Bolum 1 - Temel Elektronik Devre Elemanları

7/24/2019 Bolum 1 - Temel Elektronik Devre Elemanlar

1/36

ELEKTRONK DEVRE ELEMANLARI, DR. SMAL TEKN1. BLM: TEMEL ELEKTRONK DEVRE ELEMANLARI 1

1. BLM: TEMEL ELEKTRONK DEVRE ELEMANLARI

1.1. Direnler

Maddelerin akma gsterdikleri zorlua diren denir. Bir maddenin direnci,

maddenin yapsna, boyuna, kesit alanna ve ortam scaklna baldr. Diren, Rsembol ile gsterilir. ekil 1.1de devre sembol gsterilmitir. ekil 1.2deda direncin

genel grnm gsterilmitir.

R

R

ekil 1.1. Diren sembol

(a) Diren.

(b) SMD diren.

ekil 1.2. Direnlerin genel grnm.

Direnlerin deerleri sabit olabilecei gibi deiken de olabilir. ekil 1.3de

deiken deerli direncin (potansiyometre, pot) genel grnm gsterilmitir.


2/36


(a) Tek turlu potansiyometre (b) ok turlu potansiyometre

ekil 1.3. Potansiyometrenin genel grnm.

Direnler elektronik devrelerde eitli amalarla kullanlrlar: devreden akan

akm ve devrenin herhangi bir noktasndaki gerilimin deerini belirlemede, gerilim

dm oluturmada, devrenin kazan deerini belirlemede, osilatr devrelerinde

devrenin osilasyon frekansn belirlemede, filtre devrelerinde kesim frekansn

belirlemede, gerilim ve akm blmedekullanlrlar.ekil 1.4ada direncin akm snrlayc olarak kullanlmas gsterilmitir. R

direncinin deeri artka bde grld gibi ykten (RL) akan akmn deeri (I) azalr.

Ykten akan akmn deeri,

R

RL

V

I

I

R0 ekil 1.4. Direncin akm snrlayc olarak kullanlmas.

(1.1)

eklindedir.

ekil 1.5deise direncin akm blc olarak kullanlmas gsterilmitir.ve direnlerinden akan akmlar,


3/36


R1 I1 R2I2

IIN

ekil 1.5. Direncin akm blc olarak kullanlmas

(1.2)

eklinde ifade edilir.ekil 1.6da ise direncin gerilim blc olarak kullanlmas gsterilmitir. Diren

deerleri uygun deerlerde seilerek istenen k gerilimi elde edilebilir. k

geriliminin deeri,

R2

R1

VIN

+

-

VOUT

ekil 1.6. Direncin gerilim blc olarak kullanlmas.

(1.3)

eklindedir.

1.1.1. Diren eitleri

Karbon film direnler:En ok kullanlan diren eididir. Silindir eklindeki kk bir

seramiin zerine karbon biriktirilerek elde edilir. Genel grnm ekil 1.7de

gsterilmitir. 10 ile 1M arasnda diren deerleri elde edilebilir. G olarak ise ile 2W arasndadr. Toleranslar ise %5 civarndadr.


4/36


ekil 1.7. Karbon film direnler.

Metal oksit film direnler: Bu tip direnler seramik ekirdein etrafna metal film

sarlarak elde edilirler. Yksek scaklklara karbon film direnlere gre daha

dayankldrlar. D yzeyleri neme, kimyasallara ve aleve dayankl olacak ekilde

yaplmtr. 1 ile 200 arasnda diren deerleri elde edilebilir. Toleranslar ise %5

civarndadr. Genel grnm ekil 1.8de gsterildii gibidir.

ekil 1.8. Metal film direnler.

Hassas metal film direnler: Yap olarak metal film direnlere benzerler. Seramik

ekirdein etraf metal film ile kaplanr ve sonra epoksi ile kaplanr. zellikle lme

cihazlar, ses ve grnt cihazlar gibi hassas cihazlarda kullanlrlar. 10 ile 2M

arasnda diren deerleri elde edilebilir. G olarak ise ile W arasndadr.Toleranslar ise %0,05 civarndadr.Genel grnm ekil 1.9da gsterildii gibidir.

ekil 1.9. Hassas metal film direnler.


5/36


Yksek gl direnler: Bu tip direnler yksek g gerektiren devrelerde

kullanlrlar. Isy etrafa yaymas iin d yzeyleri cams emaye ya da alminyumdan

kaplanmtr. Seramik ekirdek zerine tel sarlarak yaplrlar. 0,1 ile 150k arasnda

diren deerleri elde edilebilir. G olarak ise 2 ile 500W arasndadr (baz zel yapm

direnler daha da yksek glerde alabilir). Toleranslar ise %1 civarndadr. Genelgrnm ekil 1.10da gsterildii gibidir.

ekil 1.10. Yksek gl direnler.

Sensr direnler

Fotodirenler (Light Dependent Resistor, LDR): Fotodirenler zerilerine den kiddeti deitike deeri deien direnlerdir. zerine den k iddeti arttka direnci

der, k iddeti azalnca direnci artar.

Termistorler ve Thermoresistanslar (RTDs): Metallerin direnleri scaklk ile doru

orantldr. Scaklk artka direnleri artar. Bu zellikleri kullanlarak metallerden

scaklk sensrleri yaplmtr. Bunlara thermoresistans (Resistance Temperature

Detectors, RTDs) denir. Endstriyel uygulamalarda arasnda birthermoresistansn direncinin scaklkla deiimi,

(1.4)

eklinde ifade edilebilir. Burada; metalin scaklndaki direnci, metalikstlmadan nceki direnci, metalin scaklk katsaysdr. RTDlerin scaklk ile direndeiimleri ok yksek deildir. Bu tip sensrlerde ounlukla Platin ve Nikel

kullanlmaktadr ve de olacak ekilde retilmilerdir. Bu nedenle Platindenyaplanlar Pt100, Nikelden yaplanlar ise Ni100 olarak isimlendirilmektedir. katsaysPlatin iin , dir. Pt1000 ise deki direnci olacakekilde retilmitir. ekil 1.11de eitli RTDlerin scaklk ile diren deiimleri


6/36


gsterilmitir. Bu grafikte Nikelden yaplan RTD ile Platinden yaplan RTD

karlatrldnda Nikelin hissedicilii yksek olmasna ramen dorusall daha

dktr.

ekil 1.11. RTDlerin scaklk ile diren deiimleri.

Termistrlerde scakla duyarl direnlerdir. Yariletkenden yaplrlar.Scaklk

arttnda diren deeri RTDlere gre olduka geni bir aralkta ok hzl deiir.

Dolaysyla hissedicilii RTDlere gre olduka yksektir.Ancak lineerlii RTDlere gre

olduka dktr.ekil 1.12de thermistr ile RTDnin direnlerinin scaklkla deiimi

gsterilmitir.

ekil 1.12. Thermistr ile RTDnin direnlerinin scaklkla deiimi

Thermistrlerin NTC (negative temperature coefficient) ve PTC (positive

temperature coefficient) olmak zere iki tr vardr. NTC termistrlerde scaklk

arttnda diren deeri azalrken PTC (positive temperature coefficient) termistrlerde


7/36


ise diren deeri artar. ekil 1.13de NTC ve PTC direnlerinin scaklkla deiimi

gsterilmitir.

ekil 1.13. NTC ve PTC direnlerinin scaklkla deiimi.

Varistr (Voltage Dependent Resistor, VDR): Varistrler, ularna uygulanan gerilim

miktar ile ters orantl olarak diren deerleri deien elektronik devre elemanlardr.

Genellikle metal oksit malzemelerden yaplrlar. Bundan dolay MOV (Metal Oksit

Varistor) olarak da adlandrlrlar. inko oksit (ZnO) ve silikon karbr (SiC) en ok

kullanlan eitlerindendir. zerindeki gerilim ykseldike direnleri azalr,

zerlerindeki gerilim azaldka direnleri ykselir. VDRler devrelerin ar gerilimden

korunmasnda ve gerilim reglasyonu yaplmasnda kullanlrlar. zellikle ksa sreliar gerilimlerden korumada etkilidirler. Srekli yksek gerilimlerden koruma

yapamazlar. Koruyaca devreye veya elemana paralel balanr. Devre sembol ekil

1.14ada, klf tipleriise ekil 1.14bde gsterilmitir.

(a)

Disc Radial leaded Block Axial leaded

(b)

ekil 1.14. Varistrnsembol veklf tipleri.


8/36


Akm - gerilim ilikisi,

(1.5)

eklinde ifade edilebilir. Burada ve sabitler olup akm - gerilim karakteristiininnonlineerliini gsterir. ekil 1.15de varistrn akm - gerilim karakteristii

gsterilmitir.

ekil 1.15. Varistrn akm - gerilim karakteristii.

Varistrlerin en nemli parametreleri, koruma gerilimi, maksimum akm,

standby akmdr. Ayrca haberleme hatlarnda kullanldnda i kapasitesi de nemli

bir parametre olur.

1.1.2. Direnlerin etiketleri

Direnlerin zerinde genel olarak direnlerin deerleri, toleranslar, scaklk

katsaylar ve maksimum dayanabilecekleri g deerleri kodlanr. Bu kodlama renk

halkalar ile yaplabilecei gibi dorudan da direncin zerine yazlabilir. Drt ve be

renkli direnlerde sadece direnlerin deerleri ve toleranslar, alt renkli direnlerde ise

direnlerin deerleri, toleranslar ve scaklk katsaylar kodlanr. Yksek gl

direnlerde ise direnlerin deerleri ve maksimum dayanabilecekleri g deerleri ekil

1.16da gsterildii gibi diren zerine dorudan yazlr.


9/36


ekil 1.16. Yksek gl direnlerin genel grnm.

Drt ve be renkli direnlerde ise direnlerin deerleri u ekilde kodlanmtr.

Drt renkli direnlerde ilk iki renk rakamlar, nc renk onun kuvveti eklinde

arpan drdnc renk de tolerans deerini verir. Tablo 1.1de renklerin rakamsal

karlklar, Tablo 1.2de ise renklerin tolerans karlklarverilmitir.

Renk Rakam arpan

Siyah 0 100

Kahverengi 1 101

Krmz 2 102

Turuncu 3 103

Sar 4 104

Yeil 5 105

Mavi 6 106

Mor 7 107

Gri 8 108

Beyaz 9 109

Altn - 100,1

Gm - 100,01

Tablo 1.1. Renklerin rakamsal karlklar.

Renk Tolerans

Gm %10

Altn %5Kahverengi %1

Krmz %2

Yeil %0,5

Mavi %0,25

Pembe %0,1

Tablo 1.2. Renklerin tolerans karlklar

rnein drt renkli bir dirente birinci renk turuncu (3), ikinci renk beyaz(9),

nc renk siyah (0), drdnc renk altn ise bu direncin deeri 39.100=39dur.


10/36


Tolerans ise %5dir.be renkli direnlerde ise birinci renk sar (4), ikinci renk gri (8),

nc renk mor (7), drdnc renk kahverengi (1) ve besinci renk gmi ise bu

direncin deeri 487.101=4870dur. Toleransise %10dur.

Yzey montaj (Surface Mount Device, SMD) direnlerin deeri ise rakamla

kodlanr. rnein SMD diren zerinde 334 yazl ise bu direncin deeri dur. dan kk direnler ise , eklinde kodlanr. dan kk direnler ise , , eklinde kodlanr.

Hassas SMD direnlerin deeri ise drt rakamla kodlanr. lk rakam sayy

meydana getirirken drdnc rakam arpandr. rnein SMD direncin zerinde 1001

yazl ise deeri , 4992 yazl ise deeri 4992 dur.

SMD direnlerin toleranslar zerlerine kodlanmamtr. Eer SMD direncin

deeri rakamla kodlanm ise genel olarak tolerans %5, drt rakamla kodlanm ise

%1dir.

ekil 1.17de SMD direncin genel grnm gsterilmitir. SMD direnlerin

ebatlar drt rakamla sembolize edilir. Tablo 1.3de SMD direnlerin klf tipleri, ebatlar

ve maksimum alma gleri gsterilmitir.

102 W

L

ekil 1.17. SMD diren.

Klf Boyut (LxW), Boyut (LxW), mm Ykseklik G

0201 0.024" x 0.012" 0.6mm x 0.3mm 0.02" 1/20W

0402 0.04" x 0.02" 1mm x 0.5mm 0.02" 1/16W

0603 0.063" x 0.031" 1.6mm x 0.8mm 0.02" 1/16W

0805 0.08" x 0.05" 2mm x 1.25mm 0.02" 1/10W

1206 0.126" x 0.063" 3.2mm x 1.6mm 0.02" 1/8W1210 0.126" x 0.01" 3.2mm x 2.5mm 0.02" 1/4W

1812 0.18" x 0.12" 4.5mm x 3.2mm 0.02" 1/3W

2010 0.2" x 0.10" 5.0mm x 2.5mm 0.03" 1/2W

2512 0.25" x 0.12" 6.35mm x 3.2mm 0.03" 1W

Tablo 1.3. SMD direnlerin klf tipleri, ebatlar ve maksimum alma gleri.

1.1.3. Deiken direnler

Yukarda da sylendii gibi direnlerin deeri sabit olabilecei gibi deiken de

olabilir. Deiken direnler ilk retildiklerinde gerilim blc olarak kullanldklarndan


11/36


genel olarak potansiyometre veya ksaca pot olarak adlandrlrlar. Reosta ve

trimmerler de deiken direnlerdir. Potansiyometreler genellikle dk dc

gerilimlerde kullanlrken reostalar genellikle yksek ac gerilimlerde kullanlrlar.

Trimmerler ise daha kk yapldrlar. ekil 1.18de deiken direnlerin genel

grnm gsterilmitir.

ekil 1.18. Deiken direnler.

Potlar genellikle ulu olarak retilirler. ekil 1.19da potun devre emasgsterilmitir. Ortadaki ayar ucu saa ya da sola evrildike rnein A ve C ular

arasndaki diren artarken B ve C ular arasndaki diren azalr. Her zaman toplam

diren deeri potun deerine eit olur. rnein potun deeri ise A ve C ulararasndaki diren ise B ve C ular arasndaki diren ise 8olur.

C

A B

ekil 1.19. Potun devre emas.

Yukarda aklanan mekanik potansiyometrelerin doruluu olduka dktr.

Bir deeri ayarlandktan sonra ayar deitirildiinde tekrar ayn deeri ayarlamak

olduka zordur. Gnmzde birok uygulamada dijital potansiyometreler

kullanlmaktadr. Dijital potlarda potun deeri kodlar ile belirlenmektedir. rnein 8

bitlik bir dijital pot ile 256 farkl deer yksek dorulukla ayarlanabilmektedir.Mekanik

potlar birka bin kez ayarlandktan sonra ou zaman bozulurken dijital potlar en

50000 kez programlanabilmektedir. Gnmzde televizyonun ses ve kontrast gibi bir

ok ayar dijital potlar ile yaplmaktadr. ekil 1.20de dijital potansiyometre

entegresinin genel yaps gsterilmitir.


12/36


ekil 1.20. Dijital potansiyometre.

1.2. Kondansatrler

Kondansatrler, ekil 1.21ada gsterildii gibi iki iletken levha arasna bir

yaltkan malzeme yerletirilerek yaplrlar. Yaltkan olarak hava, ya, mika, plastik,

seramik veya baka bir yaltkan malzeme kullanlabilir. ekil 1.21bde ise devre

sembolleri gsterilmitir.

(a)

+

kutupsuz kutuplu kutuplu

+

deiken

(b)

ekil 1.21. Kondansatrn yaps.

Kondansatrn kapasitesi, levhalarn alan ile doru, levhalar arasndaki mesafe

ile ters orantl olup aadaki gibi ifade edilir.

(1.9)

Burada, bal dielektrik sabiti olup genellikle eklinde tanmlanr. levhalararasnda kullanlan yaltkan malzemenin dielektrik sabitidir. ise boluun dielektriksabitidir.


13/36


Kapasitenin direnci zerine uygulanan gerilimin frekansna baldr. Dolaysyla

kapasitenin empedansndan bahsedilir. Deer olan bir kapasitenin empedans,

(1.6)

eklinde ifade edilir. Burada uygulanan gerilimin frekansdr. Eitlikten de grldgibi uygulanan frekans ise, yani dc iaret ise kapasitenin empedans sonsuzdur.Frekans ne kadar yksek ise empedans o kadar dktr.

ekil 1.22de gsterildii gibi kapasitenin ularna bir gerilim kayna

balandnda kaynan pozitif ucuna balanan levha + ykle (Q yk), negatif ucuna

balanan levha ise - ykle yklenir (bu durumda iken kondansatr devreden alnarak

iki ucu ksa devre edilirse levhalardaki ykler dengeye gelir ve kapasite boalr). Bu

durumda kapasite dolu olarak ifade edilir. Levhalarda depolanan yk miktar

kondansatre uygulanan gerilim ile doru orantldr ve,

ekil 1.22. Kapasitenin dolmas

(1.7)

eklinde ifade edilir. Burada C kondansatrn kapasitesi olup birimi Faraddr. Farad

deeri ok byk olup kapasitelerin deeri genelde pF ile F arasndadr.Tablo 1.4de

Faradn alt katlar gsterilmitir.

Sembol Okunuu Deeri

Piko Farad Nano Farad

Mikro Farad

Mili Farad Tablo 1.4.

1.2.1. Kondansatrn Dolup boalmas

ekil 1.23ada gsterilen devrede anahtar 1 konumuna alnsn. Balangta bo

olan kapasite R direnci zerinden dolmaya balar. Devre elemanlar zerindeki gerilim

ve devreden akan akmn yn ekil 1.23bde gsterilmitir. bdeki devreye Kirchhoff

gerilim (KVL) yasasn uygularsak,


14/36


(a) (b)

ekil 1.23. Kondansatrn dolmas.

(1.8)

yazlabilir. Diren zerindeki gerilim,

(1.9)

eklinde yazlabilir. Bylece (1.8) eitlii,

(1.10)

eklinde bir diferansiyel denklem olur. Bu diferansiyel denklemi zmek iin,

(1.11)

eklinde yazalm. Bu denklemi,

(1.12)

eklinde yazp her iki tarafn entegralini alrsak,

|

(1.13)


15/36


Ters logaritma alnrsa ( ),

( )

olur. Devreden akan akm ise yukardaki ifadesinin trevi alnarak bulunabilecei gibidiren zerinde den gerilim bulunarak da bulunabilir. Diren zerinde den gerilim,

( ) (1.14)

olur. Buradan devreden akan akm ise,

(1.15)

olur. Konsansatr ve diren zerindeki gerilimin ve devreden akan akmn zamanladeiimi ekil 1.24de gsterilmitir.

(a) (b) (c)

ekil 1.24. Kondansatrden akan akmn ve ularndaki gerilimin zamanla deiimi.

Yukarda elde edilen denklemlerden de grld gibi kapasitenin dolma sresi

diren kapasitenin elemanlarnn deerinin arpmna baldr. Bu arpma devrenin

zaman sabiti denir ve ile gsterilir. Direnci birimi , kondansatrn kapasitesi Falnrsa zaman sabitinin birimi saniye olur. Yukardaki eitlikte alrsa ( ) olur. Bo olan bir kapasite dolmayabaladktan sonra kapasitenin tamamen dolduu kabul edilir.

Eer kapasite balangta bo deilse (balangta zerinde

gerilimi olsun) bu

durumda devrenin analizi (1.17) eitliinde entegralin snrlar 0dan ye kadar deil,


16/36


dan ye kadar alnarak yaplr. Bu durumda kondansatr zerindeki gerilim vekondansatrden akan akm,

(1.16)

olur.

ekil 1.23ada gsterilen ve anahtar 1 konumuna alnarak R direnci zerinden

E gerilimine kadar dolan bir kapasitenin anahtar 2 konumuna alnarak boalmasn

inceleyelim. Bu durumda devre ekil 1.25de gsterildii gibi olur. Devreye Kirchhoff

gerilim (KVL) yasasn uygularsak,

ekil 1.25.

(1.17)

yazlabilir. Diren zerindeki gerilim,

(1.18)

olduundan,

(1.19)

olur. Bu diferansiyel denklemi zmek iin,

(1.20)


17/36


eklinde yazalm. Bu denklemin her iki tarafnn entegralini alrsak (anahtar 2

konumuna alndnda kapasite zerindeki gerilim deeri olsun),

|

(1.21)

olur. Diren zerinde den gerilim,

(1.22)

olur. Buradan devreden akan akm ise,

(1.23)

olur. Kondansatr zerindeki gerilimin ve devreden akan akmn zamanla deiimi ekil

1.26da gsterilmitir. ekilden de grld gibi kondansatrn tamamen boalmas

iin luk sre gemesi gerekir. Yine ekilden grld gibi kondansatr boalrkenakmn yn dolum srasndakinin tam tersidir.

(a)(b)

ekil 1.26. Kondansatrn boalmas.

1.2.2. Kondansatr eitleri

Elektrolitik kondansatrler: Elektrolitik kondansatrler yksek kapasiteli

kondansatrlerdir. Kapasiteyi artrmak iinanot ve katot elektrotlar arasndaki mesafe

ok kk yaplr. En nemli avantajlar kapasitelerinin yksek olmas ve ucuz


18/36


olmalardr. Dezavantajlar ise kararllklarnn dk olmas dolaysyla ortam

scaklklarndan ok fazla etkilenmesi, mrlerinin ksa olmas ve sznt akmlarnn

yksek olmasdr. Ortam scakl arttnda elektrolitik kurur ve hem mr azalr hem

de deeri nemli oranda deiir. Bundan dolay devreye yerletirilirken ok fazla snan

elemanlara yakn yerletirilmemelidir. Ayrca ters balantda anot zerindeki oksittabakas kalkar ve geen akmla elektrolit kimyasal reaksiyona urar ve snp ierek

kondansatr patlatr.

ekil 1.27ada elektrolitik kondansatrn yaps, bde genel grn

gsterilmitir. Anot ucu okside batrlm alminyum plakadan, katot ucu ise sadece

alminyum plakadan oluur. Kapasiteyi artrmak iin rulo eklinde sarlr.

a) elektrolitik kondansatrn yaps. b) genel grn.

ekil 1.27. Elektrolitik kondansatr.

Son yllarda elektrolitik kondansatrler tantaldan yaplmaktadr. Bylece daha

kk hacimde daha byk kapasite deerleri elde edilebilmektedir.Elektrolitik kondansatrlerin toleranslar olduka yksektir. Alminyum

elektrolitik kapasitelerin toleranslar %50 deerlerine kadar kabilmektedir. Tantal

elektrolitik kondansatrlerin toleranslar ise %5 ile %20 arasndadr.

Elektrolitik kondansatrlerin kullanlrken dikkat edilmesi gereken bir dier

nokta kondansatrn alma gerilimidir. Kondansatrn alma gerilimi ularna

uygulanacak gerilimin en az iki kat olmaldr. Ayrca kondansatr ac gerilimde

kullanlacaksa ac iaretin maksimum deeri dikkate alnmaldr.

ekil 1.27bden de grld gibi elektrolitik kondansatrn negatif ucu yaz ile

iaretlenmitir. Deeri ve alma gerilimi zerine yazlmtr.

Seramik kondansatrler: En ok kullanlan kondansatr eitlerindendir. letken

plakalar arasna seramik malzeme yerletirilerek yaplr. Kutupsuzdur. Ucuz olmakla

birlikte doruluu dk, scakla duyarll ise yksektir. Genellikle kupla kapasitesi

ve bypass kapasitesi olarak kullanlr. Deerleri ile arasnda, almagerilimleri ile arasnda, alma gerilimleri ise ile arasndadr.Genel grnm ekil 1.28de gsterildii gibidir.


19/36


ekil 1.28. Seramik kondansatrler.

Mika kondansatrler: Doruluu olduka yksek kondansatrlerdir. Sznt akmlar

olduka kktr. Dk kapasite deerlerine sahip olup ounlukla yksek

frekanslarda kullanlr. Deeri gerilim deiimlerinden fazla etkilenmezler. Ortam

scaklndan da fazla etkilenmezler. Deerleri ile 0 arasnda, almagerilimleri ile 2,5arasnda, alma gerilimleri ise ile arasndadr.Genel grnm ekil 1.29da gsterildii gibidir.

ekil 1.29. Mika kondansatrler.

Bunlarn dnda kat kondansatrler, ya kondansatrler, polyester

kondansatrler, cam kondansatrler de bulunmaktadr.

Deiken deerli kondansatrler: Deiken deerli kondansatrlerin hava deimeli

ve trimmer tipi olmak zeri iki eidi vardr. Hava deimeli tipi ekil 1.30ada

gsterildii gibi sabit ve dner alminyum plakalardan oluur. Plakalar birbiri

ierisinden geer ve birbirlerine temas etmezler. Ayar ucu evrildiinde paralel

plakalarn alanlar deitiinden kondansatrn deeri deiir.

(a) (b)

ekil 1.30. Deiken deerli kondansatrler.


20/36


ekil 1.30bde ise trimmer tipi deiken kondansatrn ekli gsterilmitir. Bu

tip kondansatrlerde paralel plaklar arasndaki mesafe deitirilerek kondansatrn

deeri deitirilir. Deiken deerli kondansatrler genellikle akordlu devrelerde

kullanlr.

1.2.3. Kondansatrn etiketi

Kondansatrlerin deerleri kondansatrn tipine bal olarak deiik ekillerde

etiketlenir. Elektrolitik ve tantal kondansatrlerin deeri ekil 1.31ada gsterildii gibi

dorudan zerlerine yazlrlar. Seramik kondansatrlerde ise ilk iki rakam rakamlar

nc rakam ise onun kuvveti eklinde arpan gsterilir. Sonu pF cinsindendir.

Kondansatrn tolerans ise harf ile kodlanmtr. rnein ekil 1.31bdeki seramik

kondansatrn deeri dr. Tolerans ise dur. ekil 1.31cdeharflerin tolerans karl gsterilmitir. Seramik kondansatrlerin deeri ekil

1.31ddeki gibi de kodlanabilir.

(a) (b)

(c)

(d)

ekil 1.31. Kondansatrlerin etiketleri.

1.2.4. Kondansatrlerin uygulama alanlar

Kondansatrn en sk kullanld yerlerden biri dorultma devreleridir.

Kondansatr burada yarl dalga sinzoidal iaretten dc iaret elde etmede kullanlr.


21/36


ekil 1.32. Dorultma devresi.

Kondansatrler ayrca filtre devrelerinde kesim frekansn belirlemede frekans

belirleyici eleman olarak kullanlr. Osilatr devrelerinde de osilasyon frekansn

belirlemede ska kullanlrlar.

Ayrca ekil 1.33de gsterildii gibi pasif trev alc olarak kullanlabilir. Bu

devre darbeli iaretin ykselen ve den kenarlarndan ine darbeleri elde etmede

kullanlr. Bu devre ile birlikte baka bir devre de kullanlarak darbeli iaretin ykselenve den kenarlarndan ksa sreli darbeler elde etme iin kullanlabilir.

ekil 1.33. Pasif trev alc.

Besleme geriliminin ani deimesi baz entegrelerin zarar grmesine neden

olabilir. Bunu nlemek iin ekil 1.34de gsterildii gibi besleme ile toprak arasna bir

kondansatr balanabilir. Genelde besleme gerilimindeki deiim hzna bal olarak

birden fazla kondansatr kullanlr.

ekil 1.34. Besleme ile toprak arasna kondansatrnbalanmas.


22/36


Ayrca kondansatrler dc iareti bloke etmek iin de kullanlrlar. Eer

kondansatr iki devre veya eleman arasna seri balanrsa dc iaretin bir taraftan dier

tarafa gemesini engeller.

1.3. BobinlerBir iletken tel ekil 1.35ada gsterildii gibi sarldndan elde edilen elemana

bobin denir. ekil 1.35bde de sembol gsterilmitir. Bobin zellikle radyo

devrelerinde frekans ayar yapmada, floresan lambalarda lamba ilk aldnda ekilen

akm snrlamada (balast devresinin bir paras) ve g devrelerinde ksa devre

korumada kullanlr. Sembol L, birimi de Henrydir.

ekil 1.35. Bobinin yaps ve sembol.

Bobinli devrelerin analizine gemeden nce elektromanyetik indktans birazhatrlayalm. ekil 1.36ada gsterildii gibi bir mknats bir bobin ierisinden

geirildiinde bobinin ularnda bir gerilim indklenir. Mknats bobinin ierisine doru

ilerledike indklenen gerilim pozitif ynde sapar. Bobinden darya doru ktnda

ise ters ynde azalr. ndklenen gerilimin deeri mknatsn hz ile doru orantldr.

Eer mknats hareket etmezse l aleti sfr deerini gsterir. Mknats hareket etmesi

manyetik alann deimesine o da bir akmn akmasna neden olur. ekil 1.3 6bde

gsterildii gibi bir iletken bir manyetik alan ierisinden geirildiinde iletkenin

ularnda gerilim indklenir. Eer iletken sa tarafa doru ilerlerse iletkenin bize uzak

ucu pozitif, sol tarafa doru ilerlerse de negatif olur. Yine, ilerleme hz ne karda yksek

ise indklenen gerilim o karda fazla olur. ekil 1.36cde gsterilen yapdabirinci bobinin

oluturduu manyetik alan (akm gemesi ile) ikinci bobinde anlk gerilim indkler.

Anahtar kapatldnda ikinci bobinin ularnda ksa sreli olduka yksek pozitif bir

gerilim oluur. Daha sonra zamanla azalarak zerindeki gerilim sfr olur. Anahtara

aldnda ise yine ok ksa sreli negatif bir gerilim oluur ve zamanla gerilimin deeri

sfr olur. ekil 1.36dde gsterildii gibi bir bobin zerinden akm geirildiinde bobinin

ularnda ksa sreli bir gerilim indklenir.


23/36


(a)

(b)

(c)

(d)

ekil 1.36. Elektromanyetik indksiyon.

ekil 1.37ada gsterildii gibi bir ferromanyetik nve etrafna iletken telde

sarlm bir bobinden bir akm aktnda bobinin ularnda indklenen gerilimin deeri,

(a)

(b)

ekil 1.37. Nveli ve nvesiz bobin.

(1.24)


24/36


eklinde ifade edilebilir. Burada N bobinin sarm says, manyetik ak younluudur.nin birimi Weber, zamann birimi de saniye cinsinden alndnda bobinin ularndaindklenen gerilim deeri Volt cinsinden olur. Burada nveden dolay btn manyetik

alan izgileri tm sarglardan geer. Bundan dolay manyetik ak younluu olur.Faraday yasasna gre bir devrede manyetik alann deimesi ile gerilim indklenir.Eer bobinin ierisindeki ferromanyetik nve karlrsa (hava nveli bobin, ekil

1.37b) manyetik alan izgilerinin tamam tm sarglardan gemez. Dolaysyla manyetik

ak younluunu hesaplamak nveli bobine gre zordur.Ancak manyetik ak younluu

bobinden geen akmla doru orantl olduundan bobinin ularnda elde edilen gerilim

de akm deiimi ile doru orantl olur. Orant sabitini L dersek indklenen gerilim,

(1.25)

olur. Lye bobinin z indktans denir.Bir diren ve bir bobin ieren devrede devreden akan akm ve bobin zerinde

oluan gerilimi hesaplayalm. ekil 1.38de gsterilen devrede, KVLyi yazarsak,

ekil 1.38.

(1.26)

olur. ve olduundan,

(1.2)

olur. Bu diferansiyel denklemi kondansatrl devrelerin analizinde zdmz gibi

zersek devreden akan akm,

( ) (1.28)

olarak buluruz. Diren zerinde den gerilim,

( ) (1.29)


25/36


olur. Bobin zerindeki gerilim ise,

( ) (1.30)

olur. Yukardaki eitliklerde devrenin zaman sabitidir ( ). Bylece devredenakan akm ve diren ve bobin zerindeki gerilim,

( )

( )

(1.31)

ekil 1.39da devreden akan akm ve bobin zerindeki gerilimin zamanla

deiimi gsterilmitir. ekilden grld gibi yaklak sonra devrenin kararl halageldii grlmektedir.

ekil 1.39. Bobinden akan akm ve bobin zerindeki gerilimin zamanla deiimi.

rnek: Aada gsterilen devrede , ve Ldir. t=0 anndaanahtar kapatlyor. Anahtar kapatld andaki (t=0) beslemeden ekilen akm (i) ve

bobin zerindeki gerilimi (vL) hesaplaynz.

zm: Anahtar kapatld anda bobinden akm akmaz ve bobin zerindeki gerilim

maksimumdur. Bobin zerindeki gerilimin deeri devre elemanlar belirler. Bu

durumda bobin, zerinden akm gemedii dir. Dolaysyla diren zerinde gerilim


26/36


dm olmadndan dur. Bobin zerindeki gerilimin zamanla deiimiaada gsterilmitir.

rnek:rnek 1.15de gsterilen devrede , ve L dir. t=0 anndaanahtar kapatlyor. anlarndaki devreden akan akm vebobin zerindeki gerilimi hesaplaynz. Ayrca kararl haldeki akm hesaplaynz.

zm: Devrenin zaman sabiti, olarak bulunur. (1.31)eitliinden devreden akan akmn ifadesi,

( ) ( ) ( )

olur.

annda ( )

annda ( )

annda ( )

Benzer ekilde dier zamanlar iin de hesaplandnda, akmn zamanla deiimi

aadaki gibi olur.

Bobin zerindeki gerilimin zamanla deiimi ise yine (1.54) eitliinden,


27/36


eklinde olur. Yukardaki sreler iin gerilimin deeri hesaplandnda zamanla

deiimi aadaki gibi bulunur.

Devre kararl hale ulatnda ise bobin zerindeki gerilim sfr, akm ise

maksimum olur. olur.

1.5. Transformatrler

Transformatrler manyetik kuplajl, drt ulu, ac gerilimi bir deerden baka bir

deere dntren dzeneklerdir. Giri geriliminin uyguland sarg primer (primary)

sargs, k geriliminin alnd sarg da sekonder (secondary) sargs olarak

adlandrlr. Primer sargsna uygulana gerilimin oluturduu manyetik alan ikincisargda bir gerilim indkler. Primer ve sekonder sarglar birbirleri ile temas etmezler.

Dolaysyla primer ve sokonder taraflar elektriksel olarak izoledir. Dzgn bir manyetik

alan izgileri olumas iin sarglar st ste yerletirilmi demir levhalara sarlmtr.

ekil 1.40da transformatrn yaps gsterilmitir.

ekil 1.40. Transformatrn yaps.

Input current Output current

Source

Primary

winding

Secondary

winding

Iron core

Copper

wireLoad


28/36


Transformatrler, tellerin sarld nvenin eidine gre demir nveli , hava

nvelive ferrit nveliolmak zere eayrlrlar. Demir nveli transformatrler genelde

dk frekanslarda (ebeke frekans ve ses frekanslarnda) kullanlrlar. Demir nveli

olarak adlandrlmakla birlikte saf demirden retilmez. 0 ile %6 oranna kadar silikon, 0

ile %3 oranna kadar magnezyum ve 0 ile %0,5 oranna kadar da alminyum ieren birkarmdr. Genellikle transformatr elii, elektriksel elik, laminasyon elii, silikon

elii veya rle elii olarak da adlandrlr. ekil 1.41de elektronik cihazlarda

kullanlaneitli tiplerdeki demir nveli transformatrler gsterilmitir.

ekil 1.41. Elektronik cihazlarda kullanlan eitli tiplerdeki demir nveli

transformatrler

Demir nveli transformatrler de nvenin yapsna gre nve tipi ve kabuk tipi

olmak zere ikiye ayrlrlar. ekil 1.42ada grld gibi nve tipinde primer ve

sekonder sarmlar nvenin ayr bacaklarna sarlmtr. Yine ekil1.42bde grld

gibi kabul tipinde ise primer ve sekonder sarmlar ayn bacaa sarlmlardr.

(a)(b)

ekil 1.42. Nve tipi ve kabuk tipi demir nveli transformatrler.

Leads

Leads

Laminated core

Leads

Leads

Laminated core


29/36


Demir nveli transformatrler zeri frekanslarda histerisis ve Eddyakmlarndan kaynaklanan kayplar fazla olduundan yksek frekanslarda

kullanlmazlar. Onun yerine hava nveli ve ferrit nveli transformatrler kullanlr.

Ferrit esas itibariyle glendirilmi demir oksit bileiidir. rnein en ok kullanlanlar

magnezyum inko demir oksit () ve nikel inko demir oksit()dir. Ferrit transformatrler birka kHzden birka yz MHz kadaraolan iaretlerde kullanlrlar. zellikle radyo frekans devrelerinde ska kullanlrlar.

ekil 1.43de bir ferrit nveli transformatr rnei gsterilmitir.

ekil 1.43. Ferrit nveli transformatr.

Hava nveli bobinlerde ise sarmlar plastik gibi mayetik olmayan malzemeler

zerine yaplr. Bylece nve kayplar az olur. Dolaysyla frekanslarda kullanma

uygundur. Ancak endktans deeri de kk olur.

ekil 1.43de bu tip transformatrn sembolleri gsterilmitir.

(a) Demir nveli (b) Ferrit nve (c)Hava nveli

ekil 1.43. Transformatrn sembolleri.

1.5.1 Transformatr dntrme oran

Yukarda da belirtildii gibi transformatr ac gerilimler arasnda dnm

salar.Primer sargsnn sekonder sargsna oran dntrme oran olarak adlandrlr

ve a ile gsterilir. Dntrme oran sarm saylar ile ayarlanabilir. ekil 1.44de

gsterildii gibi ideal bir transformatrde giri ve k gerilimleri arasndaki oran sarm

saylar ile aadaki gibi ayarlanabilir.

(1.32)


30/36


ekil 1.44. deal transformatr.

Giri ve k akmlar arasndaki oran ise,

(1.33)

eklindedir. Dolaysyla ideal bir transformatrde primer tarafndaki g sekondertarafndaki gce eittir. Yani primer tarafndaki gerilim sekonder tarafna rnein 10

kat artrlarak dntrlmse sekonder tarafndaki akm primer tarafndaki akmn

udur. (1.34)

ekil 1.45de gsterildii gibi sekonder ucuna balanan bir yk primer tarafnda

grnen deeri kolayca bulunabilir. Buradan primer tarafndan grlen direncin deeri,

ekil 1.45. Yansyan empedans.

(1.35)

eklindedir. (1.32) ve (1.33) eitliklerinden,

(1.36)

olur.

vp vs

ip is

LoadNp Ns

Pin Pout

Flux

vpip is

RL Reduce to vp ip RL


31/36


1.5.2. Transformatrlerin polaritelerinin belirlenmesi

Transformatrler bazen seri ve paralel balanabilirler (zellikle glerinin

yetmedii durumlarda). Transformatrler seri paralel balandklarnda polariteleri

nemli olur. Transformatrlerin polariteleri ekil 1.46da gsterildii gibi birer ularortak balanarak dier ular arasna bir voltmetre balanarak bulunabilir. rnein

transformatrn giri gerilimi 220V k gerilimi 40V ise ve aadaki balantlar

yapldnda voltmetrede giri ve k gerilimlerinin fark llyorsa giri ve k

iaretlerinin fazlar ayn, giri ve k gerilimlerinin toplam llyorsa giri ve k

iaretleri zt fazl demektir.

ekil 1.46. Transformatrlerin giri ve klarnn polaritelerinin belirlenmesi.

1.5.3. Transformatr yalar

Yksek gerilim transformatrlerinde sarmlar arasndaki izolasyonu artrmak,

snan nveyi ve bobini soutmak iin petrol bazl ok ince yalar kullanlr.Kullanlmakta olan yalar reine, parafin ve hidrokarbon yalardr. Bu yalar ham

petroln rafine edilmesi ile elde edilir. Bunlar Poli Carbon Bifenil(PCB) yalardr. En

nemli zellikleri yanmamas, s transferini iyi yapabilmesi iin viskozitesi dk

olmas, ierisinde inorganik asit ve korozyon oluturacak maddeler olmamas, patlama

scaklnnok yksek olmasdr.

1.5.4. Transformatr eitleri

Orta ulu transformatr: Transformatrn sekonder sargsna ilave bir u eklenerekortak ulu transformatrler elde edilir. Bylelikle tek bir sarg ile farkl k gerilimi

elde edilebilir. ekil 1.47de orta ulu transformatr rnei gsterilmitir.

ekil 1.47. Orta ulu transformatr.

220V 40V

V V

180V 260V

Jumper Jumper

40V220V

15V

5V

20V


32/36


ok kl transformatrler: ou transformatr sekonder tarafnda birden fazla

sarg kullanlarak ok kl olacak ekilde tasarlanr. Her bir farkl k gerilimi iin

ayr sarg kullanlr. Akm, gerilim transfer oranlar her bir sarg iin sarm saylar ile

ayarlanabilir. k sarglar ekil 1.48de gsterildii gibi seri balanarak k

gerilimlerinin toplam veya fark elde edilebilir. Bu balama yaplrken kgerilimlerinin polaritelerine dikkat etmek gerekir. Ayrca ayn k gerilimine sahip

ular yke verilen akm artrmak iin paralel de balanabilir.

ekil 1.48. ok kl transformatrlerin seri balanmas.

Oto transformatrleri:ekil 1.49da gsterildii gibi tek sarmdan ve orta utan oluantransformatrlerdir. Oto transformatrleri dier transformatrlere gre daha ucuz,

daha hafif, daha kk, kaak reaktans kk, kayplar az olmasna ramen primer ve

sekonder ular ayn sarg zerinde olduundan giri ile k arasnda elektriksel

izolasyon yoktur. Bu tip transformatrler ounlukla empedans dntrmek iin

kullanlrlar.A ve B ularna gerilimi uygulandnda her bir sargdaki gerilim olur. Sekonder ular arasndaki gerilim ise,

ekil 1.49. Oto transformatrler.

VP

VS

IP

IS

A

B

C

Load

IP I

S

NS

NP-NS


33/36


(1.37)

olur. Buradan,

(1.38)

olur.

Oto transformatrlerde k sargsnn ucu sarg boyunca herhangi bir noktadan

alnabilecek ekilde tasarlanarak ayarl oto transformatrler yaplm olur. Bu tip

transformatrlere varyak (variac) ad verilir.

1.6. Rleler

Rleler elektriksek olarak alp kapatlabilen anahtarlardr. Genel olarak

mekanik rle, reed rle ve yariletken rle olmak zere tipi vardr. Mekanik rlenin

genel yaps ekil 1.50de gsterilmitir. Mekanik rle temel olarak nve zerine

sarlm bobinden ve kontak ularndan oluur. Mekanik rleler hem dc he ac

gerilimlerle tetiklenebilirler. alma gerilimleri ve akmlar olduka yksektir (yzlerce

Volt ve onlarca Amper mertebesinde). Anahtarlama hzlar ise olduka dktr

(onlarca ms mertebelerinde). dc gerilimle tetiklenenlerin tetikleme gerilimi 6V, 12V

veya 24Vdur. ac gerilimle tetiklenenlerin tetikleme gerilimi 110V veya 220Vdur.

Rlenin katalounda tetikleme gerilimi, bobin direnci ve bobinden akan akmn deeri

verilir.

ekil 1.50. Mekanik rle.


34/36


ekil 1.51de rlelerin sembolleri gsterilmitir. Rleler tek kontakl veya iki

kontakl olabilir (Single Pole Single Throw SPST, Single Pole Double Throw SPDT). ift

kontakllar da tek bobinden tetiklenir.

ekil 1.51. Rlelerin devre sembolleri.

ekil 1.52de reed rlenin yaps gsterilmitir. Bu tip rleler esnek iki adet

metalden oluurlar. Etraf bir bobin ile sarlmtr. Bobinden akm getiinde oluna

manyetik alan esnek metal ular birbirine temas ettirir ve kontak salanm olur. Baz

reed rlelerde bobin yoktur. Rle bir mknats yaklatrldnda kontaklar bir birini

eker. alma gerilimleri ve akmlar mekanik rleye gre olduka dktr. rnein

zerlerinden geecek akm maksimum birka Amper mertebesindedir. Anahtarlama

hzlar ise mekanik rleden daha iyidir ve 0,2ms ile 2ms arasndadr.

ekil 1.52. Reed rle.


35/36


Yariletken rleler ad zerinde yariletkenlerden yaplrlar. ekil 1.53de

yariletken rle rnei gsterilmitir. Hem alma gerilimleri (onlarca, yzlerce Volt)

hem de alma akmlar (onlarca, yzlerce Amper) olduka yksektir. Anahtarlama

hzlar ve fiyatlar mekanik rlelere gre ok ok yksektir (ns mertebelerinde).

Fiyatlar ise mekanik rlelere gre olduka yksektir. Giri gerilimindeki deiimlerrleyi zarar verebilir. Bu da en nemli dezavantajdr.

ekil 1.53. Yariletken rle.

Rlenin srlmesi

ekil 1.54de rle bobinin dc gerilim ile srlmesi gsterilmitir. ekil 1.54ada

rle bobini npn tranzistr ile srlmtr. Burada giri gerilimi

olduunda npn

tranzistr iletime geer ve rle bobininden akm geer. Rlenin ak olan konta

kapanr, kapal olan konta da alr.Tranzistr kesime gittiindebobin zerinde ok

byk deerli anlk ters gerilimler oluur. Bu gerilim tranzistr bozabilir. Bunun iin

rle bobine tkama ynnde bir diyot balanr. Bu diyot seilirken ters bozulma

geriliminin besleme geriliminin yaklak 10 kat olmasna dikkatedilir.

direncinin deeri hesaplanrken bobinin kataloundan yararlanlr. rneinDS2Y-S-DC12V tipi rle iin katalogda tetikleme gerilimi 12V, bobin direnci (coil

resistance) ve bobinden akan akm (nominal operating current ) olarakverilmitir. Tranzistr iletime getiinde bobinden geen akm

olmaldr.

Tranzistr iletime getiinde doyumda olmaldr. Yani doyum akm, olur. Tranzistr doyum snrnda kabul edip ve tranzistrn akm kazannn da

minimum deerini alarakbaz akm,

(1.39)

olur. Baz emetr evrimindendirencinin deeri,


36/36

(1.40)

olur.

ekil 1.54bde rle bobini pnp tranzistr ile srlmesi gsterilmitir.Burada girigerilimi olduunda pnp tranzistr iletime geer ve rle bobininden akm geer.Rlenin ak olan konta kapanr,kapal olan konta da alr.

+12V

VIN

Q1

RLY1

R1

D1

(a) rlenin npn tranzistr ile srlmesi.

+12V

VIN

Q1

RLY2

R1

D1

RLY2

(b) rlenin pnp tranzistr ile srlmesi.

ekil 1.54. rle bobinin dc gerilim ile srlmesi

Eer rle ac gerilimle srlyorsa ekil 1.55de grld gibi bobine paralel

seri RC devresi eklenir. Bylece bobin zerinde oluan ters gerilim kondansatr

zerinde tutulur. Burada kullanlacak kondansatrn alma gerilimi olduka yksek

(yzlerce Volt) mertebesinde olmaldr.

Documents

Bolum 1 - Temel Elektronik Devre Elemanları