DENEY 4: SERİ VE PARALEL DEVRELER,VOLTAJ VE AKIM BÖLÜCÜ KURALLARI, KIRCHOFF KANUNLARI

Transkript

1 A. DNYİN AMACI : Bast ser ve bast paralel drenç devrelern analz edp kavramak. Voltaj ve akım bölücü kurallarını kavramak. Krchoff kanunlarını deneysel olarak uygulamak. B. KULLANILACAK AAÇ V MALZML : 1. DC güç kaynağı, 2. Multmetre, 3. Protoboard, 4. Değşk drençler, 5. Ayarlı drenç C. DNY İL İLGİLİ ÖN BİLGİ: BASİT Sİ DİNÇ DVLİ: I + V V V n - Şekl 1. Bast Ser Devre n genel manada, Şekl 1 dek gb br ser devre şu şeklde analz edlr: - şdeğer drenç: eş n 1 - Devreden akan toplam akım: I eş - Her br drenç üzernden akan akımlar: I I... I I - Her br drencn uçlarındak voltajlar: V I. =1, 2,, n - Voltaj denges: n 1 V - Kaynağın devreye verdğ güç: P I. 1 2 n 1

2 - Her br drenç üzernde harcanan güç: P I. V =1, 2,, n - Güç Denges: P P n 1 - Voltaj Bölücü Kuralı: Voltaj bölücü kuralı, br devrede brbrne ser bağlanmış drençlere at voltajların hesaplanması çn gelştrlmş bast ve pratk br kuraldır. Buna göre, - Drençlern uçlarındak toplam voltaj: - Voltaj denges: n 1 V - Her br drenç üzerndek voltaj: V. =1, 2,, n (Voltaj Bölücü formülü) BASİT PAALL DİNÇ DVLİ: I eş I 2 I 2 I n + V V V n - Şekl 2. Bast paralel devre n genel manada, Şekl 2 dek gb br paralel devre şu şeklde analz edlr: - şdeğer drenç: eş n Devreden akan toplam akım: I eş - Her br drencn uçlarındak voltajlar: V V... V 1 2 n 2

3 - Her br drenç üzernden akan akımlar: - Akım denges: I n 1 I - Kaynağın devreye verdğ güç: P I. I V =1, 2,, n - Her br drenç üzernde harcanan güç: P I. V =1, 2,, n - Güç Denges: P P n 1 - Akım Bölücü Kuralı: Akım bölücü kuralı, br devrede brbrne paralel bağlanmış drençlere at akımların hesaplanması çn gelştrlmş bast ve pratk br kuraldır. Buna göre, - Drençlern uçlarındak toplam akım: I - Akım denges: I n 1 I - Her br drenç üzernden akan akım: eş I I =1, 2,, n (Akım Bölücü formülü) KICHOFF KANUNLAI: Devre analznde Ohm kanunundan sonra kullanılan en temal yasalardan brsdr. Krchoff un k temel kanunu vardır: - Krchoff Akım Kanunu (KAK): Krchoff akım kanununa göre br düğüme (veya br kapalı alana) gren ve çıkan akımların toplamı brbrne eşttr. (Düğüm: n az k drencn uçlarının brleştğ noktalardır) - Krchoff Voltaj Kanunu (KVK): I gren Içkan Krchoff voltaj kanununa göre br kapalı yol üzernde bulunan elemanların üzerndek voltajların toplamı sıfırdır. Bast br devre çn: V 0 3

4 AYALI DİNÇ: Ayar düğmes Ayar düğmes b b a b c b c a a (a) (b) (c) Şekl 3. Değşk şekllerde üretlen ayarlı drenç türler: a) Tek turlu ayarlı drenç, b) Trmer (veya trmpot), c) Doğrusal ayarlı drenç. Ayarlı drenç, üzernde bulunan br ayar düğmes vasıtasıyla stenlen değerde drenç elde edlmesn sağlayan üç uçlu br devre elemanıdır (Şekl 3). Örneğn 100 luk br ayarlı drenç le [0-100 ] arasında herhang br drenç değer ayarlamak mümkündür. Aşağıda ayarlı drencn sembolü ve uçları arasındak drenç değer lşks görülmektedr: ac = ab + bc = 100 Ayarlı drencn üstten görünümü ve uçlarının harflendrme şekl Ayarlı drenç üzernde bulunan ayar kısmı sağa-sola çevrlerek ab ve bc değerler stenlen şeklde değştrleblr. Örneğn 100 luk br ayarlı drençte ayar kısmı en solda ken uçlara at drenç değerler ab =100 ve bc =0 şeklndedr. Ayar kısmı br çeyrek tur (1/4) sağa çevrldğnde ab =75 ve bc =25, br yarım tur (2/4) sağa çevrldğnde ab =50 ve bc =50, üç çeyrek tur (3/4) sağa çevrldğnde ab =25 ve bc =75 veya br tam tur sağa çevrldğnde se ab =0 ve bc =100 olur. Bununla brlkte, ayar kısmı ne şeklde değştrlrse değştrlsn, a-c uçları arasındak drenç her zaman sabttr, yan ac =100 dur.) Not: Br ayarlı drencn her zaman üç ucunun brden kullanımı zorunlu değldr. Yalnızca a-b veya yalnızca b-c uçlarını da kullanablrsnz. Bunun çn göz önüne aldığınız k ucu ohmmetre yardımıyla stedğnz değere ayarlayarak kullanınız. 4

5 Ayarlı drencn k temel kullanım şekl vardır: 1. Voltaj bölücü olarak: Bu durumda, ayarlı drenç potansyometre veya kısaca pot olarak adlandırılır. Voltaj bölücü kuralından V ab ab ab ve ab bc ac V bc bc bc şeklnde hesaplanır ( V ab Vbc ). ab bc ac 2. Akımı kontrol etmek çn: Bu durumda ayarlı drenç reosta olarak adlandırılır. Ayarlı drenç, reosta olarak kullanıldığında dıştak uçlardan brs orta uç le brleştrlr. Böylece kullanılan uç sayısı kye ner. Yandak şeklde b ve c uçları brleştrlmştr. Bu durumda bu uçlar arasındak drenç kısa devre olur, yan bc =0. Gerye yalnızca a le b uçları arasındak ab drenc kalır. Ayar tuşu le ab drenc stenlen değere ayarlanarak devreden akan akım değştrleblr: - b ve c uçları brleştrlmeden önce devreden akan akım değer: I : sabt ab bc ac - b ve c uçları brleştrldkten sonra devreden akan akım değer: I : değşken * KAYNAKLA: Prncples of lectrc Crcuts (Floyd), Introductory Crcut Analyss (Boylestad), Lessons n lectronc Crcuts (Kuphaldt). ab 5

6 D. DNY BASAMAKLAI: 1. Bast ser devre deney. Aşağıda verlen devrey göz önüne alınız. - Hesaplama Adımı: Şekl 4. Üç drençten oluşan bast ser devre. a) Devrey hesapla analz ederek Tablo 1 doldurunuz. Tablo 1 Voltaj Voltaj polartes Akım Akım yönü Güç

7 b) Drençlern üzerndek voltajları voltaj bölücü kuralı yardımıyla yenden hesaplayınız. - Ölçme Adımı: a) Devrede bulunan her br elemana at ölçümler yaparak Tablo 2 y doldurunuz. (Not: Güç sütunu yne hesapla doldurulacaktır.) Tablo 2 Voltaj Voltaj polartes Akım Akım yönü Güç (P=V.I) b) Tablo 1 le Tablo 2 dek sonuçları karşılaştırınız. Farklılıklar varsa nedenn araştırınız. c) Tablo 2 dek değerler göz önüne alarak voltaj ve güç dengelernn sağlanıp sağlanmadığını gösternz. 7

8 d) Şekl 4 tek devre çn KVK denklemn yazınız (Bunun çn kaynak voltajını poztf ve drenç voltajlarını negatf kabul ederek toplayınız). Tablo 2 de ölçtüğünüz voltaj sütunundak değerler göz önüne alarak bu denklemnn doğruluğunu gösternz. e) Tablo 2 dek ölçüm sonuçlarını göz önüne alarak her br drenç çn ohm kanununun sağlandığını gösternz. 2. Bast paralel devre deney. Aşağıda verlen devrey göz önüne alınız. - Hesaplama Adımı: Şekl 5. Üç drençten oluşan bast paralel devre. a) Devrey hesapla analz ederek Tablo 3 doldurunuz. 8

9 Tablo 3 Voltaj Voltaj polartes Akım Akım yönü Güç b) Drençlern üzerndek akımları akım bölücü kuralı yardımıyla yenden hesaplayınız. - Ölçme Adımı: a) Devrede bulunan her br elemana at ölçümler yaparak Tablo 4 ü doldurunuz. (Not: Güç sütunu yne hesapla doldurulacaktır.) 9

10 Tablo 4 Voltaj Voltaj polartes Akım Akım yönü Güç (P=V.I) b) Tablo 3 le Tablo 4 tek sonuçları karşılaştırınız. Farklılıklar varsa nedenn araştırınız. c) Tablo 4 tek değerler göz önüne alarak voltaj ve güç dengelernn sağlanıp sağlanmadığını gösternz. d) Şekl 5 tek devre çn KAK denklemn yazınız ve Tablo 4 te ölçtüğünüz akım sütunundak değerler göz önüne alarak bu denklemnn doğruluğunu gösternz. d) Tablo 4 tek değerlere göre her br drenç çn ohm kanununun sağlandığını gösternz. 10

11 3. Ayarlı drenç deney. lnzde bulunan 1k luk ayarlı drenc göz önüne alınız. Bu deneyde amaç, ayarlı drencn uçları arasındak drenç lşksn ncelemektr. - Hesaplama Adımı: a) ab / bc =3 oranını sağlayan ab ve bc değerlernn hesaplayınız. b) ac / bc =5 oranını sağlayan ab ve bc değerlernn hesaplayınız. c) Ayarlı drenç kullanımının avantajlarını hakkında neler söyleyeblrsnz. - Ölçme Adımı: a) Ayarlı drencn ayar kısmı en solda ken ab, bc ve ac değerlern ohmmetre le ölçerek kaydednz. ab =., bc =., ac =. 11

12 b) Ayarlı drencn ayar kısmı ortada ken ab, bc ve ac değerlern ohmmetre le ölçerek kaydednz. ab =., bc =., ac =. c) Ayarlı drencn ayar kısmı en sağda ken ab, bc ve ac değerlern ohmmetre le ölçerek kaydednz. ab =., bc =., ac =. d) Ayarlı drencn yalnızca a-b uçlarını göz önüne alınız ve ohmmetreden ab =175 ölçecek şeklde ayarlayınız. 4. Potansyometre deney. lmzde yalnızca 9V luk sabt br voltaj kaynağı bulunduğunu ve herhang br ayarlı kaynak bulunmadığını farz ednz. Bununla brlkte herhang br gereksnm çn 5V a htyacınız olsun. - Hesaplama Adımı: a) 9V luk br kaynaktan 5V nasıl elde edersnz? Bunun çn gerekl olan devrey potansyometre kullanmadan (yan k drençl bast ser devre le) çznz. Kullanılacak drençlern değerler arasında nasıl br oran olmalıdır? hesaplayınız. Bu orana göre elnzde uygun drençlern olup olmadığını tespt ednz. (5V luk voltajı, br ucu kaynağın - ucuna bağlı olan drençten elde ednz) b) 9V luk br kaynaktan 5V elde etmek çn gerekl olan devrey 1k luk potansyometre kullanarak tasarlayınız. (5V luk voltajı, b-c uçları arasından elde ednz) 12

13 c) 9V luk br kaynaktan 5V elde etmek çn gerekl olan devrey 2.2k luk potansyometre kullanarak tasarlayınız. (5V luk voltajı, b-c uçları arasından elde ednz) - Ölçme Adımı: a) Yukarıdak hesaplama adımının (b) şıkkındak devrey kurarak 5V luk voltajı elde ednz. Yaptığınız şlemler özet olarak maddeler halnde anlatınız. b) Yukarıda kurduğunuz devrey bozmadan b-c uçları arasındak drenc değştrerek, değşk voltaj değerler elde edeblrsnz. Buna göre stenen ölçümler yaparak Tablo 5 doldurunuz. Tablodak değerler kullanarak V bc=f( bc) grafğn çznz. Tablo 5 bc V bc 5. eosta deney. Şekl 6a da verlen bast reosta devresn göz önüne alınız. eostanın ayarlanan drenc nedenyle devreden akan akım kolayca kontrol altına alınablr. Bununla brlkte bu devrenn 13

14 bu şeklde kullanımı doğru değldr. ğer reostanın ayar kısmı yanlışlıkla en sola çevrlerek drenç değer sıfır yapılırsa bu durumda kaynak (eğer çdrenc de çok küçükse) kısa devre olur. lektrk devrelernde stenmeyen bu durumu önlemek çn reostaya ser (ve değer tasarımcı tarafından belrlenen) br drenç bağlanır (Şekl 6b). (a) (b) Şekl 6. a) Bast reosta devres (pratkte kullanımı uygun değl), b) Pratkte kullanılablr reosta devres. - Hesaplama Adımı: Şekl 6b dek devrede, herhang br değerde I akımı akıtmak çn reostanın drencnn ne olması gerektğn formülze ednz. Bu formül yardımıyla =11V ve s =100 seçerek, devreden 10mA lk br akım akması çn gerekl olan reosta drencn hesaplayınız. - Ölçme Adımı: a) Şekl 6b de verlen devrey 1k luk reosta ve s =100 çn protoboard üzerne kurunuz. Devreden akan akımı ölçmek çn uygun br yere ampermetre bağlayınız. Ampermetrede sırası le 1, 2, 5, 8 ve 10mA değerler okunacak şeklde reostayı ayarlayınız ve bu değerler Tablo 6 ya kaydednz. Tablo 6 Devreden akan akım (=11V çn) 10mA 15mA 20mA 30mA 40mA bc 14

15 b) eostanın pratktek kullanımına örnek olması bakımından br LD devres tasarlayacağız (Şekl 7). LD, üzernden akan akım le verdğ ışık mktarı doğru orantılı olan br devre elemanıdır. Buna göre LD üzerndek akım artarsa verdğ ışık mktarı artar, akım azalırsa verdğ ışık mktarı azalır. Bununla brlkte, büyük akım değerlernde LD n zarar görmemes çn üzernden geçen akımın sınırlanması gerekr. Bast LD ler çn 10mA y br üst sınır değerdr. Hem devreden ve hem de LD üzernden akan akım 10 I s s olduğuna göre, LD korumak çn s 10 I 10mA olmalıdır. Buradan uygun s ve değerler çn s 1000 şartı elde edlr. Buna göre reostayı 10 k ve s drencn 1k olarak seçtğmz düşünelm. eostanın mnmum drenç değer olan =0 çn akım değer I=10mA ve maksmum değer olan =10k çn akım değer I=0.9mA olarak elde edlr. O halde lk durum çn LD çok parlak br şeklde yanarken, knc durumda LD n ışığı azalacaktır. Şekl 7. Pratk ve bast br LD devres. Şekl 7 dek devrey protoboard üzerne kurunuz. eostanın ayarını mnmumdan maksmuma değştrerek, LD n ışığındak değşm gözleynz. eostanın maksmum değer çn eğer LD sönmüyorsa, devreye üçüncü br drenc ser bağlayınız. Böylece devredek toplam drenç mktarı artacak ve akan akım azalarak LD n ışığını azaltacaktır. Üçüncü drenc 1k dan 8k a kadar değerler arasında değştrnz. LD n tamamen sönüp sönmedğ hakkında gözlemlernz yazınız. LD hala sönmed se neler yapılablr? Bu deney hakkındak gözlemlernz anlatınız. 15

16 . DNY SONASI ÖDV: 1. Şekl 3 te sık kullanılan üç çeşt ayarlı drenç görülmektedr. Bununla brlkte, pyasada daha başka çok sayıda ayarlı drenç türler bulunmaktadır. Şekl 3 tek ve dğer türler üzernde araştırma yapınız. Her türe at en az br resm ekleyerek, kullanım alanlarını yazınız. 2. Günlük hayatta kullandığınız chazları nceleynz. Bu chazların üzernde çok sayıda ayarlı drenç kullanıldığını fark edeceksnz. Bu şeklde chaz adı - ayarlı drencn görev şeklnde en az sekz tane örnek yazınız. 3. Şekl 7 dek devrede akımı sınırlamak yerne sgorta bağlansa d, kaç amperlk sgorta kullanmak gerekecekt? Sgortalar üzerne araştırma yapınız. Değşk sgorta türlerne at en az br resm ekleyerek, kullanım alanlarını yazınız. 4. Aşağıda protoboard üzerne rastgele yerleştrlen beş tane drenc göz önüne alınız. Bu drençlern arasına teller öyle yerleştrnz k, protoboard ın yanında verlen devre elde edlsn. (Teller protoboard üzerne kırmızı kalemle çznz) 5. Aşağıda protoboard üzerne rastgele yerleştrlen beş tane drenc göz önüne alınız. Bu drençlern arasına teller öyle yerleştrnz k, protoboard ın yanında verlen devre elde edlsn. (Teller protoboard üzerne kırmızı kalemle çznz) 16

17 6. Aşağıdak devre şeması ve onun baskı devre plakası üzerne lehmlenmş haln dkkatlce nceleynz. a) Yukarıda verlen örneğe uygun olarak, aşağıda verlen baskı devres nceleynz ve devre şemasını çznz. b) Aşağıda verlen baskı devres nceleynz. Bu plaka üzernde toplam dört tane ser drenç devres bulunmaktadır. Buna göre, hang uçlar arasında ne tür devreler bulunduğunu çznz. 17

18 7. Beş drençten oluşan ser br devrede, ampermetre kullanılarak lk drencn üzernde 2 ma lk br akım ölçülmektedr. Buna göre, a) Dördüncü drenç üzerndek akımın mktarı hakkındak yorumunuz nedr? Neden? b) Devreye lave herhang br altıncı drenç eklendğnde brnc drenç üzernde akan akımın değer nasıl değşr? Neden? 8. Dört drençten oluşan br ser devrede, devreye lave herhang br beşnc drenç eklendğnde lk dört drenç üzerndek voltaj değerler nasıl değşr? Br örnek devre göz önüne alarak anlatınız? 9. Ser br devrede 1k, 2.2k ve 3.3k luk üç drenç bulunmaktadır. Bu devrede en büyük voltaj hang drenç üzerne düşer? Anlatınız. 10. Aşağıdak ser drenç kombnasyonlarından hangs, 100V luk br kaynağa bağlandığında kaynaktan daha fazla güç çeker? Neden? a) br tane 100 b) k tane 100 c) üç tane Br ser drenç devresne ampermetre bağlandığında, eğer ölçü aletnde 0A ölçülüyorsa bunun sebeb ne olablr? 12. Br ser drenç devresne ampermetre bağlandığında, eğer ölçü aletnde olması gerekenden daha fazla br akım değer ölçülüyorsa bunun sebeb ne olablr? 13. Aşağıdak şeklde verlen devrede ölçü aletler le ölçülen değerler nceleynz. Bu devrede nasıl br sorun vardır ve bu sorun nasıl gderleblr? 18

19 14. Aşağıdak şeklde verlen devrede ölçü aletler le ölçülen değerler nceleynz. Bu devrede nasıl br sorun vardır ve bu sorun nasıl gderleblr? 15. Aşağıda protoboard üzerne rastgele yerleştrlen beş tane drenc göz önüne alınız. Bu drençlern arasına teller öyle yerleştrnz k, protoboard ın yanında verlen paralel devre elde edlsn. (Teller protoboard üzerne kırmızı kalemle çznz) 19

20 16. Aşağıda verlen baskı devres nceleynz. Bu plaka üzernde toplam k tane paralel drenç devres bulunmaktadır. Buna göre, hang uçlar arasında ne tür devreler bulunduğunu çznz. 17. Br paralel drenç devresnde drençlerden brs devreden çıkarıldığında eşdeğer drencn değer nasıl değşr? Cevabınızı br örnekle spat ednz. 18. Br paralel devrede toplam akımda meydana gelen an br azalma (sıfıra düşmüyor), devrede nasıl br sorun meydana geldğn gösterr? Cevabınızı br örnek le açıklayınız. 19. Şekldek devrede drençlerden br tanes açık devredr. Hang drencn açık devre olduğunu hesap le spat ednz. 20. Aşağıdak şeklde verlen devrede ölçü aletleryle ölçülen değerler nceleynz. Bu devrede nasıl br sorun vardır ve bu sorun nasıl gderleblr? 20

21 21