TEMEL ELEKTRONİK DENEYLERİ

TEMEL
ELEKTRONİK DENEYLERİ
M. İbrahim Coşkun
KİLİS
2012
1
2
Hazırladığım bu kitabın siz elektronik laboratuarı dersi
alan öğrencilere bu zorlu, ancak bir o kadar da zevkli
uğraşınızda yol göstereceğini umuyorum.
Elektronik laboratuar çalışmalarınızda elde edeceğiniz
bilgi ve tecrübe hayatınız boyunca size faydalı olacak,
her tarafımızda bizi sarmış olan elektrikli-elektronik
cihazları daha iyi anlamanızı sağlayacaktır…
M. İbrahim Coşkun
3
Ohm kanunu
4
İçindekiler
Deneylere Hazırlık Çalışmaları ................................................................................................ 7
Temel Bilgiler ....................................................................................................................... 23
1.KISIM: (AC) R-L-C Deneyleri
....................................................................................................... 27
DENEY 1: AC devrelere giriş ..................................................................................................................... 29
DENEY 2:AC kondansatör devreleri
DENEY 3: AC indüktör devreleri
............................................................................................................... 33
...................................................................................................................... 45
DENEY 4: RC ve RL devrelerde kare ve sinüsodial sinyalin çıkışını, faz farkının ve gerilim
üçgeninin incelenmesi ......................................................................................................................................... 53
DENEY 5: Yüksek pas ve alçak pas filtreler .................................................................................................. 63
2.KISIM: YARIİLETKEN DENEYLERİ
.............................................................................................. 69
DENEY 6: DC Diyot Devreleri
............................................................................................................................ 71
DENEY 7: AC diyot Devreleri
........................................................................................................................... 81
DENEY 8: Transistörlerin incelenmesi ........................................................................................................... 89
5
6
DENEY 1: AC SİNYALİN ÜRETİLMESİ ve İNCELENMESİ, AC DİRENÇ DEVRELERİ-
Deneye Hazırlık Çalışması
Ad/Soyad:………………………
1-Bir dalga için frekans, periyot, dalgaboyu ve genlik nedir açıklayınız(Son ikisini şekil çizerek gösteriniz).
2- AC ve DC nedir? Arasında ne gibi farklar vardır? Günlük hayatta kullandığımız AC ve DC güç
kaynaklarına birer örnek veriniz
3-Sinyal üreteci ne işe yarar?
4-Osiloskop nedir?
5- Etkin (RMS) voltaj, Vp-p, Vav nedir varsa formülleriyle birlikte açıklayınız
7
8
DENEY 2: AC Kondansatör Devreleri - Deneye Hazırlık Çalışması
Ad/Soyad:………………………
1-Xc nedir açıklayınız ve formulünü belirtiniz?
Bir devredeki Xc yi artırmak için neler yapılabilir? (İpucu: 2 yolu var)
2-Bir
3-Sadece
Sadece kondansatör olduğu bir devrede alternatif sinyalin frekansının arttırılmasının
devreye etkisi nasıl olur?
4-Paralel bağlı kondansatörlerin eşdeğer kapasitesi hangi formülle hesaplanır?
Seri bağlı kondansatörlerin eşdeğer kapasitesi hangi formülle hesaplanır?
5-Seri
6-Sadece
Sadece 100nF lık bir kondansatörün bağlı olduğu devreye frekansı 2Khz ve rms voltajı 3V
olan AC sinyal uygulanırsa devrenin Xc sini ve akımını hesaplayınız.
7-Aşağıdaki devrede sadece C3 ve C4 kondansatörleri seri olarak bağlanmak isteniyor.
Devrenin akımını ölçecek multimetreyle birlikte gerekli bağlantıları aşağıdaki şekil üzerinde
gösteriniz
9
10
DENEY 3: AC İndüktör Devreleri - Deneye Hazırlık Çalışması
Ad/Soyad:………………………
1-XL nedir açıklayınız ve formulünü belirtiniz?
2-Bir devredeki XL yi artırmak için neler yapılabilir? (İpucu: en az 2 yolu var)
3-Sadece indüktörün olduğu bir devrede alternatif sinyalin frekansının arttırılmasının
devreye etkisi nasıl olur?
4-Sadece 20 mH lik bir indüktörün bağlı olduğu devreye frekansı 1Khz ve rms voltajı 5V
olan AC sinyal uygulanırsa devrenin XL sini ve akımını hesaplayınız.
11
12
DENEY 4: RC ve RL DEVRELERİNDE KARE ve SİNÜSODİAL SİNYALİN
ÇIKIŞINI, FAZ FARKININ ve GERİLİM ÜÇGENİNİN İNCELENMESİ- Deneye
Hazırlık Çalışması
Ad/Soyad:………………………
1- Bir A dalgası, B dalgasının 900 gerisindedir. A ve B dalgalarını, aralarındaki faz
farkını gösterecek şekilde basitçe çiziniz.
2- RL devresinde voltaj üçgenini çiziniz. Bu devrenin toplam voltajını veren formülü
yazınız
3- RC devresinde voltaj üçgenini çiziniz. Bu devrenin toplam voltajını veren formülü
yazınız
4- Aşağıdaki şekil üzerinde sadece R2 ve C4 ün kullanıldığı bir RC devresi için gerekli
bağlantıları yapınız
13
14
DENEY 5: YÜKSEK ve ALÇAK PAS FİLTRELER - Deneye Hazırlık Çalışması
Ad/Soyad:………………………
1- Yüksek pas filtre devresi nedir açıklayınız
2- Alçak pas filtre devresi nedir açıklayınız
3- Kesme frekansı nedir açıklayınız.
4- Giriş voltajı 10 V olan bir sistemde çıkış voltajı kaç V olduğunda frekans, kesme
frekansıdır?
5- Kondansatörün sığası 220 nF, indüktörün indüktansı 100mH olan bir RLC devresi için
rezonans frekansını formülünü yazıp, rezonans frekansını hesaplayınız.
15
16
DENEY 6: DC Diyot devreleri - Deneye Hazırlık Çalışması
Ad/Soyad:………………………
1- Bir Si diyota doğru bağlantı yapıldığında kaç volttan itibaren akım geçmesi beklenir?
2- Delinme voltajı nedir açıklayınız
3- Normal bir diyot için basitçe akım-voltaj grafiğini(karakteristiğini) çiziniz
4- Zener diyotunun normal diyottan farkı nedir?
17
18
DENEY 7: AC Diyot devreleri - Deneye Hazırlık Çalışması
Ad/Soyad:………………………
1- Şekildeki diyot devresinde giren alternatif sinyalin devreden çıkış şeklini çiziniz
2- Kondansatörlü doğrultucudan çıkan sinyalin şekli nasıl olmaktadır gösteriniz
3- Şekildeki devrenin adı nedir?
4- Bu devreden çıkan sinyalin şeklini çiziniz
19
20
DENEY 8: Transistör devreleri- Deneye Hazırlık Çalışması
Ad/Soyad:………………………
1- Transistör için β nedir formülünü yazıp kısaca açıklayınız.
2- 10 µA = ………….. mA
20 mA = ………….. A
0.5 A = …………….mA
2 mA = …………….µA
3- β= 250 olan bir transistorde baz akımı (ib) 10 µA ise kolektör akımı(ic) kaç mA olur
hesaplayınız ?
4- Transistörde kolektör voltajı arttırılırsa kolektör akımının nasıl değişmesi beklenir?
5- Basit bir VC - IC grafiği çiziniz
21
22
TEMEL BİLGİLER
ALTERNATIF SİNYAL KARAKTERİSTİKLERİ ÖLÇÜM CİHAZLARI
Osiloskop
Sinyal dalga şeklini gözle görülür hale getiren osiloskoplar elektronik laboratuarlarındaki geniş kullanım
alanı sayesinde, en yaygın kullanılan ölçü cihazlardandır.
Osiloskopun diğer ölçü aletlerine göre sağladığı avantaj, giriş sinyalinin zamana göre dalga şeklindeki
değişimi yanı sıra voltaj seviyelerindeki değişimi de gözle görülür hale getirmesidir.
Bir multimetre yalnızca etkin veya ortalama akım şiddeti ve voltaj değerlerini gösterir. Çalışma prensipleri
multimetrenin bir noktadan diğerine sinyali takip etmesine imkan vermez. Buna karşılık osiloskop çok kısa
süreli bile olsa giriş yapan sinyali her noktada takip etme olanağı sağlar.
Buradan multimetrelerin osiloskop karşısında önemsiz bir ölçü aleti olduğu anlamını çıkarmamalıyız.
Çünkü, her iki cihaz da faydalı ve birbirini tamamlayan cihazlardır. Multimetreler doğru akım şiddeti ve
voltajını ölçerken, dalga şekli bilinen alternatif akım ve voltaj ölçümünde bir de devredeki dirençleri
ölçmekte kullanılır. Bu kullanım şeklinde multimetreler osiloskopa göre daha faydalı olduğu gibi kullanımı
da daha kolaydır.
Şekil: Deneyler boyunca kullanılacak osiloskop
1. Diğer ölçme sistemlerine göre osiloskopun temel üstünlükleri nelerdir?
Zaman içinde sinyalde meydana gelen değişimleri görüntülü olarak izleyebiliriz.
2. Osiloskop akım şiddeti ölçmekte kullanılabilir mi?
Osiloskop esas olarak girişine uygulanan voltajların ölçülmesi için kullanılır.
3. Osiloskopla Doğru Akım ölçülebilir mi?
23
Birçok osiloskop modelinde bu mümkün olmakla birlikte, multimetre bulunuyorsa doğru akım ölçmek için
osiloskop pek tercih edilmez.
4. Hassas ölçüm nasıl sağlanır?
Farklı ayar basamaklarını veya ölçüm kademelerini doğru kalibre ederek.
Sinyal Jeneratörü
Sinyal jeneratörleri pratikte karşılaşılan çeşitli tipte sinyalleri üretmek için kullanılan cihazlardır. Bu
sinyalleri kullanarak üzerinde çalışılan bir devrede giriş şartlarını simule etmek suretiyle devrenin
göstereceği davranışları analiz edebiliriz.
Esas olarak bunların yapısında dalga formları üreten bir salınım devresi mevcuttur. Bu dalga formlarının
frekansları bir dış kumandayla ayarlanabilir. Kumanda düğmesi üretilen dalganın frekansını nümerik olarak
görmemize olanak verir.
Şekil
Zamanımızda kullanılan gelişmiş jeneratörler sinüs dalgasına ilaveten bir takım ilginç deneyler için gerekli
üçgen ve kare sinyaller de üretebilir.
Bu tip cihazlar genelde Fonksiyon Jeneratörü (Function Generator) olarak adlandırılır.
24
Sinyal jeneratörlerinin bir çoğunun sunduğu diğer olanak dışarıdan sağlanan veya cihaz içinde üretilen bir
sinyalin kullanılması yoluyla önceden belirlenmiş iki uç değer arasında sürekli frekans değişimi üretmektir.
Bu şekilde bir cihazın frekans değişimine gösterdiği reaksiyon (cevap) osiloskop yardımıyla hemen analiz
edilebilir. Burada çıkış sinyali ekranda izlenebilir.
Osiloskopta olduğu gibi bazı kavramların daha anlaşılır olması için aşağıdaki bazı soruları cevaplayacağız.
1. Sinyal jeneratörleri ne için kullanılır?
Pratikte cihazları harekete geçiren olası şartların simule edilmesi yoluyla cihazların(devrelerin) detaylı
davranış analizlerini yapmak amacıyla kullanılırlar.
2. Sinyal jeneratöründe bulunması şart olan kumandalar nelerdir?
Çıkış sinyali frekansı ve genlik seviyesi kumandalarıdır. Çünkü bunlar sayesinde sinyal tatbik edilen cihazın
önceden kararlaştırılabilen harekete geçme şartlarını bilebiliriz.
3. Bir fonksiyon jeneratörü ile ne tip sinyaller üretilebilir?
Genel olarak üç çeşittir: Sinüzoidal, üçgen ve kare sinyaller
Alternatif sinyalin temel kavramları
Periyot : Bir dalganın geçiş süresidir.
Frekans: Bir saniyede tekrarlanan(oluşan) dalga sayısıdır. Periyodun tersidir.
Alternatif akımın maksimum değeri: Bir dalga içinde akım şiddetinin veya voltajın
eriştiği en büyük değerdir. Etkin (rms) akım şiddeti veya voltajın √2 ile çarpımıdır.
Anlık akım veya voltaj: Akım şiddetinin veya voltajın her hangi bir anda aldığı değerdir. Bunlar küçük
harflerle, i ve e ile gösterilir.
E = Vo sin ( w ω t + φ ) , burada φ faz açısıdır.
I = Imax sin ω t = Io sin ω t , burada ω t = 2π f (birimi rad/sn) ve t = zaman (birimi saniye)
Etkin (RMS) akım şiddeti: Aynı dirençten aynı sürede geçen doğru akımın meydana getirdiği ısıya eşit ısı
açığa çıkartan alternatif akım şiddetidir.
Etkin (RMS) voltaj: Bir direncin iki ucuna uygulanan doğru akım voltajı ile aynı iki uca aynı süre
uygulandığında aynı ısı etkisini meydana getiren alternatif akım voltajıdır. Değişken voltaja karşılık gelen
alternatif voltajda denebilir. AC moda multimetreler etkin değeri ölçer. Bizim için bir sinüzoidal dalgada
Vrms = 0,707* Vp olduğunu bilmek yeterlidir.
Alternatif voltajın ortalama değeri : Bir dalga esnasında voltajın aldığı tüm anlık değerlerin ortalamasıdır.
Alternatif akımın ortalama değeri : Bir sinüs esnasında akım şiddetinin aldığı anlık değerlerin
ortalamasıdır.
25
Alternatif Voltaj
sinüzoidal dalga hareketine ait parametrelerin bir özetini görelim
Voltajın sinüs dalgası şeklindeki ifadesi aşağıdaki gibidir:
V = Vp sin ω·t ile
Bu ifadedeki parametreler şunlardır:
t= zaman , V= anlık voltaj (t zamanındaki voltaj) ve Vp = t anındaki uç voltaj.
V nin – Vp ile +Vp arasındaki mutlak büyüklüğüne uçtan uca voltaj Vp-p denir.
Bakınız şekil
Vp-p = Vmaks. - Vmin.
veya
Vp-p = Vp – (– Vp ) = 2 Vp .
26
1.KISIM
ALTERNATİF AKIMDA (AC)
Direnç (R)
İndüktör (L)
Kondansatör (C)
Devreleri
(1-5 DENEYLER)
27
(1 – 5) Deneylerde şekildeki ünite kullanılacaktır.
Şekil : RLC ünitesi
28
DENEY 1
AC SİNYALİN ÜRETİLMESİ ve İNCELENMESİ, AC DİRENÇ DEVRELERİ
KULLANILACAK MALZEMELER
Sinyal üreteci, Osiloskop, RLC ünitesinin 1.devresi
AMAÇ
Bu deneyde sinyal üreteci ile oluşturacağımız farklı alternatif sinyalleri osiloskop ve multimetre ile gözleyip
değerini ölçeceğiz. Deney boyunca:
Ø Sinüsodial, üçgen ve kare dalgalar şeklinde sinyal üretip osiloskopda gözlemek
Ø Üretilen bir sinüsodial sinyalin, osiloskop yardımı ile Vmax, Vpp, Vrms değerlerini ölçmek, multimetre
ile Vrms(Klasik multimetreler Vmax ve Vpp değerlerini ölçemez) değerini ölçmek
Ø Sinüsodial sinyalin frekansının değiştirilmesinin dalgada meydana getirdiği değişikleri gözlemek
Ø Sinüsodial sinyalin genliğinin değiştirilmesinin dalgada meydana getirdiği değişiklikleri gözlemek
TEORİK BİLGİ
Bu deneyle ilgili teorik bilgi temel bilgiler kısmındadır.
DENEYİN YAPILIŞI
Sinyal üreteci ve osiloskop şekilde görüldüğü gibi birbirine bağlanır. Osiloskobun sivri ucu kırmızı kabloya
baglanmalıdır.
NOT: Osiloskop probundaki kademenin her zaman 1 konumunda bulunmasına dikkat edin
29
1.KISIM: Sinüsodial, üçgen ve kare dalgalar şeklinde sinyal üretip osiloskopda gözlemek:
1-Sinyal üretecinin dalga şekli tuşlarını kullanarak farklı şekillerde dalgalar elde ediniz. Bu dalgaları
osiloskopda gözlediniz mi?
2- Sinüsodial sinyalde, sinyal üretecinin kademelerini değiştirmeden osiloskop üzerinde ayar tuşlarını
kullanarak dalgayı incelemeye devam edin. Bunu yaparak osiloskop cihazını tanıyınız. Osiloskop
kademelerinin değiştirilmesi orijinal sinyali etkilermi ?
3- Sinüsodial sinyalde osiloskopun kanal1 kablosunu söküp(bu kablo çevirerek çıkartılmalıdır), kanal2
kısmına takınız. Ekrandaki görüntüde ne değişiklik oldu?
2.KISIM: Üretilen bir sinüsodial sinyalin, osiloskop yardımı ile Vmax, Vpp, Vrms değerlerini ölçmek,
multimetre ile Vrms(Klasik multimetreler Vmax ve Vpp değerlerini ölçemez) değerini ölçmek
1-Sinüsodial bir dalga elde ediniz. Osiloskobun:
measure-show all
tuşlarını kullanarak Vmax, Vpp, Vrms değerlerinin ekrana gelmesini sağlayıp bu değerleri ölçünüz.
2- Sinyal jeneratörünün ayarlarını değiştirmeden uçları arasına AC voltaj ölçüm kademesine ayarlanmış bir
multimetre bağlayın. Bunu yaparken osiloskop bağlantınızı kesmeye gerek yoktur.
Multimetrede ölçülen hangi voltaj değeridir?
Bu değer osiloskopda gösterilen Vrms voltajı ile hemen hemen aynı değere mi sahiptir?
30
Vrms değeri nedir genel bilgiler kısmından faydalanarak yazın
3- Multimetre ve osiloskop bağlantısını sökmeden sinyal jeneratörünün amplitude(genlik) kademesini
kullanarak dalgada değişiklik yapınız. Farklı genlik için ölçtüğünüz değerleri tabloya yazın. Tablodaki
değerleri yorumlayın. Genliğin artması ne anlama gelmektedir?
Ölçüm
1
2
3
4
5
6
Vmax(Osiloskop)
Vpp(Osiloskop)
Vrms (Osiloskop)
V (Multimetre)
3.KISIM: Sinüsodial sinyalin frekansının değiştirilmesinin dalgada meydana getirdiği değişikleri
gözlemek
1- Multimetre ve osiloskop bağlantısını sökmeden sinyal jeneratörünün frekans tuşlarını kullanarak dalgada
değişiklik yapınız. Frekansı değiştirmek için kare şeklindeki tuşlar kullanılır. Daha hassas ayarlama için
yuvarlak frekans tuşunu kullanın. Sinyal üretecinin ekranında gördüğünüz değer üretilen sinyalin
frekansıdır. Bu değerin birimine dikkat edin. Frekansın değiştirilmesi osiloskopda gözlenen dalgada nasıl
değişiklikler yaptı açıklayınız. Frekansın değiştirilmesi osiloskopda ve multimetrede ölçülen Vmax, Vpp, Vrms
gibi değerleri değiştiriyormu?
4.KISIM: AC Direnç Devresi
Şekil
31
Şekilde görüldüğü gibi arasına kısa devre elemanları yerleştirin. Devre 1 üzerindeki hata şalterini 1 no.lu
pozisyona getirin. Böylece devrede hiç hata bulunmayacaktır. Devre üzerinde kısa devreye neden olabilecek
fazla kısa devre elemanı veya prop bulunmasın.
Aşağıdaki bağlantıları yapın:
Sinyal Jeneratörü :
Osiloskop
Ana ünitenin GNDSG yazan terminaline bağlayın.
:
Kanal 1 ‘i 1.1 nolu noktaya bağlayın.
Böylece devrenin akımını gösteren ampermetrenin bulunduğu R2 direncinden oluşan basit
devresi kurmuş olduk.
bir direnç
Sinyal üretecinden sinyalin genliğini değiştirin ve measure modundan rms voltajının ve devredeki akımın
değişimini inceleyin. Açıklamalarınızı belirtin.
Sinyal üretecinden 100 Hz- 1000 Hz aralığında sinyalin frekansını değiştirin ve measure modundan rms
voltajının ve devredeki akımın değişimini inceleyin. Herhangi bir değişiklik oluyor mu ?
Kısa devre elemanını kullanarak R2 direncini R3 veya R4 ile değiştirin. Devrenin akımı değişti mi?
YORUM-SONUÇ:
32
DENEY 2:
AC KONDANSATÖR DEVRELERİ
KULLANILACAK MALZEMELER
Sinyal üreteci, Osiloskop, RLC ünitesinin 1.devresi, Ampermetre ve voltmetre
AMAÇ
Ø Xc nin frekansa göre değişimini incelemek
Ø Xc nin kapasiteye göre değişimini incelemek
Ø Seri-paralel kondansatör devrelerinde Xc
TEORİK BİLGİ
Elektronik devlerede bulunan diğer bir çeşit eleman da kondansatörlerdir.Bir kondansatör esas olarak
aralarında hava, kağıt, plastik, seramik ve mika gibi yalıtkan bir malzeme bulunan (bu malzemelere
dielektrik denir) bir birine paralel iki metal plakadan oluşan bir elemandır.
Bir kondansatörün kapasitesi, plakalarının alan büyüklüğü, aralarındaki açıklık ve aralarındaki dielektrik
maddenin cinsine bağlıdır. Öyleki plakalar ne kadar büyük ve dielektrik ne kadar ince ise kapasite o kadar
büyüktür.
Bir kondansatörün iki terminalide bir doğru akım uygulanırsa aradaki yalıtkan dielektrik nedeniyle
kondansatör üzerinden akım geçmeyecektir. Buna karşılık negatif kutup tarafına bağlanan plakada serbest
elektron fazlalığı, pozitif kutba bağlanan diğerinde ise aynı elektrik yükü kadar elektron eksikliği
oluşacaktır.Bu sırada plakalara dokunan dielektriğin yüzeylerinde ise dielektrik polarizasyonu denilen olay
meydana gelecektir. Kondanstörün plakalarına uygulanan voltaj kaldırılırsa üzerlerinde birikmiş olan zıt
yükler arasındaki çekim nedeniyle bunlar arasındaki potansiyel fark devam edecektir. Ancak, iletken bir tel
ile kondansatörün iki terminali dışarıdan birleştirilirse kısa bir süre için tel üzerinden bir akım geçecek ve
plakalar tekrar ilk baştaki yüksüz (nötr) durumuna dönecektir.
Bu nedenle kapasite(sığa) bir kondansatörün verilen bir voltaj farkı altında elektrik yükü biriktirebilme (ve
saklama) yeteneğidir.
Kondansatörlerin kapasitesi farad ( F ) birimi ile ölçülür. Bu birim aslında çok büyük bir birimdir. Pratikte
askatları olan mikrofarad (faradın milyonda biri - µF), nanofarad (faradın milyarda biri - nF ) ve pikofarad
(faradın bin milyarda biri - pF) kullanılır.
1 µF = 10-6 F , 1 nF = 10-9 F ve 1 pF = 10-12 F
Piyasada çok değişik şekil ve model kondansatör mevcuttur. Kullanım yerine en uygun olanı kullanabilmek
için bunların ana karakteristiklerini iyi bilmek gerekir.
33
Şekil Kapasiteleri 0,1 µF tan küçük
küçük poliester kondansatörler.
Şekil Elektrolitik aluminyum kondansatörler.
Varyabıl Kondansatörler(Değişken kondansatörler)
Kapasitif devreler
Yüksüz bir kondansatörü alternatif akım jeneratörüne bağlarsak gerçekte kondansatör içinden herhangi bir
elektrik yükü geçmez. Ancak kondansatörün plakaları ile dielektrik madde arasında kutuplaşma oluşur.
Plaka ile arasındaki voltaj ne kadar fazla ise dielektriğin plakalara bakan yüzlerinde ,dolayısıyla plakalarda o
kadar çok yük birikecektir. Dielektrikteki yük ile ona bakan plakadaki yük zıt işaretlidir. Plakalar üzerindeki
voltaj alternatif
natif olduğundan kondansatör dolup boşalıyormuş veya bu sırada sanki devrede bir akım
dolaşıyormuş gibi görünecektir. Akımın yön değiştirdiği anda ise plakalar üzerindeki polarite değişecektir.
34
Sadece kondansatörün olduğu bir devrede akım:
burada, V = Rms voltaj (Volt) ,
i = akım (Amper)
ile bulunur.
DENEYİN YAPILIŞI
Öncelikle sinyal üretecini devremize şekildeki gibi bağlamalıyız. Deneyin tüm kısımlarında bu bağlantı şekli
sabit kalacaktır. Kırmızı ve siyah kablonun yerlerine dikkat ediniz.
Şekil: Sinyal üretecinin RLC devresine bağlanışı
Bu deneyin tüm kısımlarında osiloskobun sadece bir kanalı kullanılacaktır. Eğer takılı ise ikinci kanalın
kablosunu sökünüz.
1.KISIM: Kapasitif Reaktans XC ve frekansla değişimi
Devre 1 in hata şalterini orada değilse 1 no.lu pozisyona getirin. Devre normal çalışma modunda olmalıdır.
Devre üzerinde kısa devreye neden olabilecek kullanılmayan kısa devre elemanı veya prop bulunmaması
için gerekli kontrolu yapın.
35
Şekil Sadece C2 kondansatörünün bağlı olduğu devre
Şimdi aşağıdaki bağlantıları yapın:
Sinyal Jeneratörü: Jeneratörden ana ünite üzerindeki GNDSG soketine
Osiloskop
: Kanal 1 den 1.17 No. Sokete (Devreye gelen sinyali izlemek için)
için
yaparak tabloyu doldurun. Frekansı değiştirdikçe akımında aynı
DİKKAT: Farklı frekanslar için ölçüm yaparak
şekilde değişmesi beklenir.
Tablo
Frekans
Osiloskop (rms voltajı)
Kapasitörün
sığası -C
(Multimetreyle
ölçülen)
1 KHz
2 KHz
3 KHz
4 KHz
6 KHz
7 KHz
36
Akım
(Multimetreden
ölçülen)
Akım(Teorik
olarak
hesaplanan)
Hesaplamalar:
Tablodaki değerleri kullanarak aşağıdaki grafiği çiziniz.
İ
(mA)
0
1
2
3
4
Frekans
37
5
6
( kHz)
7
8
Frekansın değişiminin devreden geçen akıma etkisi nasıl olmuştur açıklayın?
Frekansa bağlı olarak akımın değişimi kapasitif reaktans bağıntısıyla uyumlumudur?
2.KISIM: Kapasitenin(Kondansatörün sığasının) değişmesinin devreye etkisi
Devre 1 in hata şalterini orada değilse 1 no.lu pozisyona getirin. Devre normal çalışma modunda olmalıdır.
Devre üzerinde kısa devreye neden olabilecek kullanılmayan kısa devre elemanı veya
prop bulunmaması için gerekli kontrolu yapın.
Devrenin güç bağlantısını yapmadan önce multimetreyi kondansatör ölçme modune getirerek C2, C3, C4, C5,
C6 kondansatörlerinin sığasını ölçerek aşağıdaki tabloya yazın
38
Şekil Sadece C2 kondansatörünün bağlı olduğu devre
Şimdi aşağıdaki bağlantıları yapın:
Sinyal Jeneratörü: Jeneratörden ana ünite üzerindeki GNDSG soketine
Osiloskop
: Kanal 1 den 1.17 No. Sokete (Devreye gelen sinyali izlemek için)
(örneğin: kHz) sinüzoidal dalgaya ayarlayın. Jeneratörün
Sinyal jeneratörünün çıkışını sabit bir değere (örneğin:2
sinyal genlik düğmesinden(amplitude)
(amplitude) kanal 1 deki sinyalin rms voltajını belli bir değere ayarlayın.
Ölçümler boyunca frekansı ve voltaj değerini sabit tutun. Böylece devredeki kapasitansın değişmesinin
devreden geçen akıma etkisini inceleyeceğiz.
inceleyece
Bağlantı kablolarını değiştirerek sırasıyla devredeki
kondansatörleri değiştirin.
39
Tablo
Voltaj
Kapasite
rms voltajı
(Osiloskoptan
ölçülelen)
Akım
Kapasitörün
(Multimetre
Frekans(Sinyal sığası(Multimetreyle ile ölçülen)
ölçülen)
üretecindeki)
C2
C3
C4
C5
Hesaplamalar:
Tablodaki değerleri kullanarak aşağıdaki grafiği çiziniz.
İ
(mA)
0
100
200
300
Sığa
40
400
(nF)
500
Akım
(Teorik
olarak
hesaplanan)
Kapasitörün değişiminin devreden geçen akıma etkisi nasıl olmuştur açıklayın?
Kapasiteye bağlı olarak akımın değişimi kapasitif reaktans bağıntısıyla uyumlumudur?
3.KISIM: AC devrede paralel ve seri bağlanmış kondansatörler
Teorik Bilgi:
Paralel bağlantı:
Paralel bağlanmış kondansatörlerin karakteristiği seri bağlanmış dirençler gibidir.
Paralel bağlanmış C1 ve C2 kondansatörlerinin eşdeğeri için genel ifade şöyle yazılır:
Ceş = C1 + C2
Devre 1 in hata şalterini orada değilse 1 no.lu pozisyona getirin. Devre normal çalışma modunda olmalıdır.
Devre üzerinde kısa devreye neden olabilecek kullanılmayan kısa devre elemanı veya prop bulunmaması
için gerekli kontrolu yapın.
41
Şekil C2 ve C3 kondansatörünün paralel bağlandığı devre
Sinyal jeneratörünün çıkışını 2 kHz sinüzoidal dalgaya ayarlayın. Jeneratörün sinyal çıkış genlik kumanda
düğmesinden rms voltajını belli bir değere ayarlayıp tabloya yazın.
yazın. Hesaplamaları ve ölçümleri
gerçekleştirip tabloya yazın.
Seri bağlantı:
Seri bağlanmış kondansatörlerin karakteristiği paralel bağlanmış dirençler gibidir.
Seri bağlanmış C1 ve C2 kondansatörlerinin eşdeğeri için genel ifade şöyle yazılır:
Devre 1 in hata şalterini orada değilse 1 no.lu pozisyona getirin. Devre normal çalışma modunda olmalıdır.
Devre üzerinde kısa devreye neden olabilecek kullanılmayan kısa devre elemanı veya prop bulunmaması
için gerekli kontrolu yapın.
42
Şekil C2 ve C6 kondansatörlerinin seri bağlandığı devre
Sinyal jeneratörünün çıkışını sabit bir değere (2 kHz) sinüzoidal dalgaya ayarlayın. Jeneratörün sinyal çıkış
genlik kumanda düğmesinden rms voltajını belli bir değere ayarlayıp tabloya yazın. Hesaplamaları ve
ölçümleri gerçekleştirip tabloya yazın.
Devre
(Örnek: 50 nF +
47 nF Seri)
Osiloskop(r
ms voltajı)
Frekans(Sinyal
üretecindeki)
43
Eşdeğer kapasite
(Hesaplanan)
Akım
(Multimetre
ile ölçülen)
Akım
(Teorik
olarak
hesaplanan)
Hesaplamalar:
Seri ve paralel bağlı devrelerde devredeki akımın eşdeğer sığaya göre uyumlu bir şekilde değişip
değişmediğini açıklayın
YORUM-SONUÇ:
44
DENEY 3:
AC indüktör devreleri
KULLANILACAK MALZEMELER
Sinyal üreteci, Osiloskop, RLC ünitesinin 2.devresi, Ampermetre ve voltmetre
AMAÇ
Ø XL nin frekansa göre değişimini incelemek
Ø XL nin indüktansa göre değişimini incelemek
Ø Seri bağlı indükleyicilerle XL
TEORİK BİLGİ
İndükleyiciler alternatif akım sinyallerinin kontrol ve işlenmesinde kullanılmanın ötesinde, elektrik
devrelerinde kullanılan temel elemanlardandır.
İndükleyiciler bir nüve üzerine sarılmış tel bobinden oluşur. Bobinin dağılmaması için tel bir makaranın
üzerine sarılmış olabilir.
Şekil Hava veya demir nüve üzerine tek kat sarımlı çeşitli indükleyiciler.
45
Her tip indükleyicinin tel sarımlarından doğan bir elektrik direnci vardır. Bu uygulamada dikkate
alınmalıdır. Çünkü devreye katılan bu direnç indüksiyon etkisine ilave olarak hesaba alınmalıdır.
Bir indükleyicin gösterdiği etkinin büyüklüğüne indüktansı denir ve Henry ölçü birimi ile ifade edilir.
Bir indükleyici üzerinden bir saniyede bir amperlik alternatif akım geçtiğinde indükleyicinin iki terminali
arasında bir voltluk potansiyel fark meydana geliyorsa bu indükleyicinin indüktansı bir Henrydir. Indüktans
göstermek için H harfi kullanılır.
Akım doğrultucularda filtre olarak kullanımı dışında diğer indükleyiciler için henry çok büyük bir birimdir.
Bu nedenle henry’nin askatları kullanılır. Bunlar Henrynin bindebiri olan miliHenry, mH ile gösterilir ve
milyonda biri olan mikroHenry, µH ile gösterilir.
İndüktör bulunan bir devrede akım
bağıntısı ile verilir. Burada XL
ile bulunan indüktif reaktanstır.
XL = 2πfL
DENEYİN YAPILIŞI
Öncelikle sinyal üretecini devremize şekildeki gibi bağlamalıyız. Deneyin tüm kısımlarında bu bağlantı şekli
sabit kalacaktır. Kırmızı ve siyah kablonun yerlerine dikkat ediniz.
Şekil: Sinyal üretecinin RLC devresine bağlanışı
46
Bu deneyin tüm kısımlarında osiloskobun sadece bir kanalı kullanılacaktır. Eğer takılı ise ikinci kanalın
kablosunu sökünüz.
1.KISIM: İndüktif Reaktans XL ve frekansla değişimi
Bu çalışmayı Devre 3 üzerinde yapacağız. Şekildeki gibi kısa devre elemanları yerleştirin.
Devre 3 ün hata şalterini orada değilse 1 no.lu pozisyona getirin. Devre normal çalışma modunda olmalıdır.
Devre üzerinde kısa devreye neden olabilecek kullanılmayan kısa devre elemanı veya
prop bulunmaması için gerekli kontrolu yapın.
XL = 2πfL
: indüktif reaktans
:Akım
Şekil Sadece L2 indükleyicisinin bağlı olduğu devre
Şimdi aşağıdaki bağlantıları yapın:
Sinyal Jeneratörü: Jeneratörden ana ünite üzerindeki GNDSG soketine
Osiloskop
: Kanal 1 den 1.15 No. sokete (Devreye gelen sinyali izlemek için)
47
Devrenin bağlantılarını tamamladıktan sonra devreden akımın rms voltajının değerine göre değişimini
inceleyin. Rms voltajını değiştirmek için sinyal üretecinin genlik düğmesini kullanmalısınız. Rms voltajının
değişimi ile akımın değişimi nasıl oluyor açıklayın?
Şimdi rms voltajını belli bir değere getirdikten sonra farklı frekanslar için akımı ölçün ve tabloyu doldurun.
Frekans değişiminin akıma olan etkisini hesaplamalar kısmında hesaplayın.
Voltaj
Frekans
Osiloskop (rms voltajı)
İndükleyicinin
indüktansı –L(Multimetreyle
ölçülen)
Akım
(Multimetreden
ölçülen)
1 KHz
2 KHz
5 KHz
Hesaplamalar:
Frekansın değişiminin devreden geçen akıma etkisi nasıl olmuştur açıklayın?
Frekansa bağlı olarak akımın değişimi indüktif reaktans bağıntısıyla uyumlumudur?
Şekil üzerine indüktif reaktansın frekansa göre değişim grafiğini çizin.
48
Akım (Teorik
olarak
hesaplanan)
XL
(Ω)
2000
1600
1200
800
400
0
1
2
3
4
5
6
Frekans
( kHz)
7
8
2.KISIM: Değişen indüktansın indüktif reaktans üzerinde etkisi
Bu çalışmayı Devre 3 üzerinde yapacağız. Şekildeki gibi kısa devre elemanları yerleştirin.
Devre 3 ün hata şalterini orada değilse 1 no.lu pozisyona getirin. Devre normal çalışma modunda olmalıdır.
Devre üzerinde kısa devreye neden olabilecek kullanılmayan kısa devre elemanı veya
prop bulunmaması için gerekli kontrolu yapın.
Şekil Sadece L2 indükleyicisinin bağlı olduğu devre
49
Devreye farklı indüktanslar bağlayarak akımın değişimini inceleyin. Tabloyu doldurun ve indüktansın
değişmesi ile indüktif reaktans ve dolayısı ile akımın nasıl değişeceğini hesaplayın.
İndüktans
(Kodu ve
katalog
değeri)
Voltaj
rms voltajı
(Osiloskoptan
ölçülebilir)
Frekans(Sinyal
üretecindeki)
İndükleyicinin
indüktansı
(Multimetreyle
ölçülen)
Akım
(Multimetre
ile ölçülen)
Akım (Teorik
olarak
hesaplanan)
(2 Khz)
(2 Khz)
(2 Khz)
Hesaplamalar:
Her bir okuma ile elde edilen sonuçlarla verilen indüktans değerini kullanarak indüktif reaktansı hesaplayın
ve şekil 3.12.2 üzerine indüktif reaktansın frekansa göre değişim grafiğini çizin.
i
(mA)
0
10
20
40
60
Frekans (kHz)
50
80
3.KISIM: AC devrede seri bağlanmış indükleyiciler
Bu çalışmayı Devre 3 üzerinde yapacağız. Şekilde görüldüğü gibi kısa devre elemanları yerleştirin.
Devre 3 ün hata şalterini orada değilse 1 no.lu pozisyona getirin. Devre normal çalışma modunda olmalıdır.
Devre üzerinde kısa devreye neden olabilecek kullanılmayan kısa devre elemanı veya prop bulunmaması
için gerekli kontrolü yapın.
Şekil L2ve L5 indükleyicilerinin seri bağlı olduğu devre
Birkaç farklı indükleyiciyi seri bağlayarak eşdeğer indüktansı ve yeni indüktif reaktansı hesaplayın. akımın
buna bağlı olarak değişimini inceleyin. Hesaplamalar kısmını ve tabloyu doldurun.
Hesaplamalar:
51
Devre
Frekans Rms Voltajı
(Örnek:68 mH + 68 mH
Seri)
Akım
YORUM-SONUÇ:
52
İndüktif Reaktans
DENEY 4
RC ve RL DEVRELERİNDE KARE ve SİNÜSODİAL SİNYALİN ÇIKIŞINI, FAZ FARKININ ve
GERİLİM ÜÇGENİNİN İNCELENMESİ
KULLANILACAK MALZEMELER
Sinyal üreteci, Osiloskop, RLC ünitesinin 1.ve 2.devresi
AMAÇ
Ø Sinüsodial ve kare dalgalar şeklinde sinyalin RC devresinden çıkışını incelemek
Ø RC devresinde faz farkını ve gerilim üçgenini incelemek
Ø Sinüsodial ve kare dalgalar şeklinde sinyalin RL devresinden çıkışını incelemek
Ø RL devresinde faz farkını ve gerilim üçgenini incelemek
TEORİK BİLGİ
Eğer üzerinde pasif elemanlar bulunan bir devreye enerji verilirse bu elemanlar üç değişik şekilde davranış
gösterirler:
1.
Enerjiyi ısı olarak harcarlar.
2.
Manyetik alan olarak saklarlar.
3.
Elektrik yükü olarak saklarlar.
Eğer devrede enerjinin tamamı yalnızca ısı enerjisi harcanıyorsa bu eleman saf dirençtir. Eğer, manyetik
enerji olarak saklanıyorsa eleman bir indükleyicidir, şayet enerji elektrik yükü olarak saklanıyorsa eleman
bir kondansatördür. Pratikte bir devrede bu üç özellik tek başına olmaz. Kural olarak çoğu zaman iki ve
hatta üçü de aynı anda mevcuttur. Ancak çalışmalarımızın kolay olması için bağımsız elektriksel kavramlar
olarak farz edilmektedir.
Empedans ve Ohm Kanunu
Alternatif akım devrelerinde üzerlerinde akım dolaşan direnç, indükleyici ve kondansatör olmak üzere üç
çeşit pasif eleman bulunur. Empedans böyle bir devrede bu üç elemanın akıma karşı koyma özelliği olarak
tanımlanır. Empedans Z sembolu ile gösterilir.
Tek bir elemanın veya bir devre dalı üzerindeki elemanların ya da bütün bir devrenin empedansı devre veya
elemanı besleyen voltajın orada dolaşan akım şiddetine oranı olarak tanımlanır.
Voltaj
O halde, Empedans = —————— veya
Akım şiddeti
Eğer voltaj ve akım şiddeti sinüzoidal ise Z bir modül ve argüman (açı) ile temsil edilir. Bu argümana veya
voltaj ile akım şiddeti arasındaki açıya faz açısı veya kısaca faz denir.
53
Faz açısı
Eğer voltaj ve akım şiddeti zamanın fonksiyonu olarak aynı zaman ekseni üzerinde grafikle gösterilirse her
hangi bir anda voltaj ve akım şiddetinin büyüklükleri arasında bir fark olduğu görülecektir. Devre elemanı
yalnızca bir direnç ise bu fark sıfırdır. Bu ikisi arasındaki fark faz açısı ile de ifade edilebilir. Faz açısı 900
veya radyan cinsinden π/2 den büyük olamaz.
Bir faz açısından söz edildiğinde bu, akım şiddeti ( I ) ile voltaj ( V ) arasındaki fark olarak düşünülmelidir.
Direnç – R: Yalnızca direnç içeren bir devrede (saf direnç) akım şiddeti ile voltaj aynı fazdadır. Bakınız
şekil 4.1.1. Bu durumda, Z = R olur.
Şekil 4.1.1
Öz indüksiyon - L : Yalnızca indükleyici içeren bir devrede (saf indüksiyon) akım şiddeti 900 a π/2 radyan
voltajın gerisindedir. Bakınız şekil 4.1.2. Bu durumda,
Empedansın modülü Z = ω L.
Şekil 4.1.2
Kapasite – C : Yalnızca kondansatör bulunan bir devrede (saf kapasite) akım şiddeti voltajın 900 veya π/2
radyan önündedir. Bakınız şekil 4.1.3. Bu durumda,
Empedansın modülü = 1 / ω C
54
Şekil 4.1.3
RL devresinde voltaj üçgeni
İndükleyicinin direnç ve öz indüktansı üzerindeki potansiyel farkların toplamının güç kaynağının devreye
verdiği etkin (rms) voltaja eşit olduğu açıktır. O halde VR + VL nin bir vektörel toplam olduğuna dikkat
etmeliyiz. Bakınız şekil
V
V
L
φ
V
R
Şekil: RL devresinde voltaj üçgeni
RC devresinde voltaj üçgeni
Bu devreler bir kondansatör ve buna bağlanmış dirençlerden oluşur. Bunların tamamı devre çalışmasında
hesaba alınmalıdır. Çünkü devrenin direncini bu sistem belirler.
Kondansatörün ve direcin üzerindeki potansiyel farkların toplamının güç kaynağının devreye verdiği etkin
(rms) voltaja eşit olduğu açıktır. O halde VR + VC nin bir vektörel toplam olduğuna dikkat etmeliyiz. Bakınız
şekil
VR
0
Θ
VC
V
Şekil RC devresinde voltaj üçgeni
55
DENEYİN YAPILIŞI
1.KISIM: Kare dalga ve sinüsoidal akım girişi durumunda kapasite
1. ve 2. Kısımdaki deneyleri şekildeki devre 1 üzerinde yapacağız. Şekil de görüldüğü gibi kısa devre
elemanları yerleştirin.
Devre 1 in hata şalterini orada değilse 1 no.lu pozisyona getirin. Devre normal çalışma modunda olmalıdır.
Şekil
Şimdi aşağıdaki bağlantıları yapın:
Sinyal Jeneratörü: Jeneratörden ana ünite üzerindeki GNDSG soketine
Osiloskop
: Kanal 1 den 1.23 No. Sokete (Çıkış sinyalini gözlemek için)
Kanal 2 den 1.1 No. Sokete (Giriş sinyalini gözlemek için)
Önce sinyal jeneratörünün frekansını 4 kHz lik bir kare dalga elde edecek şekilde, sonra Kanal 2 de ki
dalganın rms voltajı 5 V olacak şekilde genlik kumandasını ayarlayın.
Kanal 1 deki dalga izinin genliğini kaydedin. Dalga formunu şekil üzerine çizin.
56
Şekil
Şimdi 10.21 ile 1.26 arasına kısa devre elemanını tekrar bağlayın. Sinyal jeneratörünün frekansını 1 kHz e
getirip sonra giriş dalga şeklini sinüzoidal olarak ayarlayın.
Şekil üzerine Kanal 1 de gördüğünüz dalga şeklini çizin.
Şekil
2.KISIM: RC devresinde faz farkını ve gerilim üçgenini incelemek
Bu çalışmayı aynı devre üzerinde yapacağız.
57
Şekil
Sinyal jeneratörünü 2 kHz sinüzoidal dalgaya ayarlayın. Jeneratörün sinyal çıkış genlik kumanda
düğmesinden voltmetrede 5 V okunacak şekilde ayarlama yapın.
Güç kaynağının voltajını 5 volta ayarlayın ve voltmetre ile C6 ve R4 üzerindeki voltajları ölçün
C6 üzerindeki voltaj (1.26 ve 1.31 arası) =
R4 üzerindeki voltaj (1.8 ve 1.25 arası) =
C3.1.
Devrenin toplam voltajı (1.3 ve 1.33 arası) =
C3.2.
Devrenin empedansını Z = V / I formülü ile hesaplayın
Hesaplama:
C3.8.
Devrenin empedansı Z = V / I =……………….
Devrenin empedansını bir de Z = √ R2 + XL2
çıkacakmı?
Hesaplama:
C3.9.
formülü ile hesaplayalım. Bakalım hemen hemen eşit
Devrenin empedansı =……………………..
Direnç üzerindeki voltaj ile kondansatör üzerindeki voltaj arasında 900 faz farkı vardır. Bu iki voltajın
toplamı ise devreyi besleyen güç kaynağının voltajına eşittir. Ancak bu toplam skaler değil aşagıdaki şekilde
de görüldüğü gibi vektöreldir. Toplam voltaj üçgenden faydalanarak bulunabilir.
58
Şekildeki ilk çizimde gösterildiği gibi devrenin faz grafiğini ölçekli olarak çizin. VR (Yatay) ve VC (Dikey).
VR
I
0
Θ
VC
V
Şekil
Faz grafiğinden güç kaynağının voltaj değeri V için yaklaşık 5 V bulunması gerekmektedir.
3.KISIM: Kare dalga ve sünizoidal akım girişi durumunda indüktans
Bu çalışmayı Devre 3 üzerinde yapacağız. Şekilde görüldüğü gibi kısa devre elemanları yerleştirin.
Devre 3 ün hata şalterini orada değilse 1 no.lu pozisyona getirin. Devre normal çalışma modunda olmalıdır.
Devre üzerinde kısa devreye neden olabilecek kullanılmayan kısa devre elemanı veya prop bulunmaması
için gerekli kontrolu yapın.
Şekil
59
Şimdi aşağıdaki bağlantıları yapın:
Sinyal Jeneratörü: Jeneratörden ana ünite üzerindeki GNDSG soketine
Osiloskop
: Kanal 1 den 2.1 No. Sokete (Giriş sinyalini gözlemek için)
Kanal 2 den 2.18 No. Sokete (Çıkış sinyalini gözlemek için)
Sinyal jeneratörünün frekansını 2 kHz ‘e getirin sonra Kanal 1 de ki dalganın rms voltajı 3 V olacak şekilde
genlik kumandasını ayarlayın.
Kanal 2 de gördüğünüz dalgayı şekil üzerine çizin.
Şekil
Şimdi sinyal jeneratörünün frekansını 1 kHz e getirip dalga şeklini sinüzoidal yapın.
Kanal 2 de gördüğünüz sinyalin dalga şeklini aynen şekil üzerine çizin.
Şekil
60
4.KISIM: RL Devresinde faz farkı ve gerilim üçgenini incelemek
3. kısımda kullandığınız devreyi değiştirmeyin.
Şekil
Sinyal jeneratörünün çıkışını 2 kHz sinüzoidal dalgaya ayarlayın. Jeneratörün sinyal çıkış genlik kumanda
düğmesinden voltmetrede 5 V okunacak şekilde ayarlama yapın.
C3.5.
L6 üzerindeki voltaj =
C3.6.
R10 üzerindeki voltaj =
2.1 ile 2.2 arasındaki kısa devre elemanını alıp yerine ampermetreyi koyun. Devre 3 de dolaşan akımı ölçün.
C3.7.
Devre 3 de dolaşan akımın şiddeti =
Direnç ve indükleyici üzerlerindeki voltajlar arsındaki faz farkı yaklaşık 900 dir. Direnç ve indükleyici
üzerindeki voltajların fazlarının toplamı devreyi besleyen güç kaynağının fazına eşittir.
Şekil 4.8.2 de verilen kareli grafik zeminde VR ve devre 3 ün I akım şiddetini yatay eksen, VL yi düşey eken
üzerinde göstermek suretiyle devrenin faz grafiğini çizin.
V
VL
Θ
I
0
VR
Şekil 4.8.2
61
Ölçekli olarak çizilen grafik üzerinde V ölçüldüğünde 5 volttan biraz az bulunmalıdır. Bunun nedeni
indükleyicinin de bir direnç özelliği olmasındandır. O halde VL voltajı devre akımının önündedir ancak faz
açısı 900 nin altındadır.
Ölçtüğünüz voltaj değerleri ile V, VL ve VR için faz üçgenini çizin.
Devrenin empedansını Z = V / I formülü ile hesaplayın
Hesaplama:
C3.8.
Devrenin empedansı = Z = V / I =……………….
Devrenin empedansını bir de Z = √ R2 + XL2
çıkacakmı?
Hesaplama:
C3.9.
formülü ile hesaplayalım. Bakalım hemen hemen eşit
Devrenin empedansı …………….
YORUM-SONUÇ
62
DENEY 5: YÜKSEK ve ALÇAK PAS FİLTRELER
Yüksek pas ve alçak pas filtre devrelerinin incelenmesi
RLC devreleri, rezonans durumunun incelenmesi
KULLANILACAK MALZEMELER
Sinyal üreteci, Osiloskop, RLC ünitesinin 3.devresi, Ampermetre ve voltmetre
AMAÇ
Ø Yüksek pas filtre devresinin kurularak incelenmesi
Ø Alçak pas filtre devresinin kurularak incelenmesi
TEORİK BİLGİ
Yüksek pas ve alçak pas filtreler
Alçak pas filtreler düşük frekanslı sinyalleri geçirken yüksek frekanslı sinyalleri geçirmeyen devrelerdir.
Yüksek pas fitreler ise aksine düşük frekanslı sinyalleri geçirmez, yüksek frekanslı olanları geçirir.
Çıkış voltajı giriş voltajının 0,7 katı olduğu anki frekansa kesme frekansı denir.
Bir RC devre için kesme frekansını veren ifade aşağıdaki gibidir:
Şekil 5.6.1 Alçak pas RC,RL ve Yüksek pas RC,RL devreleri
63
Seri rezonans
Bir devrenin besleme voltajı devreden geçen akım ile aynı fazda ise o devre rezonans
halindedir denir.
Bu durumda karmaşık empedansın ohmik dirence indirgendiğini söyleyebiliriz. Bu devrenin reaktansı
sıfırdır dersek de yine aynı şeyi söylemiş oluruz.
R
jω·L
-j /ω·C
○
○
RLC Seri devre
Şekil
Pulsation ve rezonans frekansları
Empedansı Z =
1
Z = R + j·(ω·L - —— ) = R + jX
ω·C
Daha önce söylendiği gibi rezonans şartı X = 0 dır. Buna göre rezonans pulsation değeri:
1
1
1
2
X =·(ω0·L - —— ) = 0 , ω0·L = —— ve ω0 = ——
ω0·C
L·C
ω0·C
Buradan,
1
ω0· = ——— = rezonans pulsation bulunur.
√ L·C
ω· = 2πf olduğunu biliyoruz. O halde,
1
2πf0 = ———
yazarsak, buradan
√ L·C
1
f0 = ————
= rezonans frekansı elde edilir.
2π √ L·C
64
DENEYİN YAPILIŞI
Direnç-Kondansatör filtreleri
1.KISIM: Alçak pas filtre
Şekil görüldüğü gibi kısa devre elemanları yerleştirin.
Bu çalışmayı Devre 1 üzerinde yapacağız. Şekilde
evre 1 in hata şalterini orada değilse 1 no.lu pozisyona getirin. Devre normal çalışma modunda olmalıdır.
Devre
Devre üzerinde kısa devreye neden olabilecek kullanılmayan kısa devre elemanı veya prop bulunmaması
için gerekli kontrolü yapın.
Şekil
Şimdi aşağıdaki bağlantıları yapın:
Sinyal Jeneratörü: Jeneratörden ana ünite üzerindeki GNDSG soketine
Osiloskop
: Kanal 1 den 1.1 No. Sokete (Giriş sinyali)
: Kanal 2 den 1.17 No sokete (Çıkış sinyali)
Sinyal jeneratörünün çıkışını 100 Hz sinüzoidal dalgaya ayarlayın. Jeneratörün sinyal genlik kumanda
düğmesinden kanal 1 deki sinyalin rms voltajı 2 V olacak şekilde ayarlama yapın (6 p-p
p bölme). Bu, filtreye
giriş sinyali olacaktır.
Kanal 2 deki sinyalin rms genliğini (amplitüt) gözleyin. Bu kanal fitrenin çıkış sinyalini göstermektedir.
Bulduğunuz değeri Tablonunn ilk satırına yazın.
yaz
Aynı işlemi maksimum frekans değerleri ile tekrar edin.
edin. Giriş sinyali amplitüdünü 2 V rms muhafaza
ederek frekansı Tablodaki
ki değerlere ayarlayın.
65
Kanal 2 deki genlik giriş voltajının 0,7 katı olacak şekilde frekansı ayarlayın. Örneğin, 1.4 V rms Frekansı
not alıp Tabloya yazın. Bu devrenin frekans açısını gösterir.
Kanal 1 ve kanal 2 deki sinyal izlerini kullanarak 100 Hz ve 100 kHz için kanal 1 ve kanal 2 nin faz açılarını
ve faz ilişkilerini ölçün. Sinyalleri en rahat izleyebileceğiniz zaman ayarlamasını yapın.
Frekans
100 Hz
1 kHz
(Kesme
frekansı)
10 kHz
100 kHz
Elemanlar
Giriş Vrms (V)
2
2
2
2
2
R = 1 K,
Çıkış Vrms (V)
C = 47 nF
1,4
Alçak pas
SORU: Bu devre gerçekten beklendiği gibi sadece düşük frekanslardaki sinyali mi geçiriyor. Yüksek
frekanslarda çıkış voltajı düşüyor mu gözlemlerinizi yorumlayın.
bağıntısı ile bulunan frekansa hemen hemen eşit çıkıyor mu?
SORU: Buldugunuz kesme frekansı Hesaplayarak gösterin:
Hesaplamalar
Kesme frekansı fc= ………
Şimdi Şekil 5.7.1. deki alçak pas filtresini farklı bir kondansatörle tekrar kuralım. C2 yerine C3
ile verilen bağıntıya göre sağlanıp sağlanmadığını
kondansatörünü bağlayın. Kesme frekansının yine kontrol edelim. 2V olan giriş rms voltajını değiştirmeyin. Çıkışta 1.4 V değerini bulmak için frekansı
değiştirin. Teorik olarak hesaplanan frekansda istenen sonuç elde ediliyor mu belirtin.
Hesaplamalar
Kesme frekansı fc= ………
2. KISIM: Yüksek pas filtre
Şimdi aşağıdaki şekilde verilen devreyi kurun. Böylece R direnci ile C kondansatörünün yerlerini
değiştirmiş olacaksınız. Bu devre için kanal 2 nin girişini 1.23 no.lu sokete bağlayın. Bu şekilde devrede bir
yüksek pas filtre oluştu. İşlemlere devam ederek bulunan değerleri Tabloya yazın.
Osiloskop
: Kanal 1 den 1.1 No. Sokete (Giriş sinyali)
: Kanal 2 den 1.23 No sokete (Çıkış sinyali)
66
Şekil 5.7.
Frekans
100 Hz
1 kHz
2
2
Giriş Vrms (V)
Çıkış Vrms (V)
(Kesme
frekansı)
2
10 kHz
100 kHz
2
2
Elemanlar
R = 1 K,
C = 47 nF
1,4
Yüksek pas
Tablo
SORU: Bu devre gerçekten beklendiği gibi sadece yüksek frekanslardaki sinyali mi geçiriyor. Düşük
frekanslarda çıkış voltajı düşüyor mu gözlemlerinizi yorumlayın.
SORU: Buldugunuz kesme frekansı
bağıntısı ile bulunan frekansa hemen hemen eşit çıkıyor mu? Hesaplayarak gösterin:
Hesaplamalar
Kesme frekansı fc= ………
C4.1. Bir alçak pas filtrede frekans azaldığında çıkış voltajında hangisini gözlemleriz?
C4.2.
Kapasitesi daha büyük bir kondansatör için kesme frekansı ne olur?
67
Bu çalışmayı Devre 3 üzerinde yapacağız. Şekilde görüldüğü gibi kısa devre elemanlarını yerleştirin. Bu
şekilde R10, L9 ve C9 u kullanarak bir RLC devresi kurmuş olduk.
Devre 3 ün hata şalterini orada değilse 1 no.lu pozisyona getirin. Devre normal çalışma modunda olmalıdır.
Devre üzerinde kısa devreye neden olabilecek kullanılmayan kısa devre elemanı veya prop bulunmaması
için gerekli kontrolu yapın.
olan rezonans frekansını L9 indüktörünün indüktansını ve C9 kondansatörünün sığasını multimetre ile ölçüp
hesaplayın. Bu devreden geçen akım bu rezonans frekansında maksimum olmalıdır.
Şekil
Hesaplamalar:
YORUM-SONUÇ:
68
2.KISIM
ALTERNATİF (AC) ve DOĞRU AKIMDA (DC)
DİYOT
ve
TRANSİSTÖR
Devreleri
(6-8 DENEYLER)
69
Şekil: Diyot ve Transistör Deneylerinde kullanılacak devreler
70
DENEY 6:
DC Diyot devreleri
KULLANILACAK MALZEMELER
ES05GK ünitesi, Diyot Devreleri, Ampermetre ve voltmetre
AMAÇ
Ø Normal diyotların ve zener diyotlarının pozitif bağlantıda karakteristiğini incelemek
Ø Normal diyotların ve zener diyotlarının negatif bağlantıda karakteristiğini incelemek
Diyotlar
Bir yarısı n-tipi diğer yarısı p-tipi yarıiletkenden oluşan bir kristal yapılabilir. N ve P tipin birleştiği bölgeye
eklem denir. Bu şekilde oluşan yapıya diyot adı verilir.
Engel katmanı
Bir N ve bir P tipi yarıiletken birleştirilirse, birleşme yerinde arkadan gelen serbest elektronların eklem içine
sızmasına karşı engel oluşturan bir örtü meydana gelir. Bu örtüye fakirleşmiş katman (depletion) ve orada
oluşan potansiyel farka engel voltajı veya potansiyel engeli denir. 25 0 C sıcaklıkta silisyum diyotlarda bu
voltaj 0,7 volt, germanyum diyotlarda ise 0,3 volttur.
Doğru polarizasyon
Bir diyotun p yanını bir kaynağın pozitif kutbuna, n yanını negatif kutbuna bağlarsak buna doğru
polarizasyon denir. Burada p tipi tarafın (+) ya, n-tipi tarafın ( - ) ye bağlandığını hatırlatmış oluyoruz.
Şekil
Doğru polarizasyonda yüksek akım üretilir
71
Ters polarizasyon
Eğer doğru akım kaynağının kutupları şekilde görüldüğü gibi yer değiştirse bu duruma ters polarizasyon
denir. Dikkat edilirse burada + kutup diyotun n-tipi tarafına – kutup ise p-tipi tarafına bağlanmıştır.
Şekil
Ters polarizasyonda diyot içindeki azınlık yük taşıyıcıları ve yüzey katkı atomları nedeniyle devrede küçük
bir akım gözlenir. Buna ters akım denir, Ir ile gösterilir.
Diyota ters olarak bağlanan voltaj artırıldığında delinme voltajı denilen bir değere ulaştığında diyottan akım
geçmeye başlar
Diyotun şematik gösterimi
Şekil 2.3.1 de bir doğrultucu diyotunun şematik gösterim sembolünü görüyorsunuz. Diyotun p tarafına anot
n tarafına katot denir. Diyotun sembolündeki üçgen ok başı diyot içindeki normal akım yönünü gösterir.
Ticari olarak kullanılan diyotlarda katot tarafı diyotun dış yüzünde bir çizgi ile belirtilir.
Şekil 2.3.2
Şekil 2.3.2 diyot üzerinden geçen akım ve voltajın ölçülmesinde kullanılabilecek basit bir devreyi
göstermektedir. Şekildeki gibi doğru polarizasyon ile güç kaynağına bağlanmıştır. Bu durumda kaynağın
voltajı artırıldıkça diyottan geçen akım da artar. Devreye seri olarak bağlayacağımız bir ampermetre ile
voltaja bağlı olarak diyottan geçen akımdaki değişimi ölçebiliriz. Paralel olarak bağlayacağımız bir
72
voltmetre ise bize diyot üzerindeki voltajı gösterecektir. Diyot üzerindeki voltaja karşı geçen akımın
grafiğini çizersek şekildeki sonucu alırız.
Şekil
Doğru polarizasyon bağlantısı uygulandığında voltaj engel voltajına ulaşana kadar diyottan çok az akım
geçer. Bu değere ulaşıldığında (Silisyum diyot için yaklaşık 0,7 volttur) akım birden keskin bir artış gösterir.
Bu noktadan yani 0,7 volttan yukarı çok ufak artışlarda bile geçen akım büyük artışlar gösterir.
Akımın büyük bir hızla artış göstermeye başladığı bu voltaj değerine kompanse voltajı denir. Bir silikon
diyotta bu değer engel voltajına eşit olup yaklaşık 0,7 volttur. Germanyumun kompanse voltajı ise 0,3
volttur.
Ters polarizasyon bağlantısı yapılırsa diyotta belli belirsiz bir ters akımın ki, buna bazen sızma akımı denir,
var olduğu görülür. Ters voltaj önemli ölçüde artırıldığında sızma akımı çok ufak da olsa artmaya başlar.
Ancak delinme voltajı dediğimiz değere ulaştığında birden diyot içinden ters yönde geçen akım hızla artar.
Bazı diyotlarda delinme voltajı yüzlerce volt mertebesinde olabilir. Buradan mantıken bir diyotun delinme
voltajının altında çalışması gerektiği anlaşılmaktadır. O halde uygulamalarda kullanım yerinde
karşılaşılabilecek en yüksek ters voltaj değerinden daha yüksek bir delinme voltajına sahip diyot seçilmek
suretiyle, devrede kullanılan diyotlarda ters akımın oluşmaması garanti altına alınır.
Bir diyot iki şekilde hasar görebilir. Birincisi delinme voltajının aşılması, diğeri ise diyotun nominal çalışma
voltajının aşılmasıdır. Her aktif cihazda I V değeri kadar bir güç harcanır. Bunun çok üzerine çıkıldığında
cihaz yanar.
Bazı imalatçılar kataloglarında her diyot için azami izin verilen akım şiddeti veya diyotun kullanılabileceği
nominal güç belirtilir.
Bazen teknik literatürde alçak sinyal diyotları (nominal güçleri 0,5 w tan az) ve doğrultucu diyotları
(nominal güçleri 0,5 w üzeri) olarak iki tip diyot tanımlanır. Yukarıdaki bilgilerden yola çıkarak diyot
üzerinden geçen akımı sınırlandırmak veya kontrol altında tutabilmek için diyotun seri olarak bağlanmış bir
direnç ile birlikte kullanılmasının gerekli olacağı sonucunu çıkartabiliriz.
Devre Kaynakları
Farklı alıştırmalardaki deney devrelerinde KAYNAK devrenin geri kalanına hizmet sunan bir baz olarak
düşünülmelidir. Set üzerindeki 12 V ve –12 V ile gösterilen değişken kaynaklara ES05GK.. ana ünitedeki iki
potansiyometre ile kumanda edilir. Alternatif voltaj çıkışı yaklaşık 12 V rms veya 18 V ‘u biraz geçen uç
değerdedir. Bakınız şekil
73
Şekil
Zener diyotu
Küçük sinyal diyotları ve doğrultucuları delinme voltajına yakın değerlerde asla kullanılmamalıdır. Çünkü
bu durumda hasar görebilirler. Buna karşılık Zener diyotları farklıdır. Bunlar delinme voltajı civarında
kullanılmak amacıyla silisyumdan yapılmış ancak özel olarak geliştirilmişlerdir. Zener diyotu besleme
voltajında ve yük değerindeki büyük değişimlere rağmen sabit bir çıkış voltajı verebilen voltaj
regülatörlerinin en önemli kısmıdır. Şekilde Zener diyotun şematik sembolü görülmektedir.
Şekil
Silikon diyotların içindeki katkıların miktarını ayarlamak suretiyle imalatçılar 2V tan 200 V a kadar değişen
delinme voltajına sahip zener diyotları yapabilirler. Bu diyotların delinme, ters akım ve doğru akım
bölgelerinin her üçünde de kullanılması mümkündür.
Şekilde bir zener diyotunun i-v grafiği görülmektedir. Doğru akım bölgesinde yaklaşık 0,7 V tan itibaren
sıradan bir silisyum diyot gibi akım geçirmeye başlar. Sıfır ile delinme voltajı aralığındaki ters akım veya
sızdırma bölgesinde çok az bir ters akım gözlenir. Zener diyotunda delinme noktasında keskin bir dönüş
yaparken akım hemen hemen dikey olarak artar. Delinme bölgesinin büyük bir bölümünde voltaj bir VZ
değerinde sabit kalır.
74
Şekil
Zener diyotu ile voltaj regülasyonu
Geçen akımın değişmesine karşılık çıkış voltajı hemen hemen sabit kalan zener diyotlarına bazen voltaj
regülatörü diyotu denir. Normal kullanım şeklinde şekilde de görüldüğü gibi zener diyotu devreye üzerinde
ters polarizasyon olacak şekilde bağlanır. Ayrıca delinmenin meydana getirilmesi için VS voltajının VZ
delinme voltajından büyük olması gerekir. Ancak her zaman diyotla seri olarak bağlanan bir RS direnci
kullanılmalıdır. Bu direnç diyottan geçen zener akımını nominal akımın altında tutarak diyotun yanmasını
önler. Buna dikkat edilmezse aşırı güç harcayan her eleman gibi diyot yanar.
Şekil 4.2.1
Buradaki direnç üzerindeki voltaj kaynağın voltajı ile zener voltajı arasındaki farka eşittir. Yani: VS - VZ
dir.O halde dirençten geçen akım:
VS – VZ
I = ————
RS
75
Zener diyotun çalışma noktası, yük doğrusu ile çalışma eğrisinin kesişme noktasıdır. Yük doğrusu iki nokta
yardımı ile çizilir. Bu iki noktadan biri VZ =0 I nin ölçülmesi, diğeri ise I = 0 iken VZ nin ölçülmesi ile
bulunabilir. Değişik bir kaynak voltajı veya değişik bir dirençle bir yük doğrusu çizseniz dahi bulacağınız
zener voltajı buna çok yakın olacaktır. Çünkü o aralıkta çalışma eğrisi hemen hemen dikeydir.
Şekil
Şekilde bir yük üzerindeki voltajı regüle eden bir zener diyotunu göstermektedir. Bu devrede iki tane
birleşme noktası olduğundan daha önce gördüğümüz zener devrelerinden biraz daha karmaşıktır. Ancak ana
prensip aynıdır. Zener diyot yine delinme noktasında çalışacak ve yük üzerindeki voltajı hemen hemen sabit
tutacaktır.
1. KISIM: Diyotlarla çalışma: Doğru polarizasyon
Buradaki çalışma şekil Devre 1ile gösterilen baskı devredir. Şekildeki yazılı direnç değerleri alıştırma içinde
istenilen hesaplamalar için gerekecektir. Bütün devrelerin doğru olarak çalışmasını istiyorsak hata şalterinin
N (aşağı) pozisyonda olması gerektiğini hatırlayınız.
ES05GK.. ana ünitesi üzerindeki düğmeye basarak veya dışarıdan güç kaynağı kullanıyorsanız onunla
devreyi besleyiniz. Kaynağın U voltajının (bakınız şekil ) 0 olmasına dikkat ediniz.
DEVRE 1 ve Devre KAYNAKLARI yardımıyla şekilde görülen düzenlemeyi yapınız. Eğer ayrı voltmetre
ve ampermetreniz yoksa bir Multimetre ile önce voltajı sonra akımı ölçünüz. Bu işlemler sırasında
multimetreyi devreye doğru şekilde bağlamaya ve multimetrenin gerekli ölçme skala ve kademelerini
seçmeye dikkat edin.
Şekil
76
Diyotun terminalleri arasındaki voltajı Tablodaki değerlere ayarlayıp geçen akımları ölçüp tabloya yazınız.
Tablo
Voltaj (V)
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
Akım ( mA)
2.KISIM : Diyotlarla çalışma:Ters polarizasyon
Şimdi aynı düzenekte güç kaynağının kutuplarının yerlerini değiştirerek (ters polarizasyon) yukarıda
yaptığınız deneyi tekrar edin. Bakınız şekil
Deneyde Tabloda verilen voltaj değerlerine karşı gelen akım ölçüm değerlerini tabloya yazdıktan sonra
Şekil üzerinde V x I grafiğini çiziniz.
Şekil
77
Tablo
Voltaj (V)
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
-11
-12
Akım ( mA)
3.KISIM: Zener diyotlu voltaj regülatörü-Doğru polarizasyonda
Şekil de DEVRE 4 görülmektedir. Burada R5 (22 ohm) ve R6 (470 ohm) dirençlerinin değerleri
verilmiştir. Ancak bunlar modül üzerinde yazılı değildir. Bu, 5,1 voltluk bir zener voltaj regülatörü
devresidir.
Hata şalterinin N (aşağı) pozisyonunda olduğunu kontrol edin.
Devre 4 üzerindeki zener diyotunu R5 direnci ile seri bağlayın. Diyot doğru polarizasyonda olmak üzere bu
devreyi KAYNAKLAR devresinin 2V kaynağından besleyin. Bakınız şekil
Şekil
78
Bu deneyden elde ettiğiniz verileri tablo 4.4.1 üzerine yazın.
Tablo
Voltaj (V)
Akım (mA)
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
4. KISIM: Zener diyotlu voltaj regülatörü-Ters polarizasyonda
Aşağıdaki deneyi yapmak için f3 ile 4.2 soketi arasına ampermetre bağlayın. CA2 kanalı ile 4.3 soketi
arasına bir köprü yaparak 4.3. soketini toprağa bağlayın. Voltmetreyi şekilde görüldüğü gibi 4.4. ile 4.5
soketlerine bağlayın.
Şekil
79
Voltaj (V)
Akım (mA)
-1
-2
-3
-4
-4,8
-5,0
-5,2
-5,4
-6,0
-7,0
YORUM –SONUÇ:
80
DENEY 7:
AC Diyot devreleri
KULLANILACAK MALZEMELER
Osiloskop, ES05GK ünitesi, Diyot Devreleri, Ampermetre ve voltmetre
AMAÇ
Ø Diyot karakteristiğinin sinüsodial sinyallere etkisini incelemek
Ø Diyotları dalga kırpıcı devrelerde kullanımını incelemek
TEORİK BİLGİ
DİYOTUN DOĞRULTUCU OLARAK KULLANILMASI
Alternatif Voltaj
Doğrultucu devrelerini tam anlayabilmek için bu paragraf içinde sinüzoidal dalga hareketine ait
parametrelerin bir özetini göreceğiz.
V nin – Vp ile +Vp arasındaki mutlak büyüklüğüne uçtan uca voltaj Vp-p denir.Bakınız şekil
Vp-p = Vmaks. - Vmin.
veya
Vp-p = Vp – (– Vp ) = 2 Vp .
Şekil
81
Frekans:
Frekans periyodik bir dalganın bir noktadan tam bir dalga formunun (bir dalga boyu) geçme süresi olan
periyodun tersidir. Yani f = 1/T. Periyodu ise bir sinüs yaratmak için geçen zaman olarak tanımlayabiliriz.
Şekil 3.1.1 de tam bir dalga formunu görüyorsunuz. Genelde frekans için kullanılan birim sinüs/sn dir.
Matematiksel olarak ifade edilirken radyan/sn cinsinden yazılır. Bu yukarıdaki ifadede yer alan ω (açısal
hız) dır. Dolayısıyla,
1 Hz = 2 π rad/sn.
Etkin değer:
Bir alternatif voltajının etkin veya rms değeri bir direnç içinde ısıya dönüşerek kaybolan alternatif akım ile
aynı etkiyi meydana getiren doğru akım voltajına eşittir. Bizim için bir sinüzoidal dalgada Vrms = 0,707* Vp
olduğunu bilmek yeterlidir.
Ortalama değer:
Bir sinüs boyunca voltajın aldığı değerlerin ortalamasıdır. Eğer bir dalga sinüzoidal dalgada olduğu gibi
simetrik ise ortalama sıfırdır. Çünkü negatif değerler pozitif değerleri silecektir.
Yarım Dalga doğrultucu
Şekilde yarım dalga doğrultucunun devre şeması görülmektedir. Voltaj sinüsünün pozitif yarısında silikon
diyotlar için 0,7 germanyum diyotlar için 0,3 volttan büyük bütün doğru (DC) voltaj değerleri için diyot
doğru polarize olmuştur. Bu durum yük direnci üzerinden yarım sinüs voltaj dalgası geçmesine neden olur.
Bu açıklamayı basitleştirmek için ideal diyot yaklaşıklamasını kullanacağız. Çünkü, kaynağın uç voltajı
genelde diyotun kompanse voltajından büyüktür. Şekilde görüldüğü gibi doğrultulmuş voltajın uç değeri
uygulama voltajının uç değerine eşittir.
Şekil
Sinüsün negatif yarısında diyot ters polarizasyondadır. Bu durumda ters yöndeki akım (sızma akımı) hesaba
katılmazsa yük direnci üzerinden geçen akım sıfır olur.1800 ile 3600 arasında yük direncinin üzerindeki
voltajın sıfıra düşmesinin nedeni budur.
Yarım dalga doğrultuculardaki ana prensip giren alternatif voltajın çıkışta dalgalanan doğru voltaja dönmüş
olmasıdır. Burada yük direnci üzerinde akım hep aynı yönde akar. AA (alternatif akım) nin DA (doğru
akım) ye dönüşmesine doğrultma denir.
82
Şekil
Kondansatörlü doğrultucu
Bir fitrenin ortalama çıkışı dalgalı doğru akım voltajı verir. Bu tip filtrelerin kullanımı pil veya akü şarj
etmek, doğru akım motoru çalıştırmak ve benzeri diğer bazı işlerle sınırlıdır. Elektronikte kullanılan doğru
akım aynen bir pilin verdiği gibi sabit değerli olmalı ve dalgalanma yapmamalıdır. Yarım veya tam dalga
doğrultuculardan aldığımız akımın bu amaçla kullanılabilmesi için filtre kullanılması şarttır.
Şekil
Açık olduğu halde ters polarize durumdaki diyottan geçemeyen kondansatördeki yük R direnci üzerinden
akar ve kondansatör boşalmaya başlar. İşte biraz önce bahsi geçen doğrultucu devre tasarımında kondansatör
kullanma fikrinin can damarı buradadır. Buradaki prensip R ile C nin çarpımı ile gösterilen kondansatör
boşalma zamanı sabitinin giriş sinyalinin T periyodundan büyük olmasıdır. Bundan amaç şekilde belirtildiği
gibi diyotun ters polarize olup ta çalışmadığı süre içinde kondansatörün üzerindeki yükün çok küçük bir
miktarının direnç üzerinden boşalmasını sağlamaktır.
Kaynak voltajı tekrar uç değere doğru artışa geçtiğinde diyot akım geçirmeye başlarken bir yandan da
kondansatör kaybettiği yükleri kazanır ve üzerindeki voltaj Vp değerini alana kadar dolmaya devem eder.
Böylece giriş voltajının her sinüsünde aynı işlem devam eder.
Kondansatöre gelince, giriş sinüsünün ilk çeyreğinde kondansatörün ilk doluşundan sonra üzerindeki voltaj
yaklaşık olarak kaynak voltajı ile aynıdır. Şekilde yük üzerindeki voltaj görülmektedir.
83
Şekil
Diyot köprülü tam dalga doğrultucu
Burada diyot köprüsü kullanılan filtreyi göreceğiz. Bu hem bir yarım dalga filtrenin uç voltaj değerini hem
de tam dalga filtrenin maksimum ortalama voltajını sağlayabilen doğrultucudur. Şekilde bir köprü
doğrultucu görülmektedir.
Şekil
Voltaj sinüsünün pozitif yarısında (VA > VB ) D1 ve D4 diyotları doğru polarizasyondadır. Bundan dolayı
yük üzerindeki voltajın polarizasyonu şöyledir: Altta daha az üstte daha çok. Voltaj sinüsünün negatif
yarısında D2 ve D3 diyotları doğru polarize olur. Bir önceki durumdaki gibi yük üzerindeki voltaj yine aynı
şekilde polarize olur.
Voltaj sinüsünün her iki yarısında da yükten geçen akımın yönü aynıdır, dolayısıyla her iki durumda da
hangi diyotun akım geçirdiğine bağlı olmaksızın yük üzerindeki polarite aynıdır. Yük üzerindeki voltajın
Şekilde görülen yarım dalga doğrultulmuş sinyal şeklinde olmasının nedeni budur.
Dikkat ederseniz burada kaynak voltajının tamamı yük üzerinde görülmektedir. Yarım dalga doğrultucular
yerine bu düzeneği kullanmamızın nedeni buradan anlaşılmaktadır.
Doğrultulmuş voltajın ortalama değerinin daha önce bulduğumuzun iki katı olduğunu çıkartabiliriz:
Şekil
84
DENEYİN YAPILIŞI
1.KISIM Yarım dalga doğrultucu-Negatif dalga kırpıcı
Şekilde M3 modülü üzerindeki DEVRE 2 görülmektedir. Burada R3 ve C1 in yanında gördüğümüz değerler
devre plakasında basılı değildir. Bu bir yarım dalga doğrultucudur ve çalışma şekli aşağıda görüldüğü
gibidir.
Hata şalterinin N pozisyonunda olduğunu kontrol edin ve sonra ES05GK.. ana ünitesi üzerindeki düğmeye
basarak veya dışarıdan bağladığınız kaynaktan devreyi besleyin.
DEVRE 2 ve KAYNAKLAR devrelerini kullanarak şekilde görülen devre düzenini kurun.
Şekil
2.6 noktasından yük üzerindeki voltajı osiloskop ekranında gösterin. Bunu 2.1 nolu noktadan osiloskopa
aktararak göstereceğiniz diyota giriş voltajı ile karşılaştırın. Eğer mümkün ise her iki voltajı da aynı anda
ekrana alın.
Burada giriş voltajının çizili olduğunu dikkat alarak şekil üstüne yük üzerindeki voltajın grafiğini çizin.
Şekil
85
2. KISIM : Yarım dalga doğrultucu-Pozitif dalga kırpıcı
Çalıştığınız devrede. 2.2 ile 2.4 noktaları arasındaki kısa devre elemanını çıkartıp 2.3 ile 2.5 arasına takın ve
şekilde görülen devre düzenlemesini hazırlamış olun.
Şekil
Yük üzerindeki voltajın grafiğini tekrar şekil üzerine çizin ve bir önceki ile karşılaştırın.
Şekil
3. KISIM: Kondansatörlü dalga doğrultucu
Aşağıdaki çalışma ile daha önce üzerinde çalıştığımız kondansatörün filtrede gösterdiği fonksiyonu daha
detaylı inceleyeceğiz.
Şekilde görülen devre düzenlemesini hazırlayın. 2.2 ile 2.4 ve 2.5 ile 2.7 arasına kısa devre elemanları
yerleştirin.
86
Şekil
Yük üzerindeki bulduğunuz yeni voltajları şekildeki grafiğe çizin.
Şekil
4.KISIM: Köprülü doğrultucu
Şekil de DEVRE 3 görülmektedir. Bu diyotlardan oluşan bir köprüden meydana gelen bir tam dalga
doğrultucusudur. Çalışma şeklini aşağıda göreceğiz.
Modül üzerindeki bütün hata şalterlerinin N pozisyonunda olduğuna dikkat edin.
ES05GK.. ana ünitesi üzerindeki düğmeye basarak veya dışarıdan güç kaynağı kullanıyorsanız onunla
devreyi besleyin.
87
Şekil
Şekilde görülen devre düzenlemesini hazırlayın.
Doğrultucunun çıkış değerini şekil 3.7.3 deki grafik üzerine çizin.
Şekil
YORUM-SONUÇ:
88
DENEY 8:
Transistör devreleri
KULLANILACAK MALZEMELER
ES05GK ünitesi, Transistör devreleri, Ampermetre ve voltmetre
AMAÇ
Ø Transistörlerin çalışma şeklini anlamak
Ø Basit transistör devrelerinde transistör karakteristiğini incelemek
TEORİK BİLGİ
PNP ve NPN olmak üzere iki çeşit iki kutuplu transistör vardır. Bunlar iki adet diyotun birleştirilmesine
benzerler. NPN transistör, PNP transistörün tümleridir. Bu, akım ve gerilimlerin bir NPN transistör içindeki
davranışı ile karşılaştırıldığında, PNP transistörün bunlara karşı koyma davranışı göstermesi demektir.
Şekilde bu transistörlerin şematik (sembolik) gösterimleri ile terminal bacaklarının isimlendirilmesi
verilmiştir.
Şekil
Kollektör ve Emiter akımları arasındaki bağlantı:
Doğru polarizasyon altında kollektördeki akım emiterdeki akıma hemen hemen eşittir. Emiter ve kollektör
arasındaki ilişkiyi gösteren α, kazanç değeri aşağıdaki gibi tanımlanır.
IC
α = ——
IE
Bu değer bir çok durumda yaklaşık olarak bire eşittir.
Ortak emiterli yapılanış
Serbest elektronlar önceki paragraftaki gibi hareket ederler ve emiter bu elektronlar ile doludur. VBE 0,7
volttan büyük olduğu zaman emiter bu elektronları bazın içine iter. Ancak kollektör diyotu ters
polarizasyonda olduğundan fakirleşmiş katmanın elektrik alanı elektronları kollektör bölgesine iterek
elektronların buradan çıkarak güç kaynağına gitmelerini sağlar. Bakınız şekil
89
VCE
VBE
Şekil
Kazanç β
Bu kazanç şu şekilde ifade edilir:
IC
βC.C. = —— .
IB
Bunun değeri bazen 1.000 değerine kadar yükselse bile genellikle 50 ile 300 arasındadır.
Kollektör eğrileri
Transistörün βCC değerinin yaklaşık 100 olması halinde kollektör akımı baz akımının 100 katıdır. Eğer VCE
nin değeri çok fazla artırılırsa kollektör diyotu delinecek, transistör beklenen fonksiyonunu yapamayacaktır.
Yani, o zaman transistör akım kaynağı görevine son verecektir. Bir transistördeki maksimum voltaj değişimi
transistörün akım kaynağı olarak görev yapabildiği kollektör-emiter kısmının voltaj değişim aralığıdır. Şekil
b de VCE ,1 V ile delinme voltajı arasında değişebilir. Bu aktif çalışma aralığında tutulduğu sürece transistör
kontrollü akım kaynağı olarak görev yapar. Bu aralık dışında tutulduğunda transistör görev yapamaz.
90
Delinme
noktası
Şekil
IB nin 20 µA yapılması durumunda IC x VCE grafiği şekil c deki gibi elde edilecektir. Bu eğri şekil b ile
benzerdir. Bir farkla ki, dirsek noktası üzerinde kollektör akımı IC , 2 mA dir.
Şekil
IB nin birçok değişik değeri için bu eğriyi aynı grafik üzerine çizersek kollektör eğrilerini şekil gösterildiği
şekilde elde ederiz. ΒDC değeri yaklaşık 100 olan bir transistör kullandığımızı söylediğimize göre normal
voltaj bölgesi içindeki her nokta için kollektör akımı baz akımı değerinin 100 katı olacaktır. D.A. voltaj ve
akım değerleri ile çizildiğimden bunlara çoğu zaman statik kolektör eğrileri denir.
91
Baz akımının sıfır olduğu alt eğriye dikkat ederseniz kollektör diyotundan gelen sızıntı akımı nedeniyle
kolektörde ufak bir akım vardır. Silikon transistor lerde bu sızıntı akımı çok küçük olduğundan pratikte
dikkate alınmaz.
Bu grafiklerden akımların büyük olması durumunda delinme voltajının küçüldüğünü de dikkate almamız
gerektiği anlaşılmaktadır. Yani yüksek kollektör akımları için transistörün izin verilen voltaj değişim aralığı
daha dardır. Burada önemli olan transistörün her şart altında delinmeden çalışmasının garanti altında
olmasıdır.
Baz (base) eğrileri
Şekil a da baz-emiter voltajına karşı baz akımı grafiği görülmektedir. Transistörde baz-emiter bölümü bir
diyot olduğundan elde edeceğimiz grafiğin bir diyot eğrisine benzeyeceğini tahmin etmek güç olmayacaktır.
Burada elde edilen de budur. Transistör içinde diyottan başka değişkenlerin de bulunduğunu unutmamalıyız.
Yüksek kollektör voltajı bunun daha fazla elektron almasına neden olur ki, bu baz akımının azalmasına
neden olan bir şeydir. Bu fikir şekil b de görebilmektedir. Verilen bir VBE için en yüksek VCE nin hafifçe
daha düşük baz akımına sahip olduğu görülür. Early effect denilen bu olgu da burada ihmal edilebilir.
IB
IB
VCE = 1
0,7
VCE = 20
VBE
VBE
VBE
Şekil
Kesme ve delinme
Şekildeki grafikte altta görülen eğri sıfır olan baz akımına aittir. IB = 0 şartı baz ayağında devrenin açık
olması ile aynı anlamdadır. Baz devresinin açık olması halinde kollektörden geçen akımı ICEO ile
göstereceğiz. Burada CEO harfler baz devresi açık kollektörden emitere anlamına kullanılmıştır.
92
Şekil
Şekil IB = 0 şartını sağlayan eğriyi göstermektedir. Yeteri kadar büyük bir kollektör voltajı ile BVCEO ile
gösterilen delinme voltajına ulaşılabilir. Burada CEO yine baz devresi açık kollektörden emitere anlamına
kullanılmıştır. Transistörün normal çalışmasını yapabilmesi için VCE nin BVCEO den küçük olması
gereklidir. Transistörlerin maksimum spesifikasyonlarını içeren teknik veri listelerinin çoğunda BVCEO yer
alır. Transistörlerin tipine bağlı olarak delinme voltajı 20 volttan küçük veya 200 volttan büyük olabilir.
Genel bir kural olarak yüksek emniyet payı bırakmak amacıyla transistör tasarımında VCE nin değeri BVCEO
oldukça altında tutulur. Devre tasarımında maksimum nominal çalışma sınır değerlerinde çalışmaya
zorlanan bir transistörün faydalı ömrü kısalır.
Kollektör doyma voltajı
Şekil kollektör eğrilerinden birini göstermekle beraber aşağıdaki açıklamalar her hangi bir kollektör eğrisi
için geçerlidir. Eğrinin ilk bölümü doyma bölgesi olup orijin ile dirsek arasında bütün eğrileri kapsar. Yatay
düz bölüm transistörün kontrollu akım kaynağı olarak görev yaptığı aktif çalışma bölgesidir. Son bölüm
delinme veya bozulma bölgesidir. Bu bölgeden her zaman kaçınılması gerekir.
Doyma bölgesinde kollektör diyotu doğru polarizasyondadır ve transistör normal fonksiyonunu kaybeder,
akım kaynağı yerine küçük bir direnç gibi görev yapar. Baz akımında ek bir artış kollektör akımında ek bir
atış sağlamaya yetmez. Doyma bölgesinde kollektör-emiter voltajı mevcut kollektör akımının değerine bağlı
olarak , genellikle bir voltun birkaç onda biridir.
Şekil
Transistörün aktif bölgede çalışması için kollektör diyotunun ters polarizasyonda olması gerekir. Bunun için
yaklaşık 1 volttan biraz fazla bir gerilim yeterlidir.
93
DENEYİN YAPILIŞI
1.KISIM: Sabit Vc gerilimi için transistör kazancının incelenmesi
Şekilde deney devresi DEVRE 5 görülmektedir. Modül üzerinde değerleri yazılı olmayan dirençlerden R7
ve R8 için şekilde değerler verilmiştir. Buradaki bir NPN transistör olup baz ve kollektör devrelerinde birer
direnç vardır.
Hata şalterini kontrol ederek N pozisyonunda (aşağı) olmasına dikkat edin.
Transistörü KAYNAKLAR devresine şekil 5.4.2 de görüldüğü gibi bağlayın.
Şekil
A1 ampermetresini µA ve A2 ampermetresini mA kademelerinde ölçü yapmak üzere ayarlayın.
Bu bağlantılar yapıldığında şekildeki devre düzeni kurulmuş olacaktır.
Transistörün bazından 10 µA akım geçecek şekilde U kaynak potansiyometresini ayarlayın. A2
ampermetresinde okuduğunuz değeri Tablo 5.4.1 deki ilk boş kutuya yazın. Bu akım için βCC kazancını da
tabloya yazın.
U potansiyometresi ayarını değiştirerek A1 ampermetresinde okunan akım değerleri 10 ve katları kadar
artırın. Her yeni değer için bulacağınız kollektör akımı ve βCC kazanclarını tablo 5.4.1ye yazın.
94
Tablo
Baz akımı (µA)
Kollektör akımı (mA)
βCC kazanç
5
10
12
15
18
20
22
C4.2. Aşağıdaki kollektör akımına karşı baz akımı grafiklerinden hangisi
doğrudur?
(µA)
2.KISIM : Değişken Vc gerilimi altında transistör karakteristiğinin incelenmesi
ES05GK.. ünitesindeki şalteri kapatarak devrenin beslenmesini kesiniz.
Şekilde görülen devreyi kurunuz. Burada yapılacak tek şey şekildeki devrede bulunan transistörün
kollektörünün bir ampermetre yardımı ile 12 V değişken kaynağa doğrudan bağlanmasıdır.
95
Şekil
f1 ve f3 voltajlarına ait potansiyometreleri ayarlayarak en küçük voltajı elde ediniz. Ana ünitedeki şaltere
basarak modülü besleyiniz.
Bu alıştırmada bir voltmetre kullanmanız gerekecektir. Eğer bir multimetreyi ampermetre olarak
kullanıyorsanız 5.5 noktasındaki voltajı ölçmeniz gerektiğinde aşağıdaki işlemi yapınız:
Potansiyometreleri ayarlamak suretiyle TR1 transistörünün kollektör voltajını 1 V ve baz akımını 10 µA
yapınız. Şekil 5.4.4 ten devam ederek A2 ampermetresinin ölçtüğü IC akımını ölçüp tabloya yazınız. f3 3V,
6 V ve 8 V değerlerini alacak şekilde voltajı değiştiriniz. Bu değerlere karşılığındaki akımları ölçüp tabloya
yazınız.
Baz akımını tabloda gösterilen değerlere ayalayıp aynı ölçümleri yapınız ve bulduğunuz değerleri tabloya
yazınız.
Tablo
IC(VCE = 1 V)
IC(VCE = 3 V)
IB = 10 µA
IB = 20 µA
IB = 30 µA
IB = 40 µA
IB = 50 µA
96
IC(VCE = 6 V)
IC(VCE = 8 V)
Kollektör Akımı (mA)
C4.7. Tablo 5.4.2 deki değerleri kullanarak şekil 5.4.5 üzerinde kollektör akımı eğrilerini çiziniz? (Şekil
5.2.2dekine benzer görünümde grafik elde edeceksiniz).
Şekil 5.4.5
YORUM-SONUÇ
97
Modülde bulunan elemanların değerleri (Bu değerler bazı devrelerde farklı olabilir)
DİRENÇLER
KONDANSATÖRLER
R1
= 1 kOhm
C1
=
470 nF
R2
= 1 kOhm
C2
=
47 nF
R3
= 3,3 kOhm
C3
=
100 nF
R4
= 10 kOhm
C4
=
220 nF
R5
= 10 kOhm
C5
=
100 nF
R6
= 1 kOhm
C6
=
11 nF
R7
= 2,2 kOhm
C8
=
100 pF (Değiştirilebilir)
R8
= 1 kOhm
C9
=
220 nF
R9
= 1 kOhm
C10
=
470 nF
R10
= 2,2 kOhm
C11
=
1 nF
R11
= 4,7 kOhm
R12
= 680 Ohm
R13
= 680 Ohm
R14
= 1 kOhm
R18
= 330 Ohm
L1
=
9 mH
R19
= 10 kOhm
L2
=
68 mH
R20
= 100 kOhm
L3
=
100 mH
R21
= 10 kOhm
L4
=
9 mH
R22
= 10 Ohm
L5
=
68 mH
R23
= 1 kOhm
L6
=
100 H
R34
= 100 kOhm
L8
=
9 mH
R25
= 100 kOhm
L9
=
100 mH
İNDÜKTÖRLER
98
ÖLÇÜMLERİN İSTENİLEN SONUÇTA OLMAMASININ MUHTEMEL NEDENLERİ
Ø Multimetre kullanılıyorsa AC yada DC kademesinin doğru ayarlanmaması
Ø Multimetre kullanılıyorsa kabloların ölçülen değer için yanlış yerlere takılması
Ø Multimetre kullanılıyorsa ölçüm kademesinin yanlış veya çok farklı mertebede olması
Ø Multimetrenin pilinin azalmış olması
Ø Osiloskop kullanılıyorsa probdaki kademenin 10x de olması(1x de bulunmalıdır)
Ø Osiloskop kullanılıyorsa Auto tuşuna basılarak sinyalin güncellenmemesi
Ø Sinyal üreteci kullanılıyorsa kullanılmaması basılı olmaması gereken tuşların basılı olması (Counter,
ATT tuşları gibi)
Ø Kablolarda temassızlık veya devre elemanlarından birinin arızalı olması
99