tc gazi üniversitesi gazi eğitim fakültesi fizik eğitimi bölümü bitirme

T. C.
GAZİ ÜNİVERSİTESİ
GAZİ EĞİTİM FAKÜLTESİ
FİZİK EĞİTİMİ BÖLÜMÜ
BİTİRME PROJESİ
SES AMPLİFİKATÖRÜ DEVRESİ
(Darlington İle Hi-Fi : Tam Eşlenik 100W’lık Güç Kuvvetlendiricisi)
Hazırlayan : Hasan Şahin KIZILCIK
98050029457
Proje Danışmanı : Yrd. Doç. Dr. Sıtkı GÜRCAN
ANKARA - 2002
İÇİNDEKİLER
ÖNSÖZ .................................................................................................................... 3
A. TEMEL DEVRE ELEMANLARI ................................................................. 4
1. Dirençler .......................................................................................................... 4
1.1. Dirençlerin Teknik Özellikleri ....................................................................... 4
1.2. Özel Direnç Çeşitleri ...................................................................................... 6
2. Kondansatörler ............................................................................................... 7
2.1. Kondansatörlerin Teknik Özellikleri ........................................................... 7
3. Bobinler ve Transformatörler ....................................................................... 9
3.1. Bobinler ........................................................................................................... 9
3.2. Transformatörler ........................................................................................... 10
A. YARIİLETKENLER ..................................................................................... 11
1. Yarıiletken Tanımı ......................................................................................... 11
2. Katkılı Yarıiletkenler ..................................................................................... 12
2.1. N Tipi Yarıiletkenler ...................................................................................... 12
2.2. P Tipi Yarıiletkenler ...................................................................................... 12
2.3. PN Eklemi ....................................................................................................... 13
B. YARIİLETKEN DEVRE ELEMANLARI .................................................. 15
1. Diyotlar ............................................................................................................ 15
2.1. Diyot Karakteristiği ....................................................................................... 15
2.2. Diyot Çeşitleri ................................................................................................. 16
3. Transistorlar ................................................................................................... 16
3.1. Transistorların Yapısı ve Çeşitleri ................................................................ 16
3.2. NPN ve PNP Transistorlar ............................................................................ 18
3.3. Transistorlarda Yükseltme ........................................................................... 19
3.4. Dört Bölge Karakteristiği .............................................................................. 21
C. SESİN ELEKTRİĞE ÇEVİRİLMESİ VE MİKROFONLAR .................. 23
1. Dinamik Mikrofonlar ..................................................................................... 23
2. Şeritli Mikrofonlar .......................................................................................... 24
3. Kapasitif Mikrofonlar .................................................................................... 24
4. Karbon Mikrofonlar ....................................................................................... 26
D. SES FREKANSI KUVVETLENDİRİCİLERİ ............................................ 27
1. Ses Amplifikatörleri ve Kısımları ................................................................. 27
2. Hi-Fi ve Stereo Amplifikatörler .................................................................... 28
2.1. Hi-Fi Aplifikatörler ........................................................................................ 28
2.2. Stereo Amplifikatörler ................................................................................... 28
3. Devre Şeması ve Çalışma İlkesi ..................................................................... 28
3.1. Çalışma İlkesi .................................................................................................. 30
3.2. Teknik Veriler ................................................................................................. 30
3.3. Parça Listesi .................................................................................................... 30
3.4. Besleme Devresi .............................................................................................. 31
E. ELEKTRİĞİN SESE ÇEVİRİLMESİ VE HOPARLÖRLER ................... 32
EK : DEVRE ELEMANLARININ SEMBOLLERİ .......................................... 34
KAYNAKÇA .......................................................................................................... 35
2
ÖNSÖZ
Ses amplifikatörleri (ses kuvvetlendiricileri) halk arasında “amfi” olarak bilinen
devrelerdir. Bunlar mikrofondan, müzik aletlerinden ve diğer ses yayın cihazlarından
alınan ses işaretlerini topluluğun duyabileceği seviyeye yükselten ve hoparlörlere
aktaran aletlerdir. Transistorlu ve entegreli olmak üzere ikiye ayrılırlar. Günümüzde
entegreli amplifikatörler daha yaygın bir şekilde kullanılmakla birlikte transistorun
akım yükseltme özelliğinden yararlanarak güçlü kuvvetlendirici devreleri halen
yapılmaktadır.
Hazırlamış olduğum ses amplifikatörü devresi, darlington transistorlar yardımıyla
100Watt çıkış gücü sağlamaktadır. Bu amplifikatör devresi Hi-Fi özelliğe sahip olup,
sadece % 0,06 distorsiyon vermektedir. Aynı özelliklere sahip, özdeş iki Hi-Fi ses
amplifikatörünün uygun şekilde bağlanmasıyla elde edilen kuvvetlendiriciye stereo
kuvvetlendirici denir. Yani bu devremiz mono özelliğe sahiptir.
Bu çalışmamda, bana yardımları ve rehberliğinden dolayı proje danışmanım, değerli
hocam, Sn. Yrd. Doç. Dr. Sıtkı GÜRCAN, Araştırma Görevlileri Şebnem KANDİL ve
Mustafa KARADAĞ’a; bana sağlamış oldukları teknik imkanlar, destek, ilgi ve
hoşgörülerinden ötürü Bülent ÖZBEK, K. Bertan ÖZEREN, Ahmet YETİŞİR, M.
Lütfi HİDAYETOĞLU, Soner İŞİMTEKİN, Metehan DİKİCİ ve M. Kubilay
İHTİYAROĞLU’na ve de özellikle aileme çok teşekkür ederim...
3
A. TEMEL DEVRE ELEMANLARI
1. DİRENÇLER
Dirençler, elektrik akımına karşı gösterilen zorluk diye tanımlanırlar. Formüllerde,
R sembolü ile gösterilir ve Ohm (Ω) adını verdiğimiz bir birim ile ölçülür. Elektrik ve
elektronik devrelerinde en çok kullanılan devre elemanlarından biridir. Aşağıdaki
gibi gösterilir.
Şekil 1.
1.1. Dirençlerin Teknik Özellikleri
Ünlü bilim adamı Ohm, bir telin uçlarına uygulanan V geriliminin, o tel üzerinden
geçen I akımına oranının sabit olduğunu keşfetti. Buna direnç (resistance) dedi. Bir
iletken telin direnci, o telin kesit alanına, boyuna ve yapıldığı maddeye bağlıdır.
Direnç, elektrik akımına karşı gösterilen zorluk olduğundan, iletkenlik ile ters
orantılıdır.
Ohm Kanunu
Direncin Bağlı Olduğu Etkenler
Dirençler, pratik olarak ohmmetre denilen aletlerle; daha doğrusu, Wheatstone
köprüsü ile ölçülür. Direnç bir yerde çalışıyorsa, Ohm kanunundan faydalanarak
uçları arasındaki gerilimi, üzerinden geçen akım değerine bölerek de ölçülüp
hesaplanabilir.
Bir direncin dört önemli özelliği vardır :
i. Ohm (Ω) ile ölçülen değeri
ii. Watt (W) ile ölçülen gücü
ii. % ile verilen direnç değerindeki toleransı
iv. Direncin tipi
i. Direncin Ohm (Ω) olarak değeri :
Dirençler, miliOhm(mΩ)’dan megaOhm(MΩ)’lara kadar çeşitli değerlerde yapılırlar.
Direncin Ohm olarak değeri ya rakamlarla direncin üzerine yazılır, ya da renk
kodlarıyla belirtilir. (Tablo 1)
4
Dirençlerin değeri ısınınca değişir. Karbon ve yarıiletken malzemelerin direnci,
sıcaklık arttıkça azalır. Diğer madenlerin direnci ise, sıcaklık arttıkça artar. Bir
direncin değeri, 20 0C’de R20 Ω ise, t 0C’deki değeri :
Rt = R20 [ 1 + α ( t-20 ) + β ( t –20 )2 ]
( α ve β sabittir. )
Pratikte, bu bağıntı, şu şekilde kullanılmaktadır :
Rt = R20 [ 1 + α ( t-20 ) ]
Bir elektrik devresinde, dirençler seri ve paralel bağlandığında, eşdeğer direnç şu
şekilde hesaplanmaktadır.
Seri bağlandığında :
Paralel bağlandığında :
Reş = R1 + R2 + R3 + ... + Rn
R1 R2 R3 ... Rn
Reş = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
R1 + R2 + R3 + ... + Rn
Tablo 1 : Dirençlerin renk kodları
ii. Direncin Gücü :
Formüllerde güç, P ile gösterilir ve Watt ile ölçülür. Dirençler, 0,1 Watt’tan
kiloWatt’lara kadar çeşitli güçlerde yapılır. Dirençlerin gücü büyüklüğü ile doğru
orantılıdır. Çoğunlukla dirençlerin kaç Watt’lık olduğu üzerinde yazmaz. (Tablo 2)
5
Dirençlerde güç formülü aşağıdaki gibidir. Yani, üç farklı şekilde güç hesaplanabilir.
Bir devrede, hesaplanan güçten daha büyük güce sahip direnç kullanılabilir, fakat
daha küçük güçlü olanı kullanılmamalıdır. Aksi halde direnç yanar.
Direncin Gücü
Gücü P(W)
Çapı d(mm)
Boyu L(mm)
1/8
2,5
9
1/4
3,7
13
1/2
5,2
20
1
7
28
2
9,3
40
3
12
50
Tablo 2 : Dirençlerin boyutları ile gücü arasındaki ilişki
iii. Dirençlerin Toleransı :
Dirençlerin Ohm olarak verilen değerinin doğruluğu, yapım esnasında gösterilen
titizliğe ve kullanılan malzemeye göre değişir. Örneğin, %10’luk toleransa sahip,
100Ω’luk bir direnç, 110Ω ile 90Ω arasında herhangi bir değerde olabilir.
iv. Direncin Tipi :
Direnç malzemelerinin fiziksel yapısına göre dirençler; katı, sıvı, gaz diye üç sınıfa
ayrılabilir. Fakat, çoğunlukla kullanılan dirençler, katı malzemeden yapılırlar.
Karbon, metal ve katkılanmış yarıiletken gibi.
1.2. Özel Direnç Çeşitleri
Sanayinin çeşitli ihtiyaçları için, malzemenin fiziksel özelliklerinden yararlanarak
özel dirençler yapılmıştır. Bunları şu şekilde sıralayabiliriz :
i. Elektrik gerilimine bağlı dirençler (Varistör VDR)
ii. Manyetik alana bağlı dirençler (Hall jenaratörleri)
iii. Sıcaklığa bağlı dirençler (Termistörler NTC, PTC)
iv. Işığa bağlı dirençler (Fotodirençler LDR)
v. Basınca bağlı dirençler (Strain gage)
i. Elektrik gerilimine bağlı dirençler :
Silisyum karpit tozları, bir bağlayıcı madde ile karıştırılıp istenen biçimde preslenir.
Böyle bir dirence, büyükçe bir gerilim verilirse, silisyum karpit tozlarının değme
yüzeyleri değişerek aradaki direnç oldukça küçülür. Bunlara varistör (VDR, Voltage
Depent Resistor) denir.
ii. Manyetik alana bağlı dirençler :
İndiyum-antimonitten bir tabaka içine ince iğne gibi nikel-antimonitten yapılmış
iletken çubuklar gömülmesiyle yapılır. Böyle bir malzeme içinden akım geçirmek
6
istersek, elektron yolu soldan sağa doğru düz bir çizgi üzerinde olur. Şayet bu
malzeme, önden arkaya doğru olan bir manyetik alan içine konursa elektron alana
dik doğrultuda sapacağından yönü değişecektir. Elektron yolu uzadığı için, manyetik
alan içinde malzemenin direnci büyür. Böyle dirençler, manyetik alan ölçmelerinde
kullanılır.
iii. Sıcaklığa bağlı dirençler :
Bunlara termistör denir. Yarıiletken veya seramik malzemeden yapılmış dirençlerin
değeri sıcaklığa çok bağlıdır. Sıcaklıkla direnci azalan termistörlere NTC (Negative
Temperature Coeffecient) termistörü, sıcaklıkla direnci artan termistörlere de PTC
(Positive Temperature Coeffecient) termistörü denir. Elektrik ve elektronik
devrelerinde NTC tipi termistörler daha çok kullanılır. Bazı özel yerlerde PTC tipi
termistörler de kullanılır. Termistörler genelde sıcaklık ölçmek veya sıcaklık etkisini
dengelemek için kullanılmaktadır.
iv. Işığa bağlı dirençler :
Bunlara fotodirenç (LDR, Light Dependent Resistor) denir. Katkılanmış silisyum,
germanyum ve kadmiyum sülfit gibi bazı yarıiletken malzemelerin özgül iletkenliği,
üzerine düşen ışık akısı ile artar. Çünkü görünen ışık akısı, bu malzemenin elektron
hızlarını arttırır ve bazı yörünge elektronlarını serbest hale getirir. Bu da iletkenliğin
artması yani direncin azalmasına neden olur. Işık kesilince direnç tekrar artar.
v. Basınca bağlı dirençler :
Cisimlerin çekme gerilmesi ile boylarının uzadığını ve basma gerilmesiyle de
boylarının kısaldığını biliyoruz. Bir direnç telinin boyu uzarsa direnci artar. Bu
özellikten yararlanarak, basınç ile değeri değişen dirençler yapılmıştır.
2. KONDANSATÖRLER
Kondansatör, elektrik enerjisini depolayabilen bir araçtır. Dielektrik adı verilen bir
yalıtım malzemesiyle ayrılmış iki iletken levhadan oluşur. Kondansatör (Capasitor),
C ile gösterilir ve Farad (F) adı verilen bir birim ile ölçülür. Böyle bir kondantasöre
doğru gerilim uygulanırsa iletken levhalardan biri (+), diğeri (-) yükle yüklenir.
Kondansatör doğru gerilim kaynağından ayrılır ve iki ucu bir iletkenle birleştirilirse,
bir kıvılcımla toplanan yük boşalır. Kondansatörler devrede aşağıdaki gibi gösterilir.
Şekil 2.
2.1. Kondansatörlerin Teknik Özellikleri
Kondansatör tipleri, kullanılan dielektrik malzemenin cinsine göre isimlendirilir.
Kağıtlı, mikalı, polyester, seramik gibi.
7
Bir kondansatörün dört önemli özelliği vardır :
i.
ii.
iii.
iv.
Kondansatörün kapasitesi (C sığası)
Kapasitenin toleransı (%)
Kondansatörün dayanabileceği maximum gerilim (V)
Kondansatörün tipi (Bazıları sadece DC ile çalışır.)
i. Kondansatörün kapasitesi :
Kondansatörün yük alma özelliğidir. Kapasite C ile gösterilir ve Farad ile ölçülür.
Farad çok büyük olduğundan genelde MikroFarad (µF), NanoFarad (nF), PicoFarad
(pF) gibi alt katları kullanılır. Düzlemsel bir kondansatörün kapasitesi şu formülle
verilir:
Sığa
Sığanın bağlı olduğu etkenler
Kondansatörler paralel bağlandığında sığaları artar. Seri bağlandıklarında ise
dirençlerin tersine sığaları azalır.
Seri bağlandığında :
Paralel bağlandığında :
C1 C2 C3 ... Cn
Ceş = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
C1 + C2 + C3 + ... + Cn
Ceş = C1 + C2 + C3 + ... + Cn
i. Kapasitenin toleransı :
Kondansatör yapılırken gösterilen titizliğe ve kullanılan malzemeye göre dirençler
gibi kondansatörlerin de bir toleransı vardır.
ii. Kondansatörün dayanacağı gerilim :
Bu gerilim dielelektriğin özelliği ile sınırlıdır. Kondansatörde kullanılan yalıtkan
malzemede kullanılan delinme gerilimi kondansatörün dayanabileceği maksimum
gerilimi belirler. Bir kondansatörün yerine daha büyük gerilimli bir kondansatör
bağlanabilir. Fakat daha küçük gerilimlisi kullanılamaz.
iii. Kondansatörün tipi :
Kondansatörler dielektiriğin cinsine göre sınıflandırılır. Elektrolitik olanlar sadece
doğru gerilimde (DC) kullanılabilirler. Bir kondansatörde biriken enerji şu şekilde
hesaplanır.
8
Şekil 3.
3. BOBİNLER VE TRANSFORMATÖRLER
3.1. Bobinler
Bir telden elektrik akımı geçerse telin etrafında manyetik alan oluşur. Bu manyetik
alanın yönü sağ el kuralıyla bulunur. Bu kuvvet çizgilerini yani manyetik alanın
şiddetini arttırmak için tel, bir silindir üzerine sarılırsa kuvvet çizgileri seri
bağlanarak çoğalır. Bobinin bir ucundan çıkan kuvvet çizgileri diğer ucundan tekrar
bobine girer.
Şekil 4.
Bu kuvvet çizgilerinin toplamına ψ denirse, bobinin; L = ψ / I şeklinde tanımlanan
bir L indüktansı olur. Bu indüktans Henry (H) ile ölçülür. Bobinin boyutları
cinsinden indüktans aşağıdaki gibidir.
Bobinin indüktansı
9
Bir bobinin indüktansını arttırmak için, bobinin içine µ manyetik momenti büyük
olan (demir gibi) bir çekirdek konur. Demir, bobin içine kütle olarak konursa demir
içindeki Foucault ve Histerzis kayıplarından dolayı bobin kayıpların artar. Bobin
ısınır. Bunu önlemek için demir, plaketler halinde konur ve araları izole edilir.
3.2. Transformatörler
Transformatör iki bobinden oluşan bir düzenektir. Karşılıklı koyulan iki bobin ile
gerilim ve akım değiştirilmesi sağlanır. Şöyle ki :
Lenz Kanununa göre, indüksiyon emk’nın yönü, ilmekten geçen manyetik akı
değişimine karşı koyacak şekilde manyetik akı oluşturan akım yönündedir. Bu
durumda karşılıklı koyulan iki bobinden birisine değişken gerilim verildiğinde, diğer
bobin de indüklenir. Böylece ikinci bobinde de akım elde edilmiş olur.
Bobinler içine ferromanyetik olan demir çekirdek konursa hatta bu demir
çekirdekler yine başka bir demir çekirdek ile birleştirilirse özelliğinden dolayı
manyetik alanı toplayacaktır.
Şekil 5.
Bobinlerde, birinci bobine verilen akım değişken olmalı. Eğer sinüsoidal akım
verilirse ikinci bobinde de sinüsoidal akım elde edilir. Şiddeti aşağıdaki bağıntı ile
verilir.
Transformatörlerde indüklenme
10
B. YARIİLETKENLER
1. YARIİLETKEN TANIMI
Bütün elektronik devre elemanları yapıldıkları maddelerin özelliklerine göre
davranırlar. İletken madde, elektrik akımını kolay ileten; yalıtkan madde ise elektrik
akımına karşı çok büyük direnç gösteren maddelerdir.
Yarıiletkenler ne iyi birer iletken, ne de iyi birer yalıtkandır. Germanyum, silisyum
gibi maddeler bunlara örnek verilebilir. Atomlar elektronlar ve çekirdek
partikürlerinden oluşur. Çekirdeğin etrafındaki elektronlar belli bir düzeye sahiptir.
İletkenlerde üç veya daha az, yalıtkanlarda ise beş veya daha fazla değerlik elektronu
vardır. Yarıiletkenler ise genelde dört değerlik elektronuna sahip maddelerdir.
Şekil 6.
Band teorisine göre iletkenlik bandı ve valans bandı olmak üzere iki band bulunur.
Valans bandından iletkenlik bandına geçen elektronlar iletkenliği oluşturur. Aradaki
bölge yasak bölgedir. Yalıtkanlarda bu yasak bölge çok büyük, iletkenlerde çok
küçük ve yarıiletkenlerde ise ikisinin arasındadır.
Şekil 7.
11
2. KATKILI YARIİLETKENLER
Katkısız yarıiletkenler, elektronikte pek kullanılmaz. Katkı maddesine göre,
maddedeki elektron veya boşluk sayısı değişir. Bu durumda, hem boşluk iletimi hem
de elektron iletimi bundan etkilenecektir. Boşluklar pozitif, elektronlar ise negatif
yük iletimini sağlar. Yani, katkı maddesine göre iletim, pozitif ya da negatif ağırlıklı
olur.
En uygun katkı maddesi, değerlik elektronu sayısı yarıiletkeninkinden bir farklı
olandır. Katkı yapmak için, önce yarıiletken eritilir ve içine çok az miktarda katkı
maddesi koyularak soğumaya bırakılır. Böylece, katkı maddesi kristal yapıya
katılmış olur.
2.1. N Tipi Yarıiletkenler
Arsenik, fosfor, bizmut gibi 5 değerlik elektronuna sahip maddelerin yarıiletken
kristaline katkı maddesi olarak karıştırılmasıyla olur.
Katkı maddesinin dış yörüngesinde 5 elektron bulunduğundan, bu elektronların 4
tanesi yarıiletken atomu ile bağ kurarken, geriye kalan 1 elektron serbest kalır ve
iletkenlik bandına kolaylıkla geçer. İletim negatif yüklerle sağlanır.
Şekil 8.
2.2. P Tipi Yarıiletkenler
Dış yörüngesinde 3 elektron bulunan; indiyum, galyum, alüminyum gibi maddelerle
katkı yapılarak elde edilir.
12
Katkı maddesi kristale girdiğinde, bağ yapmak için 1 elektronu eksik olur. Bu yüzden
kristalde boşluklar oluşur. Bu şekilde oluşan yarıiletkende iletim boşluklarla sağlanır.
Boşluklar, pozitif taşıyıcıdır. Boşlukların taşınması şu şekilde olur:
Boşluk bir elektron ile doldurulduğunda, elektronun geldiği atomda boşluk oluşmak
zorundadır. Yani boşluk, elektron ile ters yönde hareket etmiş olur.
Şekil 9.
2.3. PN Eklemi
P ve N tipi yarıiletkenlerin kademeli olarak birleştirilmesiyle olur. Fakat, P ve N tipi
iki yarıiletken mekanik olarak birleştirilerek PN eklemi yapılamaz. Bunun için, bir
yarıiletkenin bir kısmı P tipi, bir kısmı da N tipi olacak şekilde kademeli geçiş
sağlanır. Burada önemli olan nokta, kristal yapının bozulmamasıdır. P ve N bölgeleri
arasında geçiş kademelidir. Aradaki bu geçiş bölgesine Shottky bölgesi denir.
Shottky bölgesinde yüklü bir tanecik bulunmaz. Çünkü araya düşen herhangi bir
tanecik, her iki taraftan birine çekilir. Yani Shottky bölgesi ideal bir yalıtkandır.
Difüzyon dengesi vardır. Bu bölgenin oldukça büyük bir direnci vardır. P ve N bölge
sınırları, bir kondansatörün plakaları gibidir. Bu yüzden bir sığa söz konusudur. Bu
iki bölge sınırları arasında bir potansiyel farkı mevcuttur. Buna Shottky potansiyel
farkı veya Shottky bariyeri adı verilir.
Şekil 10.
13
Eğer bu PN eklemine potansiyel farkı uygularsak, elde ettiğimiz malzemenin
elektronik açısından önemini gözlemlemiş oluruz. Şöyle ki:
Bu PN eklemine, P bölgesine negatif (-), N bölgesine pozitif (+) gerilim verecek şekilde
bir DC güç kaynağı bağlarsak, Shottky bölgesindeki potansiyel farkı artacaktır.
Yüklü tanecikler Shottky bariyerini aşamayacağından, PN eklemi akım
geçirmeyecektir. Ancak miliAmper(mA) veya mikroAmper(µA) mertebesinde bir
geçiş olacaktır. Bunun nedeni de araya düşen taneciklerin elektrik alanda hareket
etmeleridir. Bu tür polarılamaya, ters yönde polarma veya ters yönde gerilimleme
denir.
Şekil 11.
Eğer bu PN eklemine, N bölgesine negatif(-), P bölgesine pozitif(+) uç gelecek şekilde
DC gerilimi verildiğinde, P ve N bölgelerindeki yük birikimlerinin bir kısmı nötrlenir
ve bozulan difüzyon dengeye ulaşmak için tekrar başlar. Ancak, üreteç bağlı
olduğundan, hiçbir zaman dengeye ulaşamaz. PN eklemi üzerinden akım
geçmektedir. Bu tür bağlantıya, doğru yönde polarma veya doğru yönde gerilimleme
denir.
Şekil 12.
14
C. YARIİLETKEN DEVRE ELEMANLARI
1.
DİYOTLAR
Diyotlar, bir yönde akan akıma karşı çok yüksek, diğer yönde akan akıma karşı ise
çok az direnç gösteren elemanlardır. Yarıiletken PN ekleminden oluşurlar. Genelde
devreden tek yönde akım geçmesi istendiğinde kullanılırlar. Eğer bir diyotun
bulunduğu devreye sinüsoidal AC akımı uygulanırsa; diyot, sadece bir yöndeki
alternansların geçmesine izin verecektir. Diyotlar, devrede aşağıdaki gibi gösterilir.
Şekil 13.
1.1. Diyot Karakteristiği
Diyotların akım-gerilim grafiğine diyot karakteristiği denir. Diyota her iki yönde de
sıfırdan başlayarak çeşitli gerilimler uygulanır ve devredeki diyot üzerinden geçen
akım ölçülür. Ters yönde belli bir gerilimin üzerinde akım verildiğinde diyot kırılır.
Yani kristal yapı bozulur ve diyot direnç görevi görür. Buna Vk kırılma gerilimi
denir.
Şekil 14.
15
Doğru polarma durumunda; germanyum diyotun karakteristik eğrisi 0,2V.
civarında, silisyum (silikon) diyotun karakteristik eğrisi ise 0,6V. civarında yukarı
kıvrılmaktadır. Diyotlar, bu gerilimlerde iletime geçerler. Buna başlangıç veya eşik
gerilimi denir. Bunun nedeni, aradaki Shottky bölgesi potansiyel farkıdır. Doğru
yönde akım belli bir değerin üzerine çıkarsa diyot yanar. Bu akım değeri diyotların
üzerinde yazmaktadır.
Ters polarma durumunda ise; çok küçük, önemsenmeyecek bir akım geçer. Vk
kırılma gerilimi aşıldığında akım hızla artar. Diyot artık özelliğini kaybetmiş olur.
1.2. Diyot Çeşitleri
Diyotlar başlıca üç ana gruba ayrılır. Bunlar :
1. Lamba Diyotlar
2. Metal Diyotlar
3. Yarıiletken Diyotlar
Lamba diyotlar, genelde redresör ve dedektör yapımında kullanılırlar. Bir katot tüpü
şeklindedirler. Metal diyotlar ise, bakır oksit (CuO) ve selenyumlu diyotlardır.
Yarıiletken diyotlar, PN tipi germanyum veya silikon diyotlardır.
Genel olarak en çok kullanılan diyot çeşitleri şunlardır :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Kristal Diyot
Zener Diyot
Tünel Diyot
Işık Yayan Diyot (Led)
Foto Diyot
Ayarlanabilir Kapasiteli Diyot (Varaktör - Varikap)
Mikrodalga Diyotları
Gunn Diyotları
Impatt (Avalanş) Diyot
Barıtt (Schottky) Diyot
Ani Toparlanmalı Diyot
Pin Diyot
Büyük Güçlü Diyotlar
2. TRANSİSTORLAR
2.1. Transistorların Yapısı ve Çeşitleri
Transistorlar, genel olarak yarıiletken maddeden yapılmış devre elemanlarıdır. Her
ne kadar, diyotun yapısına benzese de çalışması ve fonksiyonları diyottan çok
farklıdır. Transistorlar çok çeşitli tanımlanabilirler. Örneğin :
1. Transistor, iki elektrodu arasındaki direnci, üçüncü elektroda uygulanan gerilim
ile değişen bir devre elemanıdır.
16
2. Transistor, yan yana birleştirilmiş iki PN diyotundan oluşan bir devre elemanıdır.
Birleşme sırasına göre, NPN veya PNP tipi transistorler oluşur.
Şekil 15.
Transistorlar, en basit olarak, beyz ucuna verilen mA seviyesindeki akım ile
kollektör-emitter arasını akım geçişine açan bir devre elemanıdır. Transistor, yapısal
bakımdan, yükselteç olarak çalışma özelliğine sahip bir devre elemanıdır. Ayrıca,
devrede bir nevi anahtar görevi de görür. Elektroniğin her alanında
kullanılmaktadır.
Şekil 16.
Bi-polar ve foto transistorlar, PNP ve NPN olmak üzere iki tipte imal edilirler. Fet
transistorlar ise, Kanal ve N-Kanal olmak üzere iki tipte imal edilirler. Bunların
haricinde; Mosfet, darlington, unijaksın(UJT) tipi gibi transistorlarda
bulunmaktadır.
Biz burada, bu farklı tip transistorlardan sadece darlington transistoru kullanacağız.
Darlington transistor, iki adet PNP veya NPN transistorun ardarda bağlanmasıyla
oluşur. Yani, bir transistordan alınan yükseltme, bir diğer transistorla daha da
kuvvetlendirilir. Darlington transistora, basit olarak iki transistor gibi bakılabilir. Şu
şekilde gösterilir.
Şekil 17.
17
Transistorun başlıca çeşitleri şunlardır :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Yüzey birleşmeli (Jonksiyon) transistor
Nokta temaslı transistor
Unijonksiyon transistor
Alan etkili transistor
Foto transistor
Tetrot (dört uçlu) transistor
Koaksiyal transistor
2.2. NPN ve PNP Transistorlar
Trasistorlar, yapı bakımından NPN ve PNP olmak üzere ikiye ayrılır. Yine her iki tip
transistorun de N-P-N ve P-N-P bölgeleri şöyle adlandırılır :
i. Emitter (Emetör) : "E" ile gösterilir. Yayıcı özelliğe sahiptir. Akım taşıyıcıların
harekete başladığı bölgedir.
ii. Baz (Beyz) :
"B" ile gösterilir. Taban olarak da adlandırılır. Transistörün
çalışmasını etkileyen orta bölgedir. Mümkün olduğunca ince
yapılır.
iii. Kollektör :
"C" ile gösterilir. Toplayıcı özelliğe sahiptir. Akım taşıyıcıların
toplandığı bölgedir.
Bu bölgelere irtibatlandırılan bağlantı iletkenleri de, elektrot, ayak veya bağlantı ucu
olarak tanımlanır. Baz'ın mümkün olduğunca ince yapılmasının nedeni, akım
taşıyıcılarının baz bölgesini kolayca geçebilmesi içindir.
NPN Transistorlar için :
Emiterde; transistordan dış devreye doğru, yani emiterdeki ok yönünde bir akım
oluşur. Beyz ve kollektörde akım; dış devreden transistöre doğrudur. Emittere
negatif(-), beyz ve kollektöre ise, pozitif(+) gerilim uygulanır.
PNP Transistorler için :
Emiterde; dış devreden transistöre doğru, yani okun gösterdiği yönde, beyz ve
kollektörde ise; transistörden dış devreye doğru akım oluşur. Emittere pozitif(+),
beyz ve kollektöre ise negatif(-) gerilim uygulanır.
Bunu şu şekilde tablolarsak :
Emitter
Beyz
Kollektör
NPN Tipi
PNP Tipi
Akım
Gerilim
Akım
Gerilim
Dışa
İçe
+
İçe
+
Dışa
İçe
+
Dışa
Tablo 3 : Transistorların Akım ve Gerilim Yönleri
Emitter ve kollektör aynı tip, beyz ise farklı tip katkılanmış yarıiletkendir. Emitter ve
kollektörün farkı şudur: Kollektörde emittere göre daha az katkı maddesi
kullanılmıştır. Bu yüzden akım taşıyıcılarının sayıları farklıdır.
18
2.3. Transistorlarda Yükseltme
Transistörler yapısı gereği, akım yükseltme özelliğine sahiptir. Uygun bir devre
dizaynıyla gerilim ve güç yükseltmesi de yapar. Tabi bu işlemlerde de asıl olan
akımdır. Bu nedenle, önce akımın nasıl yükseltildiğinin bilinmesi gerekir.
Örnek olarak şekilde görüldüğü gibi bir NPN tipi transistör alınmıştır. Transistörün
çalışabilmesi için elektrotlarına, şu gerilimler uygulanıyor :
Emitter; negatif (-) gerilim,
Beyz; pozitif (+) gerilim,
Kollektöre; pozitif (+) gerilim.
Şekil 18.
Yükseltme işlemi, aşağıdaki aşamalarla izah edilebilir :
1. Transistör içerisinde emitterden beyz ve kollektöre doğru bir elektron akışı
vardır.
2. Elektronların küçük bir kısmı da, VBE kaynağının oluşturduğu giriş devresi
üzerinden, büyük bir kısmıda VCE kaynağının oluşturduğu çıkış devresi
üzerinden devresini tamamlar.
3. Giriş ve çıkışta dolaşan elektronların miktarı, transistorun büyüklüğüne bağlı
olduğu gibi, VBE ve VCE kaynak gerilimlerinin büyüklüğüne de bağlıdır.
4. Emitterdeki elektronları harekete geçirmek için "Silisyum" transistörde en az
0.6V, "Germanyum" transistörde ise 0.2V olması gerekir.
5. Elektroları çekebilmesi için VCE gerilimi VBE 'ye göre oldukça büyük seçilir.
6. Giriş devresinden dolaşan elektronlar "IB" beyz akımını, çıkış devresinden
dolaşan elektronlarda "IC" kollektör akımını oluşturur.
7. Buradaki IB ve IC akımları DC akımlardır. Eğer girişe AC gerilim uygulanırsa,
IC 'de AC olarak değişir.
8. IB ve IC akımları devrelerini tamamlarken emitter elektrodu üzerinde
birleştiğinden IE akımı, IB ve IC 'nin toplamı olur.
Her zaman geçerli kural :
IE = IB + IC
19
Sonuçta; IB akımı giriş akımı, IC akımı da çıkış akımı olarak değerlendirilirse, IB gibi
küçük değerli bir akımdan, IC gibi büyük değerli bir akıma ulaşılmaktadır. Bu olay
"Transistörün akım yükselteci olarak çalıştığını” göstermektedir. Şekildeki gibi
emitteri ortak bağlantıda akım kazancı formülü :
β = IC / IB 'dır.
IB ve IC akımları değişse de, β(Beta) akım kazancı sabit kalmaktadır. Çünkü, şekle
göre; VBE gerilimi büyütüldüğünde; iki aşamalı şu gelişmeler olmaktadır :
1. Emiter-Beyz diyotu daha büyük bir gerilim ile polarılmıştır. Daha çok elektron
harekete geçer. Bu elektronların, Beyz girişi üzerinden devre tamamlayan
miktarı da artar. IB akımı büyür.
2. Diğer taraftan, büyük hareketlilik kazanan emitter elektronları, mevcut olan
VCE çekme kuvveti etkisiyle beyz'i daha çok sayıda geçerek kollektöre ulaşır.
Böylece daha büyük IC akımı oluşur.
IB ve IC deki artış aynı oranda olmaktadır. Böylece, β = IC / IB değeri sabit
kalmaktadır. VBE küçültüldüğünde de IB ve IC aynı oranda küçülür ve β yine sabit
kalır. Yani, gerek IB, gerek IC akımının büyüyüp küçülmesinde yalnızca VBE giriş
gerilimi etkindir. VCE gerilimi büyütüldüğünde, akan elektron miktarında, yani IC
akımında, önemli bir artış olmaz. Çünkü VCE gerilimi, esas olarak, VBE geriliminin
emitterde hareketlendirdiği elektronları çeker. Emitterde ne kadar çok elektron
hareketlenmişse, VCE'de o kadar çok elektron çeker. Bunlara kollektördeki belirli
sayıdaki elektronlarda eklenir. Ancak, kollektörde daha az katkı maddesi
kullanıldığından elektron sayısı daha azdır. Bunlarda IC akımını fazla etkilemez. VCE
belirli bir değeri geçerse, Beyz-kollektör diyotu delinir ve transistor yanar.
Bu tip yükselteçlerin üç bağlantı şekli vardır. Burada emitteri ortak bağlantı örnek
verilmiştir. Gerçekte bağlantı şekilleri şöyledir :
1. Emitteri ortak bağlantı
2. Beyzi ortak bağlantı
3. Kollektörü ortak bağlantı
Akım kazancı : β = IC / IB
α = IC / I E
γ = IE / I B
Şekil 19.
20
Her üç bağlantı şeklinde de akımlar arası şu bağıntı vardır :
IE = IB + IC
Bu bağıntı ve akım kazancı bağıntılarından yararlanarak, akım kazançları; α, β ve γ
birbirlerine dönüştürülür.
α ve β’nın birbiri cinsinden yazılması :
1 / α = IE / IC = ( IC + IB ) / IC = 1 + IB / IC = 1 + 1 / β
⇒α=β/(β+1)
⇒β=α/(1-α)
α ve γ’nın birbiri cinsinden yazılması :
α = IC / IE = ( IE - IB ) / IE = 1 - IB / IE = 1 - 1 / γ
⇒ α=(γ-1)/γ
⇒ γ=1/(1-α)
γ ve β’nın birbiri cinsinden yazılması :
β = IC / IB = ( IE - IB ) / IB = IE / IB - 1 = γ - 1
⇒ β= γ-1
⇒ γ=β+1
2.4. Dört Bölge Karakteristiği
DC’de yüksüz olarak çalıştırılan transistorun giriş ve çıkış akımları ile gerilimleri
arasındaki bağıntılara ait karakteristik eğrilerinden yararlanarak şu statik değerler
hesaplanabilmektedir :
1.
2.
3.
4.
Giriş direnci
Çıkışdirenci
Akım kazancı
Giriş-çıkış gerilim (zıt reaksiyon) bağıntısı
Bunlar transistorun yapısıyla ilgili karakteristik değerlerdir. Dört bölge
karakteristiği, transistor çıkışında yük direnci yokken çıkarıldığından bun eğrilere
kısa devre karakteristikleri de denir.
Emiteri ortak yükseltece ait dört bölge karakteristik eğrisi, şu bölgelerden
oluşmaktadır :
1. Bölge Karakteristik Eğrisi (VCE-IC) : VCE çıkış gerilimindeki değişime göre, IC çıkış
akımındaki değişimi gösterir. RC = VCE / IC bağıntısı ile “çıkış direncini” belirler.
2. Bölge Karakteristik Eğrisi (IB-IC) : IB giriş akımındaki değişime göre, IC çıkış
akımındaki değişimi gösterir. β = IC / IB bağıntısı ile “akım kazancını” belirler.
3. Bölge Karakteristik Eğrisi (VBE-IB) : VBE giriş gerilimindeki değişime göre, IB giriş
akımındaki değişimi gösterir. Rg = VBE / IB bağıntısı ile “giriş direncini” belirler.
21
4. Bölge Karakteristik Eğrisi (VBE-VCE) : "VBE - VCE" bağıntısı VBE giriş
gerilimindeki değişime göre, VCE çıkış gerilimindeki değişim miktarını gösterir. Bu
değişim, gerilim transfer oranı olarak tanımlanır.
Şekil 20.
Bu esnada, “kararlı çalışma” çok önemlidir. Buna stabilize de denir. Bir transistorun
çalışma noktasının stabilize edilmesi, verimi arttırır. Yani, transistorun girişine ve
çıkışına uygulanan polarma gerilimi ve akımın çalışma süresince aynı kalması için
gerekli önlemlerin alınması gerekir. Daha kısa bir söylemle, “transistorun kararlı
çalışmasının sağlanması” gerekir. Her transistorun bir yük doğrusu ve Q çalışma
noktası vardır. Bu Q noktasının çalışma sırasında değişmemesi gerekir. Stabil
çalışmayı zorlaştıran iki etken vardır. Bunlar :
1. Isınan transistorun IC kollektör akımının artması,
2. Bir devredeki transistor yerine başka bir transistor kullanılması halinde, akım
kazancı farklı olursa, devre aynı devre olduğu halde çıkış akımı değişeceğinden
stabilite bozulacaktır.
Isınınca IC akımının anormal artmasını önlemek için :
Emitteri ortak bağlantıda, şekildeki gibi IC akımı artınca RC direnci üzerindeki
gerilim düşümü artacağından, B noktasındaki gerilim küçülecektir. Dolayısıyla IB
akımı küçülür. IC = β IB bağıntısından, IC küçülecek ve denge sağlanacaktır.
Şekil 21.
22
D. SESİN ELEKTRİĞE ÇEVİRİLMESİ VE MİKROFONLAR
Bütün mikrofonların yapıları, ses dalgalarının bir diyaframı titreştirmesi esasına
dayanmaktadır. Her sesin belirli bir şiddeti vardır. Bu ses şiddetinin havada yarattığı
basınç ses şiddeti ile orantılıdır. Gelen hava basıncının büyüklük ve küçüklüğüne
göre ileri-geri titreşen diyaframın bu titreşimini, elektrik enerjisine çevirmek için
değişik yöntemler kullanılmaktadır. Kullanılan yöntemlere göre de mikrofona ad
verilmektedir. Başlıca Mikrofonlar :
i. Dinamik mikrofonlar
ii. Şeritli mikrofonlar
iii. Kapasitif mikrofonlar
iv. Karbon mikrofonlar
v. Kristal mikrofonlar
vi. Elektret mikrofonlar
vii. Telsiz mikrofonlar
1. DİNAMİK MİKROFONLAR
Dinamik mikrofonlar en çok kullanılan mikrofon türüdür. Şu özelliklere sahiplerdir :
Sağlam yapılı, küçük, hafif ve oldukça iyi sayılabilecek bir frekans karakteristiğine
sahiplerdir. (60-10000Hz). Maliyeti de düşüktür. Çalışması için ayrıca bir gerilim
kaynağına ihtiyaç duymadığından oldukça geniş bir kullanım alanı vardır. Güçlü
çıkış verir. Güçlü çıkışına rağmen sadakati (fidelity), yani ses frekansını takibi o
kadar iyi değildir. Şu bölümlerden oluşmaktadır :
Diyafram, diyaframa bağlı hareketli bobin, Bobinin içerisinde hareket ettiği sabit
mıknatıs, empedans uygunluğu sağlayan küçük bir transformatör (Bazı dinamik
mikrofonlarda bulunur).
Şekil 22.
Ses dalgalarıyla titreşen diyafram, bağlı bulunduğu bobini, sabit mıknatıs içerisinde
ileri-geri hareket ettirir. Sabit mıknatısın kutupları arasında φ manyetik fluks'u
(manyetik alan hatları) vardır. Bobin iletkenleri hareket sırasında bu manyetik alan
hatlarını kesmektedir. Lenz kanununa göre, bir manyetik alan içerisinde "V" hızıyla
hareket eden "I" boyundaki bir iletkenin uçları arasında E = I / V değerinde bir
gerilim oluşur. Bu kurala uygun olarak sürekli ileri-geri titreşim halinde bulunan
bobinde de ses frekansına uygun olarak değişen bir gerilim (AFAC - Audio
23
Frequency Alternating Current) oluşur. Mikrofon bobini uçlarında oluşan gerilim,
bir ses frekans yükseltecine verildiğin de, hoparlörden aynı frekansta çıkış alınır.
Böylece mikrofona yapılan konuşma veya melodi kuvvetlendirilmiş olarak sese
dönüştürülür. Dinamik mikrofon bobininin direnci çok küçük, birkaç ohm kadardır.
Yükselteç ile aralarında bir empedans uygunluğu sağlama bakımından, genellikle
mikrofon gövdesi içerisine, şekilde görüldüğü gibi 50, 250, 600 Ohm çıkışlı küçük bir
transformatör yerleştirilir. Bu bakımdan kullanılacak yükseltecin giriş direncine
uygun bir mikrofon seçildiği taktirde yükselteç verimi artacak ve daha güçlü bir çıkış
sağlanacaktır. Dinamik mikrofonlar şu adlarla da anılırlar : Manyetik mikrofon
(Magnetic Microphones), Hareketli bobinli mikrofon (Moving Coil Microphones).
2. ŞERİTLİ MİKROFONLAR
Şeritli (Ribbon) mikrofonlar da dinamik mikrofonlar gibi, sabit mıknatısın manyetik
alan etkisinden yararlanılarak geliştirilmişlerdir. Şekilde görüldüğü gibi, bir sabit
mıknatısın iki kutbu arasına bir alüminyum (Al) şerit yerleştirilerek iki ucundan
çıkış alınmıştır. Ses bobini ile ileri-geri titreşen Alüminyum şeridin manyetik alan
çizgilerini kesmesi sonucu iki ucu arasında bir AC gerilim oluşmaktadır. Şerit
mikrofonlar çok hassas yapılıdırlar, sarsıntıdan, hava akımından, etkilenirler ve
gürültülü çıkış verirler. Bu nedenle, kullanırken fazla sarsmamaya dikkat etmek
gerekir. Rüzgarlı havalarda da, açık havada kullanılmamalıdır. Düşük gerilim
ürettiği için, hem kuvvetlendirici, hem de empedans uygunluğu sağlayıcı olarak
transformatörlü üretilir. Hassas olması nedeniyle, düşük frekanslı sesleri (bas) dahi
rahat alır ve frekans karakteristiği geniştir. Bu nedenle müzik nakli için çok
uygundur.
Şekil 23.
3. KAPASİTİF MİKROFONLAR
1920 'ler den beri Radyo yayıncılığında (Broadcasting) en çok kullanılan mikrofondur.
Başlıca şu üstünlüklere sahiptir : 50 - 15000 Hz arasında oldukça geniş bir frekans
karakteristiği vardır. Distorsiyon azdır. Empedansı büyüktür. (10 - 50 MegaOhm).
Bu özelliklere karşın şu tip dezavantajları vardır : Diğer mikrofonlardan farklı
olarak, bir besleme kaynağına ihtiyacı vardır. Yükselteç ile mikrofon arası kablonun
24
kapasitif etkisi mikrofon kapasitesini etkileyerek parazite neden olur. Bunu azaltmak
amacıyla mikrofon içersine bir yükselteç konur.
Kapasitif mikrofon adından da anlaşılacağı gibi iki kondansatör plakasından
oluşmaktadır. Bu iki plaka arasında Şekilde gösterildiği gibi ya bir izole madde yada
hava aralığı vardır. Birinci plaka, alüminyum gibi esnek bir maddeden yapılmıştır.
Kapasitif mikrofonun çalışması, kondansatör özelliğinden yararlanmak suretiyle
sağlanır. Bilindiği gibi bir kondansatörün iki plakası arasındaki gerilim : V = Q / C
'dir. Ses basıncı ile plakalar titreştikçe "C" kapasitesi değişir. Dolayısıyla, değişik
"V" gerilimi üretilir. Ses basıncına uygun olarak titreşim yapan diyafram
kondansatör plakasını titreştirmekte ve plakalar aralığını değiştirmekte, böylece ses
frekansına uygun bir gerilim değişimi (AF-AC, ses frekansı AC değişimi)
sağlanmaktadır. Bu gerilim mikrofonun özel yükseltecinde kuvvetlendirilerek asıl
yükseltece iletilir. Kapasitif mikrofon büyük bir dirence sahiptir. Eğer mikrofondan
çıkan iletkenler doğrudan ses frekansı yükseltecine götürülürse, çok zayıf olan "AFAC" işareti, hem daha çok zayıflayacak, hem de mikrofon uçları büyük direnç
nedeniyle açıkmış gibi etki yapacaktır. Bu etki nedeniyle kablo iletkenlerinin
arasında ve toprağa karşı kapasite oluşacağından, elektrostatik ve elektromanyetik
etkileşimle, ses frekansı bir takım parazitler etkisinde kalabilecektir. Bu nedenle,
mikrofon gövdesi içerisine bir yükselteç konur.
Şekil 24.
25
4. KARBON MİKROFONLAR
Karbon mikrofonlar, bir kapsül içerisine doldurulan kömür tozlarından
oluşmaktadır. Kapsül, diyaframa bağlı hareketli bir kapak ile kapatılmıştır.
Diyafram ses basıncı ile titreştikçe, kömür tozlarını sıkıştırıp gevşetir. Kömür tozları
sıkışınca direnci küçülür, gevşeyince büyür. Böylece ön yükselteç "beyz" akımı artıp
eksilir. Ve gerekli yükseltme sağlanır. Empedansları çok küçüktür (50 Ohm
civarında). Bunların ön yükselteç empedansına uyum sağlayabilmesi için, ön
yükselteçlerin beyzi ortak yapılmalıdır. Bu durumda da akım kazancı düşmektedir.
Kömür tozlarının zamanla tortulaşarak özelliklerini yitirmeleri nedeniyle de, bugün
kullanımı tercih edilmemektedir. Bununla beraber, birçok telefonun mikrofon
kapsülü, halende karbonlu mikrofon yapısındadır.
Şekil 25.
26
E. SES FREKANSI KUVVETLENDİRİCİLERİ
1. SES AMPLİFİKATÖRLERİ VE KISIMLARI
Mikrofon yada diğer mekanizmalarla elektrik titreşimleri haline çevrilmiş olan sesi,
kuvvetlendirilerek çıkışa gönderen elektronik devredir. Halk arasında "Amfi" olarak
adlandırılır. Özelliklerine göre çeşitlidirler. Transistorlu veya entegreli olabilirler.
Entegreli olanlar, transistorlu olanlara göre daha pratik olmasına karşın, bir arıza
durumunda entegre tamamen değiştirilmek zorundadır. Ses frekansı
kuvvetlendiricilerini (Ses Amplifikatörleri) üç kısımda incelemek mümkündür.
Bunlar :
1. Ön kuvvetlendirici
2. Güç kuvvetlendiricisi
3. Besleme devresi
1. Ön kuvvetlendirici olarak bir işlemsel kuvvetlendirici kullanılabilir. Bu kısımda
şunlara dikkat edilmelidir : Ön kuvvetlendiricinin girişi, çıkışı ve devreleri gayet iyi
ekranlanmalı, uzun teller kullanılırsa ekranlı (blendajlı) kablo kullanılmalı, parazit
yapan cihazların yanına konmamalıdır. Girişteki en küçük bir parazit işaret, çıkışta
kuvvetlenerek fon gürültüsü şeklinde duyulur. Hatta bazen girişte kullanılan uzunca
teller anten görevi yaparak lokal radyoları ve civardaki telsiz işaretlerini alarak
çıkışta duyulmasına neden olur.
2. Güç kuvvetlendiricisi olarak kullanılan entegre devreler vardır. Bunlar
kullanılabildiği gibi, büyük güçlü transistorlar kullanarak da böyle bir
kuvvetlendirici yapılabilir. Fakat entegre devre içinde bir arıza olursa, entegre
devreyi tamamen atmak gerekir. Halbuki transistorlarla yapılırsa yalnız bozulan
kısmı değiştirerek yenilemek mümkündür. Bu kısımda da ekranlama ve
topraklamalara dikkat edilmelidir.
3. Besleme devreleri : Ses frekansı kuvvetlendiricilerini besleyen devreler de
önemlidir. Çünkü bazı parazitler besleme devresinden gelir.
Bir ses frekansı kuvvetlendiricisi entegre devrelerle değil de tekil devre elemanları ve
transistorlar ile yapılacak ise iki tipte yapılır. Biri, aynı tipte transistor kullanarak
transformatör bağlantılı olanıdır. Diğeri, çıkışta farklı tip, örneğin NPN - PNP tipi
transistorlar kullanarak trafosuz olanlardır. Bugün ikinci tipler daha çok
kullanılıyor. Çünkü bunlar hem hafiftir, hem de frekans bandı daha geniştir. Radyo,
pikap, mikrofondan işaret alıp şiddetlendirecek ise ön kuvvetlendiricide fazla kazanç
istemez. Çünkü buradan alınan işaretler birkaç yüz mV olabilir. Böyle yerlerde
kullanılan kuvvetlendiriciler tek bir tüm devre ile yapılabilir.
27
2. HI-FI VE STEREO AMPLİFİKATÖRLER
2.1. Hi-Fi Amplifikatörler
Hi-Fi; High Fidelite, yani yüksek sadakatli ses frekans amplifikatörü anlamındadır.
İnsan kulağının duyabileceği 16Hz - 16 KHz arası seslerin hepsini birden hemen
hemen aynı seviyede ve distorsiyonsuz veren tek kanallı amplifikatörlere denir. Sesin
aslını bozmaz. Bir amplifikatörün Hi-Fi olabilmesi için şu özellikleri taşıması gerekir:
1. Bu amplifikatörün harmonik distorsiyonu maksimum %0,5 olmalıdır.
2. En az 20Hz - 40KHz arasındaki frekans bandını geçirebilmelidir. Bunun için,
amplifikatörde kuvvetli bir negatif geri besleme kullanılmalıdır.
3. Amplifikatörün gürültü ve uğultu miktarı çok az olmalıdır.
4. Amplifikatörden maksimum güç alınırken distorsiyon miktarı %1'i
geçmemelidir.
5. Amplifikatör girişinde; teyp, kristal pikap ve mikrofon gibi girişe takılacak
cihaza göre empedans uygunlaştırıcı devreler olmalıdır.
6. Amplifikatör içinde iki potansiyometre yardımı ile bas ve tiz seslerin şiddetini
ayarlayabilen devrelerin bulunması gerekir.
7. Şayet amplifikatörde çıkış transformatörü kullanılacak ise, frekans
karakteristiğinin çok iyi olması için, primer indüktansının büyük olması ve
parçalı sarılması gerekir. Aynı zamanda, çıkış transformatörü sekonderinde
çeşitli empedans uçlarının bulunması gerekir.
8. Hi-Fi amplifikatörde, bas ve tiz sesleri verebilecek en aşağı iki tane hoparlörün
kullanılması gerekir. Çünkü 20 Hz. ile 40 KHz. arasında çalışacak hoparlörü
bulmak oldukça güçtür.
9. Hi-Fi amplifikatörlerin çıkış güçleri en az 3 Watt’tan fazla olmalı ki, büyük
salonlarda rahatlıkla dinlenebilsin. Bunun yanında çıkış gücü 3 Watt’tan az
olan Hi-Fi amplifikatörler de mevcuttur. Yalnız bu tür amplifikatörlerde, aşırı
giriş sinyali, çıkış sinyalini distorsiyonlu yapar.
2.2. Stereo Amplifikatörler
Bütün karakteristikleri bakımından birbirinin aynı olan iki Hi-Fi amplifikatörün,
aynı anda çift kanallı bir kristal pikap başlığı ile kullanılma sistemine denir. Bir
müzik parçasını Hi-Fi amplifikatör ile dinlersek, parçadaki bas ve tiz sesleri kolayca
ayırabiliriz, ancak aynı hoparlör sisteminden gelen bu ses derinlikten yoksundur.
Stereofonik bir sistemle bas ve tiz sesler uygun şekilde ayrılabilir ve bu da sese
derinlik hissi verir. Ayrıca çok düşük veya çok yüksek frekanslı sesler, bir orkestra
içinde Hi-Fi ile dahi çok zor fark edilebilirken, aynı Hi-Fi mekanizma ile oluşturulan
Stereo sisteminde çok daha kolay fark edilebilir.
3. DEVRE ŞEMASI VE ÇALIŞMA İLKESİ
Darlington transistorları genellikle iki transistor içermektedir; bu iki transistor içten,
yalnızca 3 bacak dışarı çıkacak biçimde bağlanmıştır. İlk transistorda
kuvvetlendirilen akım ikinciyi sürer; böylece Darlington transistorlarıyla - tek
transistor olarak bakılır - yüksek bir akım kazancı elde edilir.
28
Şekil 26.
29
Güç kuvvetlendiricisi tam eşlenik olarak çalışan 4 Darlington transistoru, yüksek
akıma karşı koyucu devre, bunun gibi durgunluk akımının ısıl kompanzasyonuyla
erişilen oldukça elverişli işletme değerleri ve yüksek bir çalışma güvencesiyle
100W'lık bir çıkış gücü sağlamaktadır.
3.1. Çalışma İlkesi
AC-AF işareti bağlaşım kondansatörü C1 üzerinden kuvvetlendirme katı T1'e ulaşır.
Kuvvetlendirilen işaret galvanik bağlaşımla sürücü transistor T2'nin bazına
uygulanır. Paralel bağlanan T8, T9 Darlington transistorları pozitif dalganın; T6, T7
transistorları da negatif dalganın kuvvetlendirilmesini üstlenmektedir. Yine kusursuz
olarak birleştirilen işaret, çıkış bağlaşım kondansatörü C10 üzerinden hoparlöre
ulaşır. Kuvvetlendirici R14, R13 gerilim bölücüsü üzerinden geri beslenmiştir.
Transistor T3 eşlenik çıkış katı için gereken durgunluk akımını sağlamaktadır. Isıl
direnç H'nın görevi durgunluk akımının sıcaklık kompanzasyonu dur. T4 ya da T5
çıkış katını kısa devreye karşı korumaktadır.
Çalıştırma ve sükunet akımının ayarı : Maksimum besleme gerilimi olan 70V.'un,
kuvvetlendirici sürülmediği zaman da aşılmamasına dikkat edilmelidir. Güç
kuvvetlendiricisi ilk çalıştırıldığında durgunluk akımı trimmeri R10'un sürtücüsü
minimum konumunda durmalıdır. Arkasından +L ve -L uçlarına hoparlör bağlanır
ve besleme gerilimi uygulanır. Ayarlanan değerin kendi kendine değişmesi, devrede
bir hata olduğuna işaret etmektedir. Modül hemen çalışmazsa, devre bir daha
kontrol edilmeli, eğer gerekirse şemaya göre doğru gerilimler ölçülmelidir. Şemada
verilen gerilimler devre öngörülen besleme gerilimi ile çalıştırıldığında ve maksimum
sürüldüğünde ölçülmüştür. Başarılı bir ilk çalıştırma ile durgunluk akımının
ayarından sonra güç kuvvetlendiricisi hazır durumdadır.
3.2. Teknik Veriler
Çıkış gücü (RL = 4 Ohm) :
Anma gücünde ve 1 kHz'de distorsiyon :
Tam güçte çekilen akım :
Sükunet akımı :
Giriş duyarlığı :
Yabancı gerilim oranı :
Frekans bandı (gerilim) :
100 W
% 0,06
2,2 A
yakl. 50 mA.
775 mV (0 dBm)
62 dB
30 Hz...20 kHz ( ± 1 dB)
3.3. Parça Listesi
2 Darlington güç transistoru MJ3001
2 Darlington güç transistoru MJ2501
1 Transistor BC107 B
1 Transistor BC108 B
1 Transistor BC141/10 (BC140)
2 Transistor BC177 B (BC557)
4 Diyot 1N4004
2 Diyot 1N4148
1 Direnç ¼ w 47
2 Direnç ¼ w 270
4 Direnç ¼ w 470
2 Direnç ¼ w 620
1 Direnç ¼ w 680
1 Direnç ¼ w 1K
1 Direnç ¼ w 47
1 Direnç ¼ w 1K 2
1 Direnç ¼ w 1K 5
1 Direnç ¼ w 1K 8
30
4 Direnç ¼ w 2K 2
1 Direnç ¼ w 2K 7
1 Direnç ¼ w 3K 3
1 Direnç ¼ w 100K
1 Direnç ¼ w 150K
1 Direnç ¼ w 220K
1 Direnç ¼ w 22
4 Tel direnç 7 w 0Ω 22
1 Termistor (NTC) K 25 B 6 kOhm
1 Ayarlı direnç 0.1 w 1K
1 Seramik kondansatör 400V 820 pF
2 Seramik kondansatör 400V 1 nF
2 MKS-kondansatör 100V 100 nF
1 MKS-kondansatör 63V 680 nF
1 NV-Elko-dik 63V 4 µF 7
2 NV-Elko-dik 40V 220 µF
2 NV-Elko-dik 63V 2200 µF
Soğutucular
3.4. Besleme Devresi
Stereo kullanımda her kanal için ayrı bir güç kaynağı kullanılması salık verilir.
Böylece kuvvetlendirici yüksek seviyeye sürüldüğü zaman kanalların birbirini
etkilemesi olanaksızdır. Bundan sonraki öneriler yalnızca tek kuvvetlendirici bloğu
içindir. Yani stereo için iki şebeke transformatörü, doğrultucu ve elko gereklidir.
Eğer ayrı bir güç kaynağı kullanılmayacaksa, o zaman şebeke transformatörü ile
doğrultucunun maksimum akım dayanıklılığı ve kondansatörlerin kapasiteleri iki
kata çıkarılmalıdır.
Şekil 27.
Besleme gerilimi yüksüz durumda 70V'u kesinlikle geçmemelidir. Elkoların gerilim
dayanıklılığına özellikle dikkat edilmelidir (güç kaynağının yüksüz gerilimi).
Besleme Devresi için gerekli devre elemanları :
1 adet 50V. çıkış verebilen 40W. Transformatör
1 adet C 5000/3000 Köprü Diyot
1 adet 4700µF. 100V. Kondansatör
31
F. ELEKTRİĞİN SESE ÇEVİRİLMESİ VE HOPARLÖRLER
Mikrofonlarda yapılan işlemin tersi bir işlemle de elektriğin sese çevrilmesi
sağlanmaktadır. Bunun için şu iki cihazdan yararlanılmaktadır : Hoparlör ve
Kulaklık.
Hoparlörler, yükselteç çıkışına bağlanarak ses üretilmesini sağlayan elemanlardır.
Başlangıçta hoparlör, büyük ve ağır kulaklıklar şeklinde yapılmıştır. Sonra dinamik
karakter sahip olan ve değişik ihtiyaca göre bir kaç cm çapından başlayarak değişik
büyüklükte hoparlörler üretilmiştir. Hoparlörün çalışma prensibi dinamik
mikrofonlara çok benzer. Bir elektromanyetik etki hareketi verir. Bu nedenle adına
Dinamik hoparlör denmiştir. Ancak, bütün hoparlörler Dinamik karaktere sahip
olduğundan
her
defasında
"Dinamik"
kelimesini
kullanmaya
gerek
duyulmamaktadır. Çalışma prensibi şöyledir :
Bir sabit mıknatıs üzerine, ileri-geri hareket edebilen bir bobin yerleştirilmiştir. Bu
bobin, dayanıklı özel bir kağıttan yapılmış olan, huni şeklindeki mambrana bağlıdır.
Bobin, ses frekansı geriliminin etkisiyle ileri-geri hareket ettikçe kağıt mambranı
titreştirir. Bu titreşim sese dönüşür. Bobin hareketi üretim türüne göre şu iki şekilde
sağlanabilir :
Şekil 28.
1. Bobin Hareketi : Şekilde görüldüğü gibi bir sabit mıknatıs çubuk N ve S şeklinde
kutuplandırılmıştır. Elektromanyetizma prensibine göre; Bir bobinden akım geçerse,
bu bobin, el parmakları akım yönünü gösterecek şekilde sağ ele alındığında, baş
parmak N kutbunu gösterecek şekilde mıknatıslanır. Yine, manyetizma prensibine
göre; Aynı adlı kutuplar birbirini iter. Ters adlı kutuplar birbirini çeker. Bu
prensipler, Şekilde uygulanırsa, bobinden geçen akım, bobini "S" kutbu üste gelecek
şekilde mıknatısladığı zaman iki "S" kutbu birbirini iteceğinden bobin ileri doğru
hareket eder ve kağıt mambranı öne doğru iter. Bobinden geçen akım ters yöne
döndüğünde bobinin üst birimi N kutbu şekline dönüşeceğinden sabit mıknatısın S
32
kutbu tarafından çekilir. Ve bobin geriye doğru hareket eder. Bu hareket sırasında
kağıt mambranı geriye çeker. Bu işlem ses frekansı geriliminin uygulanması
sonucunda oluşursa, mambran da ses frekansı ile titreşir ve mikrofona gelen sesin
veya plağa yada banda kayıtlı sesin aynısı hoparlörden yayınlanır.
2. Bobin Hareketi : Bobin hareketinin sağlanmasındaki ikinci uygulama; Şekilde
görüldüğü gibi, bobin iki halka şeklindeki N-S kutbunun arasında olabilir. Bu
durumda, sabit mıknatısın kuvvet çizgileri, iki kutup arasında düz çizgiler halinde
oluşacaktır. Bu kuvvet çizgileri içerisinde kalan bobin kısmından akım geçtiğinde
Faraday kanununa göre bobin hareket eder.
Şekil 29.
Faraday Kanunu : Manyetik alan içerisindeki bir iletken, manyetik alan kuvvet
çizgilerini kesecek şekilde hareket ettirilirse, bu iletken içerisinde bir elektrik akımı
oluşur. Bir manyetik alan içerisindeki iletkenden akım geçirilirse, bu iletken
manyetik alan kuvvet çizgilerine dik doğrultuda hareket eder. Hareket yönü,
iletkenden geçen akım yönüne ve manyetik alan kuvvet çizgilerinin yönüne göre,
Lenz kanunu uyarınca sağa ve sola doğrudur. Bir hoparlördeki bobinin hareketi de
"Faraday" kanununa göredir. Hareket yönü de "Lenz kanununun" üç parmak
kuralına göre bulunur.
33
EK : DEVRE ELEMANLARININ SEMBOLLERİ
Direnç
Elektrolitik
Kondansatör
Potansiyometre
Diyot
Termistör
Transistor
Kondansatör
Darlington
Transistor
34
KAYNAKÇA
1. Transistor Esasları – Celal DUTAR – 1989
2. Ses Frekansı Tekniği – Celal DUTAR – 1989
3. Elektrik ve Elektronik Pratik El Kitabı – Y. Müh. Hüseyin Önal – 1989 Yüce
Yayınları
4. Elektronik Pratiği – Siegfried WIRSUM – 1990 Yüce Yayınları
Türkçesi : Müh. Serdar ALTIALP
5. İnternet Kaynakları :
http://silisyum.hypermart.net/
http://www.corobo.com/Robotics/cim/cim.htm
http://www.bilimveteknoloji.com/elektronik/
http://library.thinkquest.org/
http://modelci.8m.com/elektronik/
http://www.angelfire.com/ak4/aga/
35