İÇİNDEKİLER. Direncler 1 8. Kondansatörler Kırpıcı, Kenetleyici ve Gerilim Çoklayıcı Uygulamaları Transistör Karakteristikleri 40 45

Transkript

1 İÇİNDEKİLE DENEYİN AD SAYFA NO Direncler 8 Kondansatörler 9 7 Elektrik Devre Kanunları (Ohm ve Kirşof Kanunları) 8 22 Diyot Karakteristiğinin Çıkartılması Doğrultucu Uygulamaları Kırpıcı, Kenetleyici ve Gerilim Çoklayıcı Uygulamaları Transistör Karakteristikleri Transistör Öngerilimleme Devreleri Zener Diyot Karakteristiğinin Çıkartılması Zener Diyotlu egülatör Devresi A Sınıfı Yükselteç Devresi 6 67 Sınıfı Yükselteç Devresi Faz Kaymalı Oilatör Astable Multivibratör 77 8 olpitts Osilatör Kristalli Osilatör TEKOELEKTONİK

2 KONU DENEY AD : DİENÇ E KONDANSATÖ DENEYLEİ : DİENÇLE DENEY NO: Giriş: Elektrik akımının geçişine karşı gösterilen zorluk Direnç olarak tanımlanır. Çevremizde gördüğümüz her madde elektriksel olarak bir direnç değerine sahiptir. u direnç değeri, maddenin elektriksel özelliğinde belirleyicidir. Direnç, elektriksel bir büyüklüğe verilen isim olup, aynı zamanda elektronik devrelerde akım sınırlamak amacıyla kullanılan devre elemanını da ifade etmektedir. Dirençler akım sınırlama işleminin yanı sıra gerilim bölme amacıyla da kullanılır. Dirençleri, sabit değerli ve ayarlanabilir olmak üzere iki gruba ayırmak mümkündür. unların yanında, çeşitli fiziksel büyüklüklerden etkilenen ve bu etki sonucunda değeri değişen fotodirenç (ışık duyarlı), termistör (ısı duyarlı) ve D (gerilim duyarlı) gibi dirençler de bulunmaktadır. Değişik teknikler kullanılarak karbon dirençler, film dirençler ve tel dirençler üretilmektedir. Karbon dirençler ucuz maliyetli ancak yüksek toleranslıdırlar. Film dirençlerin maliyeti daha pahalı olmakla beraber çok küçük tolerans değerlerinde üretilebilmektedirler. Tel dirençler ise yüksek güçlü dirençler olup fiziki boyutları oldukça büyüktür. Potansiyometre Trimpot Sabit direnç sembolleri Ayarlı direnç sembolleri Şekil.: Direnç sembolleri Küçük güçlü sabit dirençler üyük güçlü sabit dirençler Şekil.2: Sabit direnç görünüşleri Potansiyometreler Trimpotlar Şekil.3: Ayarlı direnç görünüşleri TEKOELEKTONİK -

3 Hesaplama ve devre şemalarında harfi ile gösterilen dirençlerin değeri Ω (OHM) birimi ile ifade edilir. Uygulamada bu birimin üst katları olan kω (kiloohm) ve MΩ (MegaOHM) birimleri de kullanılır. u birimler arasındaki ilişki, kω : 0 3 Ω MΩ : 0 6 Ω MΩ : 0 3 kω şeklindedir. ir direncin değeri üzerine rakamsal olarak doğrudan veya renk bantları yardımıyla dolaylı olarak kodlanır. 5W 27Ω J Direncin dayanabileceği maksimum güç harcaması Direncin değeri Direncin toleransı F: ±% G: ±%2 J : ±%5 K: ±%0 M: ±%20 Şekil.4: Dirençlerin rakamsal kodlanması ENK.ANT 2.ANT 3.ANT 4.ANT SAY SAY ÇAPAN TOLEANS SİYAH - 0 x0 0 - KAHEENGİ x0 ±% KMZ 2 2 x0 2 ±%2 TUUNU 3 3 x0 3 - SA 4 4 x0 4 - YEŞİL 5 5 x0 5 ±%0,5 MAİ 6 6 x0 6 ±%0,25 MO 7 7 x0 7 ±%0, Gİ ±%0,05 EYAZ ALTN - - x0 - ±%5 GÜMÜŞ - - x0-2 ±%0 ENKSİZ ±%20 Şekil.5: 4 renkli dirençlerin kodlanması TEKOELEKTONİK - 2

4 Örnek.: Yeşil Mavi Kırmızı Altın ±%5 56x0 2 Ω ±%5 56x00 Ω ±% Ω ±%5 5,6 kω ±%5 ENK.ANT 2.ANT 3.ANT 4.ANT 5.ANT SAY SAY SAY ÇAPAN TOLEANS SİYAH x0 0 - KAHEENGİ x0 ±% KMZ x0 2 ±%2 TUUNU x0 3 - SA x0 4 - YEŞİL x0 5 ±%0,5 MAİ x0 6 ±%0,25 MO x0 7 ±%0, Gİ ±%0,05 EYAZ ALTN x0 - ±%5 GÜMÜŞ x0-2 ±%0 ENKSİZ ±%20 Şekil.6: 5 renkli dirençlerin kodlanması TEKOELEKTONİK - 3

5 Örnek.2: Sarı Mor Kırmızı Kahverengi Kahverengi ±% 472x0 Ω ±% 472x0 Ω ±% 4720 Ω ±% 4,72 kω ±% Dirençlerin Seri ağlanması: Dirençlerin seri bağlanması sonucu oluşan toplam direnç ( T ) artarak en büyük değerli direncin üzerine çıkar. 2 3 n T T n Şekil.7: Seri bağlı dirençlerin eşdeğerinin bulunması Örnek.3: Şekilde verilen bağlantının eşdeğer direncini hesaplayınız. 00ohm 2 400ohm 3 kohm kω000ω T Ω,5kΩ TEKOELEKTONİK - 4

6 Dirençlerin Paralel ağlanması: Dirençlerin paralel bağlanması sonucu oluşan toplam direnç ( T ) azalarak en küçük değerli direncin altına düşer. 2 3 n T T n Şekil.8: Paralel bağlı dirençlerin eşdeğerinin bulunması Örnek.4: Şekilde verilen bağlantının eşdeğer direncini hesaplayınız. 00ohm 2 400ohm 3 kohm kω000ω T T T T (0) , (2,5) 2,5 000 T () ,074Ω 3,5 TEKOELEKTONİK - 5

7 Dirençlerin Karışık ağlanması: Dirençlerin seri ve paralel bağlantıları standart olmasına rağmen, karışık bağlantı için birçok olasılık vardır. u nedenle bir örnek yardımıyla bu ihtimallerden bir tanesi incelenecektir. 00ohm 2 400ohm 3 kohm Paralel bağlantı 00ohm x? X (2,5) () X 2, ,5 000 X Ω 3,5 00ohm x 285ohm Seri bağlantı T Ω X Deney Şeması: 47ohm 2 00ohm T 3.5kohm 4 6.8kohm TEKOELEKTONİK - 6

8 Deney ağlantı Planı: Ω A OM /A/ Ω 47ohm 2 00ohm 3.5kohm 4 6.8kohm P 00kohm -a- A OM /A/ 47ohm 2 00ohm 3.5kohm 4 6.8kohm P 00kohm -b- TEKOELEKTONİK - 7

9 Deneyin Yapılışı: - EL-00 modülünü ana üniteye yerleştirin ve A bloğunu bulun. 2- Deney şemasında verilen devrenin eşdeğer direncini ( T ) hesaplayarak sonucu gözlem tablosuna kaydedin. 3- Deney bağlantı planı -a- da görülen jumper ayarlarını yaparak deney şemasında verilen devreyi kurun. 4- A- noktalarına bağlayacağınız AO metre (Ω konumunda) ile eşdeğer direnci ( T ) ölçüp, sonucu gözlem tablosuna kaydedin. 5- Hesaplama ve ölçüm sonuçlarını dirençlerin toleranslarını da göz önünde bulundurarak kıyaslayın. 6- Potansiyometre ölçümü için -b- bağlantı planını uygulayın. 7- Deney bağlantı planı -b- için potansiyometre milini çevirerek AO metrenin gösterdiği direnç değerini ölçüp, sonucu gözlem tablosuna kaydedin. 8- Farklı direnç bağlantıları için ölçümler tekrarlanabilir. NOT: Direnç ve potansiyometre üzerinde kodlama ile verilen değerler için tolerans farklılıkları olacağını unutmayın. u nedenle hesap ve ölçüm sonuçları arasında küçük farklılıklar olması olağandır. Gözlem Tablosu: T Hesaplanan Ölçülen ağlantı planı -a- için Potansiyometre milininin konumu Minimumda Ortada Maksimumda Direnç değeri ağlantı planı -b- için TEKOELEKTONİK - 8

10 KONU DENEY AD : DİENÇ E KONDANSATÖ DENEYLEİ : KONDANSATÖLE DENEY NO: 2 Giriş: Elektrik yüklerini depolama yeteneğine sahip devre elemanları Kondanstör olarak isimlendirilir. Yapısı oldukça basit olmakla beraber elektrik elektronik devrelerindeki önemi bakımından çok büyük önem taşır. Karşılıklı duran iki iletken plaka arasına kağıt, mika, seramik veya hava gibi yalıtkan izolasyon maddesi konularak yapılır. İletken plakalardan çıkarılan terminaller kondansatörün uçlarını oluşturur. Yalıtkan madde İletken plakalar Şekil 2.: Düzlem plakalı kondansatörün yapısı Hesaplama ve devre şemalarında harfi ile gösterilen kondansatörlerin değeri F (FAAD) birimi ile ifade edilir. u birim kondansatörün elektrik yüklerini depolama kapasitesini gösterdiğinden Kapasite olarak isimlendirilir. Uygulamada bu birimin alt katları olan µf (mikrofaad), nf (nanofaad) ve pf (pikofaad) birimleri kullanılır. u birimler arasındaki ilişki, µf: 0-6 F nf: 0-9 F pf: 0-2 F nf: 0 3 pf µf: 0 3 nf µf: 0 6 pf şeklindedir. ir kondansatöre gerilim uygulandığında, kondansatör plakalarında elektrik yükleri depolanır. Plakalardan biri negatif, diğeri ise pozitif yükleri toplar. Plakalarda toplanan zıt yükler nedeniyle kondansatörün iki ucu arasında bir potansiyel farkı meydana gelir. u olaya kondansatörün şarjı denir. Şarj olayı kondansatör uçlarındaki gerilim kaynak gerilimine eşitlenene dek devam eder. Şarjlı bir kondansatörün direnç gibi başka bir elemana bağlanması neticesinde, plakalardaki yüklerin hareketi ile oluşacak elektrik akımı, plakalardaki yüklerin boşalmasına sebep olur. u olay ise kondansatörün deşarjı olarak isimlendirilir ve uçlar arasındaki gerilim sıfıra düşene dek devam eder. Gerek şarj ve gerekse de deşarj olaylarının gerçekleşmesi için bir sürenin geçmesi gerekir. u süreyi belirleyen büyüklük zaman sabitesi olarak isimlendirilir ve, T. formülü ile ifade edilir. T: Zaman sabitesi (sn) : Kondansatöre seri bağlı elemanın direnci (Ω) : Kondansatörün kapasitesi (F) Kondansatörün tamamen şarj veya deşarj olması için yaklaşık 5T lik bir sürenin geçmesi gerekir. Kondansatörün kapasitesi, plakalarında depoladığı yük ve plakalar arasındaki gerilim arasındaki bağıntı, Q formülü ile ifade edilir. : Kondansatörün kapasitesi (F) Q: Kondansatör plakalarında depolanan yük (oulomb) : Kondansatör plakaları arasındaki gerilim () TEKOELEKTONİK - 9

11 Kondansatörün kapasitesi fiziksel boyutları ile doğrudan ilişkilidir. Düzlem plakalı bir kondansatörün kapasitesi, ε. 8,85. S r 2 0.d formülü ile ifade edilir. : Kondansatörün kapasitesi (Farad) ε r : İletken plakalar arasındaki yalıtkanın bağıl dielektrik katsayısı S: İletken plakaların karşılıklı birbirini gören yüzey alanı (m 2 ) d: İletken plakalar arsındaki yalıtkan maddenin kalınlığı (m) una göre bir kondansatörün kapasitesi, iletken plakaların karşılıklı duran yüzey alanı ile doğru orantılı ve iletkenler arasındaki yalıtkan maddenin kalınlığı ile ters orantılı olarak değişir. Kutupsuz kondansatör Kutuplu kondansatör aryabl Trimer Sabit kondansatör sembolleri Ayarlı kondansatör sembolleri Şekil 2.2: Kondansatör sembolleri Kutupsuz kondansatörler Kutuplu (elektrolitik) kondansatörler Şekil 2.3: Sabit kondansatör görünüşleri Şekil 2.4: Ayarlı kondansatör görünüşleri TEKOELEKTONİK - 0

12 Dirençler D ve A gerilimler için aynı değer ve özellikleri gösterirken, kondansatörler için durum daha farklıdır. İdeal bir kondansatör, D gerilim altında açık devre ve A gerilim altında kısa devre özelliğine sahiptir. D gerilim uygulamalarında gerilim sabitleme, parazit giderme ve zaman gecikmesi elde etmek amacıyla; A gerilimde ise filtre, kuplaj ve osilatör devrelerinde kullanılır. A gerilim altında çalışan kondansatörün direnci Kapasitif eaktans olarak isimlendirilir ve X şeklinde ifade edilir. ir kondansatörün kapasitif reaktansı, X 2. π.f. X : Kondansatörün kapasitif reaktans (Ω) f : Frekans (Hz) : Kondansatörün kapasitesi (F) Çalışma geriliminin kondansatör üzerinde yazan değeri aşması veya kutuplu bir kondansatöre ters yönde gerilim verilmesi elemanın bozulmasına neden olacaktır. u nedenle kondansatörler ile çalışırken üzerinde yazan dayanma gerilimi ve eğer varsa kutuplarına mutlaka dikkat edilmelidir. ir kondansatörün değeri üzerine rakamsal olarak doğrudan ya da yine rakamlar veya renk bantları yardımıyla dolaylı olarak kodlanır. enk kodlamalı kondansatörler günümüzde çok ender karşımıza çıktığından burada açıklanmayacaktır. Negatif kutbu işaret eder Toleransı ifade eder Kondansatörün kapasitesi Maksimum çalışma sıcaklığı : ± % 0, H: ± % 3 Maksimum dayanma gerilimi : ± % 0,25 J: ± % 5 D: ± % 0,5 K. ± % 0 E: ± % 0,5 M: ± % 20 F: ± % N: ± % 0,05 G. ± % 2 Şekil 2.5: Elektrolitik (kutuplu) kondansatörlerin kodlanması n 0p nf 0pF 33pF 0,82µF Şekil 2.6:Kutupsuz kondansatörlerin kodlanması Dirençlerin kodlamasına benzer. İlk iki rakam aynen yazılır ve bunların sonuna üç.üncü rakamın değeri kadar sıfır ilave edilir. Sonuç pf cinsinden okunur. 04: pF00nF0,µF TEKOELEKTONİK -

13 Kondansatörlerin Seri ağlanması 2 3 n T T n Şekil 2.7: Seri bağlı kondansatörlerin eşdeğerinin bulunması Seri bağlantıda kondansatörler üzerinde depolanan yükler birbirine eşit olup aynı zamanda toplam yükü de ifade eder. Devreden geçen akım kondansatörleri şarj eder. Şarj işlemi sonucunda küçük kapasiteli kondansatör üzerinde yüksek, büyük kapasiteli kondansatör üzerinde ise küçük gerilim düşümü olur. unun nedeni, akımın her bir kondansatörde eşit miktarda elektrik yükü meydana getirmesi, aynı miktar yüklerin ise büyük kapasitede küçük gerilime, küçük kapasitede ise büyük gerilime yol açmasıdır. Örnek 2.: Şekilde verilen bağlantıda eşdeğer kapasiteyi ve her kondansatör üzerine düşen gerilimi hesaplayınız nF uf 3.3uF 2 470nF0,47µF T ,47 (7) + + (3,3) 3,3 () T 7 3,3 3, ,3 3,3,3 3,3 T 3,3,3 0,292µ F 0, F TEKOELEKTONİK - 2

14 Q T T. (0, F).(2) 3,5.0-6 Q Q Q Q T 2 Q Q Q 3 3,5.0 3,5.0 3, (0,47.0 (.0 6 (3,3.0 6 ). 6 ). 2 ) ,5.0 7,44 6 0,47.0 F 6 3, ,5 6.0 F 6 3,5.0 3,06 6 3,3.0 F ,44 + 3,5 +,06 2 Kondansatörlerin Paralel ağlanması 2 3 n T T 2 3 n Şekil 2.8: Paralel bağlı kondansatörlerin eşdeğerinin bulunması TEKOELEKTONİK - 3

15 Örnek 2.2: Şekilde verilen bağlantıda eşdeğer kapasiteyi ve her kondansatör üzerine düşen gerilimi hesaplayınız nF 2 uf 3 3.3uF 470nF0,47µF T + + 0, , 3 4,77µ F Kondansatörlerin Karışık ağlanması Kondansatörlerin seri ve paralel bağlantıları standart olmasına rağmen, karışık bağlantı için birçok olasılık vardır. u nedenle bir örnek yardımıyla bu ihtimallerden bir tanesi incelenecektir. 3.3uF 2 2 uf 3 470nF Paralel bağlantı 3.3uF 2 x? 470nF0,47µF X + + 0, 47,47µ F 2 3 TEKOELEKTONİK - 4

16 TEKOELEKTONİK Deney Şeması: Seri bağlantı GND +2 S 000uF 2 470uF 3 00uF 4 47uF 3.3uF.47uF 2 x 8,3 8,3 3,7 Q Q Q 2,9.0 Q F,06.0 F, X X X T -6 T -6 T T µ X X X X X T (3,3) (,47) X,47.0 2,9.0 Q. Q 3,3.0 2,9.0 Q. Q F).(2) (, ,77 4,85 4,85 4,77 4,85 3,3 4,85,47,47 3,3 +

17 ağlantı planı: S +2 OM /A/ 47uF 2 00uF 3 470uF 4 000uF GND -a- S +2 47uF 2 00uF 3 470uF 4 000uF GND -b- Deneyin Yapılışı: - EL-00 modülünü ana üniteye yerleştirin ve bloğunu bulun. 2- Deney şemasında verilen devrenin eşdeğer kapasitesini ( T ) hesaplayarak sonucu gözlem tablosuna kaydedin. 3- Deney bağlantı planı -a- da görülen jumper ayarlarını yaparak deney şemasında verilen devreyi kurun. Devreye gerilim uygulamayın. 4- AO metreyi kapasitemetre konumuna alarak eşdeğer eşdeğer kapasiteyi ( T ) ölçüp, sonucu gözlem tablosuna kaydedin. 5- Hesaplama ve ölçüm sonuçlarını kondansatörlerin toleranslarını da göz önünde bulundurarak kıyaslayın. 6- Deney şemasında verilen devrede her bir kondansatör üzerine düşen gerilimi hesaplayarak sonucu gözlem tablosuna kaydedin. 7- Deney bağlantı planı -b- de görülen S anahtarını kapatarak 2 luk kaynak gerilimini devreye uygulayın. 8- Her bir kondansatör üzerinde düşen gerilimi ölçerek sonuçları gözlem tablosuna kaydedin. 9- Hesaplama ve ölçüm sonuçlarını kondansatörlerin toleranslarını da göz önünde bulundurarak kıyaslayın. TEKOELEKTONİK - 6

18 Gözlem Tablosu: T Hesaplanan Ölçülen ağlantı planı -a- için Kondansatör gerilimleri Hesaplanan Ölçülen ağlantı planı -b- için TEKOELEKTONİK - 7

19 KONU DENEY AD : ELEKTİK DEE KANUNLA : OHM E KİŞOF KANUNLA DENEY NO: 3 Giriş: İletken: Elektrik akımını bir noktadan başka bir noktaya ileten elemanlardır. Elektronik devrelerde ucuz ve kolay bulunabilir olması nedeni ile bakır iletkenler kullanılır. Yalıtkan: Elektrik akımını iletmeyen elemanlara yalıtkan madde denir. Kauçuk en iyi yalıtkan maddedir. Yarıiletkenler: İletkenler ile yalıtkanlar arasında yer alırlar. Germanyum ve silisyum yarıiletken maddelere örnek gösterilebilirler. Yarıiletkenler, diyot, transistor ve tristör gibi adını sayamayacağımız birçok elektronik devre elemanının yapımında kullanılırlar. Gerilim: Herhangi bir olay sonucunda iki nokta arasında meydana gelen potansiyel farkına Elektromotor Kuvvet (kısaca EMK ) denir. Elektro motor kuvveti meydana getiren etken kimyasal (piller ve aküler), mekanik (alternatörler ve dinamolar ) veya fiziksel olabilir. Elektromotor kuvvetin birimi olt' tur. ir kaynağa bağlandığında "Gerilim kaynağı" adını alır. irimi olt () tur. k0 3 µ0-3 m 0 3 m µ0-6 m0 3 µ m0-3 Gerilim kaynakları D (doğru gerilim) ve A (Alternatif gerilim) olmak üzere iki ana gruba ayrılır. Piller ve akümülatörler D gerilim kaynaklarıdır., , gibi değişik değerlerde gerilime sahip çeşitleri bulunur. ( + ) ve ( - ) uçları vardır. u kaynaklar, gerilim değerleri ile birlikte verilen Amper Saat (Ah) cinsinden kapasiteleri ile beraber anılırlar (,5/500mAh veya 2/40Ah vb.). Seri olarak bağlandıklarında toplam gerilim değerleri artar. Akımın artırılması istenilen yerlerde ise paralel olarak bağlanırlar. Akümülatörler, pillere nazaran daha yüksek gerilim ve akım gerektiren uygulamalarda kullanılırlar. Şehir şebekesinde kullanılan gerilim ise A gerilim olup, santrallerden elde edilir. A gerilim, D gerilime nazaran daha az kayıpla taşınabilir. A gerilim elektronik devreler yardımı ile D gerilime dönüştürülebilir. u tür gerilim kaynakları Power Supply (Güç kaynağı) olarak isimlendirilir. Akım: Farklı miktarda elektrik yüküne sahip iki cisim bir iletkenle birleştirilirse, elektron bakımından daha zengin olandan diğerine doğru bir elektron akışı meydana gelir. İki noktanın farklı elektrik yüküne sahip olması demek, bu iki nokta arasında bir potansiyel farkı bulunması demektir. Elektronları harekete geçiren işte bu potansiyel farkıdır ki bu da, serbest elektronların gerilim kaynağının negatif ucundan pozitif ucuna doğru hareket etmesine neden olur. Elektronların bir noktadan diğer bir noktaya akışı elektrik akımını oluşturur. Elektrik akımı birimi Amper (A) dir. A0 3 ma µa0-6 A A0 6 µa ma0-3 A ma0 3 µa µa0-3 ma D Akım (Doğru Akım) Zamana bağlı olarak yönü ve şiddeti değişmeyen akıma doğru akım denilir. t TEKOELEKTONİK - 8

20 A Akım (Alternatif Akım) Zamana bağlı olarak yönü ve şiddeti değişen akıma alternatif akım denir t A akımın (veya A gerilimin) bir alternans süresince almış olduğu bütün değerlerin aritmetik ortalaması Ortalama Değer olarak isimlendirilir. m, m, ort, ort 0, t ort ort 0,636. 0,636. m m A akımın (veya A gerilimin), D akım (veya D gerilim) ile aynı işi yapan değeri Effektif değer olarak anılır., m, m eff, eff 0, t eff eff 0,707. 0,707. m m Elektrik Devre Kanunları OHM Kanunu: Kapalı bir elektrik devresinden geçen akım, devreye uygulanan gerilimle doğru, devrenin direnciyle ters orantılıdır. (Gerilim Kaynağı) + - (Devre akımı) (Devrenin direnci) : Akım (A) : Gerilim () : Direnç (Ω) Şekil 3.: Elektrik devresi ve OHM Kanunu TEKOELEKTONİK - 9

21 KİŞOF Kanunları Akımlar Kanunu: Kapalı bir elektrik devresinde, bir düğüm noktasına gelen akımların toplamı, o noktadan çıkan akımların toplamına eşittir. "a" düğüm noktası + a düğüm noktası için, "b" düğüm noktası 2 b düğüm noktası için, Şekil 3.2: Elektrik devresi ve Kirşof Akımlar Kanunu Akımlar Kanunu: Kapalı bir elektrik devresinde, seri elemanlar üzerinde düşen gerilimlerin toplamı, devreye uygulanan gerilime eşittir Şekil 3.3: Elektrik devresi ve Kirşof Gerilimler Kanunu ir elektrik devresinde herhangi bir eleman üzerinde harcanan güç ise, P. formülü ile hesaplanır. Gücün birimi Watt (W) dır. Örnek 3.: Şekilde verilen devrede, eşdeğer direnci, akım ve gerilim değerlerini, dirençler üzerinde harcanan güçleri hesaplayınız. 500ohm kohm 2 3 6kohm 3 GND 2 3 TEKOELEKTONİK

22 500ohm +0 GND 2 3kohm kohm 3 +0 GND 500ohm X X +2 GND T X X (2) 6 () X 6 2kΩ T X. 2 T , ,5kΩ 0 4mA 2,5kΩ 4mA.0,5kΩ 2 8 2,66mA 3kΩ 3 X X 3 X ,66,34mA OHM Kanunu OHM Kanunu Kirşof Gerilimler Kanunu OHM Kanunu Kirşof Akımlar Kanunu P. P. P mA.2 8mW 2,66mA.8 2,28mW,34mA.8 0,72mW Deney Şeması: 47ohm ohm +2 GND kohm kohm 4 TEKOELEKTONİK - 2

23 ağlantı planı: S ohm 2 00ohm 3.5kohm 4 6.8kohm GND Deneyin Yapılışı: - EL-00 modülünü ana üniteye yerleştirin ve A bloğunu bulun. 2- Deney şemasında verilen devrenin eşdeğer direncini ( T ) hesaplayarak sonucu gözlem tablosuna kaydedin. 3- Deney şemasında verilen devredeki, 2 ve 3 akımlarını hesaplayarak sonucu gözlem tablosuna kaydedin. 4- Deney şemasında verilen devredeki, 2, 3 ve 4 gerilimlerini hesaplayarak sonucu gözlem tablosuna kaydedin. 5- Deney bağlantı planında görülen jumper ayarlarını yaparak deney şemasında verilen devreyi kurun. 6- AO metreyi OHMmetre konumuna alarak devrenin eşdeğer direncini ( T )ölçüp, sonucu gözlem tablosuna kaydedin. 7- Deney bağlantı planında görülen S anahtarını kapatarak 2 luk kaynak gerilimini devreye uygulayın. 8- AO metreyi Ampermetre konumuna alarak, 2 ve 3 akımlarını ölçerek, sonucu gözlem tablosuna kaydedin. 9- AO metreyi oltmetre konumuna alarak, 2, 3 ve 4 gerilimlerini ölçerek, sonucu gözlem tablosuna kaydedin. 0- Hesaplama ve ölçüm sonuçlarını dirençlerin toleranslarını da göz önünde bulundurarak kıyaslayın. Gözlem Tablosu: T Hesaplanan Ölçülen TEKOELEKTONİK

24 KONU DENEY AD : DİYOT DENEYLEİ : DİYOT KAAKTEİSTİĞİNİN ÇKATLMAS DENEY NO: 4 Giriş: Maddenin yapısı Çevremizdeki tüm maddeler atom adı verilen çok küçük parçalardan oluşur. Atom çekirdeği, içinde artı yük taşıyan protonlar ve yüksüz nötronlardan oluşmuştur. Çekirdek etrafındaki yörüngelerde bulunan elektronlar ise eksi yük taşımaktadırlar. Elektronlar, kendi yörüngelerinde bir yandan çekirdek etrafında dönerlerken diğer yandan spin atarak kendi etraflarında dönerle. Atom çekirdeğinin içinde protonlar tarafından taşınan yüklerin miktarı, çevresindeki elektronlar tarafından taşınan yüklerin miktarına eşit olduğundan, atomun kendisi elektriksel olarak nötrdür. Atomun herhangibir yörüngesindeki elektron sayısı 2n 2 formülü ile hesaplanır. urada n ilgili yörüngenin katman numarasıdır. En dış yörüngede bulunan elektronlar valans elektron olarak adlandırılırlar. Maddelerin elektriksel karakteristikleri valans elektronlarının sayısına bakarak açıklanabilir. Atomlarının son yörüngesinde 4 ten az elektron bulunan maddeler iletken, 4 ten fazla elektron bulunan maddeler yalıtkan ve 4 elektron bulunan maddeler ise yarıiletken sınıfına girerler. Silisyum ve germanyum yarıiletken yapımında en çok kullanılan maddelerdir. Günümüzde yaygın olarak silisyum kullanılmaktadır. alans elektron Si Çekirdek Şekil 4. : Silisyum atomunun yapısı alans elektron Si Çekirdek Şekil 4.2 : Silisyum atomunun basitleştirilmiş yapısı Has (Saf) Yarıiletken Has yarıiletken saf haldeki silisyum veya germanyuma verilen isimdir. Has yarıiletkendeki valans elektronların her biri komşu atomdaki bir başka elektron ile kovalent bağ adı verilen kristal yapı oluşturur. öylece her atom son yörüngesinde sanki 8 elektron varmış gibi davranır. unun anlamı ise yapının çok iyi bir yalıtkan özelliğine sahip oluşudur. TEKOELEKTONİK

25 Kovalent bağ Si Si Si Si Si Si Si Si alans elektron Şekil 4.3 : Saf silisyum kristalinin mutlak sıfırdaki yapısı Ancak bahsedilen bu durum mutlak sıfır noktası adı verilen (0 o K veya -273 o ) sıcaklık için geçerlidir. Ortam sıcaklığı mutlak sıfırdan büyük olduğu için, artan sıcaklığa bağlı olarak kovalent bağlardaki bazı elektronlar aldıkları enerji ile yörüngelerinden kurtulup şekil 4.4' de görüldüğü gibi serbest elektron durumuna geçerler. Elektronun terk ettiği yerde delik veya oyuk adı verilen pozitif yüklü yeni bir taşıyıcı meydana gelir. Si Si Si Si Serbest elektron, ısı enerjisi nedeniyle yörüngesini terk eden negatif yüklü akım taşıyıcısıdır. Si Si Si Si Delik, serbest elektronun terk ettiği yerde ortaya çıkan pozitif yüklü akım taşıyıcısıdır. Şekil 4.4 : Saf silisyum kristalinin oda sıcaklığındaki yapısı Normalde elektriksel olarak nötr olan bir atomdan bir elektron serbest kaldığında, bu atom artı yüklü pozitif bir iyona dönüşür. Oda sıcaklığında silisyum ve germanyumda birkaç serbest elektron bulunduğu için (aynı zamanda eşit sayıda delik de bulunur) has yarıiletken tam anlamıyla yalıtkan olmadığı gibi iyi bir iletken de değildir. Katkılama Saf yarıiletken içerisine üç valans elektronlu (bor, galyum veya indiyum gibi) veya beş valans elektronlu elementler (antimon, arsenik veya fosfor gibi) katılarak, yarıiletkenin içinde daha çok delik ve serbest elektron açığa çıkarılır. u işlem katkılama olarak adlandırılırken, dışarıdan ilave edilen üç yada beş valans elektronlu elementlere ise katkı maddesi denir. Katkılama işlemi sonunda yarıiletken maddenin direnci çok büyük ölçüde küçülür. TEKOELEKTONİK

26 N Tipi Yarıiletken Saf silisyum veya germanyumun içine 5 valans elektronlu katkı atomları ilave edilirse, katkı atomlarının valans elektronlarından dördü kristal yapıdaki silisyum veya germanyum atomlarının dört valans elektronu ile kovalent bağ oluşturur. Katkı atomlarının beşinci elektronları girebilecekleri bir kovalent bağ bulamadıklarından açıkta kalırlar. u elektronlar yörüngelerinden kolayca koparak serbest elektron durumuna geçerler. Katkılama işlemi sonucunda, yarıiletken içindeki serbest elektronlar fazlalaşır. Deliklere göre çoğunlukta olan elektronlar "çoğunluk taşıyıcıları", az sayıda olan delikler ise "azınlık taşıyıcıları" olarak adlandırılırlar. Çoğunluk taşıyıcıları elektron ve bunların yükü negatif olduğu için, bu tip yarıiletken n tipi yarıiletken olarak isimlendirilir. Si Si Si Si Sıcaklık etkisi ile açığa çıkmış serbest elektron Si Sb Si Si Sıcaklık etkisi ile açığa çıkmış delik Katkı atomu Katkılama sonucu açığa çıkmış serbest elektron Şekil 4.5 :n tipi yarıiletkenin yapısı P Tipi Yarıiletken Saf silisyum veya germanyumun içine 3 valans elektronlu katkı atomları ilave edilirse, katkı atomlarının 3 valans elektronu kristal yapıdaki silisyum veya germanyum atomlarının üç valans elektronu ile kovalent bağ oluşturur. Katkılama işleminden önce tam olan kovalent bağlardan bazılarında elektron eksikliği diğer söyleyişle delik ortaya çıkar. Delikler de tıpkı elektronlar gibi akım geçişini sağlayan pozitif yüklü taşıyıcılardır. Katkılama işlemi sonucunda, yarıiletken içindeki delikler fazlalaşır. Elektronlara göre çoğunlukta olan delikler "çoğunluk taşıyıcıları", az sayıda olan elektronlar ise "azınlık taşıyıcıları" olarak adlandırılırlar. Çoğunluk taşıyıcıları delik ve bunların yükü pozitif olduğu için, bu tip yarıiletken p tipi yarıiletken olarak isimlendirilir. Si Si Si Si Sıcaklık etkisi ile açığa çıkmış serbest elektron Si Si Si Sıcaklık etkisi ile açığa çıkmış delik Katkı atomu Katkılama sonucu açığa çıkmış delik Şekil 4.6 :p tipi yarıiletkenin yapısı TEKOELEKTONİK

27 P-N Jonksiyon Diyot Saf silisyum veya germanyumdan oluşan bir yarı iletken parçasının bir tarafı p tipi, diğer tarafı ise n tipi olacak şekilde katkılanarak p-n jonksiyon diyot elde edilir. P tipi yarıiletkende çok sayıda delik ve n tipi yarıiletkende ise çok sayıda elektron bulunmaktadır. Jonksiyona (birleşme yüzeyine) yakın olan elektronlar yine jonksiyona yakın olan deliklere doğru hareket edip birleşerek birbirlerini nötr duruma geçirirler. öylelikle jonksiyona yakın olan bölgede serbest taşıyıcılar (elektronlar ya da delikler) azalmıştır. urada sadece artı ve eksi yüklü iyonlar bulunabilir. Elektron kaybetmiş veya almış atom olan iyonların akımın taşınmasında herhangi bir rolü bulunmadığından, bu bölgeye boşaltılmış bölge denir. oşaltılmış bölgedeki artı yüklü iyonlar delikleri, eksi yüklü iyonlar da elektronları ittiği için elektronlar ve delikler arasındaki hareket son bulur. Elektronların ve deliklerin jonksiyondan geçmesini iyonların etkisiyle engelleyen kuvvete engel gerilimi yada daha çok bilinen adı ile eşik gerilimi denir. Eşik gerilimi seviyesi, germanyum diyotlar için 0,2~0,3 ve silisyum diyotlar için 0,6~0,7 civarındadır. oşaltılmış bölge p tipi yarı iletken n tipi yarı iletken Azınlık akım taşıyıcısı elektronlar Azınlık akım taşıyıcısı delikler Çoğunluk akım taşıyıcısı delikler Çoğunluk akım taşıyıcısı elektronlar Negatif iyon durumuna geçmiş katkı atomları Jonksiyon (birleşme yüzeyi) Pozitif iyon durumuna geçmiş katkı atomları Şekil 4.7 : p-n jonksiyon diyotun yapısı Doğru (İleri) Polarma: Diyotun p tipi bölgesinden çıkarılan uç anot ve n tipi bölgesinden çıkarılan uç katot olarak isimlendirilir. Şekil 4.8' de gösterildiği gibi, gerilim kaynağının pozitif kutbu anot ve negatif kutbu katot terminaline bağlanarak diyot doğru polarma edilir. Doğru polarma gerilimi eşik geriliminin üzerinde ise, güç kaynağının artı ucu elektronları çekerken eksi ucu ise elektronları iter. oşaltılmış bölgenin genişliği azalır ve n tipi yarıiletkendeki elektronlar p-n jonksiyonunu geçerek, deliklerle birleşmek için p tipi yarıiletkene girerler. Elektronlar sürekli olarak gerilim kaynağının eksi ucundan artı ucuna doğru bir elektron akışı oluşturacak şekilde hareket ederler. Diyotun p-n jonksiyonuna uygulanan ileri yöndeki polarma gerilimi F şeklinde gösterilen bir ileri yön akımı oluşturur. F ' nin değeri diyota uygulanan gerilim ile doğru ve diyotun iç direnci ile ters orantılıdır Anot Katot F + - Şekil 4.8 : p-n jonksiyon diyotun doğru polarma edilmesi TEKOELEKTONİK

28 Ters Polarma Şekil 4.9' da görüldüğü gibi, gerilim kaynağının pozitif kutbu katot ve negatif kutbu anot terminaline bağlanarak diyot ters polarma edilir. Hem elektronlar, hem de delikler gerilim kaynağı tarafından çekildiklerinden dolayı boşaltılmış bölge genişler. Hiçbir elektron ya da delik birleşmek amacıyla jonksiyonu geçemez. Ters polarma uygulanan bir diyot ideal durumda akım geçirmez. Fakat ısı enerjisi yarıiletkende azınlık elektron-delik çiftleri meydana getirir. u azınlık akım taşıyıcılarının hareketi ile çok küçük bir değerde akım geçişi olur. u akım sızıntı akımı (ters doyma akımı) olarak adlandırılır ve veya S şeklinde gösterilir. Sızıntı akımının değeri ters polarma geriliminin değerine ve sıcaklığa bağlıdır. Her 0 o ' lik sıcaklık artışında sızıntı akımı iki katına çıkar. Aynı sıcaklıkta silisyum diyotun sızıntı akımı, germanyum diyotunkinin sadece % i kadarıdır. Sıcaklığa olan bağımlılığın daha az olması, yarıiletken devre elemanı yapımında silisyumun tercih edilmesinin en önemli sebebidir Anot Katot Şekil 4.9 : p-n jonksiyon diyotun ters polarma edilmesi Ters polarma altındaki sızıntı akımının değeri çok düşüktür. Ancak, uygulanan ters polarma gerilimi çok yüksek olursa (nominal değerinin üzerine çıkarsa), azınlık taşıyıcıları, kovalent bağları etkileyip bozacak ve elektron-delik çiftleri oluşturmaya yetecek kadar önemli miktarda enerji elde etmiş olurlar. Serbest elektronların hareketleri hızlanır, böylece de ters yönde akan akım önemli ölçüde artar. u akıma "çığ akımı" denir. u akımın oluştuğu bölgeye kırılma bölgesi denir. Artan ters polarma nedeniyle oluşan çığ akımı eğer sınırlanmazsa diyot bozulacaktır. Kırılma bölgesinde diyot bozulmadan önce uygulanan maksimum ters yöndeki gerilim ters tepe gerilimi (P) olarak adlandırılır. F Üretici tarafından verilen gerçek bir eğri Kırılma gerilimi T Eşik gerilimi Doğru polarma bölgesi F Ters polarma bölgesi Şekil 4.0 : Diyotun karakteristik eğrisi TEKOELEKTONİK

29 Diyot karakteristiğinden görüleceği üzere, doğru polarma gerilimi eşik gerilimi ( T ) seviyesine ulaşana dek diyot akımı neredeyse sıfırdır. Eşik gerilimi aşıldığında ise hızla iletken olan diyot akım geçirmeye başlar. Diyot akımı arttıkça, diyot üzerinde düşen gerilim de bir miktar artış gösterir. Ters polarma altındaki diyot ise açık devre özelliği gösterip (çok küçük değerli olan sızıntı akımı ihmal edilirse) akım geçirmez. Ancak ters polarma gerilimi diyotun kırılma gerilimi seviyesini aştığında diyot bozulur ve kontrolsüz bir şekilde akım geçirmeye başlar. Anot Katot Şekil 4. : Diyotun sembolü ve çeşitli diyot görünüşleri Deney Şeması: +2 S P 470ohm 330ohm D S2 2 - D D N400 D2 N400 Deneyin Yapılışı: - EL-00 modülünü ana üniteye yerleştirin ve bloğunu bulun. 2- S anahtarını kapatarak devreye enerji verin. 3- Diyotun doğru polarma karakteristiğini çıkarmak üzere, S 2 anahtarını nolu konuma alın. 4- P potansiyometresini minimumdan maksimuma doğru çevirip, düzenli aralıklarla diyot gerilimi ( D ) ve diyot akımını ( D ) ölçüp sonuçları gözlem tablosuna kaydedin. 5- D ve D için ölçülen değerleri grafik üzerinde işaretleyerek, diyotun doğru polarma karakteristiğini çizin. 6- Diyotun ters polarma karakteristiğini çıkarmak üzere, S 2 anahtarını 2 nolu konuma alın. 7- P potansiyometresini minimumdan maksimuma doğru çevirip, düzenli aralıklarla diyot gerilimi ( D ) ve diyot akımını ( D ) ölçüp sonuçları gözlem tablosuna kaydedin. 8- D ve D için ölçülen değerleri grafik üzerinde işaretleyerek, diyotun ters polarma karakteristiğini çizin. TEKOELEKTONİK

30 Gözlem Tablosu: Doğru Polarma F F Ters Polarma F F TEKOELEKTONİK

31 KONU DENEY AD : DİYOT DENEYLEİ : DOĞULTUU UYGULAMALA DENEY NO: 5 Giriş: Diyotlar uygulamada çok çeşitli devrelerde kullanılmaktadır. Doğrultucu, kırpıcı, kenetleyici ve gerilim katlayıcı devreleri bu uygulamalara örnek olarak gösterilebilir. Doğrultucu devreleri A gerilimden D gerilim elde etmek amacıyla kullanılan devrelerdir. Elde edilen D gerilim elektronik devrelerin besleme ihtiyacını karşılamak amacıyla kullanılır. 220 voltluk A şebeke gerilimi bir trafo yardımıyla düşürülerek devrenin girişine uygulanır. u gerilim ihtiyaca göre değişik seviyelerde seçilebilir. Doğrultucu devreleri yarım dalga ve tam dalga olmak üzere iki ana gruba ayrılır. Yarım Dalga Doğrultucu: Devrenin girişine trafo üzerinden sinüzoidal A gerilim uygulanmıştır. u gerilimin pozitif alternanslarında, doğru polarma olan diyot iletime geçerek kapalı bir anahtar gibi davranır. Diyot üzerinde düşen 0,6~0,7 luk gerilimi ihmal edersek, pozitif alternans çıkışa olduğu gibi aktarılır. Negatif alternanslarda, diyot ters polarma olacağından yalıtkan olup açık bir anahtar gibi davranır. Diyot üzerinden akım geçmeyeceği için çıkış gerilimi sıfır olur. m D +o D iletken D iletken A 220 i D yalıtkan D yalıtkan Şekil 5.: Yarım dalga doğrultucu devresi ve giriş-çıkış gerilimleri Devre çıkışındaki gerilimin D değeri, D π m 0,38. m Doğrultucu çıkışındaki bu gerilim, elektronik devrelerin beslenmesi için çok uygun bir seçim değildir. u gerilimin ideal D gerilime yaklaştırılması için, devre çıkışına filtre ya da süzgeç olarak isimlendirilen bölümün ilave edilmesi gerekir. Filtre işlemi en basit şekilde bir kondansatörün çıkışa paralel olarak bağlanması ile gerçekleştirilir. m D +o A Şekil 5.2: Çıkışı filtre edilmiş yarım dalga doğrultucu devresi ve giriş-çıkış gerilimleri Devre çıkışındaki gerilimin D değeri, D m TEKOELEKTONİK

32 Tam Dalga Doğrultucu: Tam dalga doğrultucu devresi iki diyotlu ve dört diyotlu (köprü tipi) olmak üzere iki farklı şekilde yapılmaktadır. m D +o D iletken D2 yalıtkan D D yalıtkan iletken D2 iletken D2 yalıtkan D yalıtkan D2 iletken A 220 İ İ D Şekil 5.3: İki diyotlu tam dalga doğrultucu devresi ve giriş-çıkış gerilimleri İki diyotlu tam dalga doğrultucu devresinde giriş geriliminin pozitif alternanslarında, doğru polarma alan D iletime geçerken ters polarma alan D 2 kesimdedir. Trafonun üst ucundaki pozitif alternans D üzerinden çıkışa gider. Giriş geriliminin negatif alternanslarında ise ters polarma alan D kesime giderken doğru polarma alan D 2 iletimdedir. u kez trafonun alt ucundaki pozitif alternans D 2 üzerinden çıkışa gider. öylece devre çıkışında sürekli pozitif alternanslar oluşur. m D 4 D D-D3 iletken D2-D4 yalıtkan D-D3 yalıtkan D2-D4 iletken D-D3 iletken D2-D4 yalıtkan D-D3 yalıtkan D2-D4 iletken A 220 İ D 3 D 2 +o Şekil 5.4: Köprü tipi tam dalga doğrultucu devresi ve giriş-çıkış gerilimleri Köprü tipi tam dalga doğrultucu devresinde giriş geriliminin pozitif alternanslarında, doğru polarma alan D ve D 3 iletime geçerken ters polarma alan D 2 ve D 4 kesimdedir. Trafonun üst ucundaki pozitif alternans D ve D 3 üzerinden çıkışa gider. Giriş geriliminin negatif alternanslarında ise ters polarma alan D ve D 3 kesime giderken doğru polarma alan D 2 ve D 4 iletimdedir. u kez trafonun alt ucundaki pozitif alternans D 2 ve D 4 üzerinden çıkışa gider. öylece devre çıkışında sürekli pozitif alternanslar oluşur. Tam dalga doğrultucu devresi çıkışındaki D gerilimin değeri, D 2. π m 0,636. m Her iki devre çıkışına da kondansatör bağlanıp filtre işlemi yapılarak, çıkış geriliminin D gerilime yaklaşması sağlanır. TEKOELEKTONİK - 3

33 D +o A 220 İ İ D2 A 220 İ D 4 D 3 D D 2 +o Şekil 5.5: Çıkışı filtre edilmiş tam dalga doğrultucu devreleri m Şekil 5.6: Filtre edilmiş tam dalga doğrultucu devrelerinin giriş ve çıkışgerilimleri Devrelerin çıkışındaki gerilimin D değeri, D m dir. u değer filtreli yarım dalga doğrultucu devresinin çıkış seviyesi ile aynı gözükmektedir. Ancak çıkışa bağlanacak yükün akım çekmesi ile beraber farklılık kendini gösterir. Tam dalga doğrultucu çıkışındaki gerilim daha karalı iken, yarım dalga doğrultucunun çıkış gerilimi çekilen bu akımla daha fazla düşer. Deney Şeması: S D i +o N400 GND 2 A S2 000uF 0k H H2 0 GND -a- Yarım Dalga Doğrultucu TEKOELEKTONİK

34 D +o 2 A N400 GND 2 A S D2 S2 000uF 0k H H2 GND N400 -b- İki Diyotlu Tam Dalga Doğrultucu S i 2 A D...D4 N400 S2 000uF 0k +o H H2 GND GND -c- Köprü Tipi Tam Dalga Doğrultucu Deneyin Yapılışı: Yarım Dalga Doğrultucu Devresi (Deney Şeması -a-) - EL-00 modülünü ana üniteye yerleştirin ve L bloğunu bulun. 2- S anahtarını kapatarak yarım dalga doğrultucu devresine enerji verin. 3- Devre çıkışındaki sinyali osilaskopla ölçerek dalga şeklini çiziniz. 4- Devre çıkışındaki gerilimi D oltmetre ile ölçerek sonucu gözlem tablosuna kaydedin. 5- S 2 anahtarını kapatarak kondansatörü devreye alın. 6- Devre çıkışındaki sinyali osilaskopla ölçerek dalga şeklini çiziniz. 7- Devre çıkışındaki gerilimi D oltmetre ile ölçerek sonucu gözlem tablosuna kaydedin. İki Diyotlu Tam Dalga Doğrultucu Devresi (Deney Şeması -b-) 8- EL-00 modülünü ana üniteye yerleştirin ve N bloğunu bulun. 9- S anahtarını kapatarak iki diyotlu tam dalga doğrultucu devresine enerji verin. 0- Devre çıkışındaki sinyali osilaskopla ölçerek dalga şeklini çiziniz. - Devre çıkışındaki gerilimi D oltmetre ile ölçerek sonucu gözlem tablosuna kaydedin. 2- S 2 anahtarını kapatarak kondansatörü devreye alın. 3- Devre çıkışındaki sinyali osilaskopla ölçerek dalga şeklini çiziniz. 4- Devre çıkışındaki gerilimi D oltmetre ile ölçerek sonucu gözlem tablosuna kaydedin. Köprü Tipi Tam Dalga Doğrultucu Devresi (Deney Şeması -c-) 5- EL-00 modülünü ana üniteye yerleştirin ve D bloğunu bulun. 6- S anahtarını kapatarak iki diyotlu tam dalga doğrultucu devresine enerji verin. 7- Devre çıkışındaki sinyali osilaskopla ölçerek dalga şeklini çiziniz. 8- Devre çıkışındaki gerilimi D oltmetre ile ölçerek sonucu gözlem tablosuna kaydedin. 9- S 2 anahtarını kapatarak kondansatörü devreye alın. 20- Devre çıkışındaki sinyali osilaskopla ölçerek dalga şeklini çiziniz. 2- Devre çıkışındaki gerilimi D oltmetre ile ölçerek sonucu gözlem tablosuna kaydedin. TEKOELEKTONİK

35 Gözlem Tablosu: Kondansatör devrede yok (Filtre edilmemiş) Kondansatör devrede (Filtre edilmiş) Yarım dalga doğrultucu devresi çıkış sinyalleri Kondansatör devrede yok (Filtre edilmemiş) Kondansatör devrede (Filtre edilmiş) İki diyotlu tam dalga doğrultucu devresi çıkış sinyalleri Kondansatör devrede yok (Filtre edilmemiş) Kondansatör devrede (Filtre edilmiş) Köprü tipi tam dalga doğrultucu devresi çıkış sinyalleri TEKOELEKTONİK

36 D çıkış gerilimi seviyeleri Yarım Dalga İki Diyotlu Tam Dalga Köprü Tipi Tam Dalga Filtresiz Filtreli Filtresiz Filtreli Filtresiz Filtreli Hesaplanan Ölçülen TEKOELEKTONİK

37 KONU DENEY AD : DİYOT DENEYLEİ : KP, KENETLEYİİ ve GEİLİM ÇOKLAY UYGULAMALA DENEY NO: 6 Giriş: Kırpıcılar Kırpıcılar, A sinyalin pozitif veya negatif alternansının bir kısmını yada her iki alternasın belirli bölümlerini kesme özelliğine sahip devrelerdir. Diyotun devreye bağlanış şekline göre iki gruba ayrılırlar. a- Seri kırpıcı devreleri b- Paralel kırpıcı devreleri Kırpıcı devrelerini öngerilim değerine göre de sınıflandırmak mümkündür. a- Öngerilimsiz kırpıcı devreleri b- Öngerilimli kırpıcı devreleri Şekil 6. de öngerilimsiz seri kırpıcı devresi görülmektedir. i D o GND Şekil 6.: Öngerilimsiz seri kırpıcı devresi ve giriş-çıkış gerilimleri Kırpma işlemini gerçekleştiren diyot çıkışa seri olarak bağlandığı ve herhangi bir D öngerilim uygulanmadığı için bu devre öngerilimsiz seri kırpıcı olarak isimlendirilir. Giriş geriliminin pozitif alternanslarında, diyot doğru polarma alarak iletime gider ve akım geçirmeye başlar. u akım geçişi pozitif alternansların 0,6~0,7 (Silisyum diyot için) değerinin üzerinde gerçekleşir. Ancak kolay anlaşılması açısından diyotu ideal kabul edersek, pozitif alternanslarda kısa devre olarak bu alternansları çıkışa olduğu gibi aktarır. Negatif alternanslarda ise ters polarma alan diyot yalıtkandır ve akım geçişine izin vermez. Dolayısıyla giriş geriliminin negatif alternansları için çıkış gerilimi sıfır olacaktır. Sonuç olarak çıkışta, giriş geriliminin negatif kısımlarının kırpılmış hali görülmektedir. Kenetleyiciler Kenetleyiciler, A sinyalin özelliklerini değiştirmeden sadece D seviyesini pozitif veya negatif yöne kaydırma özelliğine sahip devrelerdir. Tıpkı kırpıcı devreleri gib) i, öngerilimsiz ve öngerilimli olmak üzere iki gruba ayrılır. Şekil 6.2 de öngerilimsiz negatife kilitleme devresi görülmektedir. m i +o D GND - m Şekil 6.2: Öngerilimsiz negatife kilitleme devresi ve giriş-çıkış gerilimleri TEKOELEKTONİK

38 Giriş geriliminin ilk pozitif alternansında, doğru polarma alan D diyotu iletkendir. İletimdeki diyotun iç direnci sıfıra çok yakın olduğuna göre, kondansatörü giriş geriliminin pozitif alternansının tepe değerine ( m ) hızlıca şarj olur. u esnada çıkış gerilimi diyot gerilimi kadar olup yaklaşık sıfırdır. Takip eden negatif alternansta diyot yalıtkandır. Çıkış gerilimi in negatif kutbundan alınmaktadır. una göre çıkış gerilimi kondansatör üzerindeki - m seviyesi üzerine binmiş giriş gerilimi olarak görülecektir. Gerilim Çoklayıcılar Girişine uygulanan A gerilimin tepe değerinin katlarını çıkışına D gerilim olarak veren devrelerdir. Yükün çektiği akıma bağlı olarak çıkış geriliminde bir miktar düşme gözlemlenebilir. Şekil 6.3 de gerilim ikileyici devresi görülmektedir. +o D 2 m m i D2 2 GND Şekil 6.3: Gerilim ikileyici devresi ve giriş-çıkış gerilimleri Giriş geriliminin pozitif alternansında, doğru polarma olan D iletime geçerek kondansatörünün şarj olmasını sağlar. üzerindeki gerilimin seviyesi, giriş geriliminin tepe değeri ( m ) kadardır. Negatif alternansta ise D 2 iletime geçerek 2 nin şarj olasını sağlar. 2 üzerindeki gerilimin seviyesi, yine giriş geriliminin tepe değeri ( m ) kadardır. urada dikkat edilecek nokta, kondansatörlerin seri bağlı olmaları ve üzerlerindeki gerilimlerin birbirlerini tamamlayacak yönde oluşudur. Netice olarak çıkış gerilimi, O + m + 2 m 2 m değerindedir. Deney Şeması: S D i +o N400 GND 2 A 0k H H2 0 GND -a- Öngerilimsiz seri kırpıcı TEKOELEKTONİK

39 S i +o 000uF GND 2 A D N400 0k H H2 0 GND -b- Öngerilimsiz negatife kenetleyici +o i 0 2 A S D N uF 0k H H2 GND D2 N uF GND -c- Gerilim ikileyici Deneyin Yapılışı: Öngerilimsiz Seri Kırpıcı Devresi (Deney Şeması -a-) - EL-00 modülünü ana üniteye yerleştirin ve E bloğunu bulun. 2- S anahtarını kapatarak kırpıcı devresine enerji verin. 3- Devre çıkışındaki sinyali osilaskopla ölçerek dalga şeklini çiziniz. Öngerilimsiz Negatife Kenetleyici Devresi (Deney Şeması -b-) 4- EL-00 modülünü ana üniteye yerleştirin ve F bloğunu bulun. 5- S anahtarını kapatarak kenetleyici devresine enerji verin. 6- Devre çıkışındaki sinyali osilaskopla ölçerek dalga şeklini çiziniz. Gerilim İkileyici Devresi (Deney Şeması -c-) 7- X modülünü ana üniteye yerleştirin ve G bloğunu bulun. 8- S anahtarını kapatarak gerilim ikileyici devresine enerji verin. 9- Devre çıkışındaki sinyali osilaskopla ölçerek dalga şeklini çiziniz. TEKOELEKTONİK

40 Gözlem Tablosu: Öngerilimsiz seri kırpıcı devresi çıkış sinyali Öngerilimsiz negatife kenetleyici devresi çıkış sinyali Gerilim ikileyici devresi çıkış sinyali TEKOELEKTONİK

41 KONU DENEY AD : TANSİSTÖ DENEYLEİ : TANSİSTÖ KAAKTEİSTİKLEİ DENEY NO: 7 Giriş: Transistör yada tam adıyla JT (ipolar Junction Transistor), anahtarlama ve sinyal yükseltme amacıyla kullanılan üç uçlu yarıiletken devre elemanıdır. Kollektör () ve Emiter (E) olarak adlandırılan iki ana terminali ve eyz () isimli bir kontrol ucu bulunmaktadır. Çalışma prensibi, ana terminaller arasından geçen akımın beyz ucundan kontrolüne dayanır. NPN ve PNP yapıda olmak üzere iki türde üretilmektedir. Her iki tip transistörün de çalışma mantığı aynı olup, polarma ve akım yönleri birbirinin tersidir. n p E + n E p n p E + E EE EE Şekil 7.: NPN ve PNP transistörlerin yapıları, polarma ve akım yönleri NPN PNP E E Şekil 7.2: NPN ve PNP transistörlerin sembolleri Şekil 7.3: Farklı kılıflarda transistör görünüşleri TEKOELEKTONİK

42 NPN ve PNP transistörlerin çalışma prensiplerinin aynı olması nedeni ile sadece birini incelemek diğerinin de anlaşılması için yeterli olacaktır. urada daha sık kullanılması nedeni ile NPN transistör açıklanacaktır. Transistör Karakteristikleri Karakteristik eğriler, transistörün çalışma mantığını ve transistöre ait özellikleri anlamak açısından önemli bir yere sahiptir. u nedenle burada gerçek bir transistöre ait karakteristik eğriler verilecek ve bunlar üzerinde açıklama yapılacaktır. E - karakteristiği ir transistörün iletken olabilmesi için beyz ile emiter arasına uygulanan gerilimin ( E ), eşik gerilimini ( T : silisyum transistörler için 0,6~0,7 civarındadır) aşması gerekir. Karakteristik eğriden görüldüğü gibi, bu seviye aşıldığında transistörden beyz akımı ( ) akmaya başlar. u akım bir direnç yardımıyla sınırlanarak transistörün zarar görmesi önlenmelidir. Şekil 7.4: E- karakteristiği E - karakteristiği u karakteristik eğri, transistörün kollektör akımının beyz-emiter gerilimi ile değişimini ifade eder. E eşik gerilimini aştığında transistörden kollektör akımı geçmeye başlar. Transistörün zarar görmemesi için kollektör ucuna bir direnç bağlanarak maksimum kollektör akımı ( sat ) belirlenir. Şekil 7.5: E- karakteristiği TEKOELEKTONİK - 4

43 - karakteristiği Kollektör akımının beyz akımı ile değişimini ifade eden karakteristik eğridir. Transfer karakteristiği olarak da isimlendirilen bu eğri transistörün anlaşılması açısından oldukça önemlidir. Eğriden, kollektör akımının beyz akımı ile doğru orantılı olarak neredeyse lineer bir şekilde değiştiği gözlemlenmektir. ir transistörün kollektör akımı, β. formülü ile ifade edilir. β değişkeni, transistörün doğru akım yükseltme katsayısını ifade eder ve her transistör için farklı bir değere sahiptir. Şekil 7.6: - karakteristiği E - karakteristiği Kollektör akımının kollektör-emiter gerilimi ile değişimini ifade eden karakteristik eğridir. İdeal durumda beyz akımının sabit bir değeri için, akımının E geriliminden bağımsız olması istenir. Gerçekte ise akımının azda olsa E geriliminden etkilendiği yandaki karakteristikten görülmektedir. akımının yüksek değerleri için bu etkilenme kendisini daha açık belli etmektedir. u değişim genellikle ihmal edilebilecek seviyede olup, kollektör akımının kaynak geriliminden bağımsız olduğu söylenebilir. Şekil 7.7: E- karakteristiği Sonuç olarak, transistörün kollektör-emiter uçları arasından geçen akım beyz akımı ile kontrol edilir. Kollektör-emiter akımı transistörün ana terminallerine uygulanan kaynak geriliminden hemen hemen bağımsızdır. TEKOELEKTONİK

44 Deney Şeması: +2 S2 S 0~2 80ohm/W P 00kohm 0kohm Q 237 E E Deneyin Yapılışı: - EL-002 modülünü ana üniteye yerleştirin ve A bloğunu bulun. 2- Ana Ünitede 0-30 ayarlı D gerilim kaynağının (-) terminaline, sabit dc gerilim bloğunun (GND) uçlarının birleşitirin. 3- S ve S 2 anahtarlarını kapatarak devreye enerji verin. gerilimini 2 a ayarlayın. 4- P in milini minimumdan maksimuma doğru çevirerek düzenli aralıklarla (örneğin akımı 25µA aralıklı artacak şekilde) E, ve ve değerlerini gözlemleyin. Sonuçları gözlem tablosuna kaydedin. 5- P in belli bir konumundan sonra akımı artsa dahi akımının neredeyse sabit kaldığına dikkat edin. nin sabit kaldığı bu değeri sat olarak isimlendirilir. sat, transistörden bağımsız olup, besleme gerilimine ve kollektöre bağlı olan direncinin değerine bağlıdır. sat / 2/80Ω 0,066A 66mA 6- Gözlem tablosundaki değerleri kullanarak E -, E - ve - karakteristik eğrilerini çizin. 7- P yardımıyla akımını 25µA e ayarlayıp sabit bırakın. 8- gerilimini 0 dan 2 a doğru düzenli aralıklarla artırıp, E ve değerlerini gözlemleyin. Sonuçları gözlem tablosuna kaydedin. 9- akımının 50µA, 75µA ve 00µA değerleri için aynı işlemleri tekrarlayın. 0- Gözlem tablosundaki değerleri kullanarak E - karakteristik eğrisini çizin. Gözlem Tablosu: E 2 sabit E 0 25µA 50µA 75µA 00µA 25µA 50µA 75µA 200µA 225µA 250µA 275µA β / TEKOELEKTONİK

45 E E TEKOELEKTONİK

46 25µA sabit E 50µA sabit E 75µA sabit E 00µA sabit E E TEKOELEKTONİK

47 KONU DENEY AD : TANSİSTÖ DENEYLEİ : TANSİSTÖ ÖNGEİLİMLEME DEELEİ DENEY NO: 8 Giriş: Transistörlerin anahtarlama veya yükseltme işlemlerini yerine getirebilmesi için, mutlaka belirli düzeyde akım ve gerilim sağlanmalıdır. u işlem öngerilimleme olarak isimlendirilir. Öngerilimleme işlemi sonucunda, transistörün kollektör akımı ve kollektör-emiter gerilimi istenilen değerlerde seçilmiş olur. Seçilen bu akım ve gerilim değerleri, transistörün sükûnet halindeki Q noktası veya çalışma noktası olarak isimlendirilen çalışma şartlarını belirler. Sükûnet hali, transistörlü devrenin girişine herhangi bir işaret uygulanmadığı durumdur. Q noktasının seçimi transistörlü devrelerde önemli bir yer teşkil etmektedir. u seçim transistörün devredeki kullanım amacına göre bir kez yapılır ve sonradan değişmemesi istenir. unun sebebi, Q noktasındaki değişimin istenmeyen sonuçlara sebep olmasıdır. Q noktasının değişmesinin birçok nedeni vardır. esleme geriliminin veya transistöre bağlı direnç değerlerinin değişmesi, Q noktasını belirlenenden başka bir düzeye kaydırır. esleme gerilimi ve direnç değerleri sabit kalsa dahi, sıcaklıktaki değişimler Q noktasının kayması için yeterli olmaktadır. Çünkü sıcaklığın transistör parametreleri üzerinde bazı istenmeyen etkileri vardır. u etkiler, - o lik sıcaklık artışında, beyz-emiter gerilimi 2,5 m azalır. 2- o lik sıcaklık artışında, kaçak kollektör akımı 2 katına çıkar 3- Sıcaklık artışı, transistörün doğru akım kazancını (β) arttırır. Tüm bu değişimlerin ortak sonucu olarak, kollektör akımı artış eğilimine girer. Eğer önlem alınmadıysa sıcaklık arttıkça transistörün kollektör akımı da artacak ve Q noktası kayacaktır. Aynı seriden de olsa her transistör farklı β değerine sahiptir. Devredeki transistörün herhangi bir nedenle değiştirilmesi sonucu β değişebilir ve bu durum da Q noktasının kaymasına neden olabilir. Transistörün devredeki kullanım amacına bağlı olarak çeşitli öngerilimleme devreleri geliştirilmiştir. urada bu devrelerden ikisini inceleyeceğiz. Sabit öngerilimleme devresi + E E E Şekil 8.: Sabit öngerilimleme devresi Giriş devresi için, + E. + E E Çıkış devresi için, + E. + E E. eşitlikleri geçerlidir. TEKOELEKTONİK

48 Sabit öngerilimleme devresinde, transistörün kollektör akımı ve buna bağlı olarak kollektör-emiter gerilimi β ya doğrudan bağımlıdır. Sıcaklık veya transistör değişimi neticesinde β değeri değişeceğinden, kollektör akımı ve buna bağlı olarak da kollektör-emiter gerilimi değişecektir. unun anlamı ise, transistörün çalışma noktasının kayacağıdır. u durumu bir örnek ile açıklayalım. Örnek 8.: Şekildeki sabit öngerilimleme devresine ait çalışma noktasını belirleyelim kohm 80ohm ß350 E E 0,7 E β. E (2 0,7) 0,3mA 00kΩ 350.(0,3mA) 40mA E. 2 (40mA.80Ω 2 7,2 4,8 Çalışma noktasını belirlemek üzere öncelikle E - eksenleri üzerine yük doğrusu çizilir. Yük doğrusu, besleme gerilimi ve transistörün çıkış devresindeki direnç veya dirençler tarafından belirlenir. Çalışma noktası bu doğru üzerinde herhangi bir bölgede seçilebilir. u doğrunun çizilebilmesi için iki noktaya ihtiyaç vardır. u noktalar,. nokta 2. nokta E 0 0 E sat 2 80Ω 66,66mA 0 66,66mA E E 2 0 sat : Devre şartlarına bağlı olarak transistörün maksimum kollektör akımını ifade eder. sat 66,66mA 60mA Q noktası 40mA 20mA E E 4,8 TEKOELEKTONİK

49 Örnek 8.2: Örnek 8. deki devreyi β500 için çözüp çalışma noktasını belirleyelim. β. E (2 0,7) 0,3mA 00kΩ 500.(0,3mA) 56,5mA E. 2 (56,5mA.80Ω 2 0,7,83 esleme gerilimi ve transistörün kollektör direnci değişmediğine göre, yük doğrusu örnek 8. deki gibi çıkacaktır. sat 66,66mA 60mA 56,5mA Q noktası 40mA 20mA E, E Görüldüğü gibi transistörün β değerinin artması (sıcaklık artışı veya transistörün değiştirilmesi) neticesinde Q noktası önemli ölçüde kaymıştır. u yüzden sabit öngerilimleme devresi yükselteç devrelerinde tercih edilmemektedir. unun nedeni, Q noktasının kayması neticesinde çıkış sinyalinde distorsiyon yada doğrusallığın bozulması gibi istenmeyen durumların ortaya çıkmasıdır. Gerilim bölücülü öngerilimleme devresi + E E 2 E E Şekil 8.2: Gerilim bölücülü öngerilimleme devresi TEKOELEKTONİK

50 Gerilim bölücülü öngerilimleme devresini analiz etmek amacıyla öncelikli olarak eşdeğerini çizmek gerekir. + E E E E Şekil 8.3: Gerilim bölücülü öngerilimleme devresinin eşdeğeri Giriş devresi için, [ + E + E + ( β + ) E. ] + E + E + E.. E + ( β + ) E + E E + ( β + ). E Çıkış devresi için, + E + E. + E + E. E E (. + E. E ) eşitlikleri geçerlidir. Örnek 8.3: Şekildeki gerilim bölücülü öngerilimleme devresine ait çalışma noktasını belirleyelim kohm 80ohm ß350 E E 0,7 2 2kohm E 47ohm E TEKOELEKTONİK

51 , ,8kΩ E + ( β + ) E 3,2 0,7 8,8 + (350 + )0,047 2,5 25,3kΩ 0,0988mA β. 350.(0,0988mA) 34,58mA E + 34,58 + 0, ,6788mA E (. +. E E ) 2 [(34,58.80) + (34,678.47)] 2 7,85 4,5 Yük doğrusunun çizimi için kullanılacak noktalar,. nokta 2. nokta E 0 0 E sat + E 2 52,86mA ( )Ω 0 52,86mA E E mA sat 52,86mA 40mA 34,588mA Q noktası 20mA E E 4,5 TEKOELEKTONİK

52 Örnek 8.4: Örnek 8.3 deki devreyi β500 için çözüp çalışma noktasını belirleyelim , ,8kΩ E + ( β + ) E 3,2 0,7 8,8 + (500 + )0,047 2,5 32,34kΩ 0,0773mA β. 500.(0,0773mA) 38,65mA E + 38,65 + 0, ,7273mA E (. +. E E ) 2 [(38,65.80) + (38, )] 2 8,777 3,223 Yük doğrusunun çizimi için kullanılacak noktalar,. nokta 2. nokta E 0 0 E sat + E 2 52,86mA ( )Ω 0 52,86mA E E mA sat 52,86mA Q noktası 38,65mA 20mA E E 3,223 β daki %43 lük artış neticesinde, sabit öngerilimleme devresinde kollektör akımı aynı oranda artırıyorken, gerilim bölücülü öngerilimleme devresindeki kollektör akımı sadece % düzeyinde artmıştır. Neticede, gerilim bölücülü öngerilimleme devresinin β ya olan bağımlılığı çok azdır. u üstünlüğü ile özellikle yükselteç devrelerinde en çok tercih edilen öngerilimleme devresidir. TEKOELEKTONİK - 5

53 Deney Şeması: S +2 80ohm/W 00kohm Q 237 E E -a- Sabit Öngerilimleme Devresi S +2 80ohm 33kohm Q 237 E 2 2kohm E 47ohm E -b- Gerilim ölücülü Öngerilimleme Devresi TEKOELEKTONİK

54 Deneyin Yapılışı: Sabit Öngerilimleme Devresi (Deney Şeması -a-) - EL-002 modülünü ana üniteye yerleştirin ve bloğunu bulun. 2- Jumper ayarlarını yaparak Q transistörünü devreye alın. 3- S anahtarını kapatarak devreye enerji verin. 4- E,,, ve E değerlerini ölçerek sonuçları gözlem tablosuna kaydedin. 5- Jumper ayarlarını yaparak Q transistörünü devreden çıkarıp Q 2 transistörünü devreye alın. 6- S anahtarını kapatarak devreye enerji verin. 7- E,,, ve E değerlerini ölçerek sonuçları gözlem tablosuna kaydedin. 8- Her iki transistör için aldığınız ölçüm sonuçlarını karşılaştırıp, β daki değişimin transistörün çalışma şartlarını nasıl etkilediğini yorumlayın. Gerilim ölücülü Öngerilimleme Devresi (Deney Şeması -b-) 9- EL-002 modülünü ana üniteye yerleştirin ve D bloğunu bulun. 0- Jumper ayarlarını yaparak Q transistörünü devreye alın. - S anahtarını kapatarak devreye enerji verin. 2-,,, E ve E değerlerini ölçerek sonuçları gözlem tablosuna kaydedin. 3- Jumper ayarlarını yaparak Q transistörünü devreden çıkarıp Q 2 transistörünü devreye alın. 4- S anahtarını kapatarak devreye enerji verin. 5-,,, E ve E değerlerini ölçerek sonuçları gözlem tablosuna kaydedin. 6- Her iki transistör için aldığınız ölçüm sonuçlarını karşılaştırıp, β daki değişimin transistörün çalışma şartlarını nasıl etkilediğini yorumlayın. Gözlem Tablosu: Q devrede Q 2 devrede E E β / Sabit Öngerilimleme Devresi Q devrede Q 2 devrede E E β / Gerilim ölücülü Öngerilimleme Devresi TEKOELEKTONİK

55 KONU DENEY AD : ZENE DİYOT DENEYLEİ : ZENE DİYOT KAAKTEİSTİĞİNİN ÇKATLMAS DENEY NO: 9 Giriş: Ters polarma altında çalışan ve gerilim regülasyonu amacıyla kullanılan devre elemanlarıdır. Doğru polarma altında normal diyot özelliği gösterirler. Ters polarma gerilimi zener diyot üzerinde yazan değeri aştığında, zener olayı gerçekleşir ve normal diyotların aksine akım geçmeye başlar. Geçen bu akımın bir direnç yardımıyla sınırlanarak zener diyotun zarar görmesi engellenmelidir. Değişik gerilim ve güç değerlerinde imal edilen çok çeşitli zener diyotlar vardır. A K Şekil 9. : Zener diyotun sembolü ve çeşitli zener diyot görünüşleri F Zener gerilimi Z Zmin F egülasyon bölgesi Zmax Şekil 9.2 : Zener diyotun sembolü ve karakteristik eğrisi Şekil 9.3 : Değişik gerilim değerlerine sahip zener diyot karakteristikleri (sadece ters polarma) TEKOELEKTONİK

56 Karakteristik eğriden kolayca anlaşılabileceği gibi ters polarma gerilimi zener gerilimini aştığında, eleman yüksek değerde akım geçirmeye başlar. u nedenle zener diyotlar mutlaka bir öndirençle birlikte kullanılıp üzerinden geçen akım sınırlanmalı ve zarar görmesi engellenmelidir. Kullanılacak öndirenç, zener diyot üzerinden en azından 5mA lik bir akım ( Zmin ) geçişine izin vermeli ve aynı zamanda yük akımını karşılamalıdır. Dikkat edilmesi gereken bir diğer nokta da, öndirenç ve zener diyot üzerinde harcanacak güç miktarlarının sınır değerleri aşmaması gerektiğidir. Deney Şeması: +2 S P 470ohm Z + - S2 330ohm Z Z 5,6 Z2 5.6 Deneyin Yapılışı: - EL-00 modülünü ana üniteye yerleştirin ve M bloğunu bulun. 2- S anahtarını kapatarak devreye enerji verin. 3- Zener diyotun doğru polarma karakteristiğini çıkarmak üzere, S 2 anahtarını 2 nolu konuma alın. 4- P potansiyometresini minimumdan maksimuma doğru çevirip, düzenli aralıklarla diyot gerilimi ( Z ) ve diyot akımını ( Z ) ölçüp sonuçları gözlem tablosuna kaydedin. 5- Z ve Z için ölçülen değerleri grafik üzerinde işaretleyerek, zener diyotun doğru polarma karakteristiğini çizin. 6- Zener diyotun ters polarma karakteristiğini çıkarmak üzere, S 2 anahtarını nolu konuma alın. 7- P potansiyometresini minimumdan maksimuma doğru çevirip, düzenli aralıklarla diyot gerilimi ( Z ) ve diyot akımını ( Z ) ölçüp sonuçları gözlem tablosuna kaydedin. 8- Z ve Z için ölçülen değerleri grafik üzerinde işaretleyerek, zener diyotun ters polarma karakteristiğini çizin. Gözlem Tablosu: Doğru Polarma Z ( F ) Z ( F ) Ters Polarma Z ( ) Z ( ) TEKOELEKTONİK

57 F F TEKOELEKTONİK

58 KONU DENEY AD : ZENE DİYOT DENEYLEİ : ZENE DİYOTLU EGÜLATÖ DEESİ DENEY NO: 0 Giriş: Şebeke gerilimi ve yük akımındaki dalgalanmalar neticesinde, doğrultucu devrelerinin çıkışındaki dc gerilimin seviyesi de değişmektedir. öyle bir güç kaynağı tarafından beslenen elektronik devrelerin çalışma şartlarında bazı olumsuzlukların ortaya çıkması neredeyse kaçınılmaz bir durumdur. u olumsuz durumu ortadan kaldırmak amacıyla regülatör devreleri kullanılmaktadır. egülatör devrelerinin görevi, giriş gerilimi ya da yük akımında (belli sınırlar dâhilinde) meydana gelen değişimlere rağmen, çıkış gerilimini sabit tutmaktır. u amaçla üretilmiş çeşitli entegre devreler olmasına rağmen, zener diyotlu regülatör devreleri halen kullanılmaya devam etmektedir. Şekil 0. de zener diyotlu basit bir regülatör devresi görülmektedir. İ, regülesiz dc giriş gerilimini ve O, regüleli dc çıkış gerilimini ifade etmektedir. + İ S (Akım sınırlama direnci) + S O Zener Y (Yük) Z 2 Şekil 0. : Zener diyotlu temel regülatör devresi Devrede kullanılacak zenerin değeri yükün çalışma gerilimine göre seçilmelidir. Örneğin yükün ihtiyaç duyduğu besleme gerilimi 0 ise zener diyot da 0 luk olmalıdır. egülesiz dc giriş geriliminin değeri ise, zener diyot geriliminin altına düşmemelidir. Çünkü böyle bir durumda zener diyot açık devre özelliği gösterecek ve çıkış gerilimi akım sınırlama direnci ve yük direnci tarafından belirlenen bir değer alacaktır. Akım sınırlama direncinin ( S ) değeri, regülesiz dc giriş geriliminin en küçük değerinde (zener geriliminden küçük olmamak koşuluyla) bile minimum zener akımı ve yük akımını karşılayacak şekilde seçilmelidir. Diğer önemli bir nokta ise, regülesiz giriş geriliminin maksimum değerde, buna karşılık yükün devrede olmadığı (S anahtarı açık) durumdur. u durumda, yükten geçmesi gereken akım da zener diyot üzerinden geçeceğinden, zener üzerinde harcanan güç önemli ölçüde artacak ve doğru seçim yapılmadıysa eleman bozulma riski altında kalacaktır. Örnek 0.: Aşağıda verilen değerlere göre regülatör devresini dizayn edelim. İ 2~6 O 0 Zmin 5mA Y 500Ω S direncinin değeri minimum giriş gerilimi için, 2 Z S O O Y Z min 0 + İmin 20mA mA 2 Z Y Z 0 500Ω (2 0) 80Ω 25mA TEKOELEKTONİK

59 S direnci üzerinde harcanacak en fazla güç, maksimum giriş geriliminde ortaya çıkmaktadır. max P Smax Smax İmax Smax S Smax. Z 6 80Ω Smax mA 6.0,075 0,45W 450mW Zener üzerinde harcanacak maksimum güç değeri, giriş geriliminin maksimum seviyede ve anahtarın açık yani yükün devreden çıkarıldığı durumda ortaya çıkmaktadır. u durumda yükten geçmesi gereken akım da zener üzerinden geçecektir. Zmax P Zmax max. Z 75mA Zmax 0.0,075 0,75W 750mW Hesaplama sonuçlarına göre, S direnci 80Ω ve en az ½W değerinde, zener diyot 0 ve en az W değerinde seçilmelidir. Şekil 0. de verilen temel regülatör devresi ile akım ihtiyacı yüksek olan yükleri beslemek doğru değildir. Zira 20mA gibi yüksek sayılamayacak düzeyde akım çeken bir yük için bile, öndirenç ve zener üzerinde oldukça fazla güç harcamaları açığa çıkmaktadır. u olumsuzlukları ortadan kaldırmak üzere şekil 0.2 deki devreyi kullanmak daha uygun olacaktır. + İ S 2 + O Z Y Y Şekil 0.2 :Transistör çıkışlı zener diyot regülatör devresi Devredeki transistör akım kazancı sağlayarak, yük için gerekli olan akımı kendi üzerinden verir. öylece, zener ve seri öndirenç üzerindeki güç harcaması minimuma indirilir. Gerilim izleyici olarak kullanılmış olan transistörün emiter gerilimi yaklaşık olarak beyz gerilimine eşit olup, buna göre çıkış gerilimi, - O Z E Z - 0,7 Z Örnek 0.2: Aşağıda verilen değerlere göre transistörlü regülatör devresini dizayn edelim. İ 2~6 O 0 Zmin 5mA Y 50Ω β200 Y direncinin değerinin düştüğüne ve yük akımının 200mA e yükseleceğine dikkat edin. TEKOELEKTONİK

60 S direncinin değeri minimum giriş gerilimi için, Y 2 Z 0 Y 200mA ma ( β + ) (200 + ) S O O Y Zmin + İmin 5 + 6mA 2 Z Y Z 0 200mA 50Ω (2 0) 330Ω 6mA S direnci üzerinde harcanacak maksimum güç, max P Smax Smax İmax Smax S Smax. Z Ω Smax 8mA 6.0,08 0,08W 08mW Zener üzerinde harcanacak maksimum güç değeri, P Zmax Zmax max. Z 8mA Z max 0.0,08 0,8W 80mW Hesaplama sonuçlarına göre, S direnci 330Ω ¼W değerinde, zener diyot 0 ¼W değerinde seçilmelidir. Deney Şeması: S ohm 2 S2 Q D 39 2 Z Z P k 2 50ohm O + O Z 5,6 TEKOELEKTONİK

61 Deneyin Yapılışı: - EL-00 modülünü ana üniteye yerleştirin ve J bloğunu bulun. 2- S anahtarını kapatarak devreye enerji verin. 3- S 2 anahtarını nolu konuma alın. u konum için çıkış gerilimi sabit değerli olacaktır. ( O +5) 4- S 2 anahtarını 2 nolu konuma alın. u konum için çıkış gerilimi ayarlı olacaktır. ( O 0 +5) 5- Gözlem tablosunda verilen ölçümleri yapınız. Gözlem Tablosu: S 2 nolu konumda S 2 2 nolu konumda P minimum P ortada P maksimum 2 Z Z O TEKOELEKTONİK

62 KONU DENEY AD : SES YÜKSELTEÇ DENEYLEİ : A SNF YÜKSELTEÇ DEESİ DENEY NO: Giriş: Yükselteç devreleri, transistörlerin en çok kulanıldığı uygulama alanıdır. u devrelerin görevi, girişlerine uygulanan ac sinyalin akım ve/veya gerilim değeri olarak genliğini yükseltmektir. Ses yükselteçleri ise insan kulağının algılama sınırları dahilindeki (20Hz~20kHz aralığı) ac sinyalleri kuvvetlendirir. Yükselteç devreleri, transistörün devreye bağlanış şekline bağlı olarak üç ana guruba ayrılır. Giriş ve çıkış sinyalleri açısından ortak olan transistör ucu bağlantıya ismini verir. - Emiteri şase (ortak) bağlantı 2- Kollektörü şase (ortak) bağlantı 3- eyzi şase (ortak) bağlantı Giriş Çıkış Giriş Çıkış Giriş Çıkış Emiteri şase bağlantı Kollektörü şase bağlantı eyzi şase bağlantı Şekil. : Montaj şekline göre yükselteç çeşitleri Yükselteç türü eyzi şase Emiteri şase Kollektörü şase Giriş-çıkış faz farkı 0 o 80 o 0 o Gerilim kazancı Yüksek Orta Düşük Akım kazancı Düşük Orta Yüksek Güç kazancı Düşük Yüksek Orta Giriş empedansı Düşük Orta Yüksek Çıkış empedansı Yüksek Orta Düşük Tablo. : Montaj şekline göre yükselteç çeşitlerinin karşılaştırılması Emiteri şase bağlantı, ses yükselteç devrelerinde en çok kulanılan devre şekli olarak karşımıza çıkmaktadır. TEKOELEKTONİK - 6

63 Yükselteç devrelerini, sinyal yükseltme şekli açısından da gruplandırmak mümkündür. Yükseltecin çalışma sınıfı transistöre uygulanan öngerilim ile alakalıdır. una bağlı olarak, giriş sinyalinin ne kadarının çıkışa yükseltilerek aktarılacağı belirlenir. - A sınıfı yükselteç: Girişe uygulanan sinyalin tamamı kuvvetlendirilir. (360 o ) 2- sınıfı yükselteç: Girişe uygulanan sinyalin yarı saykılı (pozitif veya negatif alternansı) kuvvetlendirilir. (80 o ) 3- A sınıfı yükselteç: A sınıfı ve sınıfı çalışmanın arasında kuvvetlendirme yapar. (80 0 ~360 o ) 4- sınıfı yükselteç: Girişe uygulanan sinyalin yarı saykılının bir bölümü kuvvetlendirilir. (<80 o ) Ses yükselteç devreleri, giriş sinyalinin özelliklerinin bozulmadan çıkıştan alınması amacıyla A sınıfı yada sınıfı Push-Pull (simetrik transistörlü) şeklinde düzenlenir. A sınıfı ses yükselteci: A sınıfı ses yükselteç devreleri, girişine uygulanan ses sinyalin tamamını yükseltme özelliğine sahiptir. u amaçla, devrede kullanılan transistörün çalışma noktası yük doğrusunun orta kısımlarında seçilerek, çıkış sinyalinin pozitif ve negatif yönlü salınımlarının eşit düzeyli olması sağlanır. Ancak, giriş sinyali olmadığı durumlar da bile transistörün iletimde olması, A sınıfı yükseltecin düşük verimle çalışmasına neden olmaktadır. Diğer yandan, giriş sinyalinin aşırı değerler alması durumunda, çıkış sinyalinde doyum veya kesim nedeniyle tek ya da iki yönlü bozulmalar meydana gelecektir. 2 İ O 2 E E Şekil.2 : A sınıfı emiteri şase yükselteç devresi ve giriş-çıkış sinyalleri Şekil.2 de görülen yükselteç devresindeki ve 2 kondansatörleri, ac sinyalin geçişine izin verirken dc gerilimi bloke ederler. E direnci, bir yandan transistörün çalışma noktasının kararlılığına yardımcı olurken, diğer taraftan yükseltecin ac gerilim kazancını düşürmektedir. E kondansatörü, ac sinyaller açısından E direncini bypass ederek, devrenin ac sinyal kazancının düşmesini engeller. Yükselteç devresinin dc çalışma şartları, E + ( β + ) β. E [ + şeklinde olur + ( β + ) + ( E E. + E + E E + E E ] +. E.. ) E + + E E + E + E.. E E. + E + ( β + ). E TEKOELEKTONİK

64 Yükselteç devrelerinde, çıkış sinyalinin giriş sinyaline oranı gerilim kazancı olarak ifade edilir. Şekil.2 deki yükselteç devresinin ac gerilim kazancı, O İ A - ( E//X E ) e eşitliği ile bulunur. + r X E : E kondansatörünün empedansı (ac direnci) r e : Transistörün beyz-emiter ac direnci olup, r e 26 (ma) E formülü ile hesaplanabilir. ypass kondansatörü ( E ) kullanılmıyorsa, yükseltecin ac gerilim kazancı, A - + r E e eşitliği ile hesaplanır. Görüldüğü gibi, E kondansatörünün empedansı ortadan kalktığından dolayı devrenin gerilim kazancı düşmektedir. Eğer emiter direnci ( E ) kullanılmıyorsa, yükseltecin ac gerilim kazancı A - r e eşitliği ile hesaplanır. u durumda devrenin gerilim kazancının artacağı açıkça görülmektedir. Ancak, E direncinin kaldırılmasıyla transistörün çalışma noktasının olumsuz yönde etkilenip kayabileceği unutulmamalıdır. Eşitliklerdeki (-) işareti, giriş ve çıkış sinyalleri arasında 80 o faz farkı olduğunu ifade etmektedir. (ma) Yük doğrusu Q noktası Çıkış akımı Giriş akımı E () Çıkış gerilimi Şekil.3 : Şekil.2 deki devre için örnek çalışma şartları TEKOELEKTONİK

65 Örnek.: Şekilde verilen A sınıfı emiteri şase yükselteç devresinin kazancını hesaplayarak çıkış ucundaki sinyalin osilaskop ekranındaki görüntüsünü çiziniz kohm 330ohm O İ 80m/kHz ß kohm E 00ohm E 00uF , ,667kΩ E + ( β + ) E 2,5 0,7 0,0566mA,667 + (300 + )0, β. 300.(0,0566mA) 6,98mA E (β + ). E. E E E (300 + ).0,0566 7,036mA 7,036.0,,7 E (. 9,4,7 7,7 ) 5 (6,98.0,33) 9,4 f khz r e A 26 E ( E X 26 7,03 // X E 2. π.f. 2.3, ,53Ω E ) + r e 330 (00 //,59) 6,59Ω ,53,565 +,59 İ 80m PP O A. İ m PP -8,4 PP TEKOELEKTONİK

66 Yükselteç devresinin çıkış ucunda yani transistörün kollektör ucunda, 9,4 dc gerilim ( ) üzerinde 8,4 PP (tepeden tepeye) khz ac sinyal görülecektir. 8,4 9,4 E kondansatörü çıkarıldığında devrenin kazancı, 330 A -3,25 + r 00 +,53 E e olmaktadır. Kazancın önemli ölçüde düştüğüne dikkat edin. Deney Şeması: S +2 GND N 2kohm 560ohm H H2 O P 500ohm İ 47uF Q 237 S2 İ 50m/kHz 2 2.2kohm E 00ohm E 47uF TEKOELEKTONİK

67 Deneyin Yapılışı: - EL-002 modülünü ana üniteye yerleştirin ve bloğunu bulun. 2- Devrenin dc çalışma noktasına ait büyüklükleri hesaplayıp, sonuçları gözlem tablosuna kaydedin. 3- ypass kondansatörünün ( E ) devrede olduğunu düşünerek devrenin ac gerilim kazancını hesaplayıp, sonucu gözlem tablosuna kaydedin. 4- S anahtarını kapatarak devreye enerji verin. 5- Devrenin dc çalışma noktasına ait büyüklükleri ölçüp, sonuçları gözlem tablosuna kaydedin. 6- S 2 anahtarını kapatarak bypass kondansatörünü ( E ) devreye alın. 7- P potansiyometresini kullanarak devrenin girişine 50m PP /khz sinüs dalga sinyal uygulayın. 8- Devrenin çıkışını osilaskop (D konumda) ile ölçerek, çıkış sinyalini çiziniz. 9- Ölçtüğünüz çıkış sinyalinin giriş sinyaline oranını hesaplayıp, sonucu kazanç (A ) olarak gözlem tablosuna kaydedin. 0- ypass kondansatörünün ( E ) devreden çıkarıldığını düşünerek devrenin ac gerilim kazancını hesaplayıp, sonucu gözlem tablosuna kaydedin. - S anahtarını kapatarak devreye enerji verin. 2- Devrenin dc çalışma noktasına ait büyüklükleri ölçüp, sonuçları gözlem tablosuna kaydedin. 3- S 2 anahtarını açarak bypass kondansatörünü ( E ) devreden çıkarın. 4- P potansiyometresini kullanarak devrenin girişine 50m PP /khz sinüs dalga sinyal uygulayın. 5- Devrenin çıkışını osilaskop (D konumda) ile ölçerek, çıkış sinyalini çiziniz. 6- Ölçtüğünüz çıkış sinyalinin giriş sinyaline oranını hesaplayıp, sonucu kazanç (A ) olarak gözlem tablosuna kaydedin. Gözlem Tablosu: S 2 kapalı ( E devrede) S 2 açık ( E devre dışı) Hesaplanan Ölçülen Hesaplanan Ölçülen E E E r e A TEKOELEKTONİK

68 İ (Giriş sinyali) /d: 0m T/d: 0.5ms 50m O (Çıkış sinyali) E devrede /d: T/d: O (Çıkış sinyali) E devre dışı /d: T/d: TEKOELEKTONİK

69 KONU DENEY AD : SES YÜKSELTEÇ DENEYLEİ : SNF YÜKSELTEÇ DEESİ DENEY NO: 2 Giriş: sınıfı ses yükselteçleri, girişine uygulanan ses sinyalin yarı saykılını (pozitif veya negatif alternansını) yükseltme özelliğine sahip devrelerdir. Devrede kullanılan transistörün çalışma noktası yük doğrusunun kesim (cutoff) noktasında seçilir. Transistör, A sınıfı çalışmada giriş sinyali olmadığında bile iletimde olduğu halde, sınıfı çalışmada sadece ac giriş sinyali varken iletime geçmektedir. unun anlamı, sınıfı yükselteçlerin A sınıfı yükselteçlere kıyasla daha verimli çalıştığıdır. Çünkü giriş sinyali olmadığında transistör kesimde olacağından güç kaynağı üzerinden akım çekmeyecek ve herhangi bir güç harcaması olmayacaktır. u olumlu yanına rağmen, giriş sinyalinin sadece yarı saykılını yükseltmesi olumsuzluk olarak karşımıza çıkmaktadır. Diğer yarı saykılın çıkışta görülmemesi ses sinyalinin bozulmasına neden olur. u sebeple, sınıfı ses yükselteç devreleri biri npn diğeri pnp olmak üzere simetrik iki transistörün Push-Pull adı verilen özel bir bağlantısıyla gerçekleştirilir. u bağlantı sayesinde, giriş sinyalinin pozitif alternansları npn transistör ve negatif alternansları pnp transistör tarafından yükseltilerek, çıkış sinyalinin aslına benzer olması sağlanır. Giriş işareti olmadığında transistörlerin kesimde olması nedeniyle veriminin yüksek olması ve çıkış gücünün iki transistöre bölünerek her bir transistör için daha az güç harcanması sınıfı Push-Pull yükselteçlerin avantajları olarak karşımıza çıkmaktadır. u avantajları nedeniyle özellikle güç yükselteç devrelerinde sınıfı Push-Pull bağlantı tercih edilmektedir. + İ Giriş sinyali Çıkış sinyali O 0,7 Şekil 2. : sınıfı kollektörü şase yükselteç devresi ve giriş-çıkış sinyalleri Şekil 2. de görülen kollektörü şase sınıfı yükselteç devresi görülmektedir. Dikkat edilirse, transistörün beyz ucu dc öngerilim almamaktadır. u nedenle, giriş sinyali olmadığında transistör kesimde kalmaktadır. Yine beyz öngerilimlemesi olmadığından, transistör giriş sinyalinin sadece pozitif alternanslarında ve bu alternansların eşik gerilimi ( T 0,7) üzerindeki değerlerinde iletken olur. Transistör, kollektörü şase yada diğer adıyla gerilim izleyici olarak bağlanmıştır. eyz ucundan verilen giriş sinyalinin pozitif alternansları, çıkış ucu olan emiterden hemen hemen aynı genlikte (0,7 eksik) alınır. TEKOELEKTONİK

70 (ma) Yük doğrusu Q noktası Çıkış akımı Giriş akımı E () Şekil 2.2 : Şekil 2. deki devre için örnek çalışma şartları Giriş sinyalinin tamamını yükseltmek üzere sınıfı Push-Pull yükselteçler kullanılır. öyle bir deve şekil 2.3 de görülmektedir. + Giriş sinyali Çıkış sinyali İ O 0,7-0,7 Geçiş bozulması - Şekil 2.3 : sınıfı Push-Pull yükselteç devresi ve giriş-çıkış sinyalleri Devrede, giriş sinyalinin pozitif alternansları npn transistör ve negatif alternansları da pnp transistör tarafından kuvvetlendirilmektedir. Ancak her iki transistörün eşik gerilimi nedeniyle geçiş bozulması (crossover distortion) meydana gelir. TEKOELEKTONİK

71 Push-Pull yükselteç devresinde görülen geçiş bozulmasını gidermek ve çıkıştan alınan yükseltilmiş sinyalin giriş sinyali ile aynı özellikleri taşımasını sağlamak üzere şekil 2.4 deki devre kullanılır. + +0,7 İ 0 O -0,7 - Şekil 2.4 : Geçiş bozulması giderilmiş sınıfı Push-Pull yükselteç devresi ve giriş-çıkış sinyalleri Şekil 2.4 deki devrede, diyotlar yardımıyla her iki transistörün beyzinde eşik seviyesinde gerilim düşümleri meydana getirilmiştir. öylece giriş sinyalinin pozitif alternansının tamamında npn transistör ve negatif alternansının tamamında da pnp transistör yükseltme işlemini gerçekleştirir. Deney Şeması: S nF 0kohm Q D39 000uF GND H H2 D N400 S2 İ 3/kHz O S nF D2 N400 S4 Q2 D ohm 000uF HP 3 0kohm S uF -2 TEKOELEKTONİK

72 Deneyin Yapılışı: - EL-002 modülünü ana üniteye yerleştirin ve E bloğunu bulun. 2- S ve S 5 anahtarlarını kapatarak devreye enerji verin. 3- Devrenin girişine 3 PP /khz sinüs dalga sinyal uygulayın. 4- S 4 anahtarını açıp S 2 anahtarını kapatarak, Q (npn) transistörünü devreye alın. Osilaskopla çıkış sinyalini ölçerek sadece pozitif alternansların yükseltildiğini gözlemleyin. 5- S 2 anahtarını açıp S 4 anahtarını kapatarak, Q 2 (pnp) tranasistörünü devreye alın. Osilaskopla çıkış sinyalini ölçerek sadece negatif alternansların yükseltildiğini gözlemleyin. 6- S 2 ve S 4 anahtarlarını birlikte kapatarak, Q ve Q 2 transistörlerinin her ikisini de devreye alın. Osilaskopla çıkış sinyalini ölçerek hem pozitif hem de negatif alternansların yükseltildiğini gözlemleyin. 7- Devre gerilim izleyici olarak düzenlendiğinden, çıkış sinyalinin genliği giriş sinyali ile aynı seviyeli olacaktır. u devredeki yükseltme işlemi akım bazında olmaktadır. 8- S 3 butonuna basarak, hoparlörü devreye alın ve çıkış sinyalini gözlemleyin. Gözlem Tablosu: İ (Giriş sinyali) /d: T/d: 0.5ms O (Çıkış sinyali) S 2 kapalı S 4 açık (Q devrede) /d: T/d: TEKOELEKTONİK - 7

73 O (Çıkış sinyali) S 2 açık S 4 kapalı (Q 2 devrede) /d: T/d: O (Çıkış sinyali) S 2 ves 4 kapalı (Q ve Q 2 devrede) /d: T/d: O (Çıkış sinyali) S 2 ves 4 kapalı (Q ve Q 2 devrede) Hoparlör devrede /d: T/d: TEKOELEKTONİK

74 KONU DENEY AD : TANSİSTÖLÜ OSİLATÖ DENEYLEİ : FAZ KAYMAL OSİLATÖ DENEY NO: 3 Giriş: Herhangi bir giriş işaretine ihtiyaç duymaksızın, kendiliğinden ac sinyal üreten devreler osilatör olarak isimlendirilir. Osilatörler, çıkışındaki sinyalin formuna bağlı olarak sinüs dalga, kare dalga, üçgen dalga, testere dişi dalga ve pals osilatörü gibi isimler alırlar. Osilasyonun (salınım) gerçekleşebilmesi için, yeterli kazanca sahip bir yükselteç devresi kullanılması ve pozitif geribesleme yapılması gereklidir. Pozitif geri besleme, çıkış sinyalinin bir kısmının girişle aynı fazlı olarak osilatör girişine uygulanmasıdır. u özellikleri ile osilatör, pozitif geri beslemeli bir yükselteç devresi olarak tanımlanabilir. Osilatörün blok yapısı şekil 3. de görülmektedir. Giriş Yükselteç Çıkış Geri besleme Şekil 3. : Osilatörün blok şeması ir osilatörden beklenen en önemli özellikler, frekans karalılığı ve sabit çıkış genliğidir. u parametreler, besleme gerilimi, sıcaklık ve yük değişimlerinden kolaylıkla etkilenebilmektedir. Osilatörler, osilasyonu belirleyen giriş devresinin yapısına bağlı olarak değişik şekilde tasarlanabilirler. (direnç-kondansatör) osilatörler, L (bobin-kondansatör) osilatörler, kristal osilatörler vb. faz kaymalı osilatör Yükselteç + Pozitif geri besleme Çıkış. faz kaydırma devresi 2. faz kaydırma devresi 3. faz kaydırma devresi Şekil 3.2 : faz kaymalı osilatör devresi ve çıkış sinyali TEKOELEKTONİK

75 Şekil 3.2 de görülen transistörlü faz kaymalı osilatör, temelde emiteri şase A sınıfı bir yükselteç devresidir. Yükselteç emiteri şase olduğundan dolayı, transistörün kollektör ucundaki çıkış sinyali ile beyz ucundaki giriş sinyali arasında 80 o faz farkı bulunmaktadır. Yükseltecin çıkışından girişine, üç adet faz kaydırma devresi yardımıyla geri besleme yapılmıştır. Her bir devresi 60 o lik bir faz kayması sağlamakta ve toplamda 80 o lik bir faz kayması ortaya çıkmaktadır. Çıkış sinyalinin fazı faz kaydırma bölümü tarafından 80 o kaydırıldığına göre, geri besleme sinyali ile giriş arasındaki toplam faz farkı 80 o +80 o 360 o 0 o olacaktır. faz kaydırma bölümü üzerinden yükseltecin çıkışından girişine yapılan geri besleme, giriş sinyali ile aynı fazda olduğundan pozitif geri beslemedir. Pozitif geri besleme, yükselteç kazancını artırmakta ve girişe harici bir sinyal uygulanmasa dahi çıkıştan ac bir sinyal alınmasını sağlamaktadır. urada değinilmesi gereken bir diğer durum ise, çıkış sinyal genliğinin sınırlandırılmasıdır. u işlem geri beslemeyi düzenleyen faz kaydırma bölümü tarafından sağlanmaktadır. Tek bir faz kaydırma bölümüne ait akım-gerilim değerleri şekil 3.3 de vektörel olarak görülmektedir. e i,e e e 60 o 30 o e i e Şekil 3.3 : faz kaydırma devresi ve devreye ait akım-gerilim ilişkileri Kondansatör ve direnç seri bağlı olduklarından, her ikisinden geçen akım değeri aynı olup, kondansatör geriliminden 90 o ileridedir. Direnç üzerindeki gerilim, giriş geriliminden 60 o ileride ve kondansatör üzerindeki gerilim giriş geriliminden 30 o geridedir. Sonuç olarak direnç üzerinden alınacak çıkış gerilimi ile girişe uygulanan gerilim arasında 60 o lik bir faz farkı meydana gelmektedir. ununla beraber direnç üzerinden alınan çıkış geriliminin değeri, o e o ( ) e e.cos( 60 ) cos 60 e.0, 5 e e e 2 olup, giriş geriliminin yarı değerine düşmüştür. Her bölümde /2 oranında zayıflatma olacağına göre, teorik olarak üç adet faz kaydırma devresinin çıkış gerilimi, girişine uygulanan gerilimin /8 i değerinde olacaktır. Ancak, her devresi kendinden önceki bölümü yükleyeceğinden, toplam çıkış gerilimi daha düşük seviyeli olmaktadır. Aynı sebepten dolayı, her kat tam olarak 60 o lik faz kaydırması yapmamakla beraber, toplam faz kayması 80 o olarak gerçekleşmektedir. Osilatör çıkışındaki sinüs sinyalin frekansı ise, f 2. π dir. osilatör devreleri çok karalı olmayan, ısı, yük ve besleme gerilimi değişimlerinden kolayca etkilenebilen devrelerdir. u nedenle, frekans değişiminin çok fazla önem taşımadığı ses frekans sınırlarında sinyal üretmek amacıyla tercih edilirler. TEKOELEKTONİK

76 Deney Şeması: S +2 GND 4.7kohm P 500ohm H H2 O nF 00nF 00nF 5 00uF Q kohm 3 2.2kohm 4 2.2kohm 5 470ohm 6 33ohm 6 000uF Deneyin Yapılışı: - EL-003 modülünü ana üniteye yerleştirin ve A bloğunu bulun. 2- S anahtarını kapatarak devreye enerji verin. 3- Osilaskopla çıkış sinyalini ( O ) gözlemleyin. Doğrusal bir çıkış sinyali elde edene kadar P potansiyometresini ayarlayın. P, geribesleme sinyali seviyesini, dolayısıyla çıkış geriliminin genliğini belirlemektedir. 4- Osilatör çıkış frekansını ölçüp sonucu gözlem tablosuna kaydedin. 5-, 2 ve 3 sinyallerini osilaskopla gözlemleyin. Çıkış sinyali ile bu sinyaller arasındaki faz ve genlik farklarını inceleyin. 6- Ölçtüğünüz sinyallerin osilaskop ekranındaki görüntülerini çiziniz. TEKOELEKTONİK

77 O /d: T/d: /d: T/d: 2 /d: T/d: 3 /d: T/d: TEKOELEKTONİK

78 KONU DENEY AD : TANSİSTÖLÜ OSİLATÖ DENEYLEİ : ASTALE MULTİİATÖ DENEY NO: 4 Giriş: Astable (karasız) multivibratör, kare dalga sinyal üreten bir osilatör devresidir. Faz kaymalı osilatörde olduğu gibi, devrenin çalışma frekansı - (direnç-kondansatör) elemanları tarafından belirlenmektedir b a - + O Q2 Q Q Q 2 Şekil 4. : Transistörlü astable multivibratör devresi ve çıkış sinyalleri Şekil 4. de görülen transistörlü astable multivibratör devresi simetrik bir yapıya sahiptir. Ancak, devreye enerji uygulandığında, elemanların tolerans farklılıklarından dolayı transistörlerden biri diğerinden daha önce iletime geçer ve buna bağlı olarak diğer transistör kesimde olur. Q in doyumda ve Q 2 nin kesimde olduğunu varsayalım. kondansatörü üzerinde, polaritesi şekil 4. de görülen ve değeri -0,6 olan bir şarj gerilimi bulunmaktadır. Dolayısıyla a noktasında a -( -0,6) seviyeli bir gerilim vardır. 2 kondansatörü, 4 direnci ve iletimde olan Q in beyz-emiter devresi üzerinden besleme gerilimine hızla şarj olur ve b noktasında, transistörün eşik gerilimi seviyesinde (0,6) bir gerilim düşümü meydana gelir. u arada kondansatörü, direnci ve iletimde olan Q transistörü üzerinden mevcut polaritenin tersi yönde şarj olmaktadır. üzerindeki şarj gerilim ile kaynak gerilimi seri bağlı ve birbirini tamamlayacak yöndedir. Dolayısıyla kondansatörünü şarj eden gerilim, göreceli olarak, + +( -0,6)2-0,6 değerindedir. in şarj işlemi, uçlarında bulunan -( -0,6) değerinden, kaynak gerilimi + ye doğru olmaktadır. u şarj süreci, üzerindeki gerilim Q 2 nin eşik seviyesi olan +0,6 a ulaşana kadar devam edecektir. Yani, kondansatörü (- -0,6)+0,6 değeri kadar şarj olduğunda Q 2 transistörü iletime geçecektir. unun için geçen süre ise, e E 2 τ.. 0,6 2 e : kondansatörünün şarj olması gereken gerilim değeri E : i şarj eden göreceli kaynak gerilimi τ : in şarj süresini belirleyen zaman sabitesi e 2 E.( e 2 e 0,5 e t ln 0,5 ln e t.( e t /. t /. /. /. ) t /. ) 0,5 e t /. t 0,7.ln e. 0,5 e t /. ln e t 0,5 e /. t 0,7.. dir. TEKOELEKTONİK

79 Q in iletken olduğu t süresi bitiminde, Q 2 transistörü iletken ve Q transistörü yalıtkan olacaktır. Q 2 transistörü iletime gittiğiği andan itibaren, yukarıda anlatılan olayların benzeri yaşanacak ve yine t süresi sonunda, transistörler tekrar konum değiştirecektir. t+t2t süresi geçtiğinde, başlangıç durumuna dönülmüş ve bir periyot (T) tamamlanmış olacaktır. Neticede, devredeki transistörler belirli zaman aralıklarıyla iletime ve kesime gideceklerdir. öylece transistörlerin kolektör uçlarında kare dalga sinyaller meydana gelir. Transistörlerden biri iletimdeyken diğeri kesimde olduğuna göre, kollektör uçlarındaki çıkış sinyalleri birbirinin tersi şeklinde oluşacaktır. Devre çıkışlarındaki kare dalga sinyallerin frekansı, T 2t 2.(0,7..),4.. f T,4.. formülü ile hesaplanır. Deney Şeması: S +2 P 5kohm 220ohm P2 0kohm 4 220ohm GND H H2 K 2 K 2 00nF 00nF O Q 237 Q2 237 Deneyin Yapılışı: - EL-003 modülünü ana üniteye yerleştirin ve bloğunu bulun. 2- Devrenin çıkış frekansını gözlem tablosundaki şartlara uygun olarak hesaplayıp, sonuçları kaydedin. 3- S anahtarını kapatarak devreye enerji verin. 4- Devrenin çıkış frekansını gözlem tablosundaki şartlara uygun olarak osilaskopla gözlemleyip, frekanslarını ölçün. P potansiyometresinin sinyal frekansına etkisini gözlemleyin. 5- P 2 potansiyometresini çevirerek, çıkış sinyali üzerindeki etkisini gözlemleyin. P 2 potansiyometresi, çıkış sinyalinin duty cycle oranını ayarlamakta, frekansı ise etkilememektedir. 6- Ölçtüğünüz sinyallerin osilaskop ekranındaki görüntülerini çiziniz. TEKOELEKTONİK

80 Gözlem Tablosu: Frekans Hesaplanan Ölçülen P minimum-p 2 ortada P ortada-p 2 ortada P maksimum-p 2 ortada O P minimum-p 2 ortada /d: T/d: O P ortada-p 2 ortada /d: T/d: TEKOELEKTONİK

81 O P maksimum-p 2 ortada /d: T/d: O P ortada-p 2 minimum /d: T/d: O P ortada-p 2 maksimum /d: T/d: TEKOELEKTONİK

82 Örnek frekans hesaplaması: P ortada-p 2 ortada S +2 P ortada 2.5kohm 4 220ohm 5kohm 5kohm P2 ortada 3 220ohm 2 2 K K 00nF 00nF O Q2 237 Q 237 ' in öndirenci (2, ) 8,5kΩ ' nin öndirenci (2, ) 8,5kΩ 2 3 t 0,7.(8,5.0 ).(00.0 t 2 3 0,7.(8,5.0 ).( ) 0,000595sn 0,595.0 ) 0,000595sn 0, sn sn T t + t 2 0, f 840Hz 3 T, , ,9.0 3 sn TEKOELEKTONİK - 8

83 KONU DENEY AD : TANSİSTÖLÜ OSİLATÖ DENEYLEİ : OLPTTS OSİLATÖ DENEY NO: 5 Giriş: osilatör uygulamalarının yapılamadığı yüksek frekans uygulamalarında L osilatör devreleri kullanılmaktadır. L osilatörler, adından da anlaşılacağı üzere, bobin (L) ve kondansatör () elemanları kullanılarak yapılan devrelerdir. Şekil 5. de bobin ve kondansatörün paralel bağlantısı görülmektedir. u bağlantı paralel rezonans devresi yada tank devresi olarak isimlendirilmektedir (şekil 5.-a-) L E + - L E + L a- -b- -c- Şekil 5. : L tank devresi Şekil 5.-b- de görüldüğü gibi tank devresine gerilim uygulandığında, kondansatör kaynak gerilimine şarj olur. Kondansatörün şarj olmasından sonra anahtar 2 nolu konuma alındığında ise, kondansatör bobin üzerinden deşarj olmaya (şekil 5.-c-) ve uçlarındaki gerilim azalmaya başlar. Kondansatörün deşarj akımı, bobinin karşı koyma özelliği nedeniyle değeri artan bir şekilde değişir. u akım, bobin etrafında şiddeti artan bir manyetik alan oluşmasını sağlar. obin üzerinden geçen akımın zamanla artmasının nedeni, akım değişimlerine karşı zorluk gösteren bobinin üretmiş olduğu özendüksiyon emk dır. u gerilimin değeri, anahtarın 2 nolu konuma alındığı andan itibaren maksimumdan sıfıra doğru düşer. Ardından da bobinin, üzerinden geçen akımı devam ettirme isteği nedeniyle negatif yönde artar. u nedenle kondansatör başlangıçtakinin tersi yönde şarj olmaya başlar. obin etrafındaki manyetik alan sönerken, kondansatör plakaları aeasındaki elektrik alanı artar. Kondansatör gerilimi bobin gerilimine eşitleninceye kadar, kondansatörün ters yöndeki şarjı devam eder. Eşitlik gerçekleştiğinde, kondansatör yine bobin üzerinden ancak başlangıçtakinin tersi yönde deşarja geçer. u olaylar periyodik olarak devam eder ve sistem sinüs dalga bir gerilim üretir. Gerek kondansatör ve bobinin ideal olmayan özellikleri, gerekse de bağlantı iletkenlerinin direnci nedeniyle, bobin ve kondansatör arasındaki enerji transferi çok uzun süreli değildir. Her salınım sonunda oluşan sinüs sinyalin genliği, bir öncekine göre daha düşük seviyeli gerçekleşir ve birkaç salınım sonunda tamamen sıfır olur. öylece sönümlü bir osilasyon meydana gelir. u durum şekil 5.2 de görülmektedir. Şekil 5.2 : L tank devresinde oluşan sönümlü osilasyon TEKOELEKTONİK

84 Tank devresinde elde edilen bu sönümlü sinüs dalga sinyalin frekansı, f 2. π. L. olmaktadır. Tank devresi ile elde edilen bu sinyal bir yükselteç ile kuvvetlendirilip, çıkıştan girişe pozitif geri besleme uygulanırsa, sönümsüz bir osilasyon elde edilmiş olur. Çıkıştan girişe yapılan pozitif geribeslemenin şekline bağlı olarak farklı L osilatör devreleri bulunmaktadır. unlar, olpitts, Hartley, Amstrong, Tikler ve Kollektörü Akortlu osilatör devreleridir. Şekil 5.3 de bazı L osilatörlerde geri beslemenin nasıl yapıldığı görülmektedir. L geri besleme L geri besleme 2 L2 -a- olpitts osilatör -b- Hartley osilatör Şekil 5.3 : Temel L osilatör devrelerinde geribesleme olpitts, en sık kullanılan L osilatör devreleri arasındadır. Çeşitli şekilde düzenlenmiş colpitts osilatör devreleri bulunmaktadır. Şekil 5.4 de kolektörü şase yükselteç ile düzenlenmiş colpitts osilatör devresi görülmektedir. + Q L 2 O 2 3 Şekil 5.3 : olpitts osilatör Devrede osilasyonu belirleyen, 2 ve L elemanlarıdır. 3, osilatör frekansını etkilemeyecek biçimde büyük değerli seçilir. Devreye enerji uygulandığında, 2 ve L den oluşan tank devresinde başlayan osilasyonlar, Q transistörü yardımıyla kuvvetlendirilir. Transistör kolektörü şase veya diğer ismiyle gerilim izleyici olarak bağlandığından, emiterindeki çıkış sinyalinin genliği, beyzindeki giriş sinyalinin genliği ile neredeyse eşit seviyelidir. uradaki yükseltme işlemi akım düzeyinde olmakta ve çıkışa bağlanacak yükün osilatör frekansına etkisi en aza indirgenmektedir. Osilatörün çıkış noktası olan transistörün emiterinden, ve 2 nin birleşim noktası üzerinden tank devresine bağlantı yapılmıştır. Transistörün beyz ve emiter ucundaki sinyaller aynı fazlı olduğuna göre, bu bağlantı ile çıkıştan girişe pozitif geri besleme yapılmış olmaktadır. öylelikle, tank devresindeki osilasyonların ve buna bağlı olarak da osilatör çıkışındaki sinüs dalga sinyallerin devamlılığı sağlanmıştır..2 Tank devresinin eşdeğer kapasitesi ve osilatör frekansı dir. T f π. L. T TEKOELEKTONİK

85 Deney Şeması: S +5 00kohm 000uF GND L 20uH 2 3.3nF Q 237 O H H2 4 00nF 3 nf 2 47kohm Deneyin Yapılışı: - EL-003 modülünü ana üniteye yerleştirin ve bloğunu bulun. 2- Devrenin çıkış frekansını hesaplayıp, sonucu gözlem tablosuna kaydedin. 3- S anahtarını kapatarak devreye enerji verin. 4- Osilaskopla çıkış sinyalini ( O ) gözlemleyin. 5- Osilatör çıkış frekansını ölçüp sonucu gözlem tablosuna kaydedin. 6- Ölçtüğünüz sinyalin osilaskop ekranındaki görüntüsünü çiziniz. Gözlem Tablosu: Hesaplanan Ölçülen f (frekans) O /d: T/d: TEKOELEKTONİK

86 KONU DENEY AD : TANSİSTÖLÜ OSİLATÖ DENEYLEİ : KİSTALLİ OSİLATÖ DENEY NO: 6 Giriş: Osilatörden beklenen en önemli özellik frekans kararlılığıdır. osilatörler, düşük frekanslarda kullanılmaları ve frekans kararlılıklarının çok iyi olmaması gibi dezavantajlara sahiptir. Yüksek frekanslarda kullanılan L osilatörlerde ise Q faktörünün (kalite katsayısı) düşük olması önemli bir durumdur. Q faktörü, rezonans devresinin seçiciliğinde ve buna bağlı olarak osilatörün frekans kararlılığında belirleyici olmaktadır. L rezonans devresi için Q faktörü, X L Q X L : obinin endüktif reaktansı : obinin omik direnci formülü ile ifade edilir. obinin omik direnci büyüdükçe, Q faktörü düşmekte ve buna bağlı olarak band genişliği artmaktadır. and genişliğinin artması ise rezonans devresinin seçiciliğini yada diğer bir deyişle frekans kararlılığını olumsuz yönde etkilemektedir. u nedenle, rezonans devresinde kulanılacak bobinin kalın iletkenden sarılarak, omik direncinin olabildiğince küçük tutulmasında fayda vardır. Quartz ve benzeri yapıdaki bazı doğal kristaller (Turmalin, oşel tuzu vb.), piezoelektrik adı verilen farklı bir özelliğe sahiptir. u kristaller, yüzeylerine basınç uygulandığında gerilim üretmektedirler. unun tersi olarak da kristale gerilim uygulandığında, kristal içerisinde mekanik hareketler meydana gelmekte ve titreşim üreteci olarak çalışmaktadır. Şekil 6. : Quartz kristalinin doğal ve işlenmiş görüntüleri Mekaniksel eksen Z Elektriksel eksen Optik eksen Şekil 6.2 : Quartz kristalinin yapısı ve kesim şekilleri Kristaller birçok şekilde kesilmektedirler. Kesim şekli, kristalin mekaniksel ve elektriksel özelliklerini belirler. TEKOELEKTONİK

87 Genelde Quartz kristalinden üretilen ve resonator (titreşim üreteci) olarak kullanılan devre elemanı da kristal olarak isimlendirilir. Kesim şekli ve fiziksel özelliklerine bağlı olarak çok değişik frekanslarda sinyal üretebilen kristaller bulunmaktadır. Q faktörü oldukça yüksek olan (ortalama olarak 20000) kristaller, L tank devrelerine kıyasla daha kesin değerli titreşim üretebilirler. u üstünlüğü, frekans kararlılığının önemli olduğu uygulamalarda kristalin tercih edilmesinin en önemli sebebidir. Kristal elemanının elektriksel eşdeğeri şekil 6.3 de ve eşdeğer devreye ait tipik parametreler ise tablo 6. de görülmektedir. XTAL L O Şekil 6.3 :Kristal elemanının sembolü ve elektriksel eşdeğeri Tablo 6.: Tipik kristal parametreleri Elektriksel eşdeğer devresinden anlaşılabileceği gibi, kristalin iki farklı rezonans durumu bulunmaktadır., L ve den oluşan kolda X L X olması halinde seri rezonans gerçekleşir ve bu durumda kristalin empedansı değerinde olup en küçük seviyededir. İkinci rezonans durumu ise, eşdeğer devrenin her iki koluna ait reaktansların eşit olduğu anda gerçekleşen paralel rezonans veya antirezonans durumudur. u durumda kristalin empedansı yüksek değerli olmaktadır. Seri ve paralel rezonans durumları şekil 6.4 de görülmektedir. Endüktif Paralel rezonans bölgesi Antirezonans frekansı eaktans 0 Seri rezonans frekansı F S FA Kapasitif Şekil 6.4: Kristale ait frekans empedans ilişkisi TEKOELEKTONİK

88 Kristal, osilatör devresinde seri veyaparalel rezonansta çalışacak şekilde kullanılabilir. Şekil 6.5 de kristalli colpitts osilatör devresi görülmektedir. Kristal devrede paralel rezonansta çalışmaktadır. + Q XTAL O Şekil 6.5 : Kristalli colpitts osilatör Paralel rezonans durumunda, kristal endüktif özelliktedir. Ancak, Q faktörünün oldukça yüksek olması nedeniyle, bobine kıyasla çok daha karalı frekansta sinyal üretilmesine olanak tanır. Kristal tarafından üretilen bu karalı sinüs dalga sinyaller transistör tarafından akım düzeyinde kuvvetlendirilir. Salınımların devamlılığını sağlamak üzere çıkıştan girişe pozitif geribesleme uygulanmıştır. Şekil 6.6 : Çeşitli paketlerde kristal görünüşleri Deney Şeması: S +5 47kohm 000uF GND Q 237 H H2 XTAL 6MHz 4 00nF 2 470pF 3 220pF 2 0kohm O TEKOELEKTONİK