Kapat

ANALOG DEVRE ELEMANLARI

1. DİRENÇLER
1.1. Tanımı ve İşlevi
Elektrik akımına karşı zorluk gösterilmesi elektriksel direnç olarak adlandırılır. Bu zorluğu belli bir elektriksel büyüklükte gösteren özel üretilmiş devre elemanlarına da direnç (resistor) denir. Elektronik devrelerde en sık kullanılan devre elemanıdır ve 'R' harfiyle
gösterilir. Dirençler sahip oldukları elektriksel büyüklüklerle anılırlar. Direncin elektriksel  büyüklüğü 'ohm' dır ve 'Ω' (omega) harfiyle gösterilir.
Temel olarak iki yaygın kullanım amacı vardır:
Ø Devrenin herhangi bir noktasından arzu edilen akımın geçmesini sağlamak
Ø Devrenin herhangi bir noktasında arzu edilen gerilimin elde edilmesi için kullanılırlar.
Araştırma Ödevi 1.1: Direncin başka işlevi olup olmadığını bulmaya çalışın. Yukarıda söylenen kullanım amaçlarına gerçek uygulamalardan birer örnek bulun. Elde ettiğiniz sonuçları bir sayfayı geçmeyecek şekilde raporlayınız.
1.2. Çeşitleri
Kullanım yerlerine göre üç tür direnç vardır:
Ø Sabit değerli dirençler
Ø Ayarlı dirençler (potansiyometre, trimpot, reosta)
Ø Ortam etkili dirençler (LDR, NTC, PTC, VDR)
1.2.1. Sabit Dirençler
Devre akımını ya da gerilimini belirli bir değerde sabitlemek amacıyla kullanılan, dolayısıyla direnç değerinin değişmediği elemanlara sabit direnç denir. Sabit direnç için kullanılan iki tür devre sembolü vardır. Şekil 1.1’de bu semboller gösterilmiştir. Bir devrenin çiziminde her iki sembol aynı anda kullanılmamalıdır. Yalnızca biri tercih edilmelidir. Elektriksel güçlerine göre farklı fiziksel boyutlarda dirençler vardır.
Sabit dirençler çok farklı fiziksel yapılarda üretilmektedir. Sabit dirençleri yapılarına göre beş farklı sınıfta değerlendirmek mümkündür.
1.2.1.1. Telli Dirençler
Krom-nikel, nikel-gümüş, konstantan, tungsten, manganin gibi maddelerden üretilmiş tellerin ısıya dayanıklı olan porselen, bakalit, amyant benzeri maddeler üzerine sarılmasıyla yapılan dirençlerdir. Telli dirençler, güç değerleri yüksek olduğundan yüksek akım taşıyabilirler.
1.2.1.2. Karbon Dirençler
Elektronik devrelerde en sık kullanılan ve en ucuz direnç çeşididir. Genellikle direnç değeri direnç üzerinde yer alan renk bantları yardımıyla belirlenir. Çoğunlukla ±%10 ve ±%5 tolerans değerlerinde üretilirler. Elektriksel gürültüleri fazladır. Bu nedenle analog devrelerde metal film dirençler tavsiye edilir. Sahip oldukları elektriksel güce göre farklı fiziksel boyutları vardır. Tablo 1.1’de en sık kullanılan karbon dirençlerin güçlerine göre boyutları verilmiştir.
1.2.1.3. Film Dirençler
Film dirençler yüksek hassasiyet gerektiren durumlarda kullanılır. Bu nedenle toleransları düşüktür (yaklaşık ±%0.05 dolayında). Yapılarında direnç maddesi olarak Ni-Cr (Nikel-krom) kullanılır. Sahip oldukları elektriksel güce göre farklı fiziksel boyutları vardır. Tablo 1.2’de en sık kullanılan karbon dirençlerin güçlerine göre boyutları verilmiştir.
1.2.1.4. Entegre Dirençler
Çok sayıda direncin tek bir paket altına alınmasıyla elde edilen direnç türüdür. Bu nedenle entegre direnç olarak adlandırılırlar. Paket içindeki tüm dirençler birer ayaklarından ortak bağlıdır. Diğer ayaklar serbesttir. Bu tür dirençlerin en önemli özelliği tüm dirençlerin aynı değere sahip olmasıdır. Dijital devrelerde sıklıkla tercih edilirler. Düşük güçlüdürler. Örneğin çok sayıda LED’in (ışık yayan diyot – Light Emitting Diode) sürülmesi gereken bir durumda kullanımı oldukça uygundur.
Bazı dirençler ikişerli gruplar halinde birbirinden bağımsız olarak dizilmişlerdir. Şekil 1.5’de dört gruplu direnç paketi gösterilmiştir. Direncin kaç gruptan oluştuğunun belirtilmesi için üzerine 4S etiketi yazılır.
1.2.1.5. SMD (Yüzey Temaslı Cihaz – Surface Mounted Device) Dirençler
Gelişen teknolojiyle beraber elektronik devrelerin daha küçük boyutlarda üretilmesi söz konusu olmuştur. Daha küçük boyutlara çok daha fazla sayıda devre bileşeninin yerleştirilmesi için devre plaketlerinin katmanlı üretilmesi gerekmiştir. Devre plaketlerinin katmanlı üretimi katmanlar arası bağlantıda “yüzey teması” denilen yeni bir tekniği doğurmuştur. Bu nedenle yüzey temasında kullanılacak devre bileşenlerinin de buna uygun olarak tasarlanması gerekmektedir.
(a) EIA481 Kılıf (b) SOT-23 Kılıf (c) SOD-123 Kılıf
Yüzey temaslı devre elemanları Şekil 1.6’da da görüldüğü gibi farklı kılıf yapılarında üretilirler. Şekilde gerçek boyutlarının birkaç misli büyütülmüş SMD dirençler gösterilmiştir.
1.2.2. Ayarlı Dirençler
Direnç değerinin belli bir aralık boyunca ayarlanabildiği dirençlerdir. Böylece bağlandıkları noktanın gerilimini ya da bağlandıkları noktadan geçen akımı ayarlama olanağı olur. Trimpot, Potansiyometre ve Reosta olmak üzere üç türü vardır.
1.2.2.1. Trimpotlar
Devre direncinin her zaman değiştirilmesi gerekmeyen durumlarda kullanılır. Devre kartı üretilirken bir defa uygun ayar yapılır ve trimpotun değeri o ayarda bırakılır. Örneğin: Radyo alıcı ve vericilerinde anten katının çalışma frekansı belirlenirken sıklıkla tercih edilirler.
1.2.2.2. Potansiyometreler
Potansiyometreler (Pot olarak da adlandırılırlar), yaygın olarak belli bir noktadaki elektrik seviyesini ayarlamak amacıyla kullanılır. Ayarlama işlemi pot üzerindeki ayar kolu (şaft) aracılığıyla yapılır. Böylece elektronik cihazlarda elektrik seviyesinin kullanıcı aracılığıyla ayarlanması istenen her durumda potansiyometreler kullanılabilir.
RAB = RAC + RBC Denklem 1.1
Potansiyometreler kullanım amacına göre iki farklı yöntemle bağlanırlar:
Yöntem 1-) Orta ayak kontrol edilecek noktaya ve yan ayaklar iki ayrı noktaya bağlanır. Böylece iki ayrı noktanın elektrik seviyesi kontrol edilebilir. Şekil 1.11 (a)’da kullanım örneği gösterilmiştir.
Yöntem 2-) Yan ayaklardan biriyle orta ayak birleştirilir. Böylece iki ayaklı ayarlanabilir bir direnç elde edilmiş olur. Bu durumda pota seri bağlı sabit değerli bir direnç kullanılmalıdır. Aksi durumda potun direnci 0 ohm’a çekildiğinde bağlı olduğu noktadan çok yüksek akım geçebilir. Şekil 1.11 (b)'de kullanım örneği gösterilmiştir.
Ø Doğrusal (Lineer) Potansiyometreler
Bu potlarda direnç değeri doğrusal olarak değişir. Doğrusal potansiyometrede şaft dönüşüyle direnç değişim yüzdesi eşit aralıklarla artıp azalmaktadır. Bu durum şekil 1.13’deki grafikte gösterilmiştir.
Ø Logaritmik Potansiyometreler: Logaritmik potlarda direnç değişimi şaftın dönme açısıyla doğru orantılı değildir. Anti-logaritmik ve logaritmik olarak iki türü vardır. Logaritmik potansiyometrelerde 180°’ye kadar şaft değişimine oranla direnç değişimi düşükken, 180°’den sonra büyüktür. Anti-logaritmik potansiyometredeyse tersi bir durum vardır.
Ø Çok Turlu Potansiyometreler: Belli bir dönüş mesafesi olmayan potansiyometredir. Bunun dışında direnç ayarının kademeli olarak yapıldığı potansiyometreler vardır.
Araştırma Ödevi 1.3: Çok turlu ve kademeli potların kullanım alanlarıyla ilgili bir araştırma yapın. Kullanıldıkları yerlerden bir örnek elde edin ve çalışmanızın sonucunu bir sayfayı geçmeyecek şekilde raporlayın.
1.2.2.3. Reostalar
Bu tip ayarlı direncin trimpotlar ve potlardan ayrılan en büyük özelliği yüksek güçlü devrelerde kullanılabilmesidir. Dolayısıyla üzerinden büyük miktarlarda akım geçebilir. Ayrıca reostaların boyutları diğer ayarlı dirençlere göre çok büyüktür. Hareketli sürgü kolu direnç görevine sahip tel üzerinde hareket ettirilerek istenilen değere sahip direnç elde edilir.
1.2.3. Ortam Etkili Dirençler
Direnç değeri çeşitli doğa olayları neticesinde değişen dirençlere “ortam etkili direnç” denir. Üzerine uygulanan ısı, ışık ve elektrik potansiyeli (gerilim) gibi etkilerle direnç değişimi sağlanır.
1.2.3.1. Işık Etkili Dirençler (LDR)
Üzerine düşen ışık şiddetiyle ters orantılı olarak direnci değişen devre elemanlarıdır. Işığa duyarlı sistemleri kontrol edecek elektronik devrelerde yaygın olarak kullanılır. Işığa duyarlı robotlar, otomatik devreye giren gece lambaları, flaşlı fotoğraf makineleri gibi örnekler verilebilir. LDR’nin ışığa göre direnç değişimi Şekil 1.18’te gösterilmiştir. Karanlıktaki dirençleri birkaç MW (Mega ohm) seviyesindeyken aydınlıktaki dirençleri 100W-5kW dolayındadır.
Araştırma Ödevi 1.4: LDR devre elemanının değişen ışık şiddetine göre direnç ölçümünün nasıl yapılacağını araştırıp öğrenin.
1.2.3.2. Isı Etkili Dirençler (NTC, PTC)
Gövde sıcaklığı yükseldikçe direnci yükselen ve gövde sıcaklığı düştükçe de direnci düşen dirençler Pozitif Kat Sayılı Direnç – PTC (Positive Temperature Coefficient) olarak adlandırılır. Gövde sıcaklığı düştükçe direnci yükselen ve gövde sıcaklığı yükseldikçe de direnci düşen dirençler Negatif Kat Sayılı Direnç – NTC (Negative Temperature Coeffcient)'olarak adlandırılır. Bu dirençler termistör olarak adlandırılırlar. Şekil 1.19’da devre sembolleri gösterilmiştir.
Araştırma Ödevi 1.5: Termistörün yaygın olarak nerelerde kullanıldığını ve değişen sıcaklığa göre direnç ölçümünün nasıl yapılacağını araştırıp öğrenin.
1.2.3.3. Gerilim Etkili Dirençler (Varistör)
Gerilim yükselince direnci hızla azalarak geçirdiği akım artan elemanlardır. Başka bir deyişle, gerilim düşükken VDR'nin direnci çok yüksektir. Gerilim değeri yükseldiğinde ise direnci hızla azalır. Bu elemanlar; bobin, röle, trafo, transistör, tristör, anahtar vb. gibi elemanları ani
gerilim artışlarının getirdiği zararlı etkilere karşı korumak için adı geçen elemanlara paralel bağlanarak kullanılır.
1.3. Sabit Dirençlerin Renk Kodlarıyla Değerlerinin Bulunması
Sabit dirençlerin elektriksel büyüklüğü (omaj değeri), yaygın olarak üzerlerine üretim sonrası çizilen renk bantları yardımıyla anlaşılır. Bazı dirençlerde direnç değeri rakam yazılarak belirtilse de piyasada yaygın olarak kullanılan dirençlerin büyük çoğunluğu renk bantlarıyla üretilmektedir. Ölçü aleti kullanmadan direncin değerini renk bantları yardımıyla belirleyebilmek önemlidir. Dirençler 4 ve 5 bantlı olarak üretilmektedir. Tablo 1.3’te renk bantlarının hangi sayısal değerleri temsil ettikleri gösterilmiştir.
2. KONDANSATÖRLER
2.1. Tanımı ve İşlevi
Kondansatörler elektrik enerjisini depolamak amacıyla kullanılan devre elemanlarıdır. Karşılıklı duran ve aralarında fiziksel bir temas olmayan iki ayrı plaka ve plakalara bağlı iki ayrı iletken telden oluşurlar. Devrelerde C harfiyle temsil edilirler. Her bir plakaya elektrot denir. Şekil 2.1’de kondansatörün temel yapısını görebilirsiniz. Kondansatör sığası plakaların yüzey alanı ve plakalar arasındaki mesafeyle ilişkilidir. Ayrıca plakalar arasındaki yalıtkan maddenin yalıtkanlık özelliği de kondansatörün sığasını etkiler. Kondansatörlerin elektriksel değeri kapasitans olarak adlandırılır ve birimi Farad’dır. C harfi ile gösterilir. Şekil 2.3’te kondansatör yüzeyinin ve plakalar arası mesafenin kapasiteye etkisi gösterilmiştir. Levhalar arası mesafe büyük, (C) Levhalar arası mesafe ve levhaların yüzey alanı küçük Kondansatörler DC akımda açık devre gibi çalışır. Örnek olarak Şekil 2.4’tekine benzer bir devre kurabilirsiniz. Üreteç olarak 9V’luk bir pil uygun olur. Lamba olarak düşük gerilimle çalışacak bir lamba kullanabilirsiniz. Değeri büyük kutupsuz bir kondansatör kullanın (ör: 470mF). Devreden akım geçecek şekilde bağlantıyı yapın ve kısa bir süre bekleyin (5-10sn). Bekledikten sonra üreteci çıkartınız ve hemen ardından lambayı kondansatör uçlarına bağlayın. Tüm bu süreci dikkatlice gözlemleyiniz ve izlenimlerinizi arkadaşlarınızla paylaşınız.
Kondansatör kapasitesi farad olarak adlandırılır ve ‘F’ harfiyle gösterilir. Farad birimi yalnız başına çok büyük bir sığaya karşılık geldiğinden ast katları kullanılır. Şekil 2.5’de kondansatörlerde yaygın olarak kullanılan katlar gösterilmiştir.
2.2. Çeşitleri
2.2.1. Sabit Kondansatörler
Kapasitesi değişmeyen kondansatörlerdir. Değişik türlerde sabit kondansatörler vardır. Kutuplu ya da kutupsuz olarak ayrılabilirler. Kutuplu kondansatörlerde artı (+) – eksi(-) kutupların devreye doğru bağlanması gerekir. Aksi durumda levhalarda aşırı ısınma meydana gelir ve kondansatör delinebilir. Şimdi bunları tanıyalım:
Araştırma Ödevi 2.1: Kutuplu bir kondansatörün yanlış bağlanması sonucu ortaya çıkmış bir arıza çeşidi araştırın. Kutuplu kondansatörlerin kutupsuzlardan ayrılan bu özelliğini öğrenmeye ve kutuplara dikkat etmeden yapılan yanlış bir bağlantıdan ileri gelen arızanın nedenlerini öğrenin. Yaptığınız çalışmaları öğretmeninizin yönergeleri
doğrultusunda raporlayın.
2.2.1.1. Film Kondansatörler
Bu kondansatörlerde dielektrik malzeme olarak plastik bir malzeme olan polistren film, polyester film gibi malzemeler ya da metal kaplı polyester film kullanılır. Şimdi bunların özelliklerine bakalım:
Ø Polyester Film Kondansatörler
Hata payları yüksektir. Hata payları +%5 - +%10 arasıdır. Hata paylarının yüksek olmasına karşın ucuz ve kullanışlıdırlar. 1nF – 0,47mF arası kapasitelerde bulunabilir.
Ø Polistren Film Kondansatörler
Bobin gibi bir yapıda üretildiklerinden yüksek frekans devreleri için kullanımları uygun değildir. Frekansı birkaç yüz KHz’i geçmeyen filtre ve zamanlama devrelerinde kullanımları uygundur.
Ø Metal Kaplı Film Kondansatörler
Bir çeşit polyester film kondansatördür. 1nF – 2,2mf arası kapasitelerde bulunabilir. Film kondansatörlerin kutupları yoktur. Yaygın olarak filtre devrelerinde kullanılırlar.
2.2.1.2. Seramik Kondansatörler
Dielektrik maddesi olarak seramik kullanılmıştır. Uygulamada mercimek kondansatör olarak da adlandırılır. Kapasiteleri düşüktür. Hata payları çok yüksektir. Hata payları +%20 dolayındadır. Kapasiteleri sıcaklık ve nemden etkilenir. Enerji kayıpları az olduğundan çoğunlukla yüksek
frekanslı devrelerde kullanılır. Kutupları yoktur.
2.2.1.3. Mika Kondansatörler
Dielektrik maddesi olarak yalıtkanlığı çok yüksek olan mika kullanılmıştır. Çok yaygın kullanım alanı vardır. Karşınıza en sık çıkacak kondansatör türlerindendir. Kapasiteleri 1pF – 0,1mF arasıdır. Çalışma gerilimleri 100 V-2500 V arasıdır. Hata payları +%2-+%20 arasıdır.
2.2.1.4. Elektrolitik Kondansatörler
Yalıtım görevi gören ve asit borik eriğine emdirilmiş ince bir oksidasyon zarı kullanılır. İletken olarak alüminyum ya da tantalyum levhalar kullanılır. Yalıtkan malzemesi çok ince olduğundan çok yüksek kapasitelere ulaşmak mümkündür. Kutupsuz ya da kutuplu olarak üretilirler. Şekil 2.6’da kutuplu kondansatörler için kullanılan devre sembolleri gösterilmiştir.
2.2.1.5. SMD Kondansatörler
Çok katmanlı elektronik devre kartlarına yüzey temaslı olarak monte edilmeye uygun yapıda üretilmiş kondansatörlerdir. Boyutları diğer kondansatörlere göre çok daha küçüktür; ancak mercimek ve mika kondansatörlerle erişilen sığa değerlerine sahip olarak üretilirler.
2.2.2. Ayarlı Kondansatörler
Kapasite değerleri değiştirilebilen kondansatörlerdir. Yaygın olarak kullanılan iki türü vardır.
2.2.2.1. Varyabl Kodansatörler
Kapasite değerleri elle ayarlanır. Levhalar arasında plastik ya da hava vardır. Radyo alıcılarında anten katının frekansını değiştirmek amacıyla ya da sinyal üreteçlerinde istenen frekansı elde etmek amacıyla kullanılabilir.
Araştırma Ödevi 2.3: Varyabl kondansatörün kullanıldığı farklı alanları bulunuz ve örnek bir devre kartı temin ederek işlevini araştırınız.
2.2.2.2. Trimer Kondansatörler
2.3. Rakamlarla Kondansatör Değerinin Okunması
Kondansatörlerin kapasitesi ve çalışma gerilimleri yükseldikçe gövde boyutları da büyür. Büyük kondansatörlerde kapasite değeri ve çalışma gerilimleri üzerlerinde yazılıyken küçük boyutlu kondansatörlerde bazı kısaltmalar kullanılır. Sıfır (0) yerine nokta (.) konması buna örnek gösterilebilir. Şekil 2.9’da bazı kondansatörlerin değerlerinin nasıl okunduğu gösterilmiştir.
Eğer yazılı değerin içinde birim kullanılmışsa birimin yazılı olduğu yerde virgül olduğu varsayılır. Şekil 2.9’da 2n2 kodu ve 50 değeri olan kondansatörün sığası = 2,2nF ve çalışma gerilimi=50V’tur.
Özellikle mercimek kondansatörlerde 10 sayısının yanına rakam yazılarak sığa değeri belirtilir ve birim yazılmaz. Bu durumda kondansatör sığası piko farad (pF) üzerinden değerlendirilir. 10 sayısının yanında yer alan rakam kadar 10 sayısının yanına sıfır (0) eklenir.
Şekil 2.9’da 104 kodu olan kondansatörün sığası = 10.0000 pF = 100nF’dır. Yine çoğunlukla mercimek kondansatörlerde birim yazılmadan doğrudan sayının kendisi yazılır. Bu durumda kondansatör sığası o sayının pF değeri kadardır.
Şekil 2.9’da 470 kodu olan kondansatörün sığası = 470 pF’dır. Bazı kondansatörlerde sayının önüne birim eklenir. Burada birimin eklendiği yerde 0. olduğu varsayılır.
Şekil 2.9’da p68 kodu ve 100 değeri olan kondansatörün sığası 0.68pF ve çalışma gerilimi 100V’tur.
2.4. Avometreyle Sağlamlık Kontrolünün Yapılması
Analog ve dijital avometrelerle kondansatörlerin sağlamlık testi yapılabilir. Ancak analog avometreyle sağlamlık testinin yapılması kişi zihninde daha kalıcı bir etki bırakır. Sağlamlık testinin aşamalarını şu şekilde sıralayabiliriz:
Analog ölçü cihazının komütatör anahtarı X1 kademesine alınır. Dijital ölçü cihazının komütatör anahtarı direnç ölçme kademesine (W) alınır.
Testi yapılacak kondansatör ayaklarıyla avometrenin probları paralel şekilde birbirine değdirilir.

Şekil 2.10’da görüldüğü gibi analog avometrede ibrenin soldan sağa doğru (0 W yönünde) sapması, dijital avometredeyse düşük değerde bir direnç gözükmesi gerekir. Bir süre sonra analog avometrede ibrenin yeniden sol başa gelmesi ya da dijital avometrede çok yüksek direnç değeri gözükmesi gerekir. Eğer direnç değeri dijital avometrenin direnç aralığının dışına çıkarsa bildiğiniz gibi ekranda okunabilir bir direnç
değeri gözükmez. (bk. Şekil 2.11)
ÖNEMLİ: Ölçüm sırasında her iki elinizin de kondansatör ayaklarına değmemesine özen gösteriniz ve ölçüm yapmadan önce kondansatörlerin yüksüz (tamamen boşalmış) olmalarına dikkat ediniz.
İPUCU: Kondansatör sığası küçüldükçe analog avometrelerde ibrenin sapması da o derece hızlı olacaktır. Aynı şekilde dijital avometrenin küçük omajdan yüksek omaja gitmesi çok hızlı gerçekleşecektir. Bu durumu algılayabilmeniz zor olabilir.
2.5. Kondansatör Bağlantıları
Kondansatörler dirençlerde olduğu gibi seri, paralel ve karışık bağlanarak farklı değerlerde ve çalışma voltajlarında sığa elde edilebilir. Şekil 2.12’de breadboard üzerine seri, paralel ve karışık kondansatör düzeneklerinin nasıl kurulacakları örnek olarak gösterilmiştir.
Şekil 2.12’de görüldüğü gibi tablo 2.1’te verilen kondansatörler için seri, paralel ve karışık kondansatör düzeneklerinin sığalarını Lcrmetreyle ölçünüz. Bağlantı Düzeneği Dirençler Ölçülen Değer
3. BOBİNLER
3.1. Tanımı ve İşlevi

Bobinler iletken bir telin 'nüve' denilen bir malzeme üzerine sarılmasıyla elde edilirler. Tel ardışık şekilde ve belli bir çapta sarılır. Teller birbiri üzerine sarılırken kısa devre oluşmaması için yalıtılırlar (yalıtım için vernik tercih edilir). Nüve malzemesi yerine hava da olabilir.
Şekil 3.1: Bobinin genel yapısı
Bobinler DC akım altında yalnızca sarım telinin uzunluğundan ileri gelen omik direnç gösterirler. Sargı telleri etrafında sabit manyetik alan oluşur. AC akım altındaysa akıma karşı gösterdikleri direnç artar. Çünkü manyetik alan şiddeti değiştikçe bobinde akıma karşı koyan
ek direnç etkisi oluşur. AC akımın salınımı (frekans) yükseldikçe akıma karşı gösterdiği direnç de artar. Bobinler de kondansatörler gibi elektrik enerjisini çok kısa süreliğine tutabilme özelliğine sahiptir.
Bobinlerin elektriksel değeri endüktans olarak adlandırılır ve birimi 'Henry' dir, ‘L’ harfiyle gösterilir. Bobin endüktansını etkileyen bazı etkenler vardır. Telin sargı çapı, sargı sayısı, kalınlığı ve telin üzerine sarıldığı nüvenin fiziksel özelliği bobin endüktansını etkiler.
Bobin iletkeninin üzerine sarıldığı malzemeye karkas ya da mandren, iletkenin her bir sargısına da bir spir denir.
ÖNEMLİ: Bobinlerin kondansatörlerde olduğu gibi AC akım ve DC akım altındaki çalışma davranışları çok farklıdır. Bu modülde sizlere yalnızca bobin hakkında temel düzeyde bilgi verilecek ve AC akım altındaki çalışma durumları açıklanmayacaktır.
Örnek: 10mH = …………? mH eder. m(mikro) ve m(mili) kat sayıları arasındaki fark 103(1000) kadardır. Mili kat sayısı mikro kat sayısının 1000 katı olduğu için: 10mH = 0,01mH yapar.
Örnek: 1,2mH = …………? mH eder. Büyük kat sayıdan küçük kat sayıya gidildiği için 3 basamak sağa gidilir. 1200mH yapar.
3.2. Çeşitleri
3.2.1. Sabit Bobinler
Endüktansı değişmeyen bobinlerdir. Değişik türlerde sabit bobinler vardır.
3.2.1.1. Hava Nüveli Bobinler
Çoğunlukla yüksek frekanslı devrelerde kullanılır. Kullanım örneği olarak FM radyo alıcı-vericileri, TV ve anten yükseltici devreleri vb. verilebilir.
Genellikle sargıları açıktadır ve bu tür bobinlerin endüktansı en ufak dış etkende çok çabuk değişir. Bu nedenle genellikle üzerlerine silikon maddesi sıkılarak koruma altına alınırlar.
3.2.1.2. Ferit Nüveli Bobinler
Radyo frekans devrelerinde kullanılan bobin türüdür.
Nüve olarak manyetik geçirgenliği yüksek bir malzeme kullanılmıştır ve bu malzeme alüminyum, demir, nikel, kobalt, bakır ve bazı katkı maddelerinin bir araya getirilmesiyle üretilmiştir. Petek şeklinde sarılarak üretilirler. Az bir iletkenle istenilen endüktansa sahip bobin
elde edilebilir.
3.2.1.3. Demir Nüveli Bobinler
Şok bobini olarak da adlandırılırlar.
Nüve olarak çok sayıda ince sac (demirin özel bir şekilde işlenmesiyle çok ince olarak elde edilmiş iletken malzeme) kullanılmıştır.
Çoğunlukla filtreleme amacıyla ve ses frekans devrelerinde kullanılır.
3.2.1.4. Toroid Bobinler
Toroid şeklinde sarılmış bobinlerdir. Manyetik akı sızıntısı gerçekleşmez. Bobin verimi yüksektir. Manyetik akının diğer elemanları etkilememesi istenen yerlerde kullanılır. Yüzey temaslı devre elemanlarının kullanıldığı dijital elektronik devrelerde, devre elemanlarının çok sık yerleştirildiği anahtarlamalı güç kaynakları gibi elektronik devrelerde sıkça karşımıza çıkar.
3.2.1.5. SMD Bobinler
Çok katmanlı elektronik devre kartlarına yüzey temaslı olarak monte edilmeye uygun yapıda üretilmiş bobinlerdir. Boyutları diğer bobinlere göre çok daha küçüktür. Sayısal sistemlerde sıkça karşımıza çıkarlar. Farklı kılıf modellerinde üretilirler. Kataloglardan kılıf modellerinin boyutlarını ve üretilen bobinlerin endüktans aralıklarını bulabilirsiniz.
3.2.2. Ayarlı Bobinler
Endüktans değerleri değiştirilebilen bobinlerdir. Çeşitli türleri karşımıza çıkmaktadır. Kademeli olarak ayarlanan, nüvesi hareket ettirilerek ayarlanan ya da sargısı ayarlanan türleri vardır.
3.3. LCRmetreyle Endüktans Ölçümü
Bobinlerin endüktansları Lcrmetre cihazlarının endüktans (L) kademesinde ölçülür. Lcrmetrenin komütatör anahtarı endüktans ölçme konumuna getirilir. Ölçüme küçük endüktans değerli kademeden başlanması daha uygundur. Eğer bobin endüktansı büyükse ve sonuç olarak ekranda değer okunmuyorsa kademe bir basamak yukarı çıkartılabilir. Bu işleme ekranda uygun endüktans değeri okunana kadar devam edilir.
Bobinlerde kutup yönü olmadığından probların bobine istenen yönde paralel olarak bağlanması yeterlidir.
ÖNEMLİ: Bobinlerin sağlamlık testini avometrelerin direnç kademesinde yapabilirsiniz. Bobinler DC akımda omik direnç göstereceklerinden ölçü cihazının ekranında bobinin tel sargısından ileri gelen bir direnç değeri okunması gerekir.
4. TEMEL YARI İLETKEN ELEMANLAR (DİYOTLAR)
4.1. İletken, Yalıtkan ve Yarı İletken Maddeler
Maddeleri elektrik akımını iletme durumlarına göre ayırabiliriz. Elektrik akımına karşı çok küçük direnç gösteren malzemeler iletken, elektrik akımına karşı çok yüksek direnç gösteren malzemeler yalıtkan olarak adlandırılabilir. Bizi bu öğrenme faaliyetinde ilgilendiren asıl madde türü Yarı iletken olarak adlandırılan maddelerdir. Yarı iletken maddeler bazı özel şartlar altında iletken durumuna geçen maddeler olarak tanımlanabilir. Yarı iletken maddelerin en belirgin özelliği dış yörüngelerinde (valans yörüngesi) 4 elektron bulundurmalarıdır. Elektrik-elektronik alanının bir meslek elemanı olacak sizler için en önemli iki yarı iletken ‘germanyum’ ve ‘silisyum’dur. Çünkü bu iki element elektronikte yaygın olarak kullanılan diyot, transistör gibi devre elemanlarının kaynağını oluşturmaktadır. Bu iki element doğada kristal yapı halinde bulunur. Bu halleriyle iyi bir yalıtkandırlar.
4.2. N ve P Tipi Yarı İletkenler
Silisyum ve germanyum kristallerinin atomları normal şartlarda son yörüngedeki elektronların ortak kullanımına dayanan ve kovalent bağ diye adlandırılan bir etkileşim içindedir. Bu sebeple ortamda serbest elektron yoktur ve bu tür maddeler saf kristal yapıdadır. Elektronik teknolojilerinde kullanılabilmeleri için çeşitli katkı maddeleri katılarak yalıtkanlıkları düşürülür. Katılan katkı maddesine göre N tipi ve P tipi olmak üzere iki tür yarı iletken elde edilir.
Ortama dış yörüngesinde 5 elektron bulunan bir atomdan (ör: Arsenik) çok az miktarda eklendiği zaman N tipi yarı iletken elde edilir.
Ortama dış yörüngesinde 3 elektron bulunan bir atomdan (ör: Galyum) çok az miktarda eklendiği zaman P tipi yarı iletken elde edilir.
ÖNEMLİ: N tipi yarı iletken elektron vermeye, P tipi yarı iletken elektron almaya yatkındır. N tipi yarı iletkende serbest elektron fazladır, P tipi yarı iletkende serbest oyuk fazladır.
4.3. P-N Yüzey Birleşmesi
Dışardan madde katkısı yapılarak elde edilen P ve N tipi yarı iletkenler tek başlarına kullanıldıklarında akımı iki yönde de taşıyabilirler. Bu özellik bir işe yaramaz. Bu sebeple P ve N tipi yarı iletkenler birlikte kullanılırlar. P-N yüzey birleşiminin davranışı kutuplamasız (polarmasız) ve kutuplamalı (polarmalı) olarak incelenir.
4.3.1. Kutuplamasız P-N Yüzey Birleşmesi
P-N yüzey birleşmesine elektrik gerilimi uygulandığında serbest elektronlar serbest oyuklarla birleşir, serbest elektronun boşaldığı yerde oyuk oluşur. Oluşan oyuğun yerini yeni bir elektron doldurur. Böylece hem serbest elektronların hem de serbest oyukların hareketinden ileri gelen bir elektrik akımı oluşur.
Elektron vermeye yatkın atomlara verici (donör-D) atomu, elektron almaya yatkın atomlara alıcı (akseptör-A) atomu denir. Şekil 4.7’de P-N kristallerinin birleşim öncesi ve sonrası durumları gösterilmiştir.
P-N yarı iletkenleri birleşince birleşim yüzeyine (jonksiyon) yakın yerdeki verici atomların (D) elektronları alıcı atomların (A) oyuklarıyla eşleşir. Alıcı atomları elektron aldıkları için negatif iyon (-) durumuna, verici atomlar elektron verdikleri için pozitif iyon (+) durumuna geçerler. Birleşim yüzeyinde engel bölgesi olarak adlandırdığımız bir alan oluşur. Böylece ilk tanışacağımız yarı iletken devre elemanı olan diyot için ön hazırlık yapmış olmaktayız.
4.3.2. Kutuplamalı P-N Yüzey Birleşmesi
P-N yüzey birleşimi doğru ve ters yönde olmak üzere iki şekilde kutuplandırılır. Doğru yönde kutuplama (forward bias) gerilim kaynağının artı (pozitif) kutbunun P-N birleşiminin P bölgesine ve gerilim kaynağının eksi (negatif) kutbunun P-N birleşiminin N bölgesine bağlanmasıyla elde edilir. Ters kutuplamada ise bunun tersi bir durum vardır. Şekil 4.8’de doğru yönde kutuplanmış bir P-N birleşiminin davranışı gösterilmiştir.
Şekil 4.8’de de görüldüğü gibi belli bir gerilim seviyesinden sonra P-N birleşimi içinde elektron ve oyuk hareketi başlar. Birleşim yüzeyindeki engel bölgesi ortadan kalkar. N bölgesindeki serbest elektronlar gerilim kaynağının eksi kutbu tarafından itilerek P bölgesindeki oyuklarla birleşir. Kaynağın negatif kutbundan N bölgesine sürekli olarak elektron gelir. P maddesine geçen elektronlar kaynağın pozitif kutbu tarafından çekilir ve bu süreç kaynak gerilimi kesilene kadar devam eder. P-N birleşiminin tam iletime geçme anı silisyum yarı iletkenler için 0,6V-0,7V arasıdır. Germanyum yarı iletkenler için bu değer 0,2V-0,3V arasıdır. Bu gerilim değerleri aynı zamanda engel bölgesini ortadan kaldıran voltaj seviyeleridir.
ÖNEMLİ: Günümüzde Yarı iletken devre elemanı üretiminde büyük çoğunlukla silisyum elementi kullanılmaktadır. Sızıntı akımlarının fazla olması ve sıcaklıktan çok çabuk etkilenmeleri nedeniyle germanyum Yarı iletkeni artık malzeme üretiminde kullanılmamaktadır.
Araştırma Ödevi 4.1: Silisyumun elektronik dünyasında nerelerde kullanıldığını araştırınız. Bu maddeyi kullanarak malzeme üreten firmaların çoğunlukla hangi ülkelerde faaliyet yürüttüğünü ve Türkiye’de yarı iletken devre elemanı üretimi yapan bir kuruluş olup olmadığını öğreniniz. Araştırmanızın sonucunu iki sayfayı geçmeyecek şekilde raporlayınız.
Gerilim kaynağının eksi kutbu P-N birleşiminin P bölgesine, artı kutbu P-N birleşiminin N bölgesine bağlanacak olursa P-N birleşimi ters kutuplanmış olur. Bu durumda birleşim yüzeyindeki engel bölgesi genişler, akım geçişi olmaz. Yalızca çok küçük miktarda sızıntı akımı oluşur.
4.4. Diyodun Tanımı ve Yapısı
Diyot, silisyum gibi bir yarı iletken maddenin P ve N tipi olarak elde edilmiş iki türünün birleşiminden oluşan bir devre elemanıdır. Pozitif elektriksel özellik gösteren kutbu Anot (P-maddesi), negatif elektriksel özellik gösteren kutbu katot (N-maddesi) olarak adlandırılır.
Diyodun en önemli elektriksel özelliği akımı tek yönde iletmesidir. Eğer anot-katot arası gerilim silisyum diyotlar için yaklaşık olarak 0,7V'un üzerindeyse diyot anottan katoda doğru iletime geçer. Şekil 4.10’da diyodun örnek olarak bir DC devrede kullanımı gösterilmiştir.
Eğer diyodun anot ucundaki gerilimi katot ucundaki gerilimden daha büyükse diyot iletime geçer.
4.5. Çeşitleri
Diyodun uygulamada çok değişik türleri vardır. Amaca göre hangi diyodun kullanılması gerektiği iyi bilinmelidir.
4.5.1. Kristal Diyotlar
Kristal diyotlar çoğunlukla alternatif gerilimin doğrultulması gereken yerlerde ya da elektronik devrelerin kısa devreden korunması istenen yerlerde kullanılır. Değişik çalışma gerilimi ve akımlarına sahip kristal diyotlar vardır. En sık kullanılanları 1N4xxx serisi diyotlardır. Şekil 4.11’de uygulama alanı çok geniş olan 1N4007 ve 1N4148 diyotları gösterilmiştir.
Şekil 4.11: (a) 1N4001 - 1N4007 arası diyotların kılıf yapısı, (b) 1N4148’in kılıf yapısı
Şekil 4.12: Diyodun doğru ve ters kutuplama altındaki akım-gerilim karakteristik eğrisi
Şekil 4.12’de diyodun doğru ve ters yön akım-gerilim eğrisi gösterilmiştir. Grafikten görüldüğü gibi diyot üzerindeki gerilim 0,6V dolayındayken diyot iletime geçmektedir. Diyot üzerine ters gerilim uygulandığında belli bir değere kadar direnç gösterecektir. Ancak gerilim çok yükseltilirse diyot delinir ve içinden yüksek miktarda akım geçer. Bu noktaya diyodun ters kırılma gerilimi denir ve çığ bölgesi olarak adlandırılır. Örnek grafikte bu değer 70V olarak verilmiştir.
Araştırma Ödevi 4.2: 1N serisi diyotların ters kırılma gerilim değerlerini ve en üst çalışma akımlarını diyot katologlarından öğreniniz. Elde ettiğiniz sonuçları tablo haline getirerek raporlayınız.
Kristal diyotların günümüzde çok farklı kılıf tiplerinde üretilen SMD türleri vardır. Şekil 4.13’te kristal diyotlarla onların SMD karşılıkları yan yana getirilmiştir.
Ayrıca köprü diyot diye adlandırılan ve 4 adet kristal diyodun bir paket halinde üretildiği dört bağlantı noktasına sahip diyotlar vardır. Çoğunlukla güç kaynaklarında kullanılırlar. Şekil 4.14’te köprü diyodun devre sembolü, Şekil 4.15’te örnek bir köprü diyot ve SMD örneği gösterilmiştir.
4.5.2. Zener Diyotlar
Zener diyot, ters kırılma gerilimi tek yüzey birleşimli diyottan daha küçük olan bir diyot çeşididir. Bu özellikleri sayesinde genellikle ufak genlikli sabit referans voltajı elde edilmek istenen yerlerde kullanılırlar. Bu nedenle devreye ters bağlanırlar.
Normal kristal diyotla çalışma ilkesi aynıdır. Doğru yön kırılma gerilimi farklı değildir. Ancak devreye ters bağlandıklarında daha küçük voltaj değerlerinde iletime geçerler. Piyasada çalışma voltajlarıyla anılırlar. 1-1,8-2,4-2,7-3,3-3,6-3,9-4,3-4,7-5,1-5,6- 6,2-6,8-7,5-8,2-9,1-10-11-12-13-15-16-18-20-22-24-27-30-33-36-39-43-47-51-55-62-68-75- 82 -91-100-200V gibi çalışma voltajları vardır. Bu gerilim değerleri zener gerilimi olarak adlandırılırlar.
4.5.3. Foto Diyotlar
Işığa duyarlı olarak iletime geçen diyotlardır. Foto sensörlerde yaygın olarak kullanılır. Bir optoelektronik devre elemanıdır.
Fotodiyotlar devreye ters bağlanır, bu sebeple katot ucundan anot ucuna doğru elektrik akımı geçirirler. Üzerine düşen ışıkla beraber içinden geçmeye başlayan ters yöndeki sızıntı akımları yükselir. Bu akım kontrol amaçlı kullanılır. Fotodiyot örneği olarak BPW12, BPW20, BPW30, BPW33, BPW34, BPW63, BPW65 verilebilir. Geçen akım ışığın şiddetine bağlı olarak 100mA-150mA arasıdır. Üzerine düşen gerilim ise 0,14V-0,15V arasıdır.
4.5.4. Işık Yayan Diyotlar
Işık yayan diyotların çalışma ilkesi kristal diyotla aynıdır. P ve N maddelerinin birleşim yüzeyine elektrik gerilimiyle beraber ışık saçılmasını sağlayan katkı maddeleri eklenmiştir. İki ayrı türde inceleyebiliriz:
4.5.4.1. LED’ler (Light Emitting Diode)
Işık yayan flamansız lambalardır. Uygun çalışma akımları 2mA-20mA arasıdır. Uygun çalışma akımı esnasında üzerlerine düşen gerilim LED’in yaymış olduğu ışığa göre değişiklik gösterir. Örneğin çalışma anında kırmızı ledin üzerine 1,5-1,6V dolayında gerilim düşer.
4.5.4.2. Enfraruj Diyotlar
İnsan gözünün göremeyeceği frekansta ışık yayan diyottur. Çalışma ilkesi LED’le aynıdır. Uzaktan kumandalı sistemlerin verici kısmında kızıl ötesi bilgi iletimi sağlamak amacıyla kullanılır. LD271, LD274,CQW13, CQY99, TSHA-6203, VX301 diyotları örnek olarak verilebilir.
4.6. Analog ve Dijital Ölçü Aletiyle Diyodun Sağlamlık Testi, Diyot Uçlarının Bulunması
Ölçü aletinin kırmızı probu diyodun bir ayağına, siyah prob diyodun diğer ayağına değdirilir. Şekil 4.22’de görüldüğü gibi değer okunmadığını görürsek ölçü aletinin probları ters çevrilir. Şekil 4.23’te görüldüğü gibi değer okunuyorsa diyodun sağlam olduğu sonucuna varılır.
Sonuç olarak sağlam bir diyodun tek bir bağlantı yönünde iletime geçtiğini görmemiz gerekir.
Diyodun sağlam olduğu anlaşıldıktan sonra anot-katot uçları bulunur. Dijital ölçü aletlerinde diyodun iletime geçtiği anda kırmızı probun bağlı olduğu diyot ayağı anot, siyah probun bağlı olduğu ayaksa katottur.
ÖNEMLİ: Analog ölçü aletlerinin büyük çoğunluğunda direnç skalasının başlangıç noktası voltaj skalasının başlangıç noktasına göre terstir. Bu sebeple alet direnç kademesindeyken ölçü aletinin pil kutup başları problara ters bağlanır. Sonuç olarak böyle bir analog ölçü aletinde yapılan diyot ölçümünde diyodun iletime geçtiği anda kırmızı probun bağlı olduğu diyot ayağı katot, siyah probun bağlı olduğu ayaksa  anottur.
4.7. Diyot Uygulamaları
Bu bölümde diyotla ilgili bazı temel uygulamalar yapılarak diyodun nasıl çalıştığı anlaşılacaktır. Uygulamalarınızı dikkatlice ve işlem  basamaklarındaki yönergelere dikkat ederek gerçekleştiriniz.
4.7.1. Zener Diyot Doğru ve Ters Kutuplama Karakteristiğinin Çıkartılması
Bu uygulamada zener gerilimi 9,1V olan zener diyodun doğru ve ters akım-gerilim karakteristiklerinin nasıl çıkartılacağı işlenecektir.

KAYNAK: http://www.megep.meb.gov.tr/

Döküman Arama

Başlık :