Bölüm 1: Endüstriyel elektronik devre elemanları

Transkript

1 Bölüm 1: Endüstriyel elektronik devre elemanları A. Endüstriyel elektroniğin tanımı Elektronik devre elemanlarını ana hatlarıyla sıralayacak olursak, direnç, kondansatör, bobin, diyot, transistör, trafo, regülatör entegresi, mikrofon, hoparlör, kulaklık, PTC, NTC, LDR, VDR, röle, tristör, triyak, diyak, UJT, PUT, op-amp, lojik entegre vb. gibi elemanlar karşımıza çıkar. Endüstriyel elektronik dersinde ise, sanayi tesislerinde karşılaşılan tristör, triyak, röle, diyak, op-amp, termistör vb. gibi devre elemanları tanıtılacak, ayrıca uygulama devrelerinin çalışması hakkında bilgi verilecektir. Resim 1.1: Çeşitli PTC ve NTC'ler B. Termistörler (ısıya duyarlı elemanlar, ısıl dirençler) Elektronik devrelerle sıcaklık kontrolü (denetimi) yapabilmek, ortam sıcaklığını belirlemek, alıcıları yüksek sıcaklıktan korumak vb. gibi amaçlar için ısı sensör ve transdüserleri kullanılır. Termistör çeşitleri şunlardır: I. PTC: Sıcaklık arttıkça direnç değeri artar ve üzerinden geçirdiği akım azalır. Şekil 1.1'de PTC sembolü verilmiştir. II. NTC: Sıcaklık arttıkça direnci azalır ve üzerinden geçirdiği akım artar. Şekil 1.1'de NTC sembolü verilmiştir. Uygulamada kullanılan termistörler çeşitli direnç değerlerinde üretilirler. Örneğin, 10 Ω, 100 Ω, 500 Ω, 1000 Ω, 3000 Ω, 5 kω 10 kω, 20 kω gibi. Şekil 1.2'de PTC ve NTC'nin dirençlerinin sıcaklığa bağlı olarak değişimini açıklayan eğriler verilmiştir. Termistörlü devre örneği I. NTC termistörlü soğukta çalışan devre: Şekil 1.3'te verilen devrede, ortam soğukken NTC'nin direnci yüksek olacağından T 1 transistörünün beyzine bağlı olan potta gerilim oluşmaz ve T 1 kesimde kalır. T 1 'in kesimde olması A noktasındaki gerilimin yüksek olmasına Şekil 1.1: PTC ve NTC sembolleri 1 -T R (Ω) NTC PTC T ( C) Şekil 1.2: PTC ve NTC'lerin direnç değerlerinin sıcaklığa göre değişim eğrileri NTC 1-10 kω 1-10 kω R 1 A P kω R kω T 1 BC547 R 3 1 kω T 2 BC547 Şekil 1.3: İki transistör ve NTC'li soğukta çalışan devre L +12 V

2 neden olur. A noktasının geriliminin yükselmesi T 2 'yi iletime sokar ve led yanar. Ortam ısındığında NTC'nin direnci azalır ve pot üzerinde oluşan gerilim T 1 'i sürer. T 1 'in iletken olması A noktasındaki gerilimin düşmesine neden olur. A noktasının geriliminin düşmesi ise T 2 transistörünü kesime sokar ve led söner. C. Fotoelektronik elemanlar 1. Fototristörler (LASCR): G ucuna ışık geldiğinde A ucundan K ucuna doğru tek yönde akım geçiren devre elemanıdır. Fototristör uygulamada çok az kullanıldığından kısaca anlatılmıştır. Çünkü, ışığa duyarlı devrelerin büyük bir bölümü LDR ya da fototransistör kullanılarak yapılmaktadır. Şekil 1.6'da verilen basit devrede fototristöre ışık geldiğinde A-K arası iletken olur, röle kontağını kapatır ve lamba yanar. Ortam karardığında lamba sönmez. Çünkü DC ile beslenen devrelerde tristör bir kere iletken hâle geçtikten sonra besleme kesilene kadar bu durumunu korur. 2. Fototriyaklar: G ucuna ışık geldiğinde A 1 - A 2 uçları arasından her iki yönde de akım geçirebilen devre elemanıdır. Fototriyak uygulamada az kullanılmaktadır. G A K Şekil 1.4: Fototristör sembolü kapı ucu ışığa duyarlı bölge ışık cam Şekil 1.5: Fototristörün yapısı katot silisyum çekirdek Şekil 1.6: Fototristörlü ışıkta çalışan devre G G röle A K A 2 A V Şekil 1.7: Fototriyak sembolü L - 3. Optokuplörler (optik kuplaj, optoizolatör, optik bağlaç): Işık yayan eleman ile ışık algılayan elemanın aynı gövde içinde birleştirilmesiyle elde edilen elemanlara optokuplör denir. Bu elemanlarda ışık yayan eleman olarak led, enfraruj led kullanılırken, ışık algılayıcı olarak fotodiyot, fototransistör, fototristör, fototriyak vb. gibi elemanlar kullanılır. Optokuplörler daha çok, ışık yoluyla iki ayrı özellikli devre arasında elektriksel (galvanik) bağlantı olmadan irtibat kurulmasını sağlayan devrelerde kullanılır. Şöyle ki; düşük gerilimle çalışan bir devre ile yüksek gerilimli bir güç devresine optokuplör aracılığıyla kumanda edilebilir. Şekil 1.8: Uygulamada kullanılan bazı optokuplörlerin iç yapısı Optokuplörler 2000 V V'luk gerilimlere dayanıklı olduğundan en hassas kontrol sistemlerinde güvenle kullanılır. Burada verilen voltaj (gerilim) değerleri iki ayrı özellikli devrenin birbiri arasında akım geçişinin olabilmesi için uygulanması gereken değeri belirtir. Şöyle ki; kumanda devresi 5 V ile çalışsın. Bu devrenin tetikleme akımı göndermesiyle enfraruj led ışın yayarak karşısında bulunan ışığa 2

3 duyarlı elemanı tetikler. Tetiklenen eleman ise iletime geçerek yüksek voltajlı devrenin çalışmasını sağlar. Optokuplörler, TV, bilgisayar, PLC cihazı, fotokopi makinesi vb. gibi cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. yarık enfraruj led fototransistör fotodiyot yüzeyden yansıyan sinyallerle çalışan optointerraptır fototransistör enfraruj diyod ışın yansıtıcı yüzey fototransistör Şekil 1.9: Optointerraptırların yapısı delikli diskin optointerraptır yarığındaki hareketi 4. Optointerraptırlar (optointerrupter, açık tip optokuplör): Şekil 1.9'da yapıları verilen optointerraptırlar optokuplörlere çok benzeyen devre elemanlarıdır. Tek fark, ışık yayan eleman ile ışığı algılayan eleman arasına bir cisim girmesi mümkün olacak şekilde (açık gövdeli) dizayn edilmiş olmalarıdır. Bu elemanlarda ışık yayan elemana akım uygulandığında oluşan ışık, algılayıcıya ulaşır. Algılayıcının çıkışında maksimum değerde akım oluşur. Araya bir cisim girdiğinde ışık geçişi sona ereceğinden algılayıcı elemanın çıkış akımı da sıfır olur. Optointerraptırlar, bilgisayar faresi (mouse), robot kontrol devresi, fotokopi makinesi vb. gibi cihazlarda kullanılmaktadır. B C E NPN PNP Şekil 1.10: Yüzey temaslı transistörlerin yapısının basit olarak gösterilmesi Şekil 1.11: NPN ve PNP transistör sembolleri Resim 1.2: Çeşitli transistörler Ç. Transistörler Üç yarı iletkenin birleşiminden oluşmuş devre elemanına transistör denir. Bu elemanın, Beyz (B), emiter (E) ve kolektör (C) olmak üzere üç ayağı vardır. NPN ve PNP olmak üzere iki tipte yapılan transistörler, küçük değerli beyz akımına bağlı olarak C-E arasından büyük akım geçişine izin verirler. Transistör kelimesi, transfer (aktarma) ve resistor (direnç) sözcüklerinin kısaltılmasıyla ortaya çıkmıştır. Transistörlerin ayak adlarının anlamları: Emiter (emitter): Yayıcı, Kolektör (collector): Toplayıcı, Beyz (base): Taban, giriş, kontrol NPN tipi transistörlerin yapısı: Şekil 1.12'de görüldüğü gibi NPN transistör yapılırken iki adet N tipi özelliğe sahip yarı iletken malzemenin arasına ince bir katman hâlinde P tipi malzemeden 3

4 beyz tabakası yerleştirilmiştir. Araya yerleştirilen beyz tabakası iki büyük tabaka arasındaki elektron - oyuk geçişini kontrol etme bakımından görev yapmaktadır. Transistörleri musluğa (vana) benzetmek mümkündür. Musluk, akan sıvıyı denetler (ayarlar). Transistör ise geçen akımı denetler. Bu özelliği sayesinde küçük akımlar aynı biçimde olmak kaydıyla büyütülebileceği gibi, küçük bir akım ile büyük bir alıcının çalışması da sağlanabilir. PNP tipi transistörlerin yapısı: Şekil 1.13'te görüldüğü gibi PNP transistör kolektör (C) beyz (B) emiter (E) Şekil 1.12: NPN transistörlerin yarı iletken yapısı yapılırken iki adet P tipi özelliğe sahip yarı iletken malzemenin arasına ince bir katman hâlinde N tipi malzemeden beyz tabakası yerleştirilmiştir. Araya yerleştirilen beyz tabakası iki büyük tabaka arasındaki elektron - oyuk geçişini kontrol etme bakımından görev yapmaktadır. 1. Yükselteç olarak kullanılan transistörler: Transistörler kullanılarak teyplerin okuyucu kafası, mikrofon vb. gibi düzeneklerin ürettiği zayıf elektrik sinyalleri güçlendirilebilir. Örneğin mikrofon ses dalgalarını, içindeki mini bobin sayesinde elektrik sinyallerine çeviririr. Bu sinyaller çok küçük değerli olduğundan hoparlörü besleyemez (süremez). İşte bu nedenle araya transistörlü (ya da entegreli) yükselteç devresi konulur. Şekil 1.14'te NPN transistörün yükselteç olarak çalıştırılmasına ilişkin temel devre verilmiştir. Not: Transistörlü yükselteç devreleri hakkında ek bilgi alabilmek için temel elektronik kitabına bakınız. N P N kolektör (C) beyz (B) emiter (E) P N P Şekil 1.13: PNP transistörlerin yarı iletken yapısı C giriş R B Yükseltilecek sinyal buradan uygulanır. V giriş DC polarma direnci NPN T TR V CC yük direnci C çıkış Yükseltilmiş sinyal buradan alınır. V çıkış S 33 kω 10 kω V 330 Ω L NPN BC547 - Şekil 1.14: Transistörlerin yükselteç olarak kullanılışının basitçe gösterilmesi Şekil 1.15: Transistörün anahtar olarak çalıştırılması 2. Anahtar (on-off elemanı) olarak kullanılan transistörler: Transistörün kesim (yalıtım) ve doyum (tam iletim) durumunda olması, elemanın anahtarlama yapıcı olarak çalıştırılmasıdır. Aktif bölgedeki çalışma ise yükselteç devrelerinde geçerlidir. Anahtarlama elemanı olarak kullanılacak transistörün açma kapama (on-off) zamanlarının çok kısa olması gerekir. Özellikle yüksek frekanslı devrelerde, zaman rölelerinde, periyodik çalışan sistemlerde, dijital düzeneklerde açma kapama sürelerinin kısa olması çok önemlidir. Alıcıları mekanik anahtarlarla ve şalterlerle çalıştırıp durdururuz. Yük (R y ) büyüdükçe yüksek akımlı anahtar (şalter) kullanmak gerekir. Bu ise devrede hem çok yer kaplar hem de maliyeti 4

5 artırır. İşte bu nedenle uygulamada, transistör, tristör, triyak vb. gibi elemanlar kullanılarak küçük bir anahtarla büyük alıcılara kumanda edilebilmektedir. Büyük akımın geçtiği şalterlerin olumsuz yönleri I. Şalter açılıp kapatılırken büyük fiziksel kuvvet gerekir. II. Açılıp kapanma esnasında gürültü, kıvılcım, ark olur. III. Kontaklar ark nedeniyle belli bir süre sonra geçirgenliğini kaybeder (bozulur). Şekil 1.15'te verilen devrede S mini anahtarıyla L alıcısı (led, lamba, ısıtıcı, motor vb.) çalıştırılabilir. Şöyle ki; S kapatılınca transistörün beyzine küçük bir akım gider. Bu akım transistörün C-E uçları arasından yüksek değerli bir akım geçmesine neden olur. Bu sayede L alıcısı çalışmaya başlar. Aslında anahtarlama işlemi yalnızca alıcı çalıştırmayla sınırlı değildir. Şöyle ki; bazı devrelerde osilasyonlu (salınımlı) sinyaller elde edebilmek için transistörlü aç kapa (on-off) yapıcı devreler kullanılır. Yani transistör, C-E arasından geçen akımı sürekli verir keser. Bu işleme de anahtarlama denir. 3. Transistörlü röle ve kontaktör kumandası: Transistörlerle sadece DC ile çalışan alıcıları besleyebiliriz. Yani AC ile çalışan bir motoru transistöre bağlamak mümkün değildir. Ancak araya şekil 1.16'da görüldüğü gibi bir röle ya da DC kontaktör bağlanırsa, transistör ile her türlü alıcıya kumanda edilebilir. S 22 kω NPN BC V röle V 5-12 V L T BC547 R 1 3,3kΩ P kω R 2 1 kω + - S 5-12 V Şekil 1.16: Transistörle rölenin çalıştırılması Şekil 1.17: Transistörün ayarlı direnç olarak kullanılması 4. Transistörlerin ayarlı direnç (reosta) olarak kullanılması: Büyük güçlü alıcıların akım ayarı, yüksek akımlı ve büyük gövdeli reostayla yapılabilir. Fakat reosta hem çok yer kaplar, hem de ek bir enerji tüketir. Ancak, pot ve transistör temeli üzerine kurulu devrelerle daha iyi akım kontrolü yapmak mümkündür. Şekil 1.17'de verilen devrede P nin değeri değiştirildikçe beyze giden tetikleme akımı değişir ve buna bağlı olarak C den E ye geçen akım ayarlanarak L nin gücü kontrol edilmiş olur. 5. Transistörlü elektronik ateşleme devreleri I. Benzinli motorlarda yakıt ateşleme sistemleri: Motorun silindirleri içindeki yakıt sıkıştırıldıktan sonra bujiler kıvılcım oluşturarak benzini yakar. Yanan benzinin oluşturduğu ısı ile ortaya çıkan basınç, pistonu iter. Böylece mekanik enerji elde edilir. Benzinin yanmasıyla ortaya çıkan basınçtan elde edilen doğrusal hareket dişli sistemleriyle dairesel harekete dönüştürülür. Ateşleme işlemini yapan bujilerdeki kıvılcım yüksek voltajlı elektrik akımıyla oluşturulur. Motorlu taşıtlarda bulunan 6 ile 48 V arası DC gerilim üreten akümülatörlerden alınan doğru akım, sürekli açılıp kapanan bir anahtar olan platin aracılığıyla indüksiyon bobinine uygulanır. İndüksiyon bobini tıpkı gerilimi yükselten bir transformatör gibi olduğundan, primerine gelen 5

6 akımı sekonderden volt olarak verir. Benzinli motorlu taşıtların ateşleme sisteminde bulunan platin adlı anahtarlama düzeneği ilk ayarlandığında çok düzgün çalışır. Ancak zamanla platinin birbirine değen kontakları oksitlenerek geçen akımın azalmasına neden olur. Platinin bozulması indüksiyon bobininin primerine giden akımı azalttığından, sekonderdeki gerilimde de düşme olur. Sekonderin geriliminin düşmesi ise bujilerde oluşan kıvılcımın azalmasına yol açarak, silindirlere giren yakıtın tam olarak yanmamasına neden olur. Tam yanmayan yakıt ise motorun çeki (tork) gücünü azaltır ve eksozdan yanmamış karbonmonoksit ve kurşun çıkışını artırır. Yani ateşleme sisteminin verimi düşünce motorun gücü azalır. Yakıt tüketimi ise artar. İşte, platin eskimesi nedeniyle ortaya çıkan sorunları gidermek için elektronik ateşleme devreleri geliştirilmiştir. II. İndüksiyon (ateşleme) bobininin yapısı: Şekil 1.19'da iç yapısı görülen indüksiyon bobini primeri kalın telden (0,60-0,90 mm) az sarımlı, sekonderi ince telden (0,10 mm) çok sarımlı olarak yapılmış transformatördür. İki sargı, silisyum katkılı ince çelik saclardan yapılmış nüve üzerine sarılmıştır. Nüve, primerin oluşturduğu manyetik alanın en az kayıpla sekonder sargılarına ulaşmasını sağlamaktadır. Motor çalışmaya başladığında eksantrik mili döneceğinden, kam da dönmeye başlar. Kamın köşeleri platin kontaklarının açılmasını, düz kısımları ise kapanmasını sağlar. (Şekil 1.18 ve şekil 1.20'ye bakınız.) - 12 V 60 Ah Kamın kontakları açıp kapatması, indüksiyon bobininin sekonderinde yüksek değerli ( V) gerilimin oluşmasını sağlamaktadır. Ateşleme bobininin oluşturduğu yüksek gerilimli akım, distribitör (dağıtıcı) adı verilen mekanik yapılı eleman tarafından sırayla silindirlerdeki bujilere dağıtılır. Şekil 1.20'ye bakınız. İndüksiyon bobininin çalışma ilkesi: Akümülatörden elde edilen enerji zamana göre yön ve şiddet değiştirmez. Yani sabittir. Sürekli aynı değerde akan bu tip akımlara doğru akım diyoruz. İndüksiyon bobinlerinin çalışabilmesi için ise sürekli değişen akıma gerek vardır. Aküden alınan akımın sürekli azalıp çoğalmasını sağlamak için platin adı verilen düzenek kullanılır. En basit açıklamasıyla platin, indüksiyon bobininin primer sarımından geçen akımın kesik kesik akmasını sağlamaktadır. İşte bu sayede elde edilen değişken akım indüksiyon bobininin sekonder sarımında yüksek değerli gerilim oluşturmaktadır. III. Benzinli motorlarda elektronik devreli yakıt ateşleme sistemleri: Bir motordan her hızda (devirde) maksimum güç alabilmek için ateşleme ayarlarının çok iyi olması gerekir. Yani silindir içinde sıkışmış olan yakıt+hava karışımının tamamen tutuşabilmesi için buji tırnakları arasında oluşan kıvılcımın oluşma anının çok iyi belirlenmesi gerekir. Silindir içindeki piston üst ölü noktadan geriye doğru giderken buji kıvılcımı başlarsa alev, karışım içinde ilerlerken, piston da hareketine devam edeceğinden, tam tutuşma anında piston üst ölü noktadan geri dönmüş olur. Bu ise motor gücünü azaltıcı etki yapar. Güç kaybını önlemek için silindir içindeki yanmanın tam üst ölü noktada başlamasını sağlamak gerekir. Bunun için, piston üst ölü noktaya varmadan çok az bir süre önce ateşlemenin olması gerekir. Böylece yakıtın tamamı yanacağından büyük bir basınç (kuvvet) oluşur. Klasik yakıt ateşleme sistemlerinde akü + platin + indüksiyon bobini + distribütör + bujilerden oluşan düzenek vardır. Klasik tip ateşleme devrelerinde aküden gelen yüksek değerli akım platin 6 + Resim 1.3: Akümülâtör kam kontaklar Şekil 1.18: Plâtin primer kondansatör (meksefe) sekonder kam Şekil 1.19: Aküden gelen düşük değerli gerilimi yükselten indüksiyon bobini

7 sekonder devre (ince sargılar) primer devre kablosu kontak anahtarı primer devre (kalın sargılar) yüksek gerilim kablosu kam indüksiyon bobini platin takımı distribütör (dağıtıcı) buji kabloları akü kondansatör şase bujiler kıvılcım Şekil 1.20: Benzinli motorlarda kullanılan klasik ateşleme sisteminin yapısı kontaklarından geçtiğinden, bu elemandaki eskime çok çabuk olmaktadır. İşte bu sakıncayı ortadan kaldırabilmek için elektronik ateşleme devreleri geliştirilmiştir. Şekil 1.21'de verilen devrede platin kontaklarından çok küçük bir akım geçer. Çünkü, transistörün beyzi küçük bir akım ile tetiklenebilir. Bu sayede platin kontakları az aşınır. Şekil 1.22'de verilen devre ise daha iyi bir yöntemi göstermektedir. Bu usülde platin sistemi tamamen değiştirilmiştir. Motor döndükçe mıknatıs da döner. Mıknatısın yakınında bulunan mini bobin kendisine yaklaşan mıknatıslardan etkilenerek bir elektrik akımı oluşturur. Bu akım transistörün beyzinden geçen akımın kontrol edilmesini sağlar. Mıknatıs ve bobin düzeneği sayesinde kontak aşınması söz konusu olmaz. transistör distribütör (dağıtıcı) transistör distribütör buji buji indüksiyon bobini + - akü R B plâtin kıvılcım indüksiyon bobini + akü - R B mıknatıs kıvılcım mini bobin Şekil 1.21: Transistörlü elektronik ateşleme sisteminin yapısının basit olarak gösterilmesi Şekil 1.22: Transistör ve mini bobin sensörlü elektronik ateşleme sisteminin yapısının basit olarak gösterilmesi Benzinli motorlarda elektronik ateşleme sistemlerine ilişkin devre örnekleri I. Platinli elektronik ateşleme sistemi: Şekil 1.23'te verilen devrede platinin açılıp kapanması transistörlü elektronik devreyi çalıştırır. Şöyle ki; platin kontağı kapandığında PNP 7

8 transistörünün beyz ucuna eksi (-) sinyal gideceğinden bu eleman iletime geçer. T 1 iletime geçtiğinde R 3 üzerinde oluşan gerilim ise NPN transistörü sürer. T 2 transistörün iletime geçmesiyle indüksiyon bobininin primer sargısından bir akım geçişi olur. Platin kontağı açıldığında PNP ve NPN transistör kesime gideceğinden, indüksiyon bobininden geçen akım maksimum değerden sıfır değerine iner. Bu işlem sürekli olarak devam ederek indüksiyon bobininin çok sipirli sekonder sarımında yüksek gerilim oluşturur. Verilen devrede platinden çok küçük bir beyz akımı geçişi olduğundan bu eleman çok uzun süre bozulmadan çalışabilir. Not: Devre deneysel amaçlıdır. Anlamayı kolaylaştırmak için bazı elemanlar yok sayılmıştır. 820 Ω 1 W 680 Ω 1 W platin R 1 R 4 BD136 R 2 T 1 R 3 Şekil 1.23: Transistörlü elektronik ateşleme devresi bobin 2200 Ω 1500 Ω bobin mıknatıs primer T 2 BUX V sekonder distribütöre 220 nf/600 V Şekil 1.24: Değişken manyetik alanın bobinde gerilim oluşturması Şekil 1.25: Dönen diskteki mıknatısların bobinde gerilim oluşturması II. Platinsiz elektronik ateşleme sistemi: Şekil 1.23'te verilen elektronik ateşleme sistemindeki platinden az akım geçmesine rağmen bu eleman yine de zaman içinde özelliğini kaybeder. İşte bu nedenle platinsiz elektronik ateşleme sistemleri geliştirilmiştir. III. Bobinli elektronik ateşleme sistemi: Bilindiği gibi, bir bobin şekil 1.24 ve şekil1.25'te görüldüğü gibi manyetik alan içinde döndürülürse ya da bobin sabit tutulup manyetik alan kutupları hareket ettirilirse, bobinin içindeki elektronlar kuvvet çizgilerinin etkisi sonucu hareket ederler. Bu durumu bobin uçlarına bağlanacak bir voltmetre ya da ampermetreyle görmek mümkündür. İşte bu prensipten yola çıkılarak şekil 1.25'te verilen bobinli elektronik ateşleme sistemleri geliştirilmiştir. Bu sistemde, motorun ateşleme düzeneğinde bulunan dairesel hareketli diske mıknatıslar yerleştirilmekte, mıknatısların yakınına ise bir bobin (pick-up, manyetik sensör) konmaktadır. Dairesel olarak dönen mıknatısların manyetik alanı sonucu bobinde oluşan gerilim transistörlü elektronik devreyi tetikleyerek indüksiyon bobinine kumanda edilmesini sağlamaktadır. IV. Optik (optoelektronik) ateşleme sistemi: Şekil 1.26'da verilen prensip şemada motorun ateşleme sisteminde bir ışık vericisi (enfraruj led), kenarları oyulmuş döner disk ve ışık algılayıcı (fototransistör, fotodiyot) ve elektronik devre mevcuttur. Motor çalışırken kenarları oyulmuş disk de döndüğünden ışık yayan eleman ile ışık algılayan eleman arasındaki iletişim kesik kesik olmaktadır. Işığı algılayan elemanın devamlı olarak iletim-kesim olması diğer elektronik devrelerin 8

9 tetiklenmesine yol açmakta ve bu sayede indüksiyon bobinine kumanda edilebilmektedir. D. UJT'ler (unijonksiyon transistör, tek eklemli transistör) UJT, şekil 1.28'de görüldüğü gibi iki yarı iletkenin birleşiminden oluşmuş tetikleme elemanıdır. UJT'lerin ayakları E, B 1, B 2 şeklinde adlandırılmıştır. UJT'lerde E ucuna uygulanan pozitif gerilimin değeri 6-9 V olduğunda B 2 'den B 1 'e doğru akım geçişi olur. Başka bir deyişle UJT'nin E ucundaki gerilim E- B 1 eklem bölgesinde düşen gerilimden 0,2-0,7 volt fazla olduğunda B 2 'den B 1 'e doğru akım geçişi olur. UJT'lerin iç yapısı, kolay anlaşılması için şekil 1.29'da görüldüğü gibi diyot ve dirençlerle ifade edilebilir. Bu yaklaşıma göre R B1 ve R B2 ilk anda akıma yüksek direnç gösterir. E ucunun gerilimi R B1 üzerinde oluşan gerilimden 0,2-0,7 V fazla olunca E ucundaki diyot iletime geçer. Bunun sonucunda da R B2, R B1 dirençlerinin değeri hemen en düşük seviyeye iner. UJT'ler, dimmer, zamanlayıcı, osilatör vb. devrelerinde kullanılmaktadır. E B 2 B 1 Şekil 1.27: UJT sembolü D enfraruj led disk fototransistör, fotodiyot Şekil 1.26: Optik ateşleme sisteminin yapısı E P N B 2 B 1 Şekil 1.28: UJT'nin yarı iletken yapısı R B2 V BB B 2 I. UJT'li pals üreteci (gevşemeli osilatör): Şekil 1.31'de verilen devreye DC uygulanınca pot ve R 1 'den geçen geçen akım kondansatörü doldurmaya başlar. C'nin gerilimi 6-9 V arası bir değere ulaşınca UJT aniden iletken olur. B 2 'den B 1 'e doğru geçen akım R 3 üzerinde gerilim oluşmasını sağlar. Emitere bağlı olan C çok küçük kapasiteli olduğundan hemen deşarj olarak devrenin başlangıç noktasına dönmesine neden olur. E. PUT lar (programlanabilen UJT'ler) Dört yarı iletkenin birleşiminden oluşmuş, yapı olarak tristöre benzeyen, tek yönde akım geçiren tetikleme elemanlarına PUT denir. PUT'ların ayakları, A, K, G şeklinde adlandırılmıştır. Bu elemanların iletime geçme geriliminin değeri şekil 1.33'te görüldüğü gibi G ayağına bağlanan iki adet gerilim bölücü polarma direnciyle değiştirilebilir. PUT'ların iletken olabilmesi için A-K arasına uygulanan gerilim G ucunun geriliminden 0,6 V daha fazla olmalıdır. Yani, V AK > V G + 0,6 V İletime geçme noktası değiştirilebilen (programlanabilen) PUT lar, UJT lerden daha üstündür. Besleme gerilimleri DC 40 volta kadar yükseltilebilir. Ayrıca PUT ların ürettiği palslerin 9 V E R B1 B 1 Şekil 1.29: UJT'nin diyot-direnç eşdeğeri B 2 E B 2 E B 1 B 1 Şekil 1.30: Bazı UJT'lerin ayaklarının dizilişi + C 1 µf R k P k 2N2646 R Ω 2N2646 2N2647 2N4870 2N4871 V (V) +12 V çıkış t (s) R Ω Şekil 1.31: UJT'li pals osilatörü devresi -

10 genlik değeri de UJT'lere oranla daha yüksektir. Hatırlatma: Gerilim bölme Kirchhoff'un gerilim yasasına göre seri bağlı dirençler üzerine düşen gerilimlerin toplamı devreye uygulanan gerilime eşittir. Örneğin 1 kω'luk üç adet direnci seri olarak bağlayıp 12 V uygulayalım. Bu durumda dirençlerin üzerindeki gerilimler voltmetre ile ölçülecek olursa her bir direnç üzerinde 4 voltluk gerilim düşümü olduğu görülür. Buna göre Şekil 1.32: PUT sembolü R k V çıkış C 100 nf 2N6027 K R Ω V T =V R1 +V R2 +V R3 denklemi söz konusudur. Aynı şekilde birbirine seri bağlı iki direncin üzerinde düşen gerilimlerin toplamı da besleme gerilimine eşittir. İşte bu özellikten yararlanılarak yüksek değerli gerilimler seri dirençlerle küçük parçalara ayrılabilmektedir. I. PUT lu pals üreteci devresi: Şekil 1.33'te verilen devre şemasında R 1 ve R 2 gerilim bölücü dirençleri aracılığıyla PUT un G ucuna sabit bir polarma gerilimi uygulanır. 100 kω luk direnç (R 4 ) üzerinden geçen akım ise kondansatörü şarj etmeye başlar. C üzerinde biriken yükün gerilim değeri G ucundaki gerilimden 0,6 V fazla olduğu anda PUT iletime geçer. R 3 üzerinde testere dişine benzeyen gerilim oluşur. G ucuna polarma gerilimi sağlayan R 1 ve R 2 nin değeri değiştirilirse PUT un iletime geçme düzeyi ayarlanabilir (programlanabilir). Örneğin PUT lu darbe üreteci devresi 12 V ile çalışsın. Gerilim bölücü dirençler ise, R 1 = R 2 = 100 kω olsun. Bu durumda PUT un G ucundaki polarma gerilimi V G = 6 V olur. Dolayısıyla, kondansatörün gerilimi 6,6 V'u aştığı anda PUT iletime geçerek R 3 üzerinde palsler oluşturmaya başlar. A G k k Şekil 1.33: PUT'lu pals (darbe) üreteci anot (A) geyt (G) geyt (G) anot (A) R 15 kω 6,8 V katot (K) Şekil 1.34: SUS sembolü katot (K) Şekil 1.35: SUS'un transistör eşdeğeri Şekil 1.36: SUS'un tetiklenme gerilimi değerinin zener diyot ile değiştirilmesi F. Silisyum anahtarlar (diğer tetikleme elemanları) 1. SUS lar (silicon unidirectional switch, silikon tek yönlü anahtar): Tek yönde akım geçiren tetikleme elemanlarına SUS denir. SUS'ların ayakları A, K, G şeklinde adlandırılmıştır. G ucu anoda yakın olan yarı iletkenden çıkarıldığı için bu elemanlar anot kapılı tristörlere benzerler. SUS un iletime geçirilme yöntemleri şunlardır: I. G ucuna eksi (-) tetikleme uygulayarak. II. SUS un anoduna şaseye göre 7,4-7,5 V arası bir gerilim uygulayarak. SUS un daha düşük gerilimlerde tetiklenmesi istenirse G-K arasına şekil 1.36'da görüldüğü gibi dışardan zener diyot ya da direnç eklenir. G-K arasına bağlanan 3 V'luk bir zener diyot SUS un iletime geçme geriliminin yaklaşık 3,7 10

11 volta inmesine neden olur. G-A ve G-K uçları arasına eşit değerli iki direnç eklenirse (örneğin 33 kω ya da 100 kω) SUS un tetiklenme gerilimi yaklaşık 4 V olur. V ters I (ma) SUS lu pals üreteci devresi: Şekil 1.38'de verilen devrede R 1 ve P'den geçen I akım C'yi doldurmaya başlar. (ma) C'nin gerilimi 7,4-7,5 V olunca SUS iletime geçerek R y Şekil 1.37: SUS'ların elektriksel üzerinde gerilim oluşturur. C karakteristik eğrisi küçük kapasiteli olduğundan hemen boşalır, SUS kesime gider. Ardından C tekrar dolmaya başlar. V ileri 100 nf - A C +12 V R 1 10 k P 100 k G 2N4987 K Ry Şekil 1.38: SUS'lu pals üreteci devresi I doğru (ma) 2. SBS ler (silicon bidirectional switch, silikon iki yönlü anahtar): İki yönde akım geçirebilen tetikleme elemanıdır. Birbirine ters paralel bağlı iki SUS tan oluşmuştur. G ucu hem (+) hem de (-) polarma ile tetiklenebilir. Tetiklenme gerilimi 6-10 V arasında değişir. Darbe üreteci olarak triyakların tetiklenmesinde vb. kullanılır. 2N4991 tip SBS nin özellikleri: Tetikleme gerilimi yaklaşık: 6-10 V, tetikleme akımı: 0,5 ma. Şekil 1.39: SBS sembolü V ters (V) I ters (ma) (ma) V doğru (V) Şekil 1.40: SBS'lerin elektriksel karakteristik eğrisi A A BRX49 MCR100 A G K G K Şekil 1.41: Tristör sembolleri A G K G A K G. Tristörler (thyristör, SCR, silicon controlled rectefier) A Şekil 1.42: Çeşitli tristörler 1. Tristörlerin yapısı ve çalışma karakteristiği: İki yarı iletken ile diyotlar, üç yarı iletken ile transistörler, dört yarı iletken ile ise tristörler yapılmıştır. Tristör kavramı, thyratron (gazlı triyod) ve transistör sözcüklerinin birleşiminden ortaya çıkmıştır. PNPN şeklinde birleştirilmiş olan dört yarı iletkenden çıkarılan anot (A), katot (K) ve gate (G) uçları olan tristör, doğru ve alternatif akımda çalışabilen bir güç kontrol elemanıdır. 11 G yalıtkan K G K Şekil 1.43: Tristörün yarı iletken iç yapısı

12 Tristörlerin iletime geçirilebilmesi için G ucuna kısa süreli olarak akım (sinyal) uygulamak yeterlidir. Tetikleme akımı uygulandığında tristör saniyenin 1/1000'i kadarlık bir sürede iletime geçer. Tristör kesimdeyken A-K uçlarının direnci çok yüksektir. İletim anında ise A-K arası direnç 0,2 Ω gibi çok düşük bir düzeye iner. Tristör iletimdeyken A-K arasından geçen akımın maksimum değere çıkmaması için devreye mutlaka yük bağlanması gerekir. Yüksüz çalıştırma yapılırsa aşırı akım geçişi olur ve eleman bozulur. Uygulamada kullanılan tristörlerin akımları 0,1 ile 3000 A, gerilimleri 10 ile 5000 V arasında değişmektedir. AC gerilim ile çalıştırılan tristörlü devrelerde, G ucuna gelen tetikleme akımına bağlı olarak A dan K ya geçen akım değişir. (Diyotlar ise A dan K ya doğru geçen akımı denetleyemezler.) Herhangi bir alıcıya uygulanan enerji ayarlı bir transformatörle (varyak) ya da yük devresine seri olarak bağlanan bir reosta (ayarlı direnç) ile kontrol edildiğinde büyük bir güç kaybı ortaya çıkar. Aynı zamanda bu elemanlar hem fazla yer kaplar, hem de pahalıya mal olurlar. Güç kontrolünde tristör kullanıldığında ise, hem güç kaybı azalır, hem de maliyet düşer. Tristörler, demir çelik endüstrisinde, kaynak makinelerinde, yüksek güçlü redresörlerde, motorların devir kontrollerinde, akü şarj cihazlarında, aydınlatma, ısıtma donanımlarında vb. kullanılır. Şekil 1.41'de tristör sembolleri, şekil 1.42'de uygulamada kullanılan tristör örnekleri ve şekil 1.43'te tristörlerin yarı iletken iç yapısı verilmiştir. tutma akımı Tristörlerin doğru ve ters polarmada bozulma ters polarma (kırılma) gerilimi durumundaki -V (V) elektriksel karakteristik doğru polarmada eğrileri: Endüstriyel ters polarmada kesim bölgesi kesim bölgesi donanımlarda yaygın -I (A) olarak kullanılan Şekil 1.44: Tristörün iletim ve kesim durumundaki elemanlardan biri olan davranışlarını gösteren karakteristik eğriler tristörlerin doğru ve ters yönlü gerilimlere karşı davranışını anlayabilmek için şekil 1.44'teki eğrileri inceleyelim. Karakteristik eğrilerdeki kavramların açıklanması: I. Ters polarmada bozulma (kırılma, delinme) gerilimi: Tristörün ters yönlü olarak uygulanan gerilime dayanabildiği son noktadır. II. Ters polarmada kesim bölgesi: Tristörün ters yönlü polarmada kesimde olduğu gerilim aralığıdır. III. Doğru polarmada kesim bölgesi: Tristörün doğru polarma altında kesimde kaldığı bölgedir. IV. Doğru polarmada iletime geçme noktası: Tristörün iletime geçtiği değerdir. V. Tutma akımı: Tristörün iletime geçtikten sonra iletimde kalmasını sağlayan anot-katot arası akım değeridir. Tristörün iletime geçebilmesi için gereken koşullar şunlardır: I. Anot ucuna artı (+), katot ucuna eksi (-) gerilim uygulanmalıdır. II. Tristörün A-K uçları arasından geçen akım en az tutma akımı kadar olmalıdır. 12 +I (A) doğru polarmada iletim bölgesi doğru polarmada iletime geçme noktası +V (V)

13 III. G ucuna uygulanan polarmanın gerilim ve akım değeri tristörün kataloğunda verilen değerde olmalıdır. Yani G ucuna uygulanan tetikleme akımı çok küçük olursa eleman çalışmaz. Tetikleme akımı büyük olduğunda ise tristör bozulur. 2. Tristörlerin sağlamlık testi: AVOmetre komütatörü ohm kademesine getirilerek (x1 kω konumu) yapılan ölçümde, A-K: kω-kω (büyük ohm - büyük ohm), A-G: Ω - kω (küçük ohmbüyük ohm), K-G: Ω - kω (küçük ohm-büyük ohm) olacak şekilde değerler okunuyorsa eleman sağlamdır. 3. Tristör tetikleme devreleri ve kapı (G) kontrolü (Tristörleri tetikleme yöntemleri) a. G ucuna kısa süreli akım (pals) uygulayarak tetikleme: Bu yöntemde G ucuna kısa süreli olarak tetikleme akımı uygulanarak A - K arasının iletken olması sağlanır. Tetikleme sinyali ise, I. Bağımsız DC üretecinden sağlama: Şekil 1.45'te verilen bu yöntemde S 1 anahtarı kapatıldığında lamba yanmaz. S 2 anahtarı kısa süreli olarak kapatılıp açılırsa tristörün davranışı şöyle olur: V gerilimi AC ise S 2 açıldığı anda tristör tekrar kesime gider ve lamba söner. V gerilimi DC ise S 2 açılsa bile tristör sürekli olarak iletimde kalır. II. Ana besleme kaynağından sağlama: Şekil 1.46'da verilen devrede S anahtarı kapatıldığı anda direnç üzerinden geçen küçük değerli akım tristörü sürer. Devre DC ile besleniyorsa S anahtarı açılsa bile tristör iletimde kalır. Devre AC ile besleniyorsa S anahtarı açıldığında tristör kesime gider. Devrede kullanılan diyot, tristörün G ucundan ters yönde akım dolaşmasını önler. Yani bu eleman tristörü koruma amacıyla bağlanmıştır. G ucuna uygulanan akımın minimum değeri önemli bir husustur. Yani G ucuna rastgele akım uygulanırsa eleman bozulur. Teknik bilgi kataloglarında her tristörün geyt ucuna uygulanacak akım (I Gmin ) belirtilir. Örneğin iletime geçebilmesi için G ucuna 10 ma uygulanması gereken bir Şekil 1.45: Tristörün DC üreteç ile tetiklenmesi tristöre 5 ma uygulanırsa A - K arası iletken olmaz. Ya da G akımı 10 miliamperin çok üzerinde olursa eleman bozulabilir. Tristörün G ucuna uygulanacak tetikleme akımının katalogda verilmiş olan sınırın üzerine çıkmaması için tetikleme ucuna seri olarak direnç bağlanır. Direncin kaç ohm olması gerektiğini bir örnekle açıklayalım. Örnek: Bir tristörün G tetikleme akımı katalogdan bakılarak 10 ma olarak belirlenmişir. Tristör DC 12 voltluk bir devrede kullanıldığına göre G ucuna seri bağlanması gereken direncin değerini hesaplayınız. (V geyt = 1 V) Çözüm I G = 10 ma = 0,01 A R =(V şebeke -V geyt )/I G = (12-1)/0,01=1100 Ω b. Tristörlerin izolasyon (pals, darbe) transfor-matörleriyle tetiklenmesi: Birbirinden yalıtılarak (bağımsız) çalışması istenen devrelerde tetikleme palsi ile tristör arasına şekil 1.47'de görüldüğü gibi dönüştürme oranı 1:1 olan minik boyutlu bir pals transformatörü bağlanır. Pals 13 S 2 V G AC ya da DC R S 1 L BRX49 MCR100 V AC ya da DC Şekil 1.46: Tristörün ana besleme kaynağından tetiklenmesi L 1-22 k BRX49 MCR100

14 devresinin primerden dolaştırdığı akımın yarattığı manyetik alan sekonder sargılarında V 2 gerilimini oluşturur. V 2 gerilimi tristörün G ucunu tetikleyerek tristörü sürer. Bu yönteme manyetik kuplajlı tetikleme de denir. c. Tristörlerin optokuplör ile tetiklenmesi: Şekil 1.48'de görülen devrede S anahtarı kapatıldığında enfraruj diyot ışık yayarak fototransistörü sürer. İletime geçen fototransistör ise tristörü tetikleyerek röleyi çalıştırır. Görüldüğü üzere kumanda devresiyle güç devresi optokuplör sayesinde birbirinden elektriksel bakımdan yalıtılmıştır V ç. A-K uçları arasına yüksek gerilim uygulayarak tetikleme: G ucu boştayken A-K arasına uygulanan gerilim artırılırsa tristörün içindeki S R 1 optokuplör transistörlerden akan sızıntı akımlarının değerleri yükselerek R 2 A-K arasının iletken hâle gelmesine yol açabilir. Pratikte 4N25 tercih edilen bir yöntem değildir. Çünkü, tristöre kataloglarda belirtilen dayanma gerilimlerinden yüksek gerilim uygulamak sakıncalıdır. 220 Ω d. Yüksek sıcaklık ile tetikleme: SCR nin sıcaklığı artırılırsa P-N eklemlerinden geçen sızıntı akımları yükselir. Bu da elemanın A-K arasının iletken olmasına yol açar. Uygulamada tercih edilen bir yöntem değildir. 4. Tristörün DC'de kullanılması: Tristörlerin iç yapısındaki 4 yarı iletken ard arda bağlı iki transistör gibi davranır. Bunları şekil 1.49 ve şekil 1.50'de görüldüğü gibi T 1 ve T 2 olarak adlandırırsak, T 2 nin tetikleme ucuna (G ucu) küçük değerli bir pozitif (+) akım uygulandığında C-E arası iletken olur ve T 1 in beyz ucuna eksi (-) ulaşır. T 1 in beyzinin eksi (-) alması bu transistörün de iletken olmasına yol açar. T 1 iletken olunca emiterinden kolektörüne doğru akan akım T 2 nin B ucuna tetikleme akımı gelmesine yol açar. Bunun sonucunda dışardan uygulanan I G tetikleme akımı kesilse bile T 2 iletimde kalır. T 2 nin iletimde kalması ise T 1 in iletimde olmasını sağlar. Özetlersek: G ucuna gelen kısa süreli polarma (tetikleme, uyartım) akımı tristörün sürekli olarak A dan K ya doğru akım geçirmesine yol açar. Tristörün DC ile bir kez tetiklendikten sonra sürekli olarak çalışıyor vaziyette kalabilmesi için AC ya da DC R BRX49 MCR100 V 2 pals trafosu V 1 Şekil 1.47: Tristörün pals trafosuyla tetiklenmesi 1-10 kω Şekil 1.48: Tristörün optokuplörle tetiklenmesi +12 V pals üreteci L BRX49 MCR100 A K A T 1 G G G G K Şekil 1.49: Tristörün yarı iletken iç yapısı A K + + A PNP NPN - K 14 T 2 Şekil 1.50: Tristörün transistör eş değeri ve tristörü DC ile çalıştırma G T 1 ~ A PNP ~ NPN ~ T 2 K ~ ~ ~ L Şekil 1.51: Tristörlerin AC'de çalışması

15 bir koşul vardır. O da, elemandan geçen akımın tutma akımından fazla olmasıdır. Uygulamada kullanılan tristörlerde tutma akımı modele göre 2 ma-200 ma arasında değişebilmektedir. 5. Tristörün AC'de çalışması: Şekil 1.51'de verilen devrede T 2 nin tetikleme ucuna (G) uygulanan küçük değerli akım bu elemanın C-E uçları arasından akım geçmesini sağlar. T 2 nin C'den E'ye akım geçirmesi üzerine T 1 in B ucu eksi (-) polarma alır ve iletime geçerek T 2 yi tetiklemeye başlar. Pozitif yönlü alternans maksimum değere yükselir ve tekrar sıfır (0) değerine iner. İşte tam bu sırada tristörün anot (A) ucuna gelen akım 0 değerine indiği için T 1 ve T 2 kesime girer ve alıcı çalışmaz olur. G ye pozitif tetikleme sinyali verilince tristör yeniden iletime geçer. Görüldüğü üzere pozitif alternansın her 0 V değerine inişinde tristör kesime girmektedir. İşte bu nedenle AC ile çalışan devrelerde kullanılan tristörün G ucuna sürekli olarak tetikleme sinyali uygulamak gerekir. T 2 transistörünün G ucuna negatif sinyal geldiğinde bu transistör iletime geçemez. T 2 kesimde kalınca T 1 'de kesimde kalır. T 1 ve T 2 'nin kesim olması alıcı üzerinden akım geçmemesine neden olur. Yani negatif alternansta L çalışmaz. 6. Tristörlü faz kontrol devreleri: Tristörler kullanılarak endüstriyel amaçlı bir çok devre yapılabilmektedir. Yüksek akım çeken endüstriyel sistemlerin doğru akım gereksinimi diyotlarla değil tristörlerle karşılanır. Çünkü diyotlar, alıcıya giden akımı ayarlayamazlar. Tristörler ise G ucuna uygulanan tetikleme sinyalinin şekline göre A dan K ya geçen akımı kolayca ayarlayabilirler. Ayrıca tristörlerin harcadığı öz güç (disipasyon gücü) diyot ve transistörlere nazaran daha az olmaktadır. Tristörlü doğrultmaç devrelerinde çıkışın düzgün DC olması için, alıcı akımının düşük olduğu devrelerde filtre olarak kondansatör kullanılırken, büyük akımlı devrelerde ise sac nüveli bobinlerden yararlanılır. AC 220 V V, I V, I + 1k S AC 12 V 1N4001 trafonun sekonderindeki AC sinyal tristörün çıkışındaki DC sinyal + TIC106 1k 1 µf Şekil 1.52: Tristörlü bir fazlı yarım dalga doğrultmaç devresi R y t (s) t (s) Şekil 1.53: Tristörlü bir fazlı yarım dalga doğrultmaç devresinde giriş ve çıkış sinyalleri I. SCR li yarım dalga doğrultmaç devresi: Şekil 1.52'de verilen devrede potun direnç değerini değiştirmek sûretiyle C nin dolma zamanı ayarlanır. Bu da SCR nin tetiklenme açısını (zamanını) kontrol ederek alıcıya giden gerilim ve akımın değerini kontrol eder. Tristörün G ucuna giden akımın değerine bağlı olarak alıcıya giden sinyallerin kırpılma durumu değişir. G akımı pot, direnç ya da kondansatörün değeri değiştirilerek ayarlanabilir. II. Orta uçlu trafolu, tam dalga kontrollü doğrultmaç devresi: Şekil 1.54'te verilen devrede iki adet tristör kullanılmaktadır. Trafonun sekonder sarımının A noktasının polaritesi pozitif olduğunda SCR 1, B noktasının polaritesi pozitif olduğunda ise SCR 2 iletime geçer. Tristörün G ucuna giden akımın değerine bağlı olarak alıcıya giden sinyallerin kırpılma durumu şekil 1.55'te görüldüğü gibi değişir. Geyt (G) akımı dirençlerin değeri değiştirilerek ayarlanabilir. III. Üç fazlı doğrultmaçlar: 3 fazlı AC nin doğrultulmasında ve çıkış akımının kolayca kontrol edilmesinde kullanılan devrelerdir. 3 fazlı doğrultmaçlarda SCR leri tetiklemede kullanılan 15

16 devreler, şekli fazla karışık göstermemek için genelde blok şema olarak ifade edilir. Böyle bir şema ile karşılaşıldığında kutu biçiminde çizilmiş kısımda, UJT, PUT, SUS, diyak vb. gibi elemanlarla yapılmış tetikleme devrelerinin bulunduğu bilinmelidir. SCR li üç fazlı yarım dalga doğrultmaç devresi: Şekil 1.56'da verilen tristörlü üç fazlı yarım dalga doğrultmaç devresi yapı olarak şekil 1.52'deki yarım dalga doğrultmaç devresine benzer. Bu devrede AC nin sadece pozitif alternansları alıcı üzerinden geçer. UJT tetiklemeli üç fazlı tam dalga doğrultmaç devresi: Şekil 1.57'de verilen devrede P 2 üzerinden geçen akım C'yi doldurmaya başlar. C'nin gerilimi 6-9 volt olduğunda UJT iletime geçer. R 7 üzerinde oluşan gerilim tristörleri iletime sokar. P 2 potuyla çıkış geriliminin değeri ayarlanabilir. 7. Tristörleri durdurma devreleri (yalıtma, kesime sokma yöntemleri) a. Seri anahtarla durdurma: DC ya da AC ile çalışan küçük akımlı devrelerde kullanılan tristörleri durdurmak için kullanılan yöntemdir. Şekil 1.58'de verilen şemada S 1 anahtarı açıldığı anda alıcının akımı kesilir. b. Paralel anahtarla (buton) durdurma: DC ile çalışan tristörlü devrelerin durdurulmasında kullanılır. Şekil 1.59'da verilen şemada S 2 anahtarı AC 220 V kapatılınca tristörden geçen akım anahtar üzerinden geçmeye başlar. Bu da tristörün içinde bulunan T 1 ve T 2 transistörlerini kesime sokar. S 2 anahtarını açsak bile tristör iletime geçemez. c. Kondansatör ile kapasitif durdurma I. Buton kumandalı (manuel) kapasitif durdurma: DC ile çalışan tristörlü devrelerin durdurulmasında kullanılan yöntemdir. Şekil 1.60'ta verilen devrede S 1 e basılınca tristör (SCR) iletime geçer. A-K arasının iletken olmasıyla birlikte C kondansatörü R 2 üzerinden artı (+), SCR üzerinden eksi (-) alarak yavaş yavaş dolmaya başlar. S 2 butonuna basıldığı anda C üzerinde biriken elektrik yükü tristörün katoduna uygulanmış olur. Tristör tam iletimdeyken A-K uçları arasında düşen gerilimin değeri çok az (0,6-2,4 V) olduğu için, kondansatörden gelen ters yönlü polarma gerilimi, A-K uçları arasından akım geçişini durdurur. 16 A AC 12 V 1k 1k 1k AC 12 V 1k SCR 1 B SCR 2 1N4001 1N4001 TIC106 TIC106 R y Şekil 1.54: Tristörlü orta uçlu trafolu bir fazlı tam dalga doğrultmaç devresi V, I V, I trafonun sekonderindeki AC sinyal tristörlerin çıkışındaki DC sinyal t (s) t (s) Şekil 1.55: Tristörlü orta uçlu trafolu bir fazlı tam dalga doğrultmaç devresinde giriş - çıkış sinyalleri R S T Mp üç fazlı trafo tristörler tetikleme devresi Şekil 1.56: Tristörlü üç fazlı yarım dalga doğrultmaç devresi + -

17 3x1N x1N4007 TIC106D R 4 6,8 kω / 2 W R 8 33 k 100 k R 5 P 2 10 k 390 Ω P R 1 6 R y 470 Ω 2N V V R 1 R 2 R 3 27 Ω 27 Ω 27 Ω R Ω 100 nf - Şekil 1.57: UJT tetiklemeli, tristörlü üç fazlı tam dalga doğrultmaç devresi +12 V - S 1 S 2 R 1k L BRX49 MCR V +12 V - S 1 R 1k L S 2 BRX49 MCR V L R S 2 1 1k - + R 1 1k C S 2-10 µf BRX49 MCR100 Şekil 1.58: Tristörün seri anahtarla durdurulması Şekil 1.59: Tristörün paralel anahtarla durdurulması II. İki tristörlü otomatik kapasitif durdurma: DC ile çalışan tristörlü devrelerin durdurulmasında kullanılan yöntemdir. Şekil 1.61'de verilen devrede S 1 e basılınca SCR 1 iletime geçer. SCR 1 'in iletken olmasıyla C kondansatörü R 2 üzerinden yavaş yavaş dolmaya başlar. Bir süre sonra S 2 butonuna basılınca SCR 2 iletime geçer. SCR 2 'nin iletime geçmesiyle C üzerinde biriken elektrik yükü SCR 2 üzerinden geçip SCR 1 i ters yönlü olarak polarır. Ters polarma ise SCR 1 i kesime sokarak lambayı söndürür. 8. Tristörlü uygulama devreleri a. Tristörlerin anahtar (şalter) olarak kullanılması: Şekil 1.62'de verilen devrede S anahtarı bir kez kapatılıp Şekil 1.60: Tristörün kapasitif (buton kumandalı) durdurulması açılırsa tristör iletme geçerek L'nin sürekli olarak yanmasını sağlar. Devrenin besleme gerilimi AC olursa alıcı, S kapalı olduğu sürece çalışır. Devrede kullanılan tristörün gücü artırılarak çok yüksek akım çeken alıcılar minik bir anahtarla çalıştırılabilir. b. Tristörlerle motorların dönüş yönünün değiştirilmesi: Sabit kutuplu DC motorlarda devir yönünün değişmesi için besleme uçlarının yer değiştirmesi yeterli olmaktadır. Bu kuraldan hareketle DC motora seri olarak birbirine ters paralel iki tristör bağlanıp devir yönü kontrolü V R 1 1k - S 1 L 10 µf - + C R 2 1k BRX49 SCR 1 MCR100 SCR 2 R 3 1k S 2 Şekil 1.61: İki tristörlü otomatik kapasitif durdurma devresi

18 yapılabilir. Şekil 1.63'te verilen devrede besleme gerilimi AC'dir. Bu gerilim direkt olarak motora uygulanırsa alıcı çalışmaz. Devrede bulunan tristörler tek yönde akım geçirdiğinden, AC besleme gerilimi DC'ye çevrilir. İlk önce S 1 anahtarını kapatarak SCR 1 'in G ucunun tetiklenmesini sağlayalım. Bu durumda motor üzerinden sağdan sola doğru bir akım geçişi olur ve DC motor belli bir yönde dönmeye başlar. Daha sonra S 1 anahtarını açıp S 2 anahtarını kapatalım. S 2 'nin kapanmasıyla SCR 2 iletime geçer. SCR 2 'nin iletken olmasıyla DC motor üzerinden soldan sağa doğru bir akım geçişi olur ve motor önceki dönüş AC 12 V yönünün zıttı yönde dönmeye başlar. R +12 V - R 1k S Şekil 1.62: Tristörün anahtar olarak kullanılması SCR 1 MCR100 L BRX49 MCR100 Mp c. Tristörlerle motorların devir sayısını değiştirme (tristörlerle yapılan AC faz kontrol devreleri): AC özellikli sinyaller sürekli olarak yön değiştirirler. Yani akım pozitif tepe ile negatif tepe arasında değişim gösterir. Akımın sıfır değerinden geçtiği anlarda tristör kesime girer. Ayrıca bir tristör sadece pozitif alternansları geçirdiğinden bir periyodun sadece 180 'lik kısmı alıcı üzerinden dolaşır. İşte 180 'lik pozitif alternansın başlangıcı ile bitişi arasında tristörün hangi açıda (anda) iletime geçeceğinin tetikleme devresi yardımıyla belirlenmesine faz kontrolü denir. Faz kontrolü yapılırken G ucuna bağlanan direnç fazla azaltılırsa aşırı akım geçişi olacağından tristör bozulur. Bu durumu önlemek için G ucuna gitmesi gereken akım hesap yoluyla belirlenir. Geyt (G) direncinin minimum değerini bulmada kullanılan denklem: R geyt = (V şebeke - V geyt ) / I geyt [Ω] Denklem şöyle de yazılabilir: R g = (V Ş - V G ) / I G [Ω] Örnek: Besleme gerilimi V şebeke = 12 V olan bir tristörün tetiklenme gerilimi V G = 2 V, tetiklenme akımı ise I G = 20 ma = 0,02 A'dir. G ucuna bağlanması gereken direncin (R G ) değerini bulunuz. Çözüm: R g = (12-2) / 0,02 = 500 Ω Tristörlerle yapılan yarım ve tam dalga faz kontrol devreleri I. Tristörlü yarım dalga kontrollü dimmer devresi: Devre, AC nin pozitif sinyallerini kontrol ettiği için yarım dalga dimmer olarak anılmaktadır. Şekil 1.64'te verilen devreye AC uygulandığında pot ve R üzerinden geçen akım C yi şarj etmeye başlar. C nin gerilimi yaklaşık 0,6-2 V'luk değeri aşınca tristör iletime geçer ve L yanar. Potun direnç değeri büyütülürse C geç dolacağından tristör geç iletime geçer. L nin üzerinden geçen akım azalır. Potun değeri çok fazla artırılırsa C hiç dolamadan alternans biteceğinden L hiç yanmaz. Potun direnç değeri küçültülürse C çabuk dolacağından tristör hemen iletime geçer. L nin üzerinden geçen akım 18 S 1 1N k 1 k 1N4001 S 2 SCR 2 MCR100 DC motor Şekil 1.63: Tristörlerle DC motorun devir yönünün değiştirilmesine ilişkin devre örneği BRX49 MCR100 Şekil 1.64: Tristörlü yarım dalga kontrollü dimmer devresi

19 çoğalır. Şekil 1.65'te görüldüğü gibi yarım dalga dimmer devresi negatif alternansları tamamen kırpmakta, pozitif alternansları ise istenilen miktarda kırparak alıcıya vermektedir. Tristörlerin G ucu sadece pozitif polariteli akımlarda tetiklenir. Negatif polariteli sinyaller G ucunu ters polarize edeceğinden tristör yalıtkan kalır. Negatif polariteli sinyallerin tristörün G- K arası eklemini zorlamaması (bozmaması) için G'ye seri olarak koruma amaçlı diyot (1N4001-1N4007 vb.) bağlanır. Yarım dalga kontrollü dimmer (kısıcı) devresi uygulamada pek kullanılmaz. Çünkü bu devre ile alıcıyı tam güçte çalıştırmak mümkün değildir. Çünkü, tristör AC'nin sadece pozitif alternansının geçmesine izin vermektedir. V Şekil 1.65: Yarım dalga kontrollü dimmerde giriş ve çıkış sinyalleri II. Tristörlü tam dalga kontrollü dimmer devresi: Devre, AC nin pozitif ve negatif sinyallerini kontrol ettiği için tam dalga dimmer olarak anılmaktadır. Şekil 1.66'da verilen devreye AC uygulandığında pot ve direnç üzerinden geçen akım C yi şarj etmeye başlar. C nin gerilimi yaklaşık 0,6-2 V'luk değeri aşınca tristör iletime geçer, L çalışır. Potun direnç değeri büyütülürse C geç dolacağından, tristör geç iletime geçer. L nin üzerinden geçen akım azalır. Potun direnç değeri küçültülürse C çabuk dolacağından tristör çabuk iletime geçer. L nin üzerinden geçen akım çoğalır. Bu devreyle DC ya da AC ile çalışması gereken alıcıların gücü kontrol edilebilir. Eğer alıcı DC ile çalışıyorsa, köprü diyotların çıkışına (tristörün anoduna, A-B arası) bağlanır. Alıcı AC ile çalışıyorsa köprü diyotlardan önce (devrenin girişine, C-D arası) bağlanır. Şekil 1.67'de görüldüğü gibi tam dalga dimmer devresi negatif alternansları diyotlar aracılığıyla doğrultarak tristöre vermektedir. Tristör ise G ucuna gelen polarma gerilimine göre pozitif yönlü alternansları kırpmaktadır. Not: Tam dalga kontrollü dimmer devresinde diyotlardan sonra filtre kondansatörü kullanılmadığı için tam doğru akım yoktur. Buna göre diyotların çıkışındaki gerilim sıfır ile pozitif maksimum arasında değişmektedir. Tam dalga dimmer işte bu sayede çalışabilmektedir. ç. Tristörlü invertör (konvertisör) devreleri I. İki tristörlü DC-AC konvertisör devresi: Şekil 1.68'de verilen devrede, SCR'leri tetiklemede kullanılan pals üreteci, UJT'li, 555'li, transistörlü kararsız (astable) multivibratörlü vb. olabilir. DC besleme ile çalışan devrede tristörler C kondansatörüyle durdurulmaktadır (kesime sokulmaktadır). Şekilde pals devresi tristörleri sırayla iletime geçirir. SCR 1 iletime geçince C üzerinde birikmiş olan elektrik yükü SCR 2 'yi kesime sokar. C boşaldıktan sonra bu kez diğer yönde şarj olur. SCR 2 'ye tetikleme gelince bu eleman iletime geçer. SCR 2 iletime geçince C üzerindeki elektrik yükü SCR 1 'i kesime sokar. Devre bu şekilde çalışmasını sürdürür. Orta uçlu olarak sarılmış olan trafolar primerden geçen akımların iki yönlü olarak akması sekonderde AC gerilim oluşturur. 19 Şekil 1.66: Tristörlü tam dalga kontrollü dimmer devresi V Şekil 1.67: Tam dalga kontrollü dimmerde giriş çıkış sinyalleri BRX49 MCR100

20 +12 V tetikleme palslerini üreten devre SCR 1 C SCR 2 + N 1 N 2 AC N 3 AC 220 V 220 V/15 W lâmba 220k-1MΩ BRX49 MCR100 V,I çıkış sinyali t (s) Şekil 1.68: İki tristörlü DC-AC konvertisör Şekil 1.69: LDR ve tristörlü karanlıkta çalışan devre (gece lâmbası) d. Işığa duyarlı tristör kontrol devreleri I. LDR ve tristörlü karanlıkta çalışan devre: Şekil 1.69'da verilen devrede ortam karardığında LDR'nin direnci artar ve üzerinde düşen gerilim büyür. LDR üzerinde oluşan gerilim tristörü sürerek lambayı çalıştırır. Ortam aydınlanınca LDR'nin direnci azalır. LDR üzerinde oluşan gerilim azalınca tristör iletime geçemez. e. UJT ve tristörlü yük kontrol devreleri I. UJT ve tristörlü tam dalga kontrollü dimmer devresi: Şekil 1.70'te verilen devre AC sinyallerin pozitif ve negatif alternanslarını kontrol eder. Devrede, köprü bağlı diyotlar AC'yi DC'ye çevirir. Fakat bu tam DC değildir. Sürekli olarak sıfır ile tepe değer arasında değişmektedir. Ön dirençle korunmakta olan zener diyot UJT için gereken sabit besleme gerilimini sağlar. UJT'li pals üreteci ise tristörü tetikler. AC V 4x1N4001 9,1 V 1 k 470 k 1 µf + 2N2646 UJT R 4 47 Ω R 3 47 Ω 12 V flâmanlı lâmba BRX49 MCR100 Şekil 1.70 UJT ve tristörlü tam dalga dimmer devresi II. UJT ve tristörlü gecikmeyle çalışan (turn-on tipi) zaman rölesi devresi: Şekil 1.71'de verilen devrede S anahtarı kapatılınca C dolmaya başlar. C nin gerilimi 6-9 V düzeyine ulaşınca UJT aniden iletime geçer. R 3 üzerinde oluşan gerilim tristörü tetikler, lamba yanar. Pot ile L nin çalışmaya başlama zamanı ayarlanabilir. f. Tristörlerin korunması: Her tristörün çalışma gerilim ve akımıyla ilgili karakteristik değeri kataloglarda bildirilir. Teknik verilere bakmadan yapılan devrelerin düzgün çalışması mümkün değildir. 20