10/11/2023 Elektrik-Elektronik Mühendisliğine Giriş Dr. Onursal ÇETİN Mühendislik nedir? Bilimsel bulguları günlük hayatta kullanılabilir, yararlı nesne veya uygulamalara dönüştürme olarak tanımlanabilir. • Suyun kaldırma kuvveti------------> Gemi • Manyetik alan kuvveti--------------> Motor, MR görüntüleme • Süper iletken-------------------------> Maglev tren 2 1 10/11/2023 Mühendislik alanlarının ortak yanlarını aşağıdaki gibi sıralanabilir: • Bütün mühendislik alanları sayısaldır. matematiksel sonuçlarla değerlendirirler. Tasarım ve • Hesaplamalarında bir tolerans değerini dikkate alır. analizlerini Örnek: 5 ohm ±%2 • Ölçme sonuçlarında veya tasarımlarında teknik özellikleri rakam ile verirken mutlaka birim kullanır. • Mühendisler hesap sonucu buldukları verilerin pratikte uygulanabilir olup olmadığına karar vermek zorundadır. 3 • Her mühendislik alanın dayandığı temel bilim veya bilimler vardır. • Bütün mühendisler kullanacakları malzemeler hakkında bilgi sahibi olmalıdır. • Mühendisler kullandıkları eleman ve sistemlerin modellerini kurarak sistemin nasıl çalışacağını analiz ederler. • Bir mühendis yaptığı işlerde maliyet faktörünü de dikkate alır. 4 2 10/11/2023 • Bütün mühendisler bir projeyi bitirdiğinde, yaptıkları işleri rapor haline getirip dosyalamak ilgili kişilere sunmak zorundadır. • Her mühendis yaptığı işlerde topluma ve doğaya karşı olan sorumluluklarının bilincinde olmalı ve ahlaki (etik) sorumluluklarını yerine getirmelidir. 5 Elektrik-Elektronik Mühendisliği, elektriksel işaretlerin (büyüklüklerin) bulunduğu sistemleri inceleyen bir meslek dalıdır. •Elektriksel işaret kullanan sistem örnekleri; Elektrik Güç sistemleri (Üretim, dağıtım, taşıma, ölçme) Elektronik, haberleşme, bilgisayar, kontrol, vb. sistemler Multidisipliner sistemler (mekatronik, biyomedikal, vb.) •Elektrik-Elektronik Mühendisliği, fiziksel yapıyı matematiksel modele dönüştürür ve matematiksel araçlar kullanarak insanlığın pratik gereksinimini karşılar. 6 3 10/11/2023 Elektrik-Elektronik mühendislerinin çalışma alanları; • Elektronik devre ve sistem tasarımı, • Tümdevre (entegre devre) tasarımı ve üretim teknolojileri, • Analog ve sayısal haberleşme sistemleri, • Mikrodenetleyicili sistem tasarımı, • Bilgi teknolojileri, • Kodlama, veri iletimi ve depolaması, • Mobil haberleşme, • Radyo, TV alıcı-vericiler 7 Elektrik-Elektronik Mühendisliği Programı'ndan mezun olan mühendislerin çalıştığı kurumlar; • Elektronik dayanıklı tüketim ürünleri üreticileri (Arçelik, Vestel, Bosch, Siemens, ...) • Haberleşme sistem üreticileri (Netaş, Nokia, Ericsson, Huawei, ...) • Elektronik tasarım (Maxim, MKR-IC, Analog Devices, Dialog Semiconductor ...) • Telefon sistem operatörleri (Türk Telekom, Turkcell, Vodafone, ...) • Internet servis sağlayıcıları (TTNET, Turkcell Superonline, ...) 8 4 10/11/2023 • Askeri elektronik ve haberleşme sektörü (ASELSAN, Meteksan Savunma, ...) • Savunma teknolojisi geliştirme kurumları (HAVELSAN, ROKETSAN, ...) • Uluslararası üretici temsilcileri (HP, IBM, Ericsson, Cisco Systems, ...) • Veri iletim operatörleri (COMSAT, ...) • Otomotiv sektörü (FORD, TOFAŞ, Renault, Hyundai, Toyota, ...) • Araştırma ve eğitim kurumları (TÜBİTAK, yüksek teknoloji enstitüleri, üniversiteler, ...) • Televizyon ve radyo kuruluşları • Banka veya büyük firmaların IT departmanları(Fintek, SoftTech, Garanti Teknoloji, ...) 9 Elektrik-Elektronik Sistemler: • Haberleşme Sistemleri (Kablolu, kablosuz, fiber optik haberleşme, Mikrodalga ve antenler, vb.) • Mikroelektronik Sistemler (entegre devreler, vb.) • Bilgisayar Sistemleri • Kontrol Sistemleri ve Robotik • Biyomedikal Sistemler • Güç Sistemleri ve Elektrik Makineleri 10 5 10/11/2023 Elektrik-Elektronik sistemler kendi içlerinde alt sistemlerden oluşur. Elektrik-Elektronik sistemler, teknolojik olarak analog ve sayısal olarak iki yönlü gelişmektedir. • Analog Sistemler: sürekli elektriksel işaret kullanan sistemler • Sayısal Sistemler: ayrık elektriksel işaret kullanan sistemler 11 Elektrik Devreleri: • Elektrik-Elektronik sistemlerin/alt sistemlerin davranışlarını gerçeğe yakın yansıtan matematiksel modeldir. • Bu modeller ile elektriksel sistemlerin çalışmaları gözlenebilir ve tasarımları yapılabilir. • Elektriksel tasarım, ihtiyaç belirlemeden, ölçüm ve testlere kadar detaylı bir iş akışını gerektirir. 12 6 10/11/2023 Elektriksel tasarım akışı; İhtiyaç Tasarım Şartnamesi Fiziksel olarak kavrama Kavram, Düşünce Devre analizi Devre Modeli Fiziksel Prototip Tasarım şartnamesini sağlayan devre Ölçümler Analiz üzerine detaylı çalışma Ölçümler üzerine detaylı çalışma 13 Enerji nedir? 14 7 10/11/2023 Neden elektrik enerjisi? 15 İletken, Yalıtkan, Yarı iletken 8 10/11/2023 Alternatif Akım Alternans, Periyot, Frekans 9 10/11/2023 Açısal Hız Döndürülen bir bobinin birim zamanda kat ettiği açıya açısal hız denir. Açısal hızın birimi radyan/saniyedir. Yarıçapı r olan bir çember üzerindeki A noktası hareket ederek tekrar A noktasına geldiğinde kat ettiği yol 2πr ve taradığı açıda 360° dir. Yarı çapı 1 olan bir çember üzerindeki bir noktanın bir devrinde kat ettiği açı 2π radyandır. Şu halde, 360 derece 2π radyana, π radyan 180° ye eşittir. Açısal hız radyan/saniye ile ifade edilir. Ve ω (omega) harfi ile gösterilir. α bobinin herhangi bir t zamanında kat ettiği açı olduğuna göre, α=ωt yazılabilir. 19 Gerilim Farkı: Elektriksel enerjinin elektriksel yüke göre değişimidir. Gerilim birim yükteki elektriksel enerji olarak da düşünülebilir. V dW dq V: gerilim farkı (Volt) W: elektriksel enerji (Joule) q: elektriksel yük (Coulomb) 20 10 10/11/2023 Akım: Elektriksel yükün zamana göre değişimidir. Akış yönü olarak elektron akışının tersi alınır. Birim zamanda geçen elektrik yükü olarak ta düşünülebilir. i dq dt i: akım (Amper) q: elektriksel yük (Coulomb) t: zaman (Saniye) 21 Elektriksel Güç: Elektriksel enerjinin zamana göre değişimidir. Birim zamanda yapılan iş olarak da değerlendirilebilir. P dW dW dq V i dt dq dt P: elektriksel güç (Watt) W: elektriksel enerji (Joule) t: zaman (Saniye) V: gerilim farkı (Volt) q: elektriksel yük (Coulomb) i: akım (Amper) 22 11 10/11/2023 Temel Devre Elemanı; i o 1 + V _ o 2 1 ucundan 2 ucuna gerilim düşer veya yükselir. 1 ucundan 2 ucuna akım akar (veya tersi). 23 P>0 ise devre elamanı güç alıyor (tüketiyor); i + V _ o 1 o 2 P = V.i Direnç, vb. elemanlar. 24 12 10/11/2023 P<0 ise devre elamanı güç veriyor (üretiyor); i + V _ o 1 o 2 P = -V.i Gerilim kaynağı, akım kaynağı, vb. elemanlar. 25 Elektriksel büyüklükler (işaretler) uygulamada başka büyüklüklere dönüşebilirler (örn., ses, ışık, ısı, mekanik, vb.) Elektrik sistemleri, giriş enerjisinin (gücünün) sistemdeki elemanlara dağılımı şeklinde düşünebiliriz. Elektriksel sistemlerde kullanılan elemanlar belirli bir güce veya büyüklüğe kadar özelliklerini korurlar, bu limit aşıldığında özelliklerini yitirirler. Örnek: 6 watt maksimum güce dayanabilen bir eleman 12 volt gerilim altında; i =P/V = 6 watt / 12 volt = 0.5 amper akıma dayanabilir. 26 13 10/11/2023 Devre Elemanları: Devre elemanları idealleştirilmiş elemanlardır. Fiziksel devredeki elemanlar, ideal elemanlar ile modellenirler. Bu idealleştirilmiş elemanların tanım denklemleri, matematiksel modelleri olarak düşünülebilir. Elektriksel güç kaynakları, bağımsız kaynaklar ve bağımlı kaynaklar olarak iki ana gruba ayrılabilir. 27 Bağımsız Gerilim Kaynağı: İçinden geçen akım ne olursa olsun uçlarındaki gerilim değişmeyen iki uçlu bir kaynak devre elemanıdır. DC gerilim kaynağı: 28 14 10/11/2023 Bağımsız Gerilim Kaynağı: Gerilim kaynağı üzerinden geçen akımı, bağlandığı devre belirler. Gerilim kaynakları, DC (doğru akım) veya AC (alternatif akım) gerilim kaynakları şeklinde olabilirler. DC gerilim zamana göre değişmez. AC gerilim zamana göre sinüs/kosinüs sinyali şeklindedir. 29 Bağımsız Akım Kaynağı: Uçlarındaki gerilim ne olursa olsun içinden geçen akımı değişmeyen iki uçlu bir kaynak devre elemanıdır. DC akım kaynağı 30 15 10/11/2023 Bağımlı Kaynaklar: Gerilimle kontrol edilen gerilim kaynağı: Gerilimle kontrol edilen akım kaynağı: 31 Bağımlı Kaynaklar: Akımla kontrol edilen gerilim kaynağı: Akımla kontrol edilen akım kaynağı: 32 16 10/11/2023 Direnç • Devre hesaplamalarında idealleştirilirmiş şekilde kullanılır (varsayılır) • Genelde elektrik enerjisini ısı, ışık enerjisine dönüştürerek harcar. • Matematiksel modeli: V= R.i • V: gerilim (volt), i: akım (amper) ve R: direnç (ohm, ) dur. 33 İletkenlik; G=1/R G: iletkenlik (siemens = 1/ ) Güç, enerji ilişkisi (Güç, P: watt, Enerji, W: joule) P=V.i=R.i.i=R.i2 P dW W P.dt W R.i 2 .dt dt 34 17 10/11/2023 Aşağıdaki devre için direnç üzerindeki gerilimi ve gücü hesaplayalım; Va = R.i = 8.1A = 8V P = V.i = 8V.1A = 8W 35 Aşağıdaki devre için direnç üzerinden geçen akım değerini ve gücü hesaplayalım; ia = V/R = 50V/2 = 25 A P = V.i = 50V.25A = 1250 W = 1.25 kW 36 18 10/11/2023 Kısa Devre / Açık Devre Elemanları: Kısa Devre Elemanı: a, b arasındaki gerilim farkı 0 V, akım ise uçlara bağlı devreye göre değişir. Açık Devre Elemanı: a, b arasındaki akım 0 A, gerilim farkı ise uç düğümlerindeki gerilimlere bağlı olarak değişir. 37 Anahtar Devre Elemanı: Anahtar konum 1 de ise kısa devre elemanı olarak davranır. Anahtar konum 2 de ise açık devre elemanı olarak davranır. 38 19 10/11/2023 Diğer Devre Elemanları: Kapasitör / Kondansatör: Elektriksel yükü elektrik alanın içerisinde depolayabilme özelliklerinden faydalanılarak, bir yalıtkan malzemenin iki metal tabaka arasına yerleştirilmesiyle oluşturulan temel devre elemanıdır. C: kapasite (Farad) C q q C VC VC dq dV iC C C dt dt t 1 VC VC (0) iC dt C0 iC q: yük (Coulomb) 39 Bobin: Bir bobinden AC akım geçirildiğinde, bobin sargılarını çevreleyen bir magnetik alan meydana gelir. Akım büyüyüp küçülüşüne ve yön değiştirmesine bağlı olarak bobinden geçen kuvvet çizgileri çoğalıp azalır ve yön değiştirir. Bobin içerisindeki kuvvet çizgilerinin değişimi, bobinde zıt elektromotor kuvvet adı verilen bir gerilim endükler. Bu gerilimin yönü, kaynak gerilimine ters yöndedir. L: enkdüktans (Henry) t iL iL (0) VC L 1 VL dt L 0 diL dt 40 20 10/11/2023 Aşağıda verilen diğer devre elemanlarından konu sırası geldikçe bahsedilecektir; Transistör, Diyot, Tristör, Trafo, vb. 41 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Tanımlar; • Düğüm: iki yada daha fazla devre elemanının bir birine bağlandığı noktadır. • Çevre: bir düğümden başlayıp, aradaki bir düğümden birden fazla geçmemek koşulu ile, devre elemanlarının üzerinden giderek başlangıç düğümüne gelinceye kadar izlenen yoldur. a, b, c, d düğümlerdir a b c d a yolu çevredir. 21 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Kirchhoff’ un Akım Yasası; • Bir elektrik devresinin, her bir düğümüne bağlı olan elemanların akımlarının cebirsel toplamı sıfırdır. •Akım, düğüme doğru ise (-), düğümden dışarı doğru ise (+) işaretli alınır. - i1 - i 2 + i 3 = 0 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Kirchhoff’ un Gerilim Yasası; • Bir elektrik devresinin, her bir çevresinde bulunan elemanların gerilimlerinin cebirsel toplamı sıfırdır. •Bir çevre boyunca ilerlerken, bir elemanın gerilim referansı ile (pozitif uç) girişte karşılaşıyor ise o elemanın gerilimi (+), aksi halde (-) olur . - VS + V1 + V2 = 0 - VS + R1.i+ R2.i= 0 VS = R1.i+ R2.i 22 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Seri ve Paralel Direnç Devreleri; • Seri Dirençler; RT = R1+ R2 Paralel Dirençler; 1/RT = 1/R1+ 1/R2 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Seri ve Paralel Direnç Devreleri; • Örnek: yandaki devre için toplam direnç ve i akımını hesaplayalım; Paralel dirençler için (R1 ve R2), 1 1 1 1 1 2 RT 1 1 RT 1 R1 R2 2 2 2 Seri olan RT1 ve R3 için, RT RT 1 R3 1 3 4 i V 10V 2 .5 A RT 4 23 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Seri ve Paralel Direnç Devreleri; • Örnek: yandaki devre için a ve b uçları arasındaki eşdeğer direnci hesaplayalım; c, d arasındaki paralel dirençler için, 1 1 1 1 6 Rcd 1 Rcd 2 3 6 6 Bu durumda a, e arasındaki seri dirençler için, Rae1 1 1 6 8 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Seri ve Paralel Direnç Devreleri; • Örnek: yandaki devre için a ve b uçları arasındaki eşdeğer direnci hesaplayalım; Böylece a, e arasında iki paralel direnç kalır. Bu durumda a, e arasındaki eşdeğer direnç; 1 1 1 1 1 2 Rae 4 Rae Rae1 8 8 8 8 Sonuç olarak a, b arasındaki toplam direnç, Rab Rae 16 4 16 20 olur. 24 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Kaynak Dönüşümleri; • Bazı durumlarda (hesaplama kolaylığı için), gerilim kaynağına bağlı seri direnç akım kaynağına bağlı paralel direnç (yada tersi) şeklindeki dönüşümler gerekebilir; •Dönüşümün problemsiz olması için her iki devrede de iR eşit olmalıdır. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Kaynak Dönüşümleri; • Birinci devre için; iR V RS R • İkinci devre için üst düğüme Kirchoff’ un akım yasası uygulanır ise; i VR i R iR 0 i R iR RP RP i RP iR ( R RP ) iR i R iR R P i R RP i RP ( R RP ) 25 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Kaynak Dönüşümleri; • iki devredeki iR‘ lerin eşitliği için; i R iR V i RP R RS R RP Bu durumda, V i RP V i RS ve RS RP yani ve RP RS şeklinde kabul yaparsak, kaynak dönüşümü için gerekli formülleri sağlamış oluruz. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Kaynak Dönüşümleri; • Örnek; Yandaki devre için kaynak dönüşümü yapalım. i V 10V 5A RS 2 RP RS 2 Bu durumda, kaynak dönüşümünden sonra devre yandaki şeklideki gibidir. 26 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Kaynak Dönüşümleri; • Örnek; Yandaki devre için iX akımını kaynak dönüşümleri kullanarak hesaplayalım. Sağdaki akım kaynağı ve paralel direnç için kaynak dönüşümü uygulayalım. Bu durumda 10 yeni oluşturulacak dönüşüm sonundaki gerilim kaynağına seri bağlanır. Gerilim kaynağı; V i.RP 6 A 10 60V şeklinde gerilim sağlar. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Kaynak Dönüşümleri; • Örnek; Bu durumda yeni devre 3 ve 10 seri dirençler olduğundan 27 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Kaynak Dönüşümleri; • Örnek; Sağdaki gerilim kaynağı ve 13 seri direnç için kaynak dönüşümü uygulayalım. Bu durumda 13 yeni oluşturulacak dönüşüm sonundaki akım kaynağına paralel bağlanır. Akım kaynağı aşağıdaki şekilde akım sağlar; V 60V i 4.615 A RS 13 Bu durumda yeni devre Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Kaynak Dönüşümleri; • Örnek; 13 ve 21 paralel dirençler olduğundan; 1 1 1 RT 21 13 RT 21 13 8.029 21 13 Bu durumda yeni devre 28 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Kaynak Dönüşümleri; • Örnek; Sağdaki akım kaynağı ve 8.029’ luk paralel direnç için kaynak dönüşümünü uygulayalım. V 4.615 A 8.029 37.058V Bu durumda yeni devre Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Kaynak Dönüşümleri; • Örnek; Kalan devre için Kirchoff’ un gerilim yasası uygulanır ise; 11 i X (5 8.029) 37.058V 0 11 37.058 26.058 2 A 5 8.029 13.029 olur. ix Not: iX akım gösterimin bozulmaması için hesaplamalara sağdaki kaynaktan başladı. 29 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre teorisi için kullanılabilecek matematiksel metotlar (n bilinmeyenli (n=1,2,3) lineer denklem sistemlerinin çözümü için Kramer formülleri); n=1 durumundaki denklem sistemi için; ax=b biçimindeki denklemlerdir. a0 ise tek çözümlüdür. Çözüm; x=(b/a) şeklindedir. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre teorisi için kullanılabilecek matematiksel metotlar (n bilinmeyenli (n=1,2,3) lineer denklem sistemlerinin çözümü için Kramer formülleri); n=2 durumundaki denklem sistemi için; İki bilinmeyen bulunduğundan, çözüm için birbirinden bağımsız en az iki denklem olmalıdır. a11 x1 a12 x2 b1 a21 x1 a22 x2 b2 Sistem matris formunda aşağıdaki şekilde ifade edilebilir; a11 a12 x1 b1 a a x b 21 22 2 2 30 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre teorisi için kullanılabilecek matematiksel metotlar (n bilinmeyenli (n=1,2,3) lineer denklem sistemlerinin çözümü için Kramer formülleri); n=2 durumundaki denklem sistemi için; İki boyutlu kare matris için determinant: a11 a12 a11 a22 a12 a21 dir. a21 a22 0 ise sistem belirlidir ve tek çözümü vardır; x1 1 ve x2 2 burada 1 b1 a12 b2 a22 ve 2 a11 b1 a12 b2 dir. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre teorisi için kullanılabilecek matematiksel metotlar (n bilinmeyenli (n=1,2,3) lineer denklem sistemlerinin çözümü için Kramer formülleri); Örnek; Yandaki deklem sitemini 2 x1 3 x2 7 çözelim. 5 x1 4 x2 6 2 3 2 (4) 3 5 8 15 23 0 dıı . 5 4 0 olduğundan; 7 3 2 1 46 ve 2 6 4 5 x1 7 6 23 46 23 2 ve x2 1 dir. 23 23 31 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre teorisi için kullanılabilecek matematiksel metotlar; n=3 durumundaki denklem sistemi için kramer yöntemi; Üç bilinmeyen bulunduğundan, çözüm için birbirinden bağımsız en az üç denklem olmalıdır. a11 x1 a12 x2 a13 x3 b1 a21 x1 a22 x2 a23 x3 b2 a31 x1 a32 x2 a33 x3 b3 Sistem matris formunda aşağıdaki şekilde ifade edilebilir; a11 a12 a13 x1 b1 a a a x b 21 22 23 2 2 a31 a32 a33 x3 b3 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre teorisi için kullanılabilecek matematiksel metotlar; n=3 durumundaki denklem sistemi için kramer yöntemi; Üç boyutlu kare matris için determinant; a11 a12 a13 a21 a22 a23 a31 a32 a33 (a11 a22 a33 a12 a23 a31 a13 a21 a32 ) (a13 a22 a31 a11 a23 a32 a12 a21 a33 ) 0 ise sistem belirlidir ve tek çözümü vardır; x1 1 , x2 2 ve x3 3 dir. 32 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre teorisi için kullanılabilecek matematiksel metotlar; n=3 durumundaki denklem sistemi için kramer yöntemi; burada, b1 a12 a13 a11 b1 a13 a11 a12 b1 1 b2 a22 a23 , 2 a21 b2 a23 ve 3 a21 a22 b2 b3 a32 a33 a31 b3 a33 a31 a32 b3 dir. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre teorisi için kullanılabilecek matematiksel metotlar; Örnek; Yandaki üç bilinmeyenli denklem sistemini Kramer yöntemi ile çözelim. 2 x1 3 x2 x3 7 x1 2 x2 3 x3 14 3 x1 x2 2 x3 1 2 3 1 (2 2 2 1 1 1 3 (3) (3)) 1 2 3 (1 2 3 2 (3) (1) (3) 1 2) 3 1 2 (8 1 27) (6 6 6) 36 6 42 0 0 olduğundan sistem belirlidir ve tek çözümü vardır. 33 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre teorisi için kullanılabilecek matematiksel metotlar; Örnek; Çözümler için; 7 3 1 14 1 1 2 3 (28 14 9) (2 21 84) 23 65 42 1 2 2 7 1 2 1 14 3 (56 1 63) (42 6 14) 118 34 84 3 1 2 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre teorisi için kullanılabilecek matematiksel metotlar; Örnek; Çözümler için; 2 3 7 3 1 3 2 1 14 (4 7 126) (42 28 3) 137 11 126 1 Bu durumda çözüm aşağıdaki şekildeki gibi olur; x1 1 42 84 126 1 , x2 2 2 ve x3 3 3 42 42 42 34 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre Analiz Yöntemleri; •Temel Düğüm: Üç veya daha fazla devre elemanının birleştiği düğüm temel düğüm olarak adlandırılır. •Düğüm Gerilim Metodu: Düğüm gerilim metodunda her temel düğüm için Kirchoff’ un akım yasası vasıtasıyla denklemler elde edilir ve temel düğüm gerilimleri hesaplanır. Çözüm için gerekli denklem sayısı temel düğüm sayının bir eksiği kadar dır. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre Analiz Yöntemleri; •Örnek; •Temel düğüm sayısı 3 olduğundan, gerkli denklem sayısı 2 dir. 1 ve 2 nolu temel düğümler için Kirchoff’ un akım yasasını uygulayabiliriz. 35 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre Analiz Yöntemleri; •Örnek; •1 nolu temel düğüm için; ia ib ic 0 ve ia V1 Vk R1 , ib V1 R2 , ic V1 V2 R3 •Bu durumda; V1 Vk V1 V1 V2 V 20 V1 V1 V2 0 1 0 R1 R2 R3 8 3 4 3 (V1 20) 8 V1 6 (V1 V2 ) 0 24 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre Analiz Yöntemleri; •Örnek; •Gerekli sadeleştirmeler ile; 3 V1 60 8 V1 6 V1 6 V2 0 24 17 V1 6 V2 60 0 17 V1 6 V2 60 (a) •2 nolu temel düğüm için; id ie i f 0 ve id V2 V1 R3 , ie V2 R4 , i f ik 36 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre Analiz Yöntemleri; •Örnek; •Bu durumda; V2 V1 V2 ik 0 R3 R4 V2 V1 V2 5 0 4 12 3 (V2 V1 ) V2 60 0 12 3 V1 4 V2 60 0 3 V1 4 V2 60 (b) Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre Analiz Yöntemleri; •Örnek; •(a) ve (b) denkleminden; 17 V1 6 V2 60 (a) 3 V1 4 V2 60 (b) •Matris formunda; 17 6 V1 60 3 4 V 60 2 •Kramer kuralı kullanılarak; 17 6 3 4 17 4 (6) (3) 50 0 37 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre Analiz Yöntemleri; •Örnek; 1 2 60 6 60 4 17 60 3 60 60 4 (6) (60) 600 17 60 (60) (3) 1200 •Bu durumda düğüm gerilimleri aşağıdaki şekilde elde edilir; V1 1 600 12V 50 ve V2 2 1200 24V 50 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre Analiz Yöntemleri; •Örnek; •Temel düğüm gerilimleri bulunduktan sonra istenilen devre elemanı üzerinden akan akım ve düşen gerilim kolaylıkla hesaplanabilir. Örnek olarak R4 direnci üzerinden geçen akım; V 24V iR4 ie 2 2A R4 12 38 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre Analiz Yöntemleri; •Düğüm Gerilim Metodu: Çevre akım metodunda çevreler içerisinde akım dolaştığı varsayılır. Daha sonra her bir çevre için Kirchoff’ un gerilim yasası uygulanır ve çevre akımları hesaplanır. Bulunan çevre akım değerlerine göre istenilen eleman için akım gerilim değerleri hesaplanır. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre Analiz Yöntemleri; •Örnek; •Aşağıdaki devre için Çevre akımlarını hesaplayalım. 39 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre Analiz Yöntemleri; •Örnek; • 1 nolu çevre için; Vk1 VR2 VR4 0 35 (i1 i2 ) R2 (i1 i3 ) R4 0 35 (i1 i2 ) 250 (i1 i3 ) 25 0 275 i1 250 i2 25 i3 35 (1) •2 nolu çevre için; VR1 VR3 VR2 0 i2 R1 (i3 i2 ) R3 (i1 i2 ) R2 0 i2 50 (i3 i2 ) 50 (i1 i2 ) 250 0 250 i1 350 i2 50 i3 0 (2) Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre Analiz Yöntemleri; •Örnek; • 3 nolu çevre için; VR4 VR3 Vk 2 0 (i1 i3 ) R4 (i3 i2 ) R3 25 0 (i1 i3 ) 25 (i3 i2 ) 50 25 0 25 i1 50 i2 75 i3 25 (3) 40 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre Analiz Yöntemleri; •Örnek; • 1, 2 ve 3 nolu denklemleri matris formunda yazarsak; 275 250 25 i1 35 250 350 50 i 0 2 75 i3 25 25 50 Kramer metodu kullanarak; 275 250 25 250 350 50 1000000 25 50 75 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre Analiz Yöntemleri; •Örnek; 35 250 25 1 0 350 25 50 275 2 250 35 25 0 50 200000 25 25 275 3 250 50 300000 75 75 250 35 350 0 100000 25 50 25 1 300000 0 .3 A 1000000 200000 i2 2 0.2 A 1000000 100000 i3 3 0.1A 1000000 i1 41 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Devre Analiz Yöntemleri; •Örnek; •Hesaplanan çevre gerilimleri kullanılarak istenilen eleman üzerindeki akım gerilim değerleri hesaplanabilir. Ör.: R1 ' den akan AKIM i2 0.2 A R2 ' den akan AKIM i1 i2 0.3 0.2 0.1A R3 ' den akan AKIM i3 i2 0.1 0.2 0.3 A R4 ' den akan AKIM i1 i3 0.3 (0.1) 0.4 A Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin Eşdeğer Teoremi; •A lineer devresi Thevenin eşdeğer devreye (gerilim kaynağı ve seri bağlı direnç) dönüştürülüyor; VTH : Thevenin eşdeğer gerilim kaynağı. RTH : Thevenin eşdeğer direnç. 42 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin Eşdeğer Teoremi; •Thevenin yaklaşımı; •Thevenin eşdeğere dönüşümde, analizin amacına göre karmaşık devreleri basit devrelere dönüştürebiliriz. •Thevenin analizinin işlem adımları; •Açık devre gerilimini (VOC) hesapla (a, b uçları açık devre) ve; VTH = VOC (= Vab) Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin Eşdeğer Teoremi; • Thevenin eşdeğer direncini (RTH) hesapla; Sadece bağımsız kaynaklar var ise: Bütün gerilim kaynakları kısa devre (ideal gerilim kaynağının iç direnci 0 dır) ve bütün akım kaynakları açık devre (ideal akım kaynağının iç direnci dır) yapılarak, Thevenin eşdeğer direncini (RTH) bulunur. 43 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin Eşdeğer Teoremi; • Thevenin eşdeğer direncini (RTH) hesapla; Bağımlı ve bağımsız kaynaklar var ise: Kısa devre akımını (ISC) hesaplanır ve: RTH VOC I SC şeklinde Thevenin eşdeğer direnci (RTH) bulunur. (ISC hesaplaması için bkz. Norton eşdeğer teoremi) Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Norton Eşdeğer Teoremi; •A lineer devresi Norton eşdeğer devreye (akım kaynağı ve paralel bağlı direnç) dönüştürülüyor; iN : Norton eşdeğer akım kaynağı. RN : Norton eşdeğer direnç. 44 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Norton Eşdeğer Teoremi; •Norton yaklaşımı; •Norton eşdeğere dönüşümde, analizin amacına göre karmaşık devreleri basit devrelere dönüştürebiliriz. •Norton analizinin işlem adımları; •Kısa devre akımını (ISC) hesapla (a, b uçları kısa devre) ve; IN = ISC (= Iab) Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Norton Eşdeğer Teoremi; •Norton eşdeğer direncini (RN) hesapla; Norton eşdeğer direnci aynı devre için Thevenin eşdeğer direncine eşittir (RN = RTH ). Bu yüzden aynı metotla hesaplanır. Thevenin teoremi konusunda anlatılan metot ile hesaplanan direnç her iki teorem için de kullanılır (hatırlatma: kaynak dönüşümü). Devre, akım kaynağı (ISC ) ve ona paralel bağlı direnç (RTH ) halini alır. 45 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin ve Norton Eşdeğer Teoremleri Arasındaki İlişki; •Thevenin ve Norton eşdeğer devreleri arasındaki eşitlik dönüşümü, kaynak dönüşümü şeklinde de görülebilir. I N I SC VTH VOC RTH RTH ve RN RTH Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin ve Norton Eşdeğer Teoremleri (Örnekler); •Örnek 1: • Yandaki devre için RL direncine bağlı sol taraftaki devrenin Thevenin eşdeğerini hesaplayalım. • VTH hesabı için RL direncini çıkarıp bu uçları açık devre kabul ederiz. Bu durumda 2 direnç üzerinden akım geçmez ve 6 direnç üzerindeki gerilim düşümü açık devre gerilimine (VOC) dolayısı ile VTH’ a eşittir. 46 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin ve Norton Eşdeğer Teoremleri (Örnekler); •Örnek 1: • VTH hesabı için öncelikle i akımını hesaplayalım; 18V 3 i 6 i 0 i 18V 2A 9 •Bu durumda 6 direnç üzerindeki gerilim düşümü dolayısı ile açık devre gerilimine (VOC) ve VTH : VTH VOC V6 6 i 6 2 A 12V Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin ve Norton Eşdeğer Teoremleri (Örnekler); •Örnek 1: • Öncelikle gerilim kaynağını kısa devre yapalım ve arkasından dirençler üzerinde sadeleştirme yaparak RTH eşdeğer direncini hesaplayalım; 3 ve 6 dirençler paralel dirençlerdir. Paralel eşdeğer direnç; 1 1 1 3 6 R paralel 2 R paralel 3 6 3 6 47 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin ve Norton Eşdeğer Teoremleri (Örnekler); •Örnek 1: Bu durumda RTH eşdeğer direnç hesabı için iki seri direnç kalır: RTH 2 2 4 Böylece Thevenin eşdeğeri devrede yerine konulur ise; Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin ve Norton Eşdeğer Teoremleri (Örnekler); •Örnek 2: • Yandaki devre için a - b uçlarına göre Thevenin eşdeğerini hesaplayalım. • Öncelikle VTH gerilimini hesaplayalım. Devrede, 3 ve 10 dirençler üzerindeki toplam gerilim düşümü açık devre gerilimine (VOC) dolayısı ile VTH’ a eşittir. 48 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin ve Norton Eşdeğer Teoremleri (Örnekler); •Örnek 2: •VTH’ yı hesaplaya bilmek için 1 ve 2 nolu çevre için Kirchoff’ un gerilim yasasını yazalım. 1 nolu çevre için; 12 i1 10 i1 6 (i2 i1 ) 0 28 i1 6 i2 0 (1) Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin ve Norton Eşdeğer Teoremleri (Örnekler); •Örnek 2: 2 nolu çevre için; 18 6 (i2 i1 ) 3 i2 0 6 i1 9 i2 18 (2) 1 ve 2 nolu denklemleri birlikte matris formunda yazarsak; 28 6 i1 0 6 9 i 18 2 49 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin ve Norton Eşdeğer Teoremleri (Örnekler); •Örnek 2: •Kramer kuralı kullanılarak; 28 6 6 (28 9) ((6) (6)) 9 252 36 216 1 2 0 6 18 9 28 (0 9) ((6) 18) 0 108 108 0 6 18 (28 18) (0 (6)) 504 0 504 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin ve Norton Eşdeğer Teoremleri (Örnekler); •Örnek 2: Bu durumda çevre akımları; 1 108 0.5 A 216 504 i2 2 2.333...A 216 i1 3 ve 10 dirençleri üzerindeki gerilim düşümleri ve dolayısı ile Thevenin eşdeğer gerilimi (VTH); V3 3 i2 3 2.333... A 7V ve V10 10 i1 10 0.5 A 5V VTH V3 V10 7V 5V 12V 50 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin ve Norton Eşdeğer Teoremleri (Örnekler); •Örnek 2: •Thevenin eşdeğer direncini (RTH) hesaplaya bilmek için gerilim kaynağı kısa devre yapılır. 3 ve 6 dirençler paralel dirençlerdir. Paralel eşdeğer direnç; 1 1 1 3 6 R paralel 2 R paralel 3 6 3 6 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin ve Norton Eşdeğer Teoremleri (Örnekler); •Örnek 2: • Paralel eşdeğer direnci yerine koyarsak 2 ve 10 dirençler seri dirençlerdir. Seri eşdeğer direnç; Rseri 2 10 12 Bu durumda Thevenin eşdeğer direnç (RTH), 12 iki paralel dirençin eşdeğeridir; 1 1 1 12 RTH 6 RTH 12 12 2 51 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin ve Norton Eşdeğer Teoremleri (Örnekler); •Örnek 2: • Bu durumda a-b arasındaki Thevenin eşdeğer devre aşağıdaki şekilde olur; Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin ve Norton Eşdeğer Teoremleri (Örnekler); •Örnek 3: • Yandaki devre için a - b uçlarına göre Norton eşdeğerini hesaplayalım. • Öncelikle kısa devre akımını (ISC) hesaplayalım. Bu amaç ile a – b uçları arasını kısa devre yapalım. Kısa devre akımı buradan geçen akıma dolayısı ile bu da IN akımına eşittir. 52 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin ve Norton Eşdeğer Teoremleri (Örnekler); •Örnek 3: • ISC’ yı hesaplaya bilmek için 1, 3 ve 3 nolu çevre için Kirchoff’ un gerilim yasasını yazalım. 1 nolu çevre için; 12 i1 10 (i1 i3 ) 6 (i2 i1 ) 0 28 i1 6 i2 10 i3 0 (1) Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin ve Norton Eşdeğer Teoremleri (Örnekler); •Örnek 3: • 2 nolu çevre için; 18 6 (i2 i1 ) 3 (i2 i3 ) 0 6 i1 9 i2 3 i3 18 (2) •3 nolu çevre için; 3 (i2 i3 ) 10 (i1 i3 ) 0 10 i1 3 i2 13 i3 0 (3) 53 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin ve Norton Eşdeğer Teoremleri (Örnekler); •Örnek 3: • Denklemleri matris formunda yazarsak; 28 6 10 i1 0 6 9 3 i2 18 10 3 13 i3 0 •ISC = i3 olduğundan i3 ‘ ün hesaplanması yeterlidir. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin ve Norton Eşdeğer Teoremleri (Örnekler); •Örnek 3: • Kramer kuralı kullanılarak; 6 10 (28 9 13 (6) (3) (10) (10) (6) (3)) 9 3 ((10) 9 (10) 28 (3) (3) (6) (6) 13) 10 3 13 28 6 2916 1620 1296 6 0 (28 9 0 (6) 18 (10) 0 (6) (3)) 9 18 (0 9 (10) 28 18 (3) (6) (6) 0) 10 3 0 28 3 6 3 1080 (1512) 2592 54 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin ve Norton Eşdeğer Teoremleri (Örnekler); •Örnek 3: • Bu durumda ISC; I N I SC i3 3 2592 2A 1296 Devre örnek 2’ deki ile aynı olduğundan RN direnci hesaplanan RTH ile aynıdır; RN RTH 6 Elektrik ve Elektronik Bilgisi 3 ve 6 dirençler paralel dirençlerdir. Paralel eşdeğer direnç; 1 1 1 3 6 R paralel 2 R paralel 3 6 3 6 Rseri 2 10 12 1 1 1 12 RN 6 RN 12 12 2 55 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin ve Norton Eşdeğer Teoremleri (Örnekler); •Örnek 3: • Bu durumda a-b arasındaki Norton eşdeğer devre aşağıdaki şekilde olur; Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Thevenin ve Norton Eşdeğer Teoremleri (Örnekler); • Örnek 2 ve 3 ’te değerler aşağıdaki şekilde bulunmuş idi; VTH 12V I N I SC 2 A RN RTH 6 • Aşağıda görüldüğü gibi kaynak dönüşümü ile kolaylıkla Thevenin ve Norton eşdeğer devreler birbirine dönüştürülebilir; I N I SC VTH 12V 2A RTH 6 RN RTH 6 VTH RN I N 6 2 A 12V RTH RN 6 56 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Kolaylık: Paralel dirençler üzerinden geçen akımlar; • Paralel dirençler üzerinde düşen gerilimler eşittir. V A V B i A R A iB R B i A iB RB RA i akımı biliniyor ise; R R R RA i i A iB iB B iB iB ( B 1) iB ( B ) RA RA RA iB i.( RA ) RB R A aynı şekilde iA i.( RB ) RB RA Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Süperpozisyon Metodu; • Bir lineer devre sisteminde, sistem birden fazla kaynak tarafından besleniyorsa, sistemin doğal cevabı, her bir kaynak için diğer kaynaklar izole edilerek hesaplanan cevapların toplamına eşittir. • Yöntem; Devrenin çözümü için başlangıçta bir kaynak seçilir ve diğer bağımsız kaynaklar, gerilim kaynağı ise iç direnci 0 kabul edilerek kısa devre ve akım kaynağı ise iç direnci kabul edilerek açık devre yapılır. 57 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Süperpozisyon Metodu; Devre tek kaynak için çözülür. Daha sonra diğer kaynaklar için de aynı metot uygulanarak çözüm yapılır. En son olarak, her bir kaynak için bulunan sonuçlar toplanarak asıl çözüm bulunur. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Süperpozisyon Metodu; •Örnek: • Yandaki devre için i akımını, süperpozisyon metodu kullanarak hesaplayalım. • Önce sadece 20V gerilim kaynağını hesaba katarak geçen akımı bulalım. Bu durumda akım kaynağı açık devre olur. 58 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Süperpozisyon Metodu; •Örnek: 20V 2A 5 5 • Daha sonra sadece 2A akım i1 kaynağını hesaba katarak geçen akımı bulalım. Bu durumda gerilim kaynağı kısa devre olur. 5 i2 ( ) 2 A 1A 5 5 i i1 i2 2 A 1A 3 A Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Süperpozisyon Metodu; •Alternatif çözüm: • Aynı problemi üst temel düğüme Kirchoff’ un akım yasasını uygulayarak çözebiliriz; v 20 v1 i1 i i2 0 1 2 0 5 5 2v1 20 2v1 20 6 v1 15V 5 5 5 v i 1 3A 5 Süperpozisyon metodu ile elde edilen ile aynı sonuç. 59 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Süperpozisyon Metodu; •Örnek 2: • Yandaki devre için i akımını süperpozisyon yöntemini kullanarak hesaplayalım. Öncelikle yalnızca 11V gerilim kaynağının etkisini hesaplayalım. Bu durumda akım kaynağını açık devre yapacağız. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Süperpozisyon Metodu; •Örnek 2: • En sağdaki 3 ve 10. dirençler seri olduğundan eşdeğer dirençleri 13 dur. Bu durumda yeni devre 1 nolu temel düğüm için; ia i1 ib 0 v1 11 v1 v1 0 v1 6.778V 5 21 13 60 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Süperpozisyon Metodu; •Örnek 2: • Bu durumda i akımına gerilim kaynağının katkısı; i1 6.778 0.3228 A 21 Yalnızca 6A akım kaynağının etkisini hesaplayalım. Bu durumda gerilim kaynağını kısa devre yapacağız. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Süperpozisyon Metodu; •Örnek 2: • Soldaki akım kaynağı ve ve paralel direnç için kaynak dönüşümü uygularsak; 61 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Süperpozisyon Metodu; •Örnek 2: • 3 ve 10 dirençler seri V1 düğümü için; ia i2 ib 0 v1 v1 v1 60 0 5 21 13 v1 14.22V Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Süperpozisyon Metodu; •Örnek 2: • Bu durumda; i2 v1 0.6772 A 21 •Süperpozisyon yöntemi ile iki kaynağında katkısını birlikte değerlendirdiğimizde, i i1 i2 0.3228 0.6772 1A 62 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Wheatstone köprüsü; •Wheatstone köprüsü, elektriksel dirençleri karşılaştırmaya ya da ölçmeye yarayan elektrik devresi. Dört direncin kare oluşturacak biçimde birbirine bağlanmasından oluşur. Karenin karşılıklı iki köşesi üretece, öteki iki köşe arasına da bir galvanometre bağlanır. Galvanometreden akım geçmediğinde karşılıklı dirençlerin çarpımı birbirine eşit olacağından, bu yöntemle, üçü bilindiğinde, bilinmeyen dördüncü direncin değeri bulunabilir. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Devre Teorisi: • Wheatstone köprüsü; Rx R2 R3 R1 63 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Yalıtkan, yarıiletken, iletken; • Bir atomun, elektron içeren yörüngeleri çekirdekten belirli uzaklıktadır. Çekirdeğe yakın olan yörüngedeki elektronlar, çekirdeğe uzak olan yörüngedeki elektronlardan daha az enerjiye sahiptir. • Bütün materyaller, elektrik enerjisine gösterdikleri tepkiye bağlı olarak başlıca 3 gruba ayrılırlar. Bu guruplar; Yalıtkan, Yarıiletken, İletken. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Yalıtkan, yarıiletken, iletken; • Maddelerin iletken, yalıtkan veya yarıiletken olarak sınıflandırılmasında enerji bantları oldukça etkindir. • Yalıtkan; • Enerji bandı bir yalıtkanda çok geniştir ve çok az sayıda serbest elektron içerir. Dolayısıyla serbest elektronlar, iletkenlik bandına atlayamazlar. 64 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Yalıtkan, yarıiletken, iletken; • İletken; • Bir iletkende ise; valans bandı ile iletkenlik bandı adeta birbirine girmiştir. Dolayısıyla harici bir enerji uygulanmaksızın valans elektronların çoğu iletkenlik bandına atlayabilir. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Yalıtkan, yarıiletken, iletken; • Yarıiletken; • Yarıiletken bir maddenin enerji aralığı, yalıtkana göre daha dar, iletkene göre daha geniştir. 65 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Yalıtkan, yarıiletken, iletken; • Yarıiletken; • Diyot, transistor, tümdevre, vb. elektronik devre elemanlarının üretiminde genellikle iki tip yarı iletken malzeme kullanır. Bunlar, silisyum ve germanyum elementleridir. Silisyum bu iki malzemenin en çok kullanılanıdır. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Yalıtkan, yarıiletken, iletken; • Yarıiletken; • Bir yarıiletken ısı vb, enerji değişimleri altında bazı değişikliklere maruz kalır. Ör., bazı valans elektronları enerji aralıklarından geçerek, valans bandından iletkenlik bandına atlarlar. Bunlara serbest elektron veya iletkenlik elektronları denir. 66 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Yalıtkan, yarıiletken, iletken; • Yarıiletken; • Bir elektron; valans bandından iletkenlik bandına atladığında, valans bandında boşluklar kalacaktır. Bu boşluklara “delik=boşluk” veya “hole” denir. Isı, ışık, vb. enerjisi yardımıyla iletkenlik bandına çıkan her elektron, valans bandında bir delik oluşturur. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • N tipi ve P Tipi yarıiletkenler; • Yarıiletken malzemeler, akımı iyi iletmezler. Aslında ne iyi bir iletken, ne de iyi bir yalıtkandırlar. Çünkü valans bandındaki boşlukların ve iletim bandındaki serbest elektronların sayısı sınırlıdır. • Saf yarıiletken malzemelerin serbest elektron veya boşluk sayısı artırılarak iletkenlikleri ayarlanmalıdır. • İletkenliği ayarlanabilen yarıiletkenler, elektronik devre elemanlarının yapımında kullanılır. Yarıiletkenlerin iletkenliği ise saf malzemeye katkı maddesi eklenmesi ile artırılır. 67 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • N tipi ve P Tipi yarıiletkenler; •Katkı maddesi eklenerek oluşturulan iki temel yarıiletken materyal vardır. Bunlara; N-tipi madde ve P-tipi madde denir. Elektronik devre elemanlarının üretiminde bu iki madde kullanılır. • Katkı İşlemi (Doping) • Yarıiletken iletkenliği kontrollü olarak artırılabilir. İletkenliği kontrollü olarak artırmak için saf yarıiletken malzemeye katkı maddesi işlemine “doping” denir. Katkı işleminin sonucunda N-tipi veya P-tipi madde oluşur. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • N tipi ve P Tipi yarıiletkenler; • Katkı işlemi sonucunda yarıiletkenlerin boşluk veya elektronları kontrollü olarak artırılarak iletkenlik artırılır. • N tipi yarıiletken, serbest elektronları (-, negatif) artırılarak iletkenliği artırılan yarıiletkenlerdir. • N: negatif (elektron) 68 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • N tipi ve P Tipi yarıiletkenler; • Katkı işlemi sonucunda yarıiletkenlerin boşluk veya elektronları kontrollü olarak artırılarak iletkenlik artırılır. • P tipi yarıiletken, boşlukları (+, pozitif) artırılarak iletkenliği artırılan yarıiletkenlerdir. •P: pozitif (boşluk, hole) Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • PN eklemi; • P ve N tipi malzeme bir arada kullanılırsa, bu birleşime PN birleşimi (junction) veya PN eklemi denir. • PN eklemi, elektronik endüstrisinde kullanılan diyot, transistor, vb. devre elemanlarının yapımında kullanılır. •P ve N tipi sadece iki malzemenin birleşiminden oluşan devre elemanı diyottur. 69 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • PN eklemi; • PN birleşim bölgesindeki boşluklar ve serbest elektronlar birleşerek iletkenliği zayıflamış bir nötr bölge (deplasyon bölgesi) oluştururlar. •İletkenliği zayıflamış bu bölge, bir engel potansiyeli oluşturur. Bu potansiyel genelde 0.2V-0.7V civarındadır. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • PN eklemine gerilim uygulama; • PN eklemine ileri yönde (forward) gerilim uygulanması. • İleri yönde polarma (gerilim uygulama), yarıiletken bir devre elemanının uçlarına uygulanan DC gerilimin yönü ile ilgilidir. PN birleşiminden akım akmasını sağlayacak şekilde yapılan polarmadır. 70 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • PN eklemine gerilim uygulama; • PN eklemine ileri yönde (forward) gerilim uygulanması. • Gerilim kaynağının negatif ucu N bölgesine (Katot), pozitif ucu ise P bölgesine (Anot) bağlanmıştır. Kaynağın negatif terminali, N bölgesindeki iletkenlik elektronlarını birleşim bölgesine doğru iter. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • PN eklemine gerilim uygulama; • PN eklemine ileri yönde (forward) gerilim uygulanması. • Aynı anda pozitif terminal, P bölgesindeki oyukları birleşim bölgesine iter. Uygulanan gerilim yeterli seviyeye ulaşınca, N bölgesindeki elektronların ve P bölgesindeki oyukların engel bölgesini aşmasını sağlar. 71 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • PN eklemine gerilim uygulama; • PN eklemine ileri yönde (forward) gerilim uygulanması. N bölgesinden ayrılan elektronlara karşılık, bataryanın negatif ucundan çok sayıda elektron girmesini sağlar. Elektronlar boşluklara taşınır ve boşluklar ise pozitif anot bölgesine taşınır. Böylece gerilim uygulandıkça akım devam eder. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • PN eklemine gerilim uygulama; • PN eklemine ters (reverse) gerilim uygulanması. • Ters gerilim uygulamada gerilim kaynağının negatif ucu P bölgesine, pozitif ucu ise N bölgesine bağlanmıştır. Kaynağın negatif ucu, PN bölgesindeki boşlukları kendine doğru çeker. Pozitif ucu ise PN bölgesindeki elektronları kendine doğru çeker. 72 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • PN eklemine gerilim uygulama; • PN eklemine ters (reverse) gerilim uygulanması. • Elektron ve boşluklar eklem bölgesinden uzaklaştıkları için deplesyon bölgesi genişler ve engel potansiyeli çok büyür. Çok yüksek potansiyel engeli ters beslemede akım geçmesini engeller. Kırılma gerilimine kadar ters kutuplama gerilimi arttıkça engel katmanı genişler. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • PN eklemi ve Diyot; • PN eklemine elektronik endüstrisinde “diyot” adı verilmektedir. Diyot, elektronik endüstrisinin temelini oluşturan en basit aktif devre elemanıdır. Üretici firmalar kullanıcının gereksinimine bağlı olarak farklı akım ve gerilim değerlerinde çalışabilecek şekilde binlerce tip diyot üretimi yapmışlardır. 73 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • PN eklemi ve Diyot; • Elektronik biliminde her devre elemanı uluslararası kurallara göre belirlenmiş sembollerle ifade edilir. Aşağıda diyot’un temel yapısı ve şematik diyot sembolleri görülmektedir; Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: •Diyot karakteristikleri; • Diyot karakteristiği, diyota uygulanan polarma gerilimi ve akımlarına bağlı olarak diyotun davranışını verir. Örnek diyot karakteristiği; 74 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: •Diyot karakteristikleri; • İdeal diyot karakteristiği; • İdeal diyotu tek yönlü bir anahtar gibi düşünebiliriz. Diyot, doğru yönde beslendiğinde kısa devre gibi davranır ve akım geçişine izin verir. İdeal diyot ters yönde beslendiğinde, açık devre gibi davranır ve akım geçişine izin vermez. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Temel DC Güç Kaynağı (Power Supply); • Bütün elektronik cihazlar (radyo, tv, bilgisayar vb.) çalışmak için bir DC enerjiye gereksinim duyarlar. •DC enerji elde etmek için şehir şebekesinden alınan AC (sinüzoidal) gerilim, DC gerilime dönüştürülür (DC güç kaynakları); 75 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Temel DC Güç Kaynağı (Power Supply); • Alternatif Akım (Alternating Current: AC); • Genliği ve yönü peryodik olarak değişen elektriksel akımdır. En yaygın AC dalga biçimi sinüs dalgasıdır. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Temel DC Güç Kaynağı (Power Supply); • Transformatör (Trafo); Alternatif gerilimi yükselten ya da alçaltan cihazdır. Primer giriş, sekonder çıkış sargısı olarak kullanılır. 76 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Temel DC Güç Kaynağı (Power Supply); • Transformatör (Trafo); Farklı tip ve modelde transformatörler; Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Temel DC Güç Kaynağı (Power Supply); • Transformatör (Trafo); Farklı tip ve modelde transformatör sembolleri ve uç bağlantıları; 77 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Yarım dalga doğrultmaç (doğrultucu); • Şehir şebekesinden alınan ve bir transformatör yardımıyla değeri istenilen seviyeye ayarlanan AC gerilimi, DC gerilime dönüştürmek için en basit yöntem yarım dalga doğrultmaç devresi kullanmaktır. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Yarım dalga doğrultmaç (doğrultucu); • Yarım dalga doğrultmaç devresine uygulanan giriş işareti sinüzoidal’ dır ve zamana bağlı olarak yön değiştirmektedir. Devrede kullanılan diyotu ideal bir diyot olarak düşünelim. İleri besleme durumunda (VAC(Vgiriş)0V) diyot kısa devredir ve üzerinden akım akmasına izin verir. İdeal olduğundan üzerinde gerilim düşmez (VRL(Vçıkış)= VAC(Vgiriş)). 78 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Yarım dalga doğrultmaç (doğrultucu); • Giriş işaretinin frekansına bağlı olarak bir süre sonra diyotun anoduna negatif gerilim uygulanacaktır. Diyot geri besleme durumuna geçecektir (VAC(Vgiriş)<0V). •Bu durumda diyot açık devredir ve üzerinden akım akmaz ve VRL(Vçıkış)= 0V dur. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Yarım dalga doğrultmaç (doğrultucu); • Yarım dalga doğrultmaç devresinin çıkışından alınan işaret artık AC bir işaret değildir. Çünkü çıkış işareti, negatif gerilim içermez. Doğrultmaç çıkışından sadece AC nin pozitif yarım periyodu alınmaktadır. Çıkış işareti bu nedenle DC işarete de benzememektedir ve dalgalıdır. Bu durum istenmez. Gerçekte doğrultmaç çıkışından tam DC veya yakın bir işaret alınmalıdır 79 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Tam dalga doğrultmaç (doğrultucu); • Profesyonel ve kaliteli DC güç kaynaklarının yapımında yarım dalga yerine tam dalga doğrultmaç devreleri kullanılır. Tam dalga doğrultmaç devreleri; orta uçlu ve köprü tipi olmak üzere iki ayrı tipte tasarlanabilir. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Tam dalga doğrultmaç (doğrultucu); • Orta uçlu tam dalga doğrultmaç; Transformatörün sekonder sargısı şekilde görüldüğü gibi üç uçludur ve orta ucu referans (toprak, şase) olarak alınmıştır. 80 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Tam dalga doğrultmaç (doğrultucu); • Orta uçlu tam dalga doğrultmaç; Giriş işaretinin pozitif yarı periyodunda, transformatörün sekonder sargısının üst ucunda pozitif bir gerilim oluşacaktır. Bu durumda, D1 diyotu doğru beslenmiş ve kısa devre olur. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Tam dalga doğrultmaç (doğrultucu); • Orta uçlu tam dalga doğrultmaç; Giriş işaretinin negatif yarı periyodunda, transformatörün sekonder sargılarında oluşan gerilim düşümü bir önceki durumun tam tersidir. Bu durumda şaseye göre; sekonder sargılarının alt ucunda ise pozitif gerilim oluşur. 81 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Tam dalga doğrultmaç (doğrultucu); Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Tam dalga doğrultmaç (doğrultucu); • Köprü tipi tam dalga doğrultmaç; Köprü tipi tam-dalga doğrultmaç devresi 4 adet diyot kullanılarak gerçekleştirilir; 82 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Tam dalga doğrultmaç (doğrultucu); • Köprü tipi tam dalga doğrultmaç; AC giriş geriliminin pozitif yarı periyodunda, transformatörün sekonder sargısının üst ucunda pozitif gerilim oluşur. D1 ve D2 diyotu doğru yönde beslendiği için akım kısa devre diğer ikisi açık devredir. RL üzerinde pozitif potansiyel oluşur. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Tam dalga doğrultmaç (doğrultucu); • Köprü tipi tam dalga doğrultmaç; AC giriş geriliminin negatif yarı periyodunda, transformatörün sekonder sargısının alt ucunda pozitif gerilim oluşur. D3 ve D4 diyotu doğru yönde beslendiği için akım kısa devre diğer ikisi açık devredir. Yine RL üzerinde pozitif potansiyel oluşur. 83 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Doğrultucu devreler için kapasitif filtreleme; • Yarım dalga ve tam dalga doğrultmaç devrelerinin akışlarından alınan doğrultmuş sinyal ideal bir DC sinyalden çok uzaktır. Doğrultucu devrelerin çıkışından alınan bu sinyal, darbelidir ve birçok AC bileşen barındırır. • Elektronik devre elemanlarının tasarımında ve günlük hayatta kullandığımız DC sinyal ise ideal veya ideale yakın olmalıdır. AC bileşenler ve darbeler barındırmamalıdır. • Doğrultulmuş sinyal çeşitli filtre devreleri kullanılarak ideal bir DC gerilim haline dönüştürülebilir. En ideal filtreleme elemanlarından birisi kondansatördür. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Doğrultucu devreler için kapasitif filtreleme; • DC Güç kaynağı tasarımı ve yapımında genellikle 50Hz frekansa sahip şebeke geriliminden yararlanılır. Bu gerilim tam dalga doğrultmaç devreleri yardımıyla doğrultulur. • Doğrultmaç çıkışından alman gereken gerilim ideal bir DC gerilim olmaktan uzaktır ve l00 Hz'lik bir frekansa sahiptir. • Filtre çıkışında ise dalgalanma oranı oldukça azaltılmıştır. Elde edilen işaret DC gerilime çok yakındır. 84 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Doğrultucu devreler için kapasitif filtreleme; • Sisteme enerji verildiğinde önce pozitif gerilimin geldiğini varsayalım. Bu anda diyot doğru beslendiği için iletkendir. Üzerinden akım akmasına izin verir. Pozitif yarı periyodun ilk yarısı, kondansatör şarj olur. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Doğrultucu devreler için kapasitif filtreleme; • Pozitif yarı periyodun ikinci yarısı oluşmaya başladığında diyot yalıtıma geçer. Diyot'un katodu anoduna nazaran daha pozitiftir. Çünkü kondansatör giriş geriliminin tepe değerine şarj olmuştur. Kondansatör yükünü RL direnci üzerinden boşaltır. 85 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Doğrultucu devreler için kapasitif filtreleme; • Gerilimin negatif yarı periyoduna geçildiğinde ise diyot ters polarma olduğu için yalıtımdadır. Kondansatörün deşarjı gerilimin negatif yarı periyodu boyunca devam eder. Gerilimin pozitif yarı periyodu tekrar geldiğinde bir önceki adımda anlatılan işlemler devam eder. Sonuçta RL direnci üzerinde oluşan işaret DC'ye oldukça yakındır. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Doğrultucu devreler için kapasitif filtreleme; • Kondansatörle yapılan filtreleme işleminde kondansatörün kapasitesi büyük önem taşır. Filtreleme işleminin tam dalga doğrultmaç devresinde daha ideale yakın sonuçlar vereceği açıktır. 86 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Doğrultucu devreler için kapasitif filtreleme; • Kapasitif filtreli yarım dalga doğrultmaç devresi; Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Doğrultucu devreler için kapasitif filtreleme; • Kapasitif filtreli tam dalga doğrultmaç devresi; 87 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Doğrultucu devreler için gerilim regülasyonu; • Zener diyot; • Zener diyot; ters polarma altında kırılma bölgesinde çalıştırılmak üzere tasarlanmış PN eklemi bir devre elemanıdır. •Genellikle referans gerilimi temin etmek ve gerilim regülâsyonu sağlamak amacı ile kullanılır. • Doğru polarma altında çalışması normal diyot’la benzerlik gösterir. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Doğrultucu devreler için gerilim regülasyonu; • Zener diyot; • Zener diyot ve sembolleri; 88 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Doğrultucu devreler için gerilim regülasyonu; • Zener diyot; • Normal diyot ve zener diyot karakteristikleri; Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Doğrultucu devreler için gerilim regülasyonu; • Zener diyot; • Zener diyodun ters polarma bölgesindeki davranışı aşağıdaki eşdeğer devrelerde verilmiştir. İdeal bir zenerin eşdeğer devresi, nominal zener kırılma gerilimi değerine eşit gerilim kaynağı (VZ) ile gösterilir; 89 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Doğrultucu devreler için gerilim regülasyonu; • Zener diyot; • Gerçek (pratik) bir zenerin ters polarma bölgesinde eşdeğer devresi ise, küçük bir iç empedans (ZZ) ve nominal zener kırılma gerilimini temsilen bir gerilim kaynağından oluşur. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Doğrultucu devreler için gerilim regülasyonu; • Zener diyot; • Zener diyotlar genellikle DC güç kaynaklarında gerilim regülasyonunu sağlamak amacı ile kullanılırlar. •Regülasyon işlemi bir büyüklüğü, başka bir büyüklük karşısında kararlı tutmaktır. •Örneğin gerilim regülasyonu terimi; gerilimi, akımdan veya yükten bağımsız hale getirip sabit bir değerde tutma anlamına gelmektedir. 90 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Doğrultucu devreler için gerilim regülasyonu; • Zener diyot; • Zener diyot kullanılarak DC güç kaynak gerilim regülasyonunu; Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Doğrultucu devreler için gerilim regülasyonu; • Zener diyot; • Zener diyot kullanılarak DC güç kaynak gerilim regülasyonunu; 91 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Doğrultucu devreler için gerilim regülasyonu; • Zener diyot regüleli yarım dalga doğrultmaç devresi; Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Doğrultucu devreler için gerilim regülasyonu; • Zener diyot regüleli tam dalga doğrultmaç devresi; 92 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Zener diyotun gerilim kırpıcı olarak kullanılması; •Zener diyot’un sıklıkla kullanılan bir diğer uygulama alanı ise kırpıcı devre tasarımıdır. Özellikle AC işaretlerin kırpılması ve farklı dalga formlarına dönüştürülmesi için zener diyotlar sıklıkla kullanılır. AC bir işaretin pozitif kısmının kırpılması; Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Zener diyotun gerilim kırpıcı olarak kullanılması; •AC bir işaretin negatif yarı periyodunun kırpılması; 93 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Zener diyotun gerilim kırpıcı olarak kullanılması; •AC bir işaretin her iki yarı periyodunun da kırpılması; Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • LED (Light-Emitting Diode); • LED, doğru beslendiğinde görülebilir ışık yayan yarıiletken bir PN eklemidir. • Germanyum veya silisyumdan yapılan PN eklemleri doğru beslemede üzerlerinden bir akım akmasına izin verir. Akım akışı esnasında bir enerji açığa çıkar. Bu enerjinin bir miktarı ısı, küçük bir miktarı ise ışık (foton) enerjisidir. Bu nedenle LED üretiminde silisyum veya germanyum elementleri kullanılmaz. • LED üretimi için genellikle Galyum arsenit fosfit (GaAsP) veya galyum fosfit (GaP) kullanılır. Bu tür maddeler den yapılan PN eklemi doğru besleme altında görülebilir ışık yayar. 94 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • LED; • PN bitişiminde, bitişim bölgesinde elektronların boşluklar ile birleşmesi esnasında enerjinin büyük bir kısmı ışık enerjisine dönüşerek görülebilmesine neden olur. • LED’in şematik gösterimi; Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: 95 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • LED gösterge; • LED diyotlar günümüzde çeşitli kombinasyonlar oluşturularak da kullanılmaktadır. Özellikle sayısal elektronik uygulamalarında rakam ve yazıların gösterimi bu tür devre elemanları ile yapılır. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Foto diyot; • Foto diyotlar doğru besleme altında normal diyotlar gibi iletkendir. Ters besleme altında ise, üzerine uygulanan ışık yoğunluğuna bağlı olarak çok küçük bir akım akmasına izin verir. •Dolayısıyla karanlık bir ortamda bulunan foto-diyot yalıtkandır. 96 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Optokuplör; • Optokuplör, elektriki bir bağlantı olmadan kullanılan bir kontrol devre elemanıdır. Yapısında ise bir led diyot ve onun yaydığı ışıktan etkilenerek iletime geçen bir adet foto eleman bulunur. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Transistörler; • Transistör yapımında silisyum, germanyum ya da uygun yarıiletken karışımlar kullanılmaktadır. • Transistör sözcüğü akla ilk olarak BJT’ leri (Bipolar Junction Transistor) getirir. Bipolar Transistörler NPN ve PNP olmak üzere iki temel yapıda üretilirler. •Diğer transistörler adları ile anılırlar; • FET (Field Effect Transistor), • MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), • UJT (Unijunction Transistor), vb. 97 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • BJT (Bipolar Junction Transistor); • Aşağıda, NPN tipi ve PNP tipi transistörün fiziksel yapısı ve şematik sembolleri verilmiştir; Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Transistörün Anahtar olarak çalışması; • Transistörle gerçekleştirilen elektronik anahtar, ideal bir anahtar değildir. Fakat transistör küçük bir güç kaybı ile anahtar olarak çalışabilir; 98 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • Transistörün Yükselteç olarak çalışması; • Transistörlü yükselteç, girişinden uygulanan işaretleri yükselterek çıkışına aktarmak üzere tasarlanmış bir devredir. • Transistör, yükselteç olarak çalışabilmesi için DC besleme gerilimlerine gereksinim duyar. Transistöre uygulanan besleme gerilimleri çıkış karakteristiği üzerinde transistörün çalışma noktasını belirler. • Transistörün sahip olduğu besleme akım ve gerilim değerini gösteren bu nokta “çalışma noktası” ya da “Q noktası” olarak adlandırılır. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • OPAMP (Operational Amplifier, İşlemsel yükselteç); OPAMP’ lar, 196O’ lı yılların sonlarına doğru kullanılmaya başlanmıştır. 741, 747, vb. entegre şeklinde üretilirler. Genel olarak OPAMP, çok yüksek kazançlı bir DC yükselteçtir. 99 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • OPAMP (Operational Amplifier, İşlemsel yükselteç); OPAMP’ ın akım ve gerilim olarak giriş ve çıkışları; Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • OPAMP (Operational Amplifier, İşlemsel yükselteç); Türev alıcı devre; Türev alıcı, girişinden uygulanan işaretin türevini alarak çıkışa aktaran bir devredir. 100 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • OPAMP (Operational Amplifier, İşlemsel yükselteç); Türev alıcı devre; Türev alıcı, girişinden uygulanan işaretin türevini alarak çıkışa aktaran bir devredir. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • OPAMP (Operational Amplifier, İşlemsel yükselteç); İntegral alıcı devre; İntegral alıcı devre, girişe uygulanan işaretin İntegralini alarak çıkışa aktarır. 101 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektronik Bilgisi: • OPAMP (Operational Amplifier, İşlemsel yükselteç); İntegral alıcı devre; İntegral alıcı devre, girişe uygulanan işaretin İntegralini alarak çıkışa aktarır. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Sayısal Mantık: • İkili (binary) sayılar; Bilgisayar içinde saklanabilecek ve üzerinde işlem yapılabilecek en küçük bilgi birimi bit (binary digit)’ tir. Yalnızca 0 veya 1 değerini alabilir. Bilgisayarlar bilgileri hafızalarında, sözcük olarak isimlendirilen bit grupları şeklinde saklarlar. Bir sözcükteki bit sayısı bilgisayardan bilgisayara farklılık gösterir. Sekiz bitten oluşan gruba ve bellek birimine byte denir. 1024 Byte = 1 KiloByte (KB) 1024 KiloByte = 1 MegaByte (MB) 1024 MegaByte = 1 GigaByte (GB) 1024 GigaByte= 1 TeraByte (TB) 102 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Sayısal Mantık: • İkili (binary) sayılar; Alfanümerik karakterler ve semboller (*, +, -, !...) bilgisayarda saklanabilecek ve işlenebilecek biçimde bit grupları şekline dönüştürülürler. Günümüzde bilgisayar endüstrisinde en çok kullanılan kodlama sistemi ASCII (American Standart Code For Information Interchange, Bilgi Değişimi İçin Amerikan Standart Kodu) olarak bilinir. Onluk sayı sistemi, günlük hayatta, fen ve mühendislik alanında en çok bilinen ve kullanılan sistem olmasına rağmen bilgisayar elektroniğinde çeşitli kısıtlamalar sebebiyle kullanılmamaktadır. En çok kullanılan sayı sistemleri ikili (binary), sekizli (oktal) ve onaltılı (hexadesimal) sayı sistemleridir. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Sayısal Mantık: • İkili (binary) sayılar; Onluk bir sayıyı ikili sayı sistemine dönüştürürken 2’ye bölme işlemi yapılır. 2’den küçük bir bölüm değeri elde edilinceye kadar 2’ye bölme işlemi tekrar edilir. Daha sonra sonuç tersten son bölüm değeri dahil edilerek yazılır. Ancak ondalıklı onluk sayıyı ikili sayı sistemine dönüştürürken ondalıklı sayı 2 ile çarpma işlemi yapılarak gerçekleştirilir. Bu işlem yapılırken her çarpma işlemi sonunda elde edilen değer 1’den küçükse 0 yazılıp kalan ondalıklı değer tekrar 2 ile çarpılır. Elde edilen değer 1’den büyükse 1 yazılıp kalan ondalıklı değer tekrar 2 ile çarpılır. Çarpma işlemi 1.0 tam sonucu elde edilinceye kadar yapılır. 103 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Sayısal Mantık: • İkili (binary) sayılar; (35)10 = (?)2 (0.6875)10 = (?)2 35 : 2 =17 + 1 0.6875*2 = 1 + 0.375 17 : 2 =8+1 0.375*2 = 0 + 0.75 8 :2 =4+0 0.75*2 = 1 + 0.5 4 :2 =2+0 0.5*2 =1 2 :2 =1+0 1 :2 =0+1 (0.6875)10 = (0.1011)2 (35)10 = (100011)2 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Sayısal Mantık: • İkili (binary) sayılar; • İkiliden onlu sayıya; (1110)2 = (?)10 (1110)2 = 1*23 + 1*22 + 1*21 + 0*20 = 8 + 4 + 2 + 0 =14 (1110)2 = (14)10 (1001.1)2 = (?)10 (1001.1)2 = 1*23 + 0*22 + 0*21 + 1*20 + 1*2-1 = 8 + 0 + 0 + 1 + 0.5 =9.5 (1001.1)2 = (9.5)10 104 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Sayısal Mantık: • Sayısal Mantık Kapıları; • Temel mantık (lojik) kapıları; • Ve (And) kapısı ve elektriksel (çalışma mantığı olarak) eşdeğeri Elektrik ve Elektronik Bilgisi Sayısal Mantık: • Sayısal Mantık Kapıları; • Temel mantık (lojik) kapıları; • Veya (Or) kapısı ve elektriksel (çalışma mantığı olarak) eşdeğeri 105 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Sayısal Mantık: • Sayısal Mantık Kapıları; • Temel mantık (lojik) kapıları; • Değil (Not) kapısı ve elektriksel (çalışma mantığı olarak) eşdeğeri Elektrik ve Elektronik Bilgisi Sayısal Mantık: • Sayısal Mantık Kapıları; • Temel mantık (lojik) kapıları; • Örnek: S = AB+CD+E şeklinde verilen mantıksal fonksiyonu mantık kapılarını kullanarak gerçekleştiriniz. 106 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Sayısal Mantık: • Sayısal Mantık Kapıları; • Temel mantık (lojik) kapıları; • Örnek: S = AB+CD+E şeklinde verilen mantık fonksiyonu mantık kapılarını kullanarak gerçekleştiriniz. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Sayısal Mantık: • Sayısal Mantık Kapıları; • Temel mantık (lojik) kapıları; • Örnek: H = (A+B)(C+D)E şeklinde verilen mantık fonksiyonu mantık kapılarını kullanarak gerçekleştiriniz. 107 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Sayısal Mantık: • Sayısal Mantık Kapıları; • Temel mantık (lojik) kapıları; • Örnek: H = (A+B)(C+D)E şeklinde verilen mantık fonksiyonu mantık kapılarını kullanarak gerçekleştiriniz. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Sayısal Mantık: • Sayısal Mantık Kapıları; • Temel mantık (lojik) kapıları; • Özel veya (EXOR) kapısı ve elektriksel (çalışma mantığı olarak) eşdeğeri 108 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektrik Makineleri: •Doğru Akım Motorları: • Doğru akım motorlarının yol alma momentleri yüksektir ve devir sayıları geniş bir saha boyunca ayarlanabilir. • Yapıları, terminal simgeleri ve bağlantı türleri doğru akım jeneratörlerinde olduğu gibidir. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektrik Makineleri: •Doğru Akım Motorları: 109 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektrik Makineleri: •Doğru Akım Motorları: Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektrik Makineleri: •Doğru Akım Motorları: Örnek kontrol devreleri; 110 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektrik Makineleri: •Alternatif Akım Motorları: •Alternatif akım ile çalışan elektrik makinelerinde manyetik döner alanlar oluşur. •Eğer rotorun dakikada yapmış olduğu devir sayısı statordöner alanının dakikada yaptığı devir sayısı ile aynı ise, böyle bir makineye senkron makine denilir. •Rotorun devir sayısı döner alan devir sayısından küçük ya da büyük ise, bu tür makine asenkron makine olarak anılır. (senkron eşlemeli; asenkron =eşlemesiz). Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektrik Makineleri: •Alternatif Akım Motorları: 111 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Elektrik Makineleri: •Elektrik Motorları Yol verme örnek davranışı: Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Tristör; Özellikle yüksek güç harcayan devrelerde devrenin elektriğini kesip açmak büyük sorun olur. Bu devreleri açmak için zaman zaman röle kullanılsa da gerek röle kontaklarının oksitlenmesi gerekse röle hızının bazı devrelerde yetersiz kalması bizi başka çözüm arayışlarına iter. Bir çok neden sayılabilir hızlı, hafif, ucuz, vb. özelliklere sahip bir anahtarlama elemanını kullanmak gerekir. Bu tür ve daha pek çok farklı işleri için çok uygun olan bir eleman Tristördür. 112 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Tristör; Tyristör ya da Türkçe adıyla tristör tetiklenerek iletime sokulabilen bir tek yönlü bir anahtar gibi düşünülebilir yalıtımdayken açık devre iletimdeyken diyot gibi davranır. Kontrollü olarak, akımı tek yönde ileten devre elemanıdır. En çok bilinen tristör çeşidi SCR dir. Tristör sembolü; Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Tristör; Tristör tipleri; 113 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Tristör; Tristörün çalışma karakteristiği; Gate akımı yokken düz (doğru yönde) kırılma gerilimi çok yüksektir. Bu yüzden anot katot arasında akım akmaz. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Tristör; Tristörü gate üzerinden tetikleme yöntemleri; 114 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Tristör; Tristörü gate üzerinden tetikleme yöntemleri; Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Tristör; Tristörü durdurma yöntemleri; • DC gerilimde tristör bir defa tetiklendiğinde tetikleme gerilimi kaldırılsa bile sürekli iletimde kalır. • DC gerilimde çalışma devam ederken tristörü durdurmak gerekebilir. • Tristörü durdurmak için, seri anahtarla durdurma, paralel anahtarla durdurma ve kapasitif durdurma yöntemleri uygulanır. • Temelde bütün bu yöntemler tristörün anot akımını kesmeyi amaçlamaktadır. 115 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Tristör; Tristörü durdurma yöntemleri; Birinci devrede S2 veya S3, ikinci devrede S2 anahtarı açık devre yapılarak tristör iletimden çıkarılabilir. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Tristör; Tristörü durdurma yöntemleri; Tristörün A – K arasına bir an ters gerilim uygulamak tristörü yalıtım durumuna getirebilir. Ters gerilimi ayrı bir kaynak vasıtasıyla uygulayabileceğimiz gibi yüklü bir kondansatörü tristör üstünden ters deşarj etmek vasıtasıyla da sağlayabiliriz. Bu yönteme “zorlanmış komitasyon” yöntemi de denmektedir. 116 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Tristör; Tristörü durdurma yöntemleri; Yandaki devrede S1 ile tristör iletime geçirildiğinde kondansatör de direnç üstünden kısa bir sürede şarj olur. Daha sonra S2 butonuna basınca yüklü kondansatör tristörün katodundan anoduna doğru deşarj olmak isteyecektir. Akmakta olan anot akımına zıt yönde olan bu deşarj akımı kısa süreli yüksek bir değerde olduğu için anot akımını bir an engelleyip tristörün yalıtıma gitmesine neden olur. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Tristör; Tristörlerle güc kontrolü; Bir cihazın akim, gerilim, frekans, faz, iletim zamanı oranı (duty-cycle) gibi özelliklerini değiştirerek çalışma gücünün ayarlanmasına güç kontrolü denir. Tristörlerde güç kontrolü tristörün tetiklenme zamanının değiştirilip iletimde kalma oranının değiştirilmesi ile yapılır. Temelde yarim dalga ve tam dalga olmak üzere 2 çeşit güç kontrolü vardır. 117 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Tristör; Tristörlerle güc kontrolü; Yarım dalga güç kontrolü: Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Tristör; Örnek tetikleme (kontrol) devresi 1 Yandaki devrede R2 potansiyometre Tristörün iletime geçmesini geciktiren elemandır Bu işlemi kondansatörün şarj T zamanını geciktirerek yapar. Bu yolla 0-90o arası denettim yapabilir. 118 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Tristör; Örnek tetikleme (kontrol) devresi 2 Yandaki devrede C1 dolduktan Sonra bir de C dolmalıdır. R2 bu devrede hem C1 hem de C’ nin dolmasını geciktirdiği için 0-180o arası denetim Yapılmasını mümkün kılar. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Tristör; Örnek 1 Tristöre bir DC voltaj uygulanırsa, Gate ucunda sinyal olmadığından iletime geçemez. t1 anında VG sinyali oluşur oluşmaz iletim başlar, t2 anında yeni bir sinyal verilmesinin her hangi bir işlevsel etkisi yoktur. VK voltajı sıfır olur olmaz iletim kesilir. 119 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Tristör; Örnek 1 Bu durumda iken, t3 anında VG sinyali verilse dahi A→K voltajı sıfır olduğundan iletim söz konusu değildir. VK voltajının tekrar uygulandığı t4 anında bir VG sinyali verilirse iletim tekrar başlar ve VK voltajı var olduğu sürece devam eder. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Tristör; Örnek 2: Tristöre bir AC voltaj uygulanırsa Gate’de sinyal olmadığından iletmez. t1 anında VG sinyali verilirse, iletim başlar ve AC voltaj sıfır oluncaya kadar devam eder. Negatif alternans süresince A→K polarma durumunda olacağından, t2 anında VG sinyali verilse dahi tristör iletemez. 120 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Tristör; Örnek 2: Pozitif alternasın tekrar başladığı t3 anında bir VG sinyali verilirse tiristör yeniden doğru polarma durumunda olduğundan alternas sonuna kadar iletir. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Triyak; Genelde AC kullanım için tasarlanmış bir devre elemanıdır. Triyakı çalıştırmak gayet basittir. T1 – T2 terminalleri doğru ya da ters polarmalanabilir. Fakat çalışması için geyte bir tetikleme vermek gerekebilir. 121 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Triyak; Tetikleme voltajının polarması da önemli değildir. Yani + veya - tetikleme voltajı uygulanır. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Triyak; Triyak kullanım alanları Triyaklar AC akımla çalışan cihazların keylenmesi ve güçlerinin kontrollerinde kullanabilir. Örneğin, • 1 triyakla yapılan bir dimmer devresi ile bir 220V’ luk bir ampulün parlaklığını 0 maksimum parlaklığa kadar ayarlayabilir. • Yine aynı mantıkla 1 ısıtıcının güç ayarını yapabilir. • Bir AC motorun devir sayısını kontrol edebiliriz. Triyaklar 2 yönde akım geçirdiği için normalde doğrultucu olarak kullanılmazlar. 122 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Triyak; Diyak Diyak, her iki yönde de iletime geçebilen bir zener diyot gibi çalışır. Kırılma gerilimi 28-42 V arasında imal edilir. En sık kullanılan diyağın kırılma gerilimi 33 V tur. Diyakın üzerine uygulanan gerilim diyak kırılma geriliminin altında iken diyak yalıtımdadır. Üzerine uygulanan gerilim diyak kırımla geriliminin üstüne çıktığında ise siyak iletime geçer. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Triyak; Diyak Diyağa ihityaç duyulmasının nedeni her iki yönde ve istenilen gerilim seviyesinde iletime geçebilecek bir eleman olmasıdır. Bu özelliği nedeniyle alternatif akımda kullanılabilir, bununla birlikte tristör ve triyakların sürülmesinde ve kırpma devrelerinde gate tetikleticisi olarak kullanılır. 123 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Triyak; Triyakla tam dalga güç kontrolünde iletim Tam dalga güç kontrolünde diyot olmadığı için triyak hem + hem de - alternanslarda tetiklenebilir. Bu şekilde 0 – 360 derece arası güç kontrolü yapılabilir. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Kuadrak; Kuadrak diyak ile triyakın birleşiminden meydana gelmektedir. Kuadrak, diyak ve triyakın tüm özelliklerine sahiptir. Tek bir eleman olarak imal edilirler. Sembolü; 124 10/11/2023 Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Kuadrak; Örnek; Devrenin çalışması, aydınlık bir ortamda LDR’ nin direnci çok azdır. LDR kondansatöre paralel bağlı olduğu için, ışıklı ortamda geyte uygulanan tetikleme gerilimi alçaktır. Bu nedenle kuadrak yalıtımda olur ve yük çalışmamaktadır. Elektrik ve Elektronik Bilgisi Güç Elektroniği: • Kuadrak; Örnek; Ortam kararınca LDR direnci yükselir ve geyte gelen tetikleme voltajı artar. Yeterli tetikleme voltajını alan kuadrak iletime geçip RL yükünü çalıştırır. 125
0
advertisement
Download
advertisement
Add this document to collection(s)
You can add this document to your study collection(s)
Sign in Available only to authorized usersAdd this document to saved
You can add this document to your saved list
Sign in Available only to authorized users