Notların Belirlenmesi 1. Elektronik Laboratuvarı Kuralları 2. Deneyler Yapılırken Dikkat Edilmesi Gereken Noktalar 2

Transkript

1 İÇİNDEKİLER SAYFA NO Notların Belirlenmesi 1 Elektronik Laboratuvarı Kuralları 2 Deneyler Yapılırken Dikkat Edilmesi Gereken Noktalar 2 Elektronik Laboratuvarı Rapor Yazım Kılavuzu 3 Örnek Rapor Kapağı 4 1.Ohm Yasası, Kirchhoff Yasaları ve Osiloskop 5 2.Kondansatörlerin Tanıtılması, Bir Direnç Üzerinden Dolup Boşalması ve 24 RC Süzgeç Devresi 3.Giriş-Çıkış Empedansları, Türev Alıcı ve Entegre Edici Devreler 33 4.Yarıiletken Diyotlar, Kırpıcı ve Kıskaç Devreleri 41 5.Yarım Dalga-Tam Dalga Doğrultucular, Köprü Doğrultucular, Filtreleme 54 6.Transistörler ve Karakteristikleri 64 7.Transistörlü DC Gerilim Regülasyonu 79 8.Transistörlü Yükselticiler 87 9.J-FET Karakteristikleri 97

2 ELEKTRONİK I LABORATUVARI Öğretim Üyesi: Doç. Dr. Yusuf YERLİ Laboratuvar Sorumluları: Arş. Gör. Dr.: Nurcan DOĞAN BİNGÖLBALİ, Arş. Gör.: Arif KÖSEMEN Deneyler: Toplam 9 deney yapılacaktır (Deney1-Deney9). Öğrenciler katılmadıkları sadece bir deneyi yılsonunda, telafi deneyi olarak yapabilirler. Tüm deneylere katılmış olan öğrencilerden isteyenler, 50 nin altında not aldıkları sadece bir deneyi notlarını yükseltmek için telafi döneminde tekrar edebilirler. Notların Belirlenmesi: 1. Devam Zorunluluğu: Her öğrenci vize alabilmek için en az 8 deneye (telafi deneyi dahil) katılmak zorundadır. Deney Notu: Her deneyden önce ön çalışmalarla ilgili sorular sorulacaktır. Ayrıca her deneyden sonra rapor hazırlama kılavuzunda belirtildiği şekilde bir grup raporu hazırlanacaktır. Öğrencilerin o deneyden alacağı notu, laboratuvar çalışması ve rapor notu belirleyecektir. Öğrencilerin katılmadıkları deneylerin notu sıfır olarak belirlenecektir. Yılsonunda deney notu ortalaması, tüm deney notlarının toplanıp 9 a bölünmesiyle elde edilecektir. Birbirinin kopyası olduğu belirlenen raporlar 10 puan ile cezalandırılacaktır. 2. Dönemiçi Sınavları: Dönem içinde, deneyler arasındaki bir hafta yazılı bir sınav yapılacaktır. Dönemiçi sınavının yapıldığı günlerde deney yapılmayacaktır. 3. Dönemsonu Sınavı: Tüm deneyler tamamlandıktan sonra deneylerde elde edilen bilgileri sınamaya yönelik dönemsonu sınavı uygulamalı olarak yapılacaktır. Bir öğrencinin dönemsonu sınavına girebilmesi için telafi deneyleri bittikten sonra en az 8 deneye katılmış olması zorunludur. 4. Başarı Notu: Dönemsonu başarı notu aşağıdaki ağırlıklara göre hesaplanacaktır: Deney notu ortalaması :%25 Dönemiçi Sınavı :%25 Dönemsonu Sınavı :%50 Uygulama 1

3 ELEKTRONİK LABORATUVARI KURALLARI Elektronik Laboratuvarı, öğrencilerin Elektronik bilgilerini pratik yönden geliştirmeyi ve bu konuda yeni bilgiler edinmelerini sağlamak amacıyla hazırlanmıştır. Laboratuvar çalışmalarının verimli olabilmesi için deneylerin aşağıdaki kurallara uygun olarak yapılması gerekmektedir: 1. Öğrenciler, laboratuvar çalışmalarından bir yarar elde edebilmek için yapacakları deneye ilişkin kılavuzu önceden mutlaka okumalı ve her deneye hazırlıklı gelmelidir. Deneylerden önce öğrencilere ön çalışmalarla ilgili sözlü sorular sorulacaktır. 2. Deneye ilk 10 dakikada geç gelen öğrenciler uyarılırlar. İkinci defa bir deneye geç gelen öğrenci o deneye alınmaz. Deneye 10 dakikadan daha geç gelen öğrenciler deneye alınmazlar. 3. Deneylerin süresi 2 saat olarak öngörülmüştür. Deney süresince laboratuvardan çıkmak yasaktır. Deneylerini erken bitiren gruplar laboratuvar dersi sona ermeden önce çıkabilirler. 4. Her deneyin raporu ertesi haftaki laboratuar saatinde mutlaka getirilmelidir. Raporu getirmeyenler o deneyden sıfır puan almış olurlar. 5. Yönetmelik gereğince öğrenci deneylere %80 oranında devam etmek mecburiyetindedir. Devam, her deneyde yoklama yapılarak tespit edilecektir. 6. Öğrencinin gelmediği deneyden alacağı not sıfırdır. 7. Öğrencinin yalnızca bir deneyi telafi etme hakkı vardır. 8. Deneyde kullanılacak olan malzeme (elektronik elemanlar, el aletleri, kablolar) deneyi yaptıracak olan öğretim elemanından sayılarak teslim alınacaktır. Deney sonunda aynı malzeme eksiksiz olarak geri verilecektir. Gruplar, kaybettikleri veya zarar verdikleri malzemenin yerine yenisini koymak zorundadır. Bu nedenle deney süresince başka grupların malzemelerini almayınız ve kendi malzemelerinizi başka gruplara vermeyiniz. 9. Diğer grupları rahatsız etmemek ve daha olumlu bir çalışma ortamı sağlamak için laboratuvarda mümkün olduğu kadar sessiz çalışınız. DENEYLER YAPILIRKEN DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN NOKTALAR: 1. Devreleri kurarken gerilim kaynağı mutlaka kapalı olmalıdır. 2. Devreye gerilim verilmeden önce yapılan bağlantıların doğruluğu kontrol edilmeli. a. Devrelerin besleme ve toprak hatları doğru olarak bağlandı mı? b. Besleme gerilimi ve toprak hattı arasında kısa devre oluşabilir mi? c. Çıkış olan bir hatta yanlışlıkla giriş işareti uygulanmış olabilir mi? d. Çıkışlar yanlışlıkla kısa devre edilmiş olabilir mi? e. Bağlantılar, deneyde istenen işlemi gerçekleştirmek üzere doğru olarak yapıldı mı? 3. Tüm bağlantıların doğruluğundan emin olduktan sonra devreye besleme gerilimi verilmeli. Eğer devre beklendiği gibi çalışmıyorsa hemen besleme gerilimi kapatılarak devre kontrol edilmeli. Kontrol işleminde 2. maddede belirtilen noktalara dikkat edilmeli. 4. Doğru çalıştığından şüphe edilen elemanların devre ile bağlantıları kesilmeli ve bu elemanlar ayrı olarak test edilmelidir. 5. Devre üzerinde değişiklik yaparken (eleman ekleme/çıkarma, bağlantı değiştirme) gerilim kaynağı mutlaka kapalı olmalıdır. 6. Tüm uğraşılara rağmen hata bulunamıyorsa laboratuvarda görevli öğretim elemanından yardım istenmelidir. 2

4 Elektronik Laboratuvarı Rapor Yazım Kılavuzu Laboratuvar raporları, bilimsel bir çalışmada elde edilen sonuçları sunmak üzere aşağıdaki kurallara uygun olarak hazırlanacaktır. 1. Grup elemanları her deneyden sonra ortak bir grup raporu hazırlayacaklardır. Raporlar beyaz A4 kâğıtlarının tek yüzüne, mümkünse bilgisayar ile ya da okunaklı bir el yazısı ile yazılarak hazırlanacaktır. Çizimler bilgisayar ya da cetvel kullanarak bir mühendis özeniyle yapılacaktır. 2. Raporlar bilimsel ve teknik bir anlatım tarzı kullanılarak Türkçe olarak yazılacaktır. 3. Raporlar, deneyi yapan tüm öğrencilerin isimlerinin ve imzalarının yer aldığı tek tip kapak sayfası ile başlayacaktır. 4. Raporlar bir sonraki deneyde mutlaka getirilmelidir. Raporlarınızı deneyi yaptıran öğretim üyelerine doğrudan vermeyiniz. Teslim zamanından daha geç getirilen raporlar kabul edilmeyecektir. Eğer teslim tarihi tatil gününe denk geliyorsa tatilden sonraki ilk iş günü rapor teslim edilecektir. Teslim edilmeyen raporların notu sıfır olarak belirlenecektir. 5. Raporlar aşağıdaki bölümlerden oluşacaktır: Deney No ve Adı: Amaç: Deneyde hangi konuların incelenmesi ve öğrenilmesi amaçlanmaktadır? Verilerin değerlendirilmesi: Bu bölümde deneyde kullanılan devre şemaları çizilecek ve veriler tablolar halinde verilecektir. Grafikler çizilecek, hesaplamalar yapılacaktır. Daha sonra veriler deney kılavuzunda tarif edildiği gibi değerlendirilecektir. Sonuçlar: Deneyin her bölümü için elde edilen sonuçlar (tablo, çizim, gözlem) düzgün ve okunaklı bir şekilde yazılacak ve yorumlanacaktır. Eğer deneyde istenmişse teorik olarak beklenen değerler ile deneyde elde edilen sonuçlar karşılaştırılacaktır. Tamamlayamadığınız bölümler için de beklenen sonuçları yazınız. Sorular: Deney kılavuzunda sorulan sorularının cevapları rapora yazılacaktır. Yorum ve Görüşler: Öğrenciler isterlerse deneyle ilgili yorum ve görüşlerini bu bölüme yazabilirler. 3

5 GEBZE YÜKSEK TEKNOLOJİ ENSTİTÜSÜ FİZİK BÖLÜMÜ ELEKTRONİK I LABORATUVARI DENEY RAPORU DENEY NO : DENEYİN ADI : DENEY TARİHİ : RAPOR TESLİM TARİHİ : GRUP NO : DENEYİ YAPANLAR : Numara Adı Soyadı İmza DENEYİ YAPTIRAN ÖĞRETİM ELEMANI: 4

6 Deney No : E1 Deneyin Adı : Ohm Yasası, Kirchhoff Yasaları ve Osiloskop Deneyin Amacı yasalarının öğretilmesi. Ön Bilgi : : Elektrik büyüklüklerini ölçme tekniklerinin, ohm ve Kirchhoff Elektrik ve elektronikle uğraşanların en çok karşılaştıkları temel ve çok önemli yasa, ohm yasasıdır. Bu yasaya göre, bir iletkenin iki ucuna bir potansiyel farkı uygulanırsa, iletkenden geçen akımla uygulanan voltaj arasında bir doğru bağıntı vardır, diğer bir deyimle voltajla akımın oranı sabittir. Bu sabite o iletkenin direnci denir ve birimi ohm'dur. Bu bağıntı Denk. 1.1 deki gibidir. V IR Ohm yasasında direncin değerinin sabit olması gerçekten tartışmaya açıktır. Tabiatta hiç bir iletkenin direncinin değeri tamamen sabit değildir. Örneğin; bilinen en iyi dirençlerin bile değerleri sıcaklık parametresi ile değişir. Ancak bu bağımlılık çok küçük olduğundan dikkate alınmaz ve küçük sıcaklık aralıklarında direncin değeri sabit kabul edilir. Örneğin, metal iletkenlerin dirençleri bu tür davranış gösterirler ve özel isimleri ile ohmik direnç olarak isimlendirilirler. R R T T ifadesinde, doğrusal sıcaklık katsayısıdır. Değeri çok küçüktür, ancak geniş sıcaklık aralıklarında, sıcaklık ölçmek için kullanılabilir. R 0 referans direncidir. Örnek olarak Şekil 1.1 'de platin telin sıcaklığa bağlı direnci verilmiştir. R T Şekil 1.1: Platin telin sıcaklığa bağlı direnç eğrisi. Ohmik dirençler dışında, değeri büyük ölçüde değişik parametrelere bağlı olan dirençler için empedans terimi kullanılır. Örneğin sığaların empedansı, X C 1 jwc 1.3 biçiminde frekansa ve bobinlerin empedansı da, 5

7 I 2 I 3 X L jwl biçiminde yine frekansa bağlıdır. Bunlardan başka, yarı iletkenlerden yapılan özel amaçlı dirençler de vardır. Bunların dirençleri çok büyük ölçüde doğrusal olmayan biçimde sıcaklığa, üzerinden geçen akıma, uygulanan voltaja ya da üzerine düşen ışık şiddetine bağlıdır. Kirchhoff yasaları, ohm yasası ile birlikte devrenin çözümlenmesinde esas teşkil ederler ve iki tanedir. 1. Kirchhoff Gerilim Yasası(KGK) ya da Kirchhoff voltaj yasası, kapalı bir ilmekte toplam voltajın sıfır olduğunu ifade eder, Şek Bu yasa genişletilmiş ohm yasasıdır. 2. Kirchhoff Akım Yasası(KAY) da bir düğüm noktasına gelen ve çıkan akımların toplamının sıfır olmasıdır. Bu yasa gerçekte yük korunumunun bir sonucudur, Şekil 1.3. V i V R I V V R I R 1 V 2 + V 1 - I I V R 2 Şekil 1.2: Kirchhoff gerilim yasasını gösteren örnek devre. I i I I I I I I 1 I 5 I 4 Şekil 1.3: Kirchhoff akım yasasını gösteren örnek devre. Voltaj, Akım ve Direnç Ölçümleri Elektrik ile ilgili gözlemler, elektrik ölçü araçları ile yapılır. Başlıca temel gözlem araçları, voltmetre, ampermetre, ohmmetredir. Günümüzde artık, potansiyel farkı, akım şiddeti ve direnç ölçen araçlar bir arada yapılmaktadır. Biz buna Avometre diyoruz. Elektronikle uğraşan bir kimsenin çok iyi bir ölçme bilgisine sahip olması gerekir. Bir 6

8 devre tasarlanır, üzerinde hesaplamalar yapılır ve sonrada devre kurularak üzerinde ölçümler yapılarak devrenin doğru çalışıp çalışmadığı kontrol edilir. Bir elektronik laboratuvarında ya da atölyesinde bulunması gereken en önemli ölçme cihazları voltmetre, ampermetre ve ohmmetredir (AVOMETRE). Avometreler, anolog ve sayısal olmak üzere iki farklı yapıda olabilirler. Analog ölçü cihazları, ya da bildiğimiz ibreli cihazların temel elemanı GALVANOMETRE' dir. Galvanometrenin iç yapısı Şekil 1.4 de görüldüğü gibi, bir sürekli mıknatıs, bir eksen etrafında serbestçe dönebilen bobin ve bir geri çekme yayından ibarettir. Mıknatıs kutupları arasındaki düzgün manyetik alan içinde bir bobinden akım geçirildiği zaman bobin üzerine bir x B torku uygulanır. Burada µ, bobinin manyetik dipol momenti ve B, manyetik alan vektörüdür. Bu tork bobini, bir yönde çevirir ve bobine bağlı yayın uyguladığı geri çekme kuvveti yüzünden, dönme belirli bir açıya kadar olur. Manyetik alan şiddeti ve yay sabiti değişmez olduğundan, bobin ve buna bağlı ibrenin dönme açısı yalnızca bobinden geçen akıma bağlıdır. 1.7 N S Şekil 1.4 Bir galvanometrenin yapısı. Bobin sargısının direnci çok düşük olduğundan galvanometrenin direnci yok denecek kadar azdır. Ayrıca, hassasiyet için sargı çok ince telden yapıldığı için, galvanometreler oldukça küçük akımlarda çalışırlar. Eğer galvanometre, voltmetre olarak kullanılacaksa, buna seri büyükçe bir direnç bağlanır ve galvanometreden geçen akımın değeri küçülürken, voltmetrenin direnci büyür, Şek Buna karşılık, eğer galvanometreye paralel olarak küçük değerli bir direnç bağlanırsa, akım bölünür ve galvanometrenin direnci küçülür. 7

9 (a) I G R Şekil 1.5: Bir galvanometrenin, a) voltmetreye, b) ampermetreye dönüştürülmesi (b) I I R I G R G Voltmetre, bir devrede, voltaj ölçülecek uçlar arasında devreden büyük miktar akım çekerek, başka bir deyişle, devreye ek bir yük getirerek devreyi etkilememelidir. Bunun içinde ek direnci büyük olmalıdır (30k/volt ). Bunun yanında, ampermetre akım ölçülecek kola seri bağlanarak, o koldaki tüm akımın ampermetre üzerinden geçmesi sağlanır. Bu da sıfıra yakın bir direnç etkisi göstererek devreye ek bir yük getirmemesi ile başarılır. Voltmetre ve ampermetrenin öğrenilmesinden sonrası ohm yasası yardımı ile bu aletlerle bir iletkenin direnci kolaylıkla bulunabilir. Bunun için küçük bir voltaj kaynağının devreye eklenmesi gerekir. Ölçülecek direnç üzerinden bir akım geçirilerek geçen akım miktarı direnç değeri ile ters orantılı olduğundan(ohm yasası), ölçülen akım dirence kalibre edilebilir, Şek r G R r: iç direnç R:ölçülecek direnç V + - Şekil 1.6: Bir ohmmetrenin yapısı. Benzer şekilde bir direnç üzerinde harcanan güç, 2 2 P IV V R I R 1.6 yardımı ile kolayca hesaplanabilir yada galvanometre doğrudan güç ölçer duruma getirilebilir. Sayısal avometrelerin çalışma ilkesi tamamı ile analog cihazların aynısıdır. Tek farkları analog cihazlardaki mıknatıs ve bobinlerden yapılan galvanometre yerine başka bir sistem kullanılır. İbreli gösterge yerine Analog/Sayısal dönüştürücü vardır. Ölçümler sayısal olarak okunur. 8

10 Avometrenin Kullanılması Amper-Volt-Ohm metre(avometre), her üç ölçümü de kolayca yapabilecek şekilde tasarlanmış ve yapılmıştır. Ölçüm yöntemlerini anlatırken analog cihaz üzerinde duracağız. Gerçekte sayısal cihazların kullanılışı da tamamı ile analog cihazların aynısıdır. Avometre, en çok kullanılan biçimi ile bir gösterge (ibre), çok konumlu fonksiyon seçici anahtar, bir potansiyometre ve iki giriş terminalinden oluşur. Bunun yanında bazı cihazların çok yüksek voltaj ya da yüksek akım ölçümleri için ayrı bir giriş terminalleri ve daha fazla fonksiyon seçimi için birden fazla seçici anahtar bulunabilir. Bazen diyot ve transistör test etmek için ek aksesuarlar olabilir. Avometre, iki kablo(ölçüm uçları) ile ölçüm yapılacak noktalara bağlanır. Kablolar, isteğe göre iğne uçlu veya kıskaçlı olabilir. Alışkanlık olması bakımından şu noktaları belirtmek gerekir. Kırmızı renkli kablo pozitif (+), siyah renkli kablo negatif () uçlara bağlanır ve kullanım sırasında kabloların renginden pozitif ya da negatif ölçüm noktaları kolayca bilinir. Bu kablolar, bir devre yada cihaz üzerinde ölçüm yapılacak noktalara dokundurularak veya kıskaçla tutturularak temas sağlanır. Direnç ölçümü yapılırken şu noktalara dikkat edilmelidir: a) Direnç ölçümü sırasında, ohmmetrenin sıfır ayarı yapılmalıdır. b) Direnci ölçülecek devre elamanı serbest olmalı, bir elektrik devresine bağlı olmamalıdır. c) Direnç ölçümü bittiğinde, pil enerjisini harcamamak için avometrenin çoklu düğmesi direnç ölçüsü bölgesinden ayrılmalıdır. Elektrik Sinyalleri Alternatif akım (aa veya ac) ve doğru akım (da veya dc) olmak üzere ikiye ayrılır. Bu yüzden Avometreler, hem alternatif hem de doğru akımları ölçebilecek şekilde yapılmışlardır. Bu yüzden fonksiyon seçici anahtar, direnç ölçümü ile birlikte beş ayrı bölgeye ayrılmıştır. Bunlar; aa voltaj, dc voltaj, aa akım, dc akım ve direnç bölgeleridir. Bazı cihazlar, örneğin aa akım ölçme konumuna sahip olmayabilirler ya da bazı türleri transistör veya diyot testi için ek konumlara sahiptir. Burada hemen bir kuralı belirtelim: Fonksiyon seçici anahtar hangi ölçüm yapılacaksa o bölgede olmalıdır. Örneğin aa ölçümü yapacaksanız, fonksiyon seçici anahtar da bölgesinde ise doğru akım ölçemeyeceğiniz gibi cihazı da bozabilirsiniz. 9

11 Fonksiyon seçici anahtar her bir bölgesi kendi içinde basamaklara ayrılmıştır. Örneğin aa bölgesi; 1200, 300, 60, 12 Volt yada direnç bölgesi x10k, x1k, x100, x1 basamaklarına ayrılmıştır. Buna göre, ölçüm yapılacak büyüklük, (voltaj, akım veya direnç) hangi mertebede ise, fonksiyon seçici anahtarın da o mertebeyi içine alan konumda olması gerekir. Örneğin şehir şebeke voltajını ölçecekseniz (yaklaşık 220V ac dir). Fonksiyon seçici anahtarın da, buna en yakın olan 300 konumunda olması gerekir. Uygun konum seçmezseniz, ya ibre çok az saptığında rahat ölçüm alamazsınız, ya da ibre fazla sapar cihazı tahrip edebilirsiniz. Bu genel hususların belirtilmesinden sonra, ölçümlerin nasıl yapılacağı üzerinde durabiliriz. Voltaj ve akım ölçümleri ilke olarak birbirlerine benzerler. Göstergede, kadran üzerinde, ölçüm yapacağınız büyüklüğün ölçeğini bulunuz, çok konumlu anahtar konumlarının aynısı veya tam katlarıdır. İbre tam saptığı zaman ölçülen voltaj yada akım, çok konumlu anahtarın gösterdiği rakamdır. Yani çok konumlu anahtar hangi konumda ise cihazın ölçebileceği en büyük değer o rakamdır. Örneğin fonksiyon seçici anahtar 300V(ac)de ise ibre tam saptığı zaman 300V(ac) ölçüyor demektir. İbre daha fazla sapıyorsa fonksiyon seçici anahtarı daha büyük konuma, çok az sapıyor ise bir küçük konuma almanız gerekir. Güç Kaynakları Şehir şebekeleri alternatif akım taşır. Voltaj değerleri çoğu elektronik cihazların gerek duyduğu değerden çok büyüktür. Ancak bu aa voltajın değerinin küçültülmesi ve da voltaja çevrilmesi mümkündür. Bu işlemi yapan cihazlara adaptör veya daha geniş anlamıyla GÜÇ KAYNAĞI denmektedir. Bir güç kaynağı bir besleme kablosuyla şehir elektriğine bağlanır. Ön panelinde AÇ-KAPA anahtarı, pozitif ve negatif çıkış terminalleri ve çıkış voltaj ayarı kontrol düğmesi bulunur. Bunların dışında güç kaynağının kalitesini ve kullanışını kolaylaştıran akım sınırlayıcı kontrol düğmesi, çıkış voltaj ve akım göstergesi de bulunabilir. DİKKAT! Güç kaynağı kullanılırken artı(+) ve eksi(-) uç kabloları birleştirmeyin (kısa devre yapmayınız). Deney Seti ve Deney Tabloları (Protoboard) Elektronik deney setleri, çeşitli elektronik devrelerin kolayca kurulabilmelerini, test edilmelerini ve gerekiyorsa çeşitli elemanlarının kolayca değiştirilip denenebilmelerini sağlayan çok amaçlı bir düzenektir. 10

12 Deney tablaları (protoboard) üzerinde lehimleme, vidalama gibi bir ek işlem yapmadan her türlü devrenin kolayca kurulduğu bir sistemdir. Tablanın üzeri devre elemanlarının kolayca takılıp alınabileceği deliklerden oluşmuştur. En üsteki ve en alttaki ikişerli yatay sıralar boydan boya, ortadaki dikey iki blok yukardan aşağıya iletken tellerle bağlanmıştır. Direnç Renk Kodları ve Okunuşları Dirençler sıkıştırılmış karbon veya çeşitli metal alaşımlarından yapılan bir elektronik devre elemanıdır. Üzerlerinde harcanacak güç sınırlıdır. Eğer fazla güç harcanırsa ısınarak yanabilirler. Devre tasarlanırken direnç üzerinde harcanacak güç hesaplanarak ona göre direnç seçmek gereklidir. Standart dirençlerin değerleri genel olarak iki şekilde belirtilir. Birinci olarak, üretici firma tarafından direnç üzerine direncin değeri (, kmolarak) ve güçleri (1/8 W, 1/4 W, 1 W olarak) yazılır. İkinci olarak, dirençlerin değerleri ve toleransları renk kodu denilen işaretleme ile belirtilir. Bu renk kodları ve anlamları, örnekleriyle birlikte aşağıda gösterilmiştir. Renkler Karşılık gelen rakamlar Siyah 0 Kahverengi 1 Kırmızı 2 Turuncu 3 Sarı 4 Yeşil 5 Mavi 6 Mor 7 Gri 8 Beyaz 9 Altın % 5 Gümüş % 10 Band yoksa % 20 Örnek: Sembol Kodlama Direnç Değeri: abx10 c Tolerans 10 c b a ALTIN SARI KIRMIZI KAHVE Bu direncin değeri: abx10 c = 12x10 4 Ω = Ω = 20 k 11

13 Osiloskop Elektrik ölçümlerinde kullanılan temel ölçü cihazlarından en önemlisi olan osiloskop, ampermetre, voltmetre vs. gibi diğer ölçü cihazlarından çok daha fazla bilgiyi tek başına bize verir. Örneğin bir voltmetre ile ölçüm yaptığımız zaman sadece sinyal voltajının KOK (rms) değerini ölçebiliriz. Sinyalin frekansı, fazı, şekli, gürültü bileşeni, ac-dc bileşeni hakkında ayrıntılı bilgi alamayız. Ancak bir osiloskopta bu bilgileri ve daha fazlasını elde ederiz. Ölçü duyarlılığı, geniş frekans aralığında çalışması ve sinyalin canlı grafiğini göstermesi en önemli özelliği ve üstünlükleridir. Osiloskop, elektrik değişkenlerin ve parametrelerin fonksiyonlarını bir ekran üzerinde çizen elektronik bir aygıttır. Ekranda görülen şekil, gerilimin zamana göre değişim grafiğidir, yani sinyalin voltajıdır. Sinyalin osiloskoba bağlanması Herhangi bir sinyali gözlemek için sinyal osiloskoba ön paneldeki BNC konnektöründen bağlanır. Bu bağlantı normal bir kabloyla yapılabilir. Ancak böyle bir kablo çevreden gelen gürültü sinyallerini de girişe uygular. Dolayısıyla biz ekranda uygulanan sinyal yanında çevredeki parazit sinyalleri de gözleriz. Bazen bu gürültü sinyalleri, gözlenecek sinyalleri bastırabilirler. Normal bir kablo tıpkı bir anten gibi davranır. Şebeke sinyali yakın radyo istasyonlarının sinyali gibi çeşitli gürültüleri girişe uygular. Gürültüleri önlemenin en iyi yolu, osiloskop için hazırlanmış özel bir prob kullanmaktır. Bu problar, uçlarına özel tutucular, girişinde RC süzgeçler olan ve özel koaksiyel kablodan yapılmış, gürültüyü önleyici özellikteki problardır. Osiloskopla yapılan ölçümler Kullanacağımız osiloskoplar, ekranda ölçülü olarak zamana göre değişen voltaj grafiğini gösterirler. Ancak bu grafikten pek çok ölçümü kolaylıkla yapabiliriz. Osiloskopla yapılan ölçümler 1-Doğrudan yapılan ölçümler 2- Dolaylı yapılan ölçümler olmak üzere ikiye ayrılır. Şimdi sırasıyla bu ölçümlerin nasıl yapılacağını görelim. 1-Doğrudan yapılan ölçümler Bir osiloskopla doğrudan yapılan ölçümler voltaj ve zamandır (periyot). Osiloskopta en çok kullanılan periyodik sinyaller, sinüs dalga, üçgen dalga ve kare dalgadır. Her üç dalga şekli; tepe değeri (genlik), tepeden tepeye genlik, periyot (veya 12

14 frekans) ve faz parametrelerine sahiptir. Bu dalga şekilleri tamamen periyodiktir. Şekil 1.7 da bu dalga şekilleri ve parametreleri gösterilmiştir. Bu parametreler dışında dalga şekilleri, KOK veya rms değerlerinde belirtilir. Sinüzoidal dalga için bu değer, V V T KOK V T veya V V T T KOK olarak bulunur. Bu ifadelerle V T voltajın tepe değeri (genliği) ve V T-T 'de tepeden tepeye genlik olarak kullanılmaktadır. Bazı kaynaklarda bu ifadeler V p ve V p-p olarak da verilir. 2 2 V T T V T V T V T V T-T V T-T V T-T Şekil 1.7: Periyodik Dalga Şekilleri Bu sinyallerin dışında gözlenebilecek diğer periyodik olan veya olmayan dalga şekillerinin bazıları Şek. 1.8 da gösterilmiştir. Bunlar sırasıyla sönümlü sinüs dalga, basamak ve gürültü sinyalleridir. Bunların dışında Şekil 1.9 de dc+ac bileşik sinyali, genlik ve frekans modülasyonlu sinyaller de gösterilmiştir. t t t Sönümlü sinyal Basamak sinyali Gürültü sinyali Şekil

15 ac dc 0 V dc + ac sinyali t t Genlik modülasyonu Şekil 1.9 Frekans modülasyonu Voltaj Ölçümü: Şekil 1.10 de verilen sinüs dalgayı göz önüne alarak voltaj ölçümünün nasıl yapıldığına bakalım. Önce sinüs dalganın en büyük ve en küçük değerlerinin doldurduğu aralık sayılır. Sonra Volt/Div seçici düğmesinin gösterdiği rakam, bununla çarpılarak sinüs dalganın tepeden tepeye volt değeri bulunur. Ancak burada dikkat edilecek diğer bir husus prob zayıflatmasıdır. Prob zayıflatması 1 veya 10 olarak seçilebilir. Eğer zayıflatma 1 ise sonuç değişmez. Eğer zayıflatma 10 ise, bulunan sonuç 10 ile çarpılmalıdır. Genlik: Tepeden tepeye 5 bölme Volt/Div = 2V Time/Div = 0.2ms Prob zayıflatması = 1 V T-T = 5 bölme x 2V = 10V Periyot = T = 6 bölme x 0.2ms = 1.2ms Periyot(T): 6 bölme Şekil 1.10: Osiloskopla Voltaj Ölçümü 14

16 Frekans ve Periyot ölçümü: Bir sinyal tekrarlanıyorsa, bir frekansı ve bir de periyodu vardır. Frekans Hertz (Hz) biriminde ifade edilir ve bir saniyedeki tekrarlanan sinyal sayısına eşittir. Periyot ta sinyalin kendini tekrarlamaya başlamadan önce bir tam dalganın oluşması için geçen süredir. Periyot ve frekans birbirinin tersidir ( f 1 T Periyot ölçümü, voltaj ölçümü ile hemen hemen aynı şekilde yapılır. Önce yatay eksen üzerinde sinyalin tam bir salınımının doldurduğu aralıklar (bölmeler) sayılır. Bu sayım Time/Div seçici düğmesinin gösterdiği rakamla çarpılarak sinyalin periyodu bulunur. Periyodun tersi alınarak frekans elde edilir (Şekil 1.10 ve 1.11 e bakınız). ). Periyot Saniye Şekil 1.11 NOT: En hassas ölçüm, sinyalin ekranı doldurmasıyla, elde edilir. Bunun için Volt/DIV ve Time/Div seçicileri ile oynayarak, sinyalin ekrana sığan en büyük görüntüsü elde edilir. 2-Dolaylı Ölçümler Voltaj ölçümüne bağlı; akım, direnç ve güç ölçümleri ile zaman ölçümüne bağlı; frekans ve faz ölçümleri bizim kullanacağımız dolaylı ölçümlerdir. Hassasiyet bakımından biz genellikle alternatif sinyallerin tepeden tepeye değerlerini ölçeriz. Tepe değeri (genlik) bunun yarısıdır. KOK değeri ise sinüs dalgaları için, V KOK V T 2 veya V KOK VT T 2 2 olarak verilir. 15

17 Akım, Direnç ve Güç Ölçümü Osiloskopla akım ölçümü için değeri bilinen bir direnç kullanmak gereklidir. Direnç uçlarındaki gerilim düşmesi osiloskopla ölçülerek akım, Akım = Volt / Direnç, I=V/R ifadesinden bulunur. Güç ölçümü yapmak için, yukarıda anlatıldığı şekilde direnç yada akım değerleri ölçüldükten sonra, voltajın da ölçülmesiyle güç; Güç=Volt Akım =(Volt) 2 /Direnç P=V I=V 2 /R ifadesinden hesaplanır. Faz Ölçümü Faz kayması benzer iki sinyal arasındaki zaman farkını ifade eder. Sinüzoidal dalgalar dairesel harekete bağlı olduğundan faz farkını çok iyi gösterirler. Bir sinüs dalgasının bir tam salınımı tam bir daireye karşılık gelir. Bu da 360 demektir. Dolayısıyla bir sinüs dalgasının faz açısı, derece kullanarak temsil edilebilir. Şekil 1.12, bir tam sinüs salınımının 360 lik bir devri nasıl tamamladığını gösterir. Şekil 1.12:Tam bir sinüs dalga Faz ölçümü, biraz daha karmaşıktır ve iki ayrı yoldan yapılabilir. En çok kullanılan metot X-Y ölçümü yöntemi, ya da lissajous şekli yöntemidir. Lissajous şekli, iki ayrı periyodik sinyalin vektörel toplamıdır. Örneğin, x ekseninde bir sinüzoidal, y ekseninde de ayrı bir sinüzoidal sinyal bulunsun. Bunların aralarındaki faz farkı, frekansları W 1, W 2 genlikleri x 0 ve y 0 olmak üzere, bu iki sinyalin vektörel toplamı, V = (x 0 sinw 1 t)i + (y 0 sin(w 2 t+))j olacaktır. Yukarıda verdiğimiz denklem, faz farkının aldığı değerlere ve frekans oranlarına göre Şek de verilen referans şekillerinden birine uyar. Bu referans şekillere 16

18 bakılarak X-Y işlemiyle gözlediğimiz şekillerin frekans ve faz ilişkisini ölçebiliriz. Bunun yanında frekans ve faz ölçümü için aşağıda vereceğimiz ifadeler, oldukça büyük önem taşırlar. Şekil 1.13 X-Y işlemi ile elde edilen şekillere örnekler. X-Y işlemiyle (Lissajous şekliyle) frekans ölçümü için eksenlerden birine frekansı bilinen bir sinyal uygulanır. Diğer eksene de frekansı bilinmeyen sinyal uygulanır. Ekranda gözlenen kapalı eğrinin dış kenarlarına x ve y eksenleri çizilir. Kapalı eğrinin her iki eksene teğet noktası sayılır ve f x n x f y n y orantısı kullanılarak bilinmeyen frekans bulunur. İfadede f x ve f y, x ve y eksenlerine uygulanan sinyallerin frekanslarıdır. n x ve n y, sayılan x ve y eksenlerine teğet nokta sayılarıdır. Şekil 1.14 da verilen örneğe bakınız. y n x = 3, n y = 2, f x = 50 Hz. f y f x nx n y f y = 75 Hz x Şekil 1.14:X-Y işlemi ile frekans ölçümü. 17

19 Değişik frekans ve faz ilişkileri için, Şekil 1.13 de görülen LISSAJOUS yöntemi ile sadece frekansları aynı olan sinyallerin faz farkları bulunabilir. Şekil 1.15 örneğine bakınız. b a b sin a b sin 1 a (Faz açısı) Şekil 1.15: Aynı frekansa sahip iki sinyalin faz farkının ölçülmesi. Faz farkı ölçümümde diğer bir yöntem ÇİFT İZ yöntemidir. Osiloskopta her iki sinyali ekranda aynı anda görüntüleyerek yapılan ölçümdür. Temel ilke frekansları aynı iki sinyal arasındaki zaman farkının ölçümüne dayanır. Şekil 1.16 frekansları aynı benzer iki sinüs dalgasını gösterir. Burada T, sinüs dalganın periyodudur. t ise her iki sinyalin sıfır geçiş noktaları arasındaki zaman farkıdır. Bu zaman farkı osiloskoptan ölçülerek derece cinsinden faz farkı t 360 T bağıntısından bulunur. Yanda görülen sinüs dalgaları arasındaki faz farkı aşağıdaki gibi bulunur. Time/div =1ms t = 3x1ms, T = 10x1ms T t Şekil 1.16: Çift iz yöntemi ile faz farkı ölçümü. 18

20 DENEYLER Araçlar: Deney tablası, Osiloskop, Sinyal üreteci, Güç kaynağı, Avometre, Bağlantı telleri, Dirençler: 4 tane 1k (½W), 1 tane 2.2k (½W), 100, 3.3k, 68k, 100k, Kondansatör: Bir adet 47nF A- Ohm Kanunu 1- Aşağıdaki devreyi kurunuz. A 12V R V Şekil 1.17: Ohm kanunu devresi 2-Tablo 1.1 de verilen voltaj değerlerine karşılık gelen akım değerlerini ölçerek bu tabloya yazınız. Tablo 1.1 V (volt) I (Amp.) 3- Voltaj-Akım grafiğini çizerek grafiği yorumlayınız. Grafikten direnç değerini bularak ölçeceğiniz direnç değeri ile karşılaştırınız B- Kirchhoff Akım Kanunu 1- Şekil 1.18 deki birleşik devreyi kurunuz. 2- Ana kollardan (R1 ve R4) ve diğer kollardan (R2 ve R3) geçen akımları ölçünüz ve Tablo 1.2 ye yazınız. 3- Her bir koldan geçen akımı hesapla da bulunuz ve düğüm noktası akım kanununu doğrulayınız. Hesapladığınız değerleri Tablo 1.2 ye giriniz. Hesaplanan ve ölçülen değerleri deneysel hatalar içersinde karşılaştırınız. Farklılıkları açıklayınız. 19

21 R1 1.0kohm R2 1.0kohm R3 1.0kohm V R4 1.0kohm 12V Şekil 1.18: Akım kanunu için birleşik devre Tablo 1.2 Direnç numarası Ölçülen I Hesaplanan I R1 R2 R3 R4 C- Kirchhoff Gerilim Kanunu 1- Şekil 1.19 daki birleşik devreyi kurunuz. 2- Her bir direnç üzerindeki gerilimi ölçünüz ve Tablo 1.3 e yazınız. 3- Her bir direnç üzerindeki gerilimi hesapla da bulunuz ve kapalı halka gerilim kanununu doğrulayınız. Hesapladığınız değerleri Tablo 1.3 e giriniz. Hesaplanan ve ölçülen değerleri deneysel hatalar içersinde karşılaştırınız. Farklılıkları açıklayınız. R2 R1 1.0kohm 1.0kohm R3 1.0kohm V R4 1.0kohm 12V Şekil 1.19 Gerilim kanunu devresi 20

22 Tablo 1.3 Direnç numarası Ölçülen V Hesaplanan V R1 R2 R3 R4 D- Osiloskopla Faz Farkı Ölçümü 1- Şekil 1.20 deki devreyi kurunuz. C = 47nF, R = 100, 3.3k, 68k, 100k. Sırasıyla her bir direnç için tekrarlayınız. C S.Ü CH I osiloskop CH II Şekil 1.20: Faz farkı ölçme devresi 2- Sinyal üretecinin çıkışını 6V T-T ve 1kHz sinüs dalgaya ayarlayınız. 3- Osiloskopta Lissajous şekliyle faz farkını ölçünüz. 4- Osiloskobunuzu dual konumuna alarak çift iz yöntemiyle de faz farkını ölçünüz. 5- Bu ölçümleri sırasıyla yukarıda verilen dört farklı direnç için yaparak sonuçları Tablo 1.4 e giriniz. Her iki yöntemle bulunan sonuçları karşılaştırınız. Tablo 1.4 Dirençler k 68 k 100 k Lissajous Yöntemi Çift iz Yöntemi a b t T 21