Elektrik akımı ve etkileri Elektrik alanı ve etkileri Manyetik alan ve etkileri

Transkript

1 Elektrik akımı ve etkileri Elektrik alanı ve etkileri Manyetik alan ve etkileri 1 Elektrotekniğin Pozitif Tarafları Elektrik enerjisi olmadan modern endüstri düşünülemez! Hidrolik ve pnömatik mekanizmaların çalışması için gereklidir. Çok temiz bir enerjidir (elde edilmesi, kullanılması ). Bakım gerektirmeyen mekanizmalar yapılabilir. Verimi yüksektir. İyi pozisyon yeterliği, sapma değerleri düşüktür Nakil organlarının maliyeti düşüktür Tüm şartnamelere dikkat edilirse kaza riski düşüktür Kolay kontrol edilebilir Elektrotekniğin Negatif Tarafları Çok zor ve ancak düşük değerlerde depolama imkanı (pil, akü) Kütleye oranlandığında düşük güç yoğunluğu Devir sayısı ayar ve kontrolü için pahalı cihazlar gerekir Uzak noktalara nakilde yüksek kayıplar oluşur Kıvılcım oluşturabilme nedeniyle yangın tehlikesi vardır Soğutma gereği vardır Yönetmeliklerle belirlenmiş emniyet tedbirleri mutlaka alınmalıdır Kullanım alanları 2

2 1. Pasif Devre Elemanları 2. Aktif Devre Elemanları Dirençler Kondansatörler Bobinler Pasif devre elemanları, genel amaçlı elemanlardır. Hemen hemen her elektronik devrede bulunurlar. Bu nedenle, bu elemanların genel yönleriyle tanınmaları, amaca uygun olarak kullanılmaları bakımından yeterlidir. Diyotlar Transistörler Entegre devreler Aktif devre elemanları, ise özel amaçlı elemanlardır. Kullanılacak devrenin özelliğine göre, aktif devre elemanlarının özellikleri ve türleri de değişmektedir. 3 4

3 Elektronik Devrelerde yer alan temel devre elemanları Direnç Kapasitans (kondansatör) Bobin Transformatör Diyot Transistör IC (Integrated Circuis Entegre Devreler) 5 Elektriksel devrelerde kullanılan direnç Güç Dirençleri: Yüksek güçlü akımlar altında çalışabilen dirençler Potansiyometre: Üç uçlu ayarlanabilir direnç Seri Bağlama Paralel Bağlama 6

4 KAPASiTANS(KONDANSATÖR): 7 BOBiN: Bobin, bir iletkenin üzerinden geçen akımı manyetik alan çizgilerine çevirerek yapısal olarak enerji dönüşümünü gerçekleştirir. Motor çalışma prensibi Dinamo çalışma prensibi 8

5 Demir Nüveli BOBiN Hava Nüveli Ferrit Nüveli 9 TOROİD BOBiN: Hava Nüveli 10

6 TRANSFORMATÖRLER (Trafolar) Güç Trafoları 11 MAK2011 MAK4089 ELK. ve Elektroniğin MEKATRONİĞE Temelleri GİRİŞ Küçük Transformatörler DiYOT Diyotlar, yalnızca bir yönde akım geçiren devre elemanıdır. Diğer bir deyimle, bir yöndeki dirençleri ihmal edilebilecek kadar küçük, öbür yöndeki dirençleri ise çok büyük olan elemanlardır. Direncin küçük olduğu yöne "doğru yön", büyük olduğu yöne "ters yön" denir. Diyodun kullanım alanları: Diyotlardan, elektrik alanında redresör (doğrultucu), elektronikte ise; doğrultucu, detektör, modülatör, limitör, anahtar olarak çeşitli amaçlar için yararlanılır. 12

7 DiYOT n tipi; arsenik, fosfor veya antimon gibi beş değerlik (valans) elektronlu yabancı bir madde, negatif (n) tipi yarıiletken oluşturmak için silikona ilave edilebilir. Bu yabancı madde, ilave elektronun yapı içinde çok kolay serbest kalması sebebiyle verici (donor) olarak işaretlenir. Yarıiletkenin iletkenliği oldukça artar ve n tipi yarıiletkende serbest elektronlar akım taşımada baskındırlar. p tipi; bu tip yarıiletkenler sadece üç değerlik elektronuna sahip yabancı bir madde ilavesiyle elde edilir. İndiyum, bor, galyum ve alüminyum gibi malzemeler bu yapı içinde yabancı bir madde olarak kullanılır. Bu yabancı maddeler alıcı (acceptor) olarak adlandırılır ve delik iletimi ile baskın akım taşınmasıyla yarıiletkenlerin pozitif tipini oluştururlar. 13 DiYOT Anot p n Katot Gerilim uygulamadan İç temas potansiyeli p n Delikler Elektron akışı Anot Elektronlar (a) (b) Uçlara Gerilim Katot Boşalma bölgesi uygulanmış V V + + p n p n Doğru Polarlama (c) Ters Polarlama (d) 14

8 DiYOT Bilya Yay Anot p n Katot + _ Şematik sembol Açık + I IN314 Silikon Diyot _ Örnek aygıt İleri eğilimli akım akışı Kapalı Diyot-Çek Valf Benzerliği 15 DiYOT Doğru Polarlama: Anot ucuna güç kaynağının pozitif kutbu, katot ucuna da güç kaynağının negatif kutbu bağlandığında; P tipi maddedeki oyuklar gk nın pozitif kutbu tarafından, N tipi maddedeki elektronlar da gk nın negatif kutbu tarafından itilecektir. Bu nedenle aradaki nötr bölge yıkılır ve güç kaynağının negatif kutbundan pozitif kutbuna doğru bir elektron akışı başlar. Buna diyotun iletime geçmesi denir. Ancak diyotun nötr bölümünü için burada 0,6 Volt değerinde bir gerilim düşümü aşmak meydana gelir (Silisyum diyotlarda 0,6 V, Germanyum diyotlarda 0,2 V). Bu gerilime diyotun eşik gerilimi denir. Diyotun üzerinden geçecek fazla akımlarda bozulmaması için devreye bir seri direnç bağlanır, ideal bir diyotta gerilim düşümü ve sızıntı akımı olmaz. 16

9 DiYOT Ters Polarlama: Diyodun katot (negatif) ucuna güç kaynağının pozitif kutbu, anot (pozitif) ucuna da negatif ucu bağlandığında; N tipi maddedeki elektronlar güç kaynağının negatif kutbu tarafından, P tipi maddedeki oyuklar da güç kaynağının pozitif kutbu tarafından çekilirler. Bu durumda ortadaki nötr bölge genişler. Bunun anlamı diyotun iletmemesi yani yalıtıma geçmesidir. 17 DiYOT Bozulma Bölgesi Ters Eğilim Bölgesi İleri eğilim Bölgesi İdeal diyot 20 ma Yaklaşık Gerçek diyotu 10 ma Gerçek diyot Gerçek Diyot -100 V -50 V 10 ma 0,6 V 1 V İdeal, yaklaşık ve gerçek diyot eğrileri 18

10 DOĞRULTUCU DEVRELER: D V in V R R A Yarım dalga doğrultma devresi D4 D1 D3 B D2 R VR Bir diyot köprü devresi kullanarak tam dalga doğrultma 19 Zener diyot: Zener diyotlar, normal diyodun delinme gerilimi noktasından faydalanılarak yapılmışlardır. Doğru polarlamada normal diyot gibi, ters polarlamada ise uygulanan gerilim Zener Voltajı nın altında ise yalıtıma geçer. Bu voltajın üzerine çıkıldığında ise Zener diyodun uçlarındaki gerilim Zener Voltajı nda sabit kalır, üzerine çıkmaz. Zenerden geçen akım değişken olabilir. Arta kalan gerilim ise zener diyoda seri bağlı olan direncin üzerine düşer. Zener diyotlar gerilimi sabit tutmak istediğimiz devrelerde yani regülasayon devrelerinde kullanılırlar. V i V i V 0 =V Z V 0 20 Zaman Zaman

11 KÖPRÜ DiYOT LED 21 DIYOT DEVRELERI Giris Gerilimi Yarim Dog SG1 Yarim Köprü Tam Dog Zaman [s] 35 Tam Köprü Scope ZENER DIYOT Gerilim [V] SG2 Zener Diyot Scope Zaman [s] V i V 0 22

12 TRANSİSTÖRLER Transistör yarı iletken malzemeden yapılmış elektronik devre elemanıdır. Her ne kadar diyodun yapısına benzese de çalışması ve fonksiyonları diyottan çok farklıdır. Transistör iki eklemli üç bölgeli bir devre elemanı olup iki ana çeşittir. NPN PNP 23 TRANSİSTÖRLER 24

13 PNP tipi transistörler, P, N ve P tipi yarıiletkenlerin birleşmesinden meydana gelir. Yandaki şekilde görüldüğü gibi 1 nolu kaynağın (+) kutbundaki oyuklar emiterdeki oyukları beyze doğru iter ve bu oyukların yaklaşık %1 i beyz üzerinden 1 nolu kaynağın (-) kutbuna, geri kalanı ise kollektör üzerinden 2 nolu kaynağın (-) kutbuna doğru hareket eder. Beyz ile emiter arasında dolaşan akım çok küçük, kollektör ile emiter arasında dolaşan akım ise büyüktür. NPN tipi transistörler, N, P ve N tipi yarıiletkenlerin birleşmesinden meydana gelir. Yandaki şekilde görüldüğü gibi 1 nolu kaynağın (-) kutbundaki elektronlar emitördeki elektronları beyze doğru iter ve bu oyukların yaklaşık %1 i beyz üzerinden 1 nolu kaynağın (+) kutbuna, geri kalanı ise kollektör üzerinden 2 nolu kaynağın (+) kutbuna doğru hareket eder. Beyz ile emiter arasında dolaşan akım çok küçük, kollektör ile emiter arasında dolaşan akım ise büyüktür. 25 P N N P N P P N Emiter P N P Collector Emiter N P N Collector Base Base C C B B E E (a) (b) PNP (a) ve NPN (b) transistor ve sembolleri 26

14 P N P N P N E Anot B Katot E Katot B Anot P N P P N P B Anot C Katot B Anot C Katot Diyot olarak kullanılan transistor kombinasyonları 27 RÖLE Röleler elektro-mekanik devre elemanları olup elektrik ve elektronik devrelerde çok sık kullanılırlar. Düşük bir voltaj ve akım ile daha yüksek bir voltaj ve akımı kontrol etmemizi sağlarlar. Çalışma Prensibi: Elektro mıknatıs özelliğinden faydalanılır. 28

15 RÖLE 29 MİKROİŞLEMCİLER Mikroişlemci matematiksel, aritmetik ve mantık işlemlerini çok kısa sürelerde yapabilen bir elektronik devredir Günümüz mikroişlemcileri milyonlarca transistörü bir arada barındırır. Dijital (sayısal) sistemler temel mantık (lojik) kurallarına bağımlı olarak çalışırlar. Bu tür sistemlerin giriş ve çıkışları iki farklı lojik seviyeye duyarlıdır. Bunlar +5 volt gerilim seviyesini gösteren Lojik 1 ve 0 volt (toprak) gerilim seviyesini gösteren Lojik 0 değerleridir. Lojik 0 ve Lojik 1 'lerden oluşan sayı sistemine ikili (binary) sayı sistemi denir. 30 Günümüzde kullanılan kompleks dijital devrelerin temelinde bu sayı sistemi kullanılmaktadır. 0 ve 1

16 IC paketleri A) SIP B) DIP C) Düz paket D) Metal Silindirik Kutu 31 IC Teknolojisinin Avantajları Tümleşik devrelerin (ICs) bireysel veya ayrık bileşenlere göre belli başlı avantajları; Kompaktlık Yüksek hız Düşük güç gereksimi Gerçeklenebilirlik Bakım kolaylığı Modüler yapı IC Teknolojisinin Sınırlamaları Sınırlarına ulaşmış teknolojik ilerleme yoktur. Tümleşik Devreler elektronik ütopyanın istediği seviyeye ulaşmamıştır. İndüktif elemanı pratik değildir; Tümleşik devrelerde indüktif eleman, çok küçük değerli indüktif elemanlar hariç, çok büyük olduğundan kullanılmazlar. Büyük güç değerleri olanaksızdır; IC lerin küçük boyutları ve düşük akım tüketimi kötü taraflarıdır. Bu yüzden yüksek-güç kuvvetlendiricileri genellikle yarıiletken yonga üzerine kurulmazlar. 32

17 BELLEKLER ROM (READ ONLY MEMORY) İki bellek türünden birisi olan ROM üzerindeki bilgiler RAM'in aksine kalıcıdır. Bilgisayar kapatılsa bile üzerindeki bilgiler kalır. BIOS gibi bilgisayarınız için önemli bilgilerin tutulduğu bir yapıda, ROM kullanılır. ROM'un birkaç versiyonu vardır. ROM (Read Only Memory) Standart ROM üzerindeki bilgiler hiç bir yol ile değiştirilemez veya silinemez. ROM birimine bilgi kalıcı olarak yerleştirilmiştir ve içerik kesinlikle değiştirilemez. PROM (Programlanabilir ROM) Bu ROM çeşidi saklama alanına bilgileri sadece bir kez yazmaya izin verir. Bu yazmadan sonra bu bilgiler kalıcıdır. Bunu günümüzdeki CD-R'a benzetebiliriz. EPROM (Erasable Programmable ROM) ROM üzerindeki bilginin, silinip tekrar yazılması gerektiğinde EPROM kullanılabilir. Bu çeşit ROM'lar ultraviyole ışığıyla silinebilirler. Bu sayede ROM'a yazılabilme özelliği tekrar sağlanıyor. EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM) Şu anda bilgisayarınızın BIOS'unuzun kullandığı ROM tipi EEPROM'dur. EPROM'a benzer olarak EEPROM'da silinebilir ve yazılabilir. Adı üzerinde, silme işini elektriksel olarak yapabiliyorsunuz. Yani ultraviyole ışığını kullanarak bilgileri silmek kadar zor değil. BIOS'lar EEPROM kullanırlar. 33 RAM (RANDOM ACCESS MEMORY) RAM'deki bilgiler daha az kalıcıdır. Yani, bilgisayarda çalışan programların, gerekli bilgileri sakladığı ve daha sonra kullanmak üzere aldığı alandır. Diğer bir deyişle bir geçici bellek görevindedir. Bilgiler gerektiğinde kullanılır. Gerekmediği zaman silinir. RAM üzerindeki bilgiler kısa ömürlüdür. Bilgisayar kapatıldığında bilgiler silinir. 34

18 35 Lojik Kapılar Dijital elektroniğin temeli de lojik kapılardır. Tüm dijital devrelerde kullanılırlar. Lojik kapılar 1 ve 0 dan oluşan binary bilgileri işlemede kullanılır. Örneğin istenen binary kodunun alınıp istenmeyenlerin de alınmamasında veya frekans üretiminde veya da gelen binary bilgiye göre işlem yapmada kullanılırlar. Ve (AND Gate) Kapısı Ve Değil (NAND Gate) Kapısı Özel Veya (EXOR Gate) Kapısı Veya (OR Gate) Kapısı Veya Değil (NOR Gate) Kapısı Özel Veya Değil (EXNOR Gate) Kapısı 36

19 DAC - ADC Çeviriciler Dijital ve analog devrelerin ayrı kullanılabileceği gibi aynı devrede de kullanılmaları mümkündür. Bu tür devrelerde analog sinyali dijital bilgiye, dijital bilgiyi de analog sinyale dönüştürmek gerekebilir. Bu durumlarda da DAC-ADC devreleri kullanılır. Örneğin bilgisayara ses kaydı yapıldığında, bu ses ilk önce mikrofon sayesinde analog sinyal olarak bilgisayara iletilir. Bilgisayarda ise analog sinyal dijital bilgiye çevrilir ve harddiskte depolanır. Daha sonra bu sesi dinlemek istediğinizde dijital bilgi tekrar analog sinyale çevrilir ve hoparlörlerden ses olarak duyulur. 37 Adım Motoru ve ADC Uygulaması D/A Çevirici DC Motor Hız Kontrolü 38

20 39 40