MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Transkript

1 MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ DİJİTAL SAYICILAR VE TAKOMETRELER Hazırlayan : Mustafa KARATAŞ Sınıf / No: 3 / Proje Sorumlusu: 2002/2003 1

2 İÇİNDEKİLER DİJİTAL SAYICILAR VE TAKOMETRELER 1. GENEL TANIM 1.1. Dijital ve Analog Kavramı 1.2. Devre Elemanları Pasif Devre Elemanları Aktif Devre Elemanları 2. MANTIK DEVRELERİ 2.1. Ve Kapısı 2.2. Ve Değil Kapısı 2.3. Veya Kapısı 2.4. Veya Değil Kapısı 2.5. Özel Veya Kapısı 2.6. Özel Veya Değil Kapısı 2.7. Değil Kapısı 3. FLİP-FLOP LAR 3.1. R-S (reset-set) tipi Flip-Flop 3.2. Tetiklemeli R-S Tipi Flip-Flop 3.3. D (data) tipi Flip Flop 3.4. T (toggle) tipi Flip Flop 3.5. J - K tipi Flip Flop 3.6. Master - Slave tipi Flip Flop 4. SAYICILAR 4.1. Asenkron Sayıcılar 4.2. Senkron Sayıcılar 5. TAKOMETRELER 5.1. Takometre Nedir ve Kullanım Alanları 5.2. Değişik Takometre Devreleri 6. YAPILAN PROJE 6.1. Amaç 6.2. Devre Şeması 6.3. Kullanılan Elemanlar 6.4. Devrenin Çalışması 2

3 KAYNAKÇA 1- GENEL TANIM 1-1- Dijital ve Analog Kavramı Son 70 yıl içerisinde, analog (örneksel) ve dijital (sayısal) kavramları, elektronik ile ilgili kaynaklarda yer almaktadır. 70 yılöncesi, ilk ticari hesap makinesinden söz edilmeye başlanmıştı. Ancak hesap makinesi 20. yüzyılın buluşu değildir de ünlü düşünür Leibnitz, ilk mekanik hesap makinesini tasarladı ve uyguladı. Leibnitz günümüzde çok kullanılan ikili sayı sistemini o zamanlarda bulmuş ve bununla hesaplama kurallarını açıklamıştı. İlk çalışır durumdaki dijital elektro-mekanik hesaplayıcı, Alman bilgini K. Zuse tarafından 1930 yılında gerçekleştirilmişti. İlk büyük elektronik hesap makinesi ise, 1946 yılında ABD nin Philedelpia eyaletindeki Pensilvanya üniversitesinden mühendis P. Eckert ve mühendis W. Mauchly tarafından yapıldı. Bu Makine iki tane 10 haneli sayının çarpılma süresi 1/350 saniye olacak kadar yüksek çalışma hızına sahip ve elektron tüpünden oluşturulduğu için çok yüksek yapım maliyeti nedeniyle büyük ilgi uyandırmıştı. Zamanla elektron tüplerinin yerini sırasıyla transistörler ve tümleşik devreler aldı. Hesap makineleri küçüldüler. Saat kadar küçük hesap makineleri yapıldı aynı sisteme dayalı olarak, bilgisayarla yapıldı. Bunlarda küçüldüler ve her iş yerine hatta her eve kadar girdiler. Dijital sözcüğü o kadar çok kullanılmaktadır ki, neredeyse bir dijital istilasından söz edebiliriz. Bunu en iyi olarak, piyasadaki ölçü aletlerinde görmekteyiz. Gerilim, direnç ve akım ölçme kademeleri olan dijital multimetre, çeşitli frekans kademeleri olan dijital frekans metre gibi ölçü aletleri analog ölçü aletlerinin yerini almış bulunuyor. Dijital Dijital sözcüğü Latince digitus=parmak sözcüğünden türetilmiştir ve parmakla sayılabilir ya da kısaca Sayısal demektir. Dijital tekniğinde işaretler, sayılar ya da sayı dizileriyle gösterilirler. Bu işaretler, elektriksel ya da manyetik konumlarda sıfır ile bir işaret elemanını içeren ikili kodlamalarda darbe dizileriyle gerçekleştirilirler. Tıpkı, mors kodlamasında, tüm harf ve sayıların kısa ve uzun işaretlerle gösterilmesi gibidir. Dijital tekniğinde, karakteristik bir özellik, işaret değişiminin sıçramalı bir şekilde ara değerler olmaksızın, tam bir sayı adımı şeklinde olmasıdır:aynen parmakla 3

4 sayı saymada, uzatılmış parmakların sayısını, örneğin ikiden üçe sıçramalı olarak yükseltmeye benzemektedir. Müzik aletlerinin içinden en çok kullanılan piyano bizim için çok iyi örnek olabilir. Aralardaki siyah tuşları göz ardı edersek, piyano gerçek bir dijital alettir. Kademeli olarak düzenlenmiş ses tonlarına aittir, ara tonlar yoktur. Dijital düzenlemenin en büyük yararı, işaret iletimindeki parazit güvenliği, verilen değerlerin hatasız okunur olması ve kullanılan elemanların (tümleşik devreler ve transistörler) güç kayıplarının az olmasıdır. Tümleşik devreler ve transistörler yalnızca anahtar olarak kullanılırlar. Ya tümüyle iletimde ya da tümüyle kesimdedirler. İletimdeyken işaret yüksek kesimdeyken ise alçak konumdadır. Bu tür bir çalışma, elemanların değerlerinin kolayca seçilmesine ve toleranslarına da bir uyum getirmektedir. Dijital tekniğinde alçak ve yüksek konumlar için 0 ve 1 işaretleri kullanılır. Bazı yabancı kaynaklarda 0 yerine L(low) ve 1 yerine H(high) harfleri de kullanılmaktadır. 0 şaseye göre işaret yok anlamına gelmektedir. 1 şaseye göre tam gerilim anlamına gelmektedir. Analog Analog sözcüğü yunancada benzer anlamına gelmektedir. Türkçe karşılığı ise örneksel benzetimli anlamına gelmektedir. Bunu şöyle açıklarız suyun basıncı ve debisi elektronikteki gerilim ve akıma analog (benzer) dir. Bir ölçü aletinin ibresi, uygulanan gerilime benzetimli (analog) olarak sapar. Demek ki analog tekniği bir olayın yerine benzeri bir olay koymaktadır Analog sistemlerde işaret süreklidir, ülçme doğruluğuna göre işaretin istenildiği kadar çok ara değeri alınabilir ve aktif elemanlar(tümleşik devreler ve transistorler) özellikle dorusal (lineer) öz-eğri bölgelerinde kuvvetlendirici olarak çalıştırılırlar. Bu nedenle bu tür devrelere Lineer Devreler adı da verilmektedir Devre Elmanları 1. Pasif Devre Elemanları 2. Aktif Devre Elemanları Bunlarda kendi aralarında gruplara ayrılmaktadır.. 1. Pasif Devre Elemanları: Dirençler Kondansatörler Bobinler 2. Aktif Devre Elemanları: Diyotlar 4

5 Transistörler Entegre devreler Pasif devre elemanları, genel amaçlı elemanlardır. Hemen hemen her elektronik devrede bulunurlar. Bu nedenle, bu elemanların genel yönleriyle tanınmaları, amaca uygun olarak kullanılmaları bakımından yeterlidir. Aktif devre elemanları, ise özel amaçlı elemanlardır. Kullanılacak devrenin özelliğine göre, aktif devre elemanlarının özellikleri ve türleri de değişmektedir Pasif Devre Elemanları Dirençler Direnç Nedir? Direnç kelimesi, genel anlamda, "bir güce karşı olan direnme" olarak tanımlana bilir. Elektrik ve elektronikte direnç, iki ucu arasına gerilim uygulanan bir maddenin akıma karşı gösterdiği direnme özelliğidir. Kısaca; elektrik akımına gösterilen zorluğa DİRENÇ denir. Direnç"R" veya "r" harfi ile gösterilir, birimi ohm ( ) dur. Direnç Sembolleri: Eski Yeni Sabit Dirençler Ayarlı Dirençler Direncin devredeki rolü: Bir "E" gerilim kaynağına "R" direncinden, Şekil 1.1'de gösterilmiş olduğu gibi, bir " I " akımı akar.bu üç değer arasında Ohm kanununa göre şu bağlantı vardır.e=i.rbirimleri: E: Volt I: Amper R: Ohm ( ) Şekil 1.1 Dirençli bir devre Direnç Türleri: Dirençler iki gruba ayrılır: 1. Büyük güçlü dirençler 2. Küçük güçlü dirençler 5

6 Büyük Güçlü Dirençler;: 2W üzerindeki dirençler büyük güçlü direnç grubuna girer. Küçük Güçlü Dirençler; Küçük güçlü dirençlerin sınıflandırılması: 1. Sabit Dirençler 2. Ayarlı Dirençler 3. Termistör (Terminstans) 4. Foto Direnç (Fotorezistans) Gerek büyük güçlü olsun, gerekse de küçük güçlü olsun, bütün dirençlerin belirli bir dayanma gücü vardır. Bir Direncin Harcadığı Güç: 1. U: Dirençteki gerilim düşümü (Volt) 2. R: Direncin değeri (Ohm) 3. I: Geçen akım (Amper) 4. P: Direncin gücü (Watt) Direnç Üzerinde Harcanan Güç Üç Şekilde İfade Edilir: 1. Akım ve gerilim cinsinden: P=U.I 'dır 2. Akım ve dirençcinsinden; (ohm kanununa göre): U=I.R 'dir. Bu "U" değeri P=U.I 'da yerine konulursa: P= I 2 R olur. 3. Gerilim ve dirençcinsinden; (ohm kanununa göre): I=U/R 'dir. Bu "I" değeri, P=U.I 'da yerine konursa, P= U 2 /R olur. Direnç Renk Kodları Şekil 1.2 Metel film direnç renk halkaları Şekil 1.3 Karbon direnç renk halkaları 6

7 Renk A B C D (çarpan) T (tolerans) Siyah ±%1 (F) Kırmızı Kahve ±%2 (G) Truncu k - Sarı k - Yeşil k ±%0.5 (D) Mavi M ±%0.25 (C) Mor M ±%0.10 (B) Gri ±%0.05 Beyaz Altın ±%5 (J) Gümüş ±%10 (K) Tablo 1.1 Direnç renk kodları Direnç üzerindeki renkleri değerlendirirken A, B, C, D ve T sırasına göre gitmeye dikkat etmek gerekmektedir. Bu sıralamaya göre yapılacak hesaplama sonucunda elde edilen direnç değeri Ohm(Ω) olarak bulunacaktır. Metal Film Dirençte: Şekil 1.4 Metal film direnç renk kodları 7

8 Karbon Dirençte: Şekil 1.5 Karbon direnç renk kodları Değeri Üzerinde Yazılı Dirençler: Bazı üreticiler renk kodu yerine direnç değerlerini yazmayı tercih etmektedirler. Bunlardan bir kısmı doğrudan direnç değerini ve toleransını yazdığı gibi, bazıları da harf kodu kullanmaktadır. Direnci gösteren harfler: R=Ohm, K=KiloOhm, M=MegaOhm Tolerans harfleri: F=±%1, G=±%2, J=±%5, K=±%10, M=±%20 Kodlama Üç Şekilde Olmaktadır; Ohm 'a kadar olan dirençler için R harfi kullanılır. Kodlama 3 adımda yapılır: R 'den önce gelen sayı "Ohm" olarak direnci gösterir. R 'den sonra gelen sayı direncin ondalık bölümünü gösterir. En sondaki harf toleransı gösterir. Örneğin: 6R8J = 6.8 ±%5 Ohm R45G = 0.45±%2 Ohm 2-1KOhm 'dan 1MOhm 'a kadar olan dirençler için "K" harfi kullanılır. 8

9 Örneğin: 3K0K = 3±%10 KOhm 2K7M = 2.7±%20 KOhm 3-1MOhm 'dan yukarı dirençlerde de "M" harfi kullanılır. Direnç Standartı: Tablo 1.2 'te görüldüğü gibi, dirençler standart değerlerde üretilir. Tolerans yüzdeleri, "E" seri numarasından anlaşılır. E6 serisi %20 E12 serisi %10 E24 %5 E96 ± Tablo 1.2 Standart dirençler 9

10 Şekil 1.6 VDR Şekil 1.7 NTC Kondansatörler Önbilgiler: Kondansatör, DC akımı geçirmeyip, AC akımı geçiren devre elemanıdır. Kondansatörün Yapısı: 10

11 Kondansatör şekil 1.8 'de görüldüğü gibi, iki iletken plaka arasına yalıtkan bir maddenin yerleştirilmesi veya hiç bir yalıtkan kullanılmaksızın hava aralığı bırakılması ile oluşturulur. Kondansatörler yalıtkan maddenin cinsine göre adlandırılır. Kondansatörün sembolü: Değişik yapılı kondansatörlere göre, kondansatör sembollerinde bazı küçük değişiklikler vardır. Şekil 1.8 Kondansatör Yapısı Harf Olarak " C " Kondansatörün Çalışma Prensibi: Şekil 1.9 Kondansatör Sembolleri Kondansatörün bir DC kaynağına bağlanması ve şarj edilmesi: Şekil 1.10(a) 'da görüldüğü gibi kondansatör bir DC kaynağına bağlanırsa, devreden Şekil 1.10(b) 'de görüldüğü gibi, geçici olarak ve gittikçe azalan I C gibi bir akım akar. I C akımının değişimini gösteren eğriye kondansatör zaman diyagramı denir. Akımın kesilmesinden sonra kondansatörün plakaları arasında, kaynağın Vk gerilimine eşit bir Vc gerilimi oluşur. Bu olaya, kondansatörün şarj edilmesi, kondansatöre de şarjlı kondansatör denir. "Şarj" kelimesinin Türkçe karşılığı "yükleme" yada "doldurma" dır. 11

12 Şekil 1.10 Kondansatörün DC kaynağına bağlanması a) Bağlantı devresi b) Zaman diyagramı c) Vc gerilim oluşumu Kondansatör Devresinden Akım Nasıl Akmalıdır? Şekil 1.10(a)'daki devrede, S anahtarı kapatıldığında aynı anda kondansatör plakasındaki elektronlar, kaynağın pozitif kutbu tarafından çekilir, kaynağın negatif kutbundan çıkan elektronlar, kondansatöre doğru akmaya başlar. Bu akma işlemi, kondnsatörün plakası daha fazla elektron veremez hale gelinceye kadar devam eder. Bu elektron hareketinden dolayı devreden bir I C akımı geçer. I C akımının yönü elektron hareketinin tersi yönündedir. Devreden geçen I C akımı, bir DC ampermetresi ile gözlenebilir. S anahtarı kapanınca ampermetre ibresi önce büyük bir sapma gösterir. Sonra da, ibre yavaş yavaş sıfıra gelir. Bu durum devreden herhangi bir akım geçmediğini gösterir. I C akımına şarj akımı denir. Devre akımının kesilmesinden sonra yukarıda da belirtildiği gibi kondansatör plakaları arasında V c =V k oluşur. V C gerilimine şarj gerilimi denir. V C geriliminin kontrolü bir DC voltmetre ile de yapılabilir. Voltmetrenin "+" ucu, kondansatörün, kaynağın pozitif kutbuna bağlı olan plakasına, "-" ucu da diğer plakaya dokundurulursa V C değerinin kaç volt olduğu okunabilir. Eğer voltmetrenin uçları yukarıda anlatılanın tersi yönde bağlanırsa voltmetrenin ibresi ters yönde sapar. 12

13 Kondansatörde Yük, Enerji ve Kapasite; Şarj işlemi sonunda kondansatör, Q elektrik yüküyle yüklenmiş olur ve bir E C enerjisi kazanır. Kondansatörün yüklenebilme özelliğine kapasite (sığa) denir. C ile gösterilir. Q, E c, C ve uygulanan V gerilimi arsında şu bağlantı vardır. Q=C V E C =CV 2 /2 Bu eşitlikte, Q: Coulomb (kulomb), V: Volt, C: Farad (F), E c : Joule (Jul) Yukarıdaki bağlantıdan da anlaşıldığı gibi, C kapasitesi ve uygulanan V gerilimi ne kadar büyük ise Q elektrik yükü ve buna bağlı olarak devreden akan I c akımı da o kadar büyük olur. Kondansatörün kapasite formülü: C = ε 0 ε r (A/d) ε 0 : Boşluğun dielektrik katsayısı ( 0= ) ε r : Plakalar arsında kullanılan yalıtkan maddenin izafi dielektrik (yalıtkanlık) sabiti (Tablo 1.6). 1. A: Plaka alanı 2. d: Plakalar arası uzaklık A ve d değerleri metrik sistemde (MKS) ifade edilirse, yani, "A" alanı (m) ve "d" uzaklığı, metre (m 2 ) cinsinden yazılırsa, C' nin değeri farad olarak çıkar. Örneğin: Kare şeklindeki plakasının her bir kenarı 3 cm ve plakalar arası 2 mm olan, hava aralıklı kondansatörün kapasitesini hesaplayalım. A ve d değerleri MKS' de şöyle yazılacaktır: A=0,03*0,03=0,0009m 2 = m 2 d=2mm= m 0 = 8, Hava için r=1 olup, değerler yerlerine konulursa: C=8, , =39, F=3,9 pf olur. 13

14 CİNSİ İzafi Yalıtkanlık Katsayısı (r) CİNSİ İzafi Yalıtkanlık Katsayısı (r) Hava 1 Mika 5-7 Lastik 2-3 Porselen 6-7 Kağıt 2-3 Bakalit 4-6 Seramik 3-7 Cam 4-7 AC Devrede Kondansatör: Tablo 1.3 Bazı yalıtkan maddelerin r sabitleri Yukarıda DC devrede açıklanan akım olayı, AC devrede iki yönlü olarak tekrarlanır. Dolayısıyla da, AC devredeki kondansatör, akım akışına karşı bir engel teşkil etmemektedir. Ancak bir direnç gösterir. Kondansatörün gösterdiği dirence kapasitif reaktans denir. Kapasitif reaktans, X C ile gösterilir. Birimi Ohm(Ω) dur. X C = (1/ωC) = (1/2πfC) Ohm olarak hesaplanır. 1. X C = Kapasitif reaktans ( ) 2. ω= Açısal hız (Omega) 3. f = Frekans (Hz) 4. C = Kapasite (Farad) Yukarıdaki bağlantıdan da anlaşıldığı gibi, kondansatörün Xc kapasitif reaktansı; C kapasitesi ve f frekansı ile ters orantılıdır. Yani kondansatörün kapasitesi ve çalışma frekansı arttıkça kapasitif reaktansı, diğer bir deyimle direnci azalır. 14

15 Şekil 1.11 Kondansatör renk kodları Bobinler Elektronik devrelerde çok kullanılan elemanlardan biri de bobinlerdir. Bobinler alternatif akımın bulunduğu yerlerde kullanılırlar çünkü; alternatif akımla bobinler arasında özel bir durum mevcuttur. Bobin, kondansatör ve A.C. üç silahşörler gibidir. Bobinler bir 'mandren', 'makara', 'karkas' üzerine sarılırlar, hepsi de aynı anlama gelen bu terimler, bobinin sarıldığı; plastik, seramik, sert kağıt gibi maddelerden yapılmış bobine destek olan bir malzemeye verilen isimdir. Tellerin hiç hareket etmemesi istenen yüksek frekanslarda bobin makaralarında çentikler mevcuttur.kimi bobinlerin içinde bir çekirdek vardır, çekirdek çeşitli maddelerden yapılabilir, demir veya demir tozu olan ferit çekirdek olarak kullanılabilir. Bir Bobinin değeri Henry ile ölçülür. Joseph Henry yılında yaşamış olan Amerikalı bir fizikçidir. Bir bobinin değeri; kullanılan tel kalınlığına, tur sayısına, sargı boyuna, mandren çapına bağlıdır. Sarım sayısı N, Makara çapı D cm, bobinin sargısının boyu S cm kadar olan bir bobinde, bobinin değeri, mikrohenry olarak; 15

16 L =K x N x N x D x 10-3 dir. Burada K bir katsayıdır ve D / S oranına karşılık gelir. Bobinlerin pratik olarak yapımında, bu değeri bulmak için bir abak kullanılır. Yaklaşık bir değer olarak K = 100 D / 4 D + 11S olarak bulunabilir. Burada D ve S değerleri cm'dir. Örnek: S sargı uzunluğu 3 cm, D çapı 1 cm olan, 30 turluk bir bobinin değeri nedir? L = 2.7 x 30 x 30 x1 / 1000 L = 2.43 mikro Henry. Yaklaşık değer 2.5 mikroh olarak kabul edilebilir. Bu bir mandren üzerine bitişik sarılan nüvesiz bir bobindir. Eğer bobin yukarıdaki gibi havada sarılı bir bobin olsa bobinin indüktansını şu formülle hasaplardık. L = D x D x N x N/3D+9S+10C L mikrohenry olarak bobinin değeri, D cm olarak bobin çapı, N sarım sayısı, S sarımın cm olarak uzunluğu, C merkezden çevreye doğru sarımın derinliğidir ve tek katlı bobinlerde ihmal edilebilir. Önceki örnekteki bobini 5 cm boyunda havada sararsak değeri ne olur? L= x 900 / = 1.5 Mikro henry yaklaşık değerdir. Bobinler çeşitli şekilde sarılabilirler, spiral, düz, petek sargı bunlardan bazılarıdır. Bir çeşit bobin de toroid lerdir. Toroidlerin veya harhangi ferro (demir tozu) malzemeden yapılmış çekirdekli bobinlerin indüktansında rol oynayan bir parametre de bu malzemenin geçirgenliği denilen bir değerdir. Muhtelif bobinler Bobinler bakır veya gümüş tel veya litz teli denilen ipekle yalıtılmış telden sarılırlar. Bobinlerin seri ve paralel bağlanmalarında, eğer bobinler birbirlerinin endüktif alanları içinde değilse dirençlerde olduğu gibi aynı formüller kullanılır, aksi halde, yani birbirlerini etkiledikleri durumda bu formüller kullanılmaz. Bobinler değerleri sıcaklıkla değişen elemanlardır, bu nedenle çok kararlı devrelerde kullanılmazlar. Endüktif Reaktans" adı verilir. {Endüktif Reaktans } X L = wl 16

17 Aktif Devre Elemanları Diyotlar Diyot Çeşitleri 1. Kristal Diyot 2. Zener Diyot 3. Tünel Diyot 4. Işık Yayan Diyot (Led) 5. Foto Diyot 6. Ayarlanabilir Kapasiteli Diyot (Varaktör - Varikap) Diğer Diyotlar 1. Mikrodalga Diyotları 2. Gunn Diyotları 3. Impatt (Avalanş) Diyot 4. Baritt (Schottky) Diyot 5. Ani Toparlanmalı Diyot 6. Pin Diyot 7. Büyük Güçlü Diyotlar Diyodun Temel Yapısı Diyot Nedir? Diyotlar, yalnızca bir yönde akım geçiren devre elemanıdır. Diğer bir deyimle, bir yöndeki dirençleri ihmal edilebilecek kadar küçük, öbür yöndeki dirençleri ise çok büyük olan elemanlardır. Direncin küçük olduğu yöne "doğru yön",büyük olduğu yöne "ters yön" denir. Diyot sembolü, aşağıda görüldüğü gibi, akım geçiş yönünü gösteren bir ok şeklindedir. Diyot Sembolü: Şekil 1.12 Diyot Ayrıca, diyodun uçları pozitif (+) ve negatif (-) işaretleri ile de belirlenir. "+" ucu anot, "-" uca katot denir. Diyodun anaduna, gerilim kaynağının pozitif (+) kutbu, katoduna kaynağın negatif (-) kutbu gelecek şekilde gerilim uygulandığında diyot iletime geçer. 17

18 Diyodun kullanım alanları: Diyotlardan, elektrik alanında redresör (doğrultucu), elektronikte ise; doğrultucu,detektör, modülatör, limitör, anahtar olarak çeşitli amaçlar için yararlanılmaktadır. Diyotların Gruplandırılması: Diyotlar başlıca üç ana gruba ayrılır: 1. Lamba diyotlar 2. Metal diyotlar 3. Yarı iletken diyotlar Transistörler Transistör nedir? Eklem Transistör yarı iletken malzemeden yapılmış elektronik devre elemanıdır. Her nekadar diyodun yapısına benzesede çalışması ve fonksiyonları diyottan çok farklıdır. Transistör iki eklemli üç bölgeli bir devre elemanı olup iki ana çeşittir. NPN PNP Şekil 1.13 NPN ve PNP tipi transistör Transistör aşağıda belirtildiği gibi değişik şekillerde tanımlanır: 1. Transistörün kolay anlaşılması bakımından tanımı; Transistörün bir sandöviçe benzetilmesidir, yarı iletken sandöviçi. 2. İkinci bir tanımıda şöyle yapılmaktadır; Transistör, iki elektrodu arasındaki direnci, üçüncü elektroda uygulanan gerilim ile değişen bir devre elemanıdır. 3. Transistörün en çok kullanılan tanımı ise şöyledir; Transistör yan yana birleştirilmiş iki PN diyodundan oluşan bir devre elemanıdır. Birleşme sırasına göre NPN veya PNP tipi transistör oluşur. 18

19 Transistörün başlıca çeşitleri şunlardır: Yüzey birleşmeli (Jonksiyon) transistör Nokta temaslı transistör Unijonksiyon transistör Alan etkili transistör Foto transistör Tetrot (dört uçlu) transistör Koaksiyal transistör Transistörün kullanım alanları: Transistör yapısal bakımdan, yükselteç olarak çalışma özelliğine sahip bir devre elemanıdır. Elektroniğin her alanında kullanılmaktadır. Şekil 1.14 Değişik transistör gösterim şekilleri Entegreler Direnç, küçük değerli kondansatör, bobin, diod, transistör gibi elemanlar biraraya getirilip bir yapı içerisinde devreler oluşturulmuştur. İşte bu komplike devrelere Entegre adı verilir.entegreler kullanım yerine göre 19

20 değişik isimler alırlar. Örneğin: Operasyönel entegreler, dijital entegreler,..vs. OPERASYONEL ENTEGRELER: Ses frekans ve sanayi tekniğinde çeşitli amaçlarla kullanılırlar. DİJİTAL ENTEGRELER: Dijital entegreler yapılarında kullanılan elemanlara göre değişik isimler alınır. RTL (Direnç Transistör Lojik ) dijital entegreler. DTL (Diod Transistör Lojik ) dijital entegreler. TTL (Transistör Transistör Lojik ) dijital entegreler. MOS (Metal Oksit Semiconductor ) dijital entegreler. CMOS (Complementery Metal Oksit Semiconductor ) dijital entegreler. Dijital entegrelerde "kapı devreleri" adını verdiğimiz devreler geniş olarak kullanılmaktadır. Kapı devreleri ile mantık ilkelerinin elektrik devrelerine uygulanışı mümkün olmuştur. Dijital elektronikte "0-1" tekniği kullanılır. 0: Gerilim yok (Bu durum L- Low- harfi ile de gösterilir ) 1: Gerilim var (Bu durum H- High -harfi ilede gösterilir ) 2- MANTIK DEVRELERİ Lojik Kapılar : Dijital elektroniğin temelide lojik kapılardır. Tüm dijital devrelerde kullanılırlar. Lojik kapılar 1 ve 0 dan oluşan binary bilgileri işlemede kullanılır. Örneğin istenen binary kodunun alınıp istenmeyenlerin de alınmamasında veya frekans üretiminde veya da gelen binary bilgiye göre işlem yapmada kullanılırlar. Aşağıdaki tablolarda A ve B girişleri Q ise çıkışı temsil etmektedir. Girişine uyulanan kodlara göre çıkıştaki kodlar, tabloda görülmektedir. Şimdide bu kapı çeşitlerini inceleyelim Ve (And) Kapısı : Ve kapısı iki ve ya daha fazla giriş ve bir adette çıkış ucuna sahiptir. Bu giriş uclarına uygulanan 1 ve ya 0 kodlarına göre çıkışta değişiklikler görülür. Ve kapısının tüm girişleri 1 olduğunda çıkış 1, herhangi bir ucu 0 olduğunda ise çıkış 0'dır. Kapı hesaplarındaki formülü Q (Çıkış (C)) = A. B dir. Yanda Ve kapısının sembolü ve iç ayısı görülmektedir. A B Q

21 2-2- Ve Değil (NAND) Kapısı : Değil mantığı tüm kapılarda vardır. Bu kapılar normal kapıların çıkış uclarına değil kapısı eklenerek elde edilirler. Yani Ve kapısının çıkış ucu 1 olduğu durumlarda Ve Değil kapısının çıkışı 0, 0 olduğu durumlarda ise 1'dir. Kapı hesaplarındaki formülü Q (Çıkış (C)) = (A. B)'dir. Üst tırnak işareti, değili (tersi) manasına gelmektedir. formülün sonucu 1 ise 0, 0 ise de 1 'dir. Yanda Ve Değil kapısının sembolü ve iç ayısı görülmektedir. A B Q Veya (Or) Kapısı : Veya kapısı da iki ve ya daha fazla giriş, bir adette çıkış ucuna sahiptir. Giriş uclarından herhangi birisinin 1 olması durumunda çıkış 1, diğer durumlarda da çıkış 0'dır. Yani Ve kapısının tersi mantığında çalışır. Kapı hesaplarındaki formülü Q (Çıkış (C)) = A + B dir. Yanda Veya kapısının sembolü ve iç ayısı görülmektedir. A B Q Veya Değil (NOR) Kapısı : Veya Değil kapısıda yine Veya kapısının çıkış ucuna Değil eklener elde edilmiştir. Veya Değil kapısının çıkış durumları Veya kapısının çıkış durumlarının tam tersidir.kapı hesaplarındaki formülü Q (Çıkış (C)) = (A + B)' dir. Yanda Veya Değil kapısının sembolü ve iç ayısı görülmektedir. A B Q Özel Veya Kapısı : İsminin Özel Veya kapısı olmasına rağmen Veya kapısı ile hiç bir alakası yoktur. Özel Veya kapısının girişleri aynı olduğunda çıkış 1, girişleri farklı olduğunda ise çıkış 0 'dır. Yani girişler 1 0 yada 0 1 iken çıkış 1, girişler 0 0 yada 1 1 iken de çıkış 0 'dır. Hesaplardaki formülü ise Q = A B dir. Yanda Özel Veya kapısının sembolü ve iç yapısı yeralmaktadır. A B Q

22 2-6- Özel Veya Değil Kapısı : Özel Veya Değil kapısıda Özel Veya Kapısının Çıkışına Değil eklenmiş halidir. Giriş ucları aynı iken çıkış 1, giriş ucları farklı iken de çıkış 0 'dır. Hesaplamalardaki formülü Q = (A B)'dir. Yanda Özel Veya Değil kapısının sembolü ve iç yapısı görülmektedir. A B Q Değil Kapısı : Değil Kapısı bir giriş ve birde çıkış ucuna sahiptir. Girişine gelen binary kodu tersleyerek çıkışına iletir. Yani giriş 1 iken çıkış 0, giriş 0 iken çıkış 1'dir. Hesaplamalardaki formülü Q = A'şeklindedir. Yan tarafta Değil kapısının sembolü ve iç yapısı görülmektedir. A Q FLİP - FLOP 'LAR Flip- Flop Tipleri Flip-flop'lar iki çıkışa sahiptirler. Bunlar Q ve Q' dir. Q ve Q' birbirlerinin tersidir. Yani Q = 1 ise Q' = 0, Q = 0 isede Q' = 1 olur. Yalnız aşağıdaki doğruluk tablolarında görüleceği gibi Q ve Q' in aynı olduğu durumlar görülmektedir. Bu durumlar istenmez. Bu nedenlede bu çıkışı veren girişler kullanılmaz. Flip - Flop 'lar clock (saat) palsi ile çalışırlar. Bu palsler sayesinde girişlere göre çıkışlarda değişimler Flip - Flop 'lar lojik kapılardan oluşurlar. Ayrıca Flip - Flop 'lar görülür. Sayıcıların ve Kaydedicilerin temelini oluştururlar R-S (reset-set) tipi Flip-Flop : Sembolü İç Yapısı Doğruluk Tablosu S' R' Q Q' Değişmez Şekil 3.1 RS tipi flip flop sembolü, iç yapısı, doğruluk tablosu Yukarıda R-S tipi flip-flop'un Ve Değil kapıları ile çizilmiş iç yapısı ve doğruluk tablosu görülmektedir. Tablodaki S' ve R' 'nün 1 olduğu durumda Q ve Q' 'in 22

23 değişmediği görülür. Bu, çıkışların bundan önceki konumunu sakladığını belirtir. S' ve R' 'in 0 olduğu durumda ise Çıkışların eşit olduğu görülür. Bu durumda flipfloplarda istenmeyen bir durumdur. Bu durumu sağlayan girişler değerleri kullanılmamalıdır Tetiklemeli R-S (reset-set) tipi Flip - Flop : Sembolü İç Yapısı Uyarım Tablosu Qn Qn + 1 S R X X 0 Şekil 3.2 Tetiklemeli RS tipi flip flop sembolü, iç yapısı, doğruluk tablosu Tetiklemeli R-S tipi flip-flop R-S tipi flip-flop'un önüne iki adet Ve Değil kapısı eklenerek elde edilmiştir. Flip-flop'a clock palsi gelmediği sürece çıkışlar değişmez. Yukarıdaki tabloda tetiklemeli R-S flip-flopun iç yapısı ve uyarım tablosu görülmektedir. Uyarım tablosu flip-floplarla devre tasarımında kullanılır. Tablodaki X 'ler ise etkisiz elemanlardır. Yani 1 veya 0 olması durumda çıkışlar değişmez. Bazı kaynaklarda (X) yerine (d) 'de yazılmaktadır. Bu işaretin yerine 0 veya1 koyulabilir. Ayrıca tablodaki Qn clock palsinden önceki durumu, Qn+1 ise clock palsinden sonraki durumu temsil etmektedir. Tablo FF 'un çıkışının Qn'den Qn+1'e geçmesi için S ve R girişlerinin ne olması gerekir 3-3- D (data) tipi Flip - Flop : Sembolü İç Yapısı Doğruluk Tablosu Uyarım Tablosu D Qn Qn+1 Qn Qn+1 D Şekil 3.3 D tipi flip flop sembolü, iç yapısı, doğruluk tablosu Yukarıdaki D FF 'un iç yapısında da görüldüğü gibi Tetiklemeli R-S FF 'un iki ucu arasına değil kapısı eklenerek D FF elde edilmiştir. Doğruluk tablosunda görüldüğü gibi D FF clock palsi uygulandığında girişindeki bilgiyi aynen çıkışa iletir. D FF besleme olduğu sürece bilgi saklayabilir. clock palsi uygulanmadığı sürece FF 'un girişleri ne olursa olsun çıkış sabittir. Böylece bilgiyi saklamış olur. 23

24 3-4- T (toggle) tipi Flip - Flop : Sembolü İç Yapısı Doğruluk Tablosu T Uyarım Tablosu Qn Qn+1 Qn Qn+1 T Şekil 3.4 T tipi flip flop sembolü, iç yapısı, doğruluk tablosu T tipi FF'de J-K tipi FF'un giriş ucalarının birleşiminden meydana gelmiştir. T FF'a clock palsi uygulandığında girişindeki bilginin değilini çıkışa verir. Yukarıda T tipi FF 'un iç yapısı doğruluk tablosu ve uyarım tablosu görülmektedir J - K tipi Flip - Flop : Sembolü İç Yapısı Uyarım Tablosu Qn Qn+1 J K X X 1 0 X X 0 Şekil 3.5 JK tipi flip flop sembolü, iç yapısı, doğruluk tablosu 3-6- Master - Slave tipi Flip - Flop : Sembolü İç Yapısı Şekil 3.6 MS tipi flip flop sembolü, iç yapısı 24

25 4- SAYICILAR Sayıcılar flip-flop'lardan oluşmaktadırlar. İki gruba ayrılırlar, bunlar Senkron ve Asenkron sayıcılardır. Asenkron sayıcılar Senkron sayıcılara nazarn daha yavaş çalışırlar. Bunun sebebi ise flip flop 'ların birbirlerini tetiklemesidir. Bu da zaman kaybına yol açar. Senkron sayıcılarda ise tüm flip flop 'lar aynı anda tetiklenirler. Bu yüzden Senkron sayıcılar Asenkron sayıcılara göre daha fazla tercih edilirler. Sayıcılar birde yukarı ve aşağı sayıcılar diye ikiye ayrılırlar. Her clock palsinde çıkıştaki binary sayı artan sayıcılara yukarı sayıcı, azalan sayıcılara da aşağı sayıcı. denir Asenkron Sayıcılar : Şimdi 4 bit (4 çıkışlı) asenkron sayıcıyı ele alalım. 4 bit sayıcı için dört adet flip flop kullanacağız. Aşağıda 4 bit asenkron sayıcının çizimi ve çıkış tablosu görülmektedir. Şekil 4.1 Asenkron yukarı sayıcı devre şeması ve lojik analiz tablosu Yukarıda da görüldüğü gibi asenkron sayıcılarda flip flop'lar ard arda yani seri bağlanmıştır. Flip flop 'ların Q çıkışları kendinden sonra gelen flip flop'un clock ucuna bağlanmıştır. Bu durum sayıcıda yavaşlamaya sebep olur. Devrenin altında görülen grafik ise flip flop'ların çıkış grafiğidir. Grafikteki yükselmeler çıkışın 1 olduğunu düşmeler ise çıkışın 0 olduğunu temsil eder. Grafikten de anlaşılacağı gibi A çıkışı clock palsinin, B çıkışı A çıkışının, C çıkışı B çıkışının ve C çıkışı da D çıkışının yarı frekansı kadardır. Aşağı sayıcı yapılmak istenirse devre çizimindeki flip flop'ların Q çıkışından clock uclarına yapılan bağlantılar Q' 'den alınmalıdır. Çıkış tablosuda yandaki tablonun aşağıdan yukarı doğru okunan halidir. 25

26 4-2- Senkron Sayıcılar : Şimdi 4 bit (4 çıkışlı) senkron sayıcıyı ele alalım. 4 bit sayıcı için dört adet flip flop kullanacağız. Aşağıda 4 bit senkron sayıcının çizimi ve çıkış tablosu görülmektedir. Şekil 4.2 Asenkron yukarı sayıcı devre şeması ve lojik analiz tablosu Yukarıdaki devre çizimine bakıldığında senkron sayıcının asenkron sayıcıya göre biraz daha karışık olduğu anlaşılabilir. Yine yukarıda görüldüğü gibi tüm flip flop'ların clock ucları bir birlerine bağlıdır. Yani hepsi aynı anda clock palsi alırlar.bu da devrenin çalışmasına hız kazandırır. Devrenin altında görülen grafik ise flip flop'ların çıkış grafiğidir. Grafikteki yükselmeler çıkışın 1 olduğunu düşmeler ise çıkışın 0 olduğunu temsil eder. Grafikten de anlaşılacağı gibi A çıkışı clock palsinin, B çıkışı A çıkışının, C çıkışı B çıkışının ve C çıkışı da D çıkışının yarı frekansı kadardır. Eğer aşağı sayıcı yapılmak istenirse devredeki Ve kapısının giriş ucları flip flop'ların Q uclarından değilde Q' uclarından alınmalıdır. Tablosu ise yukarıdaki tablonun aşağıdan yukarı doğru okunuşudur. 26