143


4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. ____________________________________________________________________ Uygulama 32: İki renkli ledli flip-flop devresi Amaç: Transistörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan Alıcıyı elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. _____________________________________________________________________ Uygulama 33: 555 entegreli turnoff tipi zaman rölesi devresi

aralıklı (periyodik) olarak çalıştıran devre

+3-12 V

Amaç: Entegreli devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz.

İki renkli ledli flip flop devresi

10-100 k

_____________________________________________________________________ Uygulama 34: 555 entegreli periyodik olarak çalışan röle devresi

555

10-100 mF

C

Amaç: Entegreli devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 144


555 entegreli turn-off tipi zaman rölesi devresi

5. Devreyi sökünüz. _____________________________________________________________________ Uygulama 35: 555 entegreli flip-flop devresi

220 kW

Amaç: Entegreli devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak.

470 kW

1N4001

İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. _____________________________________________________________________ Uygulama 36: 555 entegreli ışıkta ses üreten devre

+12 V

L 3

12-220 V

555

10 mF

-

555 entegreli periyodik olarak çalışan röle devresi

+5-12 V

Devrenin çalışma ilkesi: Ortam aydınlandığında devre ses üretmeye başlar. Devrenin ışığa karşı hassasiyeti pot ile ayarlanabilir. Pot ile LDR'nin yeri değiştirilecek olursa karanlıkta ses üreten devre yapılmış olur. Amaç: Entegreli devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 555 entegreli flip-flop devresi 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. _____________________________________________________________________ Uygulama 37: 555 entegreli ses üreteci (siren) devresi Amaç: Entegreli devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. Devrenin çalışma ilkesi: Devrenin ürettiği sesin tonu R1, R2 ya da C'nin değeri +5-12 V +5-12 V

2,2k

33 W/1 W 33 k

33 k

10 k

33 W/1 W 8W 0,5 W

8W 0,5 W

555 22 k

555

-

555'li ışıkta ses üreten devre

555 entegreli ses üreteci devresi

145


değiştirilerek ayarlanabilir.

+5-12 V L

İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. _____________________________________________________________________

B 1k BF245 100 k

1M 470 mF

100 k

BC547

S

10 k

JFET’li turn-off tipi zamanlayıcı devresi

Uygulama 38: JFET'li turn-off tipi zamanlayıcı devresi Devrenin çalışma ilkesi: Devrede B’ye basılınca C dolar. C’nin üzerinde biriken yükün gerilimi JFET’in G ucunu polarır. JFET’in S ucuna bağlı direnç üzerinde oluşan gerilim ve G ucuna gelen gerilim bu elemanı iletime sokar. JFET iletime geçtiğinde 10 k’lık RS direnci üzerinde oluşan gerilim transistörü iletime sokar ve led çalışır. JFET’in G ucu akım çekmediği için C üzerindeki elektrik yükü pot ve direnç üzerinden uzun sürede boşalır. C boşaldığında JFET ve transistör kesime gider led söner. Not: JFET'ler hassas yapılı olduğundan hatalı bağlantı durumunda kolay bozulurlar. Ayrıca bu elemanlarla yapılan deneylerde doğru sonuçları almak güçtür. O nedenle JFET ve MOSFET'li deneylerin bilgisayar ortamında Electronic Workbench (Multisim) ya da Proteus (ISIS) ile yapılması daha verimli olmaktadır. Amaç: JFET'li devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board (deney tahtası), deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench (Multisim) / Proteus (ISIS) / Circuit Maker vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. Sorular 1. JFET nedir? açıklayınız. 2. N kanallı JFET'in yarı iletken iç yapısını çiziniz. _____________________________________________________________________ Uygulama 39: JFET'li S ucu şase yükselteç devresi Ön bilgi: Devre girişine uygulanan 1 mV, 10 kHz’lik sinüsoidal biçimli sinyali yükseltmiş ve 180° ters çevirmiştir. Amaç: JFET'li devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. JFET’li S ucu şase (ortak) yükselteç devresi 146


İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board (deney tahtası), deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench (Multisim) / Proteus (ISIS) / Circuit Maker vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. Not: JFET'ler hassas yapılı olduğundan hatalı bağlantı durumunda kolay bozulurlar. Ayrıca bu elemanlarla yapılan deneylerde doğru sonuçları almak güçtür. O nedenle JFET ve MOSFET'li deneylerin bilgisayar ortamında Electronic Workbench (Multisim) ya da Proteus (ISIS) ile yapılması daha verimli olmaktadır. Sorular 1. JFET'li S ucu şase yükselteç devresini çalışma ilkesini açıklayınız. 2. P kanallı JFET'in yarı iletken iç yapısını çiziniz. _____________________________________________________________________ BF245 Uygulama 40: N kanal JFET'li G ucu şase yükselteç devresi Ön bilgi: Şekil 1’de verilen basit yükselteç devresinin girişine 1 mV, 10 kHz’lik bir AC + giriş sinyali uygulandığında çıkıştan aynı fazlı AC sinyal alınır. Amaç: JFET'li devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin N tipi JFET'li G ucu şase yükselteç devresinin EWB (Electronic Workbench) yazılımıyla yapılışı ve ediniz. devrenin giriş-çıkış sinyallerinin osilaskoptaki şekli 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board (deney tahtası), deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench (Multisim) / Proteus (ISIS) / Circuit Maker vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. Not: JFET'ler hassas yapılı olduğundan hatalı bağlantı durumunda kolay bozulurlar. Ayrıca bu elemanlarla yapılan deneylerde doğru sonuçları almak güçtür. O nedenle JFET ve MOSFET'li deneylerin bilgisayar ortamında Electronic Workbench (Multisim) ya da Proteus (ISIS) ile yapılması daha verimli olmaktadır. Sorular 1. N kanal JFET'li G ucu şase yükselteç devresini çalışma ilkesini açıklayınız. 2. JFET'lerin G ucuna niçin ters polarma uygulanır? Açıklayınız. 3. JFET'in beş özelliğini yazınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 41: N kanal JFET'li D ucu şase yükselteç devresi Ön bilgi: Devre girişine uygulanan 1 mV, 10 kHz’lik sinüsoidal biçimli sinyali faz çevirme yapmadan çıkışa aktarır. D ucu şase yükselteçler uygulamada S izleyici olarak da adlandırılır ve empedans uygunlaştırma amacıyla kullanılır. 147


Amaç: JFET'li devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board (deney tahtası), deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) / Circuit Maker vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde N kanal JFET’li D ucu şase yükselteç devresi çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. Sorular 1. JFET'in G ucu neden akım çekmez? Açıklayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 42: Azaltan tip, N kanal MOSFET'li S ucu şase yükselteç devresi Ön bilgi: Devre girişine girişine uygulanan sinüsoidal biçimli (1 mV, 10 kHz) sinyali yükseltir ve 180° ters çevirir. MOSFET’lerin drain (D), source (S), gate (G) ve substrate (SS) olmak üzere dört ayağı (terminali) vardır. SS ucu S ucuna bağlandığı zaman MOSFET JFET gibi davranır. JFET’lerle yapılabilen tüm devreler MOSFET’lerle de yapılabilir. Amaç: MOSFET'li devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli Azaltan tip, N kanal MOSFET’li S ucu şase yükselteç devresi pertinaks / delikli bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board (deney tahtası), deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) / Circuit Maker vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. Sorular 1. MOSFET nedir? Açıklayınız. 2. Azaltan kanallı MOSFET'in çalışmasını iç yapısının şeklini çizerek açıklayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 43: Orta uçlu trafolu ve köprü diyotlu, simetrik çıkışlı DC güç kaynağı devresi Ön bilgi: Op-ampların beslemesi pozitif (+) ya da simetrik (±) çıkışlı bir DC güç kaynağıyla yapılabilir. Op-amplı basit devrelerde pozitif çıkışlı bir kaynak yeterli olur. Ancak "gerilim 148


AC 2x12 V

2x12 V

izleyici, "faz çeviren yükselteç", "faz +12 V çevirmeyen yükselteç" vb. gibi uygulamaların doğru çalışabilmesi için simetrik çıkışlı kaynağa 1N4001 gerek vardır. 220 V 470-1000 mF Amaç: Simetrik çıkışlı güç kaynağı devreleriyle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. 0 İşlem basamakları 470-1000 mF 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. -12 V 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde ±12 V simetrik çıkışlı güç kaynağı devresi çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Trafonun çalışma ilkesini açıklayınız. 2. Trafonun girişine DC 220 V uygularsak çıkıştan hiç bir gerilim alamayız. Bunun sebebini açıklayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 44: Orta uçlu trafolu, köprü diyotlu, 78xx ve 79xx regülatör entegreli, simetrik çıkışlı DC güç kaynağı devresi Ön bilgi: 78xx ve 79xx regülatör entegreli çıkışa sabit (değeri değişmeyen) DC 1N4001 gönderirler. Bu sayede giriş gerilimindeki değişimler alıcıyı etkileyemez. Günümüzde üretilen endüstriyel amaçlı cihazların hemen 7812 hemen tümünde regülatör entegreli güç kaynağı vardır. 1000 m F/25 V Amaç: Simetrik çıkışlı güç kaynağı devreleriyle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1000 m F/25 V 7912 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ±12 V simetrik çıkışlı, regüleli güç kaynağı devresi ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. _____________________________________________________________________ Uygulama 45: Orta uçlu trafolu, köprü diyotlu, LM317 ve LM337 regülatör entegreli, simetrik çıkışlı, ayarlı DC güç kaynağı devresi Ön bilgi: Verilen devrede çıkış geriliminin değeri istenilen seviyeye ayarlanabilir. Amaç: Simetrik çıkışlı güç kaynağı devreleriyle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 149


giriş 5-32 V

Devrenin girişine uygulama 43'te görülen simetrik çıkışlı güç kaynağı devresi bağlanmalıdır.

1000 m F 50 V

LM317

çıkış

ayar

270 W

5-10 k

stereo (iki yollu) pot

LM317T

1: giriş 3: çıkış A: ayar

5-10 k

1000 m F 50 V 5-32 V

giriş

270 W ayar

LM337

çıkış

±1,2-32 V ayarlı çıkışlı, regüleli güç kaynağı devresi

4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. _____________________________________________________________________ sinyal jeneratörü

Uygulama 46: Op-amplı gerilim Vçkş izleyici devresi Amaç: Op-amplarla ilgili bilgi ve beceri Vgrş kazanmak. İşlem basamakları Op-amplı gerilim izleyici devresi 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre bread board (deney tahtası) veya deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. Not: Op-amplar hassas yapılı olduğundan hatalı bağlantı durumunda kolay bozulurlar. Ayrıca bu elemanlarla yapılan deneylerde doğru sonuçları almak güçtür. O nedenle op-amp deneylerinin bilgisayar ortamında Electronic Workbench ya da Proteus (ISIS) ile yapılması daha verimli olmaktadır. Sorular 1. Op-amp nedir? Tanımını yazınız. 2. Op-ampın giriş uçlarının özelliklerini yazınız. 3. Gerilim izleyici ne amaçla kullanılır? Açıklayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 47: Op-amplı faz çeviren yükselteç devresi Amaç: Op-amplarla ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre bread board (deney tahtası) veya deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Vgrş gerilimini AC 10 mV, AC 100 mV, AC 1 V değerlerine ayarladıktan sonra çıkış geriliminin kaç volt olduğunu dijital AVOmetre kullanarak ölçünüz. 150


6. Girişteki AC güç kaynağını (sinyal Not: x noktasındaki V gerilimi V olarak kabul edilir. Bu jeneratörünü) sökerek bir DC güç kaynağı 0noktaya zahîrî toprak da denir. bağlayınız. Vgrş gerilimini DC 10 mV, DC 100 mV, DC 1 V değerlerine ayarladıktan sonra Vçkş çıkış geriliminin kaç volt olduğunu dijital x AVOmetre kullanarak ölçünüz. Vgrş 7. Rgb direncinin değerini 10 k yaptıktan sonra çıkış gerilimini tekrar ölçünüz. 8. Rgb direncinin değerini 10 k yaptıktan sonra çıkış gerilimini tekrar ölçünüz. Op-amplı faz çeviren yükselteç devresi 9. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Op-ampın çıkış ucunun özelliklerini yazınız. 2. Faz çeviren yükselteç ne amaçla kullanılır? Açıklayınız. 3. Rgb = 22 k, R1 = 10 k ise op-ampın kazancı nedir? Hesaplayınız. 4. Rgb = 22 k, R1 = 10 k, Vgrş = 2 V ise op-ampın çıkış gerilimi nedir? Hesaplayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 48: Op-amplı faz çevirmeyen yükselteç devresi Amaç: Op-amplarla ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre bread board Vçkş Vgrş (deney tahtası) veya deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. Op-amplı faz çevirmeyen yükselteç devresi 5. Vgrş gerilimini AC 10 mV, AC 100 mV, AC 1 V değerlerine ayarladıktan sonra çıkış geriliminin kaç volt olduğunu dijital AVOmetre kullanarak ölçünüz. 6. Girişteki AC güç kaynağını (sinyal jeneratörünü) sökerek bir DC güç kaynağı bağlayınız. Vgrş gerilimini DC 10 mV, DC 100 mV, DC 1 V değerlerine ayarladıktan sonra çıkış geriliminin kaç volt olduğunu dijital AVOmetre kullanarak ölçünüz. 7. Rgb direncinin değerini 10 k yaptıktan sonra çıkış gerilimini tekrar ölçünüz. 8. Rgb direncinin değerini 10 k yaptıktan sonra çıkış gerilimini tekrar ölçünüz. 9. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Faz çevirmeyen yükselteç ne amaçla kullanılır? Açıklayınız. 3. Rgb = 33 k, R1 = 10 k ise op-ampın kazancı nedir? Hesaplayınız. 4. Rgb = 33 k, R1 = 10 k, Vgrş = 2 V ise op-ampın çıkış gerilimi nedir? Hesaplayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 49: Op-amplı faz çeviren toplayıcı yükselteç devresi Amaç: Op-amplarla ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. sinyal jeneratörü

x

151


3. Devreyi okul imkânlarına göre bread board (deney tahtası) veya deney seti üzerine kurunuz. R3 Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar R4 ortamında oluşturunuz. Vçkş x 4. Devreyi öğretmenin denetiminde Vg1 çalıştırınız. 5. Devreyi bilgisayar ortamında Vg2 R5 oluşturduysanız R3, R4, R5 dirençlerini iptal ederek girişlere pil bağlayabilirsiniz Op-amplı faz çeviren toplayıcı yükselteç devresi 6. Vg1 ve Vg2 gerilimini ölçtükten sonra Vçkş geriliminin kaç olması gerektiğini önce hesaplayınız. Sonra dijital AVOmetreyle ölçünüz. 7. Rgb direncinin değerini değiştirerek çıkış geriliminin değişip değişmediğini gözlemleyiniz. 8. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Rgb = 22 k, R1 = 10, R1 = 3,3 k, Vg1 = 1 V, Vg2 = 2 V ise op-ampın çıkış gerilimi kaç volttur? Hesaplayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 50: Op-amplı fark yükselteci devresi Amaç: Op-amplarla ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları R3 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin R4 ediniz. Vçkş 3. Devreyi okul imkânlarına göre bread board (deney tahtası) veya deney seti üzerine kurunuz. R5 Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) V Vg2 g1 vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde Op-amplı fark yükselteci devresi çalıştırınız. 5. Devreyi bilgisayar ortamında oluşturduysanız R3, R4, R5 dirençlerini iptal ederek girişlere pil bağlayabilirsiniz 6. Vg1 ve Vg2 gerilimini ölçtükten sonra Vçkş geriliminin kaç olması gerektiğini önce hesaplayınız. Sonra dijital AVOmetreyle ölçünüz. 7. Rgb direncinin değerini değiştirerek çıkış geriliminin değişip değişmediğini gözlemleyiniz. 8. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Rgb = 10 k, R1 = 1k, R1 = 2,2 k, Vg1 = 2 V, Vg2 = 3 V ise op-ampın çıkış gerilimi kaç volttur? Hesaplayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 51: Op-amplı karşılaştırıcı (comparator, kıyaslayıcı) devresi Amaç: Op-amplarla ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre bread board (deney tahtası) veya deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar 152


100 mF

ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi bilgisayar ortamında oluşturduysanız zener diyodu iptal ederek Vg1 yerine pil bağlayabilirsiniz. Vçkş 6. Devredeki potun değerini değiştirerek çıkış geriliminin durumunu gözlemleyiniz. 8. Devreyi sökünüz. Vref Sorular 1. Op-ampın artı girişininin gerilimi eksi zener girişininin geriliminden büyük olursa ne olur? diyot Açıklayınız. Op-amplı karşılaştırıcı devresi 2. Op-ampın eksi girişininin gerilimi artı girişininin geriliminden büyük olursa ne olur? Açıklayınız. 3. Op-ampın artı girişininin gerilimi eksi girişininin gerilimine eşit olursa ne olur? Açıklayınız. ______________________________________________________________________ Uygulama 52: Op-amplı turn-off tipi zaman rölesi devresi Devrenin çalışma ilkesi: Devrede op-amp karşılaştırıcı olarak çalışmaktadır. Butona basıldığı anda kondansatör besleme gerilimi kadar bir değere şarj olur. Bunun sonucunda 3 numaralı (+) girişin gerilimi 2 numaralı (-) girişin geriliminden yüksek olacağından op-amp çıkış verir ve röle çeker. C'nin üzerindeki gerilim pot üzerinden yavaş yavaş boşalmaya başlar. Bu değer 2 numaralı girişin geriliminden aşağı değere düştüğü + +12 V anda op-amp kesime B gider. 1N4001 100 k Devrede opampın 2 numaralı BC547 100-470 k k eksi (-) girişinin 100-500 +3 gerilimi iki adet +3 741 gerilim bölücü -2 -2 10 k 100C mF direnç ile besleme 1-10 k 100 k geriliminin yarısına L düşürülmüştür. -Amaç: OpOp-amplı turn-off tipi zaman rölesi devresi amplarla ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre bread board (deney tahtası) veya deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devredeki potun değerini değiştirerek alıcının çalışma süresinin değişip değişmediğini gözlemleyiniz. 8. Devreyi sökünüz. ______________________________________________________________________ 153


BC547

+ 12 V

Uygulama 53: Op-amplı ışıkta çalışan devre Devrenin çalışma ilkesi: Devrede op-amp karşılaştırıcı olarak çalışmaktadır. LDR'ye ışık geldiğinde geçen akım pot ve direnç 33 k 1N4001 üzerinde düşen gerilimi artırır. 3 2 + numaralı girişin + 10 k 3 gerilimi 2 numaralı 100 k ışık 33 k girişin geriliminden 1,5 k yük büyük olduğunda op10 k amp çıkış vererek AC 220 V röleyi çalıştırır. LDR'ye gelen ışık Şekil 11.4: Op-amplı uzaktan kumanda devresi kesildiğinde röle ilk konumuna döner. Devrede op-ampın 2 numaralı eksi (-) girişinin gerilimi iki adet gerilim bölücü direnç ile besleme geriliminin yarısına düşürülmüştür. Amaç: Op-amplarla ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre bread board (deney tahtası) veya deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devredeki potun değerini değiştirerek alıcının çalışma süresinin değişip değişmediğini gözlemleyiniz. 8. Devreyi sökünüz. ______________________________________________________________________ Uygulama 54: Op-amplı ışığa/ısıya duyarlı devre Devrenin çalışma ilkesi: Devrede op-amp karşılaştırıcı olarak çalışmaktadır. Bu devreyle bir çok tasarım yapılabilir. I. A-B arasına direnç, C-D arasına NTC bağlanırsa: Ortam sıcaklığı artınca NTC'nin direnci azalır ve üzerinde düşen gerilim küçülür. Op-amp 2 ve 3 numaralı girişlerindeki gerilimleri kıyaslar. 3 numaralı giriş gerilimi 2'de bulunan gerilimden büyük olduğu anda 6 nolu ayak çıkış akımını transistöre verir. Transistör iletime geçerek alıcıyı çalıştırır. Ortam sıcaklığı azalınca NTC'nin direnci artar ve bu elemanın üzerinde düşen gerilim büyür. Opampın 2 numaralı ayağına gelen gerilim 3 numaralı ayaktaki gerilimden büyük olduğu anda çıkış akımı sıfır (0) olur ve transistör kesime gider. II. A-B arasına direnç, C-D arasına LDR bağlanırsa: Ortam aydınlığı artınca LDR'nin direnci azalır ve üzerinde düşen gerilim küçülür. Op-amp 2 ve 3 numaralı girişlerindeki gerilimleri kıyaslar. 3 numaralı giriş gerilimi 2'de bulunan gerilimden büyük olduğu anda 6 nolu ayak çıkış akımını transistöre verir. Transistör iletime geçerek alıcıyı çalıştırır. Ortam aydınlığı azalınca LDR'nin direnci artar ve bu elemanın üzerinde düşen gerilim büyür. Opampın 2 numaralı ayağına gelen gerilim 3 numaralı ayaktaki gerilimden büyük olduğu anda çıkış akımı sıfır olur ve transistör kesime gider. Devrede LDR ile direnç yer değiştirirse alıcı karanlıkta çalışır. Devrenin C-D noktaları arasına kondansatör A-B noktaları arasına ise direnç bağlanırsa turn-on tipi (gecikmeli çalışan) zaman rölesi devresi elde edilir. 154


+9-12 V

A 220W-820 W 33 k LDR

10 k B

L

10 k 10 k

10 k 741

10 k LDR

C -T

BC547 1-10 k

33 k NTC

D Op-amplı ışığa/ısıya duyarlı devre

Amaç: Op-amplarla ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre bread board veya deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. ______________________________________________________________________ Uygulama 55: Op-amplı integral alıcı devre Amaç: Op-amplarla ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre bread board (deney tahtası) veya deney seti üzerine kurunuz. 100 k

Vgrş

R gb

+

10 nF

+

+

-

-

Vçkş Vçkş

Vgrş

+

+

+

10 kHz

-

-

İntegral alıcı devrenin girişine uygulanan kare dalganın çıkıştan üçgen dalga olarak alınışı

Op-amplı integral alıcı devre

155


Ya da Electronic Workbench (Multisim) / Proteus (ISIS) vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. Vx Vçkş 4. Devreyi öğretmenin denetiminde 1 mF 220-1000 W Vgrş çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. ______________________________________________________________________ Uygulama 56: Op-amplı türev alıcı devre Op-amplı türev alıcı devre Amaç: Op-amplarla ilgili bilgi ve beceri +Vgrş kazanmak. İşlem basamakları + 1. Devreyi defterinize çiziniz. + 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. -V grş 3. Devreyi okul imkânlarına göre bread +Vçkş board (deney tahtası) veya deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Pro+ teus (ISIS) vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. -V çkş 4. Devreyi öğretmenin denetiminde Türev alıcı devrenin girişine uygulanan üçgen çalıştırınız. dalganın çıkıştan kare dalga olarak alınışı 5. Devreyi sökünüz. ______________________________________________________________________ Uygulama 57: Op-amplı hassas yarım R Vçkş dalga doğrultmaç devresi Amaç: Op-amplarla ilgili bilgi ve beceri Vgrş kazanmak. x İşlem basamakları V 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin R ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre bread board (deney tahtası) veya deney seti üzerine Op-amplı hassas yarım dalga doğrultmaç devresi kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. ______________________________________________________________________ Uygulama 58: Op-amplı tam dalga doğrultmaç devresi Amaç: Op-amplarla ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre bread board (deney tahtası) veya deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. 2

ref

3

156


R4

-2

10 k R1 -2 10 k

741

osilaskop kanal 1

+3 R3

R6

10 k

R2

Vgrş

Vgrş

D1 +12 V 7 6 4 -12 V

R5 5 k

Vç1

741 +3

1N4001

10 k +12 V 7 6

Vçkş

4 osilaskop -12 V kanal 2

R7 1N4001

3.2 k

D2

(2.2+1 k)

5.6 k Op-amplı tam dalga doğrultmaç devresi

AC ya da DC 12 V

_______________________________________________________________________ Uygulama 58: Tristörün ana besleme kaynağından tetiklenmesi Amaç: Tristörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. L 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board, deney seti üzerine 1-22 k BRX49 MCR100 kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) / Circuit Maker vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreye DC 12 V uyguladıktan sonra S anahtarını açıp kapatarak lambanın durumunu gözleyiniz. Tristörün ana besleme kaynağından tetiklenmesi 5. Devreye AC 12 V uyguladıktan sonra S anahtarını açıp kapatarak lambanın durumunu gözleyiniz. 6. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Tristör nedir? Tanımlayınız. 2. Tristör DC beslemeli devrede nasıl çalışır? Açıklayınız. 3. Tristör AC beslemeli devrede nasıl çalışır? Açıklayınız. 4. Tristörün iki transistörden oluşan eşdeğerini çiziniz. _____________________________________________________________________ Uygulama 59: Reed (dil) röleyle çalışan tristörlü devre Devrenin çalışma ilkesi: Devrede reed rölenin kontağının konumu elektromıknatıs ya da sabit mıknatıs ile değiştirilecek olursa tristörün G ucu tetiklenir, L yanar. Devre DC ile besleniyorsa lamba sönmez. AC ile besleniyorsa mıknatıs uzaklaştırıldığı zaman lamba söner. Amaç: Tristörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board ya da deney seti üzerine kurunuz. 157


220 W

158


AC ya da DC

MCR100 TIC106

+12 V

mıknatıs

reed röle

AC ya da DC 12 V

4. Devreye DC 12 V uyguladıktan sonra S anahtarını açıp kapatarak L lambanın durumunu gözleyiniz. 2,2-100 k 5. Devreye AC 12 V uyguladıktan sonra S anahtarını açıp kapatarak lambanın durumunu gözleyiniz. N BRX49 6. Devreyi sökünüz. MCR100 Sorular TIC106D S 1. Reed röle nedir? Tanımlayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 60: Transistör ve tristörlü turn-on tipi zaman 1-10 k rölesi devresi Dev renin çalışm a ilkesi: Devrede S anahtarı kapatılınca R1 ve P Reed röle ile çalışan tristörlü devre üzerinden geçen akım C'yi doldurmaya başlar. Bir süresonra C'nin gerilimi 0,60,7 V olunca transistör iletime geçer. S R1 100 kW 1-10 k Transistörün E ucuna bağlı olan R3 direnci üzerinde oluşan gerilim tristörü iletime sokar, 470 k R2 röle çeker, lamba yanar. P L Amaç: Tristörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları BC547 1. Devreyi defterinize çiziniz. 1-10 k 2. Devrede kullanılan elemanları temin C 100 mF R3 ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli bakırlı plaket / bakırlı plaket Transistör ve tristörlü turn-on / bread board ya da deney seti üzerine kurunuz. tipi zaman rölesi devresi 4. Devreyi sökünüz. _____________________________________________________________________ Uygulama 61: Tristörün optokuplörle tetiklenmesi Devrenin çalışma ilkesi: Devrede S anahtarı kapatıldığında enfraruj diyot ışık yayarak fototransistörü sürer. İletime geçen fototransistör ise tristörü tetikleyerek röleyi çalıştırır. Görüldüğü üzere kumanda devresiyle güç devresi optokuplör sayesinde birbirinden elektriksel bakımdan yalıtılmıştır. Amaç: Tristörlü devrelerle +5-12 V ilgili bilgi ve beceri kazanmak. S İşlem basamakları +12 V 1. Devreyi defterinize çiziniz. optokuplör L R1 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli R2 bakırlı plaket / bakırlı plaket / BRX49 MCR100 bread board ya da deney seti 4N25 1-10 kW üzerine kurunuz. Tristörün optokuplörle tetiklenmesi 4. Devreyi sökünüz.

Sorular 1. Optokuplör nedir? Açıklayınız. AC 220 V

TIC106 1k

1N4001

Uygulama 62: Tristörlü yarım dalga S 1 mF Ry 1k doğrultmaç devresi AC 12 V Devrenin çalışma ilkesi: Devrede potun Tristörlü bir fazlı yarım dalga doğrultmaç devresi direnç değerini değiştirmek sûretiyle C’nin trafonun dolma zamanı ayarlanır. Bu da tristörün V, I sekonderindeki tetiklenme açısını (zamanını) kontrol ederek AC sinyal alıcıya giden gerilim ve akımın değerini kontrol t (s) eder. Tristörün G ucuna giden akımın değerine bağlı olarak alıcıya giden sinyallerin kırpılma durumu değişir. G akımı pot, direnç ya da V, I kondansatörün değeri değiştirilerek ayarlanabilir. + + t (s) Amaç: Tristörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. tristörün çıkışındaki DC sinyal İşlem basamakları Tristörlü bir fazlı yarım dalga doğrultmaç devresinde giriş ve çıkış sinyalleri 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli S1 bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board ya da deney seti üzerine kurunuz. +12 V S2 4. Devreyi sökünüz. L _____________________________________________________________________ R Uygulama 63: Tristörün seri anahtarla 1k durdurulması Amaç: Tristörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. BRX49 MCR100 İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. Tristörün seri anahtarla 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. durdurulması 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board, deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. S1 ve S2 anahtarlarını kapatınız. 5. S2 anahtarını açarak lambanın sönmediğini görünüz. 6. S1'i açarak lambanın söndüğünü görünüz. 7. Devreyi sökünüz. Sorular 1. S2 açılınca lamba neden sönmemiştir? Açıklayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 64: Tristörün paralel anahtarla durdurulması Amaç: Tristörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board (deney tahtası), deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus 159


160


R2 1k

10 mF

+12 V

10 mF

BRX49 MCR100

+12 V

(ISIS) vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar +12 V ortamında oluşturunuz. S1 L 4. S1 ve S2 anahtarlarını kapatınız. 5. S2 anahtarını açarak lambanın sönmediğini görünüz. 6. S1'i açarak lambanın söndüğünü görünüz. 7. Devreyi sökünüz. R S2 Sorular 1k 1. S2 açılınca lamba neden sönmemiştir? Açıklayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 65: Tristörün buton kumandalı kapasitif durdurulması Tristörün paralel anahtarla durdurulması Amaç: Tristörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. +12 V L 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. R2 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli S1 1k bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board, deney seti üzerine - + R 1 kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) vb. C S2 1k yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında BRX49 oluşturunuz. MCR100 4. S 1 anahtarını kapatıp açarak lambanın yanmasını sağlayınız.. Tristörün buton kumandalı 5. S2'yi kapatıp açarak lambanın söndüğünü görünüz. kapasitif durdurulması 6. Devreyi sökünüz. Sorular 1. S 2 kapatılıp açılınca lamba neden sönmüştür? Açıklayınız. L R3 ____________________________________________________________________ S1 1k Uygulama 66: İki tristörlü otomatik kapasitif durdurma - + R1 C S2 Amaç: Tristörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri 1k kazanmak. İşlem basamakları BRX49 1. Devreyi defterinize çiziniz. SCR1 MCR100 SCR 2 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. İki tristörlü otomatik kapasitif 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli durdurma devresi bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board, deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench (Multisim) / Proteus (ISIS) vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. S1 anahtarını kapatıp açarak lambanın yanmasını sağlayınız.. 5. S2'yi kapatıp açarak lambanın söndüğünü görünüz. 6. Devreyi sökünüz. Sorular 1. S2 kapatılıp açılınca lamba neden sönmüştür? Açıklayınız. ____________________________________________________________________ Uygulama 66: Tristörlü yarım dalga dimmer (kısıcı) devresi Amaç: Tristörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz.

2. Devrede kullanılan V elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli BRX49 pertinaks / delikli bakırlı MCR100 plaket / bakırlı plaket / bread board, deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) vb. Tristörlü yarım dalga Yarım dalga kontrollü dimmerde yazılımlarından birini kontrollü dimmer devresi giriş ve çıkış sinyalleri kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Potun değerini değiştirerek lambanın ışığının azalıp artışını gözlemleyiniz. 5. Lambanın uçlarına osilaskop bağlayarak alıcı üzerinden geçen kırpılmış sinyalleri görünüz. 6. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Devrenin çalışma ilkesini? Açıklayınız. ____________________________________________________________________ Uygulama 67: Tristörlü tam dalga dimmer (kısıcı) devresi Amaç: Tristörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri BRX49 kazanmak. MCR100 İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. Tristörlü tam dalga kontrollü dimmer devresi 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board, V deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Potun değerini değiştirerek lambanın ışığının azalıp artışını gözlemleyiniz. 5. Lambanın uçlarına osilaskop bağlayarak alıcı üzerinden geçen kırpılmış sinyalleri görünüz. 6. Devreyi sökünüz. Tam dalga kontrollü dimmerde Sorular giriş ve çıkış sinyalleri 1. Devrenin çalışma ilkesini? Açıklayınız. ____________________________________________________________________ Uygulama 68: LDR ve tristörlü karanlıkta çalışan devre Amaç: Tristörlü devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board ya da deney seti üzerine kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. 161


4x1N4001

AC 12-15 V

2N2646

R2 100-220 W

220k-1MW

Sorular 220 V/15 W lamba 1. Devrenin çalışma ilkesini? Açıklayınız. ____________________________________________________________________ BRX49 MCR100 Uygulama 69: UJT'li pals osilatörü devresi Amaç: UJT'li devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. AC İşlem basamakları 220 V 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board (deney tahtası), deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench (Multisim) / Proteus (ISIS) vb. yazılımlarından birini LDR ve tristörlü karanlıkta kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. çalışan devre (gece lambası) 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. +12 V Sorular R1 22-100 k 1. Devrenin çalışma ilkesini açıklayınız. 2. UJT'nin yarı iletken iç yapısının şeklini çiziniz. _____________________________________________________________________ P 100-470 k Uygulama 70: UJT ve tristörlü tam talga V (V) kontrollü dimmer devresi t (s) + Amaç: UJT'li devrelerle ilgili bilgi ve beceri çıkış kazanmak. C 1 mF R3 100-220 W İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. UJT'li pals osilatörü devresi 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli bakırlı 12 V plaket / bakırlı flamanlı lamba plaket / bread R 4 1k board (deney 9,1 V 47 W tahtası), deney seti 2N2646 üzerine kurunuz. 470 k BRX49 Ya da Electronic MCR100 Workbench / Pro+ UJT teus (ISIS) vb. R3 1 mF yazılımlarından 47 W birini kullanarak bilgisayar UJT ve tristörlü tam dalga dimmer devresi ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Devrenin çalışma ilkesini açıklayınız.

162


10-100 k

10-100 k

+12 V

Uygulama 71: UJT ve tristörlü turn-on (bir süre sonra çalışan) zaman rölesi L S R1 100 kW devresi 47 W Amaç: UJT'li devrelerle ilgili bilgi ve beceri 470 k 12 V R2 flamanlı kazanmak. P 2N2646 lamba İşlem basamakları BRX49 1. Devreyi defterinize çiziniz. UJT MCR100 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 47 W 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli C 1-10 mF R3 pertinaks / delikli bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board (deney tahtası), deney seti üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus UJT ve tristörlü turn-on zaman rölesi devresi (ISIS) vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Devrenin çalışma ilkesini açıklayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 72: PUT'lu pals üreteci devresi Amaç: PUT'lu devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. R4 100-470 k 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli bakırlı plaket / bakırlı plaket / 2N6027 bread board, deney seti üzerine kurunuz. Ya da A G Workbench / Proteus (ISIS) vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. Vçıkış K 4. Vçıkış noktasına osilaskobun probunu R3 C bağlayınız. 100 W 100 nF 5. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 6. R4 direncinin önüne 100 k'lık bir pot bağlayınız. PUT'lu pals (darbe) üreteci Potun değerini değiştirdikçe çıkıştan alınan testere dişine benzer sinyali frekansının değişip değişmediğini gözleyiniz. +12 V 7. Devreyi sökünüz. Sorular R1 10 k 1. Devrenin çalışma ilkesini açıklayınız. 2. PUT nedir? Açıklayınız. _____________________________________________________________________ P 100 k Uygulama 73: SUS'lu pals üreteci devresi G 2N4987 Amaç: SUS'lu devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. A K İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 100 nF Ry C 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / delikli bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board, deney seti üzerine SUS'lu pals üreteci devresi 163


164


R 100-470 kW

P 100-470 kW

AC 220 V

kurunuz. Ya da Electronic Workbench (Multisim) / Proteus (ISIS) vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Ry direncinin uçlarına osilaskobun probunu bağlayınız. 5. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 6. Potun değerini değiştirdikçe çıkıştan alınan testere dişine benzer sinyali frekansının değişip değişmediğini gözleyiniz. 7. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Devrenin çalışma ilkesini açıklayınız. 2. SUS nedir? Açıklayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 74: SUS ve tristörlü tam dalga kontrollü dimmer devresi Amaç: SUS'lu devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 12 V flamanlı lamba 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. AC 12 V 3. Devreyi okul imkânlarına 4x1N4001 göre delikli pertinaks / delikli R1 1-10 kW bakırlı plaket / bakırlı plaket / bread board, deney seti üzerine TIC106D kurunuz. Ya da Electronic WorkP 10-100 kW bench / Proteus (ISIS) vb. G 2N4987 yazılımlarından birini kullanarak A K 1 kW bilgisayar ortamında 100 nF oluşturunuz. 4. Ry direncinin uçlarına osilaskobun probunu bağlayınız. SUS ve tristörlü tam dalga dimmer devresi 5. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 6. Potun değerini değiştirdikçe çıkıştan alınan testere dişine benzer sinyali frekansının değişip değişmediğini 1N4007 V (V) çıkış gözleyiniz. sinyali 7. Devreyi sökünüz. t (s) Sorular 1. Devrenin çalışma ilkesini açıklayınız. BR100 2. SUS nedir? Açıklayınız. _____________________________________________________________________ Ry Uygulama 75: Diyaklı pals üreteci devresi 100 W 100 nF/400 V Amaç: Diyaklı devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. Diyaklı pals (testere dişi İşlem basamakları sinyal) üreteci devresi 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 4. Ry direncinin uçlarına osilaskobun probunu bağlayınız. 5. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 6. Potun değerini değiştirdikçe çıkıştan alınan testere dişine benzer sinyali frekansının değişip değişmediğini gözleyiniz.

AC 220 V

AC 220 V

7. Devreyi sökünüz. Sorular R2 220 kW-470 kW 1. Devrenin çalışma ilkesini açıklayınız. 100BR100 R1 2. Diyak nedir? Açıklayınız. 820 W 1-10 mF _____________________________________________________________________ C 1N4007 Uygulama 76: Diyaklı flaşör devresi led Amaç: Diyaklı devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. Diyaklı flaşör devresi İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. V,I Sorular 470 k 1. Devrenin çalışma ilkesini açıklayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 77: Neon lambalı pals üreteci devresi Amaç: Neon lambalı devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. Neon lambalı pals üreteci İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 100 k 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. Sorular 470 k 1. Devrenin çalışma ilkesini açıklayınız. neon 2. Neon lamba hakkında bilgi veriniz. lamba _____________________________________________________________________ 330 nF Uygulama 78: Neon lambalı flaşör devresi 350 V Devrenin çalışma ilkesi: AC uygulandığında R ve P üzerinden Neon lambalı geçen akım C'yi doldurmaya başlar. C'nin gerilimi neon lambanın flaşör devresi çalışma gerilimi değerine ulaştığında bu eleman üzerinden akım geçirir ve elektrotlar arasında ışık oluşur. C boşalınca neon lamba kesime gider (söner) ve devre başa döner. Potun değeri değiştirilerek neon lambanın yanıp sönme hızı ayarlanabilir. Amaç: Neon lambalı devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz.

165


166


BT136

BT136

AC 220 V

AC 220 V

BT136

Uygulama 78: Triyakın ana besleme kaynağından tetiklenmesi devresi Amaç: Triyaklı devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / bakırlı plaket / bread board, deney seti üzerine kurunuz. Ya da Elecalıcı R 10-82 k A2 tronic Workbench / Proteus (ISIS) vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. Vşebeke 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreye DC 12 V uyguladıktan sonra S anahtarını açıp G A1 kapatarak lambanın durumunu gözleyiniz. 6. Devreye AC 12 V uyguladıktan sonra S anahtarını açıp Triyakın ana besleme kapatarak lambanın durumunu gözleyiniz. kaynağından tetiklenmesi 7. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Triyak nedir? Tanımlayınız. 2. Triyak DC beslemeli devrede nasıl çalışır? Açıklayınız. 3. Triyak AC beslemeli devrede nasıl çalışır? Açıklayınız. _____________________________________________________________________ Uygulama 79: Triyaklı basit dimmer (kısıcı) devresi Amaç: Triyaklı devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. alıcı İşlem basamakları 15-100 W 22-56 k 1. Devreyi defterinize çiziniz. A2 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / 100-470 k BR100 A1 bakırlı plaket / bread board, deney seti üzerine G kurunuz. Ya da Electronic Workbench / Proteus (ISIS) 220 nF/400 V vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. Triyaklı basit dimmer devresi 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Potun değerini değiştirerek lambanın ışığının azalıp artışını gözlemleyiniz. 6. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Devrenin çalışma ilkesini? Açıklayınız. ____________________________________________________________________ Uygulama 80: Triyaklı geri uç etkili iyi kalite dimmer (kısıcı) devresi Amaç: Triyaklı devrelerle ilgili bilgi ve beceri 15-100 W kazanmak. 22-56 kW alıcı İşlem basamakları R1 1. Devreyi defterinize çiziniz. A2 100-470 kW 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. P 1-22 kW 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli G A1 pertinaks / bakırlı plaket / bread board, deney seti R2 BR100 C1 üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench / 22-100 nF/400 V C 2 Proteus (ISIS) vb. yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. Triyaklı geri uç etkili iyi 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. kalite dimmer devresi

AC 220 V

İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz.

Triyaklı flaşör devresi

167


AC 220 V

BT136

AC 220 V

BT136

5. Potun değerini değiştirerek lambanın ışığının azalıp artışını gözlemleyiniz. S L 6. Devreyi sökünüz. ____________________________________________________________________ 1 2 1N4007 Uygulama 81: Triyakın iki kademeli anahtar olarak kullanılması Amaç: Triyaklı devrelerle ilgili bilgi ve beceri 22-56 kW kazanmak. Triyakın iki kademeli anahtar İşlem basamakları (şalter) olarak kullanılması 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / bakırlı plaket / bread board yada deney seti üzerine kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. S anahtarını 1 ve 2 konumuna alarak lambanın ışığının şiddetinin değişip değişmediğini gözlemleyiniz. 6. Devreyi sökünüz. ____________________________________________________________________ Uygulama 82: Triyaklı karanlıkta çalışan devre L 33-100 kW Amaç: Triyaklı devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. diyak 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / bakırlı plaket / bread board ya da deney seti üzerine LDR kurunuz. Triyaklı karanlıkta çalışan devre 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. LDR'nin üzerini kapatınca lambanın yanıp yanmadığını gözlemleyiniz. 6. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Devrenin çalışma ilkesini? Açıklayınız. ____________________________________________________________________ Uygulama 83: Triyaklı flaşör devresi Devrenin çalışma ilkesi: Devreye AC uygulandığında 1N4007 diyodunun çıkışındaki doğru akım C’yi doldurmaya başlar. C’nin gerilimi 20-50 V seviyesine yükseldiğinde diyak iletime geçerek triyakı 15-100 W sürer ve lamba yanar. C boşalınca triyak kesime gider ve lamba söner. Potun değeri değiştirilerek C’nin BT136 dolma zamanı ayarlanabilir. Potun değeri 470 k küçültüldüğünde C çabuk dolacağından lambanın yanıp sönme hızı artar. Amaç: Triyaklı devrelerle ilgili bilgi ve beceri diyak kazanmak.

2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 15-100 W 15-100 W 3. Devreyi okul imkânlarına L L 22 k göre delikli pertinaks / bakırlı plaket / bread board, deney seti BT136 BT136 üzerine kurunuz. Ya da Electronic Workbench (Multisim) / 470 k Proteus (ISIS) vb. diyak diyak yazılımlarından birini kullanarak bilgisayar ortamında oluşturunuz. 4. Devreyi öğretmenin Triyaklı karşılıklı kararan lambalar devresi denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. ____________________________________________________________________ Uygulama 83: Triyaklı karşılıklı kararan lambalar devresi Devrenin çalışma ilkesi: Devrede potun orta ucunun konumuna göre L1 ya da L2 lambası ışık verir. Amaç: Triyaklı devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / bakırlı plaket / bread board, deney seti üzerine kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. ____________________________________________________________________ Uygulama 84: Astable (kararsız) multivibratörlü DC-AC konvertisör devresi Devrenin çalışma ilkesi: Devrede C1 ve C2 kondansatörleri sayesinde sırayla iletim ve kesime giren transistörler trafonun primer (N 1 ve N 2 ) AC sargılarından sırayla akım N3 2x12/12 V 4 W geçmesini sağlar. Primer sarımlarından geçen zıt 220 W-1k N1 N2 220 W-1k yönlü akımlar sekonder sarımında R2 R3 R4 R1 +12 V AC özellikli bir gerilim oluşturur. 0,1-1 mF 0,1-1 mF 10 -100k 10 -100k Aşağıda verilen devre deneysel amaçlıdır. Trafo 220/2x12 V'luk C2 C1 olabilir. Sekonderde oluşan BD135 BD135 gerilim tam sinüsoidal değildir. Ancak AC ile çalışan sistemlerde T2 T1 kullanılmaya uygundur. Alınan AC’nin frekansını R2 ve R3’e seri bağlanacak potlarla ayarlamak Astable multivibratörlü basit DC-AC konvertisör devresi mümkündür. Amaç: Konvertisör devreleriyle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. AC 220 V

1

168


2

3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / bakırlı plaket / bread board, deney seti üzerine kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. Sorular 1. Konvertisör nedir? Açıklayınız. ____________________________________________________________________ Uygulama 85: 555 entegreli DC-DC konvertisör devresi

470 mF

Devrenin çalışma ilkesi: Devre deneysel amaçlı olup düşük akımlı (50-100 mA) ve küçük güçlüdür. Ayarlı direnç 1N4001 kullanılarak 555'in çıkışından istenilen frekansta bir kare dalga elde edilir. 3 DC 1k numaralı ayaktan alınan kare dalga ile iletim kesim yapılan transistör trafonun trafo AC 8 4 primerinden değişken bir akım geçirir. 7 Bu akımın oluşturduğu manyetik alan +5-12 V sekonderde AC'ye benzeyen bir gerilim 3 6 555 oluşturur. Sekondere bağlanan 2 10 k 100 k doğrultmaç devresi ise yükseltilmiş 1 çıkışı tekrar DC'ye çevirir. Devrede kullanılan elemanlar 1N4001 BC547 değiştirilerek çıkışın akım gerilim 1n BD135 değerlerini istenilen seviyeye yükseltmek mümkündür. 555 entegreli DC-DC konvertisör Amaç: Konvertisör devreleriyle ilgili bilgi ve beceri kazanmak.

Devrenin çalışma ilkesi: Depo içinde bulunan sıvının seviyesi yükseldikçe transistörler iletime geçerek ledlerin çalışmasını sağlar.

metal depo

İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi okul imkânlarına göre delikli pertinaks / bakırlı plaket / bread board, deney seti üzerine kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devrenin çıkış gerilimini hassas bir analog voltmetreyle ölçünüz. 5. Devreyi sökünüz. ____________________________________________________________________ sıvı (su) 1-22 k Uygulama 86: Sıvı seviyesini gösteren transistörlü devre

3xNPN 1-10 k

Amaç: Elektronik devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak.

Sıvı seviyesini gösteren transistörlü devre

169


2-5 V +

İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. _____________________________________________________________________ Uygulama 87: Transistörlü nem algılama devresi Devrenin çalışma ilkesi: Ne algılama elektrodundaa su ya da nem olduğunda geçen akım iki transistörlü osilatör devresini çalıştırır. Ortamın nem durumuna göre osilatörün çıkış frekansı değişir. Buna göre ses de farklılaşır.

nem algılama elektrodu

S 100 k

Amaç: Elektronik devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak.

1k

5-12 V

BC547

+

BC308

47 mF 10 nF

İşlem basamakları 8W 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin Transistörlü nem algılama devresi ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. _____________________________________________________________________ Uygulama 88: İki transistörlü FM verici devresi Devrenin özellikleri: Devre 100-400 m2’lik açık alanda yayın yapabilir. Tank devresindeki bobin 0,8 mm çaplı telden kurşun kalem üzerine 8 sipir olarak sarılmalı, 30 cm’lik bir tel anten olarak bobinin ortasına lehimlenmelidir.

2N2222 BC547 2N2222 BF257

Amaç: Elektronik devrelerle ilgili bilgi ve beceri kazanmak. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz.

İki transistörlü FM verici devresi

170


33 k

NPN

çıkış

555

33 k 10-33 k

1k

nem test uçları baskı devre

10 mF

5-12 V 555'li nem algılama devresi

Uygulama 89: 555'li nem algılama devresi Devrenin çalışma ilkesi: Devrede bakırlı plaket üzerine yapılan nem ölçme sensörü nem oranı artınca akım geçirerek transistörü sürer. Transistörün iletime geçmesi 555'e besleme geriliminin gitmesini sağlar. Bunun sonucunda ise 555'in çıkışında bulunan led yanıp sönerek ortamın neminin arttığını bildirir. İşlem basamakları 1. Devreyi defterinize çiziniz. 2. Devrede kullanılan elemanları temin ediniz. 3. Devreyi kurunuz. 4. Devreyi öğretmenin denetiminde çalıştırınız. 5. Devreyi sökünüz. _____________________________________________________________________

171


Endüstriyel elektronikle ilgili çeşitli (ek) uygulama devreleri 1. 555'li konvertisör devresi Devre flüorean lambalı portatif aydınlatma cihazlarında (ışıldak) kullanılmaktadır. Devrede kullanılan 555 entegresinin 3 numaralı ucunda kare dalga oluşur. Kare dalganın frekansını pot ile ayarlamak mümkündür. 555'in çıkışına bağlı soğutuculu transistör sürekli olarak iletim ve kesim olarak trafonun primerinden değişken akımların geçmesine neden olur. Trafonun primer sarımından geçen değişken akımlar sekonder sarımında yüksek değerli AC'nin oluşmasına yol açar. Sekonderde oluşan yüksek değerli AC flüoresan lambayı yakar.

6 W flüoresan lamba

PNP BD135

555 6V trafo 5-10 W Konvertisör (invertör) devresi

T

2. 12 V'luk DC ile 220 V'luk flüoresan lambayı çalıştıran DC-AC konvertisör devresi Devre 12 V'luk DC’yi 220 V'luk AC’ye çevirebilir.

soğutucu

10 k

2N3055

L1 L2

C1 C2

12 V'luk DC ile AC 220 V'luk flüoresan lambayı çalıştıran DC-AC konvertisör devresi +5-12 V 1k 10 k

3. Triyaklı flaşör devresi Devrede multivibratör devresinin ürettiği kare dalga triyakı iletim ve kesime sokarak lambanın yanıp sönmesini sağlar.

BT136 A1

1k

10 k G

10 k 1-100 mF

A2 L

NPN

NPN 10 n

220 V

1-100 mF

Triyaklı flaşör devresi

A 56 k 10-56 k

220 V

BD135

Triyaklı turn-on tipi zamanlayıcı devresi

172


220 V

BT136

4. Triyaklı turn-on tipi (gecikmeyle çalışan) zamanlayıcı devresi Devrede A anahtarı kapatılınca C kondansatörü dolmaya başlar. C'nin gerilimi belli bir seviyeye ulaştığında transistör iletime geçer. Transistörün C-E 470 k ayakları arasından geçen akımı triyakı sürer ve lamba yanar. 100 k 10 k B butonuna basılınca C boşalır. Transistör kesime gider. Lamba söner. Bir B süre sonra yeniden dolan C transistör ve triyakı iletime sokar.

5. Transistör ve triyaklı turn-off tipi (bir süre çalışan) zamanlayıcı devresi Devrede B’ye basılınca C dolar. C’nin üzerindeki elektrik yükü transistörü sürer. Transistör iletime geçince triyakı sürer ve lamba yanar. C boşalınca transistör ile triyak kesime gider ve lamba söner.

+12 V R

1k

1k

15-100 W

B

A2

BT136

220 V

10 10 kk A1

G BC547 10-100 mF

Mp 100 -470 k

Transistör ve triyaklı turn-off tipi zamanlayıcı

6. Triyakın optokuplörle sürülmesi Devrede S anahtarı kapatıldığında enfraruj led ışık yayarak fotodiyağı iletime sokar. Fotodiyak iletken olunca triyak tetiklenir ve lamba yanar. S anahtarı açılınca lamba söner.

15-100 W 4,7 k

A2 BT136

220 V A1

G

Triyakın optokuplörle sürülmesi

7. Optokuplörlü flaşör devresi Devrede 555 entegresi ayarlanan frekansta çıkış sinyali üretir. Bu entegrenin verdiği akım MOC3010 optokuplörünün ledini çalıştırır. Işık yayan led fotodiyağı sürer. İletime geçen fotodiyak triyağı sürer ve lamba yanıp söner. Devrede kullanılan optokuplör sayesinde DC ile beslenen kare dalga üreteç devresiyle 220 V'luk triyaklı devre birbirinden yalıtılmış durumdadır.

10-56 k

+5-12 V

R 220 V

10-56 k

4,7 k 555

MOC3010

220 V A2

BT136

G A1

220-820 W

4,7 mF

Mp

Optokuplörlü flaşör devresi

1k

100 k 10 k

100 k

10 k

8. Kararsız (astable) multivibratör ve tiryaklı flip flop (multivibratör) devresi Kararsız multivibratör devresinde kullanılan direnç 15-100 W ve kondansatörlerin değerine R bağlı olarak lambalar yanıp A söner.

1k 15-100 W R

1-100 mF

2

1-100 mF

A2 BT136

BT136

A1

G

BC547

BC547

G

Mp

A1 Mp

Kararsız multivibratör ve triyaklı flip flop devresi

173


9. İki transistörlü konvertisör devresi +12 V Devreye DC 12 V uygulandığında ilk anda T1'in iletime 220/2x12 V 10-20 W T 2N3055 geçtiğini varsayalım. T1'in beyzi R1 ve L2 üzerinden +12 1k 1 W trafo volta bağlanmış olur. T1'in beyz akımı yavaş yavaş (L2 ilk L anda akımın artışına engel olduğu için) artmaya başlar. L 220 p L T1'in beyz akımının yavaş yavaş artması L1 üzerinden gelen kolektör akımının da yavaş yavaş artmasına sebep 8-20 W 1k 1 W flüoresan olur. L1'den geçen değişken akımın yarattığı manyetik T 2N3055 lamba alan L2'yi etkileyerek beyzden geçen akımın daha çok yükselmesine neden olur. T1 transistörünün kolektöründen İki transistörlü konvertisör devresi geçen akım doyum değerine ulaştığından L1 üzerinde oluşan manyetik alan sabitleşir. L1'in alanının sabit hâle gelmesi L2 üzerindeki etkisini ortadan kaldırır. L1'in L2 üzerinde yaptığı baskının ortadan kalkması L2'den geçen beyz akımının azalmasına yol açar. Beyz akımı azalmaya başlayınca L1'den geçen kolektör akımı da azalır. Kolektör akımının azalmaya başlaması L1 üzerinde oluşan manyetik alanın yön değiştirmesine sebep olur. Yön değiştiren manyetik alan L2 bobininden geçen akımı 0 seviyesine doğru indirir. T1'in beyz akımı 0 değerine indiğinde bu eleman kesime gider. T1 kesime gidince T2 iletime geçer ve yukarıda açıklanan işlemlerin benzeri meydana gelir. L1 ve L2 sarımlarında oluşan manyetik alanlar L3 sarımında AC'ye benzeyen bir sinyal oluşmasını sağlar. 1

1

3

2

1

174


Dijital yapılı multimetrelerle ilgili bilinmesi gereken bazı temel hususlar a. Digit Dijital yapılı bir multimetrede değerler göstergede ondalık sayı sistemine göre görüntülenir. Yani direkt olarak büyüklük okunur. Göstergedeki hane sayısı o multimetre için digit sayısını ya da o göstergede okunabilecek maksimum büyüklüğü ifade eder. Örneğin 3.½ digit = 1999 büyüklüğünü, 4.½ digit = 19999 büyüklüğünü ifade eder. Burada tam sayı göstergede 0'dan 9'a kadar sayıları gösterebilen hane sayısı ½ ise 0 ya da 1 sayısını gösterebilen haneyi ifade eder. Hane sayısının büyüklüğü multimetrenin hassasiyetini ve doğruluğunu da belirler. 4.½ digit multimetreler 3.½ digit multimetrelerden daha hassas ve doğrudur. Çünkü digit sayısı multimetreyi oluşturan analog/dijital çevirici (ADC) entegresine bağlıdır. Günümüzde üretilen multimetreler en az 3.½ digit göstergelidir. b. Count Digit ifadesinin farklı bir ifade şeklidir. Günümüzde 3.½ ve 4.½ digit gibi yarımlı tam sayılardan oluşan göstergelere ek olarak 3. ve 4. gibi çeyrekle ifade edilen göstergeler de üretilmeye başlanmıştır. Ancak bu çeyrekli gösterge sistemi önceleri 3200 gibi sayıları ifade ederken günümüzde 3200 ile 4000 arasındaki sayıları ifade eder oldu. İşte bu karmaşayı ortadan kaldırmak için digit yani hane sayısı yerine göstergede görüntülenebilecek en büyük sayıyı ifade eden rakam olarak count değeri kullanılmaya başlandı. Örneğin, 3.½ digit = 1999 count, 4.½ digit = 19999 count, 3. digit = 4000 count, 4. digit = 40000 count olmaktadır. Count ifadesi dijital multimetrelerin özelliklerini ifade etmede daha sağlıklı bilgi verdiğinden çok tercih edilmektedir. c. Resolution (çözünürlük) Çözünürlük değeri dijital multimetre seçiminde yapılacak işlere bağlı olarak büyük önem taşır. Count ya da digit sayısına bağlı olarak multimetrenin gösterebileceği en küçük değeri çözünürlük kavramı bildirir. Çözünürlüğün yüksek olması yapılacak ölçümlerde detayların daha sağlıklı ölçülmesini sağlar. Bir dijital multimetrenin çözünürlüğünü bilmek yapılan o ölçüm için okunabilecek minimum değeri bilmek demektir. Çözünürlük kademeye ve count sayısına bağlıdır. Örnek olarak 3,123456 V gibi bir değerin ölçüldüğünü varsayalım. Kademe 4000 count 40000 count 4V 3,123 V 3,1234 V 40 V 3,12 V 3,123 V 400 V 3,1 V 3,12 V olarak görüntülenir. Yani çözünürlük kademeye ve count sayısına bağlı olarak 0,0001 V ile 0,1 V arasında değişmektedir. Bu nedenle bir multimetre seçilirken count sayısının büyüklüğü yanında 175


kademeler de önem taşır. Üst değerler genellikle belli bir standarda oturmuştur (1000 V DC, 750 V AC). Ancak alt sınırlar aygıta bağlı olarak değişir. Düşük kademelere sahip multimetreler düşük seviyeli ve hassas ölçümlerde büyük önem taşır. ç. Accuracy (doğruluk) Özel koşullar altında izin verilen en büyük hatadır. Dijital multimetrelerde ölçüm hatası iki temel sebepten kaynaklanır. Bu hatalar o dijital multimetrede kullanılan analog/dijital çeviriciden ve kademelerin oluşturulması için kullanılan gerilim bölücü direnç gruplarından kaynaklanır. Hata miktarı teknik bilgi belgelerinde ± % 1 ya da ±(%1 + 2) şeklinde verilir. Örneğin; * Ölçüm hatası ± % 1 olarak verilmiş bir multimetreyle 100 V olan bir gerilim ölçülürken multimetrenin ekranında okunacak değer 99 ile 101 V arasında olabilir. * Ölçüm hatası ±(% 1 + 2) olarak verilmiş bir multimetreyle 100 V olan bir gerilim ölçülürken ise multimetrenin ekranında okunacak değer 98,8 V ile 101,2 V arasında olabilir. Dijital multimetrelerde yaygın olarak kullanılan ifade ±(% 1 + 2) şeklinde olandır. Çünkü dijital göstergeli tüm cihazlarda son hanedeki sayı ölçü aletinin yapısına, kademesine ve ölçülen birime göre sapma ya da değİşim gösterir. d. RMS ölçümü Bu ifade alternatif gerilim ve akımların ölçümünde kullanılır. RMS değer, efektif ya da DC değerine eş değer AC değeridir. Örneğin 12 V'luk bir DC gerilim uygulanmış lambanın verdiği ışık miktarını veren AC RMS gerilimdir denir. Tüm analog ve dijital ölçü aletleri RMS değeri ölçebilecek şekilde üretilir. Düzgün sinüsoidal bir AC değerin RMS değeri, tepe değerin 1,41 sayısına bölünmesiyle bulunur. Tepeden tepeye (Vp-p) değeri verilen bir sinyalin RMS değeri ise 2,82 sayısına bölme yapılarak bulunur. Multimetrelerde AC ölçümler için hata payları belirtilirken bu hata payının hangi frekanslar arasında olduğu belirtilir. Çünkü multimetrelerin temel ölçülendirme bölümleri DC gerilimle çalışır. Bu nedenle tüm fonksiyonlar cihaz içinde DC gerilime çevrilirler. Çevirme işleminin doğru olabilmesi için uygulanan sinyallerin frekansının cihazın donanımına uygun olması gerekir. Ucuz tip multimetreler 50-60 Hz'lik şebekelerin RMS değerlerini doğru ölçebilirler. Orta kalite multimetreler 400-500 Hz arasındaki sinyalleri doğru ölçebilir. Yüksek kaliteli multimetreler ise 20 kHz lik sinyallerin RMS değerlerini bile doğru olarak belirleyebilirler. e. AC true RMS ölçümü Düzgün sinüsoidal sinyallerin RMS değerlerini belirlemek yukarıda açıklandığı gibi kolaydır. Ancak sinüsoidal olmayan ya da bozulmuş sinüsoidal gerilimlerin RMS değerinin hesaplanması özel yöntemler kullanılarak yapılabilmektedir. Bu nedenle ölçülecek AC değerler düzgün sinüsoidal olmayan ya da kare dalga, üçgen dalga gibi farklı dalga formlarındaki AC değerlerin ölçümü için düzgün sinüsoidal gerilime bağlanmış indüktif ya da kapasitif yüklerden dolayı Cos j söz konusu ise ölçüm için cihazın mutlaka AC/DC çeviricisinin true RMS çevirici olması gerekir. f. AC+DC true RMS Dijital multimetrelerin içinde AC ölçümler için kullanılan AC/DC çeviriciler kapasitif kuplajlıdır. Eğer ölçülen büyüklük içinde hem AC hem de DC büyüklük var ise true RMS multimetreler bu büyüklüklerden sadece AC büyüklüğü ölçer. Çünkü kapasitif kuplaj devresi DC büyüklüğü geçirmez. 176


Örneğin yarım dalga doğrultulmuş dalga formları, tristör tetiklemeli çıkışlar, DC motor sürücülerinin çıkışları darbeli DC gerilim ya da akım şeklindedir. Bu nedenle hem AC hem de DC bileşenleri içerir ve bu değerler ne DC kademesinde ne de AC kademesinde ölçülemez. Bu tip dalga şekillerinin olduğu sistemlerde AC+DC true RMS özellikli multimetrelerin kullanılması gerekir. Multimetre bu moda alındığında AC/DC seçimi yapılmaksızın ölçüm yapılır. Çünkü ölçülen değerin yapısına bakılmadan sadece değer ölçülür. g. Multimetrelerde dikkat edilmesi gereken hususlar ve koruma Multimetrede değişik özellikler bir arada kullanılıyorsa, kullanıcının propları yanlış konumda unutması ya da yanlış konumdayken ölçüm yapması olasılığı söz konusudur. Bu nedenle ölçüm yapmadan önce iki kez kontrol işlemi yapılmalıdır. Switch mode olarak ifade edilen yüksek frekanslı ve anahtarlamalı devrelerde ölçüm yapmak dijital multimetreler için tehlike arz eder. O nedenle bu tip ölçümlerde ucuz tip analog multimetreler kullanılmalıdır. İndüktif özellikli (balast, trafo, bobin, kontaktör, röle, motor vb. gibi) alıcıların ölçümlerinde de dijital multimetrelerin kullanılmaması gerekir. Çünkü indüktif alıcılar akımın kesilmesi anında yüksek değerli gerilim (zıt EMK) üretirler. Bu gerilim kısa sürelidir ancak dijital elektronik devre elemanlarını tahrip edebilir. Multimetrelerin bozulmasının birkaç nedeni vardır: Mekanik zorlanmalar, toz, nem, ölçme sınırlarının üzerine çıkılması ve yanlış konumda yapılan ölçümlerdir. ğ. Dijital multimetreleri koruma yöntemleri Standart multimetrelerde hızlı (çabuk) atan koruma sigortaları vardır. Ancak hızlı olmalarına karşın bunlar da yeterli korumayı sağlayamazlar. İyi kalite multimetrelerin giriş bölümünde yüksek voltajlara karşı atlama elektrotları yer alır. Proplara ölçme sınırlarının üzerinde bir voltaj geldiğinde atlama uçları arasında ark yoluyla bir atlama olur ve yüksek gerilim cihazın diğer bölümlerine ilerleyemez. Tanınmamış, yedek parçası, teknik servis desteği olmayan multimetreler arızalandığı zaman para ve emek kaybına neden olurlar. O nedenle biraz pahalı olmasına rağmen tanınmış, kalite belgeli ölçü aletleri yeğlenmelidir.

177


Elektronik devrelerin kolayca kurulabilmesini sağlayan 5x17 cm ölçülerindeki bread board'un (deney tahtası, deney tablası, deney bordu, project board) üstten ve alttan görünümü orta kanal

Daha büyük bread board elde etmek için yapılan eklemelerde bu girintiler kullanılır. üst görünüm

bread board'ın orta kısmına kadar alttan bağlantılı ayaklar

bread board'ın orta kısmına kadar alttan bağlantılı ayaklar

alt görünüm

Elemanların yerleştirildiği kısımdaki delikler alttan dikey olarak beşerli gruplar hâlinde birbirine bağlanmıştır.

Bread board'un kullanım kuralları 1. Deliklere kalın bacaklı elemanları yerleştirmeye çalışmayınız. Bunu yaparsanız deliklerin içindeki tutucu kanatlar genişler ve işgörmez hâle gelir. 2. Alt kısımdaki yapışkanlı, yalıtkan özellikli plastiği kaldırmayınız. Bunu yaparsanız alt kısımda yer alan küçük metal bağlantı parçalarının yerinden çıkmasına neden olursunuz. 3. Kuracağınız devrenin elemanlarını mümkün olduğu kadar birbirinden uzak olacak biçimde yerleştiriniz. 4. Bread board'un ömrü kullanma sıklığına bağlı olarak 2-3 yıldır. Uzun yıllardır kullanılan elelmanların tutucu metalleri gevşeyeceğinden devre tasarımlarında yanlış çalışmalar görülebilmektedir.

178


Transistörler

Elemanın kodu

Tipi

Gerilimi Akımı Gücü Frekansı Ayakların (V) dizilişi (A) (W) (MHz)

Elemanın kodu

Tipi

179


Gerilimi Akımı Gücü Frekansı Ayakların (V) dizilişi (A) (W) (MHz)

Transistörler Elemanın kodu

Tipi

Gerilimi Akımı (V) (A)

Gücü Frekansı Ayakların dizilişi (W) (MHz)

Elemanın kodu

Tipi

180


Gerilimi (V)

Akımı Gücü (A) (W)

Frekansı (MHz)

Ayakların dizilişi


Tipi

Gerilimi (V)

Akımı (A)

Gücü Frekansı (W) (MHz)


Elemanın kodu

Tipi

181


Gerilimi (V)

Akımı (A)




Tipi

Gerilimi (V)

Akımı (A)


Elemanın kodu


Tipi

182


Gerilimi (V)

Akımı (A)



Sabit çıkışlı regülatör entegreleri

UJT’ler Elemanın kodu

Özellikleri

Elemanın kodu


Çıkış gerilimi

Çıkış akımı (A)


şase giriş çıkış

giriş şase çıkış

Tipi

PUT’lar Elemanın kodu

Özellikleri


Ayarlı çıkışlı regülatör entegreleri Elemanın kodu

SUS’lar Özellikleri

Elemanın kodu


V V V V

183


Çıkış gerilimi

Çıkış akımı (A)


Tristörler Elemanın kodu

Gerilimi (V)

Akımı (A)

Triyaklar Tetiklenme akımı (Igt) Tutma akımı (Ih)


Elemanın kodu

184


Gerilimi (V)

Akımı (A)

Tetiklenme akımı (Igt) Tutma akımı (Ih)


74xx serisi TTL tipi lojik kapı entegrelerinin yaygın olarak kullanılanlarının ayaklarının dizilişi VCC

VCC

VCC

7412

7401

7400

şase (gnd.) VCC

şase VCC

şase VCC

7405

7404

7403

şase VCC

şase VCC

7406

şase VCC

7408

7407

şase VCC

şase VCC

şase VCC

7411

7410

7409

şase VCC

şase VCC

VCC

7412

şase

7414

7413

şase

şase

185


şase


40xx serisi C-MOS tipi lojik kapı entegrelerinin yaygın olarak kullanılanlarının ayaklarının dizilişi VCC

VCC

VCC

4001

4000

şase VCC

4002

şase VCC

şase VCC

4012

4011

şase VCC

4017

şase

şase

VCC

VCC

4023

4025

4020

şase

şase

4028

şase VCC

VCC

VCC

4040

şase

4047

şase

şase VCC

4049

VCC

4050

şase

4060

şase

VCC

187


şase

Uygulamada yaygın olarak kullanılan bazı entegrelerin ayaklarının dizilişi şase (-)

reset

kontrol gerilimi

+giriş A şase (-)

çıkış B

çıkış

-çıkış B

NC (boş)

+ çıkış B

-giriş 1

-giriş 2

+giriş 1

LM358

çıkış 2

-Vcc

+ giriş 2

şase (-)

+Vcc

+giriş

çıkış

-giriş

balans

+giriş

balans

şase (-)

LM311

RL

+Vcc

-giriş 1

-Vcc

NC

+Vs

çıkış 1

-giriş

yavaş RC

şase (-)

+Vs

şase (-)

741

hızlı RC

çıkış 1

+giriş 1

çıkış

-Vcc

+Vcc

LM393

giriş A

+giriş

LM3909

eşik

+Vcc

LM1458

çıkış

çıkış A

-giriş

deşarj

çıkış 2 -giriş 2 + giriş 2

strobe

offset

CA3140

555

tetikleme

+Vcc

+Vs

çıkış

offset

+giriş

-Vcc

kompanzasyon 2

LM308

kompanzasyon 1

-Vcc

çıkış

çıkış

şase (-)

-giriş

+Vcc +Vcc

+Vcc

giriş

çıkış

+giriş

NC (boş uç)

şase (-)

188


LF357

+giriş

LM386

-giriş -giriş

LM387

+giriş

+Vcc çıkış

endüstriyel elektronik

Recommend Documents